內(nèi)部電源用于邏輯器件的內(nèi)部功率

內(nèi)部電源用于邏輯器件內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的偏置和轉(zhuǎn)換。內(nèi)部功率包括靜態(tài)功耗和動(dòng)態(tài)功耗。

靜態(tài)內(nèi)部功耗的定義是在無(wú)負(fù)載連接、輸入端處于隨機(jī)狀態(tài)的條件下的功耗求出所有可能的輸入狀態(tài)的平均值可以得到靜態(tài)功耗。

內(nèi)部動(dòng)態(tài)功耗常數(shù)K動(dòng)態(tài)可以通過(guò)交替輸入某個(gè)預(yù)定頻率（F）信號(hào)的方法來(lái)測(cè)量，斷開輸出引腳的連接，在周期頻率為FHZ的條件測(cè)量得到總功率P總，而后計(jì)算動(dòng)態(tài)功耗常數(shù)：K動(dòng)態(tài)P總P靜態(tài)/F

動(dòng)態(tài)功耗常數(shù)表明了周期頻率每增加1HZ將額外消耗的功率數(shù)。功耗常數(shù)K動(dòng)態(tài)現(xiàn)在可以用于估算在其他任何頻率F下的總功耗：P總=P靜態(tài)+FK動(dòng)態(tài)

上式總計(jì)了邏輯設(shè)備內(nèi)部每個(gè)周期的額外能量損耗，但不包括因負(fù)載連接所導(dǎo)致的電路驅(qū)動(dòng)級(jí)的額外能量損耗。注意，我們是在無(wú)負(fù)載的情況下做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的。

在非常寬的頻率范圍內(nèi)，CMOS器件的內(nèi)部功耗和周期頻率呈明顯的線性關(guān)系。這一關(guān)系很明顯，是因?yàn)镃MOS電路的內(nèi)部靜態(tài)功耗非常低。TTL器件也有同樣的現(xiàn)象，但其巨大的靜態(tài)功耗掩蓋了這一事實(shí)，直到周期頻率接近器件的最大工作頻率時(shí)才顯現(xiàn)出來(lái)。圖2.5描繪出幾種不同類型的TTL邏輯系列中每個(gè)門電路的內(nèi)部功耗與工作頻率的關(guān)系曲線。在10MHZ以上，動(dòng)態(tài)功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于靜態(tài)功耗，總功率曲線看起來(lái)與頻率成正比。在1MHZ以下，動(dòng)態(tài)功耗小于靜態(tài)功耗，總功耗曲線相對(duì)于頻率看上去是平坦的。

與TTL和CMOS系列相比，ECL和GAAS系列邏輯器件的開關(guān)電壓范圍更小，隨著頻率的上升，功率只有很小的增長(zhǎng)。注意，在式“功率=FCVCC的2次方”中電壓幅度V是平方形式的，因此一個(gè)電壓幅度為1.0V的ECL器件驅(qū)動(dòng)容量為C的電容時(shí)消耗在驅(qū)動(dòng)電路上能量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于同樣負(fù)載情況下電壓幅度為5.0V的TTL器件。下式正好顯示了這一差別。

其中，F(xiàn)=周期，HZ
C=電容，F(xiàn)
△VECL=ECL開關(guān)電壓，V
△VTTL=TTL開關(guān)電壓，V

驅(qū)動(dòng)同樣的負(fù)載電容時(shí)，ECL器件的動(dòng)態(tài)功耗與TTL的動(dòng)態(tài)功耗的比值為0.01。

ECL和GAAS器件的動(dòng)態(tài)功耗與其靜態(tài)功耗的比值，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于TTL或CMOS電路的情況。某些CMOS器件的工作電壓范圍很寬。在這些CMOS器件的數(shù)據(jù)手冊(cè)中用等效電路CPD，這一術(shù)語(yǔ)來(lái)表示其內(nèi)部功耗。按照這個(gè)模型，一個(gè)電源電壓為V，工作周期頻率為FHZ的CMOS門電路，其內(nèi)部功耗為：

其中，CPD=等效功耗電容，F(xiàn)
V=開關(guān)電壓，V
F=開關(guān)頻率，HZ

這個(gè)模型將內(nèi)部電容和疊加偏置電流的作用匯總到一起，雖然偏置電流的影響與電壓的平方并不是嚴(yán)格地成正比。