5.2.3 Функциональный состав кмоп ис
Функциональный состав КМОП ИС представлен в таблицах 5.7 и 5.8.
5.2.4 Основные характеристики ис к564
Микросхемы К564 — цифровые маломощные КМОП ИС, содержат в своем составе 60 типов, различных по своему функциональному назначению: арифметические устройства, счетчики-делители, дешифраторы, триггеры, логические схемы, мультиплексоры, сдвиговые регистры и прочие (табл. 5.7). Характеристики ИС К.564: низкая мощность потребления (типовая мощность потребления на частоте 1 МГц 0,0025 мВт/ЛЭ); широкие рабочие диапазоны напряжения питания (3...15 В) и температур; высокая помехоустойчивость 30...45 % Ucc; защита по входам; температурная стабильность и высокая нагрузочная способность, создают предпосылки для широкого применения микросхем в радиоэлектронной аппаратуре (РЭА).
5.2.4.1 Энергетические характеристики
Одной из основных характеристик КМОП ИС является мощность потребления. Суммарная мощность потребления складывается из статической и динамической.
Статическая мощность потребления
где Ucc — напряжение питания схемы;
Iсс— ток потребления в статическом режиме.
Динамическая составляющая мощности потребления присуща микросхемам при функционировании на рабочей частоте и определяется тремя факторами: емкостью нагрузки СL., внутренней емкостью схемыСс и токами переключения (сквозными токами):
Таким образом,
где Ptot — суммарная мощность потребления;PD — динамическая мощность потребления;CPD — средняя эффективная емкость устанавливается для расчета мощности потребления суммарной нагрузки, обусловленной внутренними емкостями схемы и переходными токами переключения;f — рабочая частота входного сигнала;f0— частота каждого выхода.
Таблица 5.7 - Функциональный состав КМОП И С
Продолжение табл. 5.7
Таблица 5.8 - Функциональный состав ИС 1564
В статическом состоянии один из транзисторов КМОП-структуры, р- или п-МОП, закрыт, и теоретически существует непроводящий канал между питанием и «землей». Однако наблюдается тепловое движение неосновных носителей заряда через обратносмещенные переходы, которое создает очень малый ток утечки между шиной питания и землей. На статический ток потребления оказывают влияние три фактора: температура, сложность схемотехники, напряжение питания (рис. 5.15).
Динамическая составляющая мощности потребления растет с увеличением частоты в основном в результате перезарядки суммарной емкости нагрузки. С ростом частоты увеличивается влияние внутренних паразитных емкостей схемы.
Токи переключения или сквозные токи возникают в период перехода микросхем из одного логического состояния в другое, когда оба транзистора выходного каскада открыты, т. е. во время нарастания и спада импульса.
Рис. 5.15 - Типовая зависимость статического тока потребления от напряжения питания и температуры для ИС К564ЛЕ5
Среднее значение этих токов растет линейно с увеличением частоты переключения. Типовая зависимость динамической мощности потребления от частоты переключения при разных напряжениях питания и емкостях нагрузки для ИС К564ЛЕ5 приведена на рис. 5.16 (непрерывная линия СL=50, штриховая— 15 пФ).
Рис. 5.16 - Типовая зависимость динамической мощности потребления от частоты переключения для ИС К564ЛЕ5
С увеличением тактовой частоты до предельных значений резко возрастает потребляемая мощность, что приводит к увеличению выделяемого тепла и ухудшению условий эксплуатации.
Минимизацию потребляемой мощности устройств на микросхемах с КМОП-технологией можно осуществить снижением тактовой частоты, уменьшением емкости нагрузки, обеспечением крутых фронтов импульсов и уменьшением длины цепей постоянного тока. Потребление мощности можно снизить в результате переключения тактовой частоты на более низкую на период времени, когда нет необходимости в более высокой. Снижения емкости нагрузки можно добиться путем уменьшения монтажной емкости. При увеличении длительности фронта оба входных транзистора остаются открытыми продолжительное время, что приводит к дополнительному потреблению мощности. Эффективным способом снижения потребляемой мощности является отключение напряжения питания от части или от всей системы.