Энергетические характеристики

Основные характеристики ИС К564

Функциональный состав КМОП ИС

Функциональный состав КМОП ИС представлен в таблицах 5.7 и 5.8.

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 % U_cc; защита по входам; температурная стабильность и высокая нагрузочная способность, создают предпосылки для широкого применения микросхем в радиоэлектронной аппаратуре (РЭА).

Одной из основных характеристик КМОП ИС является мощность потребления. Суммарная мощность потребления складывается из статической и динамической.

Статическая мощность потребления

где U_cc — напряжение питания схемы;

I_сс — ток потребления в статическом режиме.

Динамическая составляющая мощности потребления присуща микросхемам при функционировании на рабочей частоте и определяется тремя факторами: емкостью нагрузки С_L., внутренней емкостью схемы С_с и токами переключения (сквозными токами):

Таким образом,

где P_tot — суммарная мощность потребления; P_D — динамическая мощность потребления; C_PD — 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 С_L=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.