Перейти к содержанию

Ёмкость рассеяния мощности (Cpd)

Ток покоя логики 74HC измеряется микроамперами, но стоит подать на вход меандр, и микросхема начинает потреблять заметно больше. Чтобы этот ток можно было посчитать заранее, производители указывают в даташите параметр Cpd — ёмкость рассеяния мощности.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Ёмкость рассеяния мощности (power dissipation capacitance, Cpd) — эквивалентная внутренняя ёмкость КМОП-микросхемы, через которую считают её динамическое потребление. TI в записке SCAA035 объясняет, что в неё входят и паразитные ёмкости затворов, и сквозной ток в те мгновения, когда при переключении оба транзистора пары открыты одновременно. Измеряют Cpd без нагрузки на выходе.

Формулы

По SCAA035 потребление КМОП-микросхемы складывается из трёх частей:

СоставляющаяФормула
СтатическаяPS = VCC · ICC
Переходные процессы внутриPT = Cpd · VCC² · fI · NSW
Перезаряд нагрузкиPL = CL · VCC² · fO · NSW

Здесь fI и fO — частоты на входе и выходе, NSW — число переключающихся элементов, CL — ёмкость нагрузки на выход. Мощность растёт пропорционально частоте и квадрату напряжения: снижение питания с 5 до 3,3 В уменьшает динамическую часть более чем вдвое.

Пример: 74HC00

По даташиту TI SCLS181H у 74HC00 Cpd = 20 пФ на элемент, а ток покоя ICC — не больше 2 мкА при 25 °C. Один элемент, переключающийся с частотой 1 МГц при 5 В:

  • PT = 20 пФ · 25 В² · 1 МГц = 0,5 мВт;
  • с нагрузкой 50 пФ: PL = 50 пФ · 25 В² · 1 МГц = 1,25 мВт;
  • статическая часть — не больше 10 мкВт.

На мегагерцах статический ток уже ничего не значит, а нагрузка обходится дороже самой микросхемы. У триггера SN74HC74 Cpd = 35 пФ, у 74HCT00 — 20 пФ. Карточка микросхемы — 74HC00 и 74HC14.

Как пользоваться

TI в SZZA036 предупреждает, что значения Cpd в даташите типовые и в производстве не проверяются, поэтому это инструмент оценки, а не гарантия. Для сравнения серий по потреблению на частоте смотрят именно Cpd, а не ток покоя: у ТТЛ ток в первом приближении определяется состоянием выходов, а не частотой, у КМОП — растёт с частотой. Сводка параметров серий — в справочнике по сериям логики.

Частые вопросы

Как посчитать ток 74HC00 на частоте 1 МГц?

По формуле TI из SCAA035: P = Cpd · VCC² · f. Для одного элемента 74HC00 с Cpd = 20 пФ при 5 В и 1 МГц это 20 пФ · 25 В² · 1 МГц = 0,5 мВт, то есть ток 0,1 мА. Если выход нагружен на 50 пФ, добавляется CL · VCC² · f = 1,25 мВт — нагрузка обходится дороже самой микросхемы.

Почему Cpd указан как типовое значение?

Потому что это расчётная характеристика, определяемая конструкцией и технологией, и TI в SZZA036 прямо пишет, что значения Cpd типовые и в производстве не проверяются. Для оценки потребления с запасом их используют как есть, а при жёстком бюджете энергии измеряют ток на реальной частоте.

Входит ли в Cpd ёмкость нагрузки?

Нет. Cpd измеряют без нагрузки, и он описывает только внутренние ёмкости и сквозной ток микросхемы. Мощность на перезаряд нагрузки считают отдельно по той же форме — CL · VCC² · f для каждого переключающегося выхода — и складывают с мощностью от Cpd.

Источники

  1. Texas Instruments. CMOS Power Consumption and Cpd Calculation, SCAA035B (June 1997) — статическая мощность PS = VCC · ICC (3); динамическая — сумма мощности переходных процессов PT и мощности на ёмкостную нагрузку PL; PT = Cpd · VCC² · fI · NSW (4), где fI — частота входного сигнала, NSW — число переключающихся битов; PL = CL · VCC² · fO · NSW (5), CL — нагрузка на выход; PD = PT + PL (7); Cpd включает внутренние паразитные ёмкости и сквозной ток в момент, когда оба транзистора кратковременно открыты; измеряется без нагрузки с фронтами входа 1 нс; при быстрых фронтах сквозной ток мал по сравнению с током перезаряда
  2. Texas Instruments. Understanding and Interpreting Standard-Logic Data Sheets, SZZA036C (December 2002, revised June 2016) — разд. 4.11.1: Cpd — эквивалентная ёмкость для определения динамической мощности без нагрузки на один логический элемент КМОП, PD = Cpd · VCC² · f + ICC · VCC; значения в даташите — типовые и в производстве не проверяются
  3. Texas Instruments. SNx4HC00 Quadruple 2-Input NAND Gates, SCLS181H (December 1982, revised August 2021) — Electrical Characteristics: Cpd — 20 пФ на элемент без нагрузки при VCC от 2 до 6 В; ICC — не больше 2 мкА при 25 °C и 20 мкА в диапазоне −40…85 °C при 6 В; для сравнения: SN74HC74 (SCLS094F) — Cpd 35 пФ, SN74HCT00 (SCLS062F) — 20 пФ

Нашли ошибку?

Смотрите также