使用创新性逻辑技术降低移动设计功耗-EDA365

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使用创新性逻辑技术降低移动设计功耗

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当前的移动设计努力在高耗能(power-rich)的功能性和更长电池寿命的需求之间取得平衡。本文将探讨在混合电压供电的移动设计中，混合电压电平如何提高ICC电源电流及逻辑门如何降低功耗。

低ICCT技术有利于节能

目前，大多数便携设备都备有多个电源轨，但在输入高电平(VIH)低于电源电压(VCC)时，仍可能产生不定功耗。当输入电压为电源轨电平(VIL = Gnd 或 VIH = VCC)时，CMOS一般具有极低的静态ICC和泄漏电流，故是移动应用中逻辑器件的首选技术。不过，若VIH < VCC，会发生这种情况：输入级的PMOS和NMOS晶体管可能均在不同级“导通”，此时传导电流，在这个状态期间，静态电流ICC增加，存在一条从VCC到Gnd的路径。这个增加的电流被称为ICCT电流，亦是输入电压逼近阈值时的电源电流。图1描述了这种情况。

图1 逻辑门和输入电压条件

注释：*输入电压等于电源电压Vcc时为使用CMOS门电路的理想状态；这时ICC电流极低。

*在混合电压情况下，若Vin < VCC，ICCT电流出现，功耗也随之产生。

一般在CMOS门电路的设计中，输入电压阈值或输入切换点为VCC/2；不过，飞兆半导体的低ICCT门电路采用专有的输入电压设计，可降低输入阈值电压，增大输入电压范围，同时不影响有效逻辑低电平VIL。如前所述，当输入电压为0V或VCC时，CMOS门电路的耗电量极低，而产品数据手册通常会注明该条件下的ICC。因此，系统设计人员在VIH值小于VCC时看到ICC电流增大可能颇为惊讶。图2显示了一个重新设计的输入结构的优点。

VIN - ICC图比较了一个标准CMOS输入器件(红色线条)和一个低ICCT输入器件(蓝色线条)。静态功率由基本DC功率公式决定：P = ICC * VCC。在本例中，输入VIH为2.5V，标准CMOS门电路输入的功耗等于3.0mW (3.6V x 0.83mA) ，而低ICCT门电路的功耗只有0.003mW (3.6V x 0.99uA)；也就是说，利用Low ICCT器件，静态功耗降低了100%。

图2 ICC -VIN输入曲线 (Vcc = 3.6V, VIN = 2.5V)

ICC电流的增大十分重要，因为它会大幅度增加器件的静态功耗。飞兆半导体的专有低ICCT输入结构可在ICCT电流出现期间限制其范围，如图2所示。

表1 不同VIH条件下的节能潜力

		ICCT 电流
VCC	VIN	标准 CMOS 门电路	低ICCT 门电路	节能
3.6	3.6	5.1 nA	1.5 nA	70%
3.6	2.5	830 uA	996 pA	100%
3.6	1.8	7.0 mA	2.7 uA	100%
3.6	1.5	2.8 mA	3.5 uA	100%
2.5	2.5	1.2 nA	983 pA	23%
2.5	1.8	21.4 uA	39.2nA	100%
2.5	1.5	417 uA	577 nA	100%
1.8	1.8	835 pA	656 pA	21%
1.8	1.5	2.6 nA	713 pA	73%
1.8	1.2	2.6 uA	4.6 nA	100%

表1比较了不同VCC/VIN条件下的ICCT电源电流级。从表中可看出，飞兆半导体的低ICCT门电路具有很大的节能潜力。在混合电压系统中，利用低ICCT门电路，与逻辑门电路相关的功耗可降至微不足道。

请参考表2列出的低ICCT门电路供货情况。根据需要可以提供额外的功能。当现有应用因前面讨论的输入条件而出现功耗过大时，用户可利用标准引脚输出，直接简便地进行替换。

表2 飞兆半导体的NC7SVL 低ICCT门电路

门电路功能	产品编号	封装	供货
逆变器	NC7SVL04L6X	MicroPak™	现货
	NC7SVL04FHX	MicroPak 2
	NC7SVL04P5X	SC-70
AND(与门)	NC7SVL08L6X	MicroPak
	NC7SVL08FHX	MicroPak 2
	NC7SVL08P5X	SC-70
OR(或门)	NC7SVL32L6X	MicroPak
	NC7SVL32FHX	MicroPak 2
	NC7SVL32P5X	SC-70

总结

延长电池寿命的要诀是降低各级的功率。随着便携设备整合更多的功能，功耗问题越来越令人担忧。飞兆半导体的NC7SVL低ICCT TinyLogic产品为解决这些难题提供了一个具成本效益的解决方案。此外，飞兆半导体先进的小尺寸MicroPak封装技术，以及新推出的更小的1.0x1.0mm MicroPak 2封装技术，可显著降低线路板空间要求。

对于功率预算十分紧张的便携应用产品来说，耗电量的增加是不能接受的。NC7SVL低 ICCT门电路能够帮助系统设计人员在将功率保持在预算之内，并延长电池寿命。

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