當前的移動設計努力在高耗能(power-rich)的功能性和更長電池壽命的需求之間取得平衡。本文將探討在混合電壓供電的移動設計中，混合電壓電平如何提高ICC電源電流及邏輯門如何降低功耗。

 

低ICCT技術有利于節能

 

目前，大多數便攜設備都備有多個電源軌，但在輸入高電平(VIH)低于電源電壓(VCC)時，仍可能產生不定功耗。當輸入電壓為電源軌電平(VIL = Gnd 或 VIH = VCC)時，CMOS一般具有極低的靜態ICC和泄漏電流，故是移動應用中邏輯器件的首選技術。不過，若VIH < VCC，會發生這種情況：輸入級的PMOS和NMOS晶體管可能均在不同級“導通”，此時傳導電流，在這個狀態期間，靜態電流ICC增加，存在一條從VCC到Gnd的路徑。這個增加的電流被稱為ICCT電流，亦是輸入電壓逼近閾值時的電源電流。圖1描述了這種情況。

 

圖1 邏輯門和輸入電壓條件

 

注釋：*輸入電壓等于電源電壓Vcc時為使用CMOS門電路的理想狀態；這時ICC電流極低。

*在混合電壓情況下，若Vin < VCC，ICCT電流出現，功耗也隨之產生。

 

一般在CMOS門電路的設計中，輸入電壓閾值或輸入切換點為VCC/2；不過，飛兆半導體的低ICCT門電路采用專有的輸入電壓設計，可降低輸入閾值電壓，增大輸入電壓范圍，同時不影響有效邏輯低電平VIL。如前所述，當輸入電壓為0V或VCC時，CMOS門電路的耗電量極低，而產品數據手冊通常會注明該條件下的ICC。因此，系統設計人員在VIH值小于VCC時看到ICC電流增大可能頗為驚訝。圖2顯示了一個重新設計的輸入結構的優點。

 

VIN - ICC圖比較了一個標準CMOS輸入器件(紅色線條)和一個低ICCT輸入器件(藍色線條)。靜態功率由基本DC功率公式決定：P = ICC * VCC。在本例中，輸入VIH為2.5V，標準CMOS門電路輸入的功耗等于3.0mW (3.6V x 0.83mA) ，而低ICCT門電路的功耗只有0.003mW (3.6V x 0.99uA)；也就是說，利用Low ICCT器件，靜態功耗降低了100%。

 

圖2 ICC -VIN輸入曲線 (Vcc = 3.6V, VIN = 2.5V)

 

ICC電流的增大十分重要，因為它會大幅度增加器件的靜態功耗。飛兆半導體的專有低ICCT輸入結構可在ICCT電流出現期間限制其范圍，如圖2所示。

 

表1 不同VIH條件下的節能潛力

 

表1比較了不同VCC/VIN條件下的ICCT電源電流級。從表中可看出，飛兆半導體的低ICCT門電路具有很大的節能潛力。在混合電壓系統中，利用低ICCT門電路，與邏輯門電路相關的功耗可降至微不足道。

 

請參考表2列出的低ICCT門電路供貨情況。根據需要可以提供額外的功能。當現有應用因前面討論的輸入條件而出現功耗過大時，用戶可利用標準引腳輸出，直接簡便地進行替換。

 

表2 飛兆半導體的NC7SVL 低ICCT門電路

 

總結

 

延長電池壽命的要訣是降低各級的功率。隨著便攜設備整合更多的功能，功耗問題越來越令人擔憂。飛兆半導體的NC7SVL低ICCT TinyLogic產品為解決這些難題提供了一個具成本效益的解決方案。此外，飛兆半導體先進的小尺寸MicroPak封裝技術，以及新推出的更小的1.0x1.0mm MicroPak 2封裝技術，可顯著降低線路板空間要求。

 

對于功率預算十分緊張的便攜應用產品來說，耗電量的增加是不能接受的。NC7SVL低 ICCT門電路能夠幫助系統設計人員在將功率保持在預算之內，并延長電池壽命。