Podprahové vedení - Subthreshold conduction

Únik podprahové hodnoty v nFET

Podprahové vedení nebo podprahový únik nebo podprahový odtokový proud je aktuální mezi zdrojem a odtokem a MOSFET když tranzistor je v podprahové oblasti, nebo slabá inverze region, tedy pro bránu ke zdroji napětí pod hraniční napětí. Terminologii pro různé stupně inverze popisuje Tsividis.[1]

V digitálních obvodech je podprahové vedení obecně považováno za parazitické únik ve stavu, který by v ideálním případě neměl žádný proud. V mikropoweru analogové obvody, na druhou stranu, slabá inverze je efektivní operační oblast a podprahová hodnota je užitečný tranzistorový režim, kolem kterého jsou navrženy funkce obvodu.[2]

V minulosti bylo podprahové vedení tranzistorů v EU obvykle velmi malé vypnuto stav, protože hradlové napětí může být výrazně pod prahovou hodnotou; ale jak se napětí zmenšovalo s velikostí tranzistoru, podprahové vedení se stalo větším faktorem. Únik ze všech zdrojů se skutečně zvýšil: pro generaci technologie s hraniční napětí 0,2 V, únik může překročit 50% celkové spotřeby energie.[3]

Důvodem rostoucího významu podprahové vodivosti je to, že napájecí napětí se neustále zmenšovalo, a to jak ke snížení dynamické spotřeby energie integrovaných obvodů (energie, která se spotřebovává při přechodu tranzistoru ze stavu zapnuto do stavu vypnuto , který závisí na druhé mocnině napájecího napětí), a udržovat elektrická pole uvnitř malých zařízení na nízké úrovni, aby byla zachována spolehlivost zařízení. Velikost podprahové vodivosti je nastavena pomocí hraniční napětí, který leží mezi zemí a napájecím napětím, a proto musí být snížen spolu s napájecím napětím. Toto snížení znamená menší kolísání napětí brány pod prahovou hodnotu, aby se zařízení otočilo vypnuto, a protože podprahové vedení se mění exponenciálně s hradlovým napětím (viz MOSFET: Cut-off Mode ), stává se čím dál významnějším, jak se zmenšuje velikost MOSFETů.[4][5]

Podprahové vedení je pouze jednou složkou úniku: dalšími únikovými složkami, které mohou mít přibližně stejnou velikost v závislosti na konstrukci zařízení, jsou únik brány-oxid a únik spojení.[6] Pochopení zdrojů úniku a řešení pro řešení dopadu úniku bude požadavkem většiny návrhářů obvodů a systémů.[7]

Podprahová elektronika

Některá zařízení využívají podprahové vedení ke zpracování dat bez úplného zapnutí nebo vypnutí. I ve standardních tranzistorech uniká malé množství proudu, i když jsou technicky vypnuty. Některá podprahová zařízení dokázala pracovat s 1 až 0,1 procenta výkonu standardních čipů.[8]

Takové operace s nižším výkonem umožňují některým zařízením fungovat s malým množstvím energie, které lze vyčistit bez připojeného napájecího zdroje, například nositelného EKG monitor, který může běžet úplně na tělesné teplo.[8]

Viz také

Reference

  1. ^ Tsividis, Yannis (1999). Provoz a modelování tranzistoru MOS (2. vyd.). New York: McGraw-Hill. p.99. ISBN  0-07-065523-5.
  2. ^ Vittoz, Eric A. (1996). „Základy designu analogových mikropowerů“. V Toumazou, Chris; Battersby, Nicholas C .; Porta, Sonia (eds.). Výukové programy pro obvody a systémy. John Wiley and Sons. str. 365–372. ISBN  978-0-7803-1170-1.
  3. ^ Roy, Kaushik; Yeo, Kiat Seng (2004). Nízkonapěťové a nízkonapěťové subsystémy VLSI. McGraw-Hill Professional. Obr. 2.1, str. 44. ISBN  0-07-143786-X.
  4. ^ Soudris, Dimitrios; Piguet, Christian; Goutis, Costas, eds. (2002). Navrhování obvodů CMOS pro nízkou spotřebu. Springer. ISBN  1-4020-7234-1.
  5. ^ Reynders, Nele; Dehaene, Wim (2015). Napsáno v Heverlee, Belgie. Návrh velmi nízkého napětí energeticky účinných digitálních obvodů. Analog Circuits And Signal Processing (ACSP) (1. vyd.). Cham, Švýcarsko: Springer International Publishing AG Švýcarsko. doi:10.1007/978-3-319-16136-5. ISBN  978-3-319-16135-8. ISSN  1872-082X. LCCN  2015935431.
  6. ^ l-Hashimi, Bashir M. A, ed. (2006). Systém na čipu: elektronika nové generace. Instituce inženýrství a technologie. p. 429. ISBN  0-86341-552-0.
  7. ^ Narendra, Siva G .; Chandrakasan, Anantha, eds. (2006). Únik v Nanometer CMOS Technologies. Springer Publications. p. 307. ISBN  0-387-25737-3.
  8. ^ A b Jacobs, Suzanne (2014-07-30). „Čip senzoru bez baterií pro internet věcí“. Citováno 2018-05-01.

Další čtení