Подпороговая проводимость
Подпороговая проводимость , или подпороговая утечка , или подпороговый ток стока — это ток между истоком и стоком полевого МОП-транзистора , когда транзистор находится в подпороговой области или области слабой инверсии затвор-исток , то есть для напряжений ниже порогового напряжения . [1]
Величина подпороговой проводимости транзистора определяется его пороговым напряжением , которое представляет собой минимальное напряжение на затворе, необходимое для переключения устройства между состояниями включения и выключения . Однако, поскольку ток стока в МОП-устройстве изменяется экспоненциально в зависимости от напряжения на затворе, проводимость не сразу становится нулевой при достижении порогового напряжения. Скорее, он продолжает демонстрировать экспоненциальное поведение по отношению к подпороговому напряжению на затворе. При построении графика зависимости приложенного напряжения на затворе этот подпороговый ток стока имеет логарифмически линейный наклон , который определяется как подпороговый наклон . Подпороговый наклон используется как показатель эффективности переключения транзистора. [2]
В цифровых схемах подпороговая проводимость обычно рассматривается как паразитная утечка в состоянии, в котором в идеале проводимость отсутствует. С другой стороны, в микромощных аналоговых схемах слабая инверсия является эффективной рабочей областью, а подпороговый режим — полезным режимом работы транзистора, вокруг которого разрабатываются функции схемы. [3]
Исторически сложилось так, что в схемах КМОП пороговое напряжение было незначительным по сравнению с полным диапазоном напряжений затвора между напряжением земли и питания, что позволяло иметь напряжения затвора значительно ниже порогового значения в выключенном состоянии. Поскольку напряжения на затворе уменьшались с увеличением размера транзистора , пространство для колебания напряжения на затворе ниже порогового напряжения резко уменьшалось, и подпороговая проводимость стала значительной частью утечки транзистора в закрытом состоянии. [4] [5] Для поколения технологии с пороговым напряжением 0,2 В подпороговая проводимость вместе с другими видами утечки может составлять 50% общего энергопотребления. [6] [7]
Подпороговая электроника
[ редактировать ]Некоторые устройства используют подпороговую проводимость для обработки данных без полного включения или выключения. Даже в стандартных транзисторах утечка небольшого количества тока даже тогда, когда они технически выключены. Некоторые подпороговые устройства могут работать с мощностью от 1 до 0,1 процента от мощности стандартных чипов. [8]
Такие операции с низким энергопотреблением позволяют некоторым устройствам работать с небольшим количеством энергии, которую можно использовать без подключенного источника питания, например, портативный монитор ЭКГ , который может полностью работать на тепле тела. [8]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Цивидис, Яннис (1999). Работа и моделирование МОП-транзистора (2-е изд.). Нью-Йорк: МакГроу-Хилл . п. 99 . ISBN 0-07-065523-5 .
- ^ Физика полупроводниковых приборов , С.М. Зе. Нью-Йорк: Wiley, 3-е изд., совместно с Квоком К. Нг, 2007 г., глава 6.2.4, стр. 315, ISBN 978-0-471-14323-9 .
- ^ Виттоз, Эрик А. (1996). «Основы проектирования аналоговых микромощностей» . В Тумазу, Крис; Баттерсби, Николас К.; Порта, Соня (ред.). Учебные пособия по схемам и системам . Джон Уайли и сыновья . стр. 365–372. ISBN 978-0-7803-1170-1 .
- ^ Судрис, Димитриос; Пиге, Кристиан; Гутис, Костас, ред. (2002). Проектирование КМОП-схем с низким энергопотреблением . Спрингер. ISBN 1-4020-7234-1 .
- ^ Рейндерс, Неле; Деэн, Вим (2015). Написано в Хеверле, Бельгия. Проектирование энергоэффективных цифровых схем сверхнизкого напряжения . Аналоговые схемы и обработка сигналов (ACSP) (1-е изд.). Чам, Швейцария: Springer International Publishing AG, Швейцария . дои : 10.1007/978-3-319-16136-5 . ISBN 978-3-319-16135-8 . ISSN 1872-082X . LCCN 2015935431 .
- ^ Рой, Кошик; Йео, Киат Сенг (2004). Низковольтные и маломощные подсистемы СБИС . МакГроу-Хилл Профессионал . Рис. 2.1, с. 44. ИСБН 0-07-143786-Х .
- ^ л-Хашими, Башир М.А., изд. (2006). Система на кристалле: электроника нового поколения . Институт техники и технологий. п. 429. ИСБН 0-86341-552-0 .
- ^ Перейти обратно: а б Джейкобс, Сюзанна (30 июля 2014 г.). «Безбатарейный сенсорный чип для Интернета вещей» . Проверено 1 мая 2018 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Годе, Винсент К. (01 апреля 2014 г.) [25 сентября 2013 г.]. «Глава 4.1. Методы проектирования с низким энергопотреблением для современных КМОП-технологий». Написано во Фрайберге, Германия. В Штайнбахе, Бернд [на немецком языке] (ред.). Недавний прогресс в логической области (1-е изд.). Ньюкасл-апон-Тайн, Великобритания: Издательство Cambridge Scholars Publishing . стр. 187–212. ISBN 978-1-4438-5638-6 . Проверено 4 августа 2019 г. [1] (xxx+428 страниц)