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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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