Поделиться Поделиться

Энергия ( работа ) переключения

Из-за связи быстродействия и мощности важную роль играет параметр ЛЭ, учитывающий эти параметры совместно и называемый энергией или работой переключения. Работа переключения вычисляется как произведение потребляемой мощности на задержку распространения сигнала, т.е. равна Р*tз. (т.к. мощность – милливатты, динамичность – нс, величина Р*tз выражается в пикоджоулях ).

Установим связь работы переключения с некоторыми параметрами обобщенной схемы ЛЭ с пренебрежимо малыми бесполезными потерями мощности ( т.е. с малой Рст ).

Общая задержка сигнала в ЛЭ физически объясняется инерционностью внутренних процессов в транзисторах и постоянными времени нагрузочных емкостей, для современных ЛЭ доминирует второй фактор).

Это позволяет изобразить ЛЭ в виде некоторой без инерционной части с RC-цепью на выходе:

  лэ
Х1 Энергия ( работа ) переключения - Инвестирование - 1

Энергия ( работа ) переключения - Инвестирование - 2 Энергия ( работа ) переключения - Инвестирование - 3 Энергия ( работа ) переключения - Инвестирование - 4 Rвых y

Энергия ( работа ) переключения - Инвестирование - 5

Энергия ( работа ) переключения - Инвестирование - 3 Хn С

                   
    Энергия ( работа ) переключения - Инвестирование - 7
    Энергия ( работа ) переключения - Инвестирование - 8
 
 
  Энергия ( работа ) переключения - Инвестирование - 9
 
    Энергия ( работа ) переключения - Инвестирование - 10
      Энергия ( работа ) переключения - Инвестирование - 11
 


Rвых- выходное сопротивление схемы ЛЭ и сопротивление цепей связи;

С- складывается из ёмкости нагрузки, монтажа, цепей связи и т.д.

При каждом переключении ЛЭ С перезаряжается, напряжение на ней изменяется на величину U=U1 – U0.

Независимо от сопротивления цепей перезаряда, при этом затрачивается энергия:

W = Энергия ( работа ) переключения - Инвестирование - 12

Если ЛЭ переключается с частотой f, на периоде имеется 2 переключения (в прямом и обратном направлении), и энергия, затрачиваемая в единицу времени, то есть мощность, потребляемая элементом:

Энергия ( работа ) переключения - Инвестирование - 13

Максимальная частота, с которой можно переключать элемент, связана с задержками сигналов в нем. Уменьшив задержку в некоторое число раз, можно повысить частоту переключения в то же самое число раз. Иначе: произведение максимальной частоты переключения на время задержки равно некоторой постоянной k:

Энергия ( работа ) переключения - Инвестирование - 14 или Энергия ( работа ) переключения - Инвестирование - 15

Подставляя в выражение для Р, получим:

Энергия ( работа ) переключения - Инвестирование - 16

Видно, что работа переключения снижается с уменьшением ёмкости схемы и логического перепада U.

Поэтому для цифровых элементов справедливо: схема улучшается по критерию работы переключения с уменьшением её размеров (это снижает ёмкости) и логического перепада напряжения.

← Предыдущая страница | Следующая страница →