IC形体尺寸与最高工作频率的关系(2022/9/12)

  CMOS逻辑系统的功耗主要与时钟频率f系统内各栅极的输入电容Cin以及电源电压VDD有关。
  动态功耗包括开关功耗+短路功耗,其中开关功耗为:Pswitch = VDD^2 * Cload * f = 1/2 * VDD^2 * Cload * Tr。
  其中,VDD为供电电压,Cload为后级电路等效的电容负载大小,Tr为输入信号的翻转率,也有另外一种写法,f为时钟频率,一个周期信号翻转两次,所以这里没有 1/2。发现,开关功耗与电路的工作频率成正比,与负载电容成正比,与电压的平方成正比。
  器件形体尺寸减小后,电源电压也随之降低,从而在栅极层大大降低功耗。这种低电压器件拥有更低的功耗和更高的运行速度,允许系统时钟频率升高至千兆赫兹(GHz)级别。在这些高时钟频率下,阻抗控制、正确的总线终止和最小交叉耦合,带来高保真度的时钟信号。

截图来源:https://www.ti.com.cn/cn/lit/sg/zhcc344/zhcc344.pdf

参考文章:IC常用知识4-静态功耗和动态功耗
参考文章:TI-电源设计经验谈1-50合集

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