Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен из подпороговой утечки )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Допороговая утечка в nFET

Допороговая проводимость, или подпороговая утечка, или подпороговый ток стока - это ток между истоком и стоком полевого МОП-транзистора, когда транзистор находится в подпороговой области или в области слабой инверсии , то есть для напряжений затвор-исток ниже порогового напряжения . Терминология для различных степеней инверсии описана Цивидисом. [1]

В цифровых схемах подпороговая проводимость обычно рассматривается как паразитная утечка в состоянии, в котором в идеале не было бы тока. В аналоговых схемах микромощности , с другой стороны, слабая инверсия является эффективной рабочей областью, а подпороговый режим является полезным транзисторным режимом, вокруг которого строятся функции схемы. [2]

В прошлом подпороговая проводимость транзисторов в выключенном состоянии обычно была очень низкой, так как напряжение на затворе могло быть значительно ниже порогового; но поскольку напряжения были уменьшены с размером транзистора, подпороговая проводимость стала более важным фактором. Действительно, утечка из всех источников увеличилась: для поколения технологий с пороговым напряжением 0,2 В утечка может превышать 50% от общей потребляемой мощности. [3]

Причина растущего значения подпороговой проводимости заключается в том, что напряжение питания постоянно снижается, как для снижения динамического энергопотребления интегральных схем (мощность, которая потребляется, когда транзистор переключается из включенного состояния в выключенное). , которое зависит от квадрата напряжения питания), а также для поддержания низкого уровня электрических полей внутри небольших устройств для поддержания надежности устройства. Величина подпороговой проводимости устанавливается пороговым напряжением , которое находится между землей и напряжением питания, и поэтому его необходимо уменьшать вместе с напряжением питания. Это уменьшение означает меньшее колебание напряжения затвора ниже порогового значения для выключения устройства , а подпороговая проводимость экспоненциально изменяется с напряжением затвора (см. MOSFET: Cut-off Mode), он становится все более и более значительным по мере уменьшения размера полевых МОП-транзисторов. [4] [5]

Допороговая проводимость - это только одна составляющая утечки: другие компоненты утечки, которые могут быть примерно одинакового размера в зависимости от конструкции устройства, - это утечка через оксид затвора и утечка через переход. [6] Понимание источников утечки и решений по устранению воздействия утечки будет требованием для большинства проектировщиков схем и систем. [7]

Подпороговая электроника [ править ]

Некоторые устройства используют подпороговую проводимость для обработки данных без полного включения или выключения. Даже в стандартных транзисторах небольшая утечка тока, даже когда они технически выключены. Некоторые подпороговые устройства могут работать с мощностью от 1 до 0,1 процента от мощности стандартных микросхем. [8]

Такие операции с низким энергопотреблением позволяют некоторым устройствам работать с небольшими количествами энергии, которые могут быть удалены без подключенного источника питания, например, переносной монитор ЭКГ, который может работать полностью на тепле тела. [8]

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Цивидис, Яннис (1999). Работа и моделирование МОП-транзистора (2-е изд.). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл . п. 99 . ISBN 0-07-065523-5.
  2. ^ Vittoz, Eric A. (1996). «Основы проектирования аналоговых микромощностей» . В Toumazou, Крис; Баттерсби, Николас С .; Порта, Соня (ред.). Учебники по схемам и системам . Джон Вили и сыновья . С. 365–372. ISBN 978-0-7803-1170-1.
  3. ↑ Рой, Кошик; Йео, Киат Сенг (2004). Низковольтные маломощные подсистемы СБИС . McGraw-Hill Professional . Рис. 2.1, стр. 44. ISBN 0-07-143786-X.
  4. ^ Судрис, Димитриос; Пиге, Кристиан; Goutis, Costas, eds. (2002). Разработка схем КМОП с низким энергопотреблением . Springer. ISBN 1-4020-7234-1.
  5. ^ Рейндерс, Неле; Дехайн, Вим (2015). Написано в Хеверли, Бельгия. Сверхнизковольтная конструкция энергоэффективных цифровых схем . Аналоговые схемы и обработка сигналов (ACSP) (1-е изд.). Чам, Швейцария: Springer International Publishing AG, Швейцария . DOI : 10.1007 / 978-3-319-16136-5 . ISBN 978-3-319-16135-8. ISSN  1872-082X . LCCN  2015935431 .
  6. ^ 1-Хашими, Башир М.А, изд. (2006). Система на кристалле: электроника нового поколения . Институт инженерии и технологий. п. 429. ISBN. 0-86341-552-0.
  7. ^ Narendra, Siva G .; Чандракасан, Ананта, ред. (2006). Утечка в нанометровых КМОП технологиях . Публикации Springer. п. 307. ISBN. 0-387-25737-3.
  8. ^ a b Джейкобс, Сюзанна (30.07.2014). «Безбатарейный сенсорный чип для Интернета вещей» . Проверено 1 мая 2018 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Годе, Винсент К. (2014-04-01) [2013-09-25]. «Глава 4.1. Методы проектирования с низким энергопотреблением для современных КМОП-технологий». В Steinbach, Bernd (ред.). Недавний прогресс в булевой области (1-е изд.). Ньюкасл-апон-Тайн, Великобритания: Cambridge Scholars Publishing . С. 187–212. ISBN 978-1-4438-5638-6. Проверено 4 августа 2019 . [1] (455 стр.)