WikiDer > Подпороговая проводимость

Subthreshold conduction

Допороговая утечка в nFET

Подпороговая проводимость или же подпороговая утечка или же подпороговый ток стока это Текущий между истоком и стоком МОП-транзистор когда транзистор находится в подпороговой области, или слабая инверсия регион, то есть для от ворот к источнику напряжения ниже пороговое напряжение. 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 микромощности аналоговые схемы, с другой стороны, слабая инверсия - это эффективная рабочая область, а подпороговый - это полезный транзисторный режим, вокруг которого строятся функции схемы.[2]

В прошлом подпороговая проводимость транзисторов обычно была очень мала в выключенный состояние, так как напряжение на затворе может 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 пороговое напряжение 0,2 В утечка может превышать 50% от общей потребляемой мощности.[3]

Причина растущей важности подпороговой проводимости заключается в том, что напряжение питания постоянно снижается, как для уменьшения динамического энергопотребления интегральных схем (мощности, 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 пороговое напряжение, который находится между землей и напряжением питания, поэтому его необходимо уменьшать вместе с напряжением питания. Это уменьшение означает меньшее колебание напряжения затвора ниже порогового значения для включения устройства. выключенный, и поскольку подпороговая проводимость изменяется экспоненциально с напряжением затвора (см. MOSFET: режим отключения), он становится все более и более значительным по мере уменьшения размера полевых МОП-транзисторов.[4][5]

Допороговая проводимость - это только один из компонентов 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 последствий утечки будет требованием для большинства проектировщиков схем и систем.[7]

Подпороговая электроника

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 можно очистить без подключенного источника питания, например носимого устройства. ЭКГ монитор, который может полностью работать на тепле тела.[8]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Цивидис, Яннис (1999). Работа и моделирование МОП-транзистора (2-е изд.). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. п.99. ISBN 0-07-065523-5.
  2. ^ Виттоц, Эрик А. (1996). «Основы проектирования аналоговых микромощностей». В Тумазу, Крис; Баттерсби, Николас С .; Порта, Соня (ред.). Учебники по схемам и системам. Джон Уайли 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. Дои:10.1007/978-3-319-16136-5. ISBN 978-3-319-16135-8. ISSN 1872-082X. LCCN 2015935431.
  6. ^ л-Хашими, Башир М.А, изд. (2006). Система на микросхеме: электроника нового поколения. Институт инженерии и технологий. п. 429. ISBN 0-86341-552-0.
  7. ^ Нарендра, Шива Г .; Чандракасан, Ананта, ред. (2006). Утечка в нанометровых КМОП технологиях. Публикации Springer. п. 307. ISBN 0-387-25737-3.
  8. ^ а б Джейкобс, Сюзанна (30.07.2014). "Безбатарейный сенсорный чип для Интернета вещей". Получено 2018-05-01.

дальнейшее чтение