HC-MOS是一種高速或高密度硅柵極CMOS，其靜態(tài)功耗低于等效的LSTTL同類產(chǎn)品。即使系統(tǒng)的復(fù)雜性增加，該設(shè)備的功耗也較小。可以使用易于使用的方程式來(lái)計(jì)算任何CMOS器件的功耗，本文將對(duì)此進(jìn)行討論。

介紹

如果只有一個(gè)特性可以證明CMOS的存在，那就是低功耗。在靜態(tài)狀態(tài)下，高速CMOS的功耗比等效的LSTTL功能小五至七個(gè)數(shù)量級(jí)。切換時(shí)，金屬柵極和高速硅柵極CMOS所消耗的功率與設(shè)備的工作頻率成正比。這是因?yàn)楣ぷ黝l率越高，設(shè)備切換的頻率就越高。由于每個(gè)過(guò)渡都需要功率，因此功耗會(huì)隨著頻率的增加而增加。首先，我們將描述HC-CMOS和LSTTL應(yīng)用中功耗的原因。接下來(lái)將進(jìn)行MM54HC / MM74HC與LSTTL功耗的比較。最后，將討論器件封裝所施加的最大功耗額定值。

靜態(tài)功耗

理想情況下，當(dāng)不切換CMOS集成電路時(shí)，應(yīng)該沒(méi)有從VCC到地的直流電流路徑，并且該器件完全不應(yīng)該吸收任何電源電流。但是，由于半導(dǎo)體的固有特性，少量泄漏電流流經(jīng)集成電路上所有反向偏置的二極管結(jié)。這些泄漏是由二極管區(qū)域中熱生成的載流子引起的。隨著二極管溫度的升高，這些不需要的電荷載流子的數(shù)量也會(huì)增加，因此泄漏電流會(huì)增加。

將所有CMOS器件的漏電流指定為ICC。當(dāng)所有輸入均保持在VCC或接地，并且所有輸出均斷開(kāi)時(shí)，這是從VCC流向地面的DC電流。這稱為靜態(tài)。

對(duì)于MM54HC / MM74HC系列，規(guī)定的ICC為25°C，85°C和125°C的環(huán)境溫度（TA）。根據(jù)設(shè)備的復(fù)雜程度，每種溫度下都有三種不同的規(guī)格。二極管結(jié)的數(shù)量隨著電路復(fù)雜性的增加而增加，從而增加了泄漏電流。表1總結(jié)了MM54HC / MM74HC系列的最壞情況ICC規(guī)范。此外，應(yīng)注意的是，當(dāng)溫度降至25°C以下時(shí)，最大ICC電流將降低。

動(dòng)態(tài)功耗

動(dòng)態(tài)功耗基本上是充電和放電電容的結(jié)果。它可以分為三個(gè)基本組成部分：

負(fù)載電容瞬態(tài)耗散

內(nèi)部電容瞬態(tài)耗散

切換過(guò)程中出現(xiàn)尖峰電流。

負(fù)載電容瞬態(tài)耗散功耗

的第一貢獻(xiàn)是外部負(fù)載電容的充電和放電。圖1是驅(qū)動(dòng)電容性負(fù)載的簡(jiǎn)單CMOS反相器的示意圖。

內(nèi)部電容瞬態(tài)耗散

內(nèi)部電容瞬態(tài)耗散與負(fù)載電容耗散相似，不同之處在于內(nèi)部寄生“片上”電容正在充電和放電。圖3是與兩個(gè)CMOS反相器相關(guān)的寄生節(jié)點(diǎn)電容的示意圖。

C1和C2是分別與P和N溝道晶體管的柵極區(qū)域以及源極和溝道區(qū)域的重疊相關(guān)的電容。C3是由于柵極和源極（輸出）的重疊引起的，被稱為米勒電容。C4和C5分別是從輸出到VCC和地的寄生二極管的電容。

編輯：hfy