Fuga dinámica y activa en CMOS

La fuga activa se refiere a la fuga cuando ambos FET están ligeramente encendidos. Esto ocurre durante la transición de la puerta de un nivel lógico a otro, debido a la pendiente no infinita en las puertas del transistor.

En la imagen de abajo, la fuga activa está etiquetada con corriente de cortocircuito.

La cantidad de fuga activa depende de la pendiente de entrada a la puerta. Si la pendiente es muy rápida, ambos transistores estarán encendidos durante menos tiempo que si la transición es muy lenta.

Otro efecto que está más oculto es que hay un retraso finito entre las transiciones en los transistores adyacentes. Esto es causado por la resistencia del cable y la capacitancia parásita. Entonces, incluso con una pendiente infinita (imposible, pero solo para este experimento mental), habrá un cierto retraso finito entre las transiciones en cada compuerta del transistor en la compuerta lógica CMOS. Esta es una corriente de palanca corta.

La fuga pasiva se refiere a una fuga no causada por la conmutación, sino solo a través del FET de resistencia máxima (completamente apagado).

Si desea medir las fugas activas, simule el cambio de puerta en una pendiente de entrada razonable con una carga de salida razonable ( la pendiente de entrada será fuertemente proporcional a la fuga activa poder ). Ahora mida la corriente en el FET no activo . Por ejemplo, si la salida está aumentando, mida la corriente en el NMOS. Si la salida está cayendo, mida la corriente en el PMOS. Esta corriente no se está utilizando para cargar o descargar la capacitancia de salida, sino que se trata de interceptar a través de ambos FET durante el tiempo en que ambos están ligeramente encendidos.

Multiplica esto por el voltaje de suministro y obtendrás energía instantánea. O puede integrar la corriente durante la ventana de transición para calcular la energía por ciclo, y desde aquí encontrar la potencia en función de la frecuencia.

Para activar un MOSFET, debe aumentar el voltaje de la compuerta a (digamos) 5V. Al hacerlo, se carga la capacidad de la fuente de la puerta a 5V. Si la capacitancia es 5 pF, entonces la energía puesta en la unión de la puerta de entrada es \ $ CV ^ 2 \ $ / 2 o 62.5 pJ.

Cuando apagas ese MOSFET, esa energía se pierde en forma de calor y desaparece.

Si esto sucede diez millones de veces por segundo, la potencia total perdida = energía x 10 ^ 6 = 626 uW. Si tiene 1000 MOSFET haciendo esto, tiene una disipación de potencia de 625 mW.

También hay una capacitancia de salida del MOSFET que se agrega a esto, pero probablemente sea menor que la pérdida de potencia dinámica de la puerta.