Tarvittavaan jännitteeseen vaikuttaa huomattavasti enemmän kuin kellotaajuus, mutta olet oikeassa, jos tarvitset suurempia nopeuksia, tarvitset yleensä suurempia jännitteitä.

Miksi virrankulutus kasvaa?

Tämä on paljon yksinkertaisempi kuin yksinkertainen piiri, mutta voit ajatella, että se on samanlainen kuin RC-piiri.

RC-piirin ekvivalentti

DC: ssä RC-piiri ei kuluta virtaa. Äärettömyystaajuudella, joka ei ole saavutettavissa, mutta voit aina ratkaista tämän teoreettisesti, kondensaattori toimii oikosuluna ja sinulle jää vastus. Tämä tarkoittaa, että sinulla on yksinkertainen kuorma. Kun taajuus pienenee, kondensaattori varastoi ja purkaa virtaa aiheuttaen pienemmän virrankulutuksen.

Mikä on mikro-ohjain?

Sisällä se koostuu monista monista MOSFET-laitteista kokoonpanossa kutsumme CMOS: ksi.

Jos yrität muuttaa MOSFETin portin arvoa, lataat tai purat kondensaattoria. Tätä käsitettä on vaikea selittää opiskelijoille. Transistori tekee paljon, mutta meille se näyttää vain kondensaattorilta portilta. Tämä tarkoittaa, että mallissa CMOS: lla on aina kapasitanssikuormitus.

Wikipediassa on kuva CMOS-invertteristä, johon viittaan.

CMOS-invertterin lähtö on merkitty K. Mikrokontrollerin sisällä lähtösi ajaa muita CMOS-logiikkaportteja. Kun tulosi A muuttuu suuresta pieneksi, Q: n kapasitanssi on purettava pohjassa olevan transistorin kautta. Aina kun lataat kondensaattorin, näet virrankulutuksen. Näet tämän wikipediassa kohdasta virtakytkentä ja vuoto.

Miksi jännitteen on noustava?

Kun jännitettä kasvaa, se on helpompaa aja kapasitanssi logiikkasi kynnykseen. Tiedän, että tämä näyttää yksinkertaiselta vastaukselta, mutta se on niin yksinkertaista.

Kun sanon, että kapasitanssia on helpompi ajaa, tarkoitan sitä, että se ajetaan kynnysten välillä nopeammin, kuten suurennus on sanonut:

Kun MOS-transistori lisää syöttötaajuusmuuttajan kapasiteettia, myös se kasvaa (suuremmat Vgs). Tämä tarkoittaa, että todellinen R RC: stä pienenee ja siksi portti on nopeampi.

Sähkönkulutuksen suhteen portin kapasitanssin kautta tapahtuu pieni vuoto pienien transistoreiden vuoksi, Mark oli hieman lisättävää tästä:

suurempi jännite johtaa suurempaan vuotovirtaan. Suurissa transistoreissa, kuten modernissa työpöydän prosessorissa, vuotovirta voi aiheuttaa suurimman osan tehohäviöstä. kun prosessin koko pienenee ja transistorin määrä kasvaa, vuotovirta tulee yhä enemmän kriittiseksi virrankulutustilastoksi.

Yleensä CMOS-portit käyttävät virtaa vain vaihtaessaan tilaa. Joten mitä nopeampi kellotaajuus on, sitä useammin portit kytkeytyvät, jolloin enemmän virtaa vaihdetaan ja enemmän virtaa kulutetaan.

No, kyse on logiikkatason siirtymistä.

Kun jokin lähdön yksittäinen bitti muuttuu ... sähköisen arvon on kääntynyt suuresta matalaan tai matalasta korkeaan. Tämä vetää virtaa virtalähteestä tai kaataa osan virrasta takaisin maatasoon. Se tuottaa myös vähän hukkalämpöä tehottomuuden vuoksi.

Jos lisäät kellotaajuutta, lisäät näiden siirtymien määrää aikayksikköä kohden, joten käytät enemmän virtaa näiden logiikkatason siirtymien syöttämiseen.

Lisääntyneet jännitevaatimukset ovat hieman erilaiset. Aikaa, joka tarvitaan signaalin siirtymiseen matalasta korkeaan, kutsutaan nousuaikaksi. Toimiakseen turvallisesti millä tahansa taajuudella logiikan on kyettävä tekemään tämä siirtymä johdonmukaisesti ennen kuin seuraava kello ottaa uuden arvon. Tietyssä vaiheessa logiikka ei pysty täyttämään tietyn taajuuden nousuaikavaatimuksia. Tässä auttaa jännitteen nostaminen, koska se lyhentää nousuaikaa.

Lämpö on melko yksinkertaista. Siru on suunniteltu käsittelemään tietty määrä lämpöä, joka syntyy tietyllä kellotaajuudella. Lisää siirtymien määrää lisäämällä kellotaajuutta, niin saat enemmän hukkalämpöä. Ylikellotettaessa voit helposti ylittää jäähdytysjärjestelmän kyvyn poistaa kyseinen lämpö.

Ajattele perus-RC-piiriä, jossa R ja C ovat rinnakkain. Tavoitteenamme on saada kello tämän piirin ulostuloon - 0-5V 1KHz neliöaalto. Joten kun haluamme kellon olevan korkea, käynnistämme jännitelähteen ja se lataa kondensaattoria, kunnes lähtö on 5 V, ja kun haluamme 0 V, sammutamme sen ja annamme sen purkautua. Lataus- / purkausaika määräytyy piirin RC-vakion avulla. Ongelma - piiri ei lataudu tarpeeksi nopeasti 1 kHz: n kelloa varten. Mitä teen?

Emme voi muuttaa piirin RC-vakiota - se on kiinteä. Joten meidän on ladattava kondensaattori jotenkin nopeammin, mutta silti sama latausjännite. Tätä varten tarvitaan aktiivinen piiri, joka valvoo RC-piirin lähtöjännitettä ja muuttaa kondensaattoriin menevää virtaa lataamaan sitä nopeammin. Suurempi virta tarkoittaa enemmän virtaa.

Kun haluat nopeamman kellon, sinun on ladattava kondensaattori nopeammin. Lataat kondensaattorin työntämällä siihen virtaa. Nykyinen * jännite = teho. Tarvitset enemmän virtaa!

Kaikki digitaalisessa järjestelmässä on sidottu kelloon ja kaikessa on kapasitanssi. Jos sinulla on 100 TTL-sirua yhdessä kellossa, sen on käytettävä paljon virtaa kaikkien lataamiseksi, sitten vedä paljon virtaa vetääksesi ne alas. Perimmäinen syy siihen, että ohmilakia ei pidetä, johtuu siitä, että nämä ovat aktiivisia laitteita, eivät passiivisia. He tekevät sähkötyötä pakottaakseen kellon olemaan mahdollisimman lähellä täydellistä neliöaaltoa.

Jos ylikellotat mikrokontrolleria, se kuumenee

Kyllä - nopeampi muutos tarkoittaa enemmän virtaa ja virta on jännite * virta. Vaikka jännite pysyisi samana, käytetty virta kasvaa, joten enemmän virrankulutusta, enemmän lämpöä.

Jos ylikellotat mikrokontrolleria, se tarvitsee enemmän jännitettä

Osittain totta - se tarvitsee enemmän virtaa, ei välttämättä enemmän jännitettä. Mikrokontrolleri muuntaa jollain tavalla ylimääräisen jännitteen suuremmaksi virraksi tarpeidensa saavuttamiseksi.

Sikäli kuin tiedän, vaihtovirran taajuudella ei ole mitään tekemistä sen jännitteen tai tehon kanssa, ja kello on vain tasavirran ja (neliön) vaihtovirran superasento. Taajuus ei vaikuta tasavirtaan.

Vain puhtaasti resistiiviselle kuormalle. Vaihtovirralla tapahtuu paljon temppuja.

Onko kellotaajuuteen ja -jännitteeseen tai kellotaajuuteen ja -tehoon liittyvää yhtälöä?

Luultavasti ei johdonmukainen yksi, mutta se liittyy yksinkertaisiin yhtälöihin Q = CV, V = I * R, P = I * V

Muista: Korkeampi taajuus => nopeampi nousuaika => täytyy täyttää kondensaattorit nopeammin => enemmän latausta => enemmän virtaa => enemmän virtaa .

Teho = kytkentäkerroin * Kapasitanssi * (VDD ^ 2) * taajuus.

Koska nopealla kellolla on suurempi kytkentäkerroin ja myös suurempi taajuus, siis suurempi dynaaminen virrankulutus.