La conducción subumbral o la fuga subumbral o la corriente de drenaje subumbral es la corriente entre la fuente y el drenaje de un MOSFET cuando el transistor está en la región subumbral, o región de inversión débil , es decir, para voltajes de puerta a fuente por debajo del voltaje umbral . Tsividis describe la terminología para varios grados de inversión. [1]
En los circuitos digitales, la conducción por debajo del umbral se considera generalmente como una fuga parásita en un estado que idealmente no tendría corriente. En los circuitos analógicos de micropotencia , por otro lado, la inversión débil es una región operativa eficiente, y el subumbral es un modo de transistor útil alrededor del cual se diseñan las funciones del circuito. [2]
En el pasado, la conducción por debajo del umbral de los transistores solía ser muy pequeña en el estado desactivado , ya que el voltaje de la puerta podía estar significativamente por debajo del umbral; pero como los voltajes se han reducido con el tamaño del transistor, la conducción por debajo del umbral se ha convertido en un factor más importante. De hecho, las fugas de todas las fuentes han aumentado: para una generación de tecnología con un voltaje umbral de 0,2 V, las fugas pueden superar el 50% del consumo total de energía. [3]
La razón de la creciente importancia de la conducción por debajo del umbral es que el voltaje de suministro se ha reducido continuamente, tanto para reducir el consumo dinámico de energía de los circuitos integrados (la energía que se consume cuando el transistor cambia de un estado encendido a un estado apagado , que depende del cuadrado del voltaje de suministro), y para mantener bajos los campos eléctricos dentro de los dispositivos pequeños, para mantener la confiabilidad del dispositivo. La cantidad de conducción por debajo del umbral se establece mediante el voltaje de umbral , que se encuentra entre tierra y el voltaje de suministro, por lo que debe reducirse junto con el voltaje de suministro. Esto significa una reducción menor tensión de puerta abatible por debajo del umbral para encender el dispositivo apagado , y como subumbral de conducción varía exponencialmente con el voltaje de la puerta (ver MOSFET: Modo de corte ), se hace más y más importante como MOSFETs reducirse de tamaño. [4] [5]
La conducción por debajo del umbral es solo un componente de la fuga: otros componentes de fuga que pueden tener aproximadamente el mismo tamaño según el diseño del dispositivo son la fuga de óxido de puerta y la fuga de unión. [6] Comprender las fuentes de fugas y las soluciones para abordar el impacto de las fugas será un requisito para la mayoría de los diseñadores de circuitos y sistemas. [7]
Electrónica de subumbral
Algunos dispositivos aprovechan la conducción por debajo del umbral para procesar datos sin encenderse o apagarse por completo. Incluso en los transistores estándar, una pequeña cantidad de fugas de corriente incluso cuando están técnicamente apagados. Algunos dispositivos por debajo del umbral han podido funcionar con entre el 1 y el 0,1 por ciento de la potencia de los chips estándar. [8]
Estas operaciones de menor potencia permiten que algunos dispositivos funcionen con pequeñas cantidades de energía que se pueden eliminar sin una fuente de alimentación conectada, como un monitor de EKG portátil que puede funcionar completamente con el calor corporal. [8]
Ver también
Referencias
- ^ Tsividis, Yannis (1999). Operación y modelado del transistor MOS (2 ed.). Nueva York: McGraw-Hill . pag. 99 . ISBN 0-07-065523-5.
- ^ Vittoz, Eric A. (1996). "Los fundamentos del diseño de micropotencia analógica" . En Toumazou, Chris; Battersby, Nicholas C .; Porta, Sonia (eds.). Tutorías de circuitos y sistemas . John Wiley e hijos . págs. 365–372. ISBN 978-0-7803-1170-1.
- ^ Roy, Kaushik; Yeo, Kiat Seng (2004). Subsistemas VLSI de baja tensión y baja potencia . Profesional de McGraw-Hill . Fig. 2.1, pág. 44. ISBN 0-07-143786-X.
- ^ Soudris, Dimitrios; Piguet, Christian; Goutis, Costas, eds. (2002). Diseño de circuitos CMOS para baja potencia . Saltador. ISBN 1-4020-7234-1.
- ^ Reynders, Nele; Dehaene, Wim (2015). Escrito en Heverlee, Bélgica. Diseño de ultra bajo voltaje de circuitos digitales energéticamente eficientes . Circuitos analógicos y procesamiento de señales (ACSP) (1 ed.). Cham, Suiza: Springer International Publishing AG Suiza . doi : 10.1007 / 978-3-319-16136-5 . ISBN 978-3-319-16135-8. ISSN 1872-082X . LCCN 2015935431 .
- ^ l-Hashimi, Bashir M. A, ed. (2006). Sistema en un chip: electrónica de próxima generación . Institución de Ingeniería y Tecnología. pag. 429. ISBN 0-86341-552-0.
- ^ Narendra, Siva G .; Chandrakasan, Anantha, eds. (2006). Fuga en tecnologías nanométricas CMOS . Publicaciones Springer. pag. 307. ISBN 0-387-25737-3.
- ^ a b Jacobs, Suzanne (30 de julio de 2014). "Un chip sensor sin batería para Internet de las cosas" . Consultado el 1 de mayo de 2018 .
Otras lecturas
- Gaudet, Vincent C. (1 de abril de 2014) [25 de septiembre de 2013]. "Capítulo 4.1. Técnicas de diseño de bajo consumo de energía para tecnologías CMOS de última generación". En Steinbach, Bernd (ed.). Progreso reciente en el dominio booleano (1 ed.). Newcastle upon Tyne, Reino Unido: Cambridge Scholars Publishing . págs. 187–212. ISBN 978-1-4438-5638-6. Consultado el 4 de agosto de 2019 . [1] (455 páginas)