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[参考译文] EP:估算功耗

Guru**** 2468460 points


请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/switches-multiplexers-group/switches-multiplexers/f/switches-multiplexers-forum/1328601/cd74hc4051-ep-estimating-power-consumption

器件型号:EP

您好!

我正在尝试估算这种多路复用器的功耗、但不确定有没有更合适的方法可以做到这一点。

根据数据表、我需要为多路复用器提供5V 的电压、而我将电流消耗近似为50mA (通过 VCC 或 GND 的连续电流)、因为这是给定的最大电流值。

使用 P=I*V,我得到的功耗为50mA = 0.25W。

对于这个组件、这是合理的计算或近似值、还是应该使用不同的值或方法?

谢谢你:)

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    这是绝对最大额定值、即您的电路必须确保绝不会超过此限值。

    请参阅[常见问题解答]如何计算模拟开关的最大结温(Tj 最大值) 和最大功耗、以及 [常见问题解答]如何计算模拟开关/多路复用器的最大结温。

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    OK 非常感谢您对此进行的澄清。

    此外、如果我在一个连接到微控制器的数字电路中有多个此类多路复用器、 每个多路复用器按顺序启用、至于电路中的总功耗、我还需要同时考虑这两个多路复用器(还是仅仅考虑已启用的多路复用器)吗?

    再次感谢!

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    电流仅流经启用的开关。

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    尊敬的 Sama:

    感谢您联系我们!  0.25W 非常接近预期值。  以下是有关如何解决 CMOS 功耗的良好资源

    [FAQ]如何计算 CMOS 逻辑器件的功耗或电流消耗?

    电容会因开关处于导通状态还是关断状态而异。 您会得到最坏情况下的值、即 CF + Cio。  流经开关的最大电流被定义为50mA。 对于后一个问题、您只需要考虑已启用交换机的功耗。  

    此致、

    亚历克斯

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    您好!

    非常感谢您的回复、这真的很有帮助!

    我对动态功耗计算仍然有一点不确定、因为数据表不提供输入频率(fin)或输出频率(fout)的信息。

    这些是否与数据表中给出的 fmax (180MHz)相关、如果是、如何实现? 似乎没有给出任何其他频率值、这就是为什么我认为这个必须以某种方式使用、但这可能是错误的...

    我还假设给定的 fmax 是多路复用器的最大采样频率、那么、如果使用奈奎斯特采样定理、多路复用器(fin)的输入频率可能必须为 fmax /2?

    同样、我不确定这是一个有效的假设、或者如何计算多路复用器的输入和输出频率、因为除了这些参数外、数据表中还提供了动态功耗的所有其他关键参数。

    在上下文中、多路复用器连接到一个力敏感电阻器矩阵、但我已经看到传感器的采样频率和多路复用器的输入频率是独立的、因此无需考虑使用。

    非常感谢在这方面提供的任何帮助、再次感谢您!

    萨马

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    尊敬的 Sama:

    很抱歉这里的混乱! 让我后退一步。 您最初估算的电流消耗非常接近。 接下来要了解静态功耗、我认为这正是您对自己的应用感兴趣的。 但我们需要了解 Icc、根据电源条件、规格为160uA 或320uA。 根据具体应用,您可以看到5*160uA 或5*320uA。 当然、这会导致值非常小、因为 流经开关的电流通常不会流过 VCC 或 GND、因此实际上并未消耗。

    功率耗散的计算方法与此不同、请告知我是否需要该计算方法!

    此致、

    亚历克斯

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    尊敬的 Alex:

    非常感谢您的回复!

    好的、我对电流使用了50mA 的"通过 VCC 或 GND"的连续电流、但这与您上面给出的 Icc 不同、因此我只是想确认我应该使用这些较低的值来实现静态功耗?

    我还在为整体功耗(即静态+动态)而苦恼、所以需要找出动态部分。

    我不确定的部分是您所连接链接中展示如何计算功耗的公式、即输入和输出频率(fin 和 fout)。

    在上下文中、我实际上将多路复用器连接到我的传感器矩阵的行、将移位寄存器连接到对数据进行采样的每个列。 我当时想、移位寄存器和多路复用器的输入频率(fin)将与我为传感器矩阵确定的采样频率相同-这是一个有效的假设吗?

    此外、这两个元件的输出频率是否也等于输入频率(与传感器的采样频率相同)?

    我当时想这是因为传感器直接连接到移位寄存器和多路复用器、移位寄存器频率将设置传感器以及多路复用器的采样频率。

    如果有任何帮助(连接行的多路复用器、连接列的移位寄存器)、我的电路看起来会与此类似:

    我正在使用的移位寄存器为: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn54hc595-sp.pdf?ts = 1703224270900&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

    再次感谢您的帮助、如果您对此有任何建议以便能够找到动态功耗、那将非常好!

    萨马

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    尊敬的 Sama:

    可以更正使用较小的 Icc 值。 在本例中、我们对电源电流感兴趣。 在前面附加的常见问题解答中、您将在页面底部附近看到用于获取功耗的计算器。 所提供的样本 Icc 在 uA 范围内、因此可以检验一下。  

    实际上、前面的常见问题解答与 CMOS 逻辑器件相关。 我们的开关是无源器件、因此您无需担心此处的输入/输出频率等因素。 很抱歉耽误你的时间。  

    实际上、可以使用 此 E2E 中的以下公式来确定开关的功耗

    其中简化为  

    因此、我们可以使用5V * 160uA + 1 * 50mA^2 * 240 = 0.6758W

    此致、

    亚历克斯

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    尊敬的 Alex:

    再次感谢您的答复!

    啊、好的、多路复用器和移位寄存器不是 CMOS 元件吗? 我被这里弄混淆了、因为多路复用器(https://www.ti.com/lit/ds/symlink/cd74hc4051-ep.pdf?= 1703216081375)和移位寄存器(https://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn54hc595-sp.pdf?ts CMOS = 1703224270900&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F)数据表都提到它们使用 ts 技术、但它们也是无源器件...

    上面的公式将静态功耗与器件 本身的损耗(使用开关电阻)相加、因此 N 不是通道数(8)、还是因为一次只有一个通道处于活动状态而为1?

    我还不确定这会如何应用于移位寄存器、因为数据表未提供"ron"电阻? -您能帮助这个组件吗?

    再次感谢您、

    萨马

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    尊敬的 Sama:

    该器件的无源性质使我们能够简化许多计算、如功耗。 在计算中考虑 N 时、我们一次只有一条活动通道、因此我们为此值选择1。  

    第二、您是否在问移位寄存器的功耗? 如果是、我需要将该主题移到处理此器件的相应组。 让我知道我是否理解正确,我会这样做!

    此致、

    亚历克斯

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    尊敬的 Alex:

    非常感谢您的回复!

    这对于多路复用器来说是合理的、是否有参考说明该功耗公式(例如纸张或网站)的来源? (如果不是、请不要担心!)

    是的、嗯、我不确定同一公式是否可以应用于移位寄存器、因为数据表中的参数值不同... 但基本上是的、我也对移位寄存器的功耗感到烦恼!

    谢谢你:)

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    尊敬的 Sama:

    该公式由先前的应用工程师从多路复用器的简化线性模型(即 RC 模型)得出。  

    此想法源于器件上的功耗是每个引脚上的电流 x 电压乘积的组合。  

    现在、我将进入移位寄存器团队!

    此致、

    亚历克斯

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    尊敬的 Sama:

    使用最初的常见问题解答来计算移位寄存器的功耗: https://e2e.ti.com/support/logic-group/logic/f/logic-forum/875721/faq-how-do-i-calculate-power-consumption-or-current-consumption-for-my-cmos-logic-device

    如果您有任何问题、请告诉我。 如果能提供移位寄存器的器件型号、也会很有帮助。

    此致!

    马尔科姆

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    您好!

    非常感谢您的答复。

    我正在使用74HC595移位寄存器(https://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn54hc595-sp.pdf?ts = 1703224270900&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F)。

    我认为这是一个 CMOS 组件、但我正在使用数据表中给定的值计算动态功耗。

    如果您能帮助计算功耗、那将非常好-谢谢!

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    尊敬的 Alex:

    很抱歉再次仔细检查这个公式、但对于多路复用器(www.ti.com/.../cd74hc4051-ep.pdf = 1703216081375)、数据表显示了以下动态功率计算公式:

    是否可以忽略这一点、即仍然不需要以这种方式使用输入和输出频率(不确定)查找动态功耗?

    仅为确保准确、我再次问这个问题、否则将使用之前的公式、仅计算多路复用器本身在开关时的静态功耗和功耗。

    谢谢。

    萨马

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    尊敬的 Sama:

    假设 n =开关输入的数量。 您有2个时钟和8个数据输入、假设我们总共有10个正在切换的输入(n = 10)。

    我们从数据表中获得了400pf 下的 CPD:

    假设 VCC = 5V、正如您在原帖中所述。 最后、我不确定输入信号的切换频率、但假设它们在1MHz 切换频率。 这不是您在数据表中找到的参数、因为它是您的系统固有的(由输入信号的频率控制)。 因此、动态功耗将是:

    Pd = n x (VCC^2) x CPD x (输入的开关频率)= 10 x 25 x 400E-12 x 1E6 = 0.1W

    对于静态功率、Icc max = 8uA:

    因此 Pstatic = 8E-6 x 5 = 40uW。  

    此致!

    马尔科姆

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    您好、Malcolm:

    非常感谢这是真的很有帮助!

    我有几个问题:

    首先、对于输入数量、如果移位寄存器一次只有一个输入发生变化、则开关的总数量始终是1、而不是说1。

    此外、您还提到、输入频率是可以设置的-如果移位寄存器直接连接到采样的传感器、那么输入频率与移位寄存器的下限是否等于传感器的采样频率 (假设传感器的输入频率不能低于传感器的采样速度)? -想问这是不是一个有效的假设。

    谢谢你:)

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    尊敬的 Sama:

    1. 它指的是每单位时间有多少输入变化、通常定义为一个时钟周期。 输入在每个馈送到器件的时钟周期内发生了多少变化。
    2. 很难看到上面的电路图片。 但假设您的意思是、移位寄存器的输入已连接到传感器的输出、那么是的、我会使用这里传感器的采样率。

    此致!

    马尔科姆

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    您好!

    非常感谢您的答复,这真的很有帮助。

    我还对移位寄存器的通信/数据传输感到困惑。 如果在这种类型的设置中移位寄存器连接到微控制器(见下图)、使用的通信协议是什么?

    在移位寄存器帮助读取矩阵中的特定传感器元素之后、我对如何将数据传输到微控制器感到有点困惑-我已经研究了 SPI、I2C 等、但不确定这些元素是否适用于移位寄存器?

    谢谢你。

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    尊敬的 Sama:

    我对您提出的问题有点困惑、我怀疑这个问题超出了我的专业领域。 SPI 可能是驱动此类移位寄存器最常用的协议、但这取决于系统的设计人员。

    此致!

    马尔科姆