功率管理技術介紹

隨著由電池供電的便攜式消費類產品的增長，IC芯片的功耗已成為了一個世界性的問題，設計者必須通過配置合適的功率管理系統采用各種辦法來節省能量。便攜產品的設計卻要求工程師開發更有效的節能系統。隨著消費類產品越來越復雜，功率管理系統的設計也越來越復雜。

　　對于移動設備而言，更長的電池使用壽命、更長的通話時間或更長的工作時間都是明顯的優勢，降低電源要求意味著使用體積更小的電池或選擇不同的電池技術，這在一定程度上也緩解了電池發熱問題；對于有線系統而言，設計師可通過減小電源體積、減少冷卻需求以及降低風扇噪聲來提高電池效率。有效的功率管理涉及到恰當技術的選擇、優化的庫和知識產權（IP）的使用，以及設計方法（圖1）。

　　圖1，有效的功率管理需要選擇恰當的技術、庫和IP設計方案以及芯片設計方法。

　　功耗在電子設備中正變得更加重要。功率的損耗。電路中通常指元、器件上耗 散的熱能。有時也指整機或設備所需的電源功率。 功耗同樣是所有的電器設備都有的一個指標，指的是在單位時間中所消耗的能源的數量，單位為W。不過復印機和電燈不同，是不會始終在工作的，在不工作時則處于待機狀態，同樣也會消耗一定的能量（除非切斷電源才會不消耗能量）。

　　MOS晶體管的基本工作

　　為了解功率，讓我們從經典的MOS晶體管漏極電流方程開始，MOS晶體管是一種新型MOS與雙極復合型器件。它采用集成電路工藝，在普通晶閘管結構中制作大量MOS器件，通過MOS器件的通斷來控制晶閘管的導通與關斷。雖然這些方程只對較老的技術準確，并且未考慮現代技術中的亞微米幾何結構引入的各種影響，但它們使人們能了解晶體管的總體行為。

　　圖2，某NMOS FET表明了施加在其端子的電壓。

　　在數字電路中，當晶體管處于接通狀態時，它位于飽和區，此時漏極至源極電流IDS服從以下方程（圖2）：

　　（1）

　　其中TOX是柵極氧化物厚度，W是晶體管的溝道寬度，L是晶體管的溝道長度，VGS是晶體管的柵極與源極之間的電壓，VTH是閾值電壓，K取決于工藝技術。閾值電壓服從以下方程：

　　（2）

　　其中VSB是源極與基底之間的反向偏壓，VFB是平帶電壓（它取決于工藝技術），γ和ΘS也是取決于工藝技術的參數。

　　如果漏極至漏極電壓等于電源電壓，即柵極與源極之間的最大電壓，那么你就能運用以下方程來計算接通電流：

　　（3）

　　然后可以把有功功率表示為：

　　（4）

　　泄漏功率

　　MOS晶體管中的主要泄漏部分是結泄漏、柵極泄漏、柵極感應漏極泄漏、亞閾值導電。當漏極和基底之間或是源極和基底之間的PN結在晶體管處于關斷狀態下變成負偏壓時，會出現結泄漏，此時由于存在反向偏壓二極管而出現泄漏電流。

　　當柵極至漏極重疊區中的高電場導致帶至帶隧穿，并導致柵極感應漏極泄漏電流時，就會出現柵極感應漏極泄漏。當晶體管處于關斷狀態時，會出現亞閾值導電；它并非真地處于關斷狀態，但由于微弱的反相而導電。亞閾值導電是導致泄漏電流的主要因素。你可把該電流表示為：

　　（5）