Wat is Doorschietstroom (shoot-through-stroom)?

Stroom die in een CMOS-schakeling van de voeding naar de aarde loopt in het korte moment tijdens het omschakelen van de ingang waarin pMOS en nMOS tegelijk geleiden. Ook kortsluitstroom genoemd; maakt deel uit van het vermogensverbruik.

Japanse benaming: 貫通電流

“Doorschietstroom (shoot-through-stroom)” komt voor in 7 oefenvragen uit 4 onderwerpen, bijv. Energiebeheer (softwaregestuurd), MOSFET, LSI-ontwerpflow en EDA.

Vakgebied: MOSFET

Nu oefenen: vragen over Doorschietstroom (shoot-through-stroom)

Wat is de juiste reden dat het statische (stationaire) vermogensverbruik van een CMOS-inverter laag is?

  1. AOmdat de voedingsspanning hoog is
  2. BOmdat er voortdurend stroom door de gate loopt
  3. COmdat bij ingang 0 of 1 steeds één van pMOS en nMOS uit staat, zodat nauwelijks stroom van voeding naar aarde loopt
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: C. Omdat bij ingang 0 of 1 steeds één van pMOS en nMOS uit staat, zodat nauwelijks stroom van voeding naar aarde loopt

Bij een CMOS-inverter staat bij ingang 0 de pMOS aan en de nMOS uit, en bij 1 omgekeerd; in de stationaire toestand zit er altijd een uitgeschakelde transistor tussen voeding en aarde, zodat nauwelijks doorschietstroom loopt. Het vermogen wordt hoofdzakelijk verbruikt bij het laden en ontladen van de belastingscapaciteit tijdens schakelen, uitgedrukt als P = α·C·V²·f. Door miniaturisering neemt echter de lekstroom in de uit-toestand toe, en bij geavanceerde chips is het statische vermogen niet meer te verwaarlozen.

Hoe heet bij een CMOS-inverter de stroom die van de voeding naar de aarde loopt terwijl de ingang omschakelt?

  1. AGatelekstroom
  2. BDoorschietstroom (kortsluitstroom)
  3. CSubthreshold-stroom
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: B. Doorschietstroom (kortsluitstroom)

Terwijl de ingang door een tussenspanning gaat, staan nMOS en pMOS tegelijk even iets aan en loopt stroom rechtstreeks van de voeding naar de aarde. Dit is de doorschietstroom (kortsluitstroom). Hoe langzamer de overgang van de ingang, hoe langer deze loopt, dus het is belangrijk de stijg- en daaltijden van signalen kort te houden, en ontwerptools voegen buffers in om de bovengrens van de overgangstijd (max transition) te handhaven. Als de overgangen snel blijven, blijft dit aandeel op ongeveer een tiende of minder van het totale dynamische vermogensverbruik.

“Doorschietstroom (shoot-through-stroom)” in de toelichting

Vragen met “Doorschietstroom (shoot-through-stroom)” (7)

  1. Wat is de juiste reden dat het statische (stationaire) vermogensverbruik van een CMOS-inverter laag is?
  2. Hoe heet bij een CMOS-inverter de stroom die van de voeding naar de aarde loopt terwijl de ingang omschakelt?
  3. Welke controle bij layoutverificatie onderzoekt elektrische verbindingsfouten, zoals ingangen die zweven (nergens mee verbonden) of kortsluiting tussen voedingen?
  4. Aan een ingangspin van een microcontroller is alleen een schakelaar aangesloten, zonder pull-up- of pull-downweerstand. Wat kan er gebeuren als de schakelaar open is?
  5. Wat is de juiste rol van isolatiecellen die op de grens tussen een met power gating uitgeschakeld blok en een werkend blok worden geplaatst?
  6. Wat is de juiste rol van een level shifter die wordt geplaatst bij het doorgeven van signalen tussen twee blokken met verschillende voedingsspanningen?
  7. Wat moet worden gedaan met ongebruikte randschakelingen (zoals timers en UART’s) in een microcontroller om het vermogensverbruik te verminderen?

Verwante termen

CMOS Microcontroller (MCU) DRC (design rule check) LVS OPC (optical proximity correction) Pull-upweerstand Power gating Level shifter UART Numerieke apertuur (NA)

Naar de woordenlijst