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サブスレッショルド伝導電流、サブスレッショルドリーク電流、サブスレッショルドドレイン電流は、トランジスタがサブスレッショルド領域、または弱反転領域、つまりゲート-ソース間電圧が閾値電圧以下の場合のMOSFETのソースとドレイン間の電流です。[1]
トランジスタのサブスレッショルド伝導量は、その閾値電圧によって設定されます。閾値電圧は、デバイスをオン状態とオフ状態の間で切り替えるために必要な最小ゲート電圧です。しかし、MOSデバイスのドレイン電流はゲート電圧とともに指数関数的に変化するため、閾値電圧に達しても伝導はすぐにゼロにはなりません。むしろ、サブスレッショルドゲート電圧に対して指数関数的な動作を示し続けます。印加ゲート電圧に対してプロットすると、このサブスレッショルドドレイン電流は対数線形勾配を示し、これはサブスレッショルド勾配として定義されます。サブスレッショルド勾配は、トランジスタのスイッチング効率の性能指数として使用されます。[2]
デジタル回路では、サブスレッショルド伝導は、理想的には伝導がない状態における寄生リークとして一般的に考えられています。一方、マイクロパワーアナログ回路では、弱反転は効率的な動作領域であり、サブスレッショルドは回路機能が設計される有用なトランジスタモードです。 [3]
歴史的に、CMOS回路では、閾値電圧は、グランド電圧と電源電圧の間のゲート電圧の全範囲と比較して重要ではなく、オフ状態では閾値を大幅に下回るゲート電圧が許容されていました。ゲート電圧がトランジスタのサイズとともに縮小するにつれて、閾値電圧を下回るゲート電圧スイングの余地が大幅に減少し、サブスレッショルド伝導がトランジスタのオフ状態リークの重要な部分になりました。[4] [5]閾値電圧が0.2 Vの技術世代では、サブスレッショルド伝導は他のリークモードとともに、総消費電力の50%を占める可能性があります。[6] [7]
サブスレッショルドエレクトロニクス
一部のデバイスは、サブスレッショルド伝導を利用して、完全にオンまたはオフにすることなくデータを処理します。標準的なトランジスタでも、技術的にオフになっている場合でも、少量の電流が漏れます。一部のサブスレッショルドデバイスは、標準的なチップの1〜0.1％の電力で動作することができます。[8]
このような低電力動作により、体温だけで動作するウェアラブル心電図モニターなど、電源を接続せずに回収できる少量の電力で動作するデバイスも登場している。 [8]
参照
参考文献
- ^ ヤニス・ツィヴィディス (1999)。 MOS トランジスタの動作とモデリング (第 2 版)。ニューヨーク:マグロウヒル。 p. 99.ISBN 0-07-065523-5。
- ^ Physics of Semiconductor Devices、SM Sze. New York: Wiley、第3版、Kwok K. Ngとの共著、2007年、第6.2.4章、315ページ、ISBN 978-0-471-14323-9。
- ^ Vittoz, Eric A. (1996)。「アナログマイクロパワー設計の基礎」。Toumazou, Chris、Battersby, Nicholas C.、Porta, Sonia (編)。回路とシステムのチュートリアル。John Wiley and Sons。pp. 365–372。ISBN 978-0-7803-1170-1。
- ^ Soudris, Dimitrios; Piguet, Christian; Goutis, Costas 編 (2002)。低電力 CMOS 回路の設計。Springer。ISBN 1-4020-7234-1。
- ^ Reynders, Nele; Dehaene, Wim (2015)。ベルギーのヘヴェルレーで執筆。エネルギー効率の高いデジタル回路の超低電圧設計。アナログ回路と信号処理 (ACSP) (第 1 版)。スイス、シャム: Springer International Publishing AG スイス。doi : 10.1007 / 978-3-319-16136-5。ISBN 978-3-319-16135-8LCCN 2015935431 .
- ^ Roy, Kaushik; Yeo, Kiat Seng (2004). 低電圧、低電力 VLSI サブシステム。McGraw -Hill Professional。図 2.1、p. 44。ISBN 0-07-143786-X。
- ^ l-Hashimi, Bashir M. A 編 (2006). System on a Chip: Next Generation Electronics. 工学技術研究所. p. 429. ISBN 0-86341-552-0。
- ^ ab Jacobs, Suzanne (2014-07-30). 「モノのインターネット向けバッテリーレスセンサーチップ」2018年5月1日閲覧。
さらに読む
- Gaudet, Vincent C. (2014-04-01) [2013-09-25]. 「第 4.1 章 最先端の CMOS テクノロジの低電力設計手法」。ドイツのフライベルクで執筆。Steinbach, Bernd [ドイツ語] (編)。ブール領域における最近の進歩 (第 1 版)。ニューカッスル アポン タイン、イギリス: Cambridge Scholars Publishing。pp . 187–212。ISBN 978-1-4438-5638-6. 2019年8月4日閲覧。[1] (xxx+428ページ)