Interpretieren der Ergebnisse, wenn die IC-Temperatur allen Kategorien entspricht

Ich habe kürzlich ein Datenblatt für einen der Chips heruntergeladen, die ich in meinem Projekt verwende, das bekannte 74HC164-Schieberegister. Die Datenblatt-URL ist hier:

https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/74HC_HCT164.pdf

Also schaue ich dann hinein, um herauszufinden, wie lange der Chip braucht, um verschiedene Zustände zu verarbeiten, und er bietet drei Temperaturkategorien, wie im Bild eingekreist:

74hc164 Datenblatt von Nexperia

Da meine Schaltung nie überhitzt und in einer Umgebung mit normaler Raumtemperatur läuft, finde ich dieses spezielle Datenblatt verwirrend. Das liegt daran, dass mein Szenario zwei Temperaturkategorien und möglicherweise drei entspricht. Für mich beträgt die Raumtemperatur 21 Grad, daher ist die einzige Kategorie, die MÖGLICHERWEISE nicht auf mich zutrifft, die Kategorie 25 Grad Celsius.

Nehmen wir an, ich wollte die Ausbreitungsverzögerung basierend auf den angegebenen Informationen bestimmen. Welchen Wert soll ich verwenden?

  1. Der schlimmste Fall von 255 ns (weil der Temperaturbereich -40 bis +125 Grad beträgt)?

ODER

  1. Benötige ich ein spezielles (nicht teures) Thermometer, um den Gradbereich meines Chips während des Betriebs zu messen und Ergebnisse basierend auf dem Temperaturbereich zu erhalten, den das spezielle Thermometer meldet?

ODER

  1. Ich sollte davon ausgehen, dass diese Temperaturen die maximale Anstiegstemperatur des Kreislaufs bedeuten, wenn er läuft, und der 25-Grad-Spalte folgen?

Oder gibt es eine andere Möglichkeit, den Wert zu berechnen, der darauf basiert, dass sich der Chip überhaupt nicht erwärmt, selbst wenn die richtige Spannung an ihn angelegt wird und sich die gesamte Schaltung in einem Raum mit Raumtemperatur befindet?

Antworten (2)

Wenn Sie nicht genau bei 25 ° C laufen, müssen Sie technisch gesehen den Maximalwert für -40 ° C bis 85 ° C verwenden, da dies der kleinste Eimer ist, der zu Ihrer Temperatur passt (vorausgesetzt, Ihr Board erwärmt sich nicht zu sehr und Sie tun nichts wie wenn Sie Ihr Board bei 75 ° C oder 80 ° C Umgebungstemperatur betreiben), also müssen Sie 215 ns verwenden. Dies gilt jedoch nur, wenn Sie mit 2,0 V arbeiten. Erhöhen Sie das auf 4,5 V und Sie sind bei 43 ns.

In Wirklichkeit wird die Ausbreitungsverzögerung wahrscheinlich um den typischen Wert herum liegen, mit dem Maximum bei 170 ns, da Sie etwas unter 25 ° C sind und Schaltkreise dazu neigen, sich zu erwärmen, wenn sie verwendet werden.

Die andere zu beachtende Sache ist, dass diese Höchstwerte in den meisten Fällen sehr konservativ sind. Sie berücksichtigen sowohl Temperaturecken als auch Prozessvariationen. Möglicherweise stellen Sie fest, dass Ihre tatsächliche Ausbreitungsverzögerung um einiges kleiner als das Maximum ist.

Wenn Sie sich große Sorgen über die Ausbreitungsverzögerung machen, können Sie Folgendes tun:

  1. Messen Sie die Ausbreitungsverzögerung dieses IC auf jeder Platine. Dies ist nicht ungewöhnlich, und für Präzisionsgeräte gibt es fast immer ein Teil, das für Kalibrierungszwecke pro Platine charakterisiert werden muss. Sie müssen Ihr Board auch in einer Klimakammer erwärmen und abkühlen, es sei denn, Sie geben nur an, dass es bei einer bestimmten Umgebungstemperatur gemäß den Spezifikationen läuft.

  2. Messen Sie eine Stichprobe von ICs und geben Sie sich genügend "warme Fuzzies", damit die maximale Ausbreitungsverzögerung um einen bestimmten Wert liegt.

  3. Finden Sie ein Schieberegister mit strengeren Spezifikationen. Sie können dies entweder tun, indem Sie ein tatsächliches Teil verwenden oder es in einem FPGA oder CPLD implementieren und die Synthesewerkzeuge so einschränken, dass sie die gewünschten Spezifikationen erfüllen.

  4. Entwerfen Sie Ihr Board so, dass es das Timing mit den absolut schlechtesten Spezifikationen erfüllt. (Sie sollten dies wirklich sowieso tun, auch wenn Sie nicht besonders besorgt waren)

Wenn ich mir große Sorgen um die Ausbreitungsverzögerung machen würde, würde ich mich für Option 1, 3 und 4 entscheiden, wobei ich die Optionen 3 und 4 bevorzuge.

Nebenbemerkung: Wenn Sie die Temperatur für den Chip messen und Ihren tatsächlichen Temperaturbereich ermitteln möchten, benötigen Sie nur ein Thermoelement, das auf das Gehäuse des IC geklebt wird oder in der Luft schwebt. Sie werden heutzutage mit vielen Multimetern geliefert und sind ziemlich billig.

Ok, ich dachte anfangs, den Worst-Case-Wert zu verwenden, aber ich wollte sichergehen.

Ihre Temperatur wird in dieser CMOS-Implementierung variieren, hauptsächlich wegen a) langsamer Eingangstakte, die viele Durchschussströme zulassen, wenn sowohl die NFETs als auch die PFETs --- kurz --- eingeschaltet sind und ein CROWBAR-Strom fließt ; Erwarten Sie 1 mmilliAmp pro Logikgatter innerhalb des IC, der den Zustand ändert (Sie sollten einen 1-Ohm-Widerstand von einem 0,1-uF-SurfaceMount-Kondensator an den VDD-Pin anschließen und den Spannungsabfall überwachen - den Bereich auf AC stellen - über die 1 Ohm). b) starke kapazitive Lasten an den verschiedenen Ausgängen; Leistung aufgrund kapazitiver Lasten wird berechnet als 0,5 * Kapazität * Frequenz * VDD * VDD; bei 100 pF und 10 MHz und 5 Volt beträgt die Leistung 0,5 * 1e-10 * 1e+7 * 5 * 5 = 12,5 Milliwatt pro Ausgang; Diese Leistung wird sowohl innerhalb dieser winzigen FETS, die die Last ansteuern, dissipiert als auch für den Kondensator außerhalb des IC verfügbar

Beachten Sie, dass eine Änderung der VDD von 4,5 V auf 5,5 Volt eine Leistungsänderung von 20 % verursacht.

Bist du dir sicher, was die 0,5 dort für die Leistung angeht? Angenommen, scharfe Kanten, bekomme ich
P Durchschn = 1 T ( ∫ 0 T 2 [ v AUS ⋅ − C L ⋅ D v AUS D X ] D T + ∫ T 2 T [ ( v DD − v AUS ) ⋅ C L ⋅ D v AUS D X ] D T ) = 1 T C L v DD 2 = F C L v DD 2
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