Wie ändert sich die Stromaufnahme eines ICs mit der Versorgungsspannung?

Angenommen, ich habe ein Gerät mit einer Reihe von ICs (Mikrocontroller, Logikgatter, MEMS-Sensoren usw.), die mit einer Versorgungsspannung im Bereich von beispielsweise 1,7 V bis 3,6 V betrieben werden können. Wird die Stromaufnahme unterschiedlich sein, wenn ich die Geräte am unteren Ende (1,7 V) oder am oberen Ende (3,6 V) des Betriebsbereichs betreibe? Unterscheidet sich die Antwort je nach IC oder gibt es eine allgemeine Faustregel?

Die Datenblätter, die ich mir angesehen habe, scheinen nicht so detailliert zu sein und geben stattdessen nur die Stromaufnahme bei einer einzigen Versorgungsspannung an. Ich bin interessiert, weil mein Gerät batteriebetrieben ist und ich überlege, ob ich direkt von der Batterie laufen oder einen LDO-Regler verwenden soll.

Ja, es wird sich allgemein ändern. Ja, das hängt vom IC ab. Als Faustregel gilt, dass die Leistung entnommen wird, nicht der Strom, es sei denn, der IC verfügt über einen internen LDO oder ähnliches.
Es gibt keine allgemeine Antwort, wie viel Versorgungsstrom gezogen wird, hängt vom IC ab und wenn er stark variiert, sollte dies im Datenblatt erwähnt werden. Ich könnte ein wenig verallgemeinern und erwähnen, dass die meisten analogen ICs wie Operationsverstärker unabhängig von der Versorgungsspannung einen nahezu konstanten Strom ziehen, da ihre interne Schaltung häufig von einem konstanten Vorspannungsstrom abhängt. Wenn Sie jedoch denselben Operationsverstärker mit einem Widerstand gegen Masse laden und den Ausgang hochziehen, hängt der Strom von der Versorgungsspannung ab. Wenn Ihre Schaltungen mit einer niedrigeren Spannung arbeiten können, würde ich trotzdem die Verwendung eines LDO empfehlen.
Was Eugene sagt, selbst wenn der Versorgungsstrom konstant bleibt, führt eine erhöhte Versorgungsspannung immer noch zu mehr Stromverbrauch. Wenn Ihre Batterie 3,6 V und mehr liefert, Ihre Schaltungen jedoch nur 1,7 V benötigen, sollten Sie die Verwendung eines Abwärtsreglers in Betracht ziehen, da dies die Batterielebensdauer bis zu 2-mal verlängern könnte.
Hier ist eine andere Frage , die mit dieser Frage zusammenhängt.
@Harry Svensson Danke für den Link. Dort gibt es einige gute Informationen zu CMOS-Geräten.

Antworten (2)

Es kommt auf den IC an.

Bei gewöhnlichen digitalen Chips ist die dominierende Stromaufnahme das Laden und Entladen von Kapazitäten auf volle Schienenspannungen, sodass die Stromaufnahme wahrscheinlich ungefähr proportional zur Spannung ist.

Bei analogen Chips ist der Strom wahrscheinlich auch positiv mit der Spannung korreliert, aber die Korrelation kann schwächer sein als bei digitalen Teilen, da analoge Designs oft auf (ungefähr) konstanten Strömen basieren, die von einer Referenz abgeleitet werden.

Und sehr selten werden Sie auf ein Gerät mit eingebautem Schaltnetzteil stoßen, sodass der Strom mit steigender Spannung abfällt.

Guter Punkt zum Laden / Entladen von Kapazitäten. Danke für die umfassende Antwort.

Im Allgemeinen ja, wenn Sie im unteren Spannungsbereich arbeiten, wird der Strom ziemlich direkt proportional zur Versorgungsspannung abfallen.

Da es sich jedoch um nichtlineare Elemente handelt, gibt es viele Ausnahmen von dieser Regel.

Das Absenken der Spannung, um Strom zu sparen, fügt jedoch einige Probleme hinzu.

  1. Ihre Versorgung muss genauer sein, um sicherzustellen, dass Welligkeit oder Schwankungen die Versorgung nicht unter das für Ihre Geräte erforderliche Minimum fallen lassen.

  2. Das Absenken der Signalpegel macht Sie anfälliger für Rauschen. Beim Betrieb am unteren Ende der Versorgung muss mehr darauf geachtet werden, das Systemrauschen zu reduzieren.

Für Ihren speziellen Fall, der ziemlich komplex zu sein scheint, werden Sie viel Herzschmerz hinzufügen, wenn Sie versuchen, ihn am unteren Ende zum Laufen zu bringen. Wenn das Minimum 1,7 V beträgt und Sie versuchen, es mit 1,7 V zu betreiben, bedeutet dies, dass Sie eine perfekte Stromquelle und kein Systemrauschen benötigen.

Wenn Sie im unteren Bereich arbeiten, fällt der Strom ab - Hm. Nicht das Gegenteil?
@EugenSch. Zuletzt habe ich das Ohmsche Gesetz überprüft.
OK, also verstehen wir "IC" anders, denke ich. Ich denke an einen komplexen IC, der eine bestimmte Leistung benötigt, um zu funktionieren. Wenn Sie also die Spannung erhöhen, sinkt der Strom.
@EugenSch. ja in der Tat gibt es Ausnahmen in Hülle und Fülle.
Danke für die Tipps zum Betrieb im Low-End-Bereich bezüglich der Geräuschentwicklung. Ich werde daran denken.
Wie ändert sich die Stromaufnahme eines ICs mit der Versorgungsspannung?
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