Strom sparen durch Sub-Threshold-Design

摘要

Es gibt viele Faktoren, die das Interesse an stromsparenden Halbleiterlösungen erhöhen. Batteriebetriebene Geräte und Systeme im Internet der Dinge (IoT; Internet of Things) müssen eine lange Lebensdauer garantieren, um im Consumer-markt, auf den sie abzielen, von Nutzen zu sein. Energy-Harvesting-Module stellen als alternative Energiequelle entweder geringe Energiemengen oder kurzzeitige Energiestöße bereit. Energieeffizientes Design scheint heute wichtiger als der Trend zu mehr Leistungsfähigkeit, wie er in den 1990er Jahren zu beobachten war. Welche Möglichkeiten stehen also zur Verfügung, wenn der Energieverbrauch verringert werden soll? In einem CMOS-Schaltkreis wird Energie auf zwei verschiedene Arten verbraucht: als Leckstrom oder als statischer Energieverlust (wenn sich der Schaltkreiszustand nicht ändert), und als dynamischer Energieverbrauch - wenn die internen Knoten geladen oder entladen werden. Da sich die dynamische Leistung zum Quadrat der Betriebsspannung ändert, ist diese Spannung entscheidend für die Verringerung des Energieverbrauchs, zumal dies der dominierende Betriebszustand eines CMOS-Bausteins ist. Betrachtet man handelsübliche Halbleiterbausteine wie Mikrocontroller (MCUs), lässt sich durch entsprechende Designentscheidungen ein optimaler Stromverbrauch erzielen.