Page 52 - 實現系統級效能、功耗與面積的3D-IC小晶片設計

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旁路電阻的重要性 旁路電阻上的電壓降
檢測電阻R1誤差 (V)=10μV÷0.1%=10nV
外部旁路或電流檢測電阻是 影響功耗測量的一個重要因素， 使用數位萬用表(DMM)、資料擷 取(DAQ)設備或示波器等電壓測 量儀器來測量待測物的電流消耗 時，需要仔細注意旁路電阻的大 小和容差。在這種情況下，旁路電 阻也參與測量電壓降並將其轉換 為電流，適當調整此電阻的大小 可確保測量精確性。在圖1中，R1 (100mΩ，0.1%容差)電阻代表儀 器測量的被測電壓降，在這裡，可 以使用歐姆定律來計算檢測電阻 上的電壓。請注意，為減少誤差， 電阻應夠低，但又應夠大以滿足 精確的電壓降測量。在該例中， 選擇100mΩ，以實現精確的電流 測量，同時又使得檢測電阻消耗 的功率最小。
=100μA×100mΩ=10μV
預 期 功 耗 =10μV×100μA=1nW
電流=(1VDC)/(1Ω)=1A 旁路電阻上的電壓降 =1A×100mΩ=100mV 預期功耗 =100mV×1A=100mW 如上所見，低功耗模式下旁路
檢測電阻電流誤差 (A)=10nV÷100mΩ=100nA
根據的高功耗和低功耗模式 模型，可以使用下面的公式，估算 旁路電阻上的電壓降。這些估算 是電壓測量的前提，也是考慮選 用不同測量儀器精準度時的基礎:
DMM是用於低電平電壓測量 的最常用儀器之一，通常採用一系 列功能來校正電壓不確定性。為了 確定該儀器的精準度，考慮一台精 準度為7位半的DMM、其最大輸入 範圍為±1,000V，內建1.8MS/s 的隔離數位轉換器，圖2內容摘自 該設備的資料表。在這種情況下， 像自動歸零、ADC校準和偏移歸零 這類的高階DMM精準度增強功能 都被禁用。重要的是要理解，如果 啟用DC偏移歸零，則DMM的整體 精準度可以提高2μV。請注意，DC 偏移歸零是一個高階選項，有很多 使用注意事項和權衡取捨。出於討 論的目的，檢測電阻兩端的測量電 壓在最壞情況下為10μV，所以可以 暫時忽略直流偏移調零。
• R2:低功耗模式
R1檢測電阻值=100mΩ、容差 0 . 1 %，則:
電流=(1VDC)/(10kΩ)=100μA
• R3:高功耗模式
選擇合適的測量設備來測試 低功耗電路
電阻上的壓降很小。在這種情況下 功耗測量更具挑戰性，因此將重點 關注低功耗條件下的精準度計算。 請注意，當使用旁路電阻測量功耗 時，測量的總誤差將包括元件誤 差和配置誤差。出於說明目的，假 設連接到旁路電阻R1和電壓源V1 的導線和固定裝置上的任何電壓 降都可以忽略不計。但可以使用 以下公式，計算由電阻容差引起的 測量誤差。回想一下，在本例中， 高功率模式測量值為100mV，低 功耗模式測量值為10μV。低功耗 模 式 下:
在開始探索電壓和電流測量 領域時，瞭解電壓、電流和電阻之 間的關係至關重要。由於儀器通常 測量電壓或電流，因此將使用歐姆 定律來確定IC、電源軌、電路和/或 系統級的功耗。執行低功耗測量有 多種選擇，但每一種都需要權衡取 捨。用於測量電壓的最常見設備是 DMM、示波器和DAQ。
使用DMM進行低功耗測量
圖2:指數脈衝上升邊緣的時間常數測量。
www.eettaiwan.com | 2022年4月
儘管DMM既可以測量電壓也
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