Wieso lassen sich viele Mikrocontroller um 1uA oder weniger schlafen legen, mit zig tausend Transistoren, und im Gegensatz haben typische vergleichsweise lächerliche HCMOS wie z.B ein 74HC164 mit nur wenigen Transistorstufen +10uA Leckstrom im statischen Betrieb bei 5V? Gibt es zugängliche Literatur zum Thema? Irgendwie finde ich das interessant. Ein uC wie ein AVR ist doch prinzipiell auch HCMOS, oder nicht? Wie schafft der Hersteller es mit den vielen zusätzlichen Schaltstufen diesbezüglich fertig zu werden? Wer weiß was darüber? Mfg, Gerhard
Bei modernen µC baut man auch Power Gates mit ein. Außerdem sind Transistoren relativ oft größer als "minimal", damit z.B. das dickere Gateoxyd die Leckströme minimiert.
Jim M. schrieb: > Bei modernen µC baut man auch Power Gates mit ein. > > Außerdem sind Transistoren relativ oft größer als "minimal", damit z.B. > das dickere Gateoxyd die Leckströme minimiert. Verstehe ich da rictig, daß große Teile der Schaltung stromlos werden? Wenn ich z.B den ADC vor dem Schlaf abschalte, daß da die zugehörigen Schaltungsteile alle stromlos werden und nicht nur den Systemtakt abschalten? Aber wenn ein HC164 mit seinen paar armseligen Transistoren drin schon so viel Strom braucht wie schaffen die das bei der vergleichsweisen sehr viel komplizierteren uC Architektur? Auch mit Abschaltung dürfte noch genug Schaltungsteile aktiv sein. Die ganze I/O Pin Beschaltung bleibt ja weiterhin aktiv um ggf. Den uC durch Pin Yinterrupt wieder zum Leben zu erwecken. Eine App note die das beschreibt wäre super faszinierend und lesenswert für mich. Jedenfalls danke Dir für den Hinweis.
>Wieso lassen sich viele Mikrocontroller um 1uA oder weniger schlafen >legen, mit zig tausend Transistoren, und im Gegensatz haben typische >vergleichsweise lächerliche HCMOS wie z.B ein 74HC164 mit nur wenigen >Transistorstufen +10uA Leckstrom im statischen Betrieb bei 5V? Gibt es Vielleicht, weil Du Max-Werte bei 125°C bei CMOS mit typ. Werten bei 25°C bei µC vergleichst? Zumindest ein 4093 hatte mal bei einer Stichprobenmessung meinerseits weniger als 100nA gezogen, wenn ich mich noch recht entsinne, obwohl dessen angegebener max. Reststrom unter ungünstigsten Bedingungen mit über dem 1000fachen angegeben wird.
Es ist nicht ganz fair, ICs aus den 70ern und 80ern mit aktuellen µCs zu vergleichen. Neben den Unterschieden in der Fabrikationstechnik damals und heute werden Mikrocontroller heute auch über die Angabe des Stromverbrauchs im Datasheet verkauft. CD4000 und 74HC hingegen hatten damals praktisch nur die Stromfresser 74LS als Konkurrenz, und ob im Datasheet nun 10µA oder 100nA stand war ziemlich egal.
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Jens G. schrieb: >>Wieso lassen sich viele Mikrocontroller um 1uA oder weniger > schlafen >>legen, mit zig tausend Transistoren, und im Gegensatz haben typische >>vergleichsweise lächerliche HCMOS wie z.B ein 74HC164 mit nur wenigen >>Transistorstufen +10uA Leckstrom im statischen Betrieb bei 5V? Gibt es > > Vielleicht, weil Du Max-Werte bei 125°C bei CMOS mit typ. Werten bei > 25°C bei µC vergleichst? > Zumindest ein 4093 hatte mal bei einer Stichprobenmessung meinerseits > weniger als 100nA gezogen, wenn ich mich noch recht entsinne, obwohl > dessen angegebener max. Reststrom unter ungünstigsten Bedingungen mit > über dem 1000fachen angegeben wird. Im T.I Datenblatt für den 164er, bei 25 Grad und 6V Icc=8uA. Im Bereich von -55 bis +85 werden bis zu 160uA angegeben. Die 4000er sind da schon wesentlich günstiger. In 2015 entwickelte ich einen AVR1284 Datenlogger. Bei Raumtemperatur und 4.5V brachte ich die Schaltung lediglich auf 15uA Schlafstrom. Da waren allerdings an die 10 Stück HC MSI verbaut. Also in Anbetracht der Spezifikation noch tolerierbar. Bei hohen Temperaturen werden die Dinge häßlich... zum Glück wird drr Datenlogger hauptsächlich in Gletschergebieten eingesetzt wo der Stromverbrauch noch niedriger ist. Das nächste Mal würde ich lieber alles abschalten was machbar wäre. Die Natur scheint dafür zu sorgen, daß die Bäume nicht in den Himmel wachsen.
A. K. schrieb: > Es ist nicht ganz fair, ICs aus den 70ern und 80ern mit aktuellen > µCs zu > vergleichen. Neben den Unterschieden in der Fabrikationstechnik damals > und heute werden Mikrocontroller heute auch über die Angabe des > Stromverbrauchs im Datasheet verkauft. CD4000 und 74HC hingegen hatten > damals praktisch nur die Stromfresser 74LS als Konkurrenz, und ob im > Datasheet nun 10µA oder 100nA stand war ziemlich egal. Das stimmt. Mit den 4000ern konnte man allerdings wirklich Flohleistungs Schaltungen realisieren.
>Im T.I Datenblatt für den 164er, bei 25 Grad und 6V Icc=8uA. >Im Bereich von -55 bis +85 werden bis zu 160uA angegeben. Ja, aber das sind Max-Werte. Sind die von Dir betrachteten µC-Werte auch Max-Werte, oder nur typ.?
Jens G. schrieb: >>Im T.I Datenblatt für den 164er, bei 25 Grad und 6V Icc=8uA. > >>Im Bereich von -55 bis +85 werden bis zu 160uA angegeben. > > Ja, aber das sind Max-Werte. Sind die von Dir betrachteten µC-Werte auch > Max-Werte, oder nur typ.? Beim Datenlogger waren es tatsächliche Werte, weit unterhalb de gegebenen typischen Werte bei Raumtemperatur. Bei -50 Grad waren es für die Gesamtschaltung nur noch um die 2uA. Bei 60 Grad waren es um die 70uA. Nachtrag: da waren noch an die 10 HCMOS Bausteine eingebaut.
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@Gerhard O. (gerhard_) >vergleichsweise lächerliche HCMOS wie z.B ein 74HC164 mit nur wenigen >Transistorstufen +10uA Leckstrom im statischen Betrieb bei 5V? Wer sagt das? Das Datenblatt? Als max. Wert? Da sind die GARANTIERTEN Werte, welche auch gemessen werden müssen. 10uA lassen sich noch relativ einfach und vor allem schnell messen. 10nA sind deutlich aufwändiger. Also läßt man es. Viele Maximal/Minialwerte von Bauteilen entstehen so.
@Gerhard O. (gerhard_) >Beim Datenlogger waren es tatsächliche Werte, weit unterhalb de >gegebenen typischen Werte bei Raumtemperatur. Bei -50 Grad waren es für >die Gesamtschaltung nur noch um die 2uA. Ein Pinguinzähler in Nordkanada? ;-)
Falk B. schrieb: > @Gerhard O. (gerhard_) > >>Beim Datenlogger waren es tatsächliche Werte, weit unterhalb de >>gegebenen typischen Werte bei Raumtemperatur. Bei -50 Grad waren es für >>die Gesamtschaltung nur noch um die 2uA. > > Ein Pinguinzähler in Nordkanada? ;-) Die gibt es doch bei uns nicht:-) Dieser Datenlogger wird viel in Südamerika in den Anden in Gletschergebieten eingesetzt. In Kanada bei uns noch nicht. Dort in den Anden ist es teilweise scheusslich kalt. Die -50 Grad hatte ich im Klimaschrank. Gut zu wissen, daß es auch da noch funktioniert. Die 10uA waren Datenblatt garantierte Werte. Die aktuellen Werte für 10 HCMOS Bausteine plus uC war mit 15uA bei Raumtemperatur eigentlich sowieso weit unterhalb der garantierten Werte. Sons hätten es ja über 100+ uA sein können. Nein, ich bin in Anbetracht der Realität durchaus zufrieden.
Den größten Anteil am Leckstrom haben nicht die Transistoren, sondern die ESD-Schutz-Dioden. Und die kann man heutzutage besser konstruieren; vergleiche mal 74HC mit 74AUP.
Gerhard O. schrieb: > Im Bereich von -55 bis +85 werden bis zu 160uA angegeben. Das liegt aber nicht an den -55°C ;-) Was meinst du, warum bei Halbleitern maximale Arbeitstemperaturen weit unter des Schmelzpunktes angegeben werden. Das liegt daran, dass sich mit Temperaturerhöhung der Bandabstand zwischen Valenz- und Leitungsband im Halbleiter verringert, so das Leckströme immer größer werden und der Halbleiter dann insgesamt irgendwann nicht mehr richtig funktioniert. Wie groß bei geänderter spezifischer Leitfähigkeit die Leckströme sind, hängt von der Geometrie ab und die ist bei einem µC erheblich kleiner als bei einem simplen HC-irgendwas. https://de.wikipedia.org/wiki/Bandl%C3%BCcke
Wolfgang schrieb: > Gerhard O. schrieb: >> Im Bereich von -55 bis +85 werden bis zu 160uA angegeben. > > Das liegt aber nicht an den -55°C ;-) > > Was meinst du, warum bei Halbleitern maximale Arbeitstemperaturen weit > unter des Schmelzpunktes angegeben werden. Das liegt daran, dass sich > mit Temperaturerhöhung der Bandabstand zwischen Valenz- und Leitungsband > im Halbleiter verringert, so das Leckströme immer größer werden und der > Halbleiter dann insgesamt irgendwann nicht mehr richtig funktioniert. > Wie groß bei geänderter spezifischer Leitfähigkeit die Leckströme sind, > hängt von der Geometrie ab und die ist bei einem µC erheblich kleiner > als bei einem simplen HC-irgendwas. > https://de.wikipedia.org/wiki/Bandl%C3%BCcke Das ist mir schon bekannt und klar. Aber ich hatte mich hier nur etwas unglücklich ausgedrückt weil ich damit nur die Spalte im Datenblatt für den vollen Temperaturbereich quotieren wollte, wo ja tatsächlich max. 160uA angegeben ist. In der 25 Grad Spezifikation sind auch nur 10uA angegeben. Abgesehen davon braucht der Datenlogger bei -50 sowieso nur noch 2uA. Übrigens, ich verwende industrielle SDKarten von Delkin mit solch weiten garantierten Temperaturbereich. Allerdings sind die nur 512MB groß. Trotzdem Danke für die Richtigstellung und Erklärung.
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Ich kann bestätigen, dass die CMOS Bausteine der 4000er Serie extrem kleine Ruheströme haben. Nur wenige Hersteller machen hierzu eine Angabe im Datenblatt. Hier ein positives Beispiel: http://www.cmos4000.de/media/cmos/ic-cmos-4093.pdf Der Ruhestrom (Vdd=5..15V) wid hier mit typisch 20nA angegeben; allerdings nur bei 25°C. Ich habe mal versucht das mit meinem Fluke 189 zu messen. Keine Chance. Das muss noch weniger sein, je nach Baustein. Voraussetzung ist allerdings, dass alle Eingänge auf Vdd oder Vss gelegt und alle Ausgänge frei sind. Denn wenn ein Eingang dazwischen liegendes Potential hat, ergibt sich ein deutlich erhöhter Ruhestrom, der bei einem BU4S584G2 erschreckende Ausmaß annahm, bis fast in den mA-Bereich. Die Schaltung im Anhang könnte was für den TO sein. Wenn der Trockenfall etwa 99,9% ausmacht, ist der Ruhestrom unmessbar klein. Wenn der Eingang über einen Fühler Vdd erhält, geht der Blitzer los und zieht dann im Mittel um die 18µA. Ich denke, man kann eingangsmäßig auf eine Schutzbeschaltung verzichten. Jedenfalls ist mir noch kein 4000er Baustein hopps gegangen. Als Fühler könnte ich mir Silberdraht vorstellen, da hierbei auch die Oxidschicht leitend ist.
>Der Ruhestrom (Vdd=5..15V) wid hier mit typisch 20nA angegeben; >allerdings nur bei 25°C. Ich habe mal versucht das mit meinem Fluke 189 >zu messen. Keine Chance. Das muss noch weniger sein, je nach Baustein. Mißbrauche doch den Spannungsmeßbereich als Strommeßbereich. 1nA über den üblichen 10MOhm ergibt 10mV.
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