더 빠른 클럭이 더 많은 전력을 필요로하는 이유는 무엇입니까?

마이크로 컨트롤러를 오버 클로킹하면 뜨거워집니다.

마이크로 컨트롤러를 오버 클로킹하면 더 많은 전압이 필요합니다.

더 추상적 인 방식으로 말이됩니다 : 더 많은 계산을하고 있기 때문에 더 많은 에너지를 필요로합니다.

그러나 옴의 법칙 수준의 전기와 자기에서, 무슨 일이 일어나고 있습니까?

클록 주파수가 전력 소비 또는 전압과 관련이있는 이유는 무엇입니까?

내가 아는 한, AC의 주파수는 전압이나 전력과 관련이 없으며 클럭은 DC와 (제곱) AC의 중첩입니다. 주파수는 DC에 영향을 미치지 않습니다.

클럭 주파수와 전압 또는 클럭 주파수와 전력에 관한 방정식이 있습니까?

고속 발진기에 저속보다 더 많은 전압이나 전력이 필요합니까?

필요한 전압은 클럭 속도보다 훨씬 더 큰 영향을 받지만 정확합니다. 더 높은 속도를 위해서는 일반적으로 더 높은 전압이 필요합니다.

전력 소비가 증가하는 이유는 무엇입니까?

이것은 단순한 회로보다 훨씬 지저분하지만 RC 회로와 비슷하다고 생각할 수 있습니다.

RC 회로 등가

DC에서 RC 회로는 전력을 소비하지 않습니다. 도달 할 수없는 무한대의 주파수에서는 이론적으로 항상 해결할 수 있습니다. 커패시터는 단락의 역할을하며 저항이 남습니다. 이는로드가 단순하다는 것을 의미합니다. 주파수가 감소함에 따라 커패시터는 전력을 저장 및 방전하여 전체적으로 더 적은 양의 전력을 소비합니다.

마이크로 컨트롤러 란 무엇입니까?

내부에는 CMOS 라고하는 구성에서 많은 MOSFET 으로 구성되어 있습니다 .

MOSFET의 게이트 값을 변경하려고하면 커패시터를 충전하거나 방전하는 것입니다. 이것은 학생들에게 설명하기 어려운 개념입니다. 트랜지스터는 많은 것을하지만, 우리에게는 게이트의 커패시터처럼 보입니다. 이것은 모델에서 CMOS가 항상 캐패시턴스의 부하를 갖게됨을 의미합니다.

Wikipedia에는 ​​내가 참조 할 CMOS 인버터의 이미지가 있습니다.

CMOS 인버터에는 Q라고 표시된 출력이 있습니다. 마이크로 컨트롤러 내에서 출력은 다른 CMOS 로직 게이트를 구동합니다. 입력 A가 높음에서 낮음으로 변경되면 Q의 커패시턴스가 맨 아래의 트랜지스터를 통해 방전되어야합니다. 커패시터를 충전 할 때마다 전력 사용량이 표시됩니다. wikipedia에서 전원 전환 및 누수 상태에서 이를 확인할 수 있습니다 .

왜 전압이 올라 가야합니까?

전압이 증가하면 커패시턴스를 로직의 임계 값으로 쉽게 구동 할 수 있습니다. 나는 이것이 단순한 대답처럼 보이지만 그렇게 간단합니다.

커패시턴스를 구동하는 것이 더 쉽다고 말하면 mazurnification이 다음과 같이 임계 값 사이에서 더 빨리 구동됩니다.

MOS 트랜지스터의 공급 구동 능력이 증가함에 따라 (더 큰 Vgs). 즉, RC의 실제 R이 감소하므로 게이트가 더 빠릅니다.

전력 소비와 관련하여, 작은 트랜지스터가 게이트 커패시턴스를 통해 누설이 많기 때문에 Mark는 다음과 같이 덧붙일 부분이 있습니다.

전압이 높을수록 누설 전류가 높아집니다. 최신 데스크탑 CPU 누설 전류와 같은 트랜지스터 수가 많은 장치에서는 대부분의 전력 손실을 설명 할 수 있습니다. 프로세스 크기가 작아지고 트랜지스터 수가 증가함에 따라 누설 전류는 점점 더 중요한 전력 사용 통계가되었습니다.

일반적으로 CMOS 게이트는 상태를 전환 할 때만 전류를 사용합니다. 따라서 클럭 속도가 빠를수록 게이트가 더 자주 스위칭되므로 더 많은 전류가 스위칭되고 더 많은 전력이 소비됩니다.

글쎄, 그것은 논리 레벨 전환에 관한 것입니다.

출력의 단일 비트가 변경되면 ... 전기 값이 높음에서 낮음으로 또는 낮음에서 높음으로 회전해야합니다. 이렇게하면 전원 공급 장치에서 전원을 끌어 오거나 일부 전원을 다시 접지면에 덤프합니다. 또한 비 효율성으로 인해 약간의 폐열이 발생합니다.

클럭 속도를 높이면 단위 시간당 이러한 전환 수가 증가하므로 더 많은 전력을 사용하여 이러한 로직 레벨 전환을 공급합니다.

증가 된 전압 요구 사항은 약간 다릅니다. 신호가 로우에서 하이로 전환되는 데 걸리는 시간을 상승 시간이라고합니다. 주어진 주파수에서 안전하게 작동하려면 다음 클럭이 새로운 값을 샘플링하기 전에 로직이 지속적으로 이러한 전환을 수행 할 수 있어야합니다. 특정 시점에서 로직은 특정 주파수의 상승 시간 요구 사항을 충족 할 수 없습니다. 상승 시간이 줄어들 기 때문에 전압 상승이 도움이됩니다.

열은 상당히 간단합니다. 이 칩은 특정 클럭 속도로 발생하는 특정 양의 열을 처리하도록 설계되었습니다. 클럭 속도를 높여 전이 횟수를 늘리면 더 많은 폐열이 발생합니다. 오버 클로킹시 냉각 시스템의 열 제거 능력을 쉽게 능가 할 수 있습니다.

R과 C가 병렬 인 기본 RC 회로를 생각해보십시오. 우리의 목표는 0-5V 1KHz 구형파-이 회로의 출력에 클록을 갖는 것입니다. 따라서 클럭을 높이려면 전압 소스를 켜고 출력이 5V가 될 때까지 커패시터를 충전하고 0V를 원할 때 끄고 방전시킵니다. 충전 / 방전 시간은 회로의 RC 상수에 의해 결정됩니다. 문제가 있습니다-회로가 1KHz 클록에 대해 충분히 빨리 충전되지 않습니다. 어떻게해야합니까?

우리는 회로의 RC 상수를 변경할 수 없습니다-고정되었습니다. 따라서 어떻게 든 커패시터를 더 빨리 충전해야하지만 여전히 동일한 충전 전압을 유지해야합니다. 이를 위해서는 RC 회로의 출력 전압을 모니터링하고 커패시터로 들어가는 전류를 변화시켜 더 빨리 충전하는 능동 회로가 필요합니다. 더 많은 전류는 더 많은 전력을 의미합니다.

더 빠른 클럭을 원할 경우 커패시터를 더 빨리 충전해야합니다. 전류를 밀어서 커패시터를 충전합니다. 전류 * 전압 = 전력. 더 많은 힘이 필요합니다!

디지털 시스템의 모든 것은 시계와 연결되어 있으며 모든 것은 커패시턴스를 가지고 있습니다. 하나의 클럭에 100 개의 TTL 칩이있는 경우 모든 전류를 충전하기 위해 많은 전류를 구동해야하며, 많은 전류를 끌어 내려야합니다. 옴 법칙이 지키지 않는 근본적인 이유는 수동 장치가 아니라 능동 장치이기 때문입니다. 그들은 시계가 최대한 완벽한 구형파에 가까워 지도록 전기 작업을 수행합니다.

마이크로 컨트롤러를 오버 클럭하면 뜨거워집니다.

예-빠른 변경은 더 많은 전류가 흐르고 전원이 전압 * 전류임을 의미합니다. 전압이 동일하게 유지 되더라도 사용되는 전류가 증가하므로 더 많은 전력 소비와 더 많은 열이 발생합니다.

마이크로 컨트롤러를 오버 클럭하면 더 많은 전압이 필요합니다

부분적으로 사실-더 많은 전압이 아니라 더 많은 전력이 필요합니다. 마이크로 컨트롤러는 어떤 식 으로든 추가 전압을 더 많은 전류로 변환하여 요구를 충족시킵니다.

내가 아는 한, AC의 주파수는 전압이나 전력과 관련이 없으며 클럭은 DC와 (제곱) AC의 중첩입니다. 주파수는 DC에 영향을 미치지 않습니다.

순전히 저항 부하에 대해서만. AC 전원으로 많은 속임수가 발생합니다.

클럭 주파수와 전압 또는 클럭 주파수와 전력에 관한 방정식이 있습니까?

아마도 일관된 것은 아니지만 간단한 방정식 Q = CV, V = I * R, P = I * V와 관련이 있습니다.

더 높은 주파수 => 더 빠른 상승 시간 => 커패시터를 더 빨리 채워야 함 => 더 많은 충전 => 더 많은 전류 => 더 많은 전력 .

전력 = 스위칭 계수 * 캐패시턴스 * (VDD ^ 2) * 주파수.

빠른 클럭은 더 높은 스위칭 팩터와 더 높은 주파수를 가지므로 더 높은 동적 전력 소비를 갖습니다.