ivantw
2002-09-03, 02:09 PM
超頻對數位電路的影響
前言:
小弟雖然從事工作為程式撰寫,但由於就讀科系為電機系,又有幸修習一門「半導體製程」,從中學習到不少有關製程及材料方面的知識,在此野人獻曝一番,與各位朋友分享,希對各位有些許幫助,業希望各位能不吝指教。
拋開艱深的電學理論基礎,小弟打算用較簡單描述,佐以圖片,讓大家了解這些現象,也讓大家知道超頻絕非處理好散熱一環,其要注意的地方還有其他環節。
p.s 本篇或許會有補充,請密切注意。
[1] 功率消耗增加
許多人誤認,超頻並不會增加耗電量,因為他並沒有增加電壓,在電阻(抗)不變的狀況下,這是正確的,但是,數位電路是由許多電晶體所組成,由一連串開與關,來達成數位邏輯動作,因此其阻抗值是不能以定值而定論的。
不過這不是重點,數位電路在使用時,其最耗電的狀態是在於電晶體切換時。當電壓維持在維持在0或1持平不變時,導通的電晶體阻抗值最低,但是電壓降亦低,僅消耗電流;而截止的電晶體阻抗高,電壓降亦高但幾乎不消耗電流。但是在頻率切換或是電晶體狀態改變時,通的晶體截止,其阻抗升高,電壓降升高電流則降低。此時功率消耗最大,反之截止的晶體導通亦同。或請參照圖一。因此,當電晶體切換動作變的較頻繁之時,其所消耗的功率,也就跟著增加。
圖一
http://www.pczone.com.tw/attachment.php?s=&postid=449178
[2] 超頻對電晶體切換的影響
如圖三所示數位電路通常皆由兩顆電晶體構成(N-Type & P-Type),這兩顆電晶體為動作互補,同時最多只有一顆動作,當一顆電晶體為導通狀態,則另一顆為截止狀態。
另由圖一可得知,電晶體的電壓及電流反應是有一個延遲時間的,並非在切換的當下電壓及電流便會立即截止,因此當電晶體的切換頻率過高時,上下兩顆的電晶體有機會一起導通,這表示什麼呢?此時將有大電流(以電路學而言,近乎短路)自Vcc端往Gnd端流過,兩端的電晶體就也燒毀了。
[3] 電致遷移效應的影響
如圖二所示,在電場作用下,金屬原子會朝電子流動之方向沿本身之晶界擴散後,將使得晶界面積因缺少原子而大幅減少,因而應力大幅增加,此一結果可能導致晶界無法承受應力而破壞,因此使積體電路斷路。電致遷移最早在鋁金屬發現,銅亦有相同的現象,但銅的電致遷移效應不若鋁的影響大。
圖二
http://mail.ntust.edu.tw/~cl/images/item3_17.gif
註:本圖取自台科大化學工程系電子材料實驗室
圖三
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小弟雖然從事工作為程式撰寫,但由於就讀科系為電機系,又有幸修習一門「半導體製程」,從中學習到不少有關製程及材料方面的知識,在此野人獻曝一番,與各位朋友分享,希對各位有些許幫助,業希望各位能不吝指教。
拋開艱深的電學理論基礎,小弟打算用較簡單描述,佐以圖片,讓大家了解這些現象,也讓大家知道超頻絕非處理好散熱一環,其要注意的地方還有其他環節。
p.s 本篇或許會有補充,請密切注意。
[1] 功率消耗增加
許多人誤認,超頻並不會增加耗電量,因為他並沒有增加電壓,在電阻(抗)不變的狀況下,這是正確的,但是,數位電路是由許多電晶體所組成,由一連串開與關,來達成數位邏輯動作,因此其阻抗值是不能以定值而定論的。
不過這不是重點,數位電路在使用時,其最耗電的狀態是在於電晶體切換時。當電壓維持在維持在0或1持平不變時,導通的電晶體阻抗值最低,但是電壓降亦低,僅消耗電流;而截止的電晶體阻抗高,電壓降亦高但幾乎不消耗電流。但是在頻率切換或是電晶體狀態改變時,通的晶體截止,其阻抗升高,電壓降升高電流則降低。此時功率消耗最大,反之截止的晶體導通亦同。或請參照圖一。因此,當電晶體切換動作變的較頻繁之時,其所消耗的功率,也就跟著增加。
圖一
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[2] 超頻對電晶體切換的影響
如圖三所示數位電路通常皆由兩顆電晶體構成(N-Type & P-Type),這兩顆電晶體為動作互補,同時最多只有一顆動作,當一顆電晶體為導通狀態,則另一顆為截止狀態。
另由圖一可得知,電晶體的電壓及電流反應是有一個延遲時間的,並非在切換的當下電壓及電流便會立即截止,因此當電晶體的切換頻率過高時,上下兩顆的電晶體有機會一起導通,這表示什麼呢?此時將有大電流(以電路學而言,近乎短路)自Vcc端往Gnd端流過,兩端的電晶體就也燒毀了。
[3] 電致遷移效應的影響
如圖二所示,在電場作用下,金屬原子會朝電子流動之方向沿本身之晶界擴散後,將使得晶界面積因缺少原子而大幅減少,因而應力大幅增加,此一結果可能導致晶界無法承受應力而破壞,因此使積體電路斷路。電致遷移最早在鋁金屬發現,銅亦有相同的現象,但銅的電致遷移效應不若鋁的影響大。
圖二
http://mail.ntust.edu.tw/~cl/images/item3_17.gif
註:本圖取自台科大化學工程系電子材料實驗室
圖三
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