Power berekeningen aan CMOS TTL

Om een inschatting te kunnen maken van de batterijduur voor mijn 'ijk'generator ben ik bezig met de power berekeningen.
De datasheets geven daar gegevens voor: ICC, CIN, CPD plus een prachtige formule:
P_D=C_{PD} \times V{_{CC}}^2 \times f_i\times N + \sum (C_L \times V{_{CC}}^2 \times f_o)
met frequenties in MHz en capaciteiten in pF; waarin N het aantal met fi schakelende inputs is en die Σ term de outputs beschrijft.

Alles lijkt helder enzo, maar wat doe je als twee inputs verschillende frequenties hebben?
Iemand enig idee?

Opsplitsen:
Cpd*Vcc2*(Nf1*f1 + Nf2*f2) etc.

Of meer algemeen, (wat je ook voor de outputs hebt):
Σ (Cpd * Vcc2 *fi)

Dat lijkt me iets te krap door de bocht: die outputs gebruiken CL (wat volkomen logisch is) en CPD is per package, niet per poort...

Zou het mogelijk zijn dat die (overal gekopiëerde) formule fout is en zou moeten luiden
P_D=C_{PD} \times V{_{CC}}^2 \times average(f_i) \times N + \sum (C_L \times V{_{CC}}^2 \times f_o)

Wil je het ook echt zo noukeurig berekenen? Of is een grove 'worst case' schatting ook voldoende?

Zelf zou ik denk ik praktischer aanpakken, en gewoon rekenen met 1 frequency die het meeste verbruik heeft. Als het verbruik dan binnen de spec valt, is de praktijk alleen maar beter. Dan kan je het gewoon meten zodra je een prototype hebt.

@hieronder: Fair enough ;)

Noem het OCD, maar ik wil dingen graag precies weten... O-)

Het frequentiebereik is 20MHz tot 200Hz in 1-2-5 stappen wat een aanzienlijke deler en selectie trein vereist. Bijkomende bijzonderheid is dat delen van de schakeling -afhankelijk van de gekozen frequentie- niet (mee)schakelen om het stroomverbruik te minimaliseren. :7

Daardoor is het aantal schakelende poorten, inputs en outputs wisselend; ik wil het worst case weten wat niet noodzakelijkerwijs de hoogst ingestelde frequentie is...

En ja, met een microcontroller is het allemaal een stuk simpeler (op het programmeren na dan), maar ik ben nog van de oude school: als het discreet kan is in mijn opinie een processor overkill.

als het discreet kan is in mijn opinie een processor overkill.

Dat heb ik lang gedacht van een knipperlichtschakeling.
Maar tot mijn ergernis was een PIC niet alleen goedkoper, maar ook veel kleiner dan de twee transistoren en twee elco's die ik in gedachten had. ;)

Heeft niet iemand ooit geprobeerd een discrete Pentium te maken?

smd elco's gebruiken?

... en zoals gebruikelijk brengt extra cafeïne uitkomst ;)

Mijn suggestie
P_D=C_{PD} \times V{_{CC}}^2 \times \overline {f_i} \times N + \sum (C_L \times V{_{CC}}^2 \times f_o)

is hetzelfde als @blurp's suggestie

P_D=\sum (C_{PD} \times V{_{CC}}^2 \times f_i) + \sum (C_L \times V{_{CC}}^2 \times f_o)

Het bepalen van die CPD wordt nauwkeurig omschreven in dit document van Texas Instruments, maar kennelijk heeft niemand eraan gedacht dat twee inputs van een poort verschilende frequenties kunnen hebben...

Ik ga verder met mijn spreadsheet.

@F.E.T. : Goed punt, maar je vergeet de programering; voor een enkele knipperlichtschakeling wint het discrete (er zijn meer wegen naar Rome): 5 onderdelen (enkelpoorts Schmitt-trigger, 2 weerstanden, een elko en een LED) maken ook een knipperlicht. Die Wat verbazingwekkend klein kan zijn in SMD...

Yes en er zijn zelfs knipper LED's te koop :-) voor de luieriken.

https://www.vanallesenmeer.nl/Knipper-SMD-0805-Led-Blinking-met-kabel-…

[Bericht gewijzigd door RAAF12 op (53%)]

:+ De scherpslijpers onder ons realiseren zich toch wel dat dat een processor-met-LED is?

Dat is nog maar de vraag, die dingen waren al goedkoop verkrijgbaar toen processoren nog duur waren...

Op maandag 24 augustus 2026 11:35:16 schreef fatbeard:
@F.E.T. : Goed punt, maar je vergeet de programering; voor een enkele knipperlichtschakeling wint het discrete (er zijn meer wegen naar Rome): 5 onderdelen (enkelpoorts Schmitt-trigger, 2 weerstanden, een elko en een LED) maken ook een knipperlicht. Die Wat verbazingwekkend klein kan zijn in SMD...

Ik kom regelmatig in de positie dat een 32-bit MCU, dankzij de betere tooling (debugger, libraries etc) goedkoper (ontwikkelkosten+productie in kleine (1000) aantallen) is dan een 8-bitter.

Enne, veel succes met het plaatsen van 5 onderdelen in het oppervlak van een WLCSP19 behuizing, 2.5x1.7mm (https://www.st.com/en/microcontrollers-microprocessors/stm32c071fb.htm…)

Op maandag 24 augustus 2026 11:25:28 schreef Frederick E. Terman:
[...]
Dat heb ik lang gedacht van een knipperlichtschakeling.
Maar tot mijn ergernis was een PIC niet alleen goedkoper, maar ook veel kleiner dan de twee transistoren en twee elco's die ik in gedachten had. ;)

Heeft niet iemand ooit geprobeerd een discrete Pentium te maken?

Pentium? Geen idee, wel een MOS 5602 (C64)
https://monster6502.com/

Verschil tussen een 6502 en een pentium is wel enorm... ;)

6502: ~ 4.000 transistoren
Pentium: ~4.000.000 transistoren
i5-13400: ~ 10.000.000.000 transsistoren

Op maandag 24 augustus 2026 11:43:07 schreef fatbeard:
:+ De scherpslijpers onder ons realiseren zich toch wel dat dat een processor-met-LED is?

Pas een elektronisch theelichtje opengemaakt. Blijkt dat er behalve de knoopcel alleen een random-knipper-led in te zitten. Te klein om te zien of dat met processor of minder torren op de die is.

Daarin zit blijkbaar een audio chip van een wenskaart in.

Om effe on-topic te blijven, ik mis nog het statische verbruik in de formules, is niet veel, om even te muggenziften.

[Bericht gewijzigd door henri62 op (51%)]

Die 'D' staat dan ook voor dynamisch...
Zoals je zelf al opmerkte: statisch is niet veel, voor LSI (poortjes, inverters etc) wordt dat gesteld op 2, voor flipflops op 4 en MSI (tellers, multiplexers) 'scoort' 8µA; dat alles bij 25°C.
Wordt overigens wel in mijn spreadsheet meegenomen.

Op maandag 24 augustus 2026 14:44:09 schreef henri62:
Daarin zit blijkbaar een audio chip van een wenskaart in.

Inderdaad, als je hem aansluit aan een versterker hoor je vaak een of ander kerstdeuntje.

Wat de oorspronkelijke vraag betreft, kun je niet een prototype bouwen en dan gewoon meten wat het stroomverbruik is? lijkt me eenvoudiger dan die ingewikkelde formules.

Ik meet het ook altijd in een testschakeling.
Berekenen met formules en theorie klinkt leuk, maar klopt zelden (zeg maar: nooit... :) )

C64 = MOS 6510

Op maandag 24 augustus 2026 17:10:17 schreef Arco:
Ik meet het ook altijd in een testschakeling.
...

Die testschakeling zou dan zeer dicht de layout van de uiteindelijke schakeling moeten volgen: bij 20MHz zijn parasitaire capaciteiten niet te verwaarlozen in het energieverbruik.

Dat komt er in de praktijk op neer dat ik de schakeling in zijn definitieve vorm moet bouwen om er achter te komen of de accu voldoende capaciteit heeft en als dat niet zo is het geheel moet redesignen met een grotere accu en mogelijk een andere regulator...

Dat is een gok die ik niet wil nemen.

Op maandag 24 augustus 2026 17:20:15 schreef Bobosje:
C64 = MOS 6510

Wat een 6502 is met wat randmeuk zoals extra I/O

Het is een ijkgenerator, dus er zal wel een (kristal)oscillator in zitten.
Voor mijn gevoel slobbert die meer stroom op dan de rest van de CMOS ic's

Op maandag 24 augustus 2026 18:35:07 schreef fatbeard:
Dat komt er in de praktijk op neer dat ik de schakeling in zijn definitieve vorm moet bouwen om er achter te komen of de accu voldoende capaciteit heeft

Dat hoeft niet. Je zet gewoon alle ingangen van de 20MHz ic's aan het 20 MHz kloksignaal. Hetzelfde doe je met de 10MHz, 5MHz, 2MHz en 1MHz ic's maar dan met zijn of haar corresponderende klokfrequentie. De uitgangen kan je eventueel belasten met een condensator. De rest laat je zitten. Dan meet je het stroomverbruik. Dat moet dan de werkelijkheid redelijk benaderen.
Of je draait LTSpice oid met de juiste spice-modellen.

[Bericht gewijzigd door ohm pi op (70%)]

Scherp opgemerkt, maar dat valt (volgens de eerste berekeningen) vies tegen: in de standen 20 en 10MHz (verder ben ik nog niet, ook andere dingen vragen aandacht) is het al bijna de helft...

Als het een batterij is, kun je een CR24xx gebruiken. (start met een 2430, bij meer 'juice' kun je een 2450 of een 2477 nemen (past in dezelfde houder)
Je had het over een accu, maar dat lijkt me zinloos bij stromen van in de µA's. (zelfontlading is al vele malen hoger)