Power berekeningen aan CMOS TTL

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)

Op maandag 24 augustus 2026 10:39:23 schreef fatbeard:
Noem het OCD, maar ik wil dingen graag precies weten... O-)

Dan moet het ook CDO worden, met de letters in alfabetische volgorde.

Zelf ga ik er eigenlijk simpelweg vanuit dat parasitataire capciteiten zoveel invloed hebben dat nauwkeurig berekenen zinloos is (Tenzij je eerst al die parasitaire capaciteiten opmeet / uitrekent).

Op maandag 24 augustus 2026 10:39:23 schreef fatbeard:
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.

Die uC projecten van elektuur met die chipjes met venstertjes er in (HFL65 per stuk) zaten boven mijn toenmalige studenten budget. Mijn uC experimenten begonnen pas te lopen toen Atmel uit kwam met de AT90S2313 met een bijpassende C compiler (PIC in ASM geprobeerd, dat was ellende. Z80 ASM op school was nog wel leuk.) Mijn mening is dus ook nogal anders. Gedoe met soldeerbouten om 10+ IC's aan elkaar te branden op een grote moeilijke print wil ik graag vermijden. Ik stop alles veel liever in een schattig klein SMT uC-tje.

@Arco: de schakeling trekt in de 10MHz stand ruim 60mA, waarvan de helft de schakelende CMOS is. Dat ga je niet redden met een CRwhatever...
Een MCU die 20MHz staat te produceren gaat waarschijnlijk ook zoiets verbruiken...

@K_O: Ik ben afgehaakt in het programmeren van µC toen het niet meer te doen was alles in assembler te schrijven. En ja, dat was op PICjes: ik kon er een met venster 'lenen' van de baas...
C heb ik nooit geleerd, en Atmel heeft bij mij een hele nare smaak in de mond achtergelaten met een CPLD project: de 'compiler' (een uiterst gebloat ding en alleen op Windhoos) leverde inconsistente resultaten en niemand kon uitleggen waarom dezefde schakeling de ene keer wel en de volgende keer niet in de chip paste....

Het is allemaal wel te leren en te implementeren, maar ik ben meer thuis in de discrete logica en bijbehorend PCB design...

60mA?

Hoeveel poortjes staan er dan te klapperen? Want dat is meer dan weinig.

Op maandag 24 augustus 2026 20:08:02 schreef fatbeard:
@Arco: de schakeling trekt in de 10MHz stand ruim 60mA, waarvan de helft de schakelende CMOS is. Dat ga je niet redden met een CRwhatever...
Een MCU die 20MHz staat te produceren gaat waarschijnlijk ook zoiets verbruiken...

Een PIC16F1769 gebruikt op 32MHz en 3v zo'n 3mA... ;)

Ik ben afgehaakt in het programmeren van µC toen het niet meer te doen was alles in assembler te schrijven. ...

Een 16F pic is nog simpel en prima in assembler te programmeren (ik heb er jaren geleden grote programma's mee gemaakt)
Maar als je niet aan zelfkastijding doet kun je ook MikroBasic gebruiken...

Op maandag 24 augustus 2026 20:08:02 schreef fatbeard:
@Arco: de schakeling trekt in de 10MHz stand ruim 60mA, waarvan de helft de schakelende CMOS is.

Misschien moet je omzien naar andere types IC, bijvoorbeeld ECL. De CMOS uit de 4000-serie haalt net 10MHz bedenk ik me nu. Bij die frequentie worden de interne MOSFET's niet meer goed dichtgestuurd.

Ik gebruik de HCT versies, die zijn prima bruikbaar in dat frequentiegebied; voor de uitgangsbuffer zelfs AHCT.

ECL lijkt me wat overkill (understatement!) en de geclaimde 25mW per gate is niet echt compatibel met batterij/accu gebruik. Bovendien zijn niet alle functies verkrijgbaar in ECL, en ook niet makkelijk of goedkoop...

HCT heeft al die nadelen niet...

Op maandag 24 augustus 2026 18:41:57 schreef Sine:
Wat een 6502 is met wat randmeuk zoals extra I/O

Wat de 6510 dan tot een net wat andere processsor maakt. De 6510 in de C64 kun je immers niet 1:1 vervangen door een 6502.

Op maandag 24 augustus 2026 20:08:02 schreef fatbeard:
Een MCU die 20MHz staat te produceren gaat waarschijnlijk ook zoiets verbruiken...

De 32-bitter waar ik het eerder over had (die van 2.5*1.7mm) verstookt 2.5mA op 32MHz..

Op maandag 24 augustus 2026 20:47:45 schreef Arco:
Maar als je niet aan zelfkastijding doet kun je ook MikroBasic gebruiken...

De meest positieve reactie daarop is "Smaken verschillen".... ;-)

De 32-bitter waar ik het eerder over had (die van 2.5*1.7mm) verstookt 2.5mA op 32MHz..

Dat is alleen de CPU.
Als ik een PWM timer gebruik die 20MHz genereert op een I/O pin waar zo'n 60pF aan hangt komt daar volgens de datasheet nog eens 2.3mA bij, en dan heb ik het nog niet over eventuele andere functionaliteit. Oja, laten we de uitgangsbuffer niet vergeten...
Toegegeven, het is een magnitude lager dan een discrete implementatie.

Ik zie alleen een processorgestuurde 'ijk'generator (die ook als kamgenerator kan dienen) nog niet zo zitten. Misschien als een vervolg project, maar niet nu.

Wat voor functionaliteit zit er in de ijkgenerator die je wilt bouwen? Behalve dan de ene post waar je spreekt over die 20MHz->200Hz met die 5-2-1 deler.

Als we dat weten is er mischien een andere/meer low power oplossing te bedenken.
Vergis je ook niet wat een oscillator aan stroom trekt, dat valt ook vies tegen. Loopt ook in de mA range.

Op maandag 24 augustus 2026 10:22:01 schreef fatbeard:
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)

Je moet even terug naar de natuurkunde.

Wat je in zo'n VCC^2 * Cx * f * N doet is dat je "laad C op " f keer per seconde aan het uitrekenen bent. Dus als meerdere pinnen op verschillende frequenties lopen, dan krijg je sigma over N pins VCCi ^2 * Ci * fi .

Als je dan gemiddelde frequentie gaat doen maal de gemiddelde capaciteit, dan ben je aan het benaderen en kennelijk wil je het echt uitrekenen dus dat moet je dan niet doen. Het zal vast in de meeste gevallen een "redelijke benadering" zijn. In mijn formule heb ik ook VCCi gezet. Als er een pin met een andere voedingsspanning werkt, dan kan je dat ook gewoon meenemen.

Op dinsdag 25 augustus 2026 11:11:46 schreef fatbeard:
Oja, laten we de uitgangsbuffer niet vergeten...

Als je even terugdenkt aan de elektronica-lessen dan weet je dat een condensator opgeladen tot VCC een energie bevat van 1/2 C U^2 .

Als je de condensator vervolgens leeg laat lopen, dan kost dat geen vermogen (energie) uit de voeding.

Zou je die condensator dan 1 miljoen keer per seconde opladen en ontladen, dan zou je zeggen dat dit 10^6 * 1/2 * C * U^2 gaat kosten aan energie per seconde.

Maar de formule laat die 1/2 vervallen! Dat scheelt zomaar een factor twee! Wat een onnauwkeurigheid!

Nope! Als je een condensator uit een voeding probeert op te laden en er zijn niet of nauwelijks spoelen in het spel, dan dissipieer je de andere helft gewoon in je schakeltor die de condensator moet opladen!

Dus als je de f * C * U^2 formule hebt gebruikt heb je al rekening gehouden met de dissipatie in de uitgangsbuffer.

I stand corrected...
Die natuurkunde is wel 50+ jaar geleden, dus ERG stoffig...

Alleen: met twee inputs A en B is het resultaat van A*iets + B*iets hetzelfde als \frac{(A+B)}{2}*iets * 2...

@henri62:
Met een (binaire) 16 standen schakelaar wordt via een 74HCT154 een selector bestaande uit NAND poorten aangestuurd. Die selector is grotendeels statisch, alleen de noodzakelijke deler-outputs worden vrijgegeven.

Die 20MHz oscillator wordt direct naar de uitgang of naar de ingang van een 1, 2, 5 of 10- deler de verdere deeltrein ingestuurd, waarvan de secties die niet nodig zijn in reset worden gehouden door de selector.

De uitgang van de delertrein gaat via een 2-deler (om er een echte blokgolf van te maken) een pulsvormer in die er in de stand kamgenerator een naaldpuls van maakt, gevolgd door een uitgangsbuffer (5 poorten van een 74AHCT04 parallel).

Op dinsdag 25 augustus 2026 14:58:58 schreef fatbeard:
Alleen: met twee inputs A en B is het resultaat van A*iets + B*iets hetzelfde als \frac{(A+B)}{2}*iets * 2...

Dat klopt, maar dan moeten of de C's of de f-en overal hetzelfde zijn. Dan kan je het gemiddelde van de andere nemen.

Dus zolang je draden allemaal ongeveer even lang zijn zullen de C's wel ongeveer gelijk zijn en kan je de frequenties middelen. Maar voor het geval dat je hoogste frequentie juist de langste draad heeft, dan kan het iets opleveren om hem apart te behandelen.

Het gaat om de formule die het dynamisch verbruik van de chip berekent, en is per device (en CPD is veel groter dan Ci).

Die CPD verschilt per device; exact dezelfde formule duikt in zowat alle CMOS datasheets van verschillende fabrikanten op. Helaas geeft niemand verdere uitleg...

Met alleen deze gegevens kan ik (zoals blurp al voorstelde) helaas alleen sommeren (of de gemiddelde frequentie nemen)...

Op maandag 24 augustus 2026 20:08:02 schreef fatbeard:
... maar ik ben meer thuis in de discrete logica en bijbehorend PCB design...

Ik heb nog steeds bewondering voor het 20+ blz. ontwerp verhaal van je labvoeding :)

Wat rew al zegt.

Je vind het antwoord in principe hier https://www.circuitsonline.net/forum/view/171902

Stel we laden een condensator CL op van 0 tot Vcc. De energie in de condensator is simpel weten we allemaal
E=1/2 *CL* Vcc2.

Kijken we naar de verhouding (ratio) van verloren energie voor het opladen (bijv via een R) tov. de energie in de condensator dan is de ratio=C1/(C1+C2) + 2* Ub/(Ua-Ub). Dit is nogal cryptisch maar C1 is de 100nF ontkoppel condensator en C2=CL, C1>>C2 dus C1/(C1+C2)=1. Ub=0 en Ua=Vcc, 2*Ub/(Ua-Ub)=0

Hieruit volgt ratio=1 dus er gaat evenveel energie verloren in R als dat er in CL terechtkomt.
Zoals in bovenstaande verwijspost al door kris van damme is opgemerkt R doet er niet toe. Er zit geen R in de formule. De formule geldt enkel voor een totaal opgeladen CL. Wijk je hier vanaf dan wordt het een stuk complexer maar wel te berekenen.

Je voelt het al aankomen totale energie verlies door opladen CL is 2*1/2*CL*Vcc2=CL*Vcc2. Het ontladen kost voor de voeding geen energie want die hebben we al verstrekt.

Dat we nog moeten vermenigvuldigen met f spreekt voor zich, totale energie verlies per seconde is f keer zo groot en energieverlies per seconde is vermogensverlies en dat natuurlijk nog keer het aantal poorten.

Volgens SCAA035B van Texas Instruments zijn de kortsluitverliezen, vanwege de flankdoorgang, tov. de capaciteits verliezen te verwaarlozen. Voor het inwendige kun je dan alle deelcapaciteiten op een hoop gooien en daar een soort effectieve Cpd van maken. Je krijgt dan de formule die in het artikel vermeld is.

Op dinsdag 25 augustus 2026 23:05:34 schreef Kortsluiting_Online:
[...]

Ik heb nog steeds bewondering voor het 20+ blz. ontwerp verhaal van je labvoeding :)

Dank, maar dat was blackdog...