La tension requise est affectée par bien plus que la vitesse d'horloge, mais vous avez raison, pour des vitesses plus élevées, vous aurez besoin de tensions plus élevées en général.
Pourquoi la consommation d'énergie augmente-t-elle?
C'est beaucoup plus compliqué qu'un simple circuit, mais vous pouvez penser qu'il est similaire à un circuit RC.
Circuit RC équivalent
En CC, un circuit RC ne consomme pas d'énergie. À une fréquence d'infini, ce qui n'est pas possible, mais vous pouvez toujours résoudre cela théoriquement, le condensateur agit comme un court-circuit et vous vous retrouvez avec une résistance. Cela signifie que vous avez une charge simple. Au fur et à mesure que la fréquence diminue, le condensateur stocke et décharge la puissance, ce qui entraîne une plus faible puissance dissipée dans l'ensemble.
Qu'est-ce qu'un microcontrôleur?
À l'intérieur, il est composé de nombreux MOSFET dans une configuration que nous appelons CMOS .
Si vous essayez de changer la valeur de la grille d'un MOSFET, vous chargez ou déchargez simplement un condensateur. C'est un concept que j'ai du mal à expliquer aux étudiants. Le transistor fait beaucoup, mais pour nous, il ressemble à un condensateur de la grille. Cela signifie que dans un modèle, le CMOS aura toujours une charge d'une capacité.
Wikipedia a une image d'un onduleur CMOS que je vais référencer.
L'onduleur CMOS a une sortie étiquetée Q. À l'intérieur d'un microcontrôleur, votre sortie pilotera d'autres portes logiques CMOS. Lorsque votre entrée A passe de élevée à faible, la capacité sur Q doit être déchargée à travers le transistor en bas. Chaque fois que vous chargez un condensateur, vous voyez la consommation d'énergie. Vous pouvez le voir sur wikipedia sous la commutation d'alimentation et les fuites .
Pourquoi la tension doit-elle augmenter?
Lorsque vous augmentez la tension, il est plus facile de conduire la capacité au seuil de votre logique. Je sais que cela semble être une réponse simpliste, mais c'est aussi simple que cela.
Quand je dis qu'il est plus facile de piloter la capacité, je veux dire qu'elle sera conduite entre les seuils plus rapidement, comme le dit la mazurnification:
Avec l'augmentation de la capacité de commande d'alimentation du transistor MOS augmente également (Vgs plus grand). Cela signifie que le R réel de RC diminue et c'est pourquoi la porte est plus rapide.
En ce qui concerne la consommation d'énergie, en raison de la petite taille des transistors, il y a une grande fuite à travers la capacité de la grille, Mark avait quelque chose à ajouter à ce sujet:
une tension plus élevée entraîne un courant de fuite plus élevé. Dans les appareils à nombre de transistors élevé, comme un courant de fuite de processeur de bureau moderne, la majorité de la dissipation de puissance peut être expliquée. à mesure que la taille du processus diminue et que le nombre de transistors augmente, le courant de fuite devient de plus en plus la statistique critique d'utilisation de l'énergie.