CMOS电路的功耗

CMOS电路主要有动态功耗和静态功耗组成，动态功耗又分为开关功耗、短路功耗（内部功耗）两部分。

1. 动态功耗

   动态功耗包括：开关功耗或称为反转功耗、短路功耗或者称为内部功耗；

   开关功耗：电路在开关过程中对输出节点的负载电容充放电所消耗的功耗。比如对于下面的CMOS非门中：

   

   当Vin=0时，PMOS管导通，NMOS管截止；VDD对负载电容Cl进行充电；

   当Vin=1时，PMOS管截止，NMOS管导通；VDD对负载电容Cl进行放电；

   这样开关的变化，电源的充放电，形成了开关功耗，开关功耗的计算公式如下：

   

   在上式中，VDD为供电电压，Cload为后级电路等效的电容负载大小，Tr为输入信号的翻转率，也有另外一种写法，f为时钟频率，一个周期信号翻转两次，所以这里没有 12;

   

   它与电路的工作频率成正比，与负载电容成正比，与电压的平方成正比。

2. 短路功耗

   由于输入电压波形并不是理想的阶跃输入信号，有一定的上升时间和下降时间，在输入波形上升下降的过程中，在某个电压输入范围内，NMOS和PMOS管都导通，这时就会出现电源到地的直流导通电流，这就是开关过程中的短路功耗。
   

3. 静态功耗

   在CMOS电路中，静态功耗主要是漏电流引起的功耗

   对于常规cmos电路，在稳态时不存在直流导通电流，理想情况下静态功耗为0，但是由于泄露电流的存在，使得cmos电路的静态功耗并不为0。CMOS泄露电流主要包括：反偏PN结电流和MOS管的亚阈值电流。所以静态功耗主要由这两部分组成。对于深亚微米MOS器件，还存在很多二级效应引起的附加泄露电流。

   静态功耗的计算公式如下，Ipeak为泄漏电流：