CMOS IC功耗类型及其影响因素概述开关功耗（Switch Power）内部功耗（Internal Power）漏电功耗（Leakage Power）工艺库相关

89 阅读 0 评论 59 点赞

我是靠谱客的博主谨慎板凳，最近开发中收集的这篇文章主要介绍CMOS IC功耗类型及其影响因素概述开关功耗（Switch Power）内部功耗（Internal Power）漏电功耗（Leakage Power）工艺库相关，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

开关功耗（Switch Power）

内部功耗（Internal Power）

漏电功耗（Leakage Power）

工艺库相关

开关功率相关信息

内部功耗相关信息

漏电功耗相关信息

例子

概述

该部分对IC功耗的类型进行介绍

先总体来看，从动静态来分，可以分为动态功耗与静态功耗，其中动态功耗又分为翻转功耗与短路功耗，其中时钟频率，电源电压对翻转功耗有着较大的影响，静态功耗指得是漏电流功耗。动态功耗是在电路条件下的功耗，静态功耗是即使电路状态不改变也会产生的功耗~翻转功耗是实现电路功能必须的，称为有效功耗，短路功耗与漏电功耗不是实现电路功能所必须的，称为无效功耗。90nm以下工艺需要考虑静态功耗。

本节对各个功耗类型进行简单的介绍，进一步的，在功耗库的基础上进行简单的功耗计算~总功耗=开关功耗+内部功耗+漏电功耗。

开关功耗（Switch Power）

对输出电容负载充电。我们更详细的来看，首先是看这两个图，这里对其进行详细的解释~首先我们假设其具有0的上升下降时间，或者说，P管与N管不会同时导通来进行分析。

其中CL表示MOS的各个电容的集总，处于Vout以及GND之间。当Vin从1-0的时候，P管开始导通，从电源吸取的一定数量的能量。该部分消耗的能量一部分消耗在PMOS上，另一部分能量存储在等效电容上。从高到低的翻转，这一电容被放电，存储的能量消耗在NMOS中。我们首先看从输入从1-0的翻转，下面的公式描述了总能量E0→1，等效电阻消耗的能量ER为总能量减去电容消耗能量EC。当Vin从0-1进行变化的时候，电源不在提供能源，能源从电容开始泄放，全部消耗在下拉的NMOS的等效电阻上，其消耗的能量等于电容存储的能量~这一阶段的能量消耗与PMOS，NMOS的尺寸无关，等效电阻也是无关的。

平均翻转功率为Pdyn=Pswitching=CLV2DDfα，其中α如下所示。注意其中降低VDD对于动态功耗的影响呈二次方的形式。

内部功耗（Internal Power）

也就是短路功率。前面我们分析的时候，假设N管与P管不会同时导通，但是实际情况并不是这样。输入信号不为无穷大的斜率导致开关过程中，VDD与GND之间短时间出现一条电流通路，此时两个管子同时导通（当输入信号满足条件 VDD-|VTP|>Vin>VTn时，nMOS管和pMOS管同时导通）。如下如所示：

假设峰值电流 ????????????=????????????????????????????????????????????2+????????????????????????????????????????????2=????????????????????????????????????????????