CMOS電路功耗是由靜態(tài)功耗和動(dòng)態(tài)功耗組成的,動(dòng)態(tài)功耗遠(yuǎn)大于靜態(tài)功耗。
靜態(tài)功耗是指漏電流功耗,是電路狀態(tài)穩(wěn)定時(shí)的功耗,其數(shù)量級(jí)很小。靜態(tài)功耗又叫泄漏功耗,它是指電路處于等待或不激活狀態(tài)時(shí)泄漏電流所產(chǎn)生的功耗。
泄漏電流主要有4種:
①反偏二極管泄漏電流;
②門(mén)柵感應(yīng)漏極泄漏電流;
③亞閾值泄漏電流;
④門(mén)柵泄漏電流。
動(dòng)態(tài)功耗主要由動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)電流引起的動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)功耗PSW(也稱(chēng)為跳變功耗)以及短路電流產(chǎn)生的功耗PSC兩部分組成。
動(dòng)態(tài)功耗來(lái)源于:
(1)當(dāng)門(mén)翻轉(zhuǎn)時(shí),負(fù)載電容充電和放電,稱(chēng)為翻轉(zhuǎn)功耗 ;
(2)pmos和nmos管的串并聯(lián)結(jié)構(gòu)都導(dǎo)通時(shí)的有短路電流,稱(chēng)為短路功耗。
靜態(tài)功耗和動(dòng)態(tài)功耗計(jì)算公式
靜態(tài)功耗:
反相器是由PMOS和NMOS互補(bǔ)組成的,PMOS是起上拉作用的,NMOS起下拉作用,靜態(tài)下總有一個(gè)是截止的,而且截止內(nèi)阻極高,流過(guò)電流極小,因此靜態(tài)功耗極小。
CMOS的保護(hù)電路中的反向二極管的leakage current比流過(guò)CMOS的電流大,反而是靜態(tài)功耗主要的貢獻(xiàn)者。
柵極泄漏功耗:在柵極上加信號(hào)后(即柵壓),從柵到襯底之間存在電容,因此在柵襯之間就會(huì)存在有電流,由此就會(huì)存在功耗。
亞閾值電流:使柵極電壓低于導(dǎo)通閾值,仍會(huì)產(chǎn)生從FET漏極到源極的泄漏電流。此電流稱(chēng)為亞閾值泄漏電流。要降低亞閾值電流,可以使用高閾值的器件,還可以通過(guò)襯底偏置進(jìn)行增加閾值電壓。
靜態(tài)功耗計(jì)算公式:
動(dòng)態(tài)功耗:
動(dòng)態(tài)功耗分為開(kāi)關(guān)功耗PC和短路功耗PT,開(kāi)關(guān)功耗是對(duì)負(fù)載電容充、放電所消耗的功率,短路功耗是由于兩個(gè)MOS管在開(kāi)關(guān)瞬間同時(shí)導(dǎo)通所消耗的瞬時(shí)導(dǎo)通功耗。
開(kāi)關(guān)功耗PC計(jì)算公式:
公式說(shuō)明,對(duì)負(fù)載電容充、放電所產(chǎn)生的功耗與負(fù)載電容的電容量、時(shí)鐘頻率以及電源電壓的平方成正比。
短路功耗PT計(jì)算公式:
這里的Ceff是器件空載時(shí)等效的功耗電容,由器件制造商給出。短路功耗與器件空載等效電容、時(shí)鐘頻率和電源電壓的平方成正比。
總的動(dòng)態(tài)功耗是由兩個(gè)部分相加。
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