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词条 CMOS功耗模型
释义

目前,CMOS工艺在集成电路特别是数字IC中应用得很普遍。由于CMOS电路在输入稳定的时候总有一个管子截止,所以它的静态功耗在理想情况下应该是零,但这并不代表静态功耗真的为零,实际上CMOS电路的静态功耗就是指电路中的漏电流(这里不考虑亚阈值电流)。 CMOS电路功耗的主要来源是动态功耗,它由两部分组成:开关电流和短路电流。所以,整个CMOS电路的功耗如右式所示。

其中:

第一部分P是开关电流产生的动态功耗;

第三部分P是动态情况下P管和N管同时导通时的短路电流产生的动态功耗;

而第二部分P是由扩散区和衬底之间的反向偏置漏电流产生的静态功耗。

在这三项中,第一部分P大约占电路功耗的80% ,因而这里就只考虑开关电流所产生的动态功耗。

开关电流是这样产生的:在CMOS电路,当输入为“0”时,PMOS导通,电源通过 PMOS向负载电容充电;而当电路输入为“1” 时,负载电容又会通过NMOS向地放电。开关电流就是不断对负载电容充放电所产生的。

一个CMOS反相器由开关电流引起的平均动态功耗如下式所示。

其中:

CL是负载电容,

VDD是电路的电压,

f是时钟频率。

Pleakage=Vddileakage

其中:

Vdd是电路的电压,

ileakage是漏电电流

Pshort=fVddishort

其中:

f是时钟频率,

Vdd是电路的电压

ishort是短路电流

所以,要想降低电路的功耗就应该降低电路的电压和频率。

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更新时间:2025/3/29 1:44:40