数字电路的重要概念——静态功耗和动态功耗

静态功耗和动态功耗：

CMOS电路功耗是由静态功耗和动态功耗组成的，动态功耗远大于静态功耗

1：静态功耗：

我们从一个简单的反相器角度来理解和说明静态功耗的概念，众所周知，反相器是由PMOS和NMOS互补组成的，PMOS是起上拉作用，NMOS起下拉作用，静态下总有一个是截至的，而且截至内阻极高，流过的电流极小，因此静态功耗极小。

首先我们来回顾一下反相器的结构和NMOS 管和PMOS管的特性：

 这是一个反相器，上面是PMOS管，下面是NMOS管；

【注：原理图上箭头的方向为电子的流动方向】

再来回顾一下PMOS管和NMOS管的特性：

        NMOS管：栅极接正（高）电压【与源极形成电势差】，mos管导通（正极会吸引P中的电子向氧化物附近聚集形成N沟道）从而使得源极和漏极之间导通。【N高通】

        PMOS管：栅极接负（低）电压【与源极形成电势差】，mos管导通（负极会排斥N中的电子向外移动，吸引空穴向氧化物附近聚集形成P沟道）从而使得源极和漏极之间导通。在电子的方向像放P一样被放出去了，所以箭头指向外面的就是P沟道。【P低通】

看到这里就得出来了我们最初的结论，静态下总有一个MOS管是截止状态；

假设：栅极此时电压为低，那么此时反相器下面的NMOS截至，流过mos管的电流极小，电流通过漏极流出，造成漏极功耗产生：P leak = V dd * I leak

2：动态功耗：

动态功耗分为开关功耗Pc和短路功耗Pt；

开关功耗：是对负载电容充，放电所消耗的功率，

短路功耗：是由于两个MOS管在开关瞬间同时导通所消耗的瞬时导通功耗

开关功耗PC计算公式：

                                    

公式说明，对负载电容充、放电所产生的功耗与负载电容的电容量、时钟频率以及电源电压的平方成正比。

短路功耗PT计算公式：

                     

这里的C eff 是器件空载时等效的功耗电容，由期间制造商给出，短路功耗与期间空载等效电容，时钟频率和电源电压的平方成正比。

总的动态功耗是由两个部分相加。

参考文章：数电重要概念-静态功耗和动态功耗_Lucasic知识分享的博客-CSDN博客