低功耗技术（一）动态功耗与静态功耗

原创 AndyICer Andy的ICer之路 1月5日

低功耗技术（一）动态功耗与静态功耗

一、动态功耗
①翻转功耗（Switching Power）

翻转功耗是由充放电电容引起的动态功耗，其推导过程很简单，但是这个最终的结果却十分重要。

1. switching power 和负载电容、电压、0到1变化事件的发生次数、时钟频率有关；

2. switching power和数据无关，也就是传输的数据不会影响翻转功耗，但是数据的翻转率会影响翻转功耗。

由这个公式我们很容易得到如果想减少功耗，那么方法就是：

1. 降低电压；

2. 降低翻转率；

3. 减少负载电容；

②短路功耗（Internal Power）

短路功耗又可以称为内部功耗，主要原因是直接通路电流引起的功耗，即短路造成的。短路功耗是因为在输入信号进行翻转时，信号的翻转不可能瞬时完成，因此PMOS和NMOS不可能总是一个截止另外一个导通，总有那么一段时间是使PMOS和NMOS同时导通，那么从电源VDD到地VSS之间就有了通路，就形成了短路电流，如下面的反相器电路图所示：

二、静态功耗

静态功耗是由于漏电流引起的，在CMOS门中，漏电流主要来自4个源头：

1. 亚阈值漏电流(Sub-threshold Leakage, ISUB）: 亚阈值泄漏电流是晶体管应当截止时流过的电流。

2. 栅极漏电流(Gate Leakage, Igate): 由于栅极氧化物隧穿和热载流子注入，从栅极直接通过氧化物流到衬底的电流。

3. 栅极感应漏电流(Gate Induced Drain Leakage, IGIDL): 结泄漏电流发生在源或漏扩散区处在与衬底不同电位的情况下。结泄漏电流与其他泄漏电流相比时通常都很小。

4. 反向偏置结泄漏(Reverse Bias Junction Leakage ,IREV):由少数载流子漂移和在耗尽区产生电子/空穴对引起。

MOS管的结构图如下：

漏电流组成如下图所示：