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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

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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 𝐸𝑑𝑝=𝑉𝐷𝐷𝐼𝑝𝑒𝑎𝑘𝑡𝑠𝑐2+𝑉𝐷𝐷𝐼𝑝𝑒𝑎𝑘𝑡𝑠𝑐2=𝑡𝑠𝑐𝑉𝐷𝐷𝐼𝑝𝑒𝑎𝑘 

其中𝐼𝑝𝑒𝑎𝑘其中为峰值电流,Tsc表示来这两个器件同时导通的时间。其中负载电流与短路电流的关系如下所示：

但是若是只顾局部的优化（大大降低输出的上升/下降时间），就会使得短路功耗减小到最小，引起的问题是会大大降低电路的速度，并在扇出门因此后一级的短路电流过大。

漏电功耗（Leakage Power）

也就是静态功耗。可以用如下公式来表示：Pstat=IstatVDD，其中Istat表示没有开关活动存在时在网络电源两条轨线之间流动的电流。理想情况在电路稳态的时候，是不会有同时导通的情况的，但是存在泄露电流流过晶体管源（漏）与衬底之间的反相偏置的二极管。CMOS反相器中泄露电流的来源如下图所示

综合分析，对于反相器的总功耗，分为动态功耗，短路功耗与漏电功耗。以上就是基本的功耗类型分类了。

工艺库相关

该部分对工艺库中相关的功耗有关信息进行概述学习。

开关功率相关信息

开关功率计算的公式如下所示Pdyn=Pswitching=CLV2DDfα

内部功耗相关信息

漏电功耗相关信息

漏电功耗与单元的状态有关，看到，when后面就是电路输入的状态。

例子

开关功率计算的公式如下所示Pdyn=Pswitching=CLV2DDfα

选α为0.5。则对于下面的例子，开关功耗为29.403uw

对于内部功耗

查表，根据上升下降沿来查看内部功耗

于是得到总的动态功耗为（不考虑漏电功耗）

参考数字集成电路设计第五章 CMOS 反相器设计