北京大学：《集成电路原理与设计 Principle of Integrated Circuits》课程电子教案（数字集成电路原理与设计）chap4-1 第四章 CMOS单元电路 4.11 功耗

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software ttp//www.foxitsoftware.comForevaluationonly cMos电路的动态功耗 E 考虑一个周期内cMoS有一次 ply=fC,VD 开关,平均动态功耗为 ■如果逻辑摆幅不足vDD,如 VDD-VIN NMoS传输门的情况 C fCL L DD( DD 个电路有多个节点,每个节 点在开关过程中都消耗能量, 则电路总的动态功耗: ∑ DD

6 CMOS电路的动态功耗  考虑一个周期内CMOS有一次 开关，平均动态功耗为  如果逻辑摆幅不足VDD，如 NMOS传输门的情况  一个电路有多个节点，每个节 点在开关过程中都消耗能量， 则电路总的动态功耗： supply 2 d L DD E P fC V T   P fC V V V d L DD DD TN     d DD 1 N i i i i P fa CVV    Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software ttp://www.foxitsoftware.comForevaluationonly 动态短路功耗 ■概念:开关过程中的直流导通电流 ■短路的物理过程:输入波形的上升边和下降 边使NMOS和PMoS都导通,形成电源到地 的电流 短路功耗的计算: mean DD ma是一个周期内的平均短路电流

7 动态短路功耗  概念：开关过程中的直流导通电流  短路的物理过程：输入波形的上升边和下降 边使NMOS和PMOS都导通，形成电源到地 的电流  短路功耗的计算： Imean是一个周期内的平均短路电流 P I V sc mean DD  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Soft ttp//www.foxitsoftware.comForevaluation 短路功耗的计算 对称设计情况 输入达到Vυ/2时短路电流达到峰值, t1-12与t2t3期间短路电流对称 输入上升边与输入下降边的短路电流对称

8 短路功耗的计算 对称设计情况： 输入达到VDD/2时短路电流达到峰值， t1-t2与t2-t3期间短路电流对称； 输入上升边与输入下降边的短路电流对称 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Soft ttp//www.foxitsoftware.comForevaluation 短路功耗的计算(续) ■对称设计m=-m=Vr,kN=Kp=k /=.+于 假设输入波形线性变化 (1)=—t,1 /2 代入积分公式 I K mean DD mean DD K(DD-2VT)fa

9 短路功耗的计算（续）  对称设计  假设输入波形线性变化  代入积分公式     2 2 2 mean 1 1 1 4 4 ( )d ( ) d t t in T t t I I t t K V t V t T T      , V V V K K K TN TP T N P      1 2 ( ) , , / 2 DD T in DD V V V t t t t V           3 3 1 2 6 1 2 6 mean DD T DD sc mean DD DD T K I V V V T P I V K V V f        Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only

Generated by Foxit PDF Creator Foxit Software ttp//www.foxitsoftware.comForevaluationonly cMoS电路的静态功耗 静态功耗的来源 ll 电路中存在泄漏电流 G ■构成泄漏电流的机制 反偏pn结电流 si h n亚阈值电流 其他二级效应 栅隧穿电流、DIBL效应、热载流子效应 静态功耗表达式 leak dd

10 CMOS电路的静态功耗  静态功耗的来源  电路中存在泄漏电流  构成泄漏电流的机制  反偏pn结电流  亚阈值电流  其他二级效应  栅隧穿电流、DIBL效应、热载流子效应  静态功耗表达式 P I V s leak DD  Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only