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为什么说CMOS电路功耗低?

时间:2023-11-09 06:05:27

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因为CMOS传输过程中是通过栅极连接的,MOS管Gate端绝缘,电流接近0,Ri = Ui / ig = 无穷大。电压在传输过程中不取电流值,所以在静态过程中(处于0或1状态)是几乎没有功耗的。

但是为了让芯片能够实现高频动作,会通过掺杂工艺降低管子的导通阈值,降低管子的传输延时,从而实现高速翻转。但是使用低阈值管(Lvt)会导致芯片在Standby待机状态时,管子不能完全截止,产生漏电流,带来不小的静态功耗。P漏 = I_leak * Vdd

后端在综合时按照时序约束,会在难以收束路径上使用低阈值管,但是增加了面积和功耗。

现在由于芯片频率的要求越来越高,芯片规模越来越大,静态功耗所占总功耗的比例也越来越大。

CMOS的主要功耗来自于动态功耗,即在0,1跳变过程中,处于1/2vdd位置的尖峰电流带来的导通功耗。

导通功耗

导通功耗是电流对时间的积分。导通功耗 Pt = Cpd f Vdd²

f是电路频率,即表示尖峰电流的个数。

Vdd是电源电压

在0,1转换过程中,还会对后级的等效电容充,放电,会在导通电阻上产生一定的负载功耗。

当Vi从1→0,VDD通过Tp向CL充电,T1上产生电流ip

当Vi从0→1,CL通过T2放电,在T2上产生电流in

可得到负载功耗 Pt = CL f Vdd²

f是电路频率,即表示尖峰电流的个数。

Vdd是电源电压。

动态功耗的降低:

作为前端设计者,在RTL设计时

1,使用流水线设计PipeLine,保证功能以及时序的前提减少在一个周期内逻辑翻转的数量。

2,注意电路设计中不要出现竞争-冒险现象。

3,在某些模式下,部分模块可以待机的话,固定输入值让内部不发生翻转。

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