CMOS反相器功耗分析,动态、静态功耗-KIA MOS管
CMOS反相器功耗
CMOS反相器由NMOS晶体管和PMOS晶体管连接在一起组成。
当输入端被驱动至逻辑高电压时，上部PMOS晶体管阻断电流，下部NMOS晶体管导通电流。因此，输出端子通过低电阻路径连接到0 V。
当输入端被驱动至逻辑低电压时，PMOS导通，NMOS阻断。输出通过低电阻路径连接到VDD型。
这样，逻辑高电平输入产生逻辑低电平输出，逻辑低电平输入产生逻辑高电平输出。
动态功耗
每当电流流过导电元件时，就会消耗功率。我们在功率的基本公式中看到了这种关系：P = I x V 虽然CMOS反相器在稳态下不需要电流，但在其逻辑转换过程中会消耗功率。
这种动态功率损耗有两种类型：
开关功耗
短路功耗
开关功耗
当输入逻辑转换发生时，瞬态电流必须流动，以便对电路中的电容进行充电或放电。在低输出到高输出转换期间，电流流动以对负载电容进行充电，因为输出电压增加到VDD型.下图显示了该电流所采用的路径。
图.从低输出到高输出转换期间的充电电流。
电流也会在高低输出转换期间流动（如图），当输出电压降至地电位时，电容会放电。
图.从高到低输出转换期间的放电电流。
为了估算CMOS反相器的开关损耗，我们使用以下公式：
公式中：
CL 是预期的负载电容f 是开关频率。CL × VDD2计算一个开关周期所需的能量。为了将这个结果从能量转换为功率，我们将其乘以每秒循环次数 （f），得到上面的等式。
短路功耗
另一种动态功耗是由短路电流引起的。也称为击穿电流，这是反相器逻辑电平转换期间发生的瞬态情况。
当 CMOS 反相器处于逻辑状态时，其两个晶体管之一处于非导通模式。因此，电流不容易从V DD流向地。然而，当反相器改变状态时，会出现一个短暂的交叉周期，在此期间，NMOS 和 PMOS 都具有一定程度的导电性。当电流流过由此产生的短路时，能量就会损失（如图）。
图 . NMOS 和 PMOS 晶体管在逻辑电平转换期间短暂产生短路，会使电流从VDD流向地。
静态功耗
理想情况下，CMOS反相器在稳态工作时PMOS与NMOS不会同时导通，这就意味着稳态时电源与地之间没有通路，不会形成通路电流，静态功耗为零，可实际电路里总有一些微弱的泄漏电流Istat流过源或漏与衬底之间的反偏二极管，如图所示，此时的静态功耗为：
CMOS反相器形成泄露电流的原因
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