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数字IC的功耗组成

时间:2022-09-02 00:30:00 0402电容功耗

数字IC功耗主要分为静态功耗(static power)和动态功耗(dynamic power。

1.静态功耗

静态功耗又称漏电功耗(leakage power),当逻辑单元的输入和输出不发生变化时(通常称为inactive或static状态)功耗。静态功耗分为intrinsic leakage power和gate leakage power.
intrinsic leakage power主要由
晶体管源极与泄漏极之间的亚阈值电流(晶体管未完全关闭,仍有电流)决定。电流尺寸主要由晶体管阈值电压和温度决定(阈值电压越小,泄漏电流越大,温度越高,泄漏电流越大)。因此,如果使用它来提高芯片的工作频率LVT(低阈值晶体管),芯片静态功耗会显著增加。intrinsic leakage power另一个来源是晶体管扩散区和衬底之间的电流,也称为反偏差PN节电流主要取决于晶体管状态和电源电压。

gate leakage power随着工艺节点的减少,这种电流对静态功耗的贡献越来越明显。该电流主要取决于栅氧化层的厚度和电源电压,对温度的敏感性较小。

在PTPX在功耗模拟中,工具搜索工艺库中的功耗表获得各单元的静态功耗。

10.14补充:在看low power methodology manual时,发现leakage会随着温度的升高而增加,在不同的温度工艺库中搜索leakage确实发现了参数。

2.动态功耗

动态功耗是一个电路active状态下的功耗,active指电流输入或相关连接电压的变化,但这种变化不一定会导致电路输出的变化,因此动态功耗与电路输出的变化无关。动态功耗也分为两种,即internal power和switching power。

internal power它包括晶体管寄生电容器的充放电功耗和电路状态切换PMOS和NMOS短路电流功耗。对于简单的库单元,internal power对于复杂的库单元,主要是短路功耗,internal power主要是电容充放电功耗。

switching power即翻转功耗,是电路输出负载电容充放电的功耗。

在PTPX在功耗仿真中,internal power工具搜索工艺库中的功耗表也得到了。switching power计算是基于电源电压、网表中的负载电容和逻辑门的输出翻转。

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