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短路功耗解析
资料介绍
一、短路功耗的基本定义
短路功耗是数字CMOS电路中，由于输入信号跳变过程中PMOS管和NMOS管同时导通产生短路电流，进而消耗的功耗，是CMOS集成电路总功耗的重要组成部分。在理想情况下，CMOS电路稳态时只有其中一个晶体管导通，漏电流极小，动态功耗仅由负载电容充放电产生；但实际电路中，输入信号存在上升沿和下降沿，当输入电平处于PMOS和NMOS阈值电压之间时，两个晶体管会同时开启，形成从电源到地的直流通路，此时产生的电流被称为短路电流，短路电流在电压差作用下产生的功耗就是短路功耗。
二、短路功耗的产生机理
CMOS反相器是最基础的CMOS单元电路，也是分析短路功耗的典型模型。当输入电平从低电平向高电平跳变时，NMOS管逐渐导通，PMOS管逐渐关断，在输入电压上升到NMOS阈值电压tn，同时还未达到VDD-|Vtp|（VDD为电源电压，Vtp为PMOS阈值电压）的区间内，NMOS和PMOS都处于导通状态，电源VDD通过导通的PMOS和NMOS直接连接到地，形成短路电流Isc。同理，当输入电平从高电平向低电平跳变时，输入电压下降到VDD-|Vtp|以下、Vtn以上的区间内，两个晶体管同样同时导通，产生短路电流。
短路电流的大小与输入信号的跳变速度、晶体管尺寸、电源电压和负载电容大小都有关系。当输入跳变速度慢于输出跳变速度时，短路电流的持续时间更长，产生的短路功耗也更大；反之，输入跳变速度越快，两个晶体管同时导通的时间越短，短路功耗越小。此外，若负载电容较大，输出跳变速度变慢，也会延长同时导通的时间，增大短路功耗。
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