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文章目录
0. 功耗源1. 动态功耗1.1 翻转功耗1.2 短路功耗
2. 静态功耗2.1 亚阈值泄漏电流2.2 栅泄漏电流2.3 结泄漏电流2.4 竞争电流2.5 降低静态功耗办法
0. 功耗源
功耗的本质是能量耗散。由能量守恒定律可知，能量只能从一种形式转成另一种形式，能量的总量不变。芯片耗散的电能主要转化成热能。如果一颗芯片的功耗过大，容易导致工作时温度过高，造成功能失效，甚至晶体管失效。因此，减小芯片功耗是很重要的一个任务。静态功耗以及动态功耗是两个主要的功耗源。
1. 动态功耗
动态功耗来源于： （1）当门翻转时，负载电容充电和放电，称为翻转功耗 （2）pmos和nmos管的串并联结构都导通时的有短路电流，称为短路功耗。
1.1 翻转功耗
翻转功耗可以用如下公式表示：
P
s
w
i
t
c
h
=
α
C
V
D
D
2
f
P_{switch}=\alpha C V_{DD}^2f
Pswitch=αCVDD2f
α
\alpha
α 称为活动因子，是电路节点从0跳变至1的概率。时钟的活动因子为1，因为它在每个周期都有上升和下降。大多数数据的活动因子为0.5，每周期只跳变一次。 C称为负载电容。 有以下办法可以降低翻转功耗： （1）使用门控时钟 降低活动因子是降低功耗的非常有效的办法，如果一个电路的时钟完全关断，那么它的活动因子和动态功耗将降为0。Verilog在设计寄存器时采用下面写法可以综合成一个带门控的寄存器。
input reg d;
always @(posedge clk or negedge resetn) begin
if(~resetn)
q |