CMOS反相器的威廉希尔官方网站 结构和工作原理

本文介绍了CMOS器件输入、输出级威廉希尔官方网站 所含CMOS反相器的威廉希尔官方网站 结构和工作原理，从理论上分析了CMOS器件的静态功耗是0。然后分析了实际CMOS器件静态电流的来源和产生机理、计算方法。最后分析当输入电平在VCC和GND时，使得输入晶体管没有完全关断，引起静态电流delta_ICC。

1.CMOS反相器

通常，所有的低电压器件在其输入级和输出级有一个CMOS反相器。因此，为了完全理解静态功耗，参考下图1所示的CMOS反相器模式。

如图1中的Case1所示，如果输入是逻辑电平0，N-MOS器件截止，P-MOS器件导通，输出电压是VCC，为逻辑1。类似地对于Case2，当输入是逻辑1时，相关的N-MOS器件导通，P-MOS器件截止，输出电压是GND，为逻辑0。

注意，当门威廉希尔官方网站 处于上述逻辑状态中的任一状态【0和1】时，两个晶体管【N-MOS器件和P-MOS器件】中的一个始终处于截止状态。因为没有电流流入门端，以及从VCC到GND不存在直流电流路径，相应的静态电流是0，因此静态功耗是0。

2.漏电流

然而，由于在扩散区域和基板之间存在反向偏置漏电流，仍然会有少量的静态功耗。器件内的反向偏置漏电流可以用一个描述CMOS反相器寄生二极管的简单模型解释，如下图2所示。

源极-漏极扩散和N-阱（N-well）扩散形成寄生二极管。在图2中所示为N-阱和基板之间的寄生二极管。因为寄生二极管是反向偏置，只有它们的漏电流贡献静态功耗。静态功耗是与器件漏电流和供电电压有关系。

绝大多数CMOS器件手册指定一个ICC最大值在10µA~40µA范围，这个范围包括了总的漏电流和其他威廉希尔官方网站 功能可能要求的一些静态电流（在简单的反相器模型中未考虑）。

在CMOS器件中，漏电流ICC（流入器件的电流）与供电电压引起静态功耗。

3.静态电流delta_ICC

静态电流的另一个源是delta_ICC。当输入电平没有完全驱动到VCC和GND时，使得输入晶体管没有完全关断，引起静态电流delta_ICC。

备注：输入电平没有完全驱动到VCC和GND是指输入电平不是VCC或GND，而是VCC和GND之间的一个值，在这种情况下会使得供电电流（ICC）增加，即为该情况下的供电电流增加量delta_ICC，见下图。

从图中可以看出，对于ABT器件，如果VCC=5.5V，当一个输入在3.4V、其他输入为VCC或GND时，供电电流的增加量delta_ICC最大为1.5mA。