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自集成电路问世以来，设计者在单个芯片上集成的晶体管的数量呈现出令人惊讶的增长速度。近30年，集成电路的发展一直遵循着“摩尔定律”：集成在芯片上的晶体管的数量每18个月就翻一番，芯片成本也相应下降。 

在半导体工艺水平不断进步的同时，以供电的手持设备和膝上电脑也迅速普及，系统的功耗有时已经成为系统设计首要考虑的因素，因此，低功耗设计成为发展移动系统必然要解决的问题。 

集成电路的低功耗设计分为系统级、寄存器传输级、门级、电路级四个层次，而在这其中，寄存器传输级的低功耗设计对优化整个系统功耗的贡献达到20%-50%，这是非常巨大的比例。因而，在寄存器传输级进行低功耗设计是非常值得，也是很有必要的。 

集成电路中功耗的来源 

目前，CMOS工艺在集成电路特别是数字IC中应用得很普遍。由于CMOS电路在输入稳定的时候总有一个管子截止，所以它的静态功耗在理想情况下应该是零，但这并不代表静态功耗真的为零，实际上CMOS电路的静态功耗就是指电路中的漏电流(这里不考虑亚阈值电流)。 

CMOS电路功耗的主要来源是动态功耗，它由两部分组成：开关电流和短路电流。所以，整个CMOS电路的功耗为： 

P=P(Turn)+P(leakage)+P(short) 

其中，P(Turn)是开关电流I(Turn)产生的动态功耗；P(short)是动态情况下P管和N管同时导通时的短路电流I(short)产生的动态功耗；而P(leakage) 是由扩散区和衬底之间的反向偏置漏电流I(leakage)产生的静态功耗。如图1所示。

 
图1 CMOS电路功耗的主要来源是动态功耗，由开关电流和短路电流造成

在这三项中P(Turn)大约占电路功耗的80%，因而这里就只考虑开关电流I(Turn)所产生的动态功耗P(Turn)。I(Turn)是这样产生的：在CMOS电路，当输入为“0”时，PMOS导通，通过PMOS向负载充电；而当电路输入为“1” 时，负载电容又会通过NMOS向地放电。I(Turn)就是不断对负载电容充放电所产生的开关电流。 

一个CMOS反相器由开关电流引起的平均动态功耗是：P(Turn)=C(L)VDDVDDf