本文介紹了CMOS器件輸入、輸出級電路所含CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理，從理論上分析了CMOS器件的靜態(tài)功耗是0。然后分析了實(shí)際CMOS器件靜態(tài)電流的來源和產(chǎn)生機(jī)理、計(jì)算方法。最后分析當(dāng)輸入電平在VCC和GND時(shí)，使得輸入晶體管沒有完全關(guān)斷，引起靜態(tài)電流delta_ICC。

1.CMOS反相器

通常，所有的低電壓器件在其輸入級和輸出級有一個(gè)CMOS反相器。因此，為了完全理解靜態(tài)功耗，參考下圖1所示的CMOS反相器模式。

如圖1中的Case1所示，如果輸入是邏輯電平0，N-MOS器件截止，P-MOS器件導(dǎo)通，輸出電壓是VCC，為邏輯1。類似地對于Case2，當(dāng)輸入是邏輯1時(shí)，相關(guān)的N-MOS器件導(dǎo)通，P-MOS器件截止，輸出電壓是GND，為邏輯0。

注意，當(dāng)門電路處于上述邏輯狀態(tài)中的任一狀態(tài)【0和1】時(shí)，兩個(gè)晶體管【N-MOS器件和P-MOS器件】中的一個(gè)始終處于截止?fàn)顟B(tài)。因?yàn)闆]有電流流入門端，以及從VCC到GND不存在直流電流路徑，相應(yīng)的靜態(tài)電流是0，因此靜態(tài)功耗是0。

2.漏電流

然而，由于在擴(kuò)散區(qū)域和基板之間存在反向偏置漏電流，仍然會(huì)有少量的靜態(tài)功耗。器件內(nèi)的反向偏置漏電流可以用一個(gè)描述CMOS反相器寄生二極管的簡單模型解釋，如下圖2所示。

源極-漏極擴(kuò)散和N-阱（N-well）擴(kuò)散形成寄生二極管。在圖2中所示為N-阱和基板之間的寄生二極管。因?yàn)榧纳O管是反向偏置，只有它們的漏電流貢獻(xiàn)靜態(tài)功耗。靜態(tài)功耗是與器件漏電流和供電電壓有關(guān)系。

絕大多數(shù)CMOS器件手冊指定一個(gè)ICC最大值在10μA~40μA范圍，這個(gè)范圍包括了總的漏電流和其他電路功能可能要求的一些靜態(tài)電流（在簡單的反相器模型中未考慮）。

在CMOS器件中，漏電流ICC（流入器件的電流）與供電電壓引起靜態(tài)功耗。

3.靜態(tài)電流delta_ICC

靜態(tài)電流的另一個(gè)源是delta_ICC。當(dāng)輸入電平?jīng)]有完全驅(qū)動(dòng)到VCC和GND時(shí)，使得輸入晶體管沒有完全關(guān)斷，引起靜態(tài)電流delta_ICC。

備注：輸入電平?jīng)]有完全驅(qū)動(dòng)到VCC和GND是指輸入電平不是VCC或GND，而是VCC和GND之間的一個(gè)值，在這種情況下會(huì)使得供電電流（ICC）增加，即為該情況下的供電電流增加量delta_ICC，見下圖。

從圖中可以看出，對于ABT器件，如果VCC=5.5V，當(dāng)一個(gè)輸入在3.4V、其他輸入為VCC或GND時(shí)，供電電流的增加量delta_ICC最大為1.5mA。