为集成电路供给根本功用的的开展是技能史上的一个转折点。这种逻辑电路突出了使

　　CMOS的一个长处是它的功率。CMOS逻辑只要在改动状况时才需求电流——简略地坚持逻辑高或逻辑低电压的CMOS电路耗费的功率十分小。一般来说，低功耗是一个抱负的功用，当你企图将尽或许多的晶体管功用封装在一个小空间中时，这特别有利。

　　正如核算机CPU爱好者提示咱们的那样，充沛去除集成电路中的热量或许很困难。假设没有CMOS反相器和其他相似的CMOS电路，这将愈加困难。在这篇由三部分所组成的系列文章中，咱们将回忆CMOS反相器的要害特性，并评论其两种首要的功耗类型：动态和静态。在接下来的两篇文章中，咱们将更深化地研讨动态功耗。

　　CMOS反相器由衔接在一起的NMOS晶体管和PMOS晶体管组成。图1显现了根本CMOS反相器的示意图。

　　当输入端被驱动到逻辑高电压时，上PMOS晶体管阻断电流，下NMOS晶体管传导电流。因而，输出端子通过低电阻途径衔接到0V。

　　当输入端子被驱动到逻辑低电压时，PMOS导通而且NMOS截止。输出通过低电阻途径衔接到VDD。

　　每逢电流流过导电元件时，就会耗费电力。咱们在电力的根本公式中看到了这种联系：

　　虽然CMOS反相器在安稳状况下不需求电流，但在其逻辑转化进程中会耗费功率。这种动态功率损耗有两种类型：

　　当输入逻辑转化产生时，为了对电路中的电容进行充电或放电，有必要流过瞬态电流。在从低到高的输出转化期间，当输出电压添加到VDD时，电流活动以对负载电容充电。图2显现了这股电流所通过的途径。

　　电流也在从高到低的输出转化进程中活动（图3），跟着输出电压降低到地电位，电容放电。

　　CL×VDD2核算一个开关周期所需的能量。为了将这个成果从能量转化为功率，咱们将其乘以每秒循环次数（f），得到上面的方程。

　　另一种类型的动态功耗是由短路电流引起的。也称为击穿电流，这是逆变器逻辑电平转化期间产生的瞬态状况。

　　当CMOS反相器安稳在逻辑状况时，其两个晶体管中的一个处于非导通形式。因而，电流不容易从VDD流到地。但是，当反相器改动状况时，会有一个时间短的穿插期，在此期间NMOS和PMOS都具有某些特定的程度的导电性。当电流流过产生的短路时，能量会丢失（图4）。

　　图4。NMOS和PMOS晶体管在逻辑电平转化期间时间短地产生短路，答应电流从VDD流到地。

　　在这篇文章中，我防止说“CMOS反相器中绝不会产生稳态功耗”之类的话。事实上，场效应晶体管并不是抱负的开关。即便在关断状况下，漏电流也能够从漏极流到源极，以及从漏极或源极流到衬底。

　　动态功耗曩昔远高于静态功耗。现在，静态功率或许很重要。跟着CMOS特征尺度的减小，其对总功耗的奉献挨近动态功率。

　　最终，请注意，静态功率是作业时分的温度的函数。跟着温度的升高，静态功耗也会添加。

　　CMOS反相器既可用作独立的逻辑运算，也可用作高阶逻辑运算的组件。CMOS反相器也用于在具有低驱动才能的数字电路的输出处创立缓冲器。反相器供给模仿扩大以削减信号的上升和下降时间。它们还能够将信号康复到彻底逻辑电平。

　　在这篇文章中，咱们简要地评论了CMOS反相器的操作，并查看了这个根本逻辑电路的动态和静态功耗。在本系列的下两篇文章中，咱们将运用LTspice模仿来更具体地讨论动态功耗的主题。