CMOS的一个优点是它的效率。CMOS逻辑只有在改变状态时才需要电流——简单地保持逻辑高或逻辑低电压的CMOS电路消耗的功率非常小。一般来说，低

　　正如计算机CPU爱好者提醒我们的那样，充分去除集成电路中的热量可能很困难。如果没有CMOS反相器和其他类似的CMOS电路，这将更加困难。在这篇由三部分组成的系列文章中，我们将回顾CMOS反相器的关键特性，并讨论其两种主要的功耗类型：动态和静态。在接下来的两篇文章中，我们将更深入地研究动态功耗。

　　CMOS反相器由连接在一起的NMOS晶体管和PMOS晶体管组成。图1显示了基本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。因此，输出端子通过低电阻路径连接到0V。

　　当输入端子被驱动到逻辑低电压时，PMOS导通并且NMOS截止。输出通过低电阻路径连接到VDD。

　　尽管CMOS反相器在稳定状态下不需要电流，但在其逻辑转换过程中会消耗功率。这种动态功率损耗有两种类型：

　　当输入逻辑转换发生时，为了对电路中的电容进行充电或放电，必须流过瞬态电流。在从低到高的输出转换期间，当输出电压增加到VDD时，电流流动以对负载电容充电。图2显示了这股电流所经过的路径。

　　CL×VDD2计算一个开关周期所需的能量。为了将这个结果从能量转换为功率，我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换期间发生的瞬态情况。

　　当CMOS反相器稳定在逻辑状态时，其两个晶体管中的一个处于非导通模式。因此，电流不容易从VDD流到地。然而，当反相器改变状态时，会有一个短暂的交叉期，在此期间NMOS和PMOS都具有一定程度的导电性。当电流流过产生的短路时，能量会损失（图4）。

　　在这篇文章中，我避免说“CMOS反相器中绝对不会发生稳态功耗”之类的话。事实上，场效应晶体管并不是理想的开关。即使在关断状态下，漏电流也可以从漏极流到源极，以及从漏极或源极流到衬底。

　　动态功耗过去远高于静态功耗。如今，静态功率可能非常重要。随着CMOS特征尺寸的减小，其对总功耗的贡献接近动态功率。

　　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能力的数字电路的输出处创建缓冲器。反相器提供模拟放大以减少信号的上升和下降时间。它们还可以将信号恢复到完全逻辑电平。

　　在这篇文章中，我们简要地讨论了CMOS反相器的操作，并检查了这个基本逻辑电路的动态和静态功耗。在本系列的下两篇文章中，我们将使用LTspice模拟来更详细地探讨动态功耗的主题。