功率管理技术介绍

你可以通过提高反向栅极偏压来进一步降低泄漏电流。由于存在体偏压系数γ，收效会不太明显。降低电源电压也有助于降低泄漏电流。增加晶体管的沟道长度不仅直接降低泄漏电流（如方程5所示），而且还有助于提高阈值电压（如方程2所示）。

亚阈值电流以指数形式依赖于温度。由于NVT项出现在负指数的分母中，因此在温度升高时，电流会显着增加。这种增加会带来重大挑战，这是因为泄漏功率在高温时变成了总功率的重要部分。

　　技术的作用

每一次技术进步的目标都是为了改善性能、密度和功耗。工艺设计者调整施加的电压和氧化物厚度来保持相同电场。该途径在每个新的技术节点都会使功率降低大约50%。但是，随着电压的降低，阈值电压也必须降低，来实现该技术的性能目标。

由于无法立即同时在性能和泄漏方面优化某种技术，因此每种技术通常会有两个变种。一个变种针对高性能，另一个针对低泄漏。二者的首要区别是氧化物厚度、电源电压和阈值电压。栅极氧化物较厚的技术变种面向低泄漏设计，并且必须支持更高的电压来实现合理性能。

方程2表明了依赖于工艺的参数γ和ΘS，你可以操纵它们来控制阈值电压。这些参数取决于杂质浓度，工艺设计者可使用一个额外的注入掩模来调节该浓度。然后你可以运用该方法来控制设计方案的泄漏功率。

在选择技术来优化特定设计的功率时，你必须同时考虑两个方面：需要使用更小的几何结构来降低有功功率；需要使用低泄漏的变种来降低泄漏。但在成本和风险方面需要折中。

更小的几何结构需要在掩模成本和其它一次性工程支出方面投入更多的初始资金。虽然它们凭借每块晶圆可生产出更多器件而具有单位成本优势，但它们也在工艺和设计成熟度方面带来了更高风险。如果设计方案包含SERDES等复杂电路，或是该工艺中新出现的其它敏感的块，那么设计风险可能很高。新技术的工艺缺陷通常是在它投产一年或更久之后被全部消除，然后成品率会稳定下来。

问题的答案取决于功率的性质和最终应用。如果最终应用是由电池供电，那么你必须使泄漏最小化。例如，如果你能关断处于待机模式的设计方案，那么它就不需要低泄漏工艺，这是因为你可以关断高性能系统中的电路，并且同时实现低泄漏的好处。

低泄漏工艺需使用更高的电压，并且一般具有更大的面积，因此对于相同性能，会消耗更大的有功功率。因此对于低泄漏工艺选择工作，泄漏功率是首要推动因素。当泄漏功率在设计方案的工作期间成为总功率的重要部分，或是当设计方案对待机模式的功率（泄漏起着主导作用）有严格要求时，选择低泄漏工艺就能满足这些要求。在其它多数情况下，你可以选择标准工艺，用它和多种电路设计方法来优化功率。
电路设计方法

一旦你选择了某种技术后，你就能专注于设计方法，用它们来优化功率。开始是数字电路中的基本构件：逻辑门。逻辑门一般是标准单元库的零件。标准单元库中的每个门都使用最小的晶体管。每类门都有多个具有不同驱动强度的版本，它们采用更宽的晶体管或多个级来获得更大的驱动电流。由于控制有功功率的主要参数是电源电压，因此单元设计者一般会谨慎设计逻辑门并赋予它们适当的特征，使它们的工作电压比电源电压低30%。该电压具有性能上的含义。降低电源电压可产生更小的电流，导致相同电容的充电和放电时间更长。但是，如果设计方案并未触及特定技术的底线，那么这种减速是可接受的。

提高阈值电压就能降低器件中的泄漏电流。你可以用包括标准、高、低阈值电压器件在内的多阈值电压器件来设计逻辑门，由此控制泄漏功率。目前，用多电压阈值器件来设计标准单元库是常见做法。对于你用标准、高和低阈值电压器件实现的与非门，在泄漏和性能之间存在折中（图3）。

　　图3，泄漏和功率之间存在折中。

下一个因素是沟道长度。单元设计者用最小沟道长度的器件创造标准单元库中的逻辑门。通过增加沟道长度，你可以降低器件中的泄漏电流，但这么做也会降低晶体管的导通电流并使它减速，标准单元库提供商最近创造了一些具有多种沟道长度的标准单元。多阈值电压器件和多种沟道长度共同提供了一个丰富的功率管理标准单元库。

另一种方法是反向偏压。传统上，数字技术设计者把MOS晶体管看作是三端子器件，其中的基底连接到源极。结果，反向偏压始终为0 V。通过把基底作为单独的端子，并施加反向偏压，你可以提高阈值电压并降低泄漏。你可把N沟道器件基底连接到很高的负电压，并把P沟道器件基底连接到很高的正电压。你需要很大的电压来实现阈值的小变化，这是因为反向偏压与阈值电压是平方根