产生功耗的原因

整体的功耗取决于诸多因素，如基底技术、封装密度、外部环境、产品性能和供电电压。在实际应用中，往往速度越高功耗越大。

电阻上消耗的功率表示为I2R，它通常由负载器件和寄生元件产生。不管采用何种技术都会或多或少地存在这方面的功耗，在电阻性负载电路如模拟电路中更是如此。当采用深亚微米技术时，电路中的导线(金属导线)和层间寄生电阻会产生静态阻抗功耗，在动态功耗中也要消耗一定的电流。

有源器件的正常工作模式可用一条转移曲线和某些I-V特性来描述，如图1所示，工作点电压与电流的乘积是功率的函数，适用于全部有源器件。该乘积是一个静态值，对无源和有源器件来说，它包含了漏电流和偏置电流。

在CMOS电路中，理想情况下，I-V转移曲线是一个瞬态函数，当I-V转移曲线跨越门限时，从一个状态转移到另一个状态不消耗功率。但在实际应用中，转移曲线并不是理想的方形，因此每次状态转移时都会有大的(潜在性)开关电流。理论上看，在状态转移过程最坏情况下，具有零内阻的开关器件会在电源与地之间形成直接短路的现象。

在CMOS电路中，最大的功耗来自于内部和外部电容的充放电，通常用W/Hz来表示每个门电路的功耗。据此，就可以计算后级的门或输出负载(包括电路封装和PCB导线)的电容充放电所需的功率。峰值电流I=C(V/T)，V约等于CMOS电路的电源电压，T是上升或下降沿时间，C是后级负载电容，因此峰值电流通常都比较大。平均开关功率P=C(V)2F，此时C是指输出端的负载电容，V是供电电压，F则是开关频率。

功耗的系统成本

系统功率越大，所需要的电源电压也越高，成本也就更昂贵，由此产生的影响涉及到电源总线、板上旁路电容、母板布线、电源线滤波器甚至电源电缆和熔丝等。另外，较大的供电电源需要更多的空间，因此可能会影响到系统的总体封装。

电池尺寸、重量和成本取决于系统对整体功率的要求以及每次充电所要求的工作时间。一般情况下，电池越大成本越高。备份电池和充电器在尺寸与重量方面可能与原设备相当，因此会严重影响设备的便携性。

供电可以用“美元/W”来表示成本。系统整体功率要求得越低，在电源方面开销就越少。同时小型电源产品占用空间小，自身功率消耗得也较少，因此会对系统整体功耗有益。

小型电子系统的热量管理要求许多不同的功能，但也许不容易做到。因为，系统可能没有足够的空间或电力来放置冷却元件，而一些系统也许不能容忍冷却元件引起的噪声以及电子噪声。封装外形的限制也可能迫使所有产热元件集中在一个小块区域，这样会加重散热问题，当一个发热的塑料外壳电子设备置于膝上时，用户可能会感到不舒适。为了进行散热而使设备敞开运行对在线操作(line-operated)系统来说也是不允许的，对销往欧洲的系统尤其如此。

其它问题包括风扇与另外一些散热元件的成本，当需要加速空气流通时成本也会相应增加；散热器与排热管有助于热源热量的散发，但仍需将热量从系统中排除出去。

低成本的塑料封装不能适应高集成度IC的高功率特性要求，这迫使其采用具有热量管理功能的昂贵封装或其它更复杂的冷却系统。

低功率电路的实现方案

IC工业正寻求多种途径来满足低功率系统要求，其中一个途径是将数字器件的工作电压从5V变为3.3V，将模拟器件的电源电压从±15V变为5V单电源。这些改变归功于先进的硅片技术与电路结构。Atmel公司市场部副总裁Katz说，未来数字芯片工作电压的发展趋势将是2.5V、1.8V甚至更低的电压，它们均是0.9V(电池电压的最低极限)的倍数。器件的复杂度、更高的工作频率和器件物理性质将共同促进这一发展趋势，届时亚微米几何尺寸的更小型器件所具有的较薄氧化层将难以承受更高的电源电压。