数字电路的功耗优化分析
电子测置
数字电路的功耗优化分析
作者/吴桓，重庆建安仪器有限责任公司
文章摘要：功耗作为数字电路设计研究的要点，需要从技术角度出发，对各影响因素进行分析，运用低功耗技术对电路进行优化设计，提 高电路性能。本文结合数字电路功耗特点，确定了电路低功耗设计方向，并重点分析了低功耗技术要点以及其在数字电路优化设计中的应 用方式。
关键词：数字电路；功耗优化；电路设计
数字电路现在应用十分广泛，具有功耗低、面积小等优 点，其最理想状态下两管不同时导通，因此功耗特性良好。但是在集成电路集成度不断提高背景下，单位面积硅片集成 器件数量增多，这样即便是单个器件功耗较低，但是集成度 增加使得芯片总体功耗增加。为进一步扩大数字电路的应用 范围，必须要针对其功耗问题进行优化，解决因集成问题而 出现的总体功耗增加问题。
1. 数字电路低功耗分析
为降低数字电路总体功耗，对其低功耗技术进行分析 时，主要可以从低功耗电路设计和低功耗EDA软件两个方 面着手，其中低功耗电路设计关键是速度、面积等因素，就电路实际运行现状，选择适当手段进行优化，降低电路 运行功耗。将低功耗技术应用到电路设计不同阶段，可以 对数字电路设计进行划分，包括系统级、算法级、寄存器 传输级、逻辑门级、版图级、电路级，每个层次均对应着 低功耗技术，优化效果也存在一定差异。电路低功耗设计 层次越高，则具有越大的优化空间，对应不同设计层次，多选择用动态功耗优化和静态功耗优化两种方法。其中，动态功耗大小受电路电压、电路翻转次数、电容等影响，在设计时可以针对降低供电电压、减小电路负载电容、降 低时钟频率以及降低电路平均翻转次数等方面优化w。静 态功耗形成主要受工艺影响，设计时需要重点控制工艺参 数，优化技术如工艺控制阀、输入向量控制阀、阈值电压 控制法以及电源电压控制法等。
2. 数字集成电路低功耗优化技术
■2.1工艺级功耗优化
2.1.1封装技术
对电路芯片进行封装处理，使其与外界环境保持隔离，避免环境中存在的杂质腐蚀芯片而影响其电气性能，同时对 芯片功耗也有较大影响。对芯片进行合理封装处理后，可以 提高其散热效果，降低功耗。例如多芯片系统，芯片间接口 单元占据较大比重功耗，应用MCM技术可以降低I/O功耗，减少片间互连线长度以及互连寄生电容，减少电路延时同时 降低系统功耗[2]。2.1.2比例缩小技术
数字电路集成度不断提高，器件尺寸与电容减小，且芯 片间通信量降低，能够有效降低功耗。应用按比例缩小技术，不仅可以对晶体管进行比例缩小，还可以对互连线进行按比 例缩小设计。缩小器件关键参数一个无量纲因子时，器件性 能不变，且可以应用紧缩小沟道长度，其他参数不变的栅压 缩技术对器件进行横向缩小，达到缩短延时时间及降低功耗 目的。互连线比例缩小一般是缩小所有尺寸，或者是不改变 线高，同时会造成边缘电容增加，存在延迟问题。如果选择 应用此种技术降低电路功耗，需要重点分析其对电路可靠性 的影响，并且尺寸缩小会加重噪声。
■2.2版图级低功耗优化
版图级低功耗优化需要同时对器件和互连进行优化，在数字电路集成度提高基础上，器件优化技术水平也在提 高，器件尺寸越来越小，功耗也逐渐降低，开关速度增加，从此方面对电路进行优化设计时，需要根据实际情况来选 择合适的器件优化。互连即连接各个器件的导线，对整个 系统性能有着重要影响。数字电路集成度提高，晶体管开 关速度增加，且导线横截面积降低，互连阻抗增加，导致 导线R C延迟增加。同时导线间距减小，相互间串扰与感 应耦合更为严重，设计时需要提高此方面重视。在对信号 进行布线时，可以将电源、地和关键信号，以及高活动性 信号以横截面大、间距大顶层金属布线，来降低系统运行 功耗，并缩小延时。
■2.3电路级低功耗优化
2.3.1动态逻辑
数字电路存在多种逻辑结构，如静态逻辑、动态逻辑等，之间存在明显的差异。静态数字电路每个输入都要连接到一 个MOS管上，逻辑功效大。而动态数字电路逻辑分为N沟 道动态MOS逻辑与P沟道动态MOS逻辑，逻辑功能主要 包括NMOS管陈列组成的PDN，所需晶体管数量比较少，且因为负载电容低且无短路电流，开关速度更快另外，电源与地之间无电流通路，不存在静态功耗，进而能够降低 电路功耗。
2.3.2异步电路
异步电路受严格统一全局时钟控制，完成逻辑状态翻转。
https://www.360docs.net/doc/d84645232.html, I51
数字电路课程设计题目选编
数字电路课程设计题目选编 1、基于DC4011水箱水位自动控制器的设计与实现 简介及要求：水箱水位自动控制器，电路采用CD4011 四与非门作为处理芯片。要求能够实现如下功能：水 箱中的水位低于预定的水位时，自动启动水泵抽水； 而当水箱中的水位达到预定的高水位时，使水泵停止 抽水，始终保持水箱中有一定的水，既不会干，也不 会溢，非常的实用而且方便。 2、基于CD4011声控、光控延时开关的设计与实现 简介及要求：要求电路以CD4011作为中心元件，结合外围 电路，实现以下功能：在白天或光线较亮时,节电开关呈关闭 状态,灯不亮；夜间或光线较暗时，节电开关呈预备工作状态， 当有人经过该开关附近时，脚步声、说话声、拍手声等都能开 启节电开关。灯亮后经过40秒左右的延时节电开关自动关闭， 灯灭。 3、基于CD4011红外感应开关的设计与实现 在一些公共场所里，诸如自动干手机、自动取票机等，只要人手在机器前面一晃，机器便被启动，延时一段时间后自动关闭，使用起来非常方便。要求用CD4011设计有此功能的红外线感应开关。 4、基于CD4011红外线对射报警器的设计与实现 设计一款利用红 外线进行布防的防盗 报警系统，利用多谐振 荡器作为红外线发射 器的驱动电路，驱动红 外发射管，向布防区内 发射红外线，接收端利用专用的红外线接收器件对发射的 红外线信号进行接收，经放大电路进行信号放大及整形， 以CD4011作为逻辑处理器，控制报警电路及复位电路，电
路中设有报警信号锁定功能，即使现场的入侵人员走开，报警电路也将一直报警，直到人为解除后方能取消报警。 5、基于CD4069无线音乐门铃的设计与实现 音乐门铃已为人们所熟知，在一些住宅楼中都 装有音乐门铃，当有客人来访时，只要按下门铃按 钮，就会发出“叮咚”的声音或是播放一首乐曲， 然而在一些已装修好的室内，若是装上有线门铃， 由于必须布线，从而破坏装修，让人感到非常麻烦。 采用CD4069设计一款无线音乐门铃，发射按键与接 收机间采用了无线方式传输信息。 6、基于时基电路555“叮咚”门铃的设计与实现 用NE555集成电路设计、制作一个“叮咚”门铃，使该装置能够 发出音色比较动听的“叮咚”声。 7、基于CD4511数显八路抢答器的设计与实现 CD4511是一块含BCD-7段锁存、译码、驱动电路于一体的集成 电路。设计一款基于CD4511八路抢答器，该电路包括抢答，编 码，优先，锁存，数显和复位。 8、基于NE555+CD4017流水彩灯的设计与实现 以NE555和CD4017为核心，设计制作一个流水彩灯，使之通 过调节电位器旋钮，可调整彩灯的流动速度。 9、基于用CD4067、CD4013、 NE555跑马灯的设计与实 现
集成电路的功耗优化和低功耗设计技术
集成电路的功耗优化和低功耗设计技术 摘要：现阶段各行业的发展离不开对能源的消耗，随着目前节能技术要求的不 断提升，降低功耗成为行业发展的重要工作之一。本文围绕集成电路的功耗优化 以及低功耗设计技术展开分析，针对现阶段常见的低功耗设计方式以及技术进行 探究，为集成电路功耗优化提供理论指导。 关键词：集成电路；功耗优化；低功耗 目前现代节能技术要求不断提升，针对设备的功耗控制成为当前发展的主要问题之一。 针对数字系统的功耗而言，决定了系统的使用性能能否得到提升。一般情况下，数字电路设 计方面，功耗的降低一直都是优先考虑的问题，并且通过对整个结构进行分段处理，同时进 行优化，最后总结出较为科学的设计方案，采用多种方式降低功耗，能够很大程度上提升设 备的使用性能。下面围绕数字电路的功耗优化以及低功耗设计展开分析。 一、设计与优化技术 集成电路的功耗优化和低功耗设计是相对系统的内容，一定要在设计的每个环节当中使 用科学且合理的技术手段，权衡并且综合考虑多方面的设计策略，才能够有效降低功耗并且 确保集成电路系统性能。因为集成电路系统的规模相对较大且具有一定的特殊性，想要完全 依靠人工或者手动的方式来达到这些目的并不现实且缺少可行性，一定要开发与之对应的电 路综合技术。 1 工艺级功耗优化 将工艺级功耗应用到设计当中，通常情况下采取以下两种方式进行功耗的降低： 首先，根据比例调整技术。进行低功耗设计过程中，为了能够实现功耗的有效降低会利 用工艺技术进行改善。在设计过程中，使用较为先进的工艺技术，能够让设备的电压消耗有 效缩减。现阶段电子技术水平不断提升，系统的集成度也随之提高，目前采用的零件的规格 也逐渐缩小，零件的电容也实现了良好的控制，进而能够很大程度上降低功耗。借助比例技术，除了能够将可见晶体管的比例进行调整，而且也能够缩小互连线的比例[1]。目前在晶体 管的比例缩小方面，能够依靠缩小零件的部分重要参数，进而在保持性能不被影响的情况下，通过较小的沟道长度，确保其他的参数不受影响的栅压缩方式，进而将零件的体积进行缩减，同时也缩短了延长的用时，使功耗能够有效降低。针对互连线缩小的方式主要将互连线的整 个结构进行调整，工作人员在进行尺寸缩减的过程中，会面临多方面的难题，比如系统噪音 无法控制，或者降低了电路使用的可靠性等等。 其次，采用封装技术进行降低。采用封装技术，能够让芯片与外部环境进行有效的隔离，进而避免了外部环境给电气设备造成一定的破坏与影响，在封装阶段，芯片的功耗会受到较 大的影响，因此需要使用更加有效的封装手段，才能够提升芯片的散热性，进而有效降低功 耗[2]。在多芯片的情况下，因为芯片与其他芯片之间的接口位置会产生大量的功耗，因此针 对多芯片采取封装技术，首先降低I/0接口的所有功能，接着解决电路延迟的问题，才能够 实现对集成电路的优化。 2 电路功耗优化 一般情况下，对电路级的功耗会选择动态的逻辑设计。在集成电路当中，往往会包含多 种电路逻辑结构，比如动态、静态等等，逻辑结构从本质上而言具有一定的差异性，这种差 异性也使得逻辑结构有着不同作用的功能。动态逻辑结构有着较为典型的特性[3]。静态的逻 辑结构当中所有的输入都会对接单独的MOS，因此逻辑结构功耗更大，动态的逻辑结构当中 电路通常具备N、M两个沟道，动态电路会利用时钟信号采取有效的控制，进而能够实现预
集成电路低功耗设计方法研究【文献综述】
毕业设计文献综述 电子信息科学与技术 集成电路低功耗设计方法研究 摘要:随着IC制造工艺达到纳米级，功耗问题已经与面积、速度一样受到人们关注，并成为制约集成电路发展的关键因素之一。同时，由于电路特征尺寸的缩小，之前相比于电路动态功耗可以忽略的静态漏功耗正不断接近前者，给电路低功耗设计提出了新课题，即低漏功耗设计。本文将分析纳米工艺下芯片功耗的组成和对低漏功耗进行研究的重要性，然后介绍目前主要的低功耗设计方法。此外，由于ASIC技术是目前集成电路发展的趋势和技术主流，而标准单元是ASIC设计快速发展的重要支撑，本文在最后提出了标准单元包低漏功耗设计方法，结合电路级的功耗优化技术，从而拓宽ASIC功耗优化空间。 关键字：低功耗，标准单元，ASIC设计 前言： 自1958年德克萨斯仪器公司制造出第一块集成电路以来，集成电路产业一直以惊人的速度发展着，到目前为止，集成电路基本遵循着摩尔定律发展，即集成度几乎每18个月翻一番。 随着制造工艺的发展，IC设计已经进入了纳米级时代：目前国际上能够投入大规模量产的最先进工艺为40nm，国内的工艺水平正将进入65nm；2009年，Intel酷睿i系列创纪录采用了领先的32nm 工艺，并且下一代22nm工艺正在研发中。但伴随电路特征尺寸的减小，电路功耗数值正呈指数上升，集成电路的发展遭遇了功耗瓶颈。功耗问题已经同面积和速度一样受到人们重视，成为衡量IC设计成功与否的重要指标之一。若在设计时不考虑功耗而功利地追求集成度的提高，则可能会使电路某些部分因功耗过大引起温度过高而导致系统工作不稳定或失效。如Intel的1.5GHz Pentium Ⅳ处理器，拥有的晶体管数量高达4200万只，功率接近95瓦，整机生产商不得不为其配上了特大号风扇来维持其正常工作。功耗的增大不仅将导致器件的可靠性降低、芯片的稳定性下降，同时也给芯片的散热和封装带来问题。因此，功耗已经成为阻碍集成电路进一步发展的难题之一，低功耗设计也已成为集成电路的关键设计技术之一。 一、电路功耗的组成 CMOS电路中有两种主要的功耗来源，动态功耗和静态功耗。其中，动态功耗包括负载电容的充放电功耗(交流开关功耗)和短路电流引起的功耗；静态功耗主要是由漏电流引起的功耗，如图1所示。
数字电路设计实例
数字电路综合设计案例 8.1 十字路口交通管理器 一、要求 设计一个十字路口交通管理器，该管理器自动控制十字路口两组红、黄、绿三色交通灯，指挥各种车辆和行人安全通过。 二、技术指标 1、交通管理器应能有效操纵路口两组红、黄、绿灯，使两条交叉道路上的车辆交替通行，每次通行时间按需要和实际情况设定。 2、在某条道路上有老人、孩子或者残疾人需要横穿马路时，他们可以举旗示意， 执勤人员按动路口设置的开关，交通管理器接受信号，在路口的通行方向发生转换时，响应上述请求信号，让人们横穿马路，这条道上的车辆禁止通行，即管理这条道路的红灯亮。 3、横穿马路的请求结束后，管理器使道口交通恢复交替通行的正常状态。 三、设计原理和过程： 本课题采用自上而下的方法进行设计。 1．确定交通管理器逻辑功能 ⑴、十字路口每条道路各有一组红、黄、绿灯，用以指挥车辆和行人有序地通行。其中红灯亮表示该条道路禁止通行；黄灯亮表示停车；绿灯亮表示通行。因此，十字路口车辆运行情况有以下几种可能： ①甲道通行，乙道禁止通行； ②甲道停车线以外的车辆禁止通行（必须停车），乙道仍然禁止通行，以便让甲道停车线以内的车辆安全通过； ③甲道禁止通行，乙道通行； ④甲道仍然不通行，乙道停车线以外的车辆必须停车，停车线以内的车辆顺利通行。 ⑵、每条道路的通车时间（也可看作禁止通行时间）为30秒~2分钟，可视需要和实际情况调整，而每条道路的停车时间即黄灯亮的时间为5秒~10秒，且也可调整。 ⑶、响应老人、孩子或残疾人特殊请求信号时，必须在一次通行—禁止情况完毕后， 阻止要求横穿的那条马路上车辆的通行。换句话说，使另一条道路增加若干通行时间。 设S1和S2分别为请求横穿甲道和乙道的手控开关，那么，响应S1或S2的时间必定在甲道通乙道禁止或甲道禁止乙道通两种情况结束时，且不必过黄灯的转换。这种规定是为了简化设计。 由上述逻辑功能，画出交通管理器的示意图如图8-1所示，它的简单逻辑流程图如图8-2所示。示意图中甲道的红、黄、绿灯分别用R、Y、G表示，而乙道的红、黄、绿灯分别用r、y、g表示。简单逻辑流程图中设定通行（禁止）时间为60秒，停车时间为10秒。
《数字电路课程设计》
实验三旋转灯光电路与追逐闪光灯电路 一、实验目的 1．熟悉集成电路CD4029、CD4017、74LS138的逻辑功能。 2．学会用74LS04、CD4029、74LS138组装旋转灯光电路。 3. 学会用CD4069、CD4017组装追逐闪光灯电路。 二、实验电路与原理 1．旋转灯光电路： 图3-1 旋转灯光电路 将16只发光二极管排成一个圆形图案，按照顺序每次点亮一只发光二极管，形成旋转灯光。实现旋转灯光的电路如图3-1所示，图中IC1、R1、C1组成时钟脉冲发生器。IC2为16进制计数器，输出为4位二进制数，在每一个时钟脉冲作用下输出的二进制数加“1”。计数器计满后自动回“0”，重新开始计数，如此不断重复。 输入数据的低三位同时接到两个译码器的数据输入端，但是否能有译码器输出取决于使能端的状态。输入数据的第四位“D”接到IC3的低有效使能端G2和IC4的高有效使能端G1，当4位二进制数的高位D为“0”时，IC4的G1为“0”，IC4的使能端无效，IC4无译码输出，而IC3的G2为“0”，IC3使能端全部有效，低3位的CBA数据由IC3译码，输出D＝0时的8个输出，即低8位输出（Y0～Y7）。当D为“1”时IC3的使能端处于无效状态，IC3无译码输出；IC4的使能端有效，低3位CBA数据由IC4译码，输出D＝1时的8个输出，即高8位输出（Y8～Y15）。 由于输入二进制数不断加“1”，被点亮的发光二极管也不断地改变位置，形成灯光地“移动”。改变振荡器的振荡频率，就能改变灯光的“移动速度”。
注意：74LS138驱动灌电流的能力为8mA，只能直接驱动工作电流为5mA的超高亮发光二极管。若需驱动其他发光二极管或其他显示器件则需要增加驱动电路。 2. 追逐闪光灯电路 图 3-2 追 逐 闪 光 灯 电 路 （ 1） ． CD 401 7 的 管 脚功能 CD4017集成电路是十进制计数／时序译码器，又称十进制计数／脉冲分频器。它是4000系列CMOS数字集成电路中应用最广泛的电路之一，其结构简单，造价低廉，性能稳定可靠，工艺成熟，使用方便。它与时基集成电路555一样，深受广大电子科技工作者和电子爱好者的喜爱。目前世界各大通用数字集成电路厂家都生产40171C，在国外的产品典型型号为CD4017，在我国，早期产品的型号为C217、C187、CC4017等。 （2）CD4017C管脚功能 CMOSCD40171C采用标准的双列直插式16脚塑封，它的引脚排列如图3-3(a)所示。 CC4017是国标型号，它与国外同类产品CD4017在逻辑功能、引出端和电参数等方面完全相同，可以直接互换。本书均以CD40171C为例进行介绍，其引脚功能如下： ①脚(Y5)，第5输出端；②脚(Y1)，第1输出端，⑧脚(Yo)，第0输出端，电路清零 时，该端为高电平，④脚(Y2)，第2输出端；⑤脚(Y6)，第6输出端；⑥脚(Y7)，第7输出端；⑦脚(Y3)，第3输出端；⑧脚(Vss)，电源负端；⑨脚(Y8)，第8输出端，⑩脚(Y4)，第4输出端；11脚(Y9)，第9输出端，12脚(Qco)，级联进位输出端，每输入10个时钟脉冲，就可得一个进位输出脉冲，因此进位输出信号可作为下一级计数器的时钟信号。13脚(EN)，时钟输入端，脉冲下降沿有效；14脚(CP)，时钟输入
数字集成电路低功耗分析
数字集成电路低功耗分析 摘要： 电子产品功耗的大小不仅限制了便携设备电池使用时间,也在一定程度上影响着设备性能。研究如何降低功耗己经成为所有IC设计者必须考虑的重要问题，对功耗的优化也是目前每个IC设计企业的必要环节。本文主要对数字集成电路功耗的优化方法进行了分析，分别从工艺级、电路级、版图级、门级、寄存器级、算法级和系统级分析了低功耗的优化方法。 关键词：低功耗；集成电路；优化 引言： 随着移动设备快速大量的增加和芯片处理速度的提高，芯片的功耗己成为集成电路设计者必须考虑的重要问题，于此同时对芯片的整体性能评估己经由原来的面积和速度变成了面积、时序、可测性和功耗的综合考虑，而且功耗所占的比重越来越大。 低功耗技术的研究背景： 集成电路是一个二十世纪发展起来的高技术产业，也是二十一世纪世界进入信息化社会的前提和基础。在1958年德克萨斯仪器公司生产出第一块集成电路，集成电路产业就一直保持着快速的发展速度，处在数字化和信息化时代的今天，数字集成电路的应用和改进显得尤为重要，从电子管到晶体管再到中小规模集成电路和超大规模集成电路，到现在市场上主流的专用集成电路(ASIC)，以及现处于快速发展的系统级芯片，数字集成电路始终朝着速度更快，集成度更高，
规模更大的方向不断发展。从目前状况来看，数字集成电路基本上仍然遵循摩尔定律来发展—集成度几乎每18个月增长一倍。但是随着芯片规模的不断扩大，功耗问题变得越来越突出，并且成为制约数字集成电路发展的重要因素。长期以来，面积最小化和处理的高速度是数字集成电路设计中最主要的问题。现在，因为新的IC技术工艺的使用和集成度越来越高，降低芯片功耗逐渐成为了非常重要的一个因素。在亚微米和深亚微米的技术中，由于能量消耗而产生的余热使电路中的某些功能受到了不同程度的影响。功耗的增加意味着电迁移率的增加。当芯片温度上达到一定的程度时，电路就无法正常工作，因此复杂系统的性能就会被严重的影响到，并且整个系统的可靠性将会降低，尤其对于要求具有长生命周期和高可靠性的电子产品来说，降低功耗是必然的选择。从产品市场需求来看，近年来依靠电池供电的数码产品的大量使用如便携电脑、移动通讯工具等，这些产品的功耗严重影响着用户的使用体验，为了使产品具有更长的使用时间，迫切需要降低产品功耗。目前，功耗的优化方法有很多种，也越来越具有针对性，但大体思路都是通过降低工作电压和工作频率、减少计算量等方法来实数字集成电路的功耗优化。数字集成电路低功耗优化的下一个研究方向是结合多个层次的功耗分析及优化方法。 数字集成电路低功耗优化方法： 低功耗设计技术大致可以分为两类：动态技术和静态技术。静态技术是指从系统构造、工作原理方面入手，降低系统功耗,如选用低功耗器件，采用异步电路体系设计等。而动态技术则是通过改变系统
MRS201低功耗霍尔元件
TMR 超低功耗全极磁开关 概述 是一款集成了隧道磁阻（TMR ）传感器和CMOS 技术，为高灵敏度、高速、低功耗、高精度应用而开发的全极磁开关。采用高精度推挽式半桥TMR 磁传感器和CMOS 集成电路，包括TMR 电压发生器、比较器、施密特触发器和CMOS 输出电路，能将变化的磁场信号转化为数字电压信号输出。通过内部电压稳压器来提供温度补偿电源，并允许宽的工作电压范围。以低电压工作、1微安级的供电电流、高响应频率、宽的工作温度范围、优越的抗外磁干扰特性成为众多低功耗、高性能应用的理想选择。采用两种封装形式：SOT23-3和TO-92S 。 功能框图 产品特性 ? 隧道磁电阻 (TMR) 技术 ? 1.5微安超低功耗 ? 高频率响应可达1kHz ? 全极磁开关 ? 高灵敏度，低开关点 ? 宽工作电压范围 ? 卓越的温度稳定性 ? 优越的抗外磁场性能 典型应用 ? 流量计，包括水表、气表和热量表 ? 接近开关 ? 速度检测 ? 线性及旋转位置检测 磁开关MRS201MRS201MRS201MRS201MRS201MRS201
管脚定义 TO-92S SOT23-3 极限参数 性能参数(V CC = 3.0V, T A = 25°C) 注：在以上测试中，电源和地之间需连接一个0.1μF的电容。
磁特性(V CC = 3.0V, T A = 25°C) 电压和温度特性 输出和磁场关系 注：上电时，在工作磁场为零时，输出信号为高电平。 磁场感应方向磁场强度
MRS201应用指南 封装尺寸 SOT23-3封装图： 平行于TMR 传感器敏感方向的磁场超过工作点门限︱B OPS ︱(︱B OPN ︱)时，输出低电平。当平行于TMR 传感器敏感方向的磁场低于释放点︱B RPS ︱(︱B RPN ︱)时，输出高电平。磁场工作点和释放点的差值就是传感器的回差B H 。 为了降低外部噪音，推荐在传感器电源和地之间增加一个滤波电容（靠近传感器）。如应用电路图所示，典型值为0.1μF 。 MRS201
数字电路组合逻辑电路设计实验报告
数字电路组合逻辑电路设 计实验报告 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
实验三组合逻辑电路设计（含门电路功能测试）
一、实验目的 1.掌握常用门电路的逻辑功能 2.掌握小规模集成电路设计组合逻辑电路的方法 3.掌握组合逻辑电路的功能测试方法 二、实验设备与器材 Multisim 、74LS00 四输入2与非门、示波器、导线 三、实验原理 TTL集成逻辑电路种类繁多，使用时应对选用的器件做简单逻辑功能检查，保证实验的顺利进行。 测试门电路逻辑功能有静态测试和动态测试两种方法。静态测试时，门电路输入端加固定的高（H）、低电平，用示波器、万用表、或发光二极管（LED）测
出门电路的输出响应。动态测试时，门电路的输入端加脉冲信号，用示波器观测输入波形与输出波形的同步关系。 下面以74LS00为例，简述集成逻辑门功能测试的方法。74LS00为四输入2与非门，电路图如3-1所示。74LS00是将四个二输入与非门封装在一个集成电路芯片中，共有14条外引线。使用时必须保证在第14脚上加+5V电压，第7脚与底线接好。 整个测试过程包括静态、动态和主要参数测试三部分。 表3-1 74LS00与非门真值表 1.门电路的静态逻辑功能测试 静态逻辑功能测试用来检查门电路的真值表，确认门电路的逻辑功能正确与否。实验时，可将74LS00中的一个与非门的输入端A、B分别作为输入逻辑变量，加高、低电平，观测输出电平是否符合74LS00的真值表（表3-1）描述功能。
集成电路技术及其发展趋势
集成电路技术及其发展趋势 摘要目前，以集成电路为核心的电子产业已超过以汽车、石油、钢铁为代表的传统工业成为第一大产业，成为改造和拉动传统产业迈向数字时代的强大引擎和雄厚基石。作为当今世界竞争的焦点，拥有自主知识产权的集成电路已日益成为经济发展的命脉、社会进步的基础、国际竞争的筹码和国家安全的保障。 关键词集成电路系统集成晶体管数字技术
第一章绪论 1947年12月16日，基于John Bardeen提出的表面态理论、Willianm Shockley给出的放大器基本设想以及Walter Brattain设计的实验，美国贝尔实验室第一次观测到具有放大作用的晶体管。1958年12月12日，美国德州仪器公司的Jack 发明了全世界第一片集成电路。这两项发明为微电子技术奠定了重要的里程碑，使人类社会进入到一个以微电子技术为基础、以集成电路为根本的信息时代。50多年来，集成电路已经广泛地应用于军事、民用各行各业、各个领域的各种电子设备中，如计算机、手机、DVD、电视、汽车、医疗设备、办公电器、太空飞船、武器装备等。集成电路的发展水平已经成为衡量一个国家现代化水平和综合实力的重要标志[1]。 现代社会是高度电子化的社会。在日常生活中，小到电视机、计算机、手机等电子产品，大到航空航天、星际飞行、医疗卫生、交通运输等行业的大型设备，几乎都离不开电路系统的应用。构成电路系统的基本元素为电阻、电容、晶体管等元器件。早期的电路系统是将分立的元器件按照电路要求，在印刷电路板上通过导线连接实现的。由于分立元件的尺寸限制，在一块印刷电路板上可容纳的元器件数量有限。因此，由分立元器件在印刷电路板上构成的电路系统的规模受到限制。同时，这种电路还存在体积大、可靠性低及功耗高等问题。 半导体集成电路是通过一系列特定的加工工艺，将晶体管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，按照一定的电路规则，互连“集成”在一块半导体单晶片上。封装在一个外壳内，执行特定的电路或系统功能。与印刷电路板上电路系统的集成不同，在半导体集成电路中，构成电路系统的所有元器件及其连线是制作在同一块半导体材料上的，材料、工艺、器件、电路、系统、算法等知识的有机“集成”，使得电路系统在规模、速度、可靠性和功耗等性能上具有不可比拟的优点，已经广泛的应用于日常生活中。半导体集成电路技术推动了电子产品的小型化、信息化和智能化进程。它彻底改变了人类的生活方式，成为支撑现代化发展的基石[2]。 1959年，英特尔(Intel)的始创人，Jean Hoerni 和Robert Noyce，在Fairchild Semiconductor开发出一种崭新的平面科技，令人们能在硅威化表面铺上不同的物料来制作晶体管，以及在连接处铺上一层氧化物作保护。这项技术上的突破取代了以往的人手焊接。而以硅取代锗使集成电路的成本大为下降，令
超低功耗电路的设计原则及设计分析
超低功耗电路的设计原则及设计分析 以手机为代表的电池供电电路的兴起,为便携式仪表开创了一个新的纪元。超低功耗电路系统(包括超低功耗的电源、单片机、放大器、液晶显示屏等)已经对电路设计人员形成了极大的诱惑。毫无疑问,超低功耗电路设计已经对低功耗电路提出了挑战,并将扩展成为电子电路中的一个重要应用领域。 虽然超低功耗设计仍然是在CMOS集成电路(IC)基础上发展起来的,但是因为用户众多,数千种专用或通用超低功耗IC不断涌现,使设计人员不再在传统的CMOS型IC上下功夫,转而选择新型超低功耗IC,致使近年来产生了多种超低功耗仪表。电池供电的水表、暖气表和煤气表近几年能够发展起来就是一个证明。目前,电池供电的单片机则是超低功耗IC的代表。 本文将对超低功耗电路设计原则进行分析,并就怎样设计成超低功耗的产品作一些论述,从而证明了这种电路在电路结构和性价比等方面对传统电路极具竞争力。 1 CMOS集成电路的功耗分析 无论是低功耗还是超低功耗IC,主要还是建立在CMOS电路基础上的。虽然超低功耗IC 对单元电路进行了新形式的设计,但作为功耗分析,仍然离不开CMOS电路基本原理。以74系列为代表的TTL集成电路,每门的平均功耗约为10mW;低功耗的TTL集成电路,每门平均功耗只有1mW。74系列高速CMOS电路,每门平均功耗约为10μW;而超低功耗CMOS 通用小规模IC,整片的静态平均功耗却可低于10μW。传统的单片机,休眠电流常在50μA～2mA范围内;而超低功耗的单片机休眠电流可达到1μA以下。 CMOS电路的动态功耗不仅取决于负载,而且就电路内部而言,功耗与电源电压、集成度、输出电平以及工作频率都有密切联系。因此设计超低功耗电路时不得不对全部元件的内外性质做仔细分析。 CHMOS或CMOS电路的功耗特性一般可以表示为: P=PD+PA
确定版的50个典型经典应用电路实例分析
电路1简单电感量测量装置 在电子制作和设计，经常会用到不同参数的电感线圈，这些线圈的电感量不像电阻那么容易测量，有些数字万用表虽有电感测量挡，但测量范围很有限。该电路以谐振方法测量电感值，测量下限可达10nH，测量范围很宽，能满足正常情况下的电感量测量，电路结构简单，工作可靠稳定，适合于爱好者制作。 一、电路工作原理 电路原理如图1（a）所示。 图1简单电感测量装置电路图 该电路的核心器件是集成压控振荡器芯片MC1648，利用其压控特性在输出3脚产生频 值，测量精度极高。 率信号，可间接测量待测电感L X BB809是变容二极管，图中电位器VR1对+15V进行分压，调节该电位器可获得不同的电压输出，该电压通过R1加到变容二极管BB809上可获得不同的电容量。测量被测电感L X 时，只需将L X接到图中A、B两点中，然后调节电位器VR1使电路谐振，在MC1648的3脚会输出一定频率的振荡信号，用频率计测量C点的频率值，就可通过计算得出L 值。 X 电路谐振频率：f0=1/2π所以L X=1/4π2f02C LxC 式中谐振频率f0即为MC1648的3脚输出频率值，C是电位器VR1调定的变容二极管的电容值，可见要计算L X的值还需先知道C值。为此需要对电位器VR1刻度与变容二极管的对应值作出校准。 为了校准变容二极管与电位器之间的电容量，我们要再自制一个标准的方形RF（射频）电感线圈L0。如图6—7(b)所示，该标准线圈电感量为0.44μH。校准时，将RF线圈L0接在图（a）的A、B两端，调节电位器VR1至不同的刻度位置，在C点可测量出相对应的测量值，再根据上面谐振公式可算出变容二极管在电位器VR1刻度盘不同刻度的电容量。附表给出了实测取样对应关系。 附表振荡频率（MHz）98766253433834
数字集成电路低功耗物理实现技术与UPF
数字集成电路低功耗物理实现技术与UPF 孙轶群sun.yiqun@https://www.360docs.net/doc/d84645232.html, 国民技术股份有限公司 Nationz Technologies Inc 摘要 本文从CMOS电路功耗原理入手，针对不同工艺尺寸下数字集成电路的低功耗物理实现方法进行描述，并着重描述了Synopsys UPF（Unified Power Format）对低功耗设计的描述方法。UPF是Synopsys公司提出的一种对芯片中电源域设计进行约束的文件格式。通过与UPF 格式匹配的Liberty文件，UPF约束文件可以被整套Galaxy物理实现平台的任何一个环节直接使用，并将设计者的电源设计约束传递给设计工具，由工具完成设计的实现工作，从而实现整套数字集成电路低功耗物理实现的流程。 1.0 概述 本文从数字集成电路低功耗设计原理下手，对设计中低功耗的实现技术进行描述，包括完成低功耗设计需要的库资料以及常用EDA工具对低功耗技术实现的方法。 2.0 CMOS电路的低功耗设计原理 CMOS电路功耗主要分3种，静态功耗主要与工艺以及电路结构相关，短路电流功耗主要与驱动电压、p-MOS和n-MOS同时打开时产生的最大电流、翻转频率以及上升、下降时间有关，开关电流功耗主要与负载电容、驱动电压、翻转频率有关。做低功耗设计，就必须从这些影响功耗的因素下手。 3.0 低功耗设计手段及Library需求 低功耗的设计手段较为复杂，但对于不同的设计，或者不同的工艺，实现的方法却各不相同。 3.1 0.18um及以上工艺 0.18um及以上工艺，在低功耗设计手段上较为有限，主要原因在于，静态功耗很小，基本不用关心。 动态功耗方面，主要的功耗来自于Switching Power，即与负载电容、电压以及工作中的信号翻转频率相关。 减小负载电容，就必须在设计上下功夫，减少电路规模。减少信号翻转频率，除了降低时钟频率外，只有在设计上考虑，能不翻转的信号就不翻转。至于电压，由于0.18um及以上工艺的阈值电压有一定的限制，因此，供电电压降低，势必影响工作频率。 一般说来，在0.18um工艺下设计电路，主要有以下几种对低功耗设计的考虑。 3.1.1 静态功耗可以忽略 根据现有项目经验可知，利用0.18um工艺Standard Cell设计出来的某芯片，数字逻辑加上Ram和Rom约40万门的电路，在完全静止的状态下，功耗约200uA左右（实测数据为400uA 左右，包括了50uA Flash，30uA的PHY，113uA的VR，其他模拟部分漏电不大，因此这里估算为200uA）。这样的功耗，我们是可以接受的。如果非要减少静态功耗，则可以参照90nm工艺的设计思路，专门设计高阈值电压的MOSFET，或者专门设计切断电源所需的元件，但由此带来设计的复杂性，对0.18um工艺的影响还是很大的。如果设计规模没有那么大，且可以满足应用，往往还是可以忽略这个结果的。 3.1.2 时钟门控减小不必要的动态功耗 在寄存器的电路设计中，时钟输入端都会有一个反向器负载，就算输入端不发生变化，时钟的变化也会造成该反向器的变化，由此产生动态功耗。因此在如果该寄存器输入在某种条件下等于输出（即输出保持）时，可以将时钟门控住，以减少无效的时钟翻转。 时钟门控的实现原理如下图所示：
关于集成电路功耗的研究,数电
关于集成电路功耗的研究 随着技术的进步，数字集成电路以指数幂的级数飞速发展，集成电路系统的复杂度、集成度随之进一步提高，尤其是便携及移动设备的广泛应用，功耗已经成为集成电路日趋重要的问题。功耗分析、优化及低功耗系统设计在集成电路的设计、工艺制造等层次发挥重要作用。 一直以来，在设计超大规模集成电路时，人们对芯片的性能、成本和可靠性往往更加关注，对于电路的功耗却不大在意，最典型的产品就是Intel的P4处理器。以往的集成电路设计过程中，集成电路集成度不高，功耗还没有不是突出问题。随着集成电路集成度的提高，尤其是互补金属氧化物半导体电路发展到深亚微米工艺和纳米工艺之后，功耗加剧增加（尤其是静态功耗，它已成为能与动态功耗相较的电路功耗的重要组成部分），导致封装、散热、信号完整性分析等一系列问题的出现。随着CMOS工艺水平的提高，使得MOS器件的沟道长度相应变小，这就要求芯片设计时采用更低的电源电压。芯片集成度和工作时钟频率的提高，直接导致芯片功耗的增加。功耗增加使芯片面临着高温工作的危险，降低芯片乃至系统的工作稳定性。为了提高工作稳定性，需要采用更加复杂的芯片封装技术和冷却技术，从而增加了整个系统的成本。所以在目前技术条件下，功耗问题已经是当前电路设计中需要着重考虑的地方。 首先，我们需要对集成电路的功耗来源和组成进行分析。而对功耗的分析，都是从功耗来源入手，这主要是建立在CMOS电路基础上。根据工作状态的不同，CMOS电路的功耗可分为两大部分：动态功耗（包括开关功耗、短路功耗）、静态功耗（也称漏电功耗）。因此，CMOS电路的功耗为开关功耗、短路功耗和漏电功耗三者之和，亦即P total=P switch+P short+P leak。 开关功（P switch）：也称为跳变功耗，指电路在开关过程中对每个门的输出端形成的负载电容充放电所消耗的功耗。计算公式为：P switch=ACf ck V dd2，其中，A表示跳变因子系数，C表示节点的负载电容，f ck表示时钟频率，V dd表示电源供电电压。可以看出开关功耗P switch与电路的跳变因子、负载电容、时钟频率、供电电压的平方成正比关系，因此减少开关功耗可从减小跳变因子、降低器件工作电压、降低器件负载电容、降低工作频率等几个方面入手。
集成电路功耗百科
定义 功率的损耗，指设备、器件等输入功率和输出功率的差额。功率的损耗。电路中通常指元、器件上耗散的热能。有时也指整机或设备所需的电源功率。 功耗同样是所有的电器设备都有的一个指标，指的是在单位时间中所消耗的能源的数量，单位为W。不过复印机和电灯不同，是不会始终在工作的，在不工作时则处于待机状态，同样也会消耗一定的能量（除非切断电源才会不消耗能量）。因此复印机的功耗一般会有两个，一个是工作时的功耗，另一个则是待机时的功耗。 待机功耗 2001年，欧盟要求额定输出功率0.3W~70W的无负载功率损耗均为1W；2005年，欧盟将该标准变为额定输出功率0.3W~50W的无负载功率损耗为0.3W、额定输出功率15W~70W的无负载功率损耗为0.75W。由此可以看出，大家对电器产品功耗方面的要求正日益严格。 为了符合欧盟等组织针对产品功耗而制定的种种规范，很多新技术应运而生，主要思想是让开关电源在负载很小或空载处于待机状态时能够以较低开关频率操作。 TI公司提供的UCC28600电源方案，在30%~100%输出功率段，采用准谐振零电压和固定频率不连续模式相结合的电源控制方式，以及高达1A的驱动能力，使得反激式电源的开关损耗大为降低，整机工作效率达到85%以上；在10%~30%输出功率段，采用固定峰值电流的关断时间调制模式的电源控制方式，使得电源的动态负载响应和低功率段的转换效率都得到极大的改善；同时在大约10%输出功率段采用跳脉冲的待机控制模式，使得待机功耗低至150毫瓦特。 UCC28600能直接驱动高达200瓦特的反激式电源，同时UCC28600自身携 带的引脚功能能在待机模式下自动关断PFC功能，使得用户的设计更为简洁，费用更低廉。 TDP功耗 TDP的英文全称是“Thermal Design Power”，中文翻译为“热设计功耗”，是反应一颗处理器热量释放的指标，它的含义是当处理器达到负荷最大的时候，释放出的热量，单位为瓦（W）。 CPU的TDP功耗并不是CPU的真正功耗。功耗（功率）是CPU的重要物理 参数，根据电路的基本原理，功率（P）＝电流（A）×电压（V）。所以，CPU 的功耗（功率）等于流经处理器核心的电流值与该处理器上的核心电压值的乘积。而TDP是指CPU电流热效应以及其他形式产生的热能，他们均以热的形式释放。显然CPU的TDP小于CPU功耗。换句话说，CPU的功耗很大程度上是对主板提出的要求，要求主板能够提供相应的电压和电流；而TDP是对散热系统提出要求，
集成电路
集成电路设计综述 杨超 （湖南工学院电气与信息工程学院湖南衡阳421000）【摘要】本文介绍了集成电路设计的各个阶段及其基本的特征,把集成电路设计流程划分为三个阶段: 需求分析系统设计、逻辑设计、物理设计, 并通过对每一阶段的叙述, 同时介绍了集成电路设计的方法和基本知识。最后描述了集成电路设计面对的问题和前景,集成电路技术遵循摩尔定律发展进入了纳米尺度, 功耗带来的挑战日益突出, 已经成为制约集成电路发展的瓶颈问题. 微电子技术的发展已经进入了“功耗限制” 的时代, 功耗成为集成电路设计和制备中的核心问题。降低功耗有可能替代原来提高集成度、缩小器件尺寸成为未来集成电路发展的驱动力。低功耗集成电路的实现是一项综合的工程, 需要同时考虑器件、电路和系统的功耗优化, 需要在性能和功耗之间进行折中. 随着集成电路进入纳米尺度, 适于低功耗应用的CMOS 技术平台由于MOSFET 泄漏导致的电流增大、寄生效应严重等问题愈发突出，目前的许多低功耗技术成为了“治标” 的解决方案, 难以从根本上解决集成电路发展中遇到的“功耗限制” 问题, 一定程度上影响了纳米尺度集成电路的可持续发展,本文在深入分析影响集成电路功耗的各个方面的基础上, 介绍了超低功耗集成电路的工艺、器件结构以及设计技术。 【关键词】集成电路设计,低功耗,微电子器件,逻辑设计,物理设计 1、引言 集成电路技术遵循摩尔定律发展进入了纳米尺度, 功耗带来的挑战日益突出, 已经成为制约集成电路发展的瓶颈问题，微电子技术的发展已经进入了“功耗限制”的时代, 功耗成为集成电路设计和制备中的核心问题，降低功耗有可能替代原来提高集成度、缩小器件尺寸成为未来集成电路发展的驱动力，低功耗集成电路的实现是一项综合的工程,需要同时考虑器件、电路和系统的功耗优化, 需要在性能和功耗之间进行折中。随着集成电路进入纳米尺度, 适于低功耗应用的CMOS 技术平台由于MOSFET 泄漏导致的电流增大、寄生效应严重等问题愈发突出，目前的许多低功耗技术成为了“治标” 的解决方案, 难以从根本上解决集成电路发展中遇到的“功耗限制” 问题, 一定程度上影响了纳米尺度集成电路的可持续发展. 本文在深入分析影响集成电路功耗的各个方面的基础上,介绍了超低功耗集成电路的工艺、器件结构以及设计技术，目前这种发展趋势至少可以持续到2026 年, 其器件的特征尺寸将缩小至 6 nm，因此, 在未来的较长一段时期内,硅基集成电路仍将是微电子技术的主流,传统集成电路设计, 以更小的面积、更快的速度完成运算任务是不懈努力的目标. 然而随着硅基集成电路技术发展到纳米尺度,面积与时间已经不再是集成电路设计中需要考虑的唯一目标, 功耗带来的挑战日益突出, 已经成为制约集成电路发展的瓶颈问题。 2、集成电路往低功耗方向发展 近50年来, 硅基集成电路技术一直沿着摩尔定律高速发展,根据2011 年国际半导体技术发展蓝图(ITRS) 的预测, 目前这种发展趋势至少可以持续到2026 年, 其器件的特征尺寸将缩小至 6 nm。 因此, 在未来的较长一段时期内, 硅基集成电路仍将是微电子技术的主流，传统集成电路设计, 以更小的面积、更快的速度完成运算任务是不懈努力的目标. 然而随着硅基集成电路技术发展到纳米尺度,面积与时间已经不再是集成电路设计中需要考虑的唯一目标, 功耗带来的挑战日益突出, 已经成为制约集成电路发展的瓶颈问题，在诸如手持和便携设备等产品中功耗指标甚至成为第一要素，例如, 苹果公司iPhone4S 手机的双核A5 处理器和三星公司Galaxy S3 手机的四核Exynos 4412 处理器均基于ARM 多核、超低功耗架构Cortex-A9,
数字电路课程设计
数字电路课程设计 一、概述 任务：通过解决一两个实际问题，巩固和加深在课程教学中所学到的知识和实验技能，基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力，为今后从事生产和科研工作打下一定的基础。为毕业设计和今后从事电子技术方面的工作打下基础。 设计环节：根据题目拟定性能指标，电路的预设计，实验，修改设计。 衡量设计的标准：工作稳定可靠，能达到所要求的性能指标，并留有适当的裕量；电路简单、成本低；功耗低；所采用的元器件的品种少、体积小并且货源充足；便于生产、测试和维修。 二、常用的电子电路的一般设计方法 常用的电子电路的一般设计方法是：选择总体方案，设计单元电路，选择元器件，计算参数，审图，实验（包括修改测试性能），画出总体电路图。 1．总体方案的选择 设计电路的第一步就是选择总体方案。所谓总体方案是根据所提出的任务、要求和性能指标，用具有一定功能的若干单元电路组成一个整体，来实现各项功能，满足设计题目提出的要求和技术指标。 由于符合要求的总体方案往往不止一个，应当针对任务、要求和条件，查阅有关资料，以广开思路，提出若干不同的方案，然后仔细分析每个方案的可行性和优缺点，加以比较，从中取优。在选择过程中，常用框图表示各种方案的基本原理。框图一般不必画得太详细，只要说明基本原理就可以了，但有些关键部分一定要画清楚，必要时尚需画出具体电路来加以分析。 2．单元电路的设计 在确定了总体方案、画出详细框图之后，便可进行单元电路设计。 （1）根据设计要求和已选定的总体方案的原理框图，确定对各单元电路的设计要求，必要时应详细拟定主要单元电路的性能指标，应注意各单元电路的相互配合，要尽量少用或不用电平转换之类的接口电路，以简化电路结构、降低成本。
数字集成电路低功耗设计
数字集成电路低功耗设计 摘要数字IC的低功耗设计是一个系统问题，必须在设计的各个层次上发展适当的技术，综合应用不同的设计策略，才能达到在降低功耗的同时还能维持较高的系统性能的目的。本文系统地总结了当前系统级芯片设计中的低功耗技术，并对功耗估计和分析以及不同设计层次的功耗优化方法分别进行了讨论。 关键词数字集成电路功耗估计功耗分析低功耗设计功耗优化 1 引言 近来，研究人员发现仅仅用时间和面积作为评价系统性能的指标是不够的。功耗是另一个非常重要的考虑指标。直到最近，相对于面积和速度指标而言，对功耗的考虑还被放在第二位。但是，近年来这种考虑方法正在开始改变，对功耗指标重要性的考虑逐渐提高到与面积和速度同等重要的高度。许多因素推动了这个趋势的发生。也许最明显的因素就是便携式电子系统的飞速发展。对于这些便携式电子系统应用，平均功耗已经变成一个最关键的设计指标。例如，用分立器件所搭建的一个便携式多媒体终端，由于没有进行低功耗的优化设计，其消耗的功率是40瓦。用先进的镍-金属-氰化物电池供电，每公斤重可以产生的电能约为65瓦*小时，支持这样的终端运行10小时就需要6公斤重电池，这是无法接受的。甚至用现在比较先进的电池技术如锂离子电池，每公斤重可以产生的电能为100瓦*小时，支持这个多媒体终端运行10小时，也需要4公斤锂离子电池。因此，如果没有低功耗设计，当前和未来的便携式电子设备要么需要非常重的电池组，要么电池的寿命非常短。 即使对于非便携式的设备而言，减小功耗也会起到非常关键的作用。例如，进行过性能优化的微处理器，在时钟频率为200MHz~500MHz的情况下，消耗的功耗典型值大约为40瓦~80瓦。微处理器的速度正在稳步提高，时钟频率已经达到了1GHz。在这样高的时钟频率下，它们消耗大约300瓦的功率是无法接受的，因为封装和散热设备的成本太高了。因而，除非功耗大大降低，否则因功耗而产生的热量必须限制封装和VLSI系统的性能。 动态功耗是IC功耗的主要组成部分，但随着深亚微米工艺的发展，之前微不足道的漏电流功耗呈指数级增大，甚至有超越动态功耗的趋势，这也使得新兴低功耗技术的研究显得更加重要和紧迫。 本文将介绍芯片功耗的主要来源、基本概念及其影响因素；针对这些功耗来源和影响因素，本文将分别考虑IC设计中不同抽象层次对电路功耗的影响，并比较各项低功耗技术的效果和存在的问题；此外，对功耗的优化也进行了详细的介绍。 2 功耗估计 功耗估计是指估计数字电路的平均功耗。理想情况下平均功耗应该包括静态功耗和动态功耗，然而在精心设计的CMOS电路中，容性功率占主导地位，因此平均功耗一般指的是容性功耗。这与模拟为电压降低问题的瞬时功耗或最坏情况功耗的估计有很大不同。在设计的每一个层次上，从低层的电路级、门级，到高层的结构级(RTL级)和行为级，有相应的功耗估计方法。