设计方法研究。较低功耗的数字电路可以提高电子设备的可靠程度以及使用效率，并且可以降低其成本，具有一定的经济价值。本文通过对低功耗数字电路设计基本方法现状的研究，通过分析以及借鉴国外先进经验，提出了一些有效数字电路低功耗设计方法，加快我国数字信息化的进展的脚步。
【关键词】数字电路；低功耗；设计方法
一、数字电路以及低功耗设计的基本概述
（一）数字电路低功耗设计的必要性
在传统的数字电路设计中，由于电路集成元件比较简单，所以高功耗问题时常发生，这也对于设备产生了极其严重的影响。而新型的集成电路对于功耗的设计提出了比较高的要求。数字电路的高功耗问题对于电路中的电池寿命以及散热等会产生比较严重的影响。而低耗设计具有以下必要性：（1）可靠性，随着集成电路的复杂程度增强，电路中的中央处理器的功耗问题成为了比较重要的影响因素。而低功耗的设计方法可以保证数字电路合理可靠的运行。（2）作为我国电子市场的需求，随着电子高科技设备的发展，市场开始逐步寻求能降低数字电路功耗的有效方法，所以可以看出，低功耗方法是顺应我国电子设备消费市场的需求而产生的。（3）功耗可以对于芯片的封存产生直接影响，低的功耗设计方法可以有效降低芯片封存成本，降低数字电路成本。（4）环保是造成数字电路低功耗设计的其他影响因素。现在社会常常遭受着电磁辐射的影响，电力产生的对于环境的污染，不容我们忽视。而低功耗的数字电路可以减少这种污染的发生。所以说，环境保护的要求也促使了低功耗设计方法的诞生。
（二）数字电路低功耗的设计流程
低功耗设计方法发展至今，已经有许多种类，其中使用最多的是新型的VLSI低功耗设计方法。它主要是从使用者的要求出发，最终到芯片封存生产设计结束。首先需要根据系统的性能以及物理尺寸进行设计，并选取良好的设计模型与工艺，确定电路内部芯片尺寸以及功耗问题，并按照顶层进行功能方框的划分以及结构的设计。下图分别展示了VLSI低功耗设计方法的流程。
图 1 传统的（a）与新型的（b）VLSI低功耗设计方法的流程
二、数字电路功耗设计的基本方法
数字电路功耗产生原因主要有以下几项：（1）电路信号变换造成的电容充放电过程中产生的能耗；（2）结反时间的偏差造成漏电以及亚阈值电流功耗；（3）由于电路信号的上升或者是下降导致的短路电流功耗。根据有关研究，我们发现数字电路功耗主要受电路中的工作电压、电路负载电容值以及电源开关开合这三个影响因素影响。因此降低功耗的基本方法需要从这三个因素着手。
（一）降低工作电路中的电压值
电路的功耗与电路中的电压的二次方存在正比关系，因此降低电压成为低功耗电路设计的有效手段。但是电路中的电压并不是可以无限制的降低下去，我们在降低过程中必须充分考虑电路的运行速度，才能在保证电路正常运转的条件下，合理的降低电路功耗。图2展示了在不同的设计阶段不同的电路电压降低措施。
图2 在不同的设计阶段不同的电路电压降低措施
（二）降低工作电路的负载电容
电路的动态功率耗费也与其负载的电容值存在正比。电路中的电容主要由电路中元件的电容与节点电容有关，这与元件的工艺流程设计有关。除此之外，电路电容还与连线电容有关，并且随着工艺的发展，这种影响因素已经超越器件电容的影响。因此，为了降低数字电路中的功耗，我们可以改进器件生产的工艺流程，减少器件之间的连线长度，从而合理降低数字电路的负载电容，进而降低工作电路的功耗。
（三）减少电源开关的开合次数
电路的功耗也与开关的开合活动有关系，尤其是电源开关在启动时产生的功耗会更大。开关的活动与数字电路数据的处理等有关，这样也会产生功耗的损失。因此，为了降低数字电路的功耗，在平时的工作时尽量减少电源开关的开合以及活动次数。
三、改进的低功耗设计方法
数字电路功耗设计方法发展至今，已经产生了许多有效方法。（1）通过改变电路电压的方法降低电路功耗，比如，改变阈值电压的低功耗设计方法，通过电压阈值以及二分点选择调节的方法降低电路功耗。（2）基于遗传算法的方法，主要通过遗传算法进行功耗以及延时的处理，降低电路门级的功耗。（3）以任务驱动的降低数字电路的功耗，进行多电压微处理，优化电路电压问题。所以，在改进数字电路功耗时，我们一定要充分综合的考虑芯片面积、延时以及电路电压等均衡设计，发展低功耗的高层面的综合技术以及开发一些低功耗的IP数据库。
四、结语
综上所述，随着我国数字信息化时代的发展，数字电路的基本性能、运转速度等方面得到了很大的改进，但是其数字电路的功耗持续上升也逐渐成为了影响数字电路发展的一大原因。采取合理降低能耗设计方法，维持数字电路合理高效的运行，加快我国数字信息化的进展的脚步。
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