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一种用于亚阈区的超低功耗数字电路系统设计

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第一章 绪 论

1.1 研究工作的背景

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.3 课题的研究意义

1.4 本文的主要内容

第二章 超低功耗数字系统设计理论

2.1 超低功耗电路设计理论

2.2 亚阈值数字电路理论

2.3 快速傅立叶变换系统设计理论

2.4 本章小结

第三章 亚阈值数字电路设计

3.1 亚阈值数字电路设计要点

3.2 亚阈值数字电路设计方法

3.3 亚阈值数字标准单元库建立流程

3.4 本章小结

第四章 FFT电路系统设计

4.1 FFT系统结构

4.2 FFT系统子电路设计

4.3 本章小结

第五章 电路仿真及结果分析

5.1 仿真方法简介

5.2 仿真结果及分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果

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摘要

由于数字电路的集成度高、抗噪声能力强,并且随着生产工艺的进步可以非常有效和迅速的提升性能指标,这些优点使得数字电路在近年来被大量研究和应用,同时也快速稳定的发展。传统的数字系统追求是高性能,但在一些应用场景中,功耗已经超越性能成为优先级最高的目标。低功耗设计非常引人注目,超低功耗数字系统设计也逐渐受到关注。
  对于数字集成电路来说,工作在传统的强反型区无疑意味着较高的功耗和较小的延迟,为了寻求低功耗的解决方案,必须摸索在传统强反型区之外其它的可能性。亚阈区则是一个近年来的研究热点,如果能使电路工作在亚阈区,由于极低的工作电压,则较传统电路而言必然会有更低的功耗。
  快速傅里叶变换(FFT)处理器作为数字信号处理的核心,在数字电路中有相当重要的作用。本文从超低功耗设计理论开始,对亚阈值数字电路理论进行了研究,讨论亚阈值数字标准单元库的建设与使用。并且根据低功耗设计方法,分析选取了适合于超低功耗设计的结构,研究了 FFT处理器这一数字系统的超低功耗实现。
  本文最终实现了一个可以用于亚阈区的FFT处理器数字系统,并对其进行功能验证及仿真。本课题设计的FFT处理器可以根据外部需要进行配置,从而进行16点至1024点的FFT运算。其基本参数的仿真结果为在1.2 V工作电压下频率达到100 MHz,功耗为2.2 mW;工作在亚阈区0.3 V时,频率可以达到300 Hz,功耗为6μW。

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