本文選題：超低電壓 + 亞閾值��； 參考：《電子科技大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：近年來,得益于物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴以及手機(jī)和平板市場的蓬勃發(fā)展,集成電路領(lǐng)域?qū)o線網(wǎng)絡(luò)芯片的研究越來越多。但是,由于芯片的功率密度隨CMOS工藝線寬的降低而迅速上升,耗能過高的問題逐漸成為制約移動終端市場發(fā)展重要因素。亞閾值數(shù)字電路屬于超低壓數(shù)字電路的技術(shù)范疇,通過將數(shù)字電路的供電電壓降低至亞閾值區(qū),使芯片完成單次操作的能耗達(dá)到最小。亞閾值數(shù)字電路在移動網(wǎng)絡(luò)芯片、醫(yī)療植入芯片、環(huán)境監(jiān)測芯片的集成電路的熱門領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景,如今已經(jīng)成為低功耗領(lǐng)域的一個重要研究方向。本文從研究意義、理論基礎(chǔ)、設(shè)計難點(diǎn)以及設(shè)計方法等方面對亞閾值數(shù)字電路的設(shè)計做了深入探討。首先,本文從芯片工藝和半導(dǎo)體市場的最新動態(tài)入手,分析了亞閾值數(shù)字電路的研究價值,并對亞閾值技術(shù)的發(fā)展背景和最新動態(tài)做了介紹。其次,本文分析了亞閾值數(shù)字電路設(shè)計的理論基礎(chǔ)。包括數(shù)字電路能耗的組成和最小能量點(diǎn)理論的推導(dǎo),并以此為依據(jù),闡述了電路設(shè)計難點(diǎn)以及PVT(Process,Voltage,Temperature)補(bǔ)償技術(shù)在亞閾值數(shù)字電路設(shè)計中的重要性。之后,本文研究了亞閾數(shù)字電路的設(shè)計方法,該方法采用標(biāo)準(zhǔn)單元庫(Standard Cell Library,SCL)重新特征化(Recharacterization)技術(shù),完成亞閾值數(shù)字單元庫的設(shè)計,結(jié)合單元庫和標(biāo)準(zhǔn)電路數(shù)字電路設(shè)計流程提出了一種適合亞閾值數(shù)字電路的設(shè)計流程。然后,本文設(shè)計了一款適合在亞閾值電壓下工作的數(shù)字FIR濾波器,介紹了濾波器中各個模塊的工作原理并按照亞閾值數(shù)字電路設(shè)計流程,對FIR濾波器進(jìn)行了邏輯綜合和仿真,驗(yàn)證了設(shè)計流程的可行性。最后,介于亞閾值電路中PVT補(bǔ)償?shù)闹匾饔?本文設(shè)計了一種自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)(Adaptive Voltage Scaling,AVS)系統(tǒng),對亞閾值數(shù)字電路的PVT偏差進(jìn)行補(bǔ)償,確保亞閾值電路在不同的PVT條件下都可以實(shí)現(xiàn)正常功能。本文采用180 nm標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完成了FIR濾波器與AVS系統(tǒng)的設(shè)計,進(jìn)行仿真驗(yàn)證。
[Abstract]:In recent years, thanks to the rapid development of the Internet of things, wearable and mobile phone and flat panel markets, more and more researches have been made on wireless network chips in the field of integrated circuits. However, the power density of the chip increases rapidly with the decrease of the line width of the CMOS process, and the problem of excessive energy consumption has gradually become an important factor restricting the development of the mobile terminal market. Subthreshold digital circuit belongs to the technical category of ultra-low voltage digital circuit. By reducing the supply voltage of digital circuit to sub-threshold region, the energy consumption of single operation can be minimized. Subthreshold digital circuits have a wide application prospect in the field of mobile network chips, medical implants chips and environmental monitoring chips, and have become an important research direction in the field of low power consumption. In this paper, the design of subthreshold digital circuits is discussed from the aspects of research significance, theoretical basis, design difficulties and design methods. Firstly, starting with the latest development of chip technology and semiconductor market, this paper analyzes the research value of subthreshold digital circuit, and introduces the development background and latest development of sub-threshold technology. Secondly, this paper analyzes the theoretical basis of sub-threshold digital circuit design. The composition of the energy consumption of digital circuits and the derivation of the minimum energy point theory are included. Based on this, the difficulties of circuit design and the importance of PVT process VoltageTemperature-compensation technology in the design of subthreshold digital circuits are expounded. Then, the design method of subthreshold digital circuit is studied in this paper. The design of sub-threshold digital cell library is accomplished by using standard Cell library (SCL) recharacterizing technique. Combined with cell library and standard circuit digital circuit design flow, a design process suitable for subthreshold digital circuit is proposed. Then, this paper designs a digital FIR filter suitable for working under sub-threshold voltage, and introduces the working principle of each module in the filter. According to the design flow of sub-threshold digital circuit, the logic synthesis and simulation of FIR filter are carried out. The feasibility of the design process is verified. Finally, in view of the important role of PVT compensation in sub-threshold circuits, an adaptive Voltage scaling system is designed to compensate the PVT bias of sub-threshold digital circuits. Make sure that the subthreshold circuit can achieve normal function under different PVT conditions. In this paper, the design of FIR filter and AVS system is completed by using 180nm standard CMOS process, and the simulation is carried out.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN79

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本文編號：1942369