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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。
集成电路设计中的功耗优化研究随着集成电路技术的持续发展，数字集成电路的应用越来越广泛。
但随着芯片集成度和运算速度的提高，功耗却成为一个越来越大的挑战。
功耗问题威胁着集成电路的可靠性和效率，因此，功耗优化已经成为了集成电路设计的一个重要议题。
一、功耗的影响因素功耗问题的存在，主要是由于以下几个方面的因素：1. 某些电气元件的损耗：例如早期的集成电路，使用的是大功率晶体管，其中的零负载暂态损耗很大；其中，存在的导通损耗也会较为显著，这使得晶体管的功耗很高。
2. 瞬态损耗：当信号在摇摆过程中发生变化时，摇摆过程本身会导致电路中出现功耗。
这种功耗称为瞬态功耗，也是功耗优化需要考虑的一个方面。
3. 静态功耗：晶体管的静态功耗，也即是静止状态下晶体管所消耗的功率，是设计时需要考虑的另一个因素。
4. 设计结构的增加：随着设计结构的增加以及半导体制程向更加精细的方向发展，电路中元器件和晶体管数量的增加，电路的集成度也会随之提高，这使得现代芯片中功耗问题愈发显著。
二、功率优化的研究方法对于集成电路的功耗问题，研究人员们提出了很多方法来解决。
其中，常用的方法可以分为以下几类：1. 降低供电电压：随着制造技术的提高，供电电压也逐渐降低，这使得引起的漏电产生的功率也同样降低。
2. 减小电路状态数量：这意味着一些不必要的状态可以在电路中被排除，而这些状态在运行时会导致大的功率损失。
最常见的例子是将数字集成电路转换为流水线结构，这可以减少电路中的状态数量。
3. 功率管理技术：这些技术包括供电管理，虚拟电源技术以及DVFS技术等。
其中，DVFS技术是可以动态地调整电压和频率以达到功率优化的目标。
三、功耗优化的策略在实际的集成电路设计中，提高芯片功率的效率已经成为了重要的研究方向。
为了实现这一目标，设计师们现在提出了一些具体的功耗优化策略，如下所述：1. 早期功耗优化：这是在电路设计的早期就要考虑功耗优化方案的策略。
初始设计时，应该将功耗优化的考虑放在首要位置。
集成电路设计中的IC功耗优化研究一、引言随着集成电路技术的不断发展，集成度和性能要求不断提高，而功耗成为了制约集成电路发展的一大瓶颈。
因此，如何在设计中尽可能地减少功耗，成为了集成电路设计中的一个重要课题。
本文就集成电路设计中的IC功耗优化研究进行探讨，包括功耗优化的意义、功耗优化的方法和优化后的实验结果分析。
二、功耗优化的意义功耗是集成电路设计中非常重要的一个指标，因为功耗的大小直接关系到芯片的可靠性、稳定性和性能。
功耗过大容易造成芯片温度升高、工作不稳定、信号失真等问题。
而通过对芯片中功耗进行优化，可以提高芯片的可靠性和性能，降低芯片的发热量，从而提高芯片工作的稳定性。
三、功耗优化的方法（一）电路结构的优化电路结构的优化是减少功耗的一个重要手段，主要包括以下几个方面。
1.低功耗架构的设计低功耗架构的设计是减少功耗的一个有效手段之一。
低功耗架构的设计可以通过减少运算器、状态机、逻辑门和存储器的数量，降低芯片的功耗。
2.优化时钟时钟是芯片中功耗比较大的部分之一。
因此，通过优化时钟，可以降低芯片功耗。
例如，采用分频或睡眠模式等技术，可以有效地减少芯片中时钟的功耗。
3.采用大集成度技术大集成度技术是减少芯片功耗的一种有效的方法。
通过采用大集成度技术，可以有效地降低芯片中的功耗。
例如，采用自动电源管理技术、异步电路设计技术等，可以有效地降低芯片在空闲状态下的功耗。
（二）电路布局的优化电路布局的优化是减少功耗的一个重要手段之一，主要包括以下几个方面。
1.减少电路大小减少电路大小是减少功耗的一个有效手段之一。
通过减少电路的大小，可以降低电路的漏电流和电容，从而降低芯片功耗。
2.降低布线电阻布线电阻是芯片中功耗比较大的部分之一。
因此，通过降低布线电阻，可以有效地降低芯片功耗。
例如，采用双层金属线设计、减少布线长度等方法，可以有效地降低芯片功耗。
3.制定电路布局规则制定电路布局规则是减少功耗的一个有效手段之一。
集成电路设计中功耗优化技术研究第一章引言随着电子技术的飞速发展，在各种电子设备中，集成电路起到了至关重要的作用。
集成电路在数字电子系统中起着掌控作用，它的性能直接影响到整个电子系统的性能。
但是，集成电路在运行过程中会耗费大量的能量，这就需要进行集成电路的功耗优化。
本文将详细探讨集成电路设计中功耗优化技术的研究。
第二章集成电路功耗分析集成电路功耗的主要来源是晶体管开关过程中的电荷运动，也就是开关损耗。
此外，集成电路的线路电容和电感也会对功耗产生影响。
为了减少功耗，需要对集成电路功耗进行详细的分析和优化。
第三章集成电路功耗优化技术研究在集成电路设计中，采取技术手段来减少功耗是非常必要的。
主要有以下几种技术。
3.1 时钟门控技术时钟门控技术是利用时钟信号来对电路的状态进行控制。
在时钟信号的作用下，电路的开关行为得到了控制，从而减少了功耗。
时钟门控技术可以直接作用于时钟信号，采用锁存器和触发器等电路来对信号进行控制。
3.2 功耗分解技术功耗分解技术是利用电路结构来降低功耗。
这种技术的主要思想是将电路结构分为不同的部分，每一部分都有特定的功耗。
通过对每一部分的功耗进行分析，可以采取特定的措施来降低功耗。
功耗分解技术广泛应用于现代集成电路设计中。
3.3 动态电压频率调节技术动态电压频率调节技术是通过控制集成电路的电压和频率来减少功耗。
在工作负载较小的情况下，通过降低电压和频率来减少功耗。
当工作负载较大时，可以通过增加电压和频率来提高性能。
这种技术可以在保证性能的前提下，减少功耗。
3.4 逆变器的使用逆变器是一种能将直流电转换成交流电的电路。
在设计集成电路时，逆变器可以有效减少功耗。
逆变器可以将低电平转换为高电平，从而达到节能的效果。
此外，在逆变器的设计中，还可以采取一些其他的技术手段，来进一步降低功耗。
第四章集成电路功耗优化的案例分析4.1 基于时钟门控技术的功耗优化实例某公司的电子产品功耗一直存在问题。
利用时钟门控技术进行功耗优化后，功耗降低了15%。
集成电路功耗优化技术研究随着时代的进步和科技的不断发展，集成电路技术在我们的生活中扮演着越来越重要的角色。
从智能手机到笔记本电脑，从工业自动化到智能家居，都离不开集成电路的支持。
而随着电路规模的不断增大和功耗的日益增加，如何进行功耗优化成为了当今电路设计工程师不可回避的问题。
目前，功耗优化还是一个比较新的领域，因此，这方面的技术和研究还有很大的空间和发展潜力。
本文将从三个方面，即电路设计方法、硬件优化技术以及软件优化技术来讲述现有功耗优化技术的研究现状和展望。
一、电路设计方法在电路设计中，有一些方法可以用来进行功耗优化，例如，基于现有工艺技术的改进、过程变异的建模分析和设计、可以压缩布局大小的高密度设计和逻辑重构等。
这些方法都可以有效地降低电路的功耗，从而优化电路性能。
其中，在基于现有工艺技术的改进方面，我们可以通过改进电路的选择结构、寄存器映射、流水线和总线仲裁等，来改善电路性能。
“破法取巧”，通常会有一些意想不到的优化效果。
在逻辑重构方面，可以通过对逻辑电路进行优化，简化电路的计算和延迟，并减小功耗。
在逻辑重构优化过程中，需要考虑和设计更为简单的逻辑结构、使用更少的信号开关末哦偶、简化复杂电路等。
同时，还需要考虑逻辑重构后的电路符合校验规则、并且没有出现不必要的冗余电路。
二、硬件优化技术硬件优化技术是指通过对电路芯片的电量、速度等性能进行调整和优化，以提高芯片功耗和性能的一系列方法和技术。
在硬件优化中，需要使用一些比较成熟的技术，例如时钟频率调整、电压调整、多核并行计算和静态分析优化。
对于时钟频率的调整，可以通过改变时钟频率来达到优化功耗的目的。
这需要充分考虑到电路的工作条件和不同芯片产品设计的特点，并根据不同设计特点进行选择和调整。
电压调整则是指通过修改电路在运行时所需的工作电压，来实现功耗优化的目的。
通过电压适当降低或提高电路实际运行时动态功率的大小，从而保证芯片的性能和稳定性。
多核并行计算是指对一些高复杂度、高性能需求或大规模的计算过程进行大规模并发计算，在计算和存储方面提供了很好的优化手段，以实现计算资源的最大利用。
集成电路设计中的功耗优化技术研究及应用随着信息技术的迅速发展，集成电路设计已经成为了现代电子工程的重要分支领域之一。
而在如今人们对电子设备高性能、低功耗的要求日益增加的情况下，功耗优化技术成为了集成电路设计中一个至关重要的问题。
一、功耗优化技术概述从总体上看，功耗优化技术大概可以分为以下几类：1. 结构优化。
通过对设计结构进行优化，消除设计中的不必要模块，合理的分配功耗占比，从而降低整个电路的功耗。
例如，在移动设备中常用节能模式来有效降低功耗。
2. 电路优化。
通过电路的优化，例如采用低功耗电路设计、降低电压、电流，减少开关次数等方式来降低整个电路的功耗。
对于功耗较高的电子器件，可以采用降压、降频等方式来有效抑制功耗。
3. 层次优化。
层次优化是针对不同层次的电路结构进行优化，可以充分利用不同层次电路结构的特点来降低整个电路的功耗。
例如，可以采用体感控制、省电模式、灵敏度调节等方式来控制各种设备的功耗。
二、功耗优化技术应用实例实际上，针对不同的电子产品和应用场景，也有各种不同的功耗优化技术。
下面就以一个智能手环为例，介绍一下常用的功耗优化技术实践。
1. 降低电压电流对于一些功耗较高的电子元器件，可以通过降低电压、电流的方式来有效降低设备的功耗。
在智能手环中，可以采用调节设备屏幕亮度、关掉不必要的蓝牙等方式来控制设备的功耗。
2. 智能进入睡眠模式智能睡眠模式是智能手环中的一种常见功耗优化技术，该功耗优化技术可以将设备进入睡眠模式，有效降低设备的功耗。
当设备长时间处于不使用状态时，手环进入睡眠模式，从而降低功耗。
3. 采用低功耗处理器对于智能手环这一类的移动设备，可以采用低功耗的处理器，从而有效降低设备的功耗。
采用低功耗处理器的设备，具有处理速度较快，同时功耗较小等特点。
4. 控制数据传输频率数据传输频率是智能手环中功耗较高的重要因素之一。
在智能手环中，采用调整数据传输频率的方式来降低设备的功耗。
通过控制数据传输的频率，可以有效降低设备的功耗。
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。
集成电路设计过程中功耗优化算法研究在集成电路设计过程中，功耗优化算法的研究扮演着重要的角色。
功耗优化算法旨在减少电路的功耗，以提高电路的性能和效率。
本文将探讨集成电路设计过程中常用的功耗优化算法，并分析其原理和应用。
首先，功耗优化在现代集成电路设计中具有重要的意义。
随着技术的进步，芯片上的晶体管数量急剧增加，导致功耗成为一个严重的问题。
高功耗会导致电路发热，降低芯片的寿命，甚至影响整个系统的稳定性。
因此，功耗优化算法是集成电路设计中不可或缺的一部分。
在集成电路设计中，功耗主要分为静态功耗和动态功耗两部分。
静态功耗是指当电路处于稳定状态时，消耗的功率。
而动态功耗是指电路在切换状态时消耗的功率。
针对这两个方面的功耗，研究者们提出了多种优化算法。
一种常见的功耗优化算法是电源电压调整。
通过降低电源电压，可以有效减少芯片的功耗。
然而，电源电压的降低也会导致芯片的速度下降，从而影响系统性能。
因此，在降低电源电压的同时，需要考虑芯片的性能需求，保持合适的性能同时降低功耗。
除了电源电压调整，时钟频率优化也是一种常用的功耗优化算法。
高时钟频率会导致高功耗和高温度，而降低时钟频率则可以减少功耗。
因此，通过优化时钟频率，可以在一定程度上降低电路的功耗。
此外，逻辑优化也是功耗优化算法中的重要手段。
逻辑优化通过优化电路的结构和逻辑门的布局，以减少电路的功耗。
逻辑优化算法可以通过调整门电路的连接关系和逻辑功能，以达到最低的功耗。
另一个重要的功耗优化算法是功耗约束和优化目标的权衡。
在集成电路设计中，常常存在多个约束条件，如延迟要求、资源限制等。
在这种情况下，需求之间可能存在矛盾，需要找到权衡的方案。
通过对不同算法的应用，可以在满足约束条件的前提下，使功耗达到最低。
除了上述的功耗优化算法，还有一些其他的方法，如电路复用、低功耗时钟网络设计等。
这些算法和技术都旨在提高集成电路设计的功耗性能，减少功耗消耗。
总结起来，集成电路设计过程中的功耗优化算法是非常重要的。
集成电路设计中的功耗优化技术研究第一章引言集成电路（Integrated Circuit，IC）作为当今电子技术的重要组成部分，在各个领域都发挥着重要的作用。
随着电子设备的迅猛发展，功耗优化成为了集成电路设计中不容忽视的问题。
本文将围绕着集成电路设计中的功耗优化技术展开研究，旨在提供一种全面系统的解决方案。
第二章集成电路功耗问题分析在集成电路设计中，功耗问题主要体现在两个方面：静态功耗和动态功耗。
静态功耗主要来源于电路中的漏电流，而动态功耗则是每次电路切换时产生的充电和放电过程。
第三章功耗优化技术分类为了解决集成电路中的功耗问题，研究者们提出了各种不同的功耗优化技术。
基于不同的优化目标，这些技术可以分为以下几类：3.1 电源管理技术电源管理技术是通过管理电路中的电源来降低功耗。
这种技术可以利用电源切换、电源调整等方式来实现功耗的优化，有效降低动态功耗。
3.2 功耗感知设计技术功耗感知设计技术是指在设计电路时考虑到功耗问题，通过合理的电路结构和电源布局来降低功耗。
通过采用高效的电路结构和低功耗电源策略，可以降低功耗而不影响性能。
3.3 算法优化技术算法优化技术通过优化电路中的算法和逻辑结构来降低功耗。
通过优化算法的执行次数和逻辑结构的复杂度，可以减少电路的开关次数和功耗消耗，从而达到功耗优化的目的。
第四章功耗优化技术研究现状目前，功耗优化技术在集成电路设计领域得到了广泛的研究和应用。
在电源管理技术方面，人们已经提出了多种电源切换和电源调整的方法，如动态电压频率调整、多电压多频率设计等。
在功耗感知设计技术方面，人们提出了各种低功耗电路结构和电源布局方案，如低功耗时钟设计、低功耗电源控制等。
在算法优化技术方面，人们利用各种优化算法和逻辑结构优化方法，对电路进行功耗优化。
第五章功耗优化技术的研究挑战与发展趋势虽然功耗优化技术在集成电路设计中取得了一定的进展，但仍然面临着一些挑战。
首先是电路复杂度的增加，导致了功耗优化的难度加大。
集成电路设计中的低功耗技术研究随着电子设备的迅猛发展与普及，对于电池寿命和功耗的要求也越来越高。
尤其是移动设备的普及，使得低功耗技术在集成电路设计中变得尤为重要。
本文将探讨集成电路设计中的低功耗技术，并提供一些相关的研究成果与应用案例。
一、功耗分析与优化在集成电路设计过程中，首先需要进行功耗分析，了解各个组件和电路的功耗情况。
通过对功耗进行细致的分析，可以发现功耗分布不均匀的问题，并找到潜在的功耗优化空间。
例如，在高速数字电路中，时钟频率的降低可以大大减少功耗。
此外，功耗分析的结果还可以指导后续的优化工作，为低功耗设计提供可行的技术路径。
在功耗优化过程中，可以采取多种策略。
其中，一种常见的策略是降低供电电压。
通过降低供电电压，可以有效降低功耗，但同时也可能引入一些性能上的问题，例如时序不稳定等。
因此，在降低供电电压的同时，需要结合电路的工作特性，对电路进行合理的优化，以保证电路的可靠性和稳定性。
二、逻辑优化与数据流优化逻辑优化是集成电路设计中常用的一种低功耗技术。
通过逻辑优化，可以减少逻辑门的数量，从而降低功耗。
逻辑优化的方法有很多，例如使用更高效的逻辑门结构或者引入时序优化等。
此外，还可以采用数据流优化的方法，使得数据在电路中的传输路径更短，从而减少功耗。
三、时钟与时序优化时钟与时序优化也是集成电路设计中常用的低功耗技术。
在电路设计中，时钟信号通常占据了相当大的功耗比例。
因此，通过优化时钟的生成与分配方式，可以有效降低功耗。
例如，可以采用时钟门控的方式，只在需要时开启时钟供给，从而减少功耗。
此外，还可以优化时序约束，使得电路的工作频率得到最优化，从而降低功耗。
四、功耗感知设计与优化功耗感知设计是指在电路设计的过程中，考虑功耗作为优化目标之一。
通过在设计阶段引入功耗约束和功耗模型，可以建立有效的功耗优化策略。
例如，可以采用功耗感知的布线算法，将功耗作为布线优化的目标之一，从而实现低功耗设计。
此外，还可以使用功耗感知的门级综合算法，根据功耗的特性和要求，生成最佳的门级电路结构。
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。
图1 开关功耗
短路功耗（P short）：也称为直通功耗，由于输入电压波形并不是理想的阶跃输入信号，而是以正弦波的形式。
输入波形在上升与下降转换的短暂时间过程中，某个电压输入范围内，NMOS和PMOS都导通，这时就会出现电源到地的直流导通电流，即引起开关过程中的短路功耗。
计算公式为：
P short=τA short V dd=τAβ(V dd-V th)3，其中，I short表示短路电流，τ表示电平信号从开始上升或开始下降，直到稳定所需时间，β是工艺参数，V dd表示供电的电源电压，V th表示器件阈值电压，因此减少开关功耗可从降低器件阈值电压、改善电路工艺等方面入手。
图2 短路功耗
静态功耗：对于常规CMOS电路，在稳态时不存在直流导通电流，理想情况下静态功耗为零，但是由于各种泄漏电流的存在，使得电路的静态功耗并不为零。
CMOS泄漏电流主要包括：寄生反向PN结电流和MOS 管的亚阈值漏电流。
对于深亚微米MOS 器件，还存在很多二级效应引起的额外电流。
亚阈值漏电流引起的静态功耗计算公式为：P leak=I leak V dd=V dd e-qVth/nkT
图3 漏电功耗
其中，I leak表示漏电电流，q 为单位电荷，k是普朗克常量，T表示绝对温度，V th是器件的阈值电压。
根据公式表达得出亚阈值漏电流会随着阈值电压的降低而呈指数级迅速增大，这一现象在深亚微米工艺以下更为明显.
在90nm工艺下，静态功耗在总功耗中已经占据很大的比重（甚至在某些情况下会达到50%）。
在65nm工艺下，静态功耗将达到和动态功耗一样的比重。
所以不难推测，随着制程工艺进一步提高，静态功耗甚至会在功耗上占主要位置。
目前，国外的很多企业已经进入22nm工业化量产工艺节点。
因此静态功耗已经成为集成电路设计不可回避的问题，鉴于集成电路静态功耗问题的严重性，低功耗设计迫在眉睫。
由于亚阈值漏电流是静态功耗产生的最主要原因，所以这里我们主要关心亚阈值漏电流造成的静态功耗。
降低功耗的方法可以从很多方面入手，比如改进工艺技术（如intel的high K 技术），或者改进电路设计技术。
这里，我们主要从改进电路设计入手，改进的方法主要有以下两种。
一.采用多阈值电压技术。
多阈值电压技术就是对不同CMOS电路采用高、低阈值电压以达到降低漏电流功耗的目标。
（1）多阈值CMOS（MTCMOS）。
CMOS电路如果阈值低，那么漏电流就会较大，此时可以采用高阈值CMOS管来控制低阈值CMOS电路的漏电流。
在动态工作模式下，控制信号被置于低电平，高阈值受控晶体管导通。
在静态下，控制信号被置于高电平，高阈值受控晶体管关断，产生小的漏电流。
MTCMOS可以方便地植入到现有的电路中，但也有一定的缺陷。
这个办法增加大量高阈值CMOS管，这样会增加芯片面积和延时；同时要加入判断电路的硬
件，这些硬件会在电路工作时一直产生功耗；另外，如果要在静态待机时保存数据，那么就需要增加存储电路。
目前双阈值电压的办法得到了广泛的应用，就是在关键的通路采用低阈值CMOS管，在辅助通路采用高阈值CMOS管，以达到功耗和性能的平衡。
（2）可变阈值CMOS（VTCMOS）。
就是通过改变衬底偏置电压来控制体效应，从而改变阈值电压。
在电路休眠时，在衬底加一负偏置电压来升高阈值电压，从而切断漏电流。
而在电路活动时，如果在衬底加上一个较低的正偏置电压，还可以提高电路速度。
（3）动态阈值CMOS（DTCMOS）。
这是一种在理想工作频率下通过调整动态工作模式的漏电流来达到降低功耗目的的技术。
调整对应系统工作负荷的背栅偏置电压，工作频率可动态地调整。
当工作负荷降低，阈值电压就上升，消耗的功率就会变小。
二.采用晶体管堆栈技术
几个晶体管相连，如果有一个或以上处在关闭状态，那么产生的漏电流会比单个晶体管大大减小，这被称为堆栈（stacking）效应。
原因是当一个晶体管被关闭后，那么与它连接的晶体管的栅极和源极之间会产生很小的反向偏压，这样会导致亚阈值漏电流的降低。
同时又由于存在体效应作用，阈值电压也会升高。
以下是主要的几种实现办法：
（1）输入向量激活法。
用时钟门控信号用来做休眠模式的控制信号。
当电路进入待机状态时，电路会产生预先设定的输入向量，使得尽可能多的晶体管处于堆栈状态。
这个办法的缺点是，当电路需要再次激活时就要恢复数据，因此需要存储电路来存储原来的状态，这要增加芯片面积。
而且如果电路待机时间不够长，可能导致状态切换的功耗比不使用该技术的还要大。
（2）堆栈晶体管插入技术。
其实是MTCMOS 和堆栈效应的混合技术。
根据输入向量激活法，预先设置输入向量，使得电路大部分区域的晶体管处于堆栈状态，然后其他处于高漏电流状态的电路，采用多阈值CMOS 技术，插入一个
高阈值的CMOS。
这种技术既拥有两方的优势，但同时两方的缺点也并存。
（3）强制堆栈技术。
就是把一个晶体管强制转换成两个具有相同输入负载的堆栈晶体管。
这样，当电路需要关闭时，就有两个晶体管关闭，相比一个晶体管的情况，漏电流要减小很多。
这种技术很简单，设计上也节省时间。
但是同样的，仍然需要预先确定输入向量。
而且引入的强制堆栈的晶体管也有负载需求，这样会降低门电路的驱动电流。
当然，减小集成电路的功耗，还可以从其他方面进行改进，比如对不同设计层次的功耗进行优化。
比如工艺级功耗优化，这种优化主要有按比例缩小技术优化和封装技术优化；电路级功耗优化，主要对CMOS动态逻辑和异步电路入手；版图级低功耗优化，则是同时优化器件和互连；门级的低功耗优化，主要有单元映射，路径平衡，公因子提取，时序调整，门尺寸优化，管脚置换等技术。
随着工艺水平提高，阈值电压的降低促使漏电功耗呈指数级增长。
静态漏电功耗所占的比例正在扩大，从130纳米开始逐渐明显，到45纳米时已经超过动态功耗，成为电路总功耗的主要来源，因此对降低静态功耗方面的研究已成为当前低功耗领域的热点。
