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数字集成电路低功耗优化设计研究

作　者: 蒋文栋
导　师: 路勇
学　校: 北京交通大学
专　业: 电路与系统
关键词: 数字集成电路 低功耗 门控时钟 动态功耗
分类号: TN43
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 494次
引　用: 3次
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内容摘要


随着集成电路制造技术的飞速发展,芯片的集成度和速度不断提高,但是单位面积上的功耗却一直呈现上升趋势。功耗已经成为所有IC设计者必须考虑的因素,对功耗进行优化是目前每个IC设计企业必不可少的环节。论文主要对数字集成电路功耗的来源和优化方法进行了研究,分别从系统级、算法级、寄存器传输级、逻辑门级、版图级以及电路级分析了低功耗的优化方法,并使用Synopsys公司的Design Compiler和Prime Power分析工具对具体电路综合后面积和功耗的优化效果进行分析,得到可靠的优化数据来指导数字集成电路的设计。论文首先阐述了低功耗优化设计的研究背景,综述了国内外低功耗技术在数字集成电路设计中的发展和现状。其次,分析了实用的功耗估计和优化的方法。其中主要对门级和寄存器传输级(RTL)的低功耗优化方法进行了论述,并通过对具体的电路进行实验得到了各种方法的实际优化效果。在门级的低功耗优化中,对单元映射和公因子提取这两种优化方法进行了具体电路的EDA实现,得到了简单逻辑电路单元映射到基于TSMC 0.18um工艺的标准单元的优化效果。在寄存器传输级的低功耗优化中,对门控时钟的优化方法进行了具体电路的EDA实现,得到了门控时钟对于一般电路的优化效果。论文还说明了代码风格优化对数字集成电路综合后面积、功耗等因素的影响。最后,论文对数字集成电路有限状态机的低功耗设计方法进行了阐述,分析了有限状态机采用各种优化方法综合后面积和功耗的优化效果,得到了有限状态机的一般优化方法。最后对论文工作进行了总结,并就今后课题的研究方向做了进一步展望。

全文目录


致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
1 绪论  10-14
  1.1 低功耗技术的研究背景和意义  10-11
  1.2 低功耗技术的研究现状  11
  1.3 低功耗优化方法  11-12
  1.4 论文的主要工作  12-14
2 数字集成电路低功耗优化技术  14-36
  2.1 影响功耗的因素  14-17
    2.1.1 数字集成电路功耗的来源  14-15
    2.1.2 数字集成电路降低功耗的基本途径  15-17
  2.2 数字集成电路的低功耗优化技术  17-36
    2.2.1 工艺级的低功耗优化技术  17
    2.2.2 电路级的低功耗优化技术  17-19
    2.2.3 版图级的低功耗优化技术  19-20
    2.2.4 逻辑门级的低功耗优化技术  20-24
    2.2.5 寄存器传输级的低功耗优化技术  24-29
    2.2.6 算法级的低功耗优化技术  29-33
    2.2.7 系统级的低功耗优化技术  33-36
3 实验平台的使用  36-40
  3.1 ModelSim工作平台  36-37
  3.2 Design Compiler工作平台  37-38
  3.3 Prime Power工作平台  38-40
4 数字集成电路低功耗设计EDA实现  40-59
  4.1 基于单元映射的低功耗设计EDA实现  40-46
    4.1.1 简单逻辑电路的单元映射优化  40-43
    4.1.2 基于TSMC 0.18um工艺的标准单元单元映射优化  43-46
    4.1.3 小结  46
  4.2 基于公因子提取的低功耗设计EDA实现  46-50
    4.2.1 简单逻辑电路的公因子提取优化  46-50
    4.2.2 小结  50
  4.3 基于门控时钟的低功耗设计EDA实现  50-55
    4.3.1 简单逻辑电路的门控时钟优化  50-54
    4.3.2 8051单片机电路的门控时钟优化  54-55
    4.3.3 小结  55
  4.4 代码风格低功耗设计EDA实现  55-59
    4.4.1 四位四路选择器的代码风格优化  56-58
    4.4.2 小结  58-59
5 低功耗设计在有限状态机中的应用  59-64
  5.1 采用独热码和格雷码编码的有限状态机的综合与优化  60-62
  5.2 采用独热码和格雷码编码的有限状态机的优化结果分析  62-63
  5.3 小结  63-64
6 结论  64-66
参考文献  66-68
附录A  68-70
附录B  70-73
附录C  73-75
附录D  75-77
附录E  77-80
作者简历  80-82
学位论文数据集  82

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 微电子学、集成电路（IC） > 半导体集成电路（固体电路）
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