低功耗CMOS集成电路设计方法的研究

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1、合肥工业大学硕士学位论文低功耗CMOS集成电路设计方法的研究姓名：郭铭铭申请学位级别：硕士专业：电路与系统指导教师：窦建华20071201低功耗CMOS集成电路设计方法的研究摘要近年来，随着亚微米、深亚微米技术的发展和系统芯片技术的日益成熟，集成电路在集成度和性能方面不断获得提高；与此同时，系统复杂程度的提高以及各种移动设备的广泛使用，也使得电路功耗开始成为集成电路设计发展的重要瓶颈之一。集成电路的功耗问题己被提到与面积和速度同等重要的地位，低功耗设计已经成为衡量电子产品性能的重要指标。目前，作为主流的CMOS集成电路设计工艺，已被广泛应用在集成电路的低功耗设计中。高性能、低功耗CM

2、OS集成电路的设计方法已成为集成电路设计的一个焦点。本文首先按照动态功耗和静态功耗两大类别，详细阐述了CMOS电路的功耗产生的机理，对各种功耗进行了建模并讨论了功耗优化方法。其次设计一种带隙基准电压源电路，采用二次分压技术，降低了输出电压；同时采用了亚阈值技术，降低了电路的电源电压，进而降低了电路功耗，满足低压低功耗的设计要求，而且电路结构简单，容易实现。本文对降低阈值电压的低功耗设计方法进行深入研究，给出一种衬底偏置技术与准浮栅技术设计相结合的方法，进一步降低电路对电源电压的要求。并以两级运算放大电路为例，对提出的设计方案进行仿真验证。仿真结果表明，运放的最大开环增益约为72．5d

3、B，单位增益带宽为1．5MHz，相位裕量为53o，静态功耗为148／．tW,基本达到运放的设计要求。关键词：CMOS集成电路低压低功耗衬底偏置准浮栅ResearchonLowPowerCMOSIntegratedCircuitDesignABSTRACTTheintegration1evelandperformanceofintegratedcircuithavegainedenhancementwiththedevelopmentofsubmicron，deep。submicronandsystemonchiptechnologyinrecentyears．Meanwhile，th

4、eincreaseofsystemcomplexityandthewideapplicationofvariousmobiledevicesmakelowpowerachokepoint，whichplaysanimportantroleinthedevelopmentofintegratedcircuitdesign·Lowpowerdesignhasbecomeaprincipalindicatorthatusedtomeasureelectronlcproductperfbrmance．Nowadays，CMOSintegratedcircuitdesigntechnology

5、hasbeenwidelyappliedinthedesignoflowpowenHighperformanceandlowpowerCMOSintegratedcircuitdesignhasbeenafocusofintegratedcircuitdesign·ThispaperfirstanalyzesthepowerdissipationmechanismofCMOScircuitaccordingtoquiescentpowerdrainandkineticpowerdrain．Differentpowerdissipationsaremodeledandseveralop

6、timizationsarediscussed·Secondly，thispaperdesignsabandgapreferencevoltagesourcecircuit，whichemploysresistivesubdivisionandsubthresholdtechnology．Itreducesnotonlyoutputvoltagebutalsopowervoltage．Asaresult，thecircuitpowerdissipation1sreducedandthelowpowerrequirementissatisfied．Thirdly，thispaperal

7、soanalyzesthelowpowerdesignapproachthatusedtoreducethresholdvoltage．Basedonbulk—biasedandquasi-floating。gatetechnology，thispaperpresentsacircuitdesigntolowertherequirementofcircuitonpowervoltage．Thedesignissimulatedandvalidatedbyu