知识点（低功耗设计）

功耗的类型为两种，为动态功耗、静态功耗与浪涌功耗。

动态功耗包括：翻转功耗与短路功耗。静态功耗为漏电流功耗。

翻转功耗主要是由数据传输有关，由1到0或由0到1，门电路在输出切换时，由逻辑转换产生的功耗。

静态功耗又称待机功耗，由MOS管的漏电流引起。

对于低功耗设计，共分为四部分，分别是系统级、体系结构级、寄存器传输与逻辑门级和晶体管级。

一、系统级

系统级对于整个项目哪部分由硬件完成，哪部分由软件完成进行划分，并且采用哪种语言确定。

并且通过集成开发环境对已给出的硬件与软件模型进行协同仿真。采用低功耗软件，与适合的处理器会对整体功耗有显著影响。并且代码风格也会影响。

二、体系结构级

系统使用不同的体系结构对功耗有着显著的影响，包括以下方法

（1）高级门控时钟，在使能的门电路后加个寄存器，用于避免毛刺，采用门控时钟方法，可以

减小动态功耗

（2）动态电压频率调节（DVFS）

DVFS是指根据处理器所挂负载的大小，调整处理器的供电电压与工作频率，进而减小在负载小时的功耗

（3）基于缓存系统体系结构

DSP应用中需要反复访问存储器，在处理器访问前，提前将数据进行缓存，有效降低计算能耗。

（4）异步（无时钟）系统设计

对于同步系统来讲，时钟网络消耗了大部分的能量，并且随着时钟网络的扩大，时钟到达电路的不同部分，会发生偏斜，影响整个系统的性能。

那么去除时钟网络，采用异步系统将有效解决上述问题。异步系统采用握手协议进行通信，未工作的元件几乎无功耗。

（5）多阈值电压

高阈值电压单元比低阈值电压单元少漏电流50%，但是低阈值电压单元的翻转速率要比高阈值电压单元

快，所以在设计时，可以在第一遍综合时采用低电压阈值单元，然后对设计中不需要低阈值电压单

替换成高阈值电压单元，以减少漏电流。

（6）多电压供电

由于动态功耗与供电电压有直接关系，所以可以在设计中划分电压域，以降低动态功耗。

三、寄存器传输级

（1）状态机编码与解码

格雷码是最适合低功耗设计的编码，对于二进制编码，状态转换过程中可能会出现多位变换，

但是格雷码只变换一位，这样减小了功耗。对于状态机中转换频率较高的几个状态，其编码

最好只有一位变换。

(2)门控时钟

对时钟使能后加低电平敏感的锁存器，有效去除毛刺

但是如果锁存器与门电路相隔太远，会出现时钟偏斜，可能会出现毛刺

（3）独热码多路器

独热码编码，输出更快，更稳定，在初期能够将未选中的总线掩盖掉，因此实现了低功耗的效果。

（4）资源共享

对于涉及较多的算术运算的涉及，如果有同样操作在多处使用，必须避免相应的运算逻辑在多个位置重复出现

（5）操作数隔离

操作数隔离的原理是：如果有一段时间，数据通路的输出是无用的，则将它的输出置成某个固定值，这样数据通路没有翻转，功耗就会降低。