随着CMOS工艺和集成电路设计的发展,集成电路的尺寸不断缩小,PVT(Process,Voltage and Temperature)波动对集成电路的影响也越来越严重。而集成电路进入深亚微米后,晶体管的漏电日益严重,加上广泛使用的便携式电子设备绝大部分时间处于待机状态。因此,研究抗PVT波动的静态低功耗技术,具有很强的现实意义。PVT波动主要来源于集成电路的制造流程和电路运行的实际环境,因为PVT波动会影响集成电路的性能、稳定性和功耗,所以进行电路设计时必须考虑PVT波动。自适应电源电压技术是一种实时电路低功耗技术,它根据电路的PVT变化及时调整电源电压,以保证性能和功耗要求。随着SoC系统的广泛使用,自适应电源电压技术面临速度和功耗的挑战。因此,自适应电源电压电路的设计必须综合考虑系统的功能、性能和功耗要求。本文的主要工作是在深入研究晶体管的漏电机制和PVT波动来源的基础上,采用自适应电源电压技术,使用SMIC 130nm工艺,设计出一种快速的、抗PVT波动的自适应电源电压调整电路。该自适应电源电压调整电路总的静态功耗为53.85uW,并能根据工艺温度变化,迅速调整芯片的待机电源电压,调整时间不超过30ns。将自适应电源电压调整技术应用于ISCAS’85系列的Benchmark电路,通过HSPICE仿真表明,应用这项技术,不同温度工艺条件下电路的漏电功耗都显著减小,最大减小幅度为96.2%;电路规模越大,漏电功耗降低幅度越大。本文提出的自适应电源电压调整技术能够在很大程度上降低电路待机时的漏电功耗,有效弥补了工艺和温度变化对电路造成的影响,性能较好。
