关于超低功耗集成电路技术的分析

党红云

摘 要：本文以集成电路的特点与功耗情况为研究的出发点，简要介绍了超低集成电路的含义，欲通过优化与完善集成电路设计，达到对超低功耗集成电路原理进行探究与分析的目的。同时，阐述了超低功耗的未来发展方向，该电路技术对各类电子设备的发展与运用具有重要的作用。

关键词：超低功耗;集成电路;技术分析

中图分类号：TN40 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）20-0036-02

Analysis of Ultra-Low Power Integrated Circuit Technology

DANG Hongyun

（The Hi-tech College of Xi'an University of Technology，Xi'an Shaanxi 713700）

Abstract： This paper took the characteristics and power consumption of integrated circuits as the starting point of the research， briefly introduced the meaning of ultra-low-level integrated circuits， and aimed to explore and analyze the principle of ultra-low-power integrated circuits by optimizing and perfecting integrated circuit design. At the same time， it expounded the future development direction of ultra-low power consumption， this circuit technology played an important role in the development and application of various electronic devices.

Keywords： ultra-low power consumption;integrated circuit;technical analysis

随着我国集成电路技术的快速发展，集成电路自身的信息分析能力也有了较大提升，研究超低功耗集成电路板成为社会关注的焦点，这种趋势正在无形中引导着电子设备设计者将更多的精力投入到电路基本性能和超低功耗的研究上。在电子元素纳米化发展的过程中，人们逐渐发现，要想真正实现超低功耗技术，就必须以集成电路技术为基础，因此超低功耗集成电路技术必然影响电路的发展。

1 集成电路概述

1.1 集成电路的概念

作为半导体领域的新型电路设计技术，集成电路也是一种电子元件集成技术，各类电子设备需要有效运用微型电子零部件[1]。在这一过程中，运用的集成电子元件技术就是集成电路，该技术将各类晶体管、电阻、电感以及电容等电路设备需要的一系列电子元件进行布线和统一衔接，从而在一块或者多块电路板中集中有效固定多样化元件，进而形成电子设备的微电路结构。该技术通过有效组合多个集成电路，形成共同运行的整体电路，确保电子设备具有体积小、功率消耗低、容量高等优点。当前，集成电路多运用在电路板中，其具有使用壽命长、重量和体积小、性能高以及成本低等特点，特别适合大规模批量生产，因此广泛应用于工业电子设备和计算机设备中。近年来，国家为了加快集成电路产业的发展，从研发投入、财政扶持、培养人才和资本市场等方面不断加大扶持力度。

1.2 集成电路的功耗

集成电路是一种微型的电子器件或部件，内部结构复杂、整体性较强，往往会因为线路设置、电流电压、基底技术以及运行环境等因素出现故障，使相关功能无法发挥，影响生产效率[2]。例如，电路元件和负载器件等元器件一旦出现问题，不仅会带来极大的负面影响，还会引发多余的功率消耗。正常的模拟试验可以测试出电流与电压的实际阻抗功耗，因为内外电压的充电放电现象，集成电路的实际运用期间容易出现状态转移和功率消耗的现象。因此，在实际操作过程中，人们要着重关注有源、无源电流乘积，并对偏置电流和漏电电流进行有效分析和检测。

1.3 超低功耗集成电路

超低功耗集成电路主要是指在集成电路的前提下有效降低功耗，实现电路整体功耗最小化的目标。当前，工业应用的集成电路都是以超低功耗和有效降低电路功耗为主要目标，因此就需要选用适宜的集成电路结构、功耗、材料及系统，尽量做到集成电路功耗最低化。相较于集成电路功耗，超低功耗集成电路则是其中一部分。

2 超低功耗集成电路设计

集成电路的有效设计是低功耗集成电路高效运转的前提，集成电路的优化可以使集成电路达到低功耗的状态。集成电路在单位时间内消耗的能源就是功率消耗，人们要有效设计低功耗集成电路。一是有效控制电源电压，通过相应的试验操作获得最佳状态的电源电压，以有效降低功率消耗。但是，人们不能无限通过电压降低功耗，需要制定适宜的解决方案，优化电路结构，但是其影响因素较多，如系统兼容性。二是有效缩减节点电平转换频率和节点复杂电容，它是一种常用的优化思路。这一思路具有广阔的应用空间和极高的研究开发价值，如研发更为适宜的算法程序、有效划分结构、优化逻辑结构等，这些都可以作为研究与开发的突破口。集成电路设计的第一步是明确主要设计目标和集成电路的主要功能，因此在功能确定的前提下，要有效缩减算法操作，优化程序，这一方法具有极强的可行性。

集成电路系统是优化控制的重要环节，对其进行优化可以有效降低功耗。其间，控制对象主要是信号，将大的STG合理划分为小型STG，有效减少状态数据，之后基于状态转移概率，对其进行重新安排和控制。如果状态转移概率较大，要尽量降低编码时的布尔间距，有效减少转换电容，达到降低功率消耗的目标，确保其满足相应的集成电路标准要求。

资源优化配置方面，电容在集成电路中的有效转换分为三部分，即驱动单元、寄存器和连线三部分，这三个部分资源的分配合理性会显著影响转换电容，即影响集成电路的消耗功率。其间要合理控制寄存器之间的距离，避免连线过长，同时可以有效运用替换寄存器，降低功能消耗。

结构优化方面，人们要有效控制电源电压，以实现超低功耗。人们要依据这一思路，优化结构，有效缩减转换电容次数。电路存在延时现象，使部分节点位置出现毛刺，使转换电平负担不断加大，因此它可以叫作毛刺功耗。在相应的解决方案中，平衡操作通路是极为关键的操作环节。首先要明确树型结构的优势高于链型结构，可以降低功率消耗，但是树型结构的运行需要消耗大量寄存器，使得电路负担加大。因此，在实际操作过程中，人们需要综合考虑，以获得优质的电路结构。其次，可以重复使用操作方法，以减少面积、节省资源，提升转换电容频率。人们要明确临界点，确保功能消耗最小化，从而实现结构优化的目标。

3 我国超低功耗集成电路技术的未来发展方向

现阶段，我国电子设备电路研发的主要方向就是超低功耗集成电路，超低功耗集成电路在未来的发展中仍然面临机遇和挑战，在保障电路高性能操作的基础上，设计人员要拓展电路设计知识，有效创新，合理设计超低功耗集成电路，为电路可持续发展奠定坚实基础。目前，我国很多企业大力应用超低功耗集成电路技术，不断进行技术创新，为电子设备的长远发展提供了技术保障。

4 结语

超低功耗集成电路设计具有较强的综合性，因此本文深入、全面地分析了集成电路的构造和功耗。人们要合理选择和设计集成电路的材料、结构与系统功耗，保证其耗能与性能的均衡性，科学控制电源电压，推动超低功耗集成电路技术进步，促进信息技术产业转型升级，使信息技术与电路行业同步发展。

参考文献：

[1]吴桉伦.中西方集成电路技术发展的差异、原因及对策建议[J].科技与创新，2014（2）：32.

[2]朱瑞.关于超低功耗集成电路技术的分析[J].仪器仪表用户，2019（9）：21.