CMOS电路的功耗分析及降低功耗的措施

CMOS电路的功耗分析及降低功耗的措施

一、CMOS电路的功耗分析与降耗措施(论文文献综述)

李宏意[1](2019)在《基于H.265芯片的低功耗技术研究与物理设计》文中研究指明得益于不断推陈出新的先进半导体工艺,以及设计流程日臻完善的电子设计自动化工具,使得当今数字集成电路能够一直朝着高复杂度、高性能、高集成度的方向迈进,但基于性能、功耗、面积三者之间折中的设计理念仍然适用。片上系统(So C)和系统级封装(SIP)芯片逐渐成为高端市场应用的主流,以满足人们能够及时处理海量信息的需求。近几年以移动、物联网、大数据、5G等为代表的新型半导体驱动力,更是对高性能、低功耗、小型化的数字集成电路产品有着严苛的要求。目前功耗问题依然突出,节能降耗是设计工程师提高芯片可靠性,延长芯片寿命,减少芯片测试和散热成本必须面对的长期课题。本文以新一代的高效视频编码标准(H.265/HEVC)芯片为研究对象。H.265拥有高效率的图像压缩和高质量的压缩性能,广泛应用于移动无线视频、高清视频广播等数字视频业务,具有很强的实用性。本文紧紧围绕低功耗技术,探讨了低功耗的重要性和有效降低功耗的设计方法。首先,依据半导体物理基本原理,分析了CMOS集成电路的动态功耗和静态功耗来源,并从多个级别就降低功耗的方法和优势展开了讨论。一些常见的低功耗技术在今天依然是降低功耗的关键所在,如多阈值电压技术,多电压技术,时钟门控技术和电源门控技术等。其次,基于多阈值电压,时钟门控,多电压和电源门控的物理综合策略,结合SAED32/28nm工艺库,使用业界主流的综合工具Design Compiler完成了从RTL代码到高质量网表的Two-pass综合过程。在此过程中,对比分析了各综合策略优化功耗的能力,并研究了为综合、物理实现、验证提供一致语义的统一电源格式(UPF)标准,以及对帧内预测模式选择模块采用UPF描述功耗意图的具体命令和方法。最后,基于物理综合得到的网表、UPF、以及设计约束等文件,使用Synopsys公司的IC Compiler完成从网表到GDSII格式版图文件的整个物理设计流程。主要包括芯片布局、电源网络规划、时钟树综合、布线、静态时序分析、物理验证等重要步骤。分析探讨了物理设计各步骤所面临的问题,并给出优化方法。通过融合多种低功耗技术以及多次迭代物理实现,本设计满足预期的各个性能指标。芯片工作频率为200MHz,面积为34884474um2,功耗为195.67m W。静态和动态电压降均小于5%。

汪锋刚[2](2017)在《一种绿色节能的AC-DC开关电源芯片的设计》文中研究表明开关电源因其体积小、质量轻、效率高等诸多优点,被广泛应用于便携式终端、家用电器、计算机等领域,现已成为稳压电源的主流产品。而随着日趋严重的能源危机,开关电源低功耗、高效率的研究已经成为电源领域的重要研究课题。因此,实现绿色节能的AC-DC开关电源具有极大的现实意义。本课题基于开关电源系统的低功耗研究与设计,设计了一款具有极低待机功耗、较高效率的AC-DC开关电源芯片。该芯片采用原边反馈技术,可以简化整体电路,从而具有较小体积和较低的成本。并通过采用高压启动电路、准谐振技术、低电源电压电路和混合调制方式工作以降低功耗和提高效率。同时,芯片具有线缆补偿和多种保护功能。本文首先详细介绍了开关电源反激式和正激式结构的工作原理以及开关电源的控制模式、调制模式,接着阐述了原边反馈技术与副边反馈技术的工作机理及特点。其次,着重分析了开关电源系统中功耗的主要来源,并基于限制功耗和效率的因素,给出了相应地实现开关电源低功耗和高效率的几种方法。包括:采用高压启动电路降低启动电阻上的功耗,设计了低电源电压电路降低芯片的静态功耗,利用经开关电容放大电路放大后的反馈电压与电容电压相比较精确检测谐振谷底位置和运用混合调制模式工作降低开关功耗。接下来提出了芯片内部的结构框架和开关电源系统结构及工作原理。然后,根据低功耗、高效率的实现方法,对电路关键模块进行了设计。最后,基于CSMC 0.5μm CMOS工艺,借助Cadence spectre仿真工具对芯片各模块电路和整体电路进行了仿真。对流片后完成封装的芯片的测试结果表明,引脚电压变化及不同负载时开关频率变化和仿真结果相符合,该芯片很好地实现了各项功能,开关电源系统的待机功耗小于50mW,效率达到了 80%以上。

谢岭[3](2017)在《基于ZYNQ-7000的动态电源管理研究》文中研究指明随着电子系统功能的增强以及电路集成度不断提高,电子系统的能量消耗也在迅速增加,而过高的功耗会影响到电子系统的使用寿命。因此为了提高电子系统可靠性,如何在保证系统性能的同时优化电子系统的功耗成为了设计者面临的关键问题。动态电源管理可以从不同层次对嵌入式系统的功耗进行优化,成为了嵌入式系统低功耗设计的热点。本文主要从系统级和体系结构级对嵌入式系统进行动态电源管理的研究,根据嵌入式系统不同的运行状态,分别采用结合动态频率调节技术的节能任务调度算法和动态功耗管理策略对系统功耗进行优化。本文的硬件平台为基于ZYNQ的嵌入式测控系统,文中对该平台划分了不同的低功耗工作模式,并建立了功耗管理模型。本文通过分析嵌入式系统执行任务过程中采用静态优先级调度算法和动态优先级算法的优缺点,在Linux系统中实现了算法复杂度低且性能较稳定的RM调度算法,并结合动态频率调节技术,对任务执行过程中的功耗进行优化。针对RM算法调度过程中具有相同优先级的任务可能无法及时公平地得到响应的弱点,本文设计了RM调度算法与时间片轮转调度算法相结合的改进算法,有效降低了任务的平均周转时间。当系统暂时没有任务处于就绪队列时,Linux系统会执行空闲进程,进入空闲模式。由于频繁地模式切换会产生额外的能量消耗,针对这一情况,本文通过对Linux内核中功耗管理模块的研究与修改,设计并实现了采用双超时阈值Timeout算法的动态功耗管理策略,两个超时阈值的设定是为了根据空闲时间的长度来控制系统的正常工作模式跟空闲模式和休眠模式之间切换的时机,在硬件平台测试中表明改进的动态功耗管理策略使得系统模式切换次数有所降低。在测试中表明本文设计的动态电源管理方案能够在保证系统性能的同时,有效降低系统的功耗。

杨光[4](2016)在《网络设备功耗管理架构与节能策略研究》文中研究指明全球ICT产业的迅速发展,推动着互联网的规模和业务急剧增长,与此同时由网络设备所带来的能耗需求也与之剧增。近年来,通信行业的能耗问题得到世界各国的高度关注,绿色通信成为了全球范围内的工业领域和学术领域研究热点,灵活可靠的网络设备功耗管理架构和实时高效的网络设备节能策略已被证明是降低全网能耗的有效途径。本文的研究课题正是基于网络设备的功耗管理架构和节能策略进行和展开的。本文首先从绿色通信的范畴出发总体分析了课题的研究背景,综合阐述了课题的研究意义,并对本课题的主要工作和全文的结构安排做了一个简要说明。在对国内外网络设备节能研究现状调研分析基础之上,从网络设备功耗管理架构和网络设备节能策略两个角度出发,提出降低网络设备能耗的功耗管理架构和节能策略的解决方案。针对当前对网络设备的功耗管理存在的局部性和滞后性,本文提出一种网络级的功耗管理架构实现对全网网络设备功耗的实时高效管理。在网络设备节能策略方面,针对传统网络中链路带宽均是依据最大峰值负载设计,为了解决网络链路在绝大部分的时间内是处于带宽过剩供给状态问题,本文提出了基于休眠唤醒和自适应链路速率混合节能策略。在高密度大规模的无线局域网中,虽然大部分AP在长时间内是没有用户与之关联,但为了保证AP附近新到达的用户能够及时关联上AP,每一个AP需要周期性向外广播信标,从而造成能量的极大浪费。本文针对这一问题,在修改移动终端和无线接入点硬件结构的基础上改进当前移动终端和无线接入点的关联流程,实现在大规模高密度环境中的基于用户汇集的节能策略。最后,本文对新提出的节能策略的合理性和有效性进行仿真分析验证,通过仿真结果的分析来说明新的节能策略节能效果的优越性和不足之处。并在总结前人研究工作和本文成果的基础之上,指出网络设备功耗管理架构未来工作的研究方向和所需解决问题以及网络设备在节能策略上的改进方案和研究重点。

李列文[5](2014)在《FPGA低功耗设计相关技术研究》文中研究表明摘要:现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)作为一种可编程逻辑器件,在短短二十多年里已从电子设计的外围器件逐渐演变为数字系统的核心,被广泛地应用在原型验证、计算机硬件、工业控制、通信、汽车电子、航空航天等各个领域。随着集成电路制造技术的不断提高,FPGA器件的速度、规模和复杂程度不断增加,FPGA的设计面临着一系列新的难题,功耗问题就是其中之一。本文围绕FPGA的功耗设计问题展开研究,提出了一系列实用有效的低功耗设计技术和方法,主要研究内容涉及FPGA器件低功耗设计和FPGA应用逻辑低功耗设计两个方面,论文主要研究工作及创新性成果如下:(1)在深入分析静态随机存取存储器(Static Random Access Memory, SRAM)单元泄漏电流来源的基础上,提出一种适合于FPGA的低功耗SRAM单元设计方法。该方法基于FPGA中SRAM单元在配置后存储值多数为“0”这一特点,综合应用双阈值电压技术和双栅氧化层厚度技术降低SRAM单元存储值为“0”时的泄漏功耗。其优点是在不增加SRAM单元面积和整体延时的情况下,能改善静态噪声容限、降低静态功耗。(2)针对当前FPGA中多路选择器设计存在大量闲置晶体管这一现象,提出一种适合于FPGA的低功耗多路选择器设计方法。该方法采用反向体偏置技术对多路选择器中闲置晶体管的泄漏电流进行优化,在不影响电路性能的条件下降低多路选择器的泄漏功耗。(3)在分析FPGA不同状态下功耗来源的基础上,结合双电压技术和电源门控技术各自的优点,提出一种低功耗FPGA结构设计方法。仿真结果表明,采用该结构设计FPGA器件能有效的降低FPGA的动态功耗和静态功耗,尤其适合应用于移动、便携式设备。(4)在FPGA应用设计方面,针对传统寄存器堆设计方法占用较多布线资源和功耗高等缺点,提出一种基于块RAM的低功耗寄存器堆设计方法。仿真结果表明,与传统设计方法相比,该方法具有降低功耗、节约布线资源和易实现等优点。(5)针对FPGA在航空航天等应用领域面临的可靠性和功耗问题,提出一种低功耗并具有容错能力有限状态机设计方法。该方法将状态机映射到FPGA内置块RAM,同时采用两块RAM构成双模冗余结构,通过比较两块RAM输出数据的一致性确定RAM中数据出错的情况,并结合奇偶校验进行检错与纠错。与传统的三模冗余设计方法相比,采用该方法设计的有限状态机具有更低的功耗和更高的可靠性,并能对一位错误实现在线纠错。

李小进[6](2014)在《嵌入式系统低功耗优化技术在肺音信号处理中的应用》文中研究表明降低嵌入式系统的功耗有助于提高其稳定性、延长电池的续航时间、拓展产品的适用范围、减小其尺寸和重量。在全球倡导发展绿色经济的大背景下,降低嵌入式系统的功耗也是节能减排、保护生态环境的必然要求。本文以一款用于监测麻醉术中病人呼吸功能的嵌入式系统为研究对象,对它的低功耗优化问题进行深入探讨,以期降低其功耗,延长电池的使用时间,提高该系统的稳定性。首先,简要介绍嵌入式系统低功耗优化技术的研究背景和研究现状,在此基础上,详细阐述了CMOS电路的功耗特性、DVS和DPM技术、源程序级和算法级软件低功耗优化的关键技术及其相关原理。对MPU、存储系统、外围设备的低功耗优化的一般性方法进行了研究和总结。提出了一种可降低存储系统功耗的RAM自适应可重构动态分配机制,并给出了相应算法。其次,根据肺音信号处理系统的结构、功能和特点,着重研究该系统低功耗优化的策略与方法。提出可通过动态变换DSP数字信号处理器的运行速度、使用低功耗指令、正确处理未用引脚等措施来降低DSP的功耗;可对该系统的软件部分进行低功耗优化,通过充分利用片内存储空间和寄存器、合理使用存储器的低功耗模式、恰当地使用内联函数和宏、增强程序的局部性、相关数据的连续存储、循环体的适度展开与合并等策略与方法的联合使用来降低存储系统的功耗;对于LCD等外设,可通过使用中断方式、外设的低功耗模式、降低服务质量等方法来降低它们的功耗。最后,通过三组实验来检验这些优化方法的有效性,并对实验结果作出分析和评估。结果表明,优化后的肺音信号处理系统在工作状态、待机状态及模拟用户使用时,其平均功耗均有不同程度的降低,从而实现了降低该系统的功耗的目标。

陈麒[7](2013)在《近阈值绝热电路设计研究》文中指出目前集成电路工艺及其集成度的快速增长,使得功耗问题成为集成电路发展的主要障碍,同时电路输出信号的可靠性也电路分析的重要标准,而降低集成电路芯片的能量损失成为当前研究与探索的首要目标。近几年来对于称为能量恢复型电路的研究渐渐的浮出水面,能量恢复型电路采用的是渐变的功率时钟信号,能很好的回收一部分电路能量,起到减小电路能耗的目标。不单单是能量恢复型电路的运用,并且近几年对于电路供电电压方面的研究也逐步进入人们的视线中。因此为降低电源电压提出的近阈值技术,因其拥有的明显降低的电路功耗的效果,而在如今的集成电路设计被视为比较有价值的研究对象。本课题通过电路的输入输出信号响应分析,来指导电路的改进设计,使得改进后的电路信号输出能够吻合期望的输出响应。在此基础上调整电路结构以及电路的阈值来调整电路的输出信号的可靠性,以达到输出响应的要求,并以减小电路的能耗为标准。同时将近阈值技术运用在绝热电路的研究中,使用不同绝热逻辑电路,改进电路的宽长比以及改进电路结构,提出几种新型电路结构使得输出响应更吻合期望的输出响应,并且以适应不同电压下不同性能的要求。并且以时序的计数器电路与组合加法器电路进行模拟仿真得出在低电压状态下依然能使电路正常工作,保持一定的工作频率。针对这个课题本文的内容安排如下:首先通过对近阈值技术深入的了解,并在传统CMOS电路中构建模型了解传统CMOS电路在电流与延时特性,设计适合于近阈值技术的传统CMOS组合与时序电路设计,确定近阈值技术在传统CMOS设计中可行性,确保电路输出信号的可靠性。接着介绍绝热电路基本原理,研究绝热电路输入、输出与传统电路输入输出信号的不同。通过对CPAL与CAL两种绝热逻辑对电路进行设计,结合传统CMOS电路的设计思想,设计适应于近阈值技术的绝热电路结构,采用CPAL与CAL绝热逻辑分别设计组合与时序电路,测出工作的最低电压以及保持相对可以的工作频率。再则研究电路的输入输出信号的特性,通过改进电路以及电路阈值来提高电路的输出信号的可靠性。最后为了进一步降低能耗,在近阈值技术的基础上运用功控技术与双阈值技术,并且改进CPAL绝热逻辑电路结构来使电路获得更好性能优势。在此同时加入双阈值技术来进一步降低电路的能耗,实现对能耗降低的主要目的。

李孛[8](2013)在《一种DSP处理平台的低功耗设计与实现》文中研究指明随着电子技术的发展,嵌入式数字系统的处理能力得到了飞速的提升。但是在性能大幅提升的同时,系统的功耗也在急剧上升。过高的功耗不仅增大了系统的设计难度,并且对系统的稳定性以及可靠性产生了严重的影响。因此,功耗以及能耗问题越来越受到重视,高性能系统的功耗管理及低功耗设计技术也成为当前研究的热点。在实际运行中,系统在相当一部分的运行时间内处于空转或低负荷状态,这些时间段内系统所额外消耗的能量可以通过低功耗设计措施加以避免。低功耗设计的主要切入点即根据系统运行的实际负载,在保证按要求完成处理任务的前提下通过合理调低系统的相关性能以实现系统的低功耗运行。为了达到这一目标,需要在系统中实现可靠的低性能运行机制,对系统的各个部件进行有效监控并采用合理的策略对系统功耗加以管理。本文首先对高性能电子系统低功耗设计技术的现状进行了介绍,对以CMOS为基本单元的集成电路的功耗特性进行分析;结合现有的低功耗设计技术,确定了功耗优化设计的主体思路:即在保证性能的前提下降低系统空闲时段功耗以及系统运行态功耗。接下来,在以TMS320C6678为核心的数字信号处理系统上,根据提出的低功耗设计思路,在芯片应用层面通过频率调节、功能分区以及工作模式控制的方式优化芯片的功耗;在处理平台上通过加入低速通信链路以及节点上下电管理模块等机制实现对处理板的功耗控制;并在单节点处理板上设计并实现了一个基于超时策略的功耗管理软件。最后对功耗优化方案进行了验证与测试,以分别测量系统电压、电流的方案设计并实现一个功耗测量模块,利用该模块对本文提出的功耗优化机制进行逐一测试。测试的结果表明,通过合理应用本文提出的功耗优化机制,系统的功耗得到了较为明显的改善。

王颖锋[9](2010)在《嵌入式系统节能调度算法研究与设计》文中认为随着半导体芯片技术的快速发展,能量消耗已经成为嵌入式系统的一个重要设计课题和性能指标。一些节能技术如动态电压调节,动态电源管理,和自适应衬底偏置以及它们的混合为降低嵌入式系统的能量消耗提供了很好的机会。任务调度和电压选择在能量最小化方面起着积极作用。因此将节能技术并入调度算法对嵌入式系统节能变得重要起来。事实上,数据或者控制依赖对节能有着负面影响。因此,在节能调度算法的设计中这一因素的负面影响需要被有效地解决。考虑到重定时有向无环图能够有效地克服迭代内数据依赖的影响,从而为降低调度长度或能量消耗提供更多的机会,本文以重定时有向无环图为调度对象设计了几个节能策略。本文的主要研究工作概括如下:1.如果一个调度是基于重定时有向无环图产生的,并且所有的任务都执行两个性能模式,恰当地重排序任务顺序和每个任务的性能模式顺序能够产生更多的松弛用于降低能量消耗。为了提供更多的机会降低能量消耗,利用重定时有向无环图只有迭代间数据依赖这一特点以及一个任务重排序性能模式顺序对任务执行没有影响这一优点,提出了一个技术重排序任务和性能模式。首先,当一个组件上的一个任务被设置为第一个执行的任务时,对于该组件上给定的任务集,计算最小的电压转换时间。然后从这些最小电压转换时间里选择一个最小的作为该组件上任务集的最小电压转换时间。相应任务顺序和性能模式顺序是最终要执行的任务和性能模式顺序。2.许多处理器如PXA255, AMD Mobile Athlon4, Transmeta’s Crusoe具有动态电压调节能力。此外,多核体系结构已经占领了嵌入式系统市场。在电压转换时间是固定的或者可以忽略不计的情况下,为了降低具有动态电压调节能力的多核系统的能量消耗,提出了一个用于最小化多核系统能量消耗的算法。提出的算法考虑了性能模式转换开销和处理核之间的通信开销,该算法用于降低含有依赖任务并具有公共时间限制的应用程序的电压转换能量消耗和动态能量消耗。首先,提出的算法在给定时间限制下通过选择合理的任务映射和频率安排获取最小的初始调度长度。然后,它迭代地选择任务进行频率调节以便当将被选择的任务降低一个频率并把被选择的任务所在的处理核上的任务按降电压顺序执行时,产生最小的能量消耗。3.日益缩小的特征尺寸导致在未来泄露能量会超过动态能量。动态电压调节和自适应衬底偏置是同时降低动态能量和泄露能量的有效手段。为了响应这一趋势,提出了一个算法应用上述两种技术降低具有硬时间限制的应用程序在多核系统上的能量消耗。首先,提出的方法确定初始的任务顺序和频率安排以在给定的时间限制下获得最小的初始调度长度。然后它迭代地选择候选任务,调节候选任务的频率以获得最大的压缩能量和增长时间的比值。为了能够获得更多的松弛以降低能量消耗,它在每次频率调节后重排序侯选任务所在处理核的任务。4.近年来,新的多核系统被提出作为降低能量消耗的颇有前景的办法。在这样的系统里不仅处理核而且总线具有动态电压调节和自适应衬底偏置能力。对于这样的系统,一个算法被提出用来降低处理核和通信链路的能量消耗。首先,提出的算法利用映射选择以降低处理核之间的通讯量。然后,它通过同时调节计算任务和总线的频率以获得最大的压缩能量和增长时间比。这样的操作一直进行到进一步调节会导致背离给定时间限制为止。

王辉[10](2008)在《检索式数字水位数据采集系统的研究》文中研究指明水位的测量是人们掌握水文信息过程中最基本的工作之一,现代化的水位测量主要是通过水位数据采集系统来实现。许多水位数据采集系统都要求能长期工作于荒野河道、偏远水库等供电困难的场合,所以设计具有强大处理能力,高可靠性,低功耗的水位数据采集系统具有十分重要的现实意义。检索式数字水位传感器是太原理工大学测控技术研究所自主研发的一种新型水位传感器,其基本原理是利用不同位置的信号采集电路来采集水中传播的电信号,从而确定水位的数值。本课题来源于太原理工大学测控技术研究所中试实验基地新型传感器数据采集系统定型改进实验。最初设计的检索式数字水位数据采集系统由于检索周期长,测量速度慢,系统功耗大,远程数据通讯繁杂而很难适用于各种不同应用环境的要求。为了解决上述问题,提升系统性能,本文针对检索式数字水位传感器实际工程的使用要求,从检索式数字水位数据采集系统节能降耗出发,设计了配装检索式数字水位传感器的智能化、低功耗数据采集系统。主要工作如下:1.通过大量实验确定了检索式数字传感器水位信号取样电路MFC7710的工作方式,单触点采样周期,采样时钟与基准时钟的时序关系以及工作时钟范围等重要参数指标。2.设计传感器智能变送器电路和电源电路,以实现对检索式数字水位传感器水位信号取样电路的可靠供电,一次信号的精确采集,采样数据的远程传送和电源的智能管理。3.编制了管理中心软件,实现了对检索式数字水位传感器数据采集器传回的数据进行存储、显示、打印等功能。4.探讨了检索式数字水位数据采集系统硬件层、软件层低功耗运行的技术途径,使检索式数字水位数据采集系统更适用于电池供电,长时间无人看守的场合。

二、CMOS电路的功耗分析与降耗措施(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、CMOS电路的功耗分析与降耗措施(论文提纲范文)

(1)基于H.265芯片的低功耗技术研究与物理设计(论文提纲范文)

中文摘要
Abstract
第一章 引言
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 研究内容及组织结构
第二章 SoC低功耗基本原理与设计方法
    2.1 CMOS集成电路功耗来源
        2.1.1 动态功耗
        2.1.2 静态功耗
    2.2 低功耗设计优化方法研究
        2.2.1 系统级和算法级功耗优化
        2.2.2 结构级功耗优化
        2.2.3 寄存器传输级和门级功耗优化
        2.2.4 物理级功耗优化
    2.3 常见低功耗优化技术
        2.3.1 时钟门控技术
        2.3.2 多电源多电压技术
        2.3.3 多阈值电压技术
        2.3.4 电源关断与电源门控技术
        2.3.5 动态电压与频率调节技术
    2.4 本章小结
第三章 H.265芯片的低功耗物理综合及功耗分析
    3.1 物理综合拓扑技术
    3.2 多阈值电压综合策略
    3.3 门控时钟综合策略
    3.4 基于UPF的多电压和电源门控综合策略
        3.4.1 UPF概述
        3.4.2 H.265的功耗意图描述
        3.4.3 基于UPF的综合实现
    3.5 本章小结
第四章 H.265芯片的低功耗物理设计
    4.1 H.265芯片设计指标
    4.2 芯片布局规划
    4.3 电源网络规划
    4.4 时钟树综合及优化
        4.4.1 时钟树拓扑结构
        4.4.2 低功耗时钟树设计
    4.5 绕线
    4.6 静态时序分析
    4.7 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
在学期间发表的学术论文及研究成果

(2)一种绿色节能的AC-DC开关电源芯片的设计(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 开关电源概述
        1.1.1 开关电源与线性电源
        1.1.2 开关电源发展历程
    1.2 开关电源国内外低功耗研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
        1.2.3 开关电源发展趋势
    1.3 AC-DC开关电源低功耗研究意义
    1.4 论文组织结构
第二章 开关电源拓扑结构及工作原理
    2.1 AC-DC开关电源工作原理
        2.1.1 反激式开关电源工作原理
        2.1.2 正激式开关电源工作原理
        2.1.3 反激式与正激式变换器比较
    2.2 开关电源电路控制模式
        2.2.1 电压模式控制技术
        2.2.2 电流模式控制技术
    2.3 开关电源调制方式
        2.3.1 PWM调制方式
        2.3.2 PFM调制方式
        2.3.3 PWM-PFM调制方式
    2.4 原边反馈技术与副边反馈技术
        2.4.1 副边反馈技术
        2.4.2 原边反馈技术
    2.5 本章小结
第三章 开关电源低功耗研究与芯片的设计
    3.1 开关电源的功耗分析
        3.1.1 开关管的功耗
        3.1.2 外围电路的功耗
        3.1.3 芯片内部模块的功耗
    3.2 芯片的低功耗和高效率设计
        3.2.1 高压启动电路
        3.2.2 低电源电压供电
        3.2.3 准谐振谷底导通技术
        3.2.4 混合工作模式
    3.3 芯片的设计
        3.3.1 芯片的特点
        3.3.2 芯片的结构介绍
        3.3.3 芯片的结构及各模块电路的介绍
        3.3.4 电流和电压控制
    3.4 芯片的系统工作原理分析
        3.4.1 AC-DC开关电源系统的结构框图
        3.4.2 AC-DC开关电源系统的工作原理
    3.5 本章小结
第四章 电路关键模块设计与仿真
    4.1 高压启动电路
        4.1.1 高压启动电路的原理与设计
        4.1.2 高压启动电路的仿真
    4.2 电源启动及欠压锁定电路
        4.2.1 电源启动电路的设计与仿真
        4.2.2 欠压锁定电路的设计与仿真
    4.3 低电源电压电路
        4.3.1 低电源电压电路的原理及设计
        4.3.2 低电源电压电路的仿真
    4.4 带隙基准电压电路
        4.4.1 带隙电压产生原理与设计
        4.4.2 带隙基准电压电路的仿真
    4.5 参考电压电路
        4.5.1 参考电压产生原理
        4.5.2 参考电压电路设计
    4.6 过温保护电路
        4.6.1 过温保护电路的设计
        4.6.2 过温保护电路的仿真
    4.7 振荡器电路
        4.7.1 振荡器的工作原理与设计
        4.7.2 振荡器电路的仿真
    4.8 消磁信号电路
    4.9 准谐振谷底及斜坡检测电路
        4.9.1 准谐振谷底检测电路的设计与仿真
        4.9.2 斜坡检测电路的设计与仿真
    4.10 线缆补偿电路
    4.11 峰值电流控制
        4.11.1 前沿消隐
        4.11.2 峰值电流检测
    4.12 PFM-PWM模式控制
        4.12.1 初始化电路
        4.12.2 导通与关断逻辑控制电路
    4.13 本章小结
第五章 整体电路仿真与测试
    5.1 开关电源系统的整体仿真
    5.2 开关电源系统的电路测试
        5.2.1 测试实验平台
        5.2.2 电路的测试结果
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
作者简介

(3)基于ZYNQ-7000的动态电源管理研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 嵌入式系统任务调度
        1.2.2 动态电压/频率调节
        1.2.3 动态功耗管理研究现状
    1.3 本文的主要研究内容
第2章 基于ZYNQ的系统平台设计
    2.1 引言
    2.2 设计分析
    2.3 ZYNQ-7000 系统架构
    2.4 外围硬件电路设计
        2.4.1 供电电源模块
        2.4.2 数据采集模块
    2.5 Linux内核移植
    2.6 系统中低功耗模式
        2.6.1 频率调节框架
        2.6.2 空闲模式
        2.6.3 休眠模式
    2.7 本章小结
第3章 结合DVS技术的任务调度算法
    3.1 引言
    3.2 任务调度策略
        3.2.1 静态优先级任务调度算法
        3.2.2 动态优先级任务调度算法
        3.2.3 任务调度算法分析
    3.3 Linux内核中的任务调度策略
    3.4 基于DVS技术的RM调度算法实现
        3.4.1 DVS技术的功耗模型
        3.4.2 动态频率调节的实现
        3.4.3 改进RM调度算法在内核的实现
    3.5 本章小结
第4章 动态功耗管理算法分析与改进
    4.1 引言
    4.2 多模式管理功耗分析
    4.3 动态功耗管理策略
        4.3.1 超时策略
        4.3.2 预测策略
        4.3.3 随机策略
        4.3.4 动态功耗管理算法分析
    4.4 Linux中Timeout策略的实现
        4.4.1 动态功耗管理架构设计
        4.4.2 系统空闲模式实现
        4.4.3 系统休眠模式实现
        4.4.4 改进Timeout算法的实现
    4.5 本章小结
第5章 系统测试与验证
    5.1 引言
    5.2 系统硬件测试
    5.3 改进RM调度算法的性能测试
    5.4 动态电源管理方案功耗测试
    5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢

(4)网络设备功耗管理架构与节能策略研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 课题研究背景及意义
        1.2.1 课题研究背景
        1.2.2 课题研究意义
        1.2.3 研究现状
    1.3 课题主要工作
    1.4 论文结构安排
第二章 功耗管理架构和功耗调节技术综述
    2.1 引言
    2.2 功耗管理架构和技术
        2.2.1 功耗管理架构研究现状
        2.2.2 功耗调节技术研究现状
    2.3 分级功耗管理架构
        2.3.1 分级功耗管理架构模型
        2.3.2 网络实体功耗模式定义
        2.3.3 全网设备功耗模式的配置
    2.4 小结
第三章 基于休眠和自适应链路速率的混合节能策略
    3.1 引言
    3.2 有线网络节能机制和策略
        3.2.1 休眠唤醒节能机制和策略
        3.2.2 自适应链路速率节能机制和策略
    3.3 基于休眠和自适应链路速率的混合节能策略
    3.4 基于服务速率可变的M/M/1模型推导和仿真分析
        3.4.1 服务速率可变的M/M/1排队论模型
        3.4.2 仿真结果与分析
    3.5 小结
第四章 高密度WLAN环境中基于用户汇集的节能策略
    4.1 引言
    4.2 WLAN节能机制研究现状
        4.2.1 采用选择性休眠来降低网络节点密度
        4.2.2 改进硬件以降低无线收发器功率
    4.3 基于用户汇集的节能策略
    4.4 仿真结果与分析
        4.4.1 实验场景设置
        4.4.2 数值分析
    4.5 小结
第五章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 研究展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间的学术成果

(5)FPGA低功耗设计相关技术研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
目录
1 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 FPGA的基本结构及主流厂商
        1.2.1 FPGA的基本结构
        1.2.2 FPGA主流厂商
    1.3 FPGA功耗来源及其发展趋势
        1.3.1 CMOS电路功耗组成
        1.3.2 FPGA的功耗来源
        1.3.3 FPGA的功耗发展趋势
    1.4 FPGA低功耗设计技术研究现状
        1.4.1 动态功耗设计技术研究现状
        1.4.2 静态功耗设计技术研究现状
        1.4.3 FPGA功耗评估技术研究现状
    1.5 本文的研究内容和结构安排
2 面向FPGA的低泄漏功耗SRAM单元设计方法研究
    2.1 引言
    2.2 低功耗SRAM单元设计相关理论
        2.2.1 SRAM单元结构及其工作原理
        2.2.2 SRAM中泄漏电流成分及其减小技术
    2.3 低功耗SRAM单元设计相关研究及存在的问题
    2.4 面向FPGA的低泄漏功耗SRAM单元结构设计
        2.4.1 低泄漏功耗SRAM单元设计方法
        2.4.2 低泄漏功耗SRAM单元设计
    2.5 仿真实验与结果分析
        2.5.1 功耗和性能仿真及结果分析
        2.5.2 SRAM单元噪声容限分析及仿真
    2.6 基于新型SRAM单元的低功耗位翻转算法
        2.6.1 问题的提出
        2.6.2 低功耗位翻转算法
        2.6.3 实验与结果分析
    2.7 本章小结
3 面向FPGA的低功耗分区式多路选择器设计方法研究
    3.1 引言
    3.2 相关理论
        3.2.1 亚阈值电压及其影响因素
        3.2.2 阈值电压降低对功耗的影响
    3.3 反向体偏置技术
        3.3.1 体偏置技术的工作原理
        3.3.2 反向体偏置技术的工作原理
        3.3.3 反向体偏置技术存在的不足
    3.4 低功耗多路选择器设计相关研究及存在的问题
    3.5 面向FPGA的低功耗分区式多路选择器设计方法
        3.5.1 多路选择器内晶体管工作状态及其泄漏电流分析
        3.5.2 低功耗分区式多路选择器设计
    3.6 仿真实验与结果分析
    3.7 本章小结
4 低功耗岛式FPGA结构设计方法研究
    4.1 引言
    4.2 相关研究工作
    4.3 低功耗岛式FPGA结构设计与机理分析
        4.3.1 岛式FPGA结构
        4.3.2 低功耗岛式FPGA结构设计
        4.3.3 低功耗岛式FPGA结构工作机理分析
    4.4 仿真实验与结果分析
        4.4.1 实验方案
        4.4.2 实验结果及分析
    4.5 本章小结
5 基于FPGA内置RAM的低功耗寄存器堆设计方法研究
    5.1 引言
    5.2 FPGA中寄存器堆的传统设计方法
        5.2.1 寄存器堆的基本结构
        5.2.2 传统寄存器堆设计方法
    5.3 基于FPGA内置块RAM的低功耗寄存器堆设计
        5.3.1 FPGA内存储资源介绍
        5.3.2 基于资源优化配置的低功耗设计思路
        5.3.3 基于内置块RAM的低功耗寄存器堆设计
    5.4 仿真实验与结果分析
        5.4.1 实验方案
        5.4.2 功耗分析流程及分析工具
        5.4.3 实验结果及分析
    5.5 本章小结
6 面向FPGA的低功耗容错状态机设计方法研究
    6.1 引言
    6.2 相关工作
        6.2.1 有限状态机介绍
        6.2.2 低功耗有限状态机设计相关研究
        6.2.3 空间辐射效应及常用的容错技术
    6.3 面向FPGA的低功耗容错有限状态机设计
        6.3.1 低功耗容错状态机设计研究现状
        6.3.2 基于FPGA内置RAM的低功耗容错状态机设计
        6.3.3 系统可靠性分析
    6.4 仿真实验与结果分析
    6.5 本章小结
7 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 展望
参考文献
攻读学位期间主要的研究成果
致谢

(6)嵌入式系统低功耗优化技术在肺音信号处理中的应用(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 本课题的研究背景
    1.2 嵌入式系统低功耗优化技术的发展进程
    1.3 嵌入式系统低功耗优化技术的研究现状
        1.3.1 硬件层面的低功耗优化技术研究
        1.3.2 软件层面的低功耗优化技术研究
    1.4 主要研究内容
第2章 嵌入式系统低功耗优化的关键技术研究
    2.1 CMOS 电路的功耗特性
    2.2 DPM 技术和 DVS 技术
    2.3 源程序级低功耗优化
    2.4 算法级低功耗优化
    2.5 低功耗优化技术的具体应用
        2.5.1 微处理器 MPU 的低功耗优化
        2.5.2 存储系统的低功耗优化
        2.5.3 外围设备的硬件低功耗优化
    2.6 本章小结
第3章 肺音信号处理系统的低功耗优化
    3.1 肺音信号处理系统的总体框架
    3.2 微处理器模块及其相关电路的低功耗优化
        3.2.1 微处理器模块及其相关电路
        3.2.2 DSP 微处理器的低功耗优化
    3.3 存储系统的低功耗优化
        3.3.1 存储系统的组成与结构
        3.3.2 存储系统的低功耗优化
    3.4 外围设备的低功耗优化
        3.4.1 各外围设备的组成、特点、功能
        3.4.2 降低各外围设备的功耗
    3.5 本章小结
第4章 肺音信号处理系统低功耗优化的效果检验、分析与评估
    4.1 功耗测量方法的选择
    4.2 优化效果的检验
    4.3 优化效果的分析和评估
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢

(7)近阈值绝热电路设计研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
引言
1 绪论
    1.1 课题研的背和意
    1.2 耗集电路研状
    1.3 阈值术的绍意
    1.4 本论文的要作
2 阈值传统CMOS电路设计
    2.1 阈值术的用
    2.2 基于传统CMOS的时序组合电路设计
    2.3 本章结论
3 阈值绝热电路设计
    3.1 绝热电路原理析
        3.1.1 CPAL绝热逻辑结构
        3.1.2 CPAL逻辑电路耗模型
        3.1.3 改型CAL绝热逻辑电路结构
        3.1.4 改型CAL电路耗模型
        3.1.5 绝热电路传统CMOS电路的能耗较
    3.2 基于CPAL逻辑的绝热电路组合电路阈值设计
    3.3 基于CPAL逻辑的时序电路阈值术
    3.4 基于ICAL逻辑组合电路阈值设计
    3.5 本章小结
4 阈值绝热电路中的信号处理
    4.1 传统电路绝热电路的信处理
    4.2 本章小结
5 阈值状态下功耗减小技术研究
    5.1 绝热电路术设计
        5.1.1 ICAL电路
        5.1.2 CPAL电路
    5.2 阈值术的用
    5.3 本章小结
6 总结
参考文献
在学研究成果
致谢

(8)一种DSP处理平台的低功耗设计与实现(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
图表目录
第一章 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 CMOS 电路特性
        1.2.1 短路功耗
        1.2.2 动态功耗
        1.2.3 静态功耗
        1.2.4 电路其他指标
    1.3 论文主要研究内容
    1.4 论文组织结构
第二章 低功耗设计技术
    2.1 电路级功耗优化技术
    2.2 结构级低功耗设计技术
        2.2.1 流水线与并行结构
        2.2.2 电压岛与时钟门控
        2.2.3 全局异步局部同步
        2.2.4 选择合理的总线编码
    2.3 系统级功耗管理技术
        2.3.1 动态电压频率调节
        2.3.2 动态功耗管理
    2.4 现有功耗管理机制
        2.4.1 Windows 系统中的电源管理与 ACPI
        2.4.2 Linux 系统的功耗管理
    2.5 本章小结
第三章 处理平台的功耗优化设计
    3.1 C6678 芯片的功耗优化
        3.1.1 芯片功能分区
        3.1.2 工作频率的调整
        3.1.3 工作模式的控制
        3.1.4 处理核任务分配
        3.1.5 核心电压调整
    3.2 处理平台低功耗设计
        3.2.1 处理平台设计
        3.2.2 低速通信链路
        3.2.3 电源管理模块
        3.2.4 温度监测模块
    3.3 功耗优化软件设计
        3.3.1 CCS 与 SYS/BIOS 简介
        3.3.2 单节点功耗管理方案
        3.3.3 双节点功耗管理方案
    3.4 本章小结
第四章 功耗优化设计的测试与分析
    4.1 功耗、能耗评估环境
        4.1.1 监控原理
        4.1.2 监测模块设计
    4.2 测试与分析
        4.2.1 芯片级功耗优化机制测试
        4.2.2 单节点功耗管理软件测试
        4.2.3 板级低功耗机制测试
    4.3 低功耗机制的综合应用
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 论文总结
    5.2 进一步研究工作
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢

(9)嵌入式系统节能调度算法研究与设计(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究涉及的重要概念
    1.2 引发嵌入式系统节能降耗的原因
    1.3 嵌入式系统节能的有利因素
    1.4 嵌入式系统的功耗组成
    1.5 嵌入式系统的主要节能技术
    1.6 研究中用到的多核处理器模型
    1.7 本文的主要工作及结构安排
        1.7.1 本文的主要工作
        1.7.2 本文结构安排
第二章 任务和性能模式重排序技术
    2.1 研究背景
    2.2 电压转换时间和能量模型
        2.2.1 同时考虑电源电压和体偏置电压的电压转换开销模型
        2.2.2 仅考虑电源电压的电压转换开销模型
    2.3 降低双模多任务电压转换时间的算法
    2.4 模拟实验结果
    2.5 本章小结
第三章 具有动态电压调节能力的多核系统节能调度算法
    3.1 研究背景
    3.2 相关研究工作
    3.3 相关模型
        3.3.1 系统模型
        3.3.2 任务模型
        3.3.3 功耗和性能模型
    3.4 基于动态电压调节技术的节能调度算法
    3.5 模拟实验结果
    3.6 本章小结
第四章 具有动态电压调节和自适应衬底偏置能力的多核系统节能调度算法
    4.1 研究背景
    4.2 相关研究工作
    4.3 相关模型
        4.3.1 系统模型
        4.3.2 任务模型
        4.3.3 功耗和性能模型
    4.4 同时降低处理器动态和静态能量的算法
    4.5 模拟实验结果
    4.6 本章小结
第五章 同时降低通讯和处理器能量消耗的任务调度方法
    5.1 研究背景
    5.2 相关研究工作
    5.3 相关模型
        5.3.1 系统模型
        5.3.2 任务模型
        5.3.3 功耗和性能模型
    5.4 同时降低通讯和处理器能量消耗的任务调度方法
    5.5 模拟实验结果
    5.6 本章小结
第六章 结束语
    6.1 本文工作总结
    6.2 今后工作的展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和科研情况

(10)检索式数字水位数据采集系统的研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题的研究的背景和意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 课题的来源和主要研究内容
        1.3.1 课题的来源
        1.3.2 课题的主要研究内容
    1.4 论文总纲
第二章 检索式数字水位数据采集系统原理分析与总体设计
    2.1 检索式数字水位数据采集系统关键技术概述
        2.1.1 水位信息取样的基本理论
        2.1.2 检索式检测技术
    2.2 系统总体设计方案
        2.2.1 系统总体框图
        2.2.2 系统工作原理
        2.2.3 系统主要特点
    2.3 本章小结
第三章 检索式数字水位数据采集器嵌入式软硬件设计
    3.1 检索式数字水位数据采集器硬件设计
        3.1.1 智能变送器电路设计
        3.1.2 通信接口电路设计
        3.1.3 电源电路设计
        3.1.4 复位电路设计
        3.1.5 硬件可靠性设计
    3.2 检索式数字水位数据采集器嵌入式软件设计
        3.2.1 软件总体设计概述
        3.2.2 系统初始化子程序
        3.2.3 采样时钟发生子程序
        3.2.4 水位数据采集与处理子程序
        3.2.5 水位数据串行通信子程序
    3.3 本章小结
第四章 水位信息管理平台软件设计
    4.1 水位信息管理平台软件总体结构设计
    4.2 通信模块的程序设计
        4.2.1 MSComm控件
        4.2.2 通信的实现
    4.3 数据库管理模块程序设计
        4.3.1 数据库的创建
        4.3.2 数据库的访问
        4.3.3 数据库的报表的实现
        4.3.4 数据库维护与管理模块
    4.4 水位信息管理平台软件的运行
    4.5 本章小结
第五章 系统低功耗设计与测试
    5.1 系统低功耗分析
    5.2 系统低功耗途径探讨
        5.2.1 系统硬件层低功耗设计
        5.2.2 系统软件层低功耗设计
    5.3 系统测试
    5.4 本章小结
第六章 全文总结
    6.1 研究总结
    6.2 工作中的不足与下一步改进
    6.3 展望
参考文献
附录
致谢
研究生期间发表论文

四、CMOS电路的功耗分析与降耗措施(论文参考文献)

  • [1]基于H.265芯片的低功耗技术研究与物理设计[D]. 李宏意. 福州大学, 2019
  • [2]一种绿色节能的AC-DC开关电源芯片的设计[D]. 汪锋刚. 东南大学, 2017(04)
  • [3]基于ZYNQ-7000的动态电源管理研究[D]. 谢岭. 哈尔滨工业大学, 2017(02)
  • [4]网络设备功耗管理架构与节能策略研究[D]. 杨光. 北京邮电大学, 2016(04)
  • [5]FPGA低功耗设计相关技术研究[D]. 李列文. 中南大学, 2014(12)
  • [6]嵌入式系统低功耗优化技术在肺音信号处理中的应用[D]. 李小进. 哈尔滨理工大学, 2014(07)
  • [7]近阈值绝热电路设计研究[D]. 陈麒. 宁波大学, 2013(08)
  • [8]一种DSP处理平台的低功耗设计与实现[D]. 李孛. 中国舰船研究院, 2013(12)
  • [9]嵌入式系统节能调度算法研究与设计[D]. 王颖锋. 西安电子科技大学, 2010(04)
  • [10]检索式数字水位数据采集系统的研究[D]. 王辉. 太原理工大学, 2008(10)

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CMOS电路的功耗分析及降低功耗的措施
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