周翔寧

摘 要 電子電路是現(xiàn)代電子設(shè)備中一項(xiàng)重要內(nèi)容，其對(duì)于電子設(shè)備的性能，以及在具體應(yīng)用過程中的功耗都會(huì)產(chǎn)生影響，因此，人們加強(qiáng)了對(duì)電子電路設(shè)計(jì)的研究。低功耗是現(xiàn)代電子電路設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容，本文針對(duì)電子電路低功耗設(shè)計(jì)辦法進(jìn)行全面分析，希望文中內(nèi)容對(duì)相關(guān)工作人員，以及整個(gè)行業(yè)的發(fā)展都可以有所幫助。

關(guān)鍵詞 電子電路;集成電路;電路設(shè)計(jì);低功耗

電子信息技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了大量先進(jìn)的微型電子設(shè)備，這也使電池供電電路不斷興起，特別是智能手機(jī)、平板電腦中的電子電路十分典型。同時(shí)這也為便攜式儀器的發(fā)展的指明了方向，低功耗的電子電路成為現(xiàn)在電子電路設(shè)計(jì)研究的主要方向。

1電子電路概述

所謂電子電路指的就是電子器件和有關(guān)無線電元件構(gòu)成的電路。電子電路中主要包括放大、振蕩、檢波、調(diào)制電路，其在各種電子設(shè)備中都得到了廣泛應(yīng)用。

電子電路能夠?qū)?fù)雜的電子產(chǎn)品內(nèi)部以直觀、簡潔的方式呈現(xiàn)，這能夠使電子產(chǎn)品安裝、調(diào)試、檢修工作人員能夠快速掌握電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，以及其運(yùn)行時(shí)的原理，從而能夠在電子電路圖的具體指示下，完成各項(xiàng)工作[1]。

從目前電子行業(yè)的整體發(fā)展情況來看，電子電路在設(shè)計(jì)時(shí)，要將設(shè)計(jì)重點(diǎn)放在低功耗，通過合理設(shè)計(jì)，提高電子電路性能，減少其在應(yīng)用期間的功耗，從而提高電子產(chǎn)品性能，使其能夠滿足現(xiàn)代人們的應(yīng)用需求。

2電子電路低能耗設(shè)計(jì)

2.1 異步電路設(shè)計(jì)

科技的飛速發(fā)展使集成電路元件體積逐漸變小，同時(shí)，電子設(shè)備中采用的單個(gè)芯片集成能力不斷提高，這在一定的程度上加大了開發(fā)集成電路的困難程度。在該大背景下，異步集成電路在具體應(yīng)用過程中優(yōu)勢(shì)變得更加顯著，例如，高性能、簡單、功耗低的模塊設(shè)計(jì)等。同步電路在實(shí)際應(yīng)用該器件，利用統(tǒng)一時(shí)鐘完成相應(yīng)控制，而時(shí)鐘管理會(huì)增加功耗量[2]。而對(duì)于異步電路來說，其在應(yīng)用時(shí)不需要采用統(tǒng)一的時(shí)鐘完成對(duì)電路的具體運(yùn)行情況進(jìn)行管理，因此，電路運(yùn)行時(shí)功耗相對(duì)較低。除此之外，由于在電子電路中不存在時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器，而是利用任務(wù)驅(qū)動(dòng)異步電路，在沒有任務(wù)時(shí)，可以采取自動(dòng)方式進(jìn)行關(guān)閉，這可以減少功耗。同步電路與異步電路相比，前者最大始終頻率要對(duì)應(yīng)最大邏輯延遲，這也就導(dǎo)致電子電路在運(yùn)行時(shí)無法全面利用系統(tǒng)性能，而異步電路則未采用全局時(shí)鐘，通過對(duì)握手信號(hào)鏈進(jìn)行應(yīng)用，完成對(duì)不同模塊間各項(xiàng)工作開展的協(xié)調(diào)，這能夠最大程度降低了異步電路在運(yùn)行時(shí)的功耗[3]。

2.2 門級(jí)層面設(shè)計(jì)

（1）提取公因子。提取邏輯表達(dá)式中公因子是簡化邏輯網(wǎng)絡(luò)，降低最終設(shè)計(jì)電子電路實(shí)現(xiàn)成本的一種常見措施。例如，針對(duì)一個(gè)函數(shù)來說，利用變形或簡化方式最終得到多個(gè)不同的接收表達(dá)式，可見，針對(duì)統(tǒng)一函數(shù)，可以采取不同邏輯結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。雖然，不同邏輯結(jié)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)的時(shí)間和面積上不會(huì)存在較大改變，但是，受輸入信號(hào)反相率不同影響，也會(huì)導(dǎo)致功率出現(xiàn)較大變化。由此可見，在進(jìn)行電子電路設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于高速旋轉(zhuǎn)信號(hào)的控制來說，負(fù)載應(yīng)盡量小，簡單來說，在條件允許情況下，各項(xiàng)信號(hào)要盡量靠近輸出端[4]。設(shè)計(jì)電子電路時(shí)，要全面、正確掌握各個(gè)信號(hào)活動(dòng)性，而且要依據(jù)每個(gè)信號(hào)活動(dòng)性，提取公因子，將電子電路中每一個(gè)信號(hào)都科學(xué)排序到電子電路的各個(gè)位置上。

（2）優(yōu)化門尺寸。針對(duì)門尺寸的優(yōu)化來說，基本思路就是適當(dāng)減小路徑非關(guān)鍵網(wǎng)關(guān)尺寸，通過這一方式，降低電子電路在運(yùn)行時(shí)的功耗。若設(shè)計(jì)的電子電路性能在運(yùn)行時(shí)性能不會(huì)受到限制，則可以減小電子電路中所有門的尺寸，進(jìn)而達(dá)到降低功耗的目的。在具體設(shè)計(jì)時(shí)，依據(jù)路徑線性化時(shí)間約束，然后通過對(duì)線性方程進(jìn)行求解方式，得到整個(gè)電子電路的最佳解。因?yàn)檫x擇了低帶寬模塊，這會(huì)降低電平轉(zhuǎn)換時(shí)的速度，進(jìn)而增加短路電流，這一問題的存在，對(duì)門尺寸的優(yōu)化造成了一定限制[5]。此外，我們可以從最小門入手，逐漸增加關(guān)鍵路徑，最終采用門大小應(yīng)以滿足限制要求，而且處于最小化通道切換為標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)層面

（1） 門控時(shí)鐘。電子電路中的同步設(shè)計(jì)功耗主要來自時(shí)鐘。對(duì)于時(shí)鐘信號(hào)來說，其通常要驅(qū)動(dòng)一棵大時(shí)鐘樹，而這也會(huì)導(dǎo)致時(shí)鐘樹發(fā)生不必要翻轉(zhuǎn)。如果電子電路在運(yùn)行期間，其中的某一部分處于執(zhí)行無用計(jì)算或待機(jī)模式時(shí)，此時(shí)，電子電路電路中供電時(shí)鐘信號(hào)則會(huì)成為一個(gè)無效信號(hào)，這能夠降低時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器在運(yùn)行中的功耗，而從整體情況來看，隨著范圍的增大，電子電路功耗在運(yùn)行時(shí)功耗減小則更加明顯。

（2） 狀態(tài)分配。有限狀態(tài)機(jī)在具體應(yīng)用時(shí)，其狀態(tài)分布會(huì)影響最終邏輯實(shí)現(xiàn)區(qū)域，人們?cè)趯?duì)電子電路狀態(tài)分配進(jìn)行研究時(shí)，提出采取兩級(jí)或更多級(jí)邏輯，這是最小面積編碼的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，通過對(duì)該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用，可以最大程度減少電子電路運(yùn)行時(shí)的功耗。常用方法就是將相關(guān)狀態(tài)碼科學(xué)的分配給狀態(tài)編碼，進(jìn)而最大程度減少因?yàn)闋顟B(tài)轉(zhuǎn)換，從而導(dǎo)致電路出現(xiàn)的各種不同活動(dòng)。此為，為了合理減少組合有效狀態(tài)機(jī)在運(yùn)行期間功耗，改變傳統(tǒng)編碼方案中應(yīng)用的各項(xiàng)目標(biāo)函數(shù)，同時(shí)，要全面考慮組合方案的整體復(fù)雜情況，減少功耗。

3結(jié)束語

對(duì)于電子設(shè)備的電子電路來說，在設(shè)計(jì)時(shí)，降低功耗的方法有很多，在具體設(shè)計(jì)時(shí)，可以從不同層面入手，在確保電子電路設(shè)計(jì)合理基礎(chǔ)上，降低功耗量，提高電子電路性能，使其能夠滿足應(yīng)用需求。

參考文獻(xiàn)

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[4] 張帆.一種低功耗數(shù)字集成電路自檢電路設(shè)計(jì)方法[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2017（16）：76，72.

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