關于超低功耗集成電路技術的分析

黨紅云

摘 要：本文以集成電路的特點與功耗情況為研究的出發點，簡要介紹了超低集成電路的含義，欲通過優化與完善集成電路設計，達到對超低功耗集成電路原理進行探究與分析的目的。同時，闡述了超低功耗的未來發展方向，該電路技術對各類電子設備的發展與運用具有重要的作用。

關鍵詞：超低功耗;集成電路;技術分析

中圖分類號：TN40 文獻標識碼：A 文章編號：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

隨著我國集成電路技術的快速發展，集成電路自身的信息分析能力也有了較大提升，研究超低功耗集成電路板成為社會關注的焦點，這種趨勢正在無形中引導著電子設備設計者將更多的精力投入到電路基本性能和超低功耗的研究上。在電子元素納米化發展的過程中，人們逐漸發現，要想真正實現超低功耗技術，就必須以集成電路技術為基礎，因此超低功耗集成電路技術必然影響電路的發展。

1 集成電路概述

1.1 集成電路的概念

作為半導體領域的新型電路設計技術，集成電路也是一種電子元件集成技術，各類電子設備需要有效運用微型電子零部件[1]。在這一過程中，運用的集成電子元件技術就是集成電路，該技術將各類晶體管、電阻、電感以及電容等電路設備需要的一系列電子元件進行布線和統一銜接，從而在一塊或者多塊電路板中集中有效固定多樣化元件，進而形成電子設備的微電路結構。該技術通過有效組合多個集成電路，形成共同運行的整體電路，確保電子設備具有體積小、功率消耗低、容量高等優點。當前，集成電路多運用在電路板中，其具有使用壽命長、重量和體積小、性能高以及成本低等特點，特別適合大規模批量生產，因此廣泛應用于工業電子設備和計算機設備中。近年來，國家為了加快集成電路產業的發展，從研發投入、財政扶持、培養人才和資本市場等方面不斷加大扶持力度。

1.2 集成電路的功耗

集成電路是一種微型的電子器件或部件，內部結構復雜、整體性較強，往往會因為線路設置、電流電壓、基底技術以及運行環境等因素出現故障，使相關功能無法發揮，影響生產效率[2]。例如，電路元件和負載器件等元器件一旦出現問題，不僅會帶來極大的負面影響，還會引發多余的功率消耗。正常的模擬試驗可以測試出電流與電壓的實際阻抗功耗，因為內外電壓的充電放電現象，集成電路的實際運用期間容易出現狀態轉移和功率消耗的現象。因此，在實際操作過程中，人們要著重關注有源、無源電流乘積，并對偏置電流和漏電電流進行有效分析和檢測。

1.3 超低功耗集成電路

超低功耗集成電路主要是指在集成電路的前提下有效降低功耗，實現電路整體功耗最小化的目標。當前，工業應用的集成電路都是以超低功耗和有效降低電路功耗為主要目標，因此就需要選用適宜的集成電路結構、功耗、材料及系統，盡量做到集成電路功耗最低化。相較于集成電路功耗，超低功耗集成電路則是其中一部分。

2 超低功耗集成電路設計

集成電路的有效設計是低功耗集成電路高效運轉的前提，集成電路的優化可以使集成電路達到低功耗的狀態。集成電路在單位時間內消耗的能源就是功率消耗，人們要有效設計低功耗集成電路。一是有效控制電源電壓，通過相應的試驗操作獲得最佳狀態的電源電壓，以有效降低功率消耗。但是，人們不能無限通過電壓降低功耗，需要制定適宜的解決方案，優化電路結構，但是其影響因素較多，如系統兼容性。二是有效縮減節點電平轉換頻率和節點復雜電容，它是一種常用的優化思路。這一思路具有廣闊的應用空間和極高的研究開發價值，如研發更為適宜的算法程序、有效劃分結構、優化邏輯結構等，這些都可以作為研究與開發的突破口。集成電路設計的第一步是明確主要設計目標和集成電路的主要功能，因此在功能確定的前提下，要有效縮減算法操作，優化程序，這一方法具有極強的可行性。

集成電路系統是優化控制的重要環節，對其進行優化可以有效降低功耗。其間，控制對象主要是信號，將大的STG合理劃分為小型STG，有效減少狀態數據，之后基于狀態轉移概率，對其進行重新安排和控制。如果狀態轉移概率較大，要盡量降低編碼時的布爾間距，有效減少轉換電容，達到降低功率消耗的目標，確保其滿足相應的集成電路標準要求。

資源優化配置方面，電容在集成電路中的有效轉換分為三部分，即驅動單元、寄存器和連線三部分，這三個部分資源的分配合理性會顯著影響轉換電容，即影響集成電路的消耗功率。其間要合理控制寄存器之間的距離，避免連線過長，同時可以有效運用替換寄存器，降低功能消耗。

結構優化方面，人們要有效控制電源電壓，以實現超低功耗。人們要依據這一思路，優化結構，有效縮減轉換電容次數。電路存在延時現象，使部分節點位置出現毛刺，使轉換電平負擔不斷加大，因此它可以叫作毛刺功耗。在相應的解決方案中，平衡操作通路是極為關鍵的操作環節。首先要明確樹型結構的優勢高于鏈型結構，可以降低功率消耗，但是樹型結構的運行需要消耗大量寄存器，使得電路負擔加大。因此，在實際操作過程中，人們需要綜合考慮，以獲得優質的電路結構。其次，可以重復使用操作方法，以減少面積、節省資源，提升轉換電容頻率。人們要明確臨界點，確保功能消耗最小化，從而實現結構優化的目標。

3 我國超低功耗集成電路技術的未來發展方向

現階段，我國電子設備電路研發的主要方向就是超低功耗集成電路，超低功耗集成電路在未來的發展中仍然面臨機遇和挑戰，在保障電路高性能操作的基礎上，設計人員要拓展電路設計知識，有效創新，合理設計超低功耗集成電路，為電路可持續發展奠定堅實基礎。目前，我國很多企業大力應用超低功耗集成電路技術，不斷進行技術創新，為電子設備的長遠發展提供了技術保障。

4 結語

超低功耗集成電路設計具有較強的綜合性，因此本文深入、全面地分析了集成電路的構造和功耗。人們要合理選擇和設計集成電路的材料、結構與系統功耗，保證其耗能與性能的均衡性，科學控制電源電壓，推動超低功耗集成電路技術進步，促進信息技術產業轉型升級，使信息技術與電路行業同步發展。

參考文獻：

[1]吳桉倫.中西方集成電路技術發展的差異、原因及對策建議[J].科技與創新，2014（2）：32.

[2]朱瑞.關于超低功耗集成電路技術的分析[J].儀器儀表用戶，2019（9）：21.