电子电路低功耗设计办法研究

周翔宁

摘 要 电子电路是现代电子设备中一项重要内容，其对于电子设备的性能，以及在具体应用过程中的功耗都会产生影响，因此，人们加强了对电子电路设计的研究。低功耗是现代电子电路设计的一项重点内容，本文针对电子电路低功耗设计办法进行全面分析，希望文中内容对相关工作人员，以及整个行业的发展都可以有所帮助。

关键词 电子电路;集成电路;电路设计;低功耗

电子信息技术的不断发展，出现了大量先进的微型电子设备，这也使电池供电电路不断兴起，特别是智能手机、平板电脑中的电子电路十分典型。同时这也为便携式仪器的发展的指明了方向，低功耗的电子电路成为现在电子电路设计研究的主要方向。

1电子电路概述

所谓电子电路指的就是电子器件和有关无线电元件构成的电路。电子电路中主要包括放大、振蕩、检波、调制电路，其在各种电子设备中都得到了广泛应用。

电子电路能够将复杂的电子产品内部以直观、简洁的方式呈现，这能够使电子产品安装、调试、检修工作人员能够快速掌握电子产品结构，以及其运行时的原理，从而能够在电子电路图的具体指示下，完成各项工作[1]。

从目前电子行业的整体发展情况来看，电子电路在设计时，要将设计重点放在低功耗，通过合理设计，提高电子电路性能，减少其在应用期间的功耗，从而提高电子产品性能，使其能够满足现代人们的应用需求。

2电子电路低能耗设计

2.1 异步电路设计

科技的飞速发展使集成电路元件体积逐渐变小，同时，电子设备中采用的单个芯片集成能力不断提高，这在一定的程度上加大了开发集成电路的困难程度。在该大背景下，异步集成电路在具体应用过程中优势变得更加显著，例如，高性能、简单、功耗低的模块设计等。同步电路在实际应用该器件，利用统一时钟完成相应控制，而时钟管理会增加功耗量[2]。而对于异步电路来说，其在应用时不需要采用统一的时钟完成对电路的具体运行情况进行管理，因此，电路运行时功耗相对较低。除此之外，由于在电子电路中不存在时钟驱动器，而是利用任务驱动异步电路，在没有任务时，可以采取自动方式进行关闭，这可以减少功耗。同步电路与异步电路相比，前者最大始终频率要对应最大逻辑延迟，这也就导致电子电路在运行时无法全面利用系统性能，而异步电路则未采用全局时钟，通过对握手信号链进行应用，完成对不同模块间各项工作开展的协调，这能够最大程度降低了异步电路在运行时的功耗[3]。

2.2 门级层面设计

（1）提取公因子。提取逻辑表达式中公因子是简化逻辑网络，降低最终设计电子电路实现成本的一种常见措施。例如，针对一个函数来说，利用变形或简化方式最终得到多个不同的接收表达式，可见，针对统一函数，可以采取不同逻辑结构实现。虽然，不同逻辑结构在实现的时间和面积上不会存在较大改变，但是，受输入信号反相率不同影响，也会导致功率出现较大变化。由此可见，在进行电子电路设计时，对于高速旋转信号的控制来说，负载应尽量小，简单来说，在条件允许情况下，各项信号要尽量靠近输出端[4]。设计电子电路时，要全面、正确掌握各个信号活动性，而且要依据每个信号活动性，提取公因子，将电子电路中每一个信号都科学排序到电子电路的各个位置上。

（2）优化门尺寸。针对门尺寸的优化来说，基本思路就是适当减小路径非关键网关尺寸，通过这一方式，降低电子电路在运行时的功耗。若设计的电子电路性能在运行时性能不会受到限制，则可以减小电子电路中所有门的尺寸，进而达到降低功耗的目的。在具体设计时，依据路径线性化时间约束，然后通过对线性方程进行求解方式，得到整个电子电路的最佳解。因为选择了低带宽模块，这会降低电平转换时的速度，进而增加短路电流，这一问题的存在，对门尺寸的优化造成了一定限制[5]。此外，我们可以从最小门入手，逐渐增加关键路径，最终采用门大小应以满足限制要求，而且处于最小化通道切换为标准。

2.3 设计结构层面

（1） 门控时钟。电子电路中的同步设计功耗主要来自时钟。对于时钟信号来说，其通常要驱动一棵大时钟树，而这也会导致时钟树发生不必要翻转。如果电子电路在运行期间，其中的某一部分处于执行无用计算或待机模式时，此时，电子电路电路中供电时钟信号则会成为一个无效信号，这能够降低时钟驱动器在运行中的功耗，而从整体情况来看，随着范围的增大，电子电路功耗在运行时功耗减小则更加明显。

（2） 状态分配。有限状态机在具体应用时，其状态分布会影响最终逻辑实现区域，人们在对电子电路状态分配进行研究时，提出采取两级或更多级逻辑，这是最小面积编码的一项关键技术，通过对该项技术应用，可以最大程度减少电子电路运行时的功耗。常用方法就是将相关状态码科学的分配给状态编码，进而最大程度减少因为状态转换，从而导致电路出现的各种不同活动。此为，为了合理减少组合有效状态机在运行期间功耗，改变传统编码方案中应用的各项目标函数，同时，要全面考虑组合方案的整体复杂情况，减少功耗。

3结束语

对于电子设备的电子电路来说，在设计时，降低功耗的方法有很多，在具体设计时，可以从不同层面入手，在确保电子电路设计合理基础上，降低功耗量，提高电子电路性能，使其能够满足应用需求。

参考文献

[1] 杨媛媛.船舶电力系统低功耗电子电路故障准确获取系统[J].舰船科学技术，2019，41（16）：79-81.

[2] 党红云.关于超低功耗集成电路技术的分析[J].河南科技，2019（20）：36-37.

[3] 付贝贝，朱向冰，金慧敏.极低功耗待机电路的研制[J].微型机与应用，2017，36（24）：19-21.

[4] 张帆.一种低功耗数字集成电路自检电路设计方法[J].科技经济导刊，2017（16）：76，72.

[5] 叶珍华，杨海钢，李凡阳，等.大电容负载下的高速、低功耗动态摆率增强电路研究[J].微电子学与计算机，2012，29（12）：75-79.