超低功耗集成电路技术探究

翟晓斌

【摘 要】集成电路技术就是应用某种技术将电路中的几个晶体管、电容、电阻等元件连在一块或者是几块半导体晶片上的微型电子技术。 集成电路减小了电子元件的体积、智能性较高、同时拥有较高的可靠性，在众多的行业中有着非常重要的应用，尤其是在电子设备方面。随着电子技术的发展以及能源紧缺问题的突出，集成电路的功耗问题成为了集成电路技术中的一大挑战，功耗问题严重制约着电子技术的发展，本文重点对超低功耗集成电路技术进行了探究。

【关键词】超低功耗；集成电路；探究

集成电路技术早在二十世纪五十年代就已经出现并且得到不断地发展，目前已经进入纳米量级的研究阶段，该项技术主要涉及到芯片的设计与制造等。集成电路是一个整体，因此造成集成电路功耗的因素有很多，主要是在电路运行的过程中各个元件发热及做功造成能量的损耗。电子技术高度发展，集成电路包含的电子元件繁多，在半导体晶片紧密的排列，降低集成电路的功耗困难程度较高，需要从不同的方面研究。

一、超低功耗集成电路技术

（一）超低功耗集成电路技术的概念

超低功耗集成电路技术就是综合集成电路的功率损耗因素采用适当的电路结构、材料、系统将集成电路的功耗降到最低，实际上只能尽可能的降低集成电路功耗，不可能将功耗降到最低，所谓的最低只是相对的。

（二）集成电路功耗分析

集成电路的功耗指的是在电子设备的运行过程中，集成电路系统中各个元件的输入功率与输出功率差值的总和。集成电路在运行过程中元件的发热以及做功是引起集成电路功耗的主要因素，此外当集成电路系统中的线路设计、基底技术、电流、电压等发生不良反应以及电路内部和外部的环境变化都会造成集成电路的功耗[1]。

二、超低功耗集成电路的设计技术

引起集成电路功耗的因素较多，集成电路的元件排列又非常的密集，降低集成电路功耗是当前研究集成电路技术的一大核心问题，主要从以下几个方面分析超低功耗集成电路的设计技术。

（一）电路硬件设施

电路硬件设施主要指的是电源硬件，根据相关的物理知识可以得知供电电源的电压越高，集成电路功耗就越大，即集成电路的功耗与供电电源电压成正比，因此电路硬件设施是影响集成电路功耗的一大因素。在设计集成电路，选择供电电源时要保证其电压尽可能的低，应用额定电源供电与动态技术对供电电源的有效输入电压进行控制，最大程度的降低集成电路功耗。若是采用的电源电压过高会增加集成电路的功耗，还会损伤设备的硬件，缩短使用寿命；低电压电源供电不仅能够降低集成电路功耗而且可以延长设备的使用寿命[2]。

（二）电路材料

集成电路中包含众多的电子元件，电子元件的制备材料也多种多样，在集成电路的运行过程中电子元件会发热或者是对外做功造成集成电路的能量损耗。不同的电路材料会因为电阻等固有性质的差异在产生的热量方面存在差异，电路材料影响着集成电路的发热状况，选择合适的电路材料是降低集成电路功耗的关键。在制备电子元件的过程中必须严格的对材料的发热状况进行检测并核查材料的功耗状况，尽可能的选取性能优良且发热少的低功耗集成电路材料，减少电子元件的发热造成的集成电路功耗。

（三）系统功耗控制

集成电路系统在运行的过程中会出现加载和等待的过程，这一过程也会造成功率的损耗；集成电路在不工作的状况之下也存在部分电路运行产生功率损耗。在设计集成电路程序的时候需要考虑系统的硬件与软件的特点，优化系统运行中的加载和等待过程。在设计软件的时候本着尽可能降低软件运行中功率损耗的原则，集成电路系统进入非工作状态时，保证部分电路处于低功率损耗的休眠状态，用的时候随时唤醒，不用的时候能够关闭，降低因系统程序运行而产生的集成电路功耗[3]。除此之外可以在外部添加合适的电源开关来降低软件程序运行中产生的功率损耗，通过控制不同的电源开关实现不同状态下部分电子元件的运行或终止，但是人为的控制电源开关比较麻烦，实际生活中一般用软件自动的控制集成电路系统运行中各元件的工作状态。

（四）集成电路元件排列

电子技术高度发展，集成电路的组成越来越复杂，集成电路中的电子元件排列紧密，系统运行过程中电子元件会发热，电子元件之间的排列方式会影响电子元件因发热造成的功率损耗。在集成电路的设计过程中不仅要考虑电路元件的材料也要考虑电路元件的排列方式，通过合理的排列电路元件减少电路元件的发热量，从而达到降低集成电路功率损耗的目的。

三、超低功耗集成电路技术的发展前景

目前能源紧缺的情况下，超低功耗集成电路技术是发展集成电路的核心技术，集成电路的组成复杂给相关技术人员带来巨大的挑战，在集成电路的设计过程中不仅要考虑集成电路的功能还需考虑集成电路的功耗问题。超低功耗集成电路技术的研究人员要运用现有的信息资源对该技术做出创新，推动集成电路技术的发展，超低功耗集成电路技术的发展同时会带动信息存储、互联网技术等行业的迅速发展，应用前景广泛。

四、结语

功耗问题是当前制约集成电路技术向前发展的核心问题，超低功耗集成电路技术从电路结构、空间布局、系统功耗、集成电路材料等方面降低集成电路的功率损耗。本文主要从电路的硬件设施、电路材料、系统功率控制、集成电路元件排列方面探究了超低功耗集成电路的设计技术，影响集成电路功耗的因素比较复杂，除本文探究的系统设计、元件材料外还有众多相关方面，需要进一步的分析影响因素，发展超低功耗集成电路技术。

【参考文献】

[1]纪宁.超低功耗集成电路技术研究[J].电力系统裝备，2018，（6）：118，171.

[2]许可敬.浅析超低功耗集成电路技术[J].科技资讯，2018，（2）：71-72.

[3]孙伟业.超低功耗集成电路技术研究[J].环球市场，2016，（22）：181.