林胜楠，梁利平

（1.中国科学院 微电子研究所，北京 100029；2.中国科学院大学，北京 100049）

理论上电路的最佳运行电压-频率工作点取决于当前的运行环境，包括随着芯片的集成温度、压降、老化、工艺差等，然而，芯片在设计阶段就要考虑最坏情况下的运行条件，因此，设计人员往往在芯片设计阶段，为了保证芯片的正常运行，使得最坏情况下依然能够正常运行，留有较大的电压余量[1]，造成功耗的浪费。自适应电压调节（Adaptive Voltage Scaling，AVS）技术可以显著压缩电压余量，被广泛研究。文献[2-5]介绍了基于Razor 结构的AVS 系统。文献[6]提出了一种基于可调复制电路（Tunable Replica Circuit，TRC）来监测电路温度以及老化，TRC 触发AVS 调节系统，电路运行时根据需要动态调整供电电压，以保持在最小电压下功能正常。文献[7]将可配置的延时链用于数字低压差线性稳压器(DLDO)设计中，减少在电压发生下过冲时产生的功能异常。文献[8-12]也评估了拟合延时链技术应用于自适应电压调节系统的可行性。

1 AVS系统设计

1.1 电压对延时和功耗的影响

大多数的应用程序并不是总要求电路的频率处于最高状态，随着处理器频率的降低，电源电压也可以降低。电压与功耗以及延时的关系如式（1）、（2）[13]。当电路的频率降低时，其电压也可以降低，动态功耗与频率以及电压的二次方成正比，所以当频率和电压都降低时，功耗以三次方的速度降低，但是随着频率的降低，完成一项任务的时间增加，所以完成一项任务所需的总能耗以二次方的速度降低。故可知降低电压对能耗的降低是非常有效的。……