屈宝丽

（西安交通工程学院，陕西西安 710300）

随着物联网(IoT)应用的进步和移动设备的不断扩展，能源消耗已成为集成电路设计的主要关注焦点。虽然物联网应用涵盖了从可穿戴设备、智能房屋、汽车设备、智能仪表到检测工具等一系列产品，但超过50%的市场都以电池驱动设备为主[1-2]。与无限供电的设备不同，这些移动电池驱动的设备需要在不充电的情况下长时间运行，因此需要极低的功耗。

低功耗的需求通常与性能的显著下降有关，这在某些应用中是可以接受的。然而，大多数便携式物联网设备必须在应用程序动态定义的广泛频率范围内运行。在许多情况下，物联网芯片有两种操作模式：①低性能模式，设备大多时间处于深度睡眠模式；②高性能模式，设备从环境中收集、计算和传输数据。

一些文献介绍了集成动态电压频率调制的最新IC 解决方案[3-4]，允许电压适应频率要求。在芯片（SoC）上设计复杂且成本高效的系统，既能支持低功耗运行，又能可靠地适应不同的环境条件[5-7]。但是，传统的SoC 使用0.9～1.8 V 范围的电源电压，不适合物联网应用。

在亚阈值和近阈值区域中的低电压操作有利于显著降低能量耗散[8-9]。然而，电源的减少伴随着许多问题，特别是在大规模生产设计中。与频率降低相关的低电压不适合所有工作模式，因此需要自适应电压控制机制。

近十年来，随着超低电压芯片的成功应用，亚阈值和近阈值电路在研究界受到了广泛关注[10-12]。虽然先前的研究证明，超低电压芯片显著降低了功耗，但并没有提出适合大规模生产的完整的MCU SoC 解决方案。……