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近年来,随着消费市场对医疗电子芯片、可穿戴设备、物联网等极低功耗应用的需求激增,使得电路设计的低功耗特性逐步取代电路的高性能特性,成为电子电路芯片设计的首要目标。标准单元作为电路实现的基础,是底层电路与上层设计之间的桥梁。研究表明,近阈值电压下电路的能效最高,然而,近阈值电压下标准单元的各项性能恶化甚至不能工作,限制了低功耗电路系统的设计,因此,设计出在近阈值电压下稳定工作的标准单元库是高性能低功耗电路设计的前提。为支持高性能低功耗微处理器芯片的设计实现,我们设计了一套在近阈值电压下稳定工作的标准单元库,在这套近阈值标准单元的设计过程中,形成了一定的近阈值标准单元设计方法:通过深入分析近阈值电压下的晶体管特性和标准单元特性,并结合标准单元在电路系统中的应用环境,搭建了近阈值电压下进行标准单元设计的仿真环境;针对标准单元的电路设计,形成了根据单元特征结构确定单元电路尺寸的尺寸设计方法,并用于本次标准单元的尺寸设计。近阈值标准单元库是近阈值电路实现的基础,本文针对近阈值标准单元库进行了深入的研究分析,基于SMIC 55 nm CMOS工艺,完成了一套标准单元库的设计,包括电路设计常规逻辑单元与电源管理单元,共计35种单元类型,146个单元数量,所有单元都能在0.6V电源电压,-40至125摄氏度的宽温度范围下稳定工作,能承受10%VDD的噪声影响。相较商用标准单元库,对基准测试电路ISCAS’85和ISCAS’89验证结果表明,本次设计的标准单元库对组合逻辑电路和时序逻辑电路的性能分别提升了16.73%和32.57%。采用设计的标准单元库完成微处理器电路系统的实现表明,设计的这套标准单元库与主流芯片设计EDA工具兼容,对微处理器电路系统的功耗分析结果表明,相较采用商用标准单元库实现的微处理器,采用本次设计的标准单元库使微处理器电路系统的功耗降低了46.76%。