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对于便携式设备来说，由于其电池供电的特性，其发展受到了能耗的制约。由于设备中电池容量的提升在短时间内很难取得突破，人们便将目光更多的投向了低功耗的元器件，期望在提升产品性能的同时，将功耗降至最低。具有超低功耗的微控制器能够满足人们对于便携设备小体积、高性能和低功耗的多重要求。 本文主要首先介绍了低功耗设计方法，重点讨论了RTL级和系统级低功耗设计技术。随后文中阐述了基于SMIC0.18μmCMOS工艺，采用普通低功耗方案A所设计的一款低功耗架构微控制器。低功耗方案A基于SMIC0.18μmCMOS工艺的标准单元库，主要通过功耗管理单元(PowerManagementUnit，PMU)来实现微控制器的低功耗管理。经过PrimeTimePX(PTPX)仿真，采用低功耗方案A的微控制器最低待机功耗达到了13.654μA。经过对此微控制器待机功耗的分析和优化，文中随后阐述了在SMIC0.18μmCMOS工艺下能够达到极低待机功耗的超低功耗方案B。在方案B中，根据微控制器工作的不同场景设计了Sleep、Stop、Standby和ShutOff四种低功耗模式。为了达到极低的待机功耗，方案B的Standby模式和ShutOff模式采用定制的逻辑单元实现，并划分在两个独立的电源域中，由片外电源直接供电，为微控制器提供低功耗状态的控制。方案B的低功耗管理单元中同时集成了时钟网络管理单元、复位网络管理单元等模块，共同实现对微控制器的低功耗控制。 论文的最后提供了一系列的功能测试和功耗测试结果。采用超低功耗方案B的微控制器，经过VCS结合MVTools的功能仿真验证，其功耗管理单元的功能是正确的;经过PrimeTimePX工具的仿真，系统最低待机功耗模式(ShutOff模式)下达到了25.55nA的待机功耗，在系统次低待机功耗模式（Standby模式）下达到了1.516μA的待机功耗。