伴随着半导体产业的快速发展,芯片的集成度越来越高,由此产生的功耗问题也越来越突出。与此同时,各种便携设备飞速发展也对产品的续航能力提出了高要求。遗憾的是,电池技术却没有跟上电路技术的发展步伐,因此设计高效的电源管理方案已经迫在眉睫。自适应电压调节AVS技术采用实时的闭环电压调节方式,使得负载芯片的能耗大幅降低。本文首先分析了数字电路的功耗来源,阐述了降低负载芯片能耗的有效方法。然后介绍了当前热门的一些电源管理技术,包括动DPM策略、DVS技术以及AVS技术,并对AVS技术的突出特点进行了分析说明。在AVS技术的不同实现方式中,基于负载关键路径拟合的AVS硬件开销小、调节精度高,是一种较理想的AVS技术实现方式。随着工艺线宽减小,互连线延时变得越来越不可忽视,而传统的关键路径拟合只考虑到了逻辑门的延时,这降低了拟合的精确度。且传统的关键路径拟合方式仅仅取整个负载的关键路径,也就是延时最长的路径,这使得负载运行简单任务时,供电电压依然是按最复杂任务计算,降低了负载运行简单任务时的节能效果。本文针对这两个问题做了改进与创新,将互连线延时与逻辑门延时分开拟合,提高了拟合精度;对负载不同工作任务的关键路径分开进行拟合,提高了负载运行简单任务时的节能效果。本文设计的电路使用Buck变换器作为功率级,采用电压控制模式,PWM调制模式,工作频率为2MHz,环路采用相位超前补偿方式。Buck变换器输入电压3.3V,输出电压0.7V-1.8V可调,调压步进为25mV。数字负载为可进行十六位二输入加法、乘法、乘累加三种不同工作任务的运算器,工作频率范围在30MHz-100MHz。论文在详细阐述电路设计原理及工作方式后,对延时检测、调压算法、主控逻辑等电路中的关键模块做了介绍。最后,本文通过电路仿真验证了所设计AVS电路的可行性,当负载工作任务或工作频率改变时,Buck变换器能够实时将输出电压调节至能保证负载正常工作下的最低值。