对于性能要求不高但对功耗和能量很敏感的电路,可采用降低电压的方法使其工作在最低能量点处,提高电路的能效。但在低电压下,电路的可靠性会由于工艺参数的变化、温度变化等因素而降低,本文针对低电压下电路存在的可靠性问题进行了研究,优化工作在最低能量点处电路的可靠性。最低能量点一般出现在近、亚阈值区。在该区域,由于工艺参数变化引起的阈值电压VT变化会引起电路时序余量的变化,且标准单元噪声容限明显降低,基于存在的问题,本文设计了 VT平衡器,通过衬底偏置效应调整晶体管的阈值电压,降低阈值电压变化所带来的影响,并基于GlobalFoundry 180nm工艺下的反相器单元进行了最小工作电压的验证及单元延时特性的验证,结果表明,单元的最小工作电压降低了 74mV,延时特性的蒙特卡洛分析结果显示标准差σ降低了 3.1倍,参数σ/μ的值降低了 2.4倍。其次,基于最低能量点工作电压,论文进行了低电压标准单元库的设计,避免了一些对于工艺参数变化较为敏感的结构,同时由于单元上拉网络电流与下拉网络电流平衡的问题,使得单元存在最低的工作电压,本文基于最低工作电压的问题进行了单元库的尺寸调整,尺寸主要是通过对单元上拉网络的电流与下拉网络的电流在不同工艺角下的工作情况分析来进行调整的。基于ISCAS标准测试电路进行了单元库结果验证,结果表明,对关键路径采用蒙特卡洛分析,在满足三个标准差良率的情况下,电路性能提升了 28%,能量降低了 18.1%。论文以JPEG编码器为案例进行了最低能量点的设计及可靠性的设计,仿真结果表明,与直接进行最低能量点设计的结果相比,在进行可靠性设计优化后,电路整体的性能提升了 42%,平均能量降低了 13.1%。