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随着芯片工艺尺寸的逐渐缩小和集成度的不断提高，功耗已经成为了芯片设计中的一项重要指标。近些年，宽电压电路（工作范围涵盖近阈值到常规电压区）设计被提出，可以根据性能需求宽范围地动态调节电压，以实现功耗收益的最大化。但是宽电压电路目前仍面临两大挑战:低电压区下工艺、电压和温度(Process Voltage& Temperature，PVT)等偏差对电路影响严重，电路难以正常工作;常规电压区下电路需要预留一定的时序余量，造成了很大的功耗浪费。自适应电压调节（Adaptive Voltage Scaling，AVS）技术，通过监控芯片的时序自适应调节工作电压，可以有效地抑制PVT偏差影响并且减少时序余量浪费的功耗，是解决这两个难题的有效手段。 本文针对宽电压下AVS技术所面临的挑战设计并实现了一套宽电压AVS调节系统。首先设计了片上时序监控单元，针对宽电压下电路延时变化大的问题提出了监控窗口自动调节电路，可根据芯片所处的PVT情况自适应调节监控窗口的大小。然后，设计了AVS控制模块:根据监控单元的监控信息自适应调节芯片的工作电压和频率，其中电压调节模块根据历史监控信息切换电压控制状态机状态，从而动态调节芯片工作电压;频率调节模块采用的是时钟拉伸与门控技术，通过实现频率的快速调节来保证电路时序在电压调节过程中不出错。最后搭建了基于HSIM-VCS的混合仿真平台，并对整个设计进行仿真验证。 本文将宽电压AVS技术运用于比特币(Bitcoin)芯片验证电路，采用SMIC40nm CMOS工艺，完成了整个验证电路从RTL代码到版图的设计，常规电压区(1.1V)比特币电路的最高工作频率为600MHz，版图面积为1×2.22 mm2，其中AVS模块面积开销为6.3％。仿真结果表明，常规电压区下在不同工艺角和温度下最多可节省44％的功耗;低电压区(0.6V)下最多可节省71％的功耗。本文提出的宽电压自适应调节技术可以有效的降低芯片功耗、提高能效，并且能有效地抑制低电压区PVT偏差的影响。