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近年来,移动智能终端设备普及,不仅智能手机已成为现代人的标配,可穿戴智能设备也日渐受到消费者的青睐。触控操作体验和应用已经不足以满足消费者的需求和要求,语音控制拍照、语音导航、语音唤醒系统等功能已经风靡各种终端。语音识别、语音控制技术的发展为智能手机、可穿戴设备以及通信领域带来了新的发展机遇和挑战。然而,长时间采集语音流所带来的高能耗已成为移动终端尤其是可穿戴设备应用推广所面临的重大难题。本文研究可穿戴设备中语音控制模块数字麦克风IC(Digital Microphone Integrated Circuit,DMIC)的低功耗设计。DMIC主要功能是源源不断接收外界声音信号,处理并缓存20ms语音数据并与数字处理器完成数据交互通信。本文系统研究了现有低功耗设计方法,深入分析了数字麦克风芯片的功耗来源。在此基础上介绍了数字麦克风的背景设计芯片:系统级芯片(System on Chip,So C)和电源管理芯片(Power Management IC,PMIC)。鉴于可穿戴设备对芯片功耗的严格要求,区别于传统的将DMIC集成入So C的设计方式,本文提出将DMIC集成在电源管理芯片中的设计方案。采用区分电压域、时钟门控技术以及20ms分时唤醒DSP的设计思想,定义DMIC顶层结构,将DMIC划分为语音数据存储模块、DMIC控制器和外部通信接口三大部分。并使用硬件描述语言完成各个子模块的RTL设计。然后根据UVM验证方法学,搭建验证平台,编写测试激励。采用Qusetasim仿真工具对DMIC做功能验证。然后,基于Intel 65nm工艺的标准单元库,利用Design Complier工具对RTL设计做综合,预估芯片功耗和面积。根据综合结果定制SRAM进一步优化存储模块面积和DMIC功耗,最终得到功能正确无误,性能、功耗、面积三者折衷的DMIC优化设计。本文一方面在DMIC系统级设计中,将DMIC集成在PMIC中,利用PMIC的常开时钟域和常开电源域维持DMIC的工作,大幅降低了传统设计中So C时钟空翻和电源常开带来的动态功耗;采用20ms计数器分时唤醒数字处理器,使处理器在不接收数据时处于睡眠状态,降低其功耗。另一方面,在RTL设计阶段,根据DMIC传数性能要求定制设计SPI外部接口逻辑;定制SRAM及格雷码作地址编码对异步存储模块进行低功耗设计。本文通过在系统级和RTL级设计中综合使用低功耗技术,最终使DMIC的功耗从250mW降低至25mW。