随着物联网等低功耗技术的兴起,具有能效优势的近阈值电路设计受到了广泛的关注,而单元电路延时模型对于研究电路的时序信息具有重大意义,近阈值单元电路延时模型的建立面临两大挑战。第一,输入转换时间导致延时的非线性变化,第二,近阈值下单元延时服从非高斯分布。这些问题导致原来基于高斯分布的单元延时模型不再适用,因此,需要建立一个快速准确的近阈值单元电路延时模型。针对上述问题,本文考虑了输入转换时间的影响建立了近阈值下反相器、堆叠结构和并联结构单元的延时模型,得到延时标称值和统计量的解析表达式,其中,延时统计量为延时的方差和±3σ值。针对单元延时标称模型,基于仿真结果对电流进行分段等效建立极快输入和快输入下的延时标称模型,基于仿真结果拟合建立慢输入下的延时标称模型。针对单元延时统计模型,首先基于延时标称模型和对数偏正态分布的性质建立反相器延时统计模型,然后针对堆叠结构中的多元阈值电压波动问题,采用二元泰勒展开进行多元阈值电压等效,针对并联结构中的多元电流波动问题,采用指数近似进行多元电流等效,从而建立堆叠结构和并联结构单元的延时统计模型。本文在SMIC40nm工艺下验证提出的单元电路延时模型,验证涉及到的单元为反相器、与非门和或非门。验证结果表明,与蒙特卡洛仿真相比,本文模型的单元延时标称值的误差均小于10.78%,方差和±3σ值的误差均小于19.34%。与基于一点等效电流法的延时标称模型相比,本文模型的反相器、堆叠结构和并联结构单元的延时标称值分别提高了3.10倍、2.97倍和2.73倍,与基于拟合的多元阈值电压等效和多元电流矩等效法的延时统计模型相比,本文模型的反相器延时方差、+3σ值和-3σ值的精度分别提高1.78倍、1.23倍和2.27倍,堆叠结构和并联结构单元延时方差的精度提高2.02倍和1.19倍,+3σ值精度提高1.69倍和6.80倍,-3σ值的精度提高1.68倍和19.56倍。