集成電路功耗分析設(shè)計(jì)考核試卷考生姓名：答題日期：得分：判卷人：

本次考核旨在測(cè)試考生對(duì)集成電路功耗分析及設(shè)計(jì)方法的掌握程度，考察考生是否能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)實(shí)際電路進(jìn)行功耗分析，并提出有效的降低功耗的設(shè)計(jì)策略。

一、單項(xiàng)選擇題（本題共30小題，每小題0.5分，共15分，在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的）

1.集成電路功耗主要由哪兩部分組成？（）

A.信號(hào)功耗和靜態(tài)功耗

B.動(dòng)態(tài)功耗和靜態(tài)功耗

C.信號(hào)功耗和熱功耗

D.動(dòng)態(tài)功耗和熱功耗

2.以下哪種器件在靜態(tài)狀態(tài)下功耗最大？（）

A.MOSFET

B.BipolarTransistor

C.Diode

D.Resistor

3.下列哪種電路結(jié)構(gòu)具有最低的靜態(tài)功耗？（）

A.CMOSinverter

B.TTLgate

C.ECLgate

D.MOSFETinverter

4.下列哪個(gè)參數(shù)與動(dòng)態(tài)功耗密切相關(guān)？（）

A.工作頻率

B.電源電壓

C.芯片面積

D.晶體管尺寸

5.下列哪種技術(shù)可以有效地降低靜態(tài)功耗？（）

A.Powergating

B.Voltagescaling

C.Processscaling

D.Alloftheabove

6.以下哪種電路結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)電壓的動(dòng)態(tài)調(diào)整？（）

A.BCDcounter

B.ADCconverter

C.DACconverter

D.Voltageregulator

7.下列哪個(gè)因素會(huì)導(dǎo)致功耗增加？（）

A.信號(hào)傳輸延遲

B.信號(hào)傳輸速率

C.信號(hào)傳輸距離

D.信號(hào)傳輸速率和距離

8.以下哪種電源轉(zhuǎn)換技術(shù)具有最高的效率？（）

A.Linearregulator

B.Switchingregulator

C.LDOregulator

D.Alloftheabove

9.下列哪種技術(shù)可以提高芯片的能效比？（）

A.Dynamicvoltagescaling

B.Powergating

C.Clockgating

D.Alloftheabove

10.以下哪種技術(shù)主要用于降低動(dòng)態(tài)功耗？（）

A.Powergating

B.Voltagescaling

C.Clockgating

D.Alloftheabove

11.下列哪種電路結(jié)構(gòu)可以降低功耗？（）

A.CMOSinverter

B.TTLgate

C.ECLgate

D.CMOStransmissiongate

12.以下哪個(gè)參數(shù)與功耗無(wú)關(guān)？（）

A.工作頻率

B.電源電壓

C.芯片面積

D.晶體管尺寸

13.下列哪種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)電源的智能管理？（）

A.Powergating

B.Voltagescaling

C.Clockgating

D.Alloftheabove

14.以下哪種技術(shù)可以降低功耗并提高性能？（）

A.Powergating

B.Voltagescaling

C.Clockgating

D.Alloftheabove

15.下列哪個(gè)參數(shù)與功耗成反比關(guān)系？（）

A.工作頻率

B.電源電壓

C.芯片面積

D.晶體管尺寸

16.以下哪種電路結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)電壓的靜態(tài)調(diào)整？（）

A.BCDcounter

B.ADCconverter

C.DACconverter

D.Voltageregulator

17.以下哪個(gè)因素會(huì)導(dǎo)致功耗增加？（）

A.信號(hào)傳輸延遲

B.信號(hào)傳輸速率

C.信號(hào)傳輸距離

D.信號(hào)傳輸速率和距離

18.以下哪種電源轉(zhuǎn)換技術(shù)具有最高的效率？（）

A.Linearregulator

B.Switchingregulator

C.LDOregulator

D.Alloftheabove

19.以下哪種技術(shù)可以提高芯片的能效比？（）

A.Dynamicvoltagescaling

B.Powergating

C.Clockgating

D.Alloftheabove

20.以下哪種技術(shù)主要用于降低動(dòng)態(tài)功耗？（）

A.Powergating

B.Voltagescaling

C.Clockgating

D.Alloftheabove

21.以下哪種電路結(jié)構(gòu)可以降低功耗？（）

A.CMOSinverter

B.TTLgate

C.ECLgate

D.CMOStransmissiongate

22.以下哪個(gè)參數(shù)與功耗無(wú)關(guān)？（）

A.工作頻率

B.電源電壓

C.芯片面積

D.晶體管尺寸

23.以下哪種技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)電源的智能管理？（）

A.Powergating

B.Voltagescaling

C.Clockgating

D.Alloftheabove

24.以下哪種技術(shù)可以降低功耗并提高性能？（）

A.Powergating

B.Voltagescaling

C.Clockgating

D.Alloftheabove

25.以下哪個(gè)參數(shù)與功耗成反比關(guān)系？（）

A.工作頻率

B.電源電壓

C.芯片面積

D.晶體管尺寸

26.以下哪種電路結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)電壓的靜態(tài)調(diào)整？（）

A.BCDcounter

B.ADCconverter

C.DACconverter

D.Voltageregulator

27.以下哪個(gè)因素會(huì)導(dǎo)致功耗增加？（）

A.信號(hào)傳輸延遲

B.信號(hào)傳輸速率

C.信號(hào)傳輸距離

D.信號(hào)傳輸速率和距離

28.以下哪種電源轉(zhuǎn)換技術(shù)具有最高的效率？（）

A.Linearregulator

B.Switchingregulator

C.LDOregulator

D.Alloftheabove

29.以下哪種技術(shù)可以提高芯片的能效比？（）

A.Dynamicvoltagescaling

B.Powergating

C.Clockgating

D.Alloftheabove

30.以下哪種技術(shù)主要用于降低動(dòng)態(tài)功耗？（）

A.Powergating

B.Voltagescaling

C.Clockgating

D.Alloftheabove

二、多選題（本題共20小題，每小題1分，共20分，在每小題給出的選項(xiàng)中，至少有一項(xiàng)是符合題目要求的）

1.集成電路功耗分析中，以下哪些因素會(huì)影響功耗？（）

A.工作頻率

B.電源電壓

C.電路結(jié)構(gòu)

D.外部環(huán)境溫度

2.動(dòng)態(tài)功耗主要由以下哪些因素產(chǎn)生？（）

A.晶體管開關(guān)

B.信號(hào)傳輸

C.電源噪聲

D.芯片面積

3.以下哪些技術(shù)可以用來(lái)降低集成電路的功耗？（）

A.動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整

B.功耗門控

C.時(shí)鐘門控

D.電路優(yōu)化

4.以下哪些是降低靜態(tài)功耗的方法？（）

A.電路優(yōu)化

B.功耗門控

C.動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整

D.時(shí)鐘門控

5.以下哪些因素會(huì)影響開關(guān)功耗？（）

A.晶體管尺寸

B.信號(hào)傳輸延遲

C.電源電壓

D.工作頻率

6.以下哪些是電源轉(zhuǎn)換技術(shù)？（）

A.線性穩(wěn)壓器

B.開關(guān)穩(wěn)壓器

C.LDO穩(wěn)壓器

D.電源分配網(wǎng)絡(luò)

7.以下哪些技術(shù)可以提高能效比？（）

A.動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整

B.功耗門控

C.時(shí)鐘門控

D.電路優(yōu)化

8.以下哪些是電路優(yōu)化方法？（）

A.電路簡(jiǎn)化

B.電路重設(shè)計(jì)

C.電路模塊化

D.電路仿真

9.以下哪些是時(shí)鐘門控技術(shù)？（）

A.時(shí)鐘使能

B.時(shí)鐘抑制

C.時(shí)鐘分頻

D.時(shí)鐘重設(shè)計(jì)

10.以下哪些是功耗門控技術(shù)？（）

A.功耗開關(guān)

B.電壓調(diào)整

C.電流調(diào)整

D.電路重設(shè)計(jì)

11.以下哪些是電路簡(jiǎn)化方法？（）

A.晶體管合并

B.電路模塊化

C.信號(hào)重構(gòu)

D.電路仿真

12.以下哪些是電路重設(shè)計(jì)方法？（）

A.電路簡(jiǎn)化

B.電路模塊化

C.信號(hào)重構(gòu)

D.電路仿真

13.以下哪些是電路模塊化方法？（）

A.電路簡(jiǎn)化

B.電路模塊化

C.信號(hào)重構(gòu)

D.電路仿真

14.以下哪些是電路仿真方法？（）

A.電路簡(jiǎn)化

B.電路模塊化

C.信號(hào)重構(gòu)

D.電路仿真

15.以下哪些是時(shí)鐘使能技術(shù)？（）

A.時(shí)鐘使能

B.時(shí)鐘抑制

C.時(shí)鐘分頻

D.時(shí)鐘重設(shè)計(jì)

16.以下哪些是時(shí)鐘抑制技術(shù)？（）

A.時(shí)鐘使能

B.時(shí)鐘抑制

C.時(shí)鐘分頻

D.時(shí)鐘重設(shè)計(jì)

17.以下哪些是時(shí)鐘分頻技術(shù)？（）

A.時(shí)鐘使能

B.時(shí)鐘抑制

C.時(shí)鐘分頻

D.時(shí)鐘重設(shè)計(jì)

18.以下哪些是電路重構(gòu)方法？（）

A.電路簡(jiǎn)化

B.電路模塊化

C.信號(hào)重構(gòu)

D.電路仿真

19.以下哪些是電路優(yōu)化目標(biāo)？（）

A.降低功耗

B.提高性能

C.降低成本

D.增加功能

20.以下哪些是集成電路功耗分析的關(guān)鍵步驟？（）

A.數(shù)據(jù)收集

B.功耗建模

C.功耗分析

D.功耗優(yōu)化

三、填空題（本題共25小題，每小題1分，共25分，請(qǐng)將正確答案填到題目空白處）

1.集成電路功耗主要包括_______功耗和_______功耗。

2.動(dòng)態(tài)功耗與_______和_______密切相關(guān)。

3.靜態(tài)功耗主要由_______產(chǎn)生。

4.功耗門控技術(shù)通過(guò)在_______時(shí)刻關(guān)閉或打開電源來(lái)降低功耗。

5.動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整技術(shù)通過(guò)調(diào)整_______來(lái)降低功耗。

6.時(shí)鐘門控技術(shù)通過(guò)關(guān)閉_______來(lái)降低功耗。

7.功耗建模的目的是為了_______。

8.電路仿真可以幫助我們_______。

9.降低功耗的方法之一是_______。

10.功耗優(yōu)化通常包括_______和_______兩個(gè)階段。

11.功耗分析中常用的單位是_______。

12.開關(guān)功耗與_______、_______和_______有關(guān)。

13.功耗門控技術(shù)可以提高_(dá)______。

14.動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整技術(shù)可以降低_______。

15.時(shí)鐘門控技術(shù)可以降低_______。

16.電路簡(jiǎn)化可以通過(guò)_______和_______來(lái)實(shí)現(xiàn)。

17.電路重設(shè)計(jì)可以通過(guò)_______和_______來(lái)實(shí)現(xiàn)。

18.電路模塊化可以將電路_______。

19.電路仿真可以幫助我們_______。

20.數(shù)據(jù)收集是功耗分析的第一步，它通常包括_______和_______。

21.功耗建模中常用的方法是_______。

22.功耗分析中常用的工具包括_______和_______。

23.功耗優(yōu)化的目標(biāo)是_______。

24.功耗分析的關(guān)鍵是_______。

25.功耗分析的結(jié)果可以用來(lái)_______。

四、判斷題（本題共20小題，每題0.5分，共10分，正確的請(qǐng)?jiān)诖痤}括號(hào)中畫√，錯(cuò)誤的畫×）

1.集成電路的靜態(tài)功耗只與電路結(jié)構(gòu)有關(guān)。（）

2.動(dòng)態(tài)功耗與晶體管的開關(guān)速度無(wú)關(guān)。（）

3.功耗門控技術(shù)可以完全關(guān)閉電路的電源供應(yīng)。（）

4.動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整技術(shù)可以提高電路的工作頻率。（）

5.時(shí)鐘門控技術(shù)可以降低電路的功耗，但不會(huì)影響性能。（）

6.電路仿真只能用于評(píng)估電路的靜態(tài)功耗。（）

7.電路優(yōu)化主要是通過(guò)增加電路的復(fù)雜性來(lái)降低功耗。（）

8.降低電源電壓是降低動(dòng)態(tài)功耗的有效方法之一。（）

9.功耗分析通常只關(guān)注電路的開關(guān)功耗。（）

10.功耗建模是功耗分析的最后一步。（）

11.功耗優(yōu)化可以通過(guò)減小晶體管的尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)。（）

12.功耗分析可以完全消除電路的功耗。（）

13.功耗門控技術(shù)可以降低電路的功耗，但會(huì)增加電路的復(fù)雜性。（）

14.動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整技術(shù)可以提高電路的能效比。（）

15.電路模塊化會(huì)降低電路的功耗。（）

16.電路簡(jiǎn)化通常會(huì)導(dǎo)致電路性能下降。（）

17.時(shí)鐘門控技術(shù)可以減少電路的時(shí)鐘頻率。（）

18.功耗分析是電路設(shè)計(jì)過(guò)程中的一個(gè)可選步驟。（）

19.功耗建模可以幫助設(shè)計(jì)者選擇合適的電路結(jié)構(gòu)。（）

20.降低工作頻率是降低動(dòng)態(tài)功耗的唯一方法。（）

五、主觀題（本題共4小題，每題5分，共20分）

1.請(qǐng)簡(jiǎn)述集成電路功耗分析的基本步驟，并解釋每一步驟的作用。

2.設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的功耗優(yōu)化方案，針對(duì)一個(gè)給定的集成電路，說(shuō)明如何通過(guò)電路優(yōu)化和電源管理技術(shù)來(lái)降低其功耗。

3.闡述動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整技術(shù)在降低集成電路功耗中的作用，并分析其可能帶來(lái)的挑戰(zhàn)。

4.結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，討論時(shí)鐘門控技術(shù)在降低系統(tǒng)功耗中的應(yīng)用及其對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

六、案例題（本題共2小題，每題5分，共10分）

1.案例題：某公司設(shè)計(jì)了一款低功耗的移動(dòng)處理器，該處理器的工作頻率為1GHz，電源電壓為1.2V。請(qǐng)根據(jù)以下數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：

-動(dòng)態(tài)功耗：每條指令的平均動(dòng)態(tài)功耗為10mW

-靜態(tài)功耗：每片晶體管在靜態(tài)狀態(tài)下的平均功耗為0.5mW

-處理器每秒執(zhí)行1億條指令

（1）計(jì)算處理器在正常工作狀態(tài)下的平均功耗。

（2）提出至少兩種降低處理器功耗的方法，并簡(jiǎn)要說(shuō)明其原理。

2.案例題：某智能家居設(shè)備使用一塊低功耗微控制器，該控制器的工作頻率為32MHz，電源電壓為3.3V。設(shè)備在正常工作狀態(tài)下，處理器平均功耗為50mW，而設(shè)備在待機(jī)狀態(tài)下的功耗應(yīng)低于1mW。

（1）設(shè)計(jì)一個(gè)功耗門控方案，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備在待機(jī)狀態(tài)下的低功耗要求。

（2）分析該方案可能對(duì)設(shè)備性能的影響，并提出解決方案。

標(biāo)準(zhǔn)答案

一、單項(xiàng)選擇題

1.B

2.B

3.A

4.A

5.D

6.D

7.D

8.B

9.D

10.C

11.D

12.C

13.D

14.D

15.A

16.D

17.D

18.B

19.D

20.A

21.D

22.C

23.D

24.A

25.B

26.D

27.D

28.B

29.D

30.A

二、多選題

1.ABCD

2.AB

3.ABCD

4.ABC

5.ABC

6.ABCD

7.ABCD

8.ABCD

9.ABC

10.ABC

11.ABC

12.ABCD

13.ABCD

14.ABCD

15.ABC

16.ABCD

17.ABC

18.ABCD

19.ABC

20.ABCD

三、填空題

1.靜態(tài)功耗動(dòng)態(tài)功耗

2.工作頻率電源電壓

3.晶體管泄漏電流

4.電路空閑

5.電源電壓

6.電路時(shí)鐘

7.預(yù)測(cè)和評(píng)估電路功耗

8.預(yù)測(cè)電路性能

9.電路優(yōu)化

10.功耗建模功耗優(yōu)化

11.瓦特（W）

12.晶體管開關(guān)次數(shù)信號(hào)傳輸時(shí)間電源電壓

13.功耗

14.動(dòng)態(tài)功耗

15.靜態(tài)功耗

16.晶體管合并信號(hào)重構(gòu)

17.電路模塊化信號(hào)重構(gòu)

18.模塊化

19.預(yù)測(cè)電路性能

20.數(shù)據(jù)收集功耗建模

21.功耗建模

22.電路仿真工具功耗分析工具

23.降低系統(tǒng)功耗

24.電路功耗

25.降低系統(tǒng)功耗

四、判斷題

1.×

2.×

3.√

4.×

5.×

6.×

7.×

8.√

9.×