面对超深亚微米时代芯片功耗密度的挑战,低功耗设计近年来成为IC设计领域研究的焦点,诸如多电压与可变电压设计等先进的低功耗待机耗策略广泛应用于移动设备,可以极大的降低待机状态下芯片的功耗。门控电压状态保持技术采用新的设计方法及新型低功耗单元,可以在待机状态下完成模块的电源关断并保存其数据,有着巨大的发展潜力,因此,研究这项技术有着重要的意义。本文研究与比较近几年出现的各种低功耗设计技术,深入分析了门控电压状态保持策略,并基于该策略,使用UPF低功耗描述格式与Synopsys公司Eclypse设计流程进行了模块级低功耗设计。主要完成了低功耗标准单元建库与基于UPF的模块级设计两方面的工作,具体如下:(1)研究近几年出现的高级低功耗策略并对门控电压状态保持技术进行深入分析,对比了几种低功耗实现方法的优劣,为低功耗设计奠定了基础。(2)根据设计需要,研究低功耗标准单元的关键技术,自主设计一套用于多电压与门控电压策略的功耗管理标准单元库,同时设计了其它策略下的低功耗标准单元。设计与分析结果显示:功耗管理单元应用于多电压可变电压设计且低功耗效果良好;而长栅标准单元库以1~3%的延迟、8%的动态功耗代价,减小静态功耗10~15%,为低功耗设计给出了另一种选择。(3)分析超深亚微米下工艺现有时序模型的不足,根据功耗管理单元的特殊需求,采用新的电流源模型完成复杂功耗管理单元的时序建模,增强型Lib格式的创建,并提出了噪声条件下动态延迟的建模方法。(4)研究门控电压状态保持低功耗设计流程,实现了基于UPF的半定制设计。对包括门控电压状态保持在内的不同的低功耗策略进行了对比,综合结果显示,采用自主设计的功耗管理单元,基于UPF功耗描述格式的设计方案在90nm工艺下,相比传统的低功耗方案最高可以降低30%的待机功耗。