随着特征尺寸的不断缩小,电路复杂度不断增大,同步设计技术在设计、制造和应用中的不断表现出局限性及缺陷。作为一种新的设计方法和对同步设计方法的有益补充,异步设计方法近年来成为了片上系统设计的研究热点。以实现一个异步系统设计为最终目标,本文在异步技术与同步技术相结合方面,异步电路设计实现方面,和异步技术与绝热技术相结合等方面作了研究和探索。本文设计实现了全局异步局部同步技术中,点对点互连接口的改进方案。分析了点对点互连接口常用方案的缺陷,提出了采用非对称式结构来提高点对点接口的数据通讯速度的方案。完成了对该方案的理论分析,电路实现及版图实现,最后给出了基于具体工艺实现该电路后的仿真测试结果。介绍了全局异步局部同步技术中的几种多点互连技术的实现方案。分析了各种方案的优缺点,说明了各种方案的应用场合。并在此分析的基础上,提出了采用环形总线互连的新方案。该方案在能量利用率和时间利用率方面均优于以往的环形总线互连方案。并针对环形总线互连方案中关于无效数据包的问题,提出了新的解决方案,在增加极小的硬件开销的代价下极大的提高了环形总线互连方案的鲁棒性。介绍了异步电路中基本控制单元的功能及用途,并提出了多输入控制单元的实现方案。对方案中各部分电路参数对电路的特性的影响作了详细的分析,并给出了针对不同要求的参数调整策略。最后给出了电路版图实现的仿真测试结果。介绍了异步电路中仲裁器的分类和作用。分析了树型仲裁器的不同实现方案的各自的优缺点。针对树型仲裁器设计和应用中容易出现的问题,提出了一种新的树型仲裁器设计方案,从理论上分析了该方案的鲁棒性,并给出了引起故障情况下的仿真结果,证明了该方案的有效性。最后给出了该设计方案的版图实现及仿真测试结果。介绍了加法器在电路设计中的重要性及同步设计方法中的几种改进方案。分析了各种同步改进方案的各自优缺点。并提出了多种采用异步技术实现的低开销、高速度的加法器设计方案。对每个加法方案的特性和优缺点作了详细的理论分析,并指出了同步改进方案不能直接应用于异步加法器设计的原因。最后给出了几种异步加法器及同步加法器的各项参数对比结果。介绍了异步技术和绝热技术在低功耗领域的各自特点和两种技术有冲突的原因。提出了一种将异步技术和绝热技术相融合的低功耗设计方法。该方法具有异步设计方法的简洁、易于构造和分析的优点,又具有绝热技术所表现出的,比异步技术功耗更低的特性。并以一个加法器的设计实现为例,给出了异步绝热混合加法器与异步加法器对比仿真测试结果,证明了该方案的有效性,也指出了该方案不够完善的地方。