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微控制器(MCU)作为控制核心，被越来越多地应用在物联网(IoT)传感网络、便携式设备、生物医疗等智能场景中。这些应用场景往往能源受限，对MCU系统功耗要求极高。低功耗MCU在应用中往往大部分时间被置于待机状态以降低功耗，因此待机模式的系统功耗很大程度上决定着MCU总功耗。现有低功耗MCU中，待机模式电路往往需要保持内部稳压器工作，同时采用标准数字流程进行设计实现。但内部稳压器工作电流难以满足极低功耗要求。如关断稳压器，则工作在外部3.3V电压下的待机电路无法借助工艺库中标准单元进行设计实现，从而增加了设计难度，减少了设计灵活性。而为了满足能量采集供电的需求，关断模式功耗电流往往要求达到nA级。因此本文重点对低功耗MCU的待机模式和关断模式进行设计优化。主要研究工作和成果包括: 1、优化了待机模式、关断模式电路系统功能和电源控制。本文改进了微控制器系统级电源控制方案，并将负责模式转换控制的功耗管理单元(PMU)进行拆分，从而最大限度简化关断模式电路，以降低关断模式功耗。 2、提出了一种待机电路的设计实现方法。采用全定制设计方法对关断模式电路进行实现，从而最大限度简化电路;而对于待机模式电路，采用自设计3.3V标准单元库对模块进行标准数字流程设计。待机模式下稳压器被关断以降低系统功耗。 3、完成了3.3V低功耗标准单元库的设计。本文综合考虑延时、功耗等因素确定了标准单元电路的晶体管尺寸，并基于标准单元设计规范完成了标准单元库的电路、版图设计，并生成标准单元时序库、物理库等库文件。 4、设计完成了微控制器关断模式和待机模式电路。本文采用组合逻辑对关断模式下的核心模块—PMU0模块进行设计以简化电路。基于自设计3.3V标准单元库，通过标准数字流程对待机模式电路模块进行了设计实现，并生成最终版图。本文基于SMIC55nm CMOS工艺完成设计，并对电路进行仿真验证。版图后仿真结果显示，非关断模式下的PMU0模块静态漏电流为69.9pA;关断模式下的PMU0模块的静态漏电流仅为18.87pA，并具有较短的状态转换时间。待机电路模块PMU1与RTC的平均电流分别为0.105μA和0.256μA。