随着万物互联时代的来临,移动电子产品的信息安全引起了人们的极大关注。高效率、高安全性、可重构的可信平台模块(Trusted Platform Module,TPM)芯片,可以有效地保护移动电子产品,防止非法用户访问,其低功耗也是移动电子产品设计的关键。因此,针对可重构TPM芯片的低功耗设计研究具有重要实用意义。本文首先阐述了芯片的功耗来源,设计了功耗管理单元,以多层次地管理时钟网络,从而降低芯片的动态功耗;其次,基于IEEE 1801 UPF标准,设计了电源管理系统,以管理芯片的工作模式,从而降低待机功耗;最后,为了优化芯片整体性能,分析其时序路径,并在关键时序路径使用较高电压和较低阈值器件以保障其运行速度,在非关键时序路径降低工作电压并使用高阈值器件以进一步降低功耗。本文的主要技术成果体现在以下几点:(1)基于门控技术降低时钟网络活性的原理,针对可重构TPM芯片的特点,设计了功耗管理单元,提出一种多层次时钟管理系统,可参数化配置寄存器以控制时钟网络的工作模式,使得芯片平均动态功耗下降了28.5%。(2)整合多层次时钟管理技术和功耗管理单元,优化设计了专用的电源管理系统。根据应用场景灵活选择芯片工作模式,在TPM加解密算法不工作时,关闭其电源和系统主时钟,使得平均泄漏功耗降低了 18.2%,平均动态功耗降低了91.6%。(3)根据芯片各个部分性能特点,在时钟管理、电源管理系统基础上,使用多电压技术和多阈值电压技术,确保芯片整体性能不下降的同时,进一步降低了11.74%的平均动态功耗和73.92%的平均泄漏功耗。最后,基于TSMC 28 nm工艺,设计了低功耗版图,并进行了电压降分析、形式验证、DRC/LVS验证,保证了设计的正确性。