随着深亚微米工艺的发展,集成电路的集成度和工作频率不断提高,功耗问题正日益变成超大规模电路设计的瓶颈。基于现有的低功耗研究现状,本论文重点研究了电路级的关键低功耗技术和应用。本文基于SMIC 180nm的CMOS工艺库,首先研究了亚阈值反相器的工作特性,并阐述了工作在亚阈值区域的电路所带来的问题:亚阈值电路受衬底偏置电压和温度影响比较大。针对亚阈值电路出现的问题,本论文提出了稳定亚阈值电路工作的解决方案,对工艺库衬底偏置电压进行动态调整,实现了阈值电压动态变化的亚阈值反相器设计。针对极低功耗应用需求,进行了多种亚阈值全加器的设计。首先,进行了静态加法器、传输功能加法器和静态能量恢复加法器的亚阈值电路实现。然后,基于前人提出的12种亚阈值全加器的基础上,将全加器分为三个模块,其中对全加器模块三提出了两种改进方案,仿真得出,新组合出来的16种亚阈值加法器具有更小的功耗。为了研究较高工作频率下的低功耗技术,本文以应用于多媒体中的PE模块为研究对象,针对其硬件结构,提出了集群式电压调节方法,通过给电路分配双电压供电来降低功耗,在工作频率为50Mhz时,相较于使用单一电压的电路,其功耗减少了34.5%,同时提出了一种新的电平转化器以获得更小的功耗和延时;并在此基础上,进一步采用门控时钟技术来对电路功耗精细化管理,节省了55.3%的功耗。