当前,系统级芯片应用于MP3播放机等便携式消费电子产品中的速度明显加快。更多功能被集成到芯片中,使芯片集成度不断提高,面积不断变大,功耗不断增加。同时,芯片性能的同步提升直接导致电路工作频率不断提高,功耗进一步增加。因此,设计出更低功耗的SoC对于电子产品的升级换代来说变得至关重要。SoC的低功耗设计是本文研究的主要课题。本文从无锡盈泰科技有限公司的MP3解码SoC入手,在介绍完基本功能和电路结构后,通过基于功耗计算公式的经验估算,得到了芯片的功耗分布,发现模拟功能模块、存储器和时钟网络是组成芯片功耗的主要因素。在采用多种低功耗设计技术用以降低这些因素的影响之后,通过对标准单元和存储器进行功耗建模,并应用基于功耗模型的功耗仿真,验证了MP3解码芯片低功耗设计的有效性。本文重点讨论了针对MP3解码SoC应用的几种低功耗设计技术。首先,采用可重用SoC设计方法学和螺旋式的系统设计流程,极大地提高了系统级芯片的低功耗设计效率。其次,降低电源电压能够给芯片低功耗目标带来最明显和直接的好处。同时,结合合理的掉电策略能够进一步减少电路工作功耗,提高待机时间。再次,降低芯片或芯片局部的工作频率也可以减少电路的功耗支出,使用的方法有多种。设计实践表明,优化软件编码效率、提高数据通道的工作效率、使用合理的时钟网络分配技术、以及优化存储器组织架构都给MP3解码芯片节省了大量的功耗支出。最后,因为在解码芯片中集成了完整的电源解决方案,保证电源模块的高效率,也是芯片低功耗工作的保障。盈泰公司的MP3解码芯片采用UMC 0.18um工艺设计与制造。对集成该芯片的MP3播放机整机测试表明,播放MP3歌曲时系统功耗低于100mW,芯片的功能和性能都达到了设计要求。进一步的研究发现,芯片在硬件局部性能、部分存储器的分割等设计细节上仍有改良的空间,若付诸实施,可以进一步降低芯片功耗,并改进芯片性能。