Portable devices like smartphones, tablets, wearable electronic devices, medical implants, wireless sensor nodes, and Internet-of-Things (IoT) devices have tremendous constraints on their energy consumption. Adding more functionalities onto the portable devices increases its energy consumption significantly. However, the energy capacity of the battery does not increase proportionally. Hence, to overcome the constraints on energy consumption, two main approaches are being undertaken by the designers to integrate more functionalities onto the energy-constrained systems. One approach involves reducing the inherent energy consumption of circuits, and the other involves harvesting energy from the ambient sources and utilizing it to power the circuits. In this thesis, both the approaches mentioned above are followed in developing energy-saving techniques for energy-constrained CMOS circuits and systems. Switched-capacitor-assisted power gating technique is proposed to reduce the leakage current of large digital circuits. Benefits in overall energy saving using nano-electromechanical switches (NEMS) for power gating is quantified on a system-on chip for a mobile platform made using a 14 nm gate length FinFET. For reducing the quiescent current in the analog front-end circuits, this thesis proposes a novel technique of realizing discrete-time (D-T) signal amplification using nano-electromechanical switches (NEMS). Apart from the three energy reduction techniques mentioned above, harvesting energy from mechanical vibrations using an efficient technique of power extraction from the piezoelectric transducer is proposed.


翻译:智能手机、平板电脑、可磨损电子装置、医疗植入器、无线传感器节点和互联网电话装置等便携装置对能源消耗有着巨大的限制。 将更多的功能添加到便携式装置会大大增加能源消耗。 但是,电池的能量能力并没有按比例增加。 因此,为了克服能源消耗的限制,设计者正在采取两个主要办法,将更多的功能整合到节能系统。 一种办法是减少电路的内在能源消耗,另一种办法是从环境源中提取能源,利用能源发电电路进行动力。 在此假设中,上述两种办法都用于为节能的CMOS电路和系统开发节能节能技术。 提议采用电动电源辅助电源技术来减少大型电路路的渗漏。 使用纳米电子电动开关(NEMIS)在系统芯片上用14 nm环境源来收集能源,并利用电路电路电路的电动电动电动电动电动电动电动电动电动电动电动。 使用14 nNFFET前端节段节能回收技术来降低当前电动电动电动电动电动电动电动电动电动电压。

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