2026年低功耗硬件設(shè)計(jì)方法與功耗估算試題含答案一、單選題（共10題，每題2分，總計(jì)20分）說明：下列每題只有一個(gè)最符合題意的選項(xiàng)。1.在低功耗硬件設(shè)計(jì)中，以下哪種技術(shù)最適合用于動態(tài)調(diào)整CPU頻率以降低功耗？A.硬件門控技術(shù)B.動態(tài)電壓頻率調(diào)整（DVFS）C.邏輯門優(yōu)化D.信號完整性優(yōu)化2.以下哪種電路結(jié)構(gòu)在靜態(tài)時(shí)功耗最低？A.CMOS反相器B.ECL電路C.TTL電路D.BiCMOS電路3.在低功耗設(shè)計(jì)中，以下哪種方法不屬于時(shí)鐘門控技術(shù)？A.時(shí)鐘多路復(fù)用B.時(shí)鐘門控單元（CCU）C.電壓調(diào)節(jié)器（VRM）D.時(shí)鐘門控緩沖器4.對于低功耗SoC設(shè)計(jì)，以下哪種存儲器技術(shù)最適合用于緩存？A.SRAMB.DRAMC.FlashD.MRAM5.在低功耗設(shè)計(jì)中，以下哪種技術(shù)主要用于減少數(shù)據(jù)傳輸功耗？A.串行通信B.并行通信C.低電壓差分信號（LVDS）D.同步動態(tài)隨機(jī)存取存儲器（SDRAM）6.以下哪種方法不屬于電源門控技術(shù)？A.邏輯門控單元（LGCU）B.端口門控C.動態(tài)電壓調(diào)節(jié)D.芯片級電源門控7.在低功耗設(shè)計(jì)中，以下哪種技術(shù)最適合用于內(nèi)存自刷新？A.電壓調(diào)節(jié)降頻（VRD）B.自刷新（Self-Refresh）C.邏輯門優(yōu)化D.時(shí)鐘門控8.對于低功耗無線通信設(shè)計(jì)，以下哪種技術(shù)最適合用于信號發(fā)射？A.脈沖位置調(diào)制（PPM）B.正交幅度調(diào)制（QAM）C.矢量調(diào)制D.相位調(diào)制9.在低功耗設(shè)計(jì)中，以下哪種方法不屬于片上系統(tǒng)（SoC）功耗優(yōu)化？A.芯片級時(shí)鐘門控B.功耗分區(qū)管理C.邏輯門冗余消除D.高電壓驅(qū)動10.對于低功耗傳感器設(shè)計(jì)，以下哪種技術(shù)最適合用于事件驅(qū)動喚醒？A.突發(fā)模式B.低功耗模式（LPW）C.高頻采樣D.硬件中斷二、多選題（共5題，每題3分，總計(jì)15分）說明：下列每題有多個(gè)符合題意的選項(xiàng)，請選出所有正確選項(xiàng)。1.在低功耗硬件設(shè)計(jì)中，以下哪些技術(shù)可用于降低靜態(tài)功耗？A.電源門控B.動態(tài)電壓調(diào)整（DVS）C.邏輯門優(yōu)化D.內(nèi)存自刷新E.信號完整性優(yōu)化2.對于低功耗片上系統(tǒng)（SoC）設(shè)計(jì)，以下哪些方法可減少功耗？A.時(shí)鐘門控單元（CCU）B.功耗分區(qū)管理C.高電壓驅(qū)動D.邏輯門冗余消除E.動態(tài)電壓頻率調(diào)整（DVFS）3.在低功耗設(shè)計(jì)中，以下哪些技術(shù)適用于無線通信系統(tǒng)？A.脈沖位置調(diào)制（PPM）B.低電壓差分信號（LVDS）C.突發(fā)模式D.高頻采樣E.硬件中斷4.對于低功耗存儲器設(shè)計(jì)，以下哪些技術(shù)可降低功耗？A.SRAMB.Flash自刷新C.DRAM時(shí)鐘門控D.MRAME.電壓調(diào)節(jié)降頻（VRD）5.在低功耗設(shè)計(jì)中，以下哪些方法適用于傳感器系統(tǒng)？A.事件驅(qū)動喚醒B.突發(fā)模式C.高頻采樣D.低功耗模式（LPW）E.硬件中斷三、判斷題（共10題，每題1分，總計(jì)10分）說明：下列每題請判斷正誤。1.動態(tài)電壓頻率調(diào)整（DVFS）技術(shù)只能降低動態(tài)功耗，無法降低靜態(tài)功耗。2.電源門控技術(shù)通過關(guān)閉不使用模塊的電源通路來降低功耗。3.低電壓差分信號（LVDS）傳輸比并行傳輸更耗能。4.SRAM比DRAM更適合用于低功耗緩存設(shè)計(jì)。5.時(shí)鐘門控技術(shù)通過關(guān)閉不使用模塊的時(shí)鐘信號來降低功耗。6.自刷新（Self-Refresh）技術(shù)主要用于DRAM存儲器。7.事件驅(qū)動喚醒技術(shù)適用于所有低功耗傳感器系統(tǒng)。8.硬件門控技術(shù)通過優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)來降低功耗。9.低功耗設(shè)計(jì)只能通過犧牲性能來實(shí)現(xiàn)。10.功耗分區(qū)管理技術(shù)可動態(tài)調(diào)整芯片各模塊的功耗。四、簡答題（共5題，每題5分，總計(jì)25分）說明：請簡要回答下列問題。1.簡述動態(tài)電壓頻率調(diào)整（DVFS）技術(shù)的原理及其在低功耗設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。2.解釋電源門控技術(shù)的原理及其在低功耗設(shè)計(jì)中的優(yōu)缺點(diǎn)。3.比較SRAM和DRAM在低功耗存儲器設(shè)計(jì)中的優(yōu)缺點(diǎn)。4.簡述低功耗無線通信系統(tǒng)中常用的功耗優(yōu)化技術(shù)。5.解釋事件驅(qū)動喚醒技術(shù)在低功耗傳感器系統(tǒng)中的作用。五、計(jì)算題（共2題，每題10分，總計(jì)20分）說明：請根據(jù)題目要求進(jìn)行計(jì)算。1.某低功耗SoC芯片在正常工作模式下的功耗為500mW，在低功耗模式下的功耗為100mW。假設(shè)芯片在正常模式下工作10ms，然后切換到低功耗模式工作90ms，請計(jì)算該芯片的平均功耗。2.某低功耗無線通信系統(tǒng)采用脈沖位置調(diào)制（PPM）技術(shù)，信號發(fā)射頻率為1MHz，每個(gè)脈沖寬度為10ns，請計(jì)算該系統(tǒng)的發(fā)射功耗（假設(shè)發(fā)射功率為1mW）。六、論述題（共1題，15分）說明：請結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，論述低功耗硬件設(shè)計(jì)在移動設(shè)備中的重要性及常用優(yōu)化方法。答案與解析一、單選題答案與解析1.B解析：動態(tài)電壓頻率調(diào)整（DVFS）通過動態(tài)調(diào)整CPU工作電壓和頻率來降低功耗，是最適合的方法。2.A解析：CMOS反相器在靜態(tài)時(shí)功耗最低，因?yàn)槠潇o態(tài)功耗主要來自漏電流。3.C解析：電壓調(diào)節(jié)器（VRM）用于調(diào)節(jié)電壓，不屬于時(shí)鐘門控技術(shù)。4.A解析：SRAM功耗低且適合緩存，適合低功耗設(shè)計(jì)。5.C解析：LVDS傳輸功耗低，適合低功耗系統(tǒng)。6.C解析：動態(tài)電壓調(diào)節(jié)屬于動態(tài)功耗管理，不屬于電源門控技術(shù)。7.B解析：自刷新技術(shù)用于DRAM在低功耗模式下保持?jǐn)?shù)據(jù)，最適合內(nèi)存自刷新。8.A解析：PPM功耗低，適合低功耗無線通信。9.D解析：高電壓驅(qū)動會增加功耗，不屬于低功耗設(shè)計(jì)方法。10.B解析：低功耗模式（LPW）適合事件驅(qū)動喚醒的傳感器系統(tǒng)。二、多選題答案與解析1.A,D解析：電源門控和內(nèi)存自刷新可降低靜態(tài)功耗。2.A,B,D,E解析：時(shí)鐘門控、功耗分區(qū)管理、邏輯門冗余消除和DVFS可降低功耗。3.A,C,E解析：PPM、突發(fā)模式和硬件中斷適合低功耗無線通信。4.B,C,D解析：Flash自刷新、DRAM時(shí)鐘門控和MRAM適合低功耗存儲器設(shè)計(jì)。5.A,B,D,E解析：事件驅(qū)動喚醒、突發(fā)模式、低功耗模式和硬件中斷適合低功耗傳感器系統(tǒng)。三、判斷題答案與解析1.×解析：DVFS可降低動態(tài)和靜態(tài)功耗。2.√解析：電源門控通過關(guān)閉模塊電源來降低功耗。3.×解析：LVDS傳輸功耗比并行傳輸?shù)汀?.√解析：SRAM功耗低，適合緩存。5.√解析：時(shí)鐘門控通過關(guān)閉時(shí)鐘信號來降低功耗。6.√解析：自刷新技術(shù)主要用于DRAM。7.×解析：事件驅(qū)動喚醒不適用于所有傳感器系統(tǒng)。8.×解析：硬件門控優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)，但不是降低功耗的主要方法。9.×解析：低功耗設(shè)計(jì)可通過優(yōu)化技術(shù)在不犧牲性能的情況下實(shí)現(xiàn)。10.√解析：功耗分區(qū)管理可動態(tài)調(diào)整模塊功耗。四、簡答題答案與解析1.動態(tài)電壓頻率調(diào)整（DVFS）技術(shù)原理及應(yīng)用原理：通過動態(tài)調(diào)整CPU工作電壓和頻率來降低功耗，在高負(fù)載時(shí)提高電壓和頻率以保持性能，在低負(fù)載時(shí)降低電壓和頻率以節(jié)省功耗。應(yīng)用：移動設(shè)備（如手機(jī)、平板）、服務(wù)器等，可顯著降低功耗并延長電池壽命。2.電源門控技術(shù)原理及優(yōu)缺點(diǎn)原理：通過關(guān)閉不使用模塊的電源通路來降低靜態(tài)功耗。優(yōu)點(diǎn)：可顯著降低靜態(tài)功耗，適用于低活躍度模塊。缺點(diǎn)：可能引入延遲和時(shí)序問題，需謹(jǐn)慎設(shè)計(jì)。3.SRAM和DRAM在低功耗存儲器設(shè)計(jì)中的優(yōu)缺點(diǎn)SRAM：-優(yōu)點(diǎn)：功耗低、速度快，適合緩存。-缺點(diǎn)：密度低、成本高。DRAM：-優(yōu)點(diǎn)：密度高、成本低，適合主存。-缺點(diǎn)：功耗較高，需自刷新技術(shù)降低功耗。4.低功耗無線通信系統(tǒng)常用功耗優(yōu)化技術(shù)-PPM：功耗低，適合低功耗通信。-突發(fā)模式：減少空閑時(shí)間，降低功耗。-硬件中斷：事件驅(qū)動喚醒，減少待機(jī)功耗。5.事件驅(qū)動喚醒技術(shù)在低功耗傳感器系統(tǒng)中的作用通過外部事件（如運(yùn)動、光線變化）喚醒傳感器，減少空閑功耗，延長電池壽命，適用于可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)傳感器。五、計(jì)算題答案與解析1.平均功耗計(jì)算正常模式功耗：500mW×10ms=5mJ低功耗模式功耗：100mW×90ms=9mJ總功耗：5mJ+9mJ=14mJ總時(shí)間：100ms平均功耗=14mJ/100ms=140mW2.發(fā)射功耗計(jì)算脈沖寬度：10ns=10×10??s發(fā)射頻率：1MHz=1×10?次/s每秒脈沖數(shù)：1×10?次每秒發(fā)射功耗=1mW×1×10?次=1W六、論述題答案與解析低功耗硬件設(shè)計(jì)在移動設(shè)備中的重要性及優(yōu)化方法重要性：-移動設(shè)備（如手機(jī)、平板）依賴電池供電，低功耗設(shè)計(jì)可延長電池壽命。-隨著移動設(shè)備性能提升，功耗問題日益突出，需通過硬件設(shè)計(jì)優(yōu)化功耗。優(yōu)化方法：1.動態(tài)電壓頻率調(diào)整（DVFS）：根據(jù)負(fù)載動態(tài)調(diào)整CPU頻率和電壓。2.電源門控技術(shù)：關(guān)閉不使用模塊的電源通路。3.