2026年低功耗硬件设计方法与功耗估算试题含答案

2026年低功耗硬件设计方法与功耗估算试题含答案一、单选题（共10题，每题2分，总计20分）说明：下列每题只有一个最符合题意的选项。1.在低功耗硬件设计中，以下哪种技术最适合用于动态调整CPU频率以降低功耗？A.硬件门控技术B.动态电压频率调整（DVFS）C.逻辑门优化D.信号完整性优化2.以下哪种电路结构在静态时功耗最低？A.CMOS反相器B.ECL电路C.TTL电路D.BiCMOS电路3.在低功耗设计中，以下哪种方法不属于时钟门控技术？A.时钟多路复用B.时钟门控单元（CCU）C.电压调节器（VRM）D.时钟门控缓冲器4.对于低功耗SoC设计，以下哪种存储器技术最适合用于缓存？A.SRAMB.DRAMC.FlashD.MRAM5.在低功耗设计中，以下哪种技术主要用于减少数据传输功耗？A.串行通信B.并行通信C.低电压差分信号（LVDS）D.同步动态随机存取存储器（SDRAM）6.以下哪种方法不属于电源门控技术？A.逻辑门控单元（LGCU）B.端口门控C.动态电压调节D.芯片级电源门控7.在低功耗设计中，以下哪种技术最适合用于内存自刷新？A.电压调节降频（VRD）B.自刷新（Self-Refresh）C.逻辑门优化D.时钟门控8.对于低功耗无线通信设计，以下哪种技术最适合用于信号发射？A.脉冲位置调制（PPM）B.正交幅度调制（QAM）C.矢量调制D.相位调制9.在低功耗设计中，以下哪种方法不属于片上系统（SoC）功耗优化？A.芯片级时钟门控B.功耗分区管理C.逻辑门冗余消除D.高电压驱动10.对于低功耗传感器设计，以下哪种技术最适合用于事件驱动唤醒？A.突发模式B.低功耗模式（LPW）C.高频采样D.硬件中断二、多选题（共5题，每题3分，总计15分）说明：下列每题有多个符合题意的选项，请选出所有正确选项。1.在低功耗硬件设计中，以下哪些技术可用于降低静态功耗？A.电源门控B.动态电压调整（DVS）C.逻辑门优化D.内存自刷新E.信号完整性优化2.对于低功耗片上系统（SoC）设计，以下哪些方法可减少功耗？A.时钟门控单元（CCU）B.功耗分区管理C.高电压驱动D.逻辑门冗余消除E.动态电压频率调整（DVFS）3.在低功耗设计中，以下哪些技术适用于无线通信系统？A.脉冲位置调制（PPM）B.低电压差分信号（LVDS）C.突发模式D.高频采样E.硬件中断4.对于低功耗存储器设计，以下哪些技术可降低功耗？A.SRAMB.Flash自刷新C.DRAM时钟门控D.MRAME.电压调节降频（VRD）5.在低功耗设计中，以下哪些方法适用于传感器系统？A.事件驱动唤醒B.突发模式C.高频采样D.低功耗模式（LPW）E.硬件中断三、判断题（共10题，每题1分，总计10分）说明：下列每题请判断正误。1.动态电压频率调整（DVFS）技术只能降低动态功耗，无法降低静态功耗。2.电源门控技术通过关闭不使用模块的电源通路来降低功耗。3.低电压差分信号（LVDS）传输比并行传输更耗能。4.SRAM比DRAM更适合用于低功耗缓存设计。5.时钟门控技术通过关闭不使用模块的时钟信号来降低功耗。6.自刷新（Self-Refresh）技术主要用于DRAM存储器。7.事件驱动唤醒技术适用于所有低功耗传感器系统。8.硬件门控技术通过优化电路结构来降低功耗。9.低功耗设计只能通过牺牲性能来实现。10.功耗分区管理技术可动态调整芯片各模块的功耗。四、简答题（共5题，每题5分，总计25分）说明：请简要回答下列问题。1.简述动态电压频率调整（DVFS）技术的原理及其在低功耗设计中的应用。2.解释电源门控技术的原理及其在低功耗设计中的优缺点。3.比较SRAM和DRAM在低功耗存储器设计中的优缺点。4.简述低功耗无线通信系统中常用的功耗优化技术。5.解释事件驱动唤醒技术在低功耗传感器系统中的作用。五、计算题（共2题，每题10分，总计20分）说明：请根据题目要求进行计算。1.某低功耗SoC芯片在正常工作模式下的功耗为500mW，在低功耗模式下的功耗为100mW。假设芯片在正常模式下工作10ms，然后切换到低功耗模式工作90ms，请计算该芯片的平均功耗。2.某低功耗无线通信系统采用脉冲位置调制（PPM）技术，信号发射频率为1MHz，每个脉冲宽度为10ns，请计算该系统的发射功耗（假设发射功率为1mW）。六、论述题（共1题，15分）说明：请结合实际应用，论述低功耗硬件设计在移动设备中的重要性及常用优化方法。答案与解析一、单选题答案与解析1.B解析：动态电压频率调整（DVFS）通过动态调整CPU工作电压和频率来降低功耗，是最适合的方法。2.A解析：CMOS反相器在静态时功耗最低，因为其静态功耗主要来自漏电流。3.C解析：电压调节器（VRM）用于调节电压，不属于时钟门控技术。4.A解析：SRAM功耗低且适合缓存，适合低功耗设计。5.C解析：LVDS传输功耗低，适合低功耗系统。6.C解析：动态电压调节属于动态功耗管理，不属于电源门控技术。7.B解析：自刷新技术用于DRAM在低功耗模式下保持数据，最适合内存自刷新。8.A解析：PPM功耗低，适合低功耗无线通信。9.D解析：高电压驱动会增加功耗，不属于低功耗设计方法。10.B解析：低功耗模式（LPW）适合事件驱动唤醒的传感器系统。二、多选题答案与解析1.A,D解析：电源门控和内存自刷新可降低静态功耗。2.A,B,D,E解析：时钟门控、功耗分区管理、逻辑门冗余消除和DVFS可降低功耗。3.A,C,E解析：PPM、突发模式和硬件中断适合低功耗无线通信。4.B,C,D解析：Flash自刷新、DRAM时钟门控和MRAM适合低功耗存储器设计。5.A,B,D,E解析：事件驱动唤醒、突发模式、低功耗模式和硬件中断适合低功耗传感器系统。三、判断题答案与解析1.×解析：DVFS可降低动态和静态功耗。2.√解析：电源门控通过关闭模块电源来降低功耗。3.×解析：LVDS传输功耗比并行传输低。4.√解析：SRAM功耗低，适合缓存。5.√解析：时钟门控通过关闭时钟信号来降低功耗。6.√解析：自刷新技术主要用于DRAM。7.×解析：事件驱动唤醒不适用于所有传感器系统。8.×解析：硬件门控优化电路结构，但不是降低功耗的主要方法。9.×解析：低功耗设计可通过优化技术在不牺牲性能的情况下实现。10.√解析：功耗分区管理可动态调整模块功耗。四、简答题答案与解析1.动态电压频率调整（DVFS）技术原理及应用原理：通过动态调整CPU工作电压和频率来降低功耗，在高负载时提高电压和频率以保持性能，在低负载时降低电压和频率以节省功耗。应用：移动设备（如手机、平板）、服务器等，可显著降低功耗并延长电池寿命。2.电源门控技术原理及优缺点原理：通过关闭不使用模块的电源通路来降低静态功耗。优点：可显著降低静态功耗，适用于低活跃度模块。缺点：可能引入延迟和时序问题，需谨慎设计。3.SRAM和DRAM在低功耗存储器设计中的优缺点SRAM：-优点：功耗低、速度快，适合缓存。-缺点：密度低、成本高。DRAM：-优点：密度高、成本低，适合主存。-缺点：功耗较高，需自刷新技术降低功耗。4.低功耗无线通信系统常用功耗优化技术-PPM：功耗低，适合低功耗通信。-突发模式：减少空闲时间，降低功耗。-硬件中断：事件驱动唤醒，减少待机功耗。5.事件驱动唤醒技术在低功耗传感器系统中的作用通过外部事件（如运动、光线变化）唤醒传感器，减少空闲功耗，延长电池寿命，适用于可穿戴设备和物联网传感器。五、计算题答案与解析1.平均功耗计算正常模式功耗：500mW×10ms=5mJ低功耗模式功耗：100mW×90ms=9mJ总功耗：5mJ+9mJ=14mJ总时间：100ms平均功耗=14mJ/100ms=140mW2.发射功耗计算脉冲宽度：10ns=10×10⁻⁸s发射频率：1MHz=1×10⁶次/s每秒脉冲数：1×10⁶次每秒发射功耗=1mW×1×10⁶次=1W六、论述题答案与解析低功耗硬件设计在移动设备中的重要性及优化方法重要性：-移动设备（如手机、平板）依赖电池供电，低功耗设计可延长电池寿命。-随着移动设备性能提升，功耗问题日益突出，需通过硬件设计优化功耗。优化方法：1.动态电压频率调整（DVFS）：根据负载动态调整CPU频率和电压。2.电源门控技术：关闭不使用模块的电源通路。3.