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数字产品无处不在的今天，随着功能体验的不断丰富，功耗等能源问题逐渐浮现，为达到功能特性和低功耗双赢的目的，半导体工艺尺寸不断被缩小。然而大家却发现工艺提升到一定程度，如果要继续缩小特性尺寸需要付出相当大的代价，同时会引入诸如噪声等问题，严重影响了集成电路计算的可靠性。因此，在保证电路性能的条件下，降低数字集成电路功耗成为目前工业界和学术界的研究重点。数字集成电路功耗主要由静态功耗和动态功耗构成，随着工艺尺寸的缩小，静态功耗在总功耗中占的比例越来越大，但起主导作用的还是动态功耗。无论静态功耗还是动态功耗都与电压的平方成正比，所以降低电路的工作电压可以达到降低功耗的目的；但降低工作电压同时会使得电路逻辑器件呈现概率特性。传统的数字信号处理（Digital Signal Processing, DSP）观念是计算结果需要完全正确；而在通信、雷达、多媒体等DSP领域，我们不需要百分之百的正确率，只要在误差容限范围内，即错误是可以允许的。因此，通过降低工作电压实现低功耗的方法具有可行性。本文首先详述了深亚微米量级的门电路及模块在低电压供电条件下导致器件出错的机理，介绍了低电压下CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）数字电路的错误概率模型，并结合概率器件结构模型推导基本逻辑门概率模型；同时提出了一种由逻辑门的概率模型推导电路模块级的概率模型的方法，即状态转移法。此为，我们搭建了硬件平台对4000系列的CMOS逻辑芯片进行了低供电压测试，通过对比分析理论推导结果与实测结果，完善了分析模型并验证了状态转移法的合理性，从而为构建低电压下数字电路概率模型提供了可靠分析模型和实际依据。为研究电路概率特性的实际应用，本文提出了RPR（Reduced PrecisionRedundancy）算法与TMR（Triple-Modular Redundancy）算法和RRNS（RedundantResidueNumber Systems）纠错算法结合的错误容忍的DSP系统设计方法。本文以25阶FIR滤波器为例，设计了RPR-TMR、RPR-RRNS两种概率FIR滤波器结构，并对两种结构进行对比分析，结果表明，RPR-RRNS结构在功耗及输出信噪比上均优于RPR-TMR结构，从而为概率器件在DSP中的应用提供了一种的可行的设计思路。