异步设计与同步设计是两种基本的数字电路系统实现方法。异步设计和同步设计的不同点主要在于如何实现逻辑硬件系统的协调运行。异步集成电路采用握手协议产生各流水线局部时钟,取代了同步集成电路中的全局时钟,从而很自然的解决了同步集成电路中时钟偏移、功耗偏高等问题,并且在可以获得平均性能的情况下,具有较好的可重用性和鲁棒性。目前,异步集成电路设计已经成为国际上的研究热点。预计异步设计方法将会逐渐替代现有的同步设计技术,成为业界的主流设计方法。随着工艺进入到深亚微米阶段,功耗开始成为集成电路设计发展的重要瓶颈之一,特别是随着特征尺寸的减小,静态功耗呈指数形式上升,CMOS的静态功耗已经不再是接近零。因此,静态功耗不得不引起重视。论文的主要工作包括:阐述了低功耗优化设计的研究背景,综述了国内外低功耗技术在数字集成电路设计中的发展和现状。研究了异步系统中的握手协议、信号传输协议、数据编码协议,以及由不同的信号传输协议和数据编码协议构成的不同的握手协议实现方式;分析了异步电路中的延迟问题,建立相应的延迟模型,并给出了根据延迟模型的不同异步电路的分类情况。多阈值CMOS技术是一种降低电路静态功耗的有效方法。Muller C单元是一个在异步电路中使用比较频繁的基本元件,触发器是异步时序电路中的存储单元。论文在介绍基于多阈值CMOS电路设计原理的基础上,利用多阈值CMOS设计思想对CMOS单元门电路进行改进、设计了多阈值C单元和多阈值CMOS单边沿JK触发器,实现了对异步电路功能块Martin加法器晶体管电路的改进。最后,将这些改进过的门电路应用到延迟不敏感异步设计中,通过仿真分析了采用多阈值实现的电路对电路性能的影响情况,实现基于多阂值的超低功耗异步电路的设计。