设计和功率优化MTCMOS电路采用功率控制技术

Velicheti Swetha¹S Rajeswari²

PG学生(VLSI SD),部门的ECE PYDAH工程与技术学院威扎吉,印度
助理教授、ECE系PYDAH工程与技术学院威扎吉,印度

文摘

现今电力消耗(或)功耗已经成为最重要的标准来实现数字电路的任何人。而计算的效率价值这个数字电路的输出,我们可以使用扩展的概念。但是,同时增加缩放过程可能有泄漏电流的流失。由于泄漏电流的使用电源功耗增加。移除这些泄漏电流的我们要使用“权力控制技术”。通过使用电源控制技术,我们可以提供更好的功率效率。在本文中,我们将分析数字电路用不同类型的功率封闭电路低功耗集成电路设计技术的帮助。通过使用纳米技术我们可以得到不同的结果,不同的数字电源控制电路。整个过程可能实现和模拟使用微型风力布局编辑器和d .原理图(数字示意图)。

关键字

功率控制电路、地面反射噪声,睡眠的方法。

我的介绍。

过程技术的扩展纳米政权导致了快速漏电功耗的增加。因此,它已成为极其重要的开发设计技术,以减少静态功耗不活跃的时期。功率降低必须达到没有权衡性能使得它难以降低泄漏在正常操作(运行时)。另一方面,有一些技术减少泄漏在睡眠或待机模式。权力控制[8]就是这样一个众所周知的技术之间添加一个睡眠晶体管实际地面铁路和电路(称为虚拟接地)。这个设备是睡眠模式的反感切断泄漏路径。它已经表明,这种技术提供了大量减少泄漏对性能影响很小。高功率控制技术使用Vt睡眠电晶体切断VDD从电路块当块不切换。睡眠晶体管上浆[6]是一个重要的设计参数。这种技术,也被称为MTCMOS,(或)、CMOS减少备用或泄漏的力量,也使Id测试。

权力控制影响超过时钟门控设计体系结构。它增加时间延迟功率封闭的模式必须安全地进入和退出。体系结构权衡设计之间存在的泄漏量节能低功率模式和能量耗散的进入和退出低功耗模式。关闭模块可以通过软件或硬件来实现的。驱动程序软件可以安排断电操作。可以利用硬件定时器。一个专门的电源管理控制器是另一种选择。

外部开关电源是一种非常基本的权力控制来实现长期的泄漏功率降低。关闭小的块间隔时间,内部权力控制是更合适的。CMOS开关电路提供电力的被权力控制控制器控制。输出功率封闭块的放电慢。因此输出电压水平花更多的时间在阈值电压水平。这可能导致更大的短路电流。权力控制使用低泄漏PMOS晶体管作为头开关关闭电源部分设计在待机或睡眠模式。插入睡眠电晶体将芯片的电网分为永久电网连接到电源和一个虚拟电网驱动的细胞,可以关闭。

二世。POWER-GATING参数

功率控制实现定时关闭实现额外的注意事项。需要考虑以下参数及其值精心挑选的成功实现这种方法。

1。力门的门尺寸:尺寸必须选择处理的合闸电流在任何给定的时间。门必须更大,没有可测量的电压(IR)由于门下降。作为一个经验法则,门大小选择开关电容约3倍。设计师也可以选择页眉(P-MOS)或页脚(N-MOS)门。通常页脚盖茨倾向于小面积相同的开关电流。动态功率analyNMOS1s工具可以精确测量合闸电流以及预测能力的大小。

2。门控制转换速率:在权力控制,thiNMOS1s权力控制的一个重要参数,决定了效率。当转换速率很大,需要更多的时间来切断和接通电路,因此会影响功率控制效率。转换速度是通过控制缓冲门控制信号。

3所示。同时开关电容:这个重要的约束是指可同时切换电路的数量而不影响电网的完整性。如果同时大量的电路交换,产生的冲击电流”可以妥协的权力网络的完整性。阶段的需要切换电路,以防止这一点。

4所示。电力门泄漏:自盖茨的活跃的晶体管,减少渗漏是一个重要的考虑电能节省最大化

我)精密功率控制:

添加一个睡眠晶体管每一个细胞也被关闭大面积强加了一个点球,并分别控制每一个细胞群的力量创造了时间问题引入inter-cluster电压变化,很难解决。精密功率控制封装标准电池的开关晶体管作为逻辑。开关晶体管设计的图书馆IP供应商或标准电池设计师。通常这些细胞设计符合正常标准规则,可以很容易地由EDA工具的实现。门的大小控制设计考虑最坏的情况,要求电路开关在每个时钟周期内,一个巨大的地区造成的影响。最近的一些设计实现了精密电源控制选择性,但只有低Vt细胞。如果技术允许多个Vt库,使用低Vt设备最小的设计(20%),这样可以减少该地区的影响。当使用盖茨在低Vt电池输出必须隔离如果下一阶段是一个高Vt细胞。否则会导致邻近高Vt细胞泄漏当输出由于权力控制未知状态。

门控制转换速率约束是通过缓冲区分布树的控制信号。缓冲区必须选择从一组总在缓冲(缓冲区没有门控制信号)设计高Vt细胞。当一个细胞的固有区别对另一个开关,减少冲击电流在接通和关闭。通常选通晶体管设计作为高Vt设备。粗粒度的功率控制提供更多的灵活性,优化功率控制细胞在低开关活动。泄漏优化必须在粗粒级,完成交换低泄漏单元的高泄漏。精密功率控制是一种优雅的方法导致了泄漏减少10倍。这种类型的功率降低是一个吸引人的技术如果功率降低需求不满意由多个Vt单独优化。

(二)粗粒度的权力控制:

粗粒度的方法实现了网格样式睡眠晶体管驱动细胞在本地通过共享虚拟电网。这种方法不太敏感的PVT变化,介绍了减少1 r-drop变异,并且强加一个较小的区域的开销比细胞——或者基于集群的实现。在粗粒度的权力控制,power-gating晶体管是配电网络的一部分,而不是标准的细胞。有两种方式实现一个粗粒度的结构:

1。盖茨:环的力量被放置的四周环模块被关闭。特殊角细胞用于扭转电力信号的角落。

2。基于列的:权力盖茨与细胞内插入模块相互毗邻的形式列。全球权力更高的金属层,在切换功率较低的层。

门的整体合闸电流大小取决于模块在任何给定的时间。因为只有一小部分电路开关在任何点的时候,权力门尺寸较小而精密开关。动态功率模拟使用坏的情况下向量可以确定最坏情况下切换模块,因此大小。IR降也可以纳入分析。同时开关电容是一个主要考虑在粗粒度的权力控制的实现。为了限制同步切换、闸门控制缓冲区可以菊花链,和特殊的计数器可用于选择性地打开的开关。

三世。权力控制减少延迟:

这项工作提出了一个基于逻辑聚类问题的解决方案控制/优化功率控制参数。电源模式转换的关键设计考虑最小化苏醒延迟,峰值电流和总大小的睡眠晶体管。这项工作三个参数之间的关系进行分析,并解决发现的问题逻辑集群和唤醒调度,减少唤醒延迟而满足峰值电流和性能损失约束。

睡眠的方法的一个变体,锯齿形的方法,减少了叫醒——开销引起的睡眠晶体管交替放置的睡眠晶体管假设某一预先确定的输入向量[4]。降低漏电功耗的另一种方法是堆栈的方法(图4),这迫使堆栈效应,打破现有的晶体管为两个半大小晶体管[5]。分裂的晶体管增加显著延迟,可能会限制的方法的有效性。

沉睡的堆栈的方法(图5)结合了睡眠和堆栈的方法[2,3]。昏昏欲睡的堆栈技术现有的晶体管分为两个半大小晶体管像堆栈的方法。然后睡眠电晶体被添加在平行于一个分裂的晶体管。在睡眠模式,睡眠晶体管关闭和堆叠晶体管抑制漏电流而保存状态。每个睡眠晶体管,平行放置在一个堆叠的晶体管,减少阻力的路径,所以延迟是在主动模式有所下降。

然而,惩罚是一个重要的问题这种方法由于每个晶体管取代了三个晶体管由于添加额外的电线和年代的,睡眠的信号。另一种技术叫做双重睡眠方法[11](图6)使用使用两个额外的优势——拉起来,两个额外的下拉晶体管在睡眠模式在关闭状态或状态。自双睡眠部分可以共同逻辑电路,少的晶体管数量需要运用一定的逻辑电路。

诉仿真结果

六。结论

纳米尺度CMOS技术,亚阈值漏功耗是一个巨大的挑战。虽然以前的方法在某些方面是有效的,没有完美的解决方案减少泄漏功耗是已知的。因此,设计师选择技术基于技术和设计标准。在这篇文章中,我们提供了新颖的电路结构命名为“双栈”作为一种新的治疗设计师而言,静态功耗和动态的权力。双栈的方法显示了最小速度力量的产品。因此,双栈技术提供了新方法设计师需要超低功耗泄漏以更少的速度力量的产品。特别是它表明近50 - 60%的用电比现有的数字电源控制电路。因此,它可用于未来集成电路降低功耗。如果我们实现这个电力控制技术其他铰孔电路,我们可以识别大幅降低功耗。这可能是伟大的功率控制技术的优势。

引用

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