Id-disinn taċ-ċippa hija waħda mill-prijoritajiet tal-iżvilupp ta 'kull pajjiż, u l-espansjoni tal-industrija taċ-Ċina għad-disinn taċ-ċippa tgħin biex tnaqqas id-dipendenza ta' pajjiżi fuq ċipep barranin. Fl-artikoli preċedenti, l-editur darba introduċa l-fluss 'il quddiem u lura tad-disinn taċ-ċippa u l-prospetti tad-disinn taċ-ċippa. F'dan l-artikolu, l-editur jintroduċi lilek il-kapitolu attwali tad-disinn taċ-ċippa - l-ottimizzazzjoni u r-realizzazzjoni tal-konsum tal-enerġija tas-siġra tal-arloġġ fid-disinn taċ-ċippa RFID.
Ħarsa ġenerali 1
UHF RFID hija ċippa tat-tikketta ta 'identifikazzjoni tal-frekwenza tar-radju UHF. Iċ-ċippa tadotta modalità ta 'provvista ta' enerġija passiva: wara li tirċievi l-enerġija tat-trasportatur, l-unità ta 'quddiem ta' l-RF tiġġenera sinjal ta 'enerġija Vdd biex tforni ċ-ċippa kollha biex taħdem. Minħabba l-limitazzjonijiet tas-sistema tal-provvista tal-enerġija, iċ-ċippa ma tistax tiġġenera sewqan kbir ta 'kurrent, għalhekk id-disinn ta' enerġija baxxa sar avvanz maġġuri fil-proċess tal-iżvilupp taċ-ċippa. Sabiex il-parti taċ-ċirkwit diġitali tipproduċi l-inqas konsum ta 'enerġija possibbli, fil-proċess tad-disinn taċ-ċirkwit loġiku diġitali, minbarra li tissimplifika l-istruttura tas-sistema (funzjonijiet sempliċi, fiha biss il-modulu ta' kodifikazzjoni, modulu ta 'dekodifikazzjoni, modulu ta' ġenerazzjoni ta 'numru bl-addoċċ, arloġġ , modulu ta 'reset, unità ta' kontroll tal-memorja Kif ukoll il-modulu ta 'kontroll ġenerali), id-disinn ta' ċirkwit mhux sinkroniku huwa adottat fid-disinn ta 'xi ċirkwiti. F’dan il-proċess, rajna li minħabba li s-siġra ta ’l-arloġġ tikkonsma parti kbira mill-konsum ta’ enerġija tal-loġika diġitali (madwar 30% jew aktar), it-tnaqqis tal-konsum ta ’enerġija tas-siġra ta’ l-arloġġ sar ukoll tnaqqis fil-konsum ta ’enerġija loġika diġitali u l-qawwa taċ-ċippa tat-tikketta kollha. Pass importanti għall-konsum.
2 Kompożizzjoni tal-enerġija taċ-ċippa u metodi biex jitnaqqas il-konsum tal-enerġija
2.1 Il-kompożizzjoni tal-konsum tal-enerġija
Figura 1 Kompożizzjoni tal-konsum tal-enerġija taċ-ċippa
Il-konsum dinamiku tal-enerġija jinkludi prinċipalment il-konsum tal-enerġija short-circuit u l-konsum tal-enerġija flipping, li huma l-komponenti ewlenin tal-konsum tal-enerġija ta 'dan id-disinn. Il-konsum ta 'enerġija ta' short-circuit huwa l-konsum ta 'enerġija interna, li huwa kkawżat minn short circuit istantanju kkawżat mit-tubu P u t-tubu N jinxtegħel f'ċertu mument fl-apparat. Il-konsum tal-enerġija tal-fatturat huwa kkawżat mill-iċċarġjar u l-ħatt tal-kapaċitanza tat-tagħbija fil-ħruġ tal-apparat CMOS. Il-konsum tal-enerġija għat-tnixxija jinkludi prinċipalment il-konsum tal-enerġija kkawżat minn tnixxija ta 'limitu minimu u tnixxija tal-bieb.
Illum, iż-żewġ sorsi l-aktar importanti ta 'konsum ta' enerġija huma: il-konverżjoni tal-kapaċitanza u t-tnixxija taħt il-limitu.
2.2 Metodi ewlenin biex jitnaqqas il-konsum tal-enerġija
Figura 2 Metodi ewlenin biex jitnaqqas il-konsum tal-enerġija taċ-ċippa
2.2.1 Naqqas il-vultaġġ tal-provvista tal-enerġija Vdd
Gżira tal-Vultaġġ: Moduli differenti jużaw vultaġġi differenti tal-provvista tal-enerġija.
Skala ta 'Vultaġġ f'livell MulTI: Hemm sorsi multipli ta' vultaġġ fl-istess modulu. Aqleb bejn dawn is-sorsi ta 'vultaġġ skond applikazzjonijiet differenti.
Skala ta 'Frekwenza ta' Vultaġġ Dinamiku: Il-verżjoni aġġornata ta '"aġġustament ta' vultaġġ f'diversi livelli", li taġġusta b'mod dinamiku l-vultaġġ skond il-frekwenza tax-xogħol ta 'kull modulu.
Skala ta 'Vultaġġ AdapTIve: Verżjoni aġġornata ta' DVFS li tuża ċirkwit ta 'reazzjoni li jista' jissorvelja l-imġieba taċ-ċirkwit biex jaġġusta l-vultaġġ b'mod adattiv.
Ċirkwit ta 'sotto-limitu (id-disinn huwa iktar diffiċli, u xorta jibqa' fl-ambitu tar-riċerka akkademika)
2.2.2 Naqqas il-frekwenza f u r-rata tal-fatturat A
Ottimizzazzjoni tal-kodiċi (estrazzjoni ta 'fatturi komuni, użu mill-ġdid tar-riżorsi, operazzjoni iżolata, xogħol serjali biex jitnaqqas l-ogħla konsum ta' enerġija, eċċ.)
Arloġġ magħluq
Strateġija b'ħafna arloġġi
2.2.3 Naqqas il-kapaċitanza tat-tagħbija (CL) u d-daqs tat-transistor (Wmos)
Naqqas unitajiet sekwenzjali
Żona taċ-ċippa u tnaqqis fl-iskala
Aġġornament tal-proċess
2.2.4 Naqqas il-kurrent tat-tnixxija
Vultaġġ limitu tal-kontroll (Threshold Voltage) (limitu vultaġġ ↑ tnixxija kurrenti current jekk tuża MTCMOS, VTCMOS, DTCMOS)
Ikkontrolla l-vultaġġ tal-bieb (Vultaġġ tal-Bieb) (billi tikkontrolla l-vultaġġ tas-sors tal-bieb biex tikkontrolla l-kurrent tat-tnixxija)
Transistor Stack (qabbad transisters żejda f'serje, żid ir-reżistenza biex tnaqqas il-kurrent ta 'tnixxija)
Provvista ta 'enerġija gated (Power gaTIng jew PSO) (meta l-modulu ma jaħdimx, itfi l-enerġija biex tnaqqas b'mod effettiv il-kurrent ta' tnixxija)
3 Ottimizzazzjoni tal-konsum tal-enerġija tas-siġra tal-arloġġ f'ċippa RFID
Meta ċ-ċippa tkun qed taħdem, parti kbira tal-konsum tal-enerġija hija dovuta għall-fatturat tan-netwerk tal-arloġġ. Jekk in-netwerk tal-arloġġ huwa kbir, it-telf tal-enerġija kkawżat minn din il-parti jkun kbir ħafna. Fost ħafna teknoloġiji ta 'enerġija baxxa, l-arloġġ magħluq għandu l-iktar effett ta' trażżin qawwi fuq il-konsum tal-enerġija flip u l-konsum intern tal-enerġija. F'dan id-disinn, il-kombinazzjoni tat-teknoloġija tal-arloġġ b'ħafna livelli u strateġija speċjali ta 'ottimizzazzjoni tas-siġra tal-arloġġ tiffranka parti kbira mill-konsum tal-enerġija. Dan il-proġett uża varjetà ta 'strateġiji ta' ottimizzazzjoni għall-konsum tal-enerġija fid-disinn loġiku, u pprova xi metodi fis-sinteżi back-end u d-disinn fiżiku. Permezz ta 'diversi ottimizzazzjoni tal-enerġija u iterazzjonijiet fit-truf ta' quddiem u ta 'wara, id-disinn tal-kodiċi loġiku u l-konsum minimu tal-enerġija nstabu Approċċ Integrat.
4.1 Żid manwalment arloġġ gating fl-istadju RTL
Figura 3 Dijagramma skematika ta 'arloġġ magħluq
modulu data_reg (En, Data, clk, out)
input En, clk;
input [7: 0] Dejta;
output [7: 0] barra;
dejjem @ (posedge clk)
jekk (En) out = Data;
modulu tat-tmiem
L-iskop ta 'dan l-istadju huwa prinċipalment doppju: L-ewwel wieħed huwa li żżid unità ta' arloġġ magħluq biex tikkontrolla r-rata ta 'bejgħ u tnaqqas il-konsum dinamiku ta' enerġija b'mod aktar raġonevoli skond il-probabbiltà ta 'tibdil ta' arloġġ ta 'kull modulu. It-tieni huwa li tipproduċi netwerk ta 'arloġġ bi struttura bilanċjata kemm jista' jkun. Jista 'jkun garantit li xi buffers tal-arloġġ jistgħu jiġu miżjuda fl-istadju ta' sinteżi tas-siġra tal-arloġġ back-end biex jitnaqqas il-konsum tal-enerġija. L-unità ICG (Integrated Gating) fil-librerija taċ-ċelloli tal-funderija tista 'tintuża direttament fid-disinn tal-kodiċi attwali.
4.2 L-għodda fil-fażi ta 'sinteżi huma mdaħħla fil-grada integrata
Figura 4 Inserzjoni ta 'arloġġ magħluq matul is-sinteżi loġika
# Issettja għażliet ta 'gating tal-arloġġ, max_fanout default huwa illimitat
sett_clock_gating_style -sekwenti_ċellola lukkett \
-pożittiv_edge_logic {integrat} \
-punt_kontroll qabel \
-kontroll_sinjal scan_enable
# Oħloq siġra tal-arloġġ aktar bilanċjata billi ddaħħal ICGs "dejjem attivati"
issettja power_cg_all_registers veru
issettja power_remove_redundant_clock_gates veru
read_db design.gtech.db
top_disinn kurrenti
rabta
sors design.cstr.tcl
# Daħħal il-gating tal-arloġġ
insert_clock_gating
jikkompila
# Iġġenera rapport imdaħħal fuq l-arloġġ
rapport_clock_gating
L-iskop ta 'dan l-istadju huwa li tuża l-għodda integrata (DC) biex tiddaħħal awtomatikament l-unità magħluqa sabiex tnaqqas aktar il-konsum tal-enerġija.
Għandu jiġi nnutat li l-issettjar tal-parametri biex tiddaħħal ICG, bħal fanout massimu (iktar ma jkun kbir il-fanout, iktar ikun iffrankat l-enerġija, iktar ikun ibbilanċjat il-fanout, iżgħar tkun id-distinzjoni, skont id-disinn, kif muri fil-figura), u l-issettjar tal-parametru minimum_bitwidth Barra minn hekk, huwa meħtieġ li tiddaħħal ICG normalment miftuħa għal strutturi ta 'kontroll tal-bieb aktar kumplessi biex l-istruttura tan-netwerk ta' l-arloġġ issir aktar bilanċjata.
4.3 L-ottimizzazzjoni tal-konsum tal-enerġija fl-istadju tas-sintesi tas-siġra tal-arloġġ
Figura 5 Tqabbil ta 'żewġ strutturi ta' siġar tal-arloġġ (a): tip ta 'fond f'diversi livelli; (b): tip ċatt ta 'ftit livelli
L-ewwel introduċi l-influwenza tal-parametri komprensivi tas-siġra tal-arloġġ fuq l-istruttura tas-siġra tal-arloġġ:
Skew: Clock skew, l-għan ġenerali tas-siġra tal-arloġġ.
Dewmien fl-inserzjoni (Latency): Id-dewmien totali tal-passaġġ tal-arloġġ, użat biex jillimita ż-żieda fin-numru ta 'livelli tas-siġra tal-arloġġ.
Taranstion massimu: Il-ħin massimu ta 'konverżjoni jillimita n-numru ta' buffers li jistgħu jiġu misjuqa mill-buffer tal-ewwel livell.
Max Capacitance Max Fanout: Il-capacitance tat-tagħbija massima u l-fanout massimu jillimitaw in-numru ta 'buffers li jistgħu jiġu misjuqa mill-buffer tal-ewwel livell.
L-għan finali tas-sinteżi tas-siġar tal-arloġġ fid-disinn ġenerali huwa li tnaqqas ix-xejra tal-arloġġ. Iż-żieda fin-numru ta 'livelli u t-tnaqqis ta' kull livell ta 'fanout jinvestu aktar buffers u jibbilanċjaw b'mod aktar preċiż il-latency ta' kull passaġġ ta 'l-arloġġ biex jiksbu skew iżgħar. Iżda għal disinn ta 'enerġija baxxa, speċjalment meta l-frekwenza tal-arloġġ tkun baxxa, ir-rekwiżiti tal-ħin mhumiex għoljin ħafna, u għalhekk huwa ttamat li l-iskala tas-siġra tal-arloġġ tista' titnaqqas biex tnaqqas il-konsum tal-enerġija tal-iswiċċ dinamiku kkawżat mis-siġra tal-arloġġ. Kif muri fil-figura, billi tnaqqas in-numru ta 'livelli tas-siġra tal-arloġġ u żżid il-fanout, id-daqs tas-siġra tal-arloġġ jista' jitnaqqas b'mod effettiv. Madankollu, minħabba t-tnaqqis fin-numru ta 'buffers, siġra tal-arloġġ b'numru iżgħar ta' livelli minn siġra tal-arloġġ b'ħafna livelli Biss bejn wieħed u ieħor tibbilanċja l-latency ta 'kull passaġġ tal-arloġġ, u ġġib skew akbar. Wieħed jista 'jara li bil-għan li titnaqqas l-iskala tas-siġra tal-arloġġ, is-sinteżi tas-siġra tal-arloġġ ta' enerġija baxxa hija għad-detriment li tiżdied ċertu skew.
Speċifikament għal din iċ-ċippa RFID, nużaw proċess TSMC 0.18um CMOS LOGIC / MS / RF, u l-frekwenza tal-arloġġ hija biss 1.92M, li hija baxxa ħafna. F'dan iż-żmien, meta l-arloġġ jintuża għas-sinteżi tas-siġar tal-arloġġ, l-arloġġ baxx jintuża biex inaqqas l-iskala tas-siġra tal-arloġġ. Is-sinteżi tas-siġra tal-arloġġ tal-konsum tal-enerġija tissettja prinċipalment ir-restrizzjonijiet ta 'skew, latency u transiton. Peress li r-restrizzjoni tal-fanout se żżid in-numru ta 'livelli ta' siġar tal-arloġġ u żżid il-konsum tal-enerġija, dan il-valur mhuwiex issettjat. Il-valur default fil-librerija. Fil-prattika, użajna 9 restrizzjonijiet differenti tas-siġar tal-arloġġ, u r-restrizzjonijiet u r-riżultati komprensivi huma murija fit-Tabella 1.
5 Konklużjoni
Kif muri fit-Tabella 1, ix-xejra ġenerali hija li iktar ma tkun kbira d-distinzjoni fil-mira, iktar ma jkun żgħir id-daqs finali tas-siġra tal-arloġġ, iktar ikun żgħir in-numru ta 'buffers tas-siġar tal-arloġġ, u inqas ikun il-konsum ta' enerġija dinamika u statika korrispondenti. Dan jiffranka s-siġra tal-arloġġ. L-iskop tal-konsum. Jista 'jidher li meta l-iskew fil-mira huwa akbar minn 10ns, il-konsum tal-enerġija bażikament ma jinbidilx, iżda l-valur skew kbir iġib id-deterjorament tal-ħin tal-istiva u jżid in-numru ta' buffers imdaħħla meta tissewwa l-ħin, għalhekk għandu jsir kompromess. Mit-tabella Strateġija 5 u Strateġija 6 huma s-soluzzjonijiet preferuti. Barra minn hekk, meta jintgħażel l-aħjar issettjar skew, tista 'tara wkoll li iktar ma jkun kbir il-valur ta' transizzjoni Max, inqas ikun il-konsum finali tal-enerġija. Dan jista 'jinftiehem bħala iktar ma jkun twil il-ħin tat-transizzjoni tas-sinjal tal-arloġġ, inqas tkun l-enerġija meħtieġa. Barra minn hekk, l-issettjar tar-restrizzjoni tal-latenza jista 'jitkabbar kemm jista' jkun, u l-valur tiegħu għandu ftit effett fuq ir-riżultat tal-konsum tal-enerġija finali.
prodotti oħra tagħna:
