ULSI后端设计低功耗技术研究

提出一种新的ULSI后端设计低功耗流程,重点分析了版图压焊点位置摆放、宏单元位置规划、电源网络布局及物理综合功率优化设计等四项关键技术。采用SMIC 0.18 μm 1P6M 自对准硅化物CMOS工艺,设计了一种新型雷达SoC芯片,电路版图尺寸为7.825 mm×7.820 mm,规模为200万门,工作频率为100 MHz。实验结果表明,采用低功耗物理设计技术后,芯片功耗降低12.77 %,满足350 mW功耗的设计要求。该电路已通过用户的应用验证,满足系统小型化和低功耗需求。     

ULSI后端设计低功耗技术研究

提出一种新的ULSI后端设计低功耗流程,重点分析了版图压焊点位置摆放、宏单元位置规划、电源网络布局及物理综合功率优化设计等四项关键技术。采用SMIC 0.18μm 1P6M自对准硅化物CMOS工艺,设计了一种新型雷达SoC芯片,电路版图尺寸为7.825mm×7.820mm,规模为200万门,工作频率为100MHz。实验结果表明,采用低功耗物理设计技术后,芯片功耗降低12.77%,满足350mW功耗的设计要求。该电路已通过用户的应用验证,满足系统小型化和低功耗需求。     

SOC技术及系统级低功耗设计

介绍了SOC设计中的IP核可复用技术、软硬件协同设计技术、SOC验证技术、可测性设计技术以及低功耗设计技术。对SOC低功耗设计中的瞬态功耗优化、平均功耗优化以及功耗的物理来源、电容充放电功耗、短路功耗、静电漏电功耗进行了分析。并对典型SOC设计中采取降低芯片和封装电容、降低电源电压,达到降低功耗的技术进行了研究。最后对系统级功耗设计中的电源系统低功耗设计、工作系统低功耗设计进行了探讨。     

红外读出电路中低功耗列读出级电路的设计

提出了一种用于红外读出电路的新型低功耗列读出级结构。该结构在传统主从列读出级电路的基础上,引进电压检测电路,通过检测相邻列中主运放的输出电压,动态地调节从运放工作电流,避免了传统结构中从运放需要始终工作在大电流下(>Imax)的限制,从而显著地降低了功耗。具体电路采用CSMC DPTM 0.5μm工艺实现,Hspice仿真结果表明,新型主从列读出级中从运放功耗与传统主从列读出级中从运放功耗相比,从运放的平均功耗最大可以节省75%。     

新型低功耗128×128红外读出电路设计

文中介绍了一种新型的128×128红外读出电路中的低功耗设计,包括像素级和列读出级两部分.在像素级设计中,提出了一种新型四像素共用反馈放大器(Quad-Share Buffered Injection,QSBDI)的结构:每个像素的平均功耗为500nW,放大器引入的功耗降低了30%,同时使像素FPN只来源于局部失配.列读出级采用新型主从两级放大列读出结构,其中主放大器完成电荷到电压的转换,从放大器驱动输出总线来满足一定的读出速度.通过SPICE仿真发现,与传统列电荷放大器结构相比,新型结构可节省60%的功耗.     

一种SoC低功耗模式设计与实现

为降低芯片功耗,提升性能,从系统级、结构级和RTL级3个层次提出了一种片上系统(System on Chip,SoC)芯片的低功耗设计方法,并在样片中得以验证。在系统级层面,根据SoC芯片的不同工作场合,在正常运行模式的基础之上,设计了睡眠、停止和待机3种低功耗模式。在结构级层面,将整个芯片划分为VDD、VDDA和VBAT3个电压域,以降低系统功耗。在RTL级,针对不同的模式切换,设计了时钟管理技术,实现了对不同模式下不同时钟的控制。仿真和实验结果证明了设计的合理性,实测数据表明,睡眠模式最多降低59.1%的功耗,停止和待机模式降低了3~4个数量级。     

一种自动化瞬时功耗分析方法

随着IC设计的规模更大,要求速度更快,以及便携式设备的广泛需求,芯片功耗的问题越来越凸显出来。对于纳米尺寸的芯片来说,功耗管理是一个主要的挑战。因此,在芯片的设计阶段功耗分析是贯穿于整个设计流程的重要步骤。在整个设计流程中需要对功耗进行分析并依据分析结果进行低功耗设计,这些技术可以保证芯片的每一部分都能高效、可靠、正确地工作。选择合适的低功耗手段,必须以细致的功耗预估为前提。这样才能保证找到芯片工作时的功耗极值点,这些数值的分析对降低芯片功耗、优化电路设计提供有力支持。     

多媒体SOC芯片的低功耗设计

从集成电路功耗原理出发,分析了CMOS电路功耗的来源,从集成电路设计的系统级、算法级、架构级、电路/门级以及工艺/器件级五个抽象层次出发,整理、总结了当前主要的低功耗设计方法,并在实际的移动多媒体处理应用SOC芯片设计中,平衡产品成本、设计复杂度、设计环境等多种因素,确定并应用了适合设计对象的低功耗设计方法的组合.通过对于样片功耗的测试分析,低功耗设计方法(组合)取得了预期的效果,实现了较低的动态功耗与很低的静态功耗.     

一种高精度低功耗动态比较器的设计方法

采用预先放大信号及触发器对信号锁存处理的设计理念,提出了一种新型的高精度低功耗动态比较器的设计方法。与传统比较器相比,该比较器采用了一种动态结构作为输出缓冲级,使得整个电路都是在时钟控制下工作,有效降低电路功耗,以达到高精度低功耗的效果。在CSMC 0.35 m标准CMOS工艺模型下,使用HSPICE仿真器对电路进行仿真模拟。在VCC=5V,T=25℃,100 MHz的时钟频率下,比较器精度达0.2m V,功耗仅1.2m W。     

SoC低功耗设计及其技术实现

文章根据低功耗设计理论和方法,分别从系统级、模块级及RTL级三个层次上考虑一款SoC芯片功耗设计。在系统级采用工作模式管理方式,在模块级采用软件管理的方式,RTL级采用门控方式,三种方式的应用大大降低芯片了的功耗。仿真分析表明,该芯片的低功耗设计策略取得了预期的效果,实现了较低的动态功耗与很低的静态功耗。该SoC采用0．18μm CMOS工艺库实现,面积为7．8mm×7．8mm,工作频率为80Mnz,平均功耗为454．268mW。     

新型低功耗128×128红外读出电路设计

文中介绍了一种新型的128×128红外读出电路中的低功耗设计，包括像素级和列读出级两部分。在像素级设计中，提出了一种新型四像素共用反馈放大器（ Quad-Share Buffered Injection, QSBDI）的结构：每个像素的平均功耗为500nW，放大器引入的功耗降低了30％，同时使像素FPN只来源于局部失配。列读出级采用新型主从两级放大列读出结构，其中主放大器完成电荷到电压的转换，从放大器驱动输出总线来满足一定的读出速度。通过SPICE仿真发现，与传统列电荷放大器结构相比，新型结构可节省60％的功耗。     

面向ISO18000-6C协议的无源超高频射频识别标签芯片设计

本文提出了一种面向ISO18000-6C协议的无源超高频射频识别标签芯片设计。为了降低芯片的成本和功耗,本文设计了一种低功耗且不含电阻的稳压电路,一种低功耗且频率精度达到4%的时钟产生电路,以及一种新颖的具有大动态范围的ASK解调电路。本文还阐述了基于门控时钟技术的低功耗数字基带电路设计。该标签芯片的总功耗约为14微瓦,灵敏度达到-9.5dBm,读取距离可达5米。整个标签采用TSMC 0.18um CMOS工艺实现,芯片尺寸为880um880um。     

低功耗有源UHF-RFID标签芯片

采用SMIC 0.18 μm CMOS工艺,设计了一种低功耗的超高频有源RFID标签芯片射频接收前端电路.其中,低噪声放大器(LNA)采用共源共栅源极电感负反馈差分结构,下变频混频器(Mixer)采用吉尔伯特(Gilbert)有源双平衡结构.通过整体及模块电路优化,该电路在较低功耗下仍然具有较好性能.仿真结果表明,整个接收端功耗仅为14 mW,与传统射频前端芯片相比,功耗降低53%;整体增益为21.6 dB,噪声系数7.1 dB,三阶输入截止点-18.9 dBm,满足有源UHF-RFID标签芯片低功耗高性能的应用需求.     

深亚微米工艺下系统芯片低功耗技术

功耗问题将成为系统芯片发展的一个瓶颈.影响深亚微米工艺下系统芯片的功耗因素比较多,论文从不同的层次对功耗进行分析,找到影响电路功耗的主要因素.对系统芯片而言,其电路规模比较大,工作模式复杂、工作速度较高,因此全面降低芯片功耗是设计者在规划时就必须考虑的重要因素.文中以实际设计的系统芯片为例,从系统级、电路级、逻辑级等不...     

一种适用于门级网表的混合式静态功耗优化方法

进入深亚微米集成电路设计阶段,静态功耗所占整体功耗的比例快速增大,使之成为当前设计流程中的关键优化步骤。该文提出一种适用于门级网表的混合式静态功耗优化方法。该方法结合了整数规划和启发式算法,以减小电路时序裕量的方式换取电路静态功耗的改善。整体优化流程从一个满足时序约束的设计开始,首先利用整数规划为网表中的逻辑门单元寻找一个较低静态功耗的最优替换单元;其次结合当前所用门单元和最优替换单元的物理和电学参数,按优先级方式逐层替换电路中所有的逻辑门节点;最后利用启发式方法修复可能出现的最大延时违规情况。整体优化流程将在上述步骤中不断迭代直至无法将现有时序裕量转换为功耗的改善。针对通用测试电路的实验结果表明,采用该方法优化后电路静态功耗平均减小10%以上,最高达26%;与其它方法相比,该方法不仅大幅降低了功耗,而且避免了优化后电路最大延时的过度恶化,其最大延时违反量小于5 ps。     

一种三维芯片间的低功耗单相位调制收发电路

基于三维堆叠芯片间电感耦合无线互联的方法,设计了一种用于三维芯片间的低功耗单相位调制收发电路。相比于传统的双相位调制收发电路,单相位调制收发电路能将功耗降低58%,而且不牺牲收发电路的其他性能。采用新芯XMC 65 nm CMOS工艺进行设计,电源电压为1.2 V,收发电路的工作速度可达1 Gb/s,功耗仅为1.25 mW,误码率小于1×10-13。单相位调制传输方式能够很好地运用于三维芯片间电感耦合互联的低功耗应用领域。     

SoC门级功耗分析方法

随着IC设计规模的增大和运行频率的提高,设计中低功耗的需求也随之提高,在芯片投片之前,能够比较准确的评估出芯片的功耗是当前设计中非常关键的技术点之一。比较四种不同层次的功耗分析方法,门级功耗分析兼有精度高,分析速度快的优点。根据SPI接口电路实践,描述了门级功耗工具的使用方法,并通过门级和晶体管级分析的对比测试证明该方法能较为准确的估算出新品的功耗,为SoC项目的正常研发提供帮助。     

一种用于无源射频识别标签的上电复位电路

提出了一种新型的低压低功耗上电复位电路。该电路利用MOS管多种二级效应,采用多种低压低功耗技术,满足降低功耗的需要。整个上电复位电路的静态功耗低于1μW,应用于1.8 V与1.2 V电源电压。设计采用SMIC 0.18μm EEPROM工艺,可应用于其他低电源电压以及低功耗要求的芯片设计。     

TFT-LCD驱动芯片内置SRAM的低功耗设计

内置SRAM是单片集成TFT-LCD驱动控制芯片中的图像数据存储模块.针对内置SRAM的低功耗设计要求,采用HWD结构和动态逻辑的字线译码电路,实现了1.8Mb SRAM的低功耗设计.电路采用0.18μm CMOS工艺实现,Hspice和Ultrasim仿真结果表明,与静态字线译码电路相比,功耗减小了20%;与DWL结构相比,功耗减小了16%;当访存时钟频率为31MHz时,SRAM存储单元的读写时间小于8ns,电源峰值功耗小于123mW,静态功耗为0.81mW.     

SOC时代低功耗设计的研究与进展

在片上系统(SOC)时代,芯片内核的超高功耗密度以及移动应用市场对低功耗的无止境需求,使低功耗设计变得日益重要.文章全面系统地介绍了低功耗设计的相关内容,包括背景、原理和不同层次的功耗优化技术,着重介绍了面向SOC的系统级功耗优化技术.通过对已有研究成果按设计抽象层次和系统功能的分析,指出了其优化的全局性不够充分.提出了基于软硬件协同设计的系统功耗优化思路和设计流程,展望了SOC低功耗设计的发展方向.