集成电路低功耗方法及其应用研究

论文摘要

集成电路技术的飞速发展和社会对消费类电子产品——特别是便携式(移动)电子产品的需求,推动了片上系统集成SoC(System on Chip)的飞速发展,并给人们提出了许多新的课题。芯片规模的增大和工艺尺寸的缩小,使得在进行芯片设计时,不能只考虑芯片优化空间的两个方面——速度(performance)和面积(cost),而必须注意越来越重要的第三个方面——功耗。因此在IC设计中加入低功耗设计十分必要。低功耗设计已经变成芯片技术和芯片取得商业成功的极为关键的因素。论文阐述了低功耗设计的原理,并对已有的后端实现方法,如门控时钟,多电压设计,多阈值设计及门控电源技术等进行了研究和分析。论文针对这些设计方法的功能和实现进行了详细说明。在此基础上,针对实际的设计,运用这些低功耗实现方法,达到最终的低功耗设计目标。重点为电路级的低功耗设计方法的后端实现。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 第1章 芯片功耗分析
• 1.1 概述
• 1.2 动态功耗
• 1.3 静态功耗
• 第2章 门控时钟
• 2.1 简介
• 2.2 集成的门控时钟电路
• 2.3 版图逻辑结构
• 2.4 门控时钟遇到的挑战
• 第3章 多电压设计
• 3.1 概述
• 3.2 电平转换单元（Level Shifter）
• 3.3 隔离单元（ISOLATION CELL）
• 3.4 带有使能端的电平转换单元（Enable Level Shifter）
• 3.5 保持寄存器（Retention Register）
• 第4章 多阈值设计
• 4.1 基本原理
• 4.2 设计方法
• 4.2.1 合理的约束
• 第5章 门控电源
• 5.1 基本原理
• 5.2 两种实现方法
• 5.3 门控电源单元
• 5.4 在库中的描述
• 5.5 电源网络连接
• 第6章 集成电路设计中的实际应用
• 6.1 门控时钟的实现
• 6.2 多阈值设计的实现
• 6.2.1 优化之前的功耗
• 6.2.2 优化
• 6.2.3 优化之后的功耗
• 6.3 多电压实现
• 6.3.1 初始版图（floorplan）
• 6.3.2 创建电压区域
• 6.3.3 连接电源（Power&Ground）
• 6.3.4 创建电源环路（Create Power External Rings）
• 6.3.5 创建电源网络（create power strap）
• 6.3.6 加电源开关单元（header cells）
• 6.3.7 加入隔离单元
• 6.3.8 绕线（Routing）
• 第7章 结论
• 参考文献
• 致谢