Skyfie-ontwerp is een van die ontwikkelingsprioriteite van elke land, en die uitbreiding van China se skyfie-ontwerpbedryf sal help om die afhanklikheid van my land van buitelandse skyfies te verminder. In vorige artikels het die redakteur een keer die voorwaartse en omgekeerde vloei van skyfie-ontwerp en die vooruitsigte van skyfie-ontwerp bekendgestel. In hierdie artikel sal die redakteur u die werklike hoofstuk vir skyfontwerp voorstel - die optimalisering en realisering van die kragverbruik van die klokboom in die ontwerp van die RFID-skyfie.
1 Oorsig
UHF RFID is 'n UHF-radiofrekwensie-identifikasie-skyfie. Die chip gebruik 'n passiewe kragbron: na ontvangs van die draer-energie, genereer die RF-front-eenheid 'n Vdd-kragsein om die hele chip te laat werk. As gevolg van die beperkings van die kragtoevoerstelsel, kan die skyfie nie 'n groot stroomaandrywing genereer nie, en die ontwerp met lae krag het dus 'n groot deurbraak in die skyfontwikkelingsproses geword. Om die onderdeel van die digitale stroombaan so min as moontlik kragverbruik te laat lewer, in die ontwerpproses van die digitale logiese stroombaan, benewens die vereenvoudiging van die stelselstruktuur (eenvoudige funksies, bevat slegs die koderingsmodule, dekoderingsmodule, ewekansige nommer-generasie-module, klok , reset-module, geheue-beheereenheid, sowel as die algehele beheermodule), word asynchrone stroombaanontwerp toegepas in die ontwerp van sommige stroombane. In hierdie proses het ons gesien dat omdat die klokboom 'n groot deel van die kragverbruik van die digitale logika verbruik (ongeveer 30% of meer), die vermindering van die kragverbruik van die klokboom ook 'n vermindering in die kragverbruik van die digitale logika en die krag van die hele etiketskyfie. 'N Belangrike stap vir verbruik.
2 Skyfkragsamestelling en metodes om kragverbruik te verminder
2.1 Die samestelling van kragverbruik
Figuur 1 Samestelling van die kragverbruik van die skyfies
Dinamiese kragverbruik sluit hoofsaaklik die kortsluiting van die kragverbruik en die draaiende kragverbruik in, wat die hoofkomponente van die kragverbruik van hierdie ontwerp is. Die kortsluitstroomverbruik is die interne kragverbruik, wat veroorsaak word deur die oombliklike kortsluiting wat veroorsaak word deur die P-buis en die N-buis wat op 'n sekere oomblik in die toestel aangeskakel word. Omsetkragverbruik word veroorsaak deur die laai en ontlaai van die laaikapasiteit by die uitset van die CMOS-toestel. Lekkragverbruik sluit hoofsaaklik kragverbruik in wat veroorsaak word deur lekkasie onder die drempel en lekkasie van hekke.
Vandag is die twee belangrikste bronne van kragverbruik: omskakeling van kapasitansie en lekkasie onder die drempel.
2.2 Belangrikste metodes om kragverbruik te verminder
Figuur 2 Belangrikste metodes om die kragverbruik van die skyfies te verminder
2.2.1 Verminder die kragbron Vdd
Voltage Island: Verskillende modules gebruik verskillende kragtoevoer-spanning.
MulTI-vlak spanningskaal: Daar is verskeie spanningsbronne in dieselfde module. Skakel tussen hierdie spanningsbronne volgens verskillende toepassings.
Dynamiese spanningsfrekwensie-skaal: die opgegradeerde weergawe van "multivlak-spanningsaanpassing", wat die spanning dinamies aanpas volgens die werksfrekwensie van elke module.
AdapTIve Voltage Scaling: 'n opgegradeerde weergawe van DVFS wat 'n terugvoerbaan gebruik wat die stroombaan kan monitor om die spanning aan te pas.
Subdrempelbaan (die ontwerp is moeiliker en dit bly steeds in die omvang van akademiese navorsing)
2.2.2 Verminder frekwensie f en omset A
Kode-optimalisering (onttrekking van algemene faktore, hergebruik van hulpbronne, isolasie van operand, seriële werk om die piek kragverbruik te verminder, ens.)
Afgeslote horlosie
Multiklok-strategie
2.2.3 Verminder laaikapasiteit (CL) en transistorgrootte (Wmos)
Verminder opeenvolgende eenhede
Chip area en skaal vermindering
Prosesopgradering
2.2.4 Verminder die lekstroom Ileak
Beheer drempelspanning (drempelspanning) (drempelspanning ↑ lekstroom ↓ as u MTCMOS, VTCMOS, DTCMOS gebruik)
Beheer die hekspanning (Gate Voltage) (deur die hekbronspanning te reguleer om die lekstroom te beheer)
Transistorstapel (verbind oortollige transistors in serie, verhoog weerstand om lekstroom te verminder)
Afgeslote kragbron (Power gaTIng of PSO) (as die module nie werk nie, skakel die krag af om die lekstroom effektief te verminder)
3 Optimalisering van klokboom se kragverbruik in RFID-skyfies
As die skyfie werk, is 'n groot deel van die kragverbruik te danke aan die omset van die kloknetwerk. As die kloknetwerk groot is, sal die kragverlies deur hierdie onderdeel baie groot wees. Onder baie tegnologieë met lae kragkrag het die ingeslote klok die sterkste beheersingseffek op die kragverbruik en die interne kragverbruik. In hierdie ontwerp bespaar die kombinasie van multi-vlak-gated kloktegnologie en 'n spesiale strategie vir die optimalisering van klokboom 'n groot deel van die kragverbruik. Hierdie projek het 'n verskeidenheid optimeringsstrategieë vir die kragverbruik in die logiese ontwerp gebruik, en 'n paar metodes in die back-end sintese en fisiese ontwerp probeer. Deur middel van verskeie kragoptimalisering en herhalings aan die voor- en agterkant, is die logiese kode-ontwerp en die minimum kragverbruik geïntegreerde benadering gevind.
4.1 Voeg die klokhek handmatig in die RTL-stadium by
Figuur 3 Skematiese diagram van die afgesperde horlosie
module data_reg (En, Data, clk, uit)
insette En, clk;
insette [7: 0] Data;
uitset [7: 0] uit;
altyd @ (posedge clk)
as (En) uit = Data;
endmodule
Die doel van hierdie fase is hoofsaaklik tweeledig: Die eerste is om 'n afgesperde klokeenheid by te voeg om die omset te beheer en om die dinamiese kragverbruik redeliker te verlaag volgens die waarskynlikheid van die klokomset van elke module. Die tweede is om soveel moontlik 'n kloknetwerk met 'n gebalanseerde struktuur te vervaardig. Dit kan gewaarborg word dat sommige klokbuffers in die sintese-fase van die agterklokboom bygevoeg kan word om die kragverbruik te verminder. Die ICG (Integrated Gating) -eenheid in die gieterybiblioteek kan direk gebruik word in die werklike kodeontwerp.
4.2 Die gereedskap in die sintesefase word in die geïntegreerde hek geplaas
Figuur 4 Omhulde klokinvoeging tydens logiese sintese
# Stel opsies vir klokhek, max_fanout verstek is onbeperk
set_clock_gating_style -sequential_cell grendel \
-positive_edge_logic {geïntegreerd} \
-control_point voor \
-control_sein scan_enable
# Skep 'n meer gebalanseerde klokboom deur ICG's wat altyd geaktiveer is, in te voeg
stel power_cg_all_registers waar
stel power_remove_redundant_clock_hates waar
read_db ontwerp.gtech.db
huidige_ontwerp bo
skakel
bron ontwerp.cstr.tcl
# Voeg klokhek in
insert_clock_gating
saam te stel
# Genereer 'n verslag oor die klokhek wat ingevoeg is
verslag_klok_hek
Die doel van hierdie fase is om die geïntegreerde instrument (DC) te gebruik om die afgesperde eenheid outomaties in te plaas om die kragverbruik verder te verminder.
Daar moet op gelet word dat die parameterinstellings vir die invoeging van ICG, soos 'n maksimum waaier (hoe groter die waaier, hoe meer energiebesparing, hoe meer gebalanseerd, hoe kleiner word die skuinsheid, afhangende van die ontwerp, soos getoon in die figuur), en die instelling van die minimum_bitwydteparameter Daarbenewens is dit nodig om 'n normaal oop ICG in te voeg vir meer komplekse hekbeheerstrukture om die kloknetwerkstruktuur meer gebalanseerd te maak.
4.3 Optimalisering van die kragverbruik in die sintese-stadium van die klokboom
Figuur 5 Vergelyking van twee klokboomstrukture (a): multi-vlak diepte tipe; (b): min vlak vlak tipe
Stel eers die invloed van die omvattende parameters van die klokboom op die struktuur van die klokboom in:
Skeef: Klok skeef, die algemene doel van die klokboom.
Insteekvertraging (Latency): die totale vertraging van die klokpad, wat gebruik word om die toename in die aantal vlakke van die klokboom te beperk.
Maksimum taranstie: Die maksimum omskakelingstyd beperk die aantal buffers wat deur die eerste vlak buffer bestuur kan word.
Maks. Kapasitansie Maks. Ventilasie: Die maksimum laaikapasiteit en maksimum waaier beperk die aantal buffers wat deur die eerste vlak buffer bestuur kan word.
Die finale doel van die sintese van die klokboom in die algemene ontwerp is om die skeefheid van die klok te verminder. As u die aantal vlakke verhoog en elke vlak van waaier verminder, sal u meer buffers belê en die latensie van elke klokpad akkurater balanseer om 'n kleiner skeefheid te verkry. Maar vir die ontwerp van lae krag, veral wanneer die klokfrekwensie laag is, is die tydsberekening nie baie hoog nie, en daarom word gehoop dat die omvang van die klokboom verminder kan word om die dinamiese skakelverbruik wat deur die klokboom veroorsaak word, te verminder. Soos in die figuur aangetoon, kan die grootte van die klokboom effektief verminder word deur die aantal vlakke van die klokboom te verminder en die waaier te verhoog. As gevolg van die vermindering van die aantal buffers, sal 'n klokboom met 'n kleiner aantal vlakke as 'n multivlak-klokboom egter net die latensie van elke klokpad balanseer en 'n groter skeefheid kry. Daar kan gesien word dat met die doel om die skaal van die klokboom te verklein, is die klankboomsintese van lae krag ten koste van die verhoging van 'n sekere skeefstelling.
Spesifiek vir hierdie RFID-skyfie, gebruik ons die TSMC 0.18um CMOS LOGIC / MS / RF-proses, en die klokfrekwensie is slegs 1.92M, wat baie laag is. Op hierdie tydstip, wanneer die klok gebruik word vir die sintese van die klokboom, word die lae klok gebruik om die omvang van die klokboom te verminder. Die kragverbruik klokboom sintese stel hoofsaaklik die beperkinge van skeefheid, latency en transito. Aangesien die beperking van waaier die aantal klokboomvlakke verhoog en die kragverbruik verhoog, word hierdie waarde nie gestel nie. Die standaardwaarde in die biblioteek. In die praktyk het ons 9 verskillende klokboombeperkings gebruik, en die beperkings en omvattende resultate word in Tabel 1 getoon.
5 Gevolgtrekking
Soos in Tabel 1 getoon, is die algemene neiging dat hoe groter die skyf is, hoe kleiner die finale klokboomgrootte, hoe kleiner is die aantal klokboombuffers, en hoe kleiner is die ooreenstemmende dinamiese en statiese kragverbruik. Dit sal die klokboom red. Die doel van verbruik. Daar kan gesien word dat wanneer die teikenskuif groter as 10ns is, die kragverbruik basies nie verander nie, maar die groot skeefwaarde sal die agteruitgang van die hou-tydsberekening teweegbring en die aantal buffers wat in die tyd herstel word, verhoog, dus kompromie moet aangegaan word. Uit die grafiek is Strategie 5 en Strategie 6 die voorkeuroplossings. Wanneer die optimale skeefstelling gekies word, kan u ook sien dat hoe groter die maksimum oorgangswaarde is, hoe laer is die finale kragverbruik. Dit kan verstaan word as hoe langer die kloksignaal oorgangstyd is, hoe kleiner is die benodigde energie. Daarbenewens kan die instelling van die latensiebeperking soveel moontlik vergroot word, en die waarde daarvan het min invloed op die finale kragverbruikresultaat.
Ons ander produk:
