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芯片设计中的低功耗设计方法.docx
资料介绍
芯片设计中的低功耗设计方法
功耗已成为集成电路设计中最关键的约束之一，特别是对于移动设备、物联网终端和数据中心等应用。随着工艺尺寸缩小到纳米尺度，静态功耗（漏电流功耗）在总功耗中占比越来越大，与动态功耗共同构成了低功耗设计的挑战。低功耗设计需要在芯片设计的所有阶段——从系统架构到物理实现——综合运用各种功耗优化技术。本文系统分析功耗的来源、低功耗设计方法学以及各设计阶段的功耗优化技术。
功耗的来源
动态功耗
动态功耗由电路翻转活动引起，包括：
· 翻转功耗：信号翻转时对负载电容充放电的功耗
· 短路功耗：信号翻转时PMOS和NMOS同时导通产生的功耗
动态功耗的表达式为：
其中为翻转活动因子，为时钟频率，为负载电容，为电源电压。
静态功耗
静态功耗由漏电流引起，包括：
· 亚阈值漏电流：MOSFET在关断状态下的漏电流
· 栅极漏电流：通过栅氧化层的隧穿电流
· PN结漏电流：源漏扩散区与衬底之间的反向漏电流
静态功耗随温度升高而指数级增长，在高温下成为主要功耗来源。
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