Mae dylunio sglodion yn un o flaenoriaethau datblygu pob gwlad, a bydd ehangu diwydiant dylunio sglodion Tsieina yn helpu i leihau dibyniaeth fy ngwlad ar sglodion tramor. Mewn erthyglau blaenorol, cyflwynodd y golygydd unwaith y llif ymlaen a gwrthdroi dylunio sglodion a rhagolygon dylunio sglodion. Yn yr erthygl hon, bydd y golygydd yn cyflwyno i chi'r bennod dylunio sglodion go iawn - optimeiddio a gwireddu'r defnydd o bŵer coed cloc yn nyluniad sglodion RFID.
Trosolwg 1
Mae UHF RFID yn sglodyn tag adnabod amledd radio UHF. Mae'r sglodyn yn mabwysiadu dull cyflenwi pŵer goddefol: ar ôl derbyn egni'r cludwr, mae'r uned pen blaen RF yn cynhyrchu signal pŵer Vdd i gyflenwi'r sglodyn cyfan i weithio. Oherwydd cyfyngiadau'r system cyflenwi pŵer, ni all y sglodyn gynhyrchu gyriant cerrynt mawr, felly mae dyluniad pŵer isel wedi dod yn ddatblygiad mawr yn y broses datblygu sglodion. Er mwyn gwneud i'r rhan cylched ddigidol gynhyrchu cyn lleied o ddefnydd pŵer â phosibl, yn y broses ddylunio cylched rhesymeg ddigidol, yn ogystal â symleiddio strwythur y system (swyddogaethau syml, dim ond y modiwl amgodio, modiwl datgodio, modiwl cynhyrchu rhif ar hap, cloc sy'n cynnwys , modiwl ailosod, uned rheoli cof Yn ogystal â'r modiwl rheoli cyffredinol), mabwysiadir dyluniad cylched asyncronig wrth ddylunio rhai cylchedau. Yn y broses hon, gwelsom, oherwydd bod y goeden gloc yn defnyddio rhan fawr o ddefnydd pŵer y rhesymeg ddigidol (tua 30% neu fwy), mae lleihau defnydd pŵer y goeden gloc hefyd wedi dod yn ostyngiad yn y defnydd o bŵer y rhesymeg ddigidol a phwer y sglodyn tag cyfan. Cam pwysig i'w fwyta.
2 Cyfansoddiad pŵer sglodion a dulliau i leihau'r defnydd o bŵer
2.1 Cyfansoddiad defnydd pŵer
Ffigur 1 Cyfansoddiad defnydd pŵer sglodion
Mae'r defnydd pŵer deinamig yn bennaf yn cynnwys defnydd pŵer cylched byr a defnydd pŵer fflipio, sef prif gydrannau defnydd pŵer y dyluniad hwn. Y defnydd pŵer cylched byr yw'r defnydd pŵer mewnol, sy'n cael ei achosi gan y gylched fer ar unwaith a achosir gan y tiwb P a'r tiwb N yn cael ei droi ymlaen ar foment benodol yn y ddyfais. Mae defnydd pŵer trosiant yn cael ei achosi gan wefru a gollwng y cynhwysedd llwyth wrth allbwn y ddyfais CMOS. Mae defnydd pŵer gollwng yn cynnwys defnydd pŵer a achosir gan ollyngiadau is-ddaliadol a gollyngiadau giât yn bennaf.
Heddiw, y ddwy ffynhonnell bwysicaf o ddefnyddio pŵer yw: trosi cynhwysedd a gollyngiadau is-ddaliadol.
2.2 Prif ddulliau i leihau'r defnydd o bŵer
Ffigur 2 Prif ddulliau i leihau'r defnydd o bŵer sglodion
2.2.1 Gostwng foltedd y cyflenwad pŵer Vdd
Ynys Foltedd: Mae gwahanol fodiwlau'n defnyddio gwahanol folteddau cyflenwad pŵer.
Sgorio Foltedd ar lefel MulTI: Mae sawl ffynhonnell foltedd yn yr un modiwl. Newid rhwng y ffynonellau foltedd hyn yn ôl gwahanol gymwysiadau.
Sgorio Amledd Foltedd Dynamig: Y fersiwn wedi'i huwchraddio o "addasiad foltedd aml-lefel", sy'n addasu'r foltedd yn ddeinamig yn ôl amledd gweithio pob modiwl.
Sgorio Foltedd AdapTIve: Fersiwn wedi'i huwchraddio o DVFS sy'n defnyddio cylched adborth a all fonitro ymddygiad cylched i addasu'r foltedd yn addasol.
Cylched is-drothwy (mae'r dyluniad yn anoddach, ac mae'n dal i aros yng nghwmpas ymchwil academaidd)
2.2.2 Lleihau amledd f a chyfradd trosiant A.
Optimeiddio cod (tynnu ffactorau cyffredin, ailddefnyddio adnoddau, operand isolaTIon, gwaith cyfresol i leihau'r defnydd o bŵer brig, ac ati)
Cloc gatiau
Strategaeth aml-gloc
2.2.3 Lleihau cynhwysedd llwyth (CL) a maint transistor (Wmos)
Lleihau unedau dilyniannol
Ardal sglodion a lleihau graddfa
Uwchraddio prosesau
2.2.4 Lleihau Ileak cerrynt gollyngiadau
Foltedd trothwy rheoli (Foltedd Trothwy) (foltedd trothwy ↑ cerrynt gollyngiadau ↓ os ydych chi'n defnyddio MTCMOS, VTCMOS, DTCMOS)
Rheoli foltedd y giât (Gate Voltage) (trwy reoli foltedd ffynhonnell y giât i reoli'r cerrynt gollyngiadau)
Stac Transistor (cysylltu transistorau diangen mewn cyfres, cynyddu ymwrthedd i leihau cerrynt gollyngiadau)
Cyflenwad pŵer gatiau (Power gaTIng neu PSO) (pan nad yw'r modiwl yn gweithio, trowch y pŵer i ffwrdd i leihau cerrynt y gollyngiadau yn effeithiol)
3 Optimeiddio'r defnydd o bŵer coed cloc mewn sglodyn RFID
Pan fydd y sglodyn yn gweithio, mae rhan fawr o'r defnydd pŵer yn ganlyniad i drosiant rhwydwaith y cloc. Os yw'r rhwydwaith cloc yn fawr, bydd y golled pŵer a achosir gan y rhan hon yn fawr iawn. Ymhlith llawer o dechnolegau pŵer isel, y cloc â gatiau sy'n cael yr effaith atal gryfaf ar y defnydd pŵer fflip a'r defnydd pŵer mewnol. Yn y dyluniad hwn, mae'r cyfuniad o dechnoleg cloc gatiau aml-lefel a strategaeth optimeiddio coed cloc arbennig yn arbed rhan fawr o'r defnydd pŵer. Defnyddiodd y prosiect hwn amrywiaeth o strategaethau optimeiddio ar gyfer defnyddio pŵer yn y dyluniad rhesymeg, a rhoi cynnig ar rai dulliau yn y synthesis pen ôl a dylunio corfforol. Trwy sawl optimeiddio pŵer ac iteriadau yn y pen blaen a'r cefn, darganfuwyd dyluniad y cod rhesymeg a'r defnydd pŵer lleiaf posibl Dull integredig.
4.1 Ychwanegwch gatio cloc â llaw yn y cam RTL
Ffigur 3 Diagram sgematig o gloc â giât
modiwl data_reg (En, Data, clk, allan)
mewnbwn En, clk;
mewnbwn [7: 0] Data;
allbwn [7: 0] allan;
bob amser @ (posedge clk)
os (En) allan = Data;
endmodiwl
Mae pwrpas y cam hwn yn ddeublyg yn bennaf: Y cyntaf yw ychwanegu uned cloc â gatiau i reoli cyfradd y trosiant a lleihau'r defnydd pŵer deinamig yn fwy rhesymol yn ôl tebygolrwydd trosiant cloc pob modiwl. Yr ail yw cynhyrchu rhwydwaith cloc gyda strwythur cytbwys cymaint â phosibl. Gellir gwarantu y gellir ychwanegu rhai byfferau cloc yng ngham synthesis y goeden gloc pen ôl i leihau'r defnydd o bŵer. Gellir defnyddio'r uned ICG (Gatio Integredig) yn llyfrgell celloedd y ffowndri yn uniongyrchol wrth ddylunio'r cod go iawn.
4.2 Mae'r offer yn y cyfnod synthesis yn cael eu mewnosod yn y giât integredig
Ffigur 4 Mewnosod cloc gatiau yn ystod synthesis rhesymeg
Mae opsiynau gatio cloc #Set, diofyn max_fanout yn ddiderfyn
clicied set_clock_gating_style -sequential_cell \
-positive_edge_logic {integredig} \
-control_point cyn \
-control_signal scan_alluogi
#Creu coeden gloc fwy cytbwys trwy fewnosod ICGs “bob amser wedi'u galluogi”
gosod power_cg_all_registers yn wir
gosod power_remove_redundant_clock_gates yn wir
darllen_db dylunio.gtech.db
top current_design
cyswllt
dylunio ffynhonnell.cstr.tcl
#Gosod gatiau cloc
mewnosod_cloc_gatio
llunio
#Geneiddio adroddiad ar gatio cloc wedi'i fewnosod
adroddiad_clock_gating
Pwrpas y cam hwn yw defnyddio'r offeryn integredig (DC) i fewnosod yr uned â gatiau yn awtomatig er mwyn lleihau'r defnydd o bŵer ymhellach.
Dylid nodi mai'r gosodiadau paramedr ar gyfer mewnosod ICG, fel y ffan fwyaf (y mwyaf yw'r ffan, y mwyaf o arbed pŵer, y mwyaf cytbwys yw'r ffan, y lleiaf yw'r gogwydd, yn dibynnu ar y dyluniad, fel y dangosir yn y ffigur), a'r gosodiad paramedr lleiafswm_bitwidth Yn ogystal, mae angen mewnosod ICG sydd fel arfer yn agored ar gyfer strwythurau rheoli gatiau mwy cymhleth er mwyn gwneud strwythur rhwydwaith y cloc yn fwy cytbwys.
4.3 Optimeiddio'r defnydd pŵer ar gam synthesis y goeden gloc
Ffigur 5 Cymhariaeth o ddau strwythur coed cloc (a): math o ddyfnder aml-lefel; (b): math gwastad lefel isel
Yn gyntaf, cyflwynwch ddylanwad paramedrau cynhwysfawr y goeden gloc ar strwythur y goeden gloc:
Sgiw: Sgiw cloc, nod cyffredinol y goeden gloc.
Oedi mewnosod (Latency): Cyfanswm oedi llwybr y cloc, a ddefnyddir i gyfyngu ar y cynnydd yn nifer lefelau coeden y cloc.
Max taranstion: Mae'r amser trosi uchaf yn cyfyngu ar nifer y byfferau y gellir eu gyrru gan y byffer lefel gyntaf.
Max Capacitance Max Fanout: Mae'r cynhwysedd llwyth uchaf a'r ffanout uchaf yn cyfyngu ar nifer y byfferau y gellir eu gyrru gan y byffer lefel gyntaf.
Nod olaf synthesis coed cloc mewn dyluniad cyffredinol yw lleihau gogwydd y cloc. Bydd cynyddu nifer y lefelau a lleihau pob lefel o ffanout yn buddsoddi mwy o byfferau ac yn cydbwyso'n fwy cywir hwyrni pob llwybr cloc i gael gogwydd llai. Ond ar gyfer dyluniad pŵer isel, yn enwedig pan fo amledd y cloc yn isel, nid yw'r gofynion amseru yn uchel iawn, felly gobeithir y gellir lleihau graddfa'r goeden gloc i leihau'r defnydd pŵer newid deinamig a achosir gan y goeden gloc. Fel y dangosir yn y ffigur, trwy leihau nifer lefelau'r goeden gloc a chynyddu ffan, gellir lleihau maint y goeden gloc yn effeithiol. Fodd bynnag, oherwydd y gostyngiad yn nifer y byfferau, coeden gloc gyda nifer llai o lefelau na choeden gloc aml-lefel Dim ond cydbwyso'n fras hwyrni pob llwybr cloc, a chael sgiw mwy. Gellir gweld, gyda'r nod o leihau graddfa'r goeden gloc, bod synthesis coed cloc pŵer isel ar draul cynyddu sgiw penodol.
Yn benodol ar gyfer y sglodyn RFID hwn, rydym yn defnyddio proses TSMC 0.18um CMOS LOGIC / MS / RF, a dim ond 1.92M yw amledd y cloc, sy'n isel iawn. Ar yr adeg hon, pan ddefnyddir y cloc ar gyfer synthesis coeden cloc, defnyddir y cloc isel i leihau graddfa coeden y cloc. Mae synthesis coed cloc defnydd pŵer yn gosod cyfyngiadau gogwydd, hwyrni a thramwy yn bennaf. Gan y bydd cyfyngu ffan yn cynyddu nifer y lefelau coed cloc ac yn cynyddu'r defnydd pŵer, nid yw'r gwerth hwn wedi'i osod. Y gwerth diofyn yn y llyfrgell. Yn ymarferol, rydym wedi defnyddio 9 cyfyngiad coed cloc gwahanol, a dangosir y cyfyngiadau a'r canlyniadau cynhwysfawr yn Nhabl 1.
Casgliad 5
Fel y dangosir yn Nhabl 1, y duedd gyffredinol yw mai'r mwyaf yw'r sgiw targed, y lleiaf yw maint coeden y cloc terfynol, y lleiaf yw nifer y byfferau coed cloc, a'r lleiaf yw'r defnydd pŵer deinamig a statig cyfatebol. Bydd hyn yn arbed coeden y cloc. Pwrpas bwyta. Gellir gweld, pan fydd y sgiw targed yn fwy na 10ns, nad yw'r defnydd pŵer yn newid yn y bôn, ond bydd gwerth y sgiw mawr yn arwain at ddirywiad amseriad y daliad ac yn cynyddu nifer y byfferau a fewnosodir wrth atgyweirio'r amseriad, felly a dylid cyfaddawdu. O'r siart Strategaeth 5 a Strategaeth 6 yw'r atebion a ffefrir. Yn ogystal, pan ddewisir y gosodiad gogwydd gorau posibl, gallwch hefyd weld mai'r mwyaf yw'r gwerth trosglwyddo Max, yr isaf yw'r defnydd pŵer terfynol. Gellir deall hyn fel po hiraf yw'r amser trosglwyddo signal cloc, y lleiaf yw'r egni sydd ei angen. Yn ogystal, gellir ehangu gosodiad y cyfyngiad hwyrni cymaint â phosibl, ac nid yw ei werth yn cael fawr o effaith ar ganlyniad terfynol y defnydd pŵer.
Mae ein cynnyrch eraill:
