發(fā)布時間：2017-11-04 18:01

  本文關(guān)鍵詞：基于一種微控制器的低功耗設(shè)計及實現(xiàn)

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【摘要】：隨著集成電路制造工藝節(jié)點的不斷推進,片上集成度持續(xù)提高。當(dāng)集成電路工藝制程進入到深亞微米節(jié)點后,一顆芯片上可集成上億個門級邏輯單元,這帶來了功耗密度和總功耗增加的問題。芯片功耗增加會導(dǎo)致產(chǎn)品的可靠性降低、封裝散熱成本增大,也會使得電池供電的便攜設(shè)備使用壽命降低。在集成電路設(shè)計中,功耗成為與面積、性能并列的三大因素之一。隨著電子產(chǎn)品的應(yīng)用越來越廣泛,可實現(xiàn)的功能越來越多,電子產(chǎn)品的總耗能隨之不斷攀升。因此,集成電路的低功耗設(shè)計具有必要的研究價值和實際意義。本論文介紹了低功耗技術(shù)的研究背景、意義,以及低功耗技術(shù)研究現(xiàn)狀。通過對CMOS集成電路的功耗來源進行分析,以此得出降低功耗的基本途徑。通過對常用低功耗設(shè)計技術(shù)進行研究,以選擇適合于特定應(yīng)用的低功耗設(shè)計方案。本論文針對一個具體MCU項目,分別采用了兩種技術(shù)方案以降低芯片的動態(tài)功耗和靜態(tài)功耗�；陂T控時鐘技術(shù)設(shè)計出便于移植的時鐘復(fù)位管理模塊CRCTRL,能夠有效降低模塊的動態(tài)功耗。該模塊不僅適用于本論文中的MCU系統(tǒng),還可以在不做較大修改的情況下,移植到其他以Cortex-M為內(nèi)核的系統(tǒng)架構(gòu)中。采用基于UPF實現(xiàn)的多電壓供電和電源門控技術(shù),設(shè)計出適合于MCU系統(tǒng)的電源管理方案,該方案能夠?qū)崿F(xiàn)對指定電源域的上電和掉電控制,從而顯著降低局部模塊或整個MCU系統(tǒng)的總功耗。在兩種技術(shù)方案中,由于分別增加了時鐘復(fù)位控制模塊CRCTRL(第一種方案)、電源管理控制模塊spi_pwctrl和PMU33及與電源管理相關(guān)的特殊模塊(第二種方案),因此增加了MCU芯片的面積。采用CRCTRL模塊實現(xiàn)的MCU芯片在面積增加4.7%的前提下,SPI模塊的動態(tài)功耗下降了5.4%；該方案適用于對待機時間要求較短的應(yīng)用場景。采用基于UPF的電源管理方案實現(xiàn)的MCU芯片,在面積增加9.7%的情況下,系統(tǒng)的靜態(tài)功耗可降低高達25%,總功耗可降低高達99%；該方案適用于MCU系統(tǒng)待機時間較長時的應(yīng)用場景,因為MCU系統(tǒng)工作模式的切換會耗費更長的時間。在集成電路的低功耗設(shè)計過程中,具體采用哪種低功耗技術(shù)需要結(jié)合芯片的應(yīng)用場景、性能需求、面積和功耗限制等條件綜合考慮,選擇合適的低功耗技術(shù)。
【學(xué)位授予單位】：遼寧大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN402

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1 韓寶安;;嵌入式系統(tǒng)低功耗設(shè)計問題探究[J];電子技術(shù)與軟件工程;2014年01期

2 陳吉華,李少青,孫緒紅,李思昆,陳莉珠;VLSI的門級低功耗設(shè)計優(yōu)化技術(shù)[J];計算機應(yīng)用;2000年S1期

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4 Mike Willey ,Kris Staffford;嵌入式系統(tǒng)的低功耗設(shè)計[J];世界電子元器件;2002年03期

5 羅e，

本文編號：1140490