本文關(guān)鍵詞：一款基帶通信芯片中TD-SCDMA模塊的低功耗后端設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著半導(dǎo)體制造技術(shù)的發(fā)展,市場(chǎng)對(duì)移動(dòng)電子設(shè)備的要求越來(lái)越高,超深亞微米工藝已廣泛應(yīng)用于芯片制造,芯片的低功耗設(shè)計(jì)變得越來(lái)越重要。當(dāng)前的低功耗設(shè)計(jì)已經(jīng)有相應(yīng)的理論基礎(chǔ)和一些相應(yīng)的設(shè)計(jì)技術(shù),比如從降低動(dòng)態(tài)功耗出發(fā)的門控時(shí)鐘技術(shù);從降低靜態(tài)功耗出發(fā)的多閾值電壓技術(shù)、門控電源技術(shù),以及較復(fù)雜的動(dòng)態(tài)頻率電壓縮放技術(shù)等等。然而當(dāng)前芯片規(guī)模龐大,功能種類繁多,運(yùn)行頻率越來(lái)越高,增加了對(duì)其進(jìn)行低功耗設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度。鑒于各種低功耗技術(shù)都會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)本身帶來(lái)不同程度的影響,因此需要針對(duì)不同的設(shè)計(jì)需求合理地規(guī)劃使用低功耗方法。本課題來(lái)源于英特爾無(wú)線通信技術(shù)公司的一款手機(jī)基帶芯片項(xiàng)目,對(duì)其中的TD-SCDMA通信模塊完成了低功耗的后端設(shè)計(jì),并提出了基于數(shù)據(jù)路徑的動(dòng)態(tài)低功耗方法設(shè)想,在TD模塊的后端設(shè)計(jì)中對(duì)其進(jìn)行了探索。本文首先研究了數(shù)字電路中的功耗理論,對(duì)現(xiàn)有的低功耗技術(shù)及統(tǒng)一電源格式UPF進(jìn)行了分析,在此基礎(chǔ)上完成了TD模塊的低功耗后端設(shè)計(jì)。針對(duì)TD模塊的特點(diǎn),在后端設(shè)計(jì)中進(jìn)行了合理的UPF定義與布局規(guī)劃工作,討論并實(shí)現(xiàn)了電源規(guī)劃、布局、時(shí)鐘樹(shù)與布線等內(nèi)容。隨后在此基礎(chǔ)上,本文繼續(xù)深入研究了基于數(shù)據(jù)路徑的動(dòng)態(tài)低功耗技術(shù)(Dynamic Power Reduction of Data Paths,DPRDP),詳細(xì)論證了這一技術(shù)的理論基礎(chǔ),并初步討論了其在后端設(shè)計(jì)中的應(yīng)用方法。通過(guò)將動(dòng)態(tài)低功耗技術(shù)DPRDP加入已經(jīng)完成的TD模塊后端設(shè)計(jì)流程,可以實(shí)際探索其在芯片后端設(shè)計(jì)階段對(duì)時(shí)序、布線擁塞等方面帶來(lái)的影響,以及各個(gè)步驟執(zhí)行時(shí)間的變化情況。而最終的結(jié)果可以通過(guò)功耗分析來(lái)與之前的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,確定基于數(shù)據(jù)路徑的動(dòng)態(tài)低功耗技術(shù)的有效性。本文中的設(shè)計(jì)使用了新思科技公司的IC Compiler物理設(shè)計(jì)工具、PrimeTime時(shí)序分析工具與PrimeTime-PX功耗計(jì)算工具,采用臺(tái)積電28nm工藝,完成了不同設(shè)計(jì)流程的TD模塊后端設(shè)計(jì)。根據(jù)功耗計(jì)算的結(jié)果,采用基于數(shù)據(jù)路徑的動(dòng)態(tài)低功耗方法最多可使TD模塊的動(dòng)態(tài)功耗降低約20%,進(jìn)而使得總功耗降低了10%。然后在時(shí)序、布線擁塞與實(shí)施時(shí)間三個(gè)方面探討了該應(yīng)用在后端設(shè)計(jì)中造成的影響,在TD模塊的設(shè)計(jì)中并未發(fā)現(xiàn)此方法會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)的完成帶來(lái)明顯困難,初步確定了基于數(shù)據(jù)路徑的動(dòng)態(tài)低功耗方法可以用于實(shí)際電路的設(shè)計(jì)。本文的最后進(jìn)一步討論了此方法的實(shí)際效果與影響,并且展望了其更為合理的應(yīng)用方法與條件。
【關(guān)鍵詞】：基帶通信芯片 動(dòng)態(tài)功耗 低功耗 數(shù)字后端 TD-SCDMA模塊
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN929.53;TN402
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 符號(hào)對(duì)照表12-13
• 縮略語(yǔ)對(duì)照表13-16
• 第一章 緒論16-20
• 1.1 研究背景16
• 1.2 數(shù)字基帶芯片的定義和基本結(jié)構(gòu)組成16-18
• 1.3 本文的主要工作和內(nèi)容18-20
• 第二章 數(shù)字集成電路低功耗的理論分析20-30
• 2.1 數(shù)字集成電路的功耗來(lái)源20-24
• 2.1.1 數(shù)字集成電路的動(dòng)態(tài)功耗21-23
• 2.1.2 數(shù)字集成電路的靜態(tài)功耗23-24
• 2.2 降低數(shù)字集成電路功耗的基本思路24-27
• 2.3 現(xiàn)有的低功耗技術(shù)概述27-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第三章 結(jié)合UPF的低功耗TD模塊后端設(shè)計(jì)30-56
• 3.1 統(tǒng)一電源格式UPF簡(jiǎn)介30-32
• 3.2 TD模塊的UPF設(shè)計(jì)32-39
• 3.2.1 電壓域劃分33-34
• 3.2.2 定義電源網(wǎng)絡(luò)34-36
• 3.2.3 創(chuàng)建電源開(kāi)關(guān)36-37
• 3.2.4 創(chuàng)建隔離單元37-39
• 3.3 布局規(guī)劃39-46
• 3.3.1 確定面積40
• 3.3.2 確定形狀40-41
• 3.3.3 電壓域劃分41-42
• 3.3.4 確定I/O接口單元與硬核的位置42-46
• 3.4 電源網(wǎng)絡(luò)46-48
• 3.4.1 電壓降IR-Drop47
• 3.4.2 電源網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)47-48
• 3.5 布局48-51
• 3.5.1 時(shí)序預(yù)估目標(biāo)49-50
• 3.5.2 布線擁塞預(yù)估目標(biāo)50-51
• 3.6 時(shí)鐘樹(shù)綜合51-52
• 3.7 布線52-54
• 3.8 靜態(tài)時(shí)序分析54-56
• 第四章 基于數(shù)據(jù)路徑的動(dòng)態(tài)低功耗方法56-68
• 4.1 電路開(kāi)關(guān)活動(dòng)的理論計(jì)算56-57
• 4.2 基于數(shù)據(jù)路徑的動(dòng)態(tài)功耗優(yōu)化方法57-60
• 4.3 動(dòng)態(tài)功耗優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)60-61
• 4.4 功耗計(jì)算與分析61-65
• 4.4.1 功耗計(jì)算工具與方法61-63
• 4.4.2 功耗計(jì)算結(jié)果分析63-65
• 4.5 對(duì)后端設(shè)計(jì)的影響65-68
• 4.5.1 對(duì)時(shí)序的影響65-67
• 4.5.2 對(duì)運(yùn)行時(shí)間的影響67
• 4.5.3 對(duì)布線擁塞帶來(lái)的影響67-68
• 第五章 總結(jié)與展望68-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 致謝74-76
• 作者簡(jiǎn)介76-77
• 1.基本情況76
• 2.教育背景76
• 3.在學(xué)期間的研究成果76-77

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