UPF 学习

2023-11-16

常见基本概念及用到的元件

(1)电压域 power domain

在逻辑上看,power domain是一组instance 的集合,集合中所有的instance 共用相同的supply set. 从物理上看,一个power domain 对应一个voltage area, 这个area 内部所有的std cell 用同一组电源和地。

(2)电源开关 power switch

要对某一个区域的电压进行关断功能,要用到powerswitch进行控制。

(3)level shift 

当一条net 的driver 跟load 在由不同电压驱动的power domain 时,该net 在跨power domain 时就需要插入level shifter cell,以确保输入信号的电平在合法范围内。(简单来说就是不同电压区域之间的连接关系,需要用到一个升降电压的buffer)

通常level shifter cell 有三种:从低到高、从高到低、既能低到高也能高到低。在逻辑功能上 level shifter cell 比isolation cell 简单,就是一个buffer,但是需要两组power supply, 输入power supply 对应于driver 的supply, 输出power supply 对应于load 的supply。

理论上讲,只要net 跨越不同电压驱动的power domain 就需要插入level shifter cell, 但是如果一根信号是从高电压区域到低电压区域,且『高低电压差』在低电压区cell 可忍受范围内,则可以省去该level shifter cell. 但是通常从低电压到高电压,则一定要插入level shifter,否则可能由于电压低于load cell 翻转电压导致功能错误,而且会由于管子不能完全关断会造成持续短路电流。

 (4)isolation

当一条net 的driver 在shutoff power domain 而load 在more on power domain 时,该net 在跨power domain 时就需要插入isolation cell. 以保证在shutoff power domain 断电时,more on power domain 的输入被钳位到一个固定电压值而不是一个不定态。(net两端所在的电压域,一个是存在关断功能,而另一个是在常开状态,则需要在其中加入isolation)

Isolation cell 在逻辑功能上可能是『二输入与』也可能是『二输入或』,其中一个输入是控制信号,用于掉电后把输出拉高或拉低,另一个输入为功能信号。

(5)retention

Retention:shut off domain 中有些寄存器非常重要,即便是掉电后其内容也需要被保留住,以保证上电后相关逻辑有个正确的起点,在低功耗设计中这些寄存器会用retention 寄存器来替换,retention 寄存器有多种结构,差别之处主要在控制信号的数目及控制方式,内部结构相差并不大。

相比于普通的寄存器Rentention 寄存器内部多了一个有独立电源的latch, 这个独立电源会连到always on supply 上,当主电源掉电后,该Latch 会将寄存器掉电前最后的状态锁存住,当主电源恢复后,再将该Latch 锁存的状态读回。
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