專利名稱：一種soc芯片的低功耗電源網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低功耗SOC芯片的電源網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法與實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。
技術(shù)背景
在當(dāng)今消費(fèi)類SOC芯片設(shè)計(jì)中，功耗正逐漸成為成功芯片的衡量標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)的待機(jī)時(shí)間也在逐漸成為關(guān)乎產(chǎn)品成敗的決定性因素之一。
隨著集成電路生產(chǎn)向深亞微米工藝的邁進(jìn)，泄漏功耗所占芯片總功耗的比例逐漸增加，這也使得越來越多的設(shè)計(jì)使用關(guān)斷電源網(wǎng)絡(luò)的方式來降低泄漏功耗。針對(duì)這一情況， 本文提出了一種低功耗電源網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法與結(jié)構(gòu)，通過這種設(shè)計(jì)方法來有效降低芯片泄漏功耗，并且提高設(shè)計(jì)效率。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種SOC低功耗電源網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)采用一個(gè)PMU模塊在芯片切換過程中，通過控制LDO使能來控制開啟和關(guān)斷各電源網(wǎng)絡(luò)的方式，來減小SOC芯片的泄漏功耗。
芯片中PMU使用一個(gè)常開的電源網(wǎng)絡(luò)供電，除PMU外其它c(diǎn)ore電源都使用片內(nèi) LDO供電，IO電壓來自芯片外部常開電源，LDO輸入電源來自片外DC-DC輸出。芯片根據(jù)不同的LDO供電網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)電源域。PMU通過控制片內(nèi)LDOO使能來控制開啟和關(guān)斷各電源網(wǎng)絡(luò)。
在芯片測(cè)試模式下，為了方便各種測(cè)試順利進(jìn)行，片內(nèi)各LDO處于開啟狀態(tài)，使各電源域的電源網(wǎng)絡(luò)全部開啟，完成芯片測(cè)試。這些測(cè)試包括掃描鏈測(cè)試，存儲(chǔ)器BIST測(cè)試， 模擬電路BIST測(cè)試等。
在芯片工作模式下，芯片復(fù)位時(shí)，芯片內(nèi)所有LDO處于關(guān)斷狀態(tài)，即除PMU外的所有電源域電源網(wǎng)絡(luò)的電源都被關(guān)斷，同時(shí)通過芯片管腳關(guān)閉片外的DC-DC輸出，即關(guān)閉LDO 輸入電源，以保證芯片在復(fù)位時(shí)具有極低的泄漏功耗。復(fù)位被釋放后，PMU逐步使能個(gè)電源網(wǎng)絡(luò)的LD0，為其它電源域電源網(wǎng)絡(luò)的開啟供電，并將芯片切換至進(jìn)入正常工作狀態(tài)。
工作過程中，PMU根據(jù)軟件配置，切換芯片工作狀態(tài)，同時(shí)控制其它電源網(wǎng)絡(luò)的 LDO使能，關(guān)斷不需要工作的電路電源，開啟需要工作的電路電源，從而達(dá)到優(yōu)化SOC芯片功耗的目的。此時(shí)被關(guān)斷電源域的IO單元的core電源也被關(guān)閉，但PMU不能關(guān)閉IO單元的I/O電源，因此需要使用特殊的IO單元避免這種情況下出現(xiàn)大的crowbar電流。
PMU在控制各電源域電源網(wǎng)絡(luò)關(guān)斷時(shí)，注意為沒有被關(guān)斷的電源域模塊輸入提供隔離使能信號(hào)，當(dāng)存在關(guān)斷電源域信號(hào)輸入到未關(guān)斷電源域的數(shù)字信號(hào)時(shí)，未關(guān)斷電源域的隔離使能信號(hào)被設(shè)置為有效。
為了使一個(gè)復(fù)雜的包含多電源域子模塊硬模塊集成后，可以通過PMU控制其不同電源域子模塊分別關(guān)斷，每個(gè)子模塊對(duì)其輸入數(shù)字信號(hào)做好隔離，隔離使能控制端從模塊頂層引出，并最終由PMU控制。


圖1是芯片電源網(wǎng)絡(luò)示意圖。
圖2是一個(gè)存在多電源域的硬模塊電路內(nèi)部實(shí)現(xiàn)隔離的電路示意圖。
具體實(shí)施方式
以下以一個(gè)無線局域網(wǎng)SOC芯片低功耗電源網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為例，說明本發(fā)明方法與結(jié)構(gòu)。芯片外部輸入常開3. 3V電壓為芯片IO以及模擬模塊供電，輸入常開1. 2V電壓?jiǎn)为?dú)為PMU供電，DC-DC輸出1. 5V電壓為芯片內(nèi)部LDO供電，當(dāng)所有LDO使能置為無效時(shí)，該 1.5V電壓也被關(guān)斷以降低LDO漏電。芯片內(nèi)部LDO輸出1. 2V電源為除PMU外其它電源域的電源網(wǎng)絡(luò)供電。
芯片電源域劃分
根據(jù)LDO供電的不同，芯片劃分為4個(gè)電源域(見圖1)，各部分分別說明如下
PMU電源域(PDl)常開電源域，包括Power Management Unit模塊。該電源域電源工作中一直保持開啟，并在工作中根據(jù)不同的工作狀態(tài)可以控制其它電源域電源網(wǎng)絡(luò)的開啟與關(guān)斷。
H0ST_IF 電源域(PD2)可關(guān)斷數(shù)字電源域，包括Host Interface 與 Clock Gating Control 模塊；
BBP電源域(PD3)可關(guān)斷數(shù)字電源域，包括Processor與Baseband Subsystem模塊；
RF電源域(PD4)可關(guān)斷模擬電源域，包括RF & AD/DA subsystem模塊。
對(duì)于RF & AD/DA subsystem模塊，其設(shè)計(jì)復(fù)雜度較高，內(nèi)部存在多個(gè)電源域，分別使用不同的LDO供電。在設(shè)計(jì)中，作為一個(gè)硬模塊集成到SOC芯片中。在芯片不同的工作狀態(tài)中，RF內(nèi)部各電源域?qū)?yīng)的模塊不需要同時(shí)工作，因此PMU可以通過控制開關(guān)各電源域的LDO來控制是否開啟對(duì)應(yīng)模塊電源網(wǎng)絡(luò)，來降低芯片工作功耗。
不同電源域之間接口信號(hào)的處理
當(dāng)某電源域電源關(guān)斷時(shí)，其輸出數(shù)字信號(hào)會(huì)處于浮空狀態(tài)，如果此信號(hào)輸入到任意開啟電源域，會(huì)在開啟電源域內(nèi)產(chǎn)生較大的漏電，因此應(yīng)該在該開啟電源域做信號(hào)隔離， 隔離使能信號(hào)由PMU提供。
為了避免RF & AD/DA subsystem模塊內(nèi)部不同電源域子模塊之間在電源關(guān)斷時(shí)浮空信號(hào)的相互影響，使用如下方式處理子模塊之間的信號(hào)(如圖2)
如果子模塊A到子模塊B存在輸出信號(hào)，假設(shè)可能存在A電源關(guān)斷，B電源開啟的狀態(tài)，則在B中對(duì)從A輸入的信號(hào)進(jìn)行隔離，該隔離使能信號(hào)將受B端口信號(hào)控制；反之亦然。集成時(shí)，由于隔離信號(hào)已經(jīng)存在于模塊的頂層，因此PMU可以在控制開啟和關(guān)斷A或B 模塊電源的同時(shí)，控制是否需要使能隔離信號(hào)。
芯片正常工作時(shí)的電源網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)
在芯片工作模式下，芯片復(fù)位時(shí)，芯片內(nèi)所有LDO處于關(guān)斷狀態(tài)，除PMU外的所有電源域電源網(wǎng)絡(luò)的電源都被關(guān)斷。為保證芯片在復(fù)位時(shí)具有低的泄漏功耗，進(jìn)一步通過輸出控制端口關(guān)閉片外的1. 5V電源輸入，以消除此狀態(tài)下LDO的漏電。片外1. 5V電源來自DC-DC電源器件的輸出，復(fù)位情況下，芯片通過控制該DC-DC使能端，來關(guān)閉1. 5V電源輸入。 復(fù)位被釋放后，PMU逐步打開片內(nèi)LD0，為其它電源域電源網(wǎng)絡(luò)的開啟供電，芯片進(jìn)入正常工作模式。
PMU根據(jù)芯片所處的工作狀態(tài)，選擇關(guān)閉部分LD0，降低功耗。此時(shí)被關(guān)斷電源域的IO單元的core電源也被關(guān)閉，但PMU不能關(guān)閉IO單元的IO電源(3. 3V電源)，因此需要使用特殊的IO單元，避免該IO單元在core電源關(guān)閉，IO電源開啟的情況下出現(xiàn)大的 crowbar 電流。
PMU在控制各電源域電源網(wǎng)絡(luò)關(guān)斷時(shí)，注意為沒有被關(guān)斷的電源域模塊輸入提供隔離使能信號(hào)，當(dāng)存在關(guān)斷電源域信號(hào)輸入到未關(guān)斷電源域的數(shù)字信號(hào)時(shí)，未關(guān)斷電源域的隔離使能信號(hào)被設(shè)置為有效。
芯片測(cè)試過程中的電源網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)
芯片測(cè)試過程中，保證被測(cè)試電路處于電源開啟狀態(tài)以順利完成測(cè)試，因此當(dāng)測(cè)試使能信號(hào)有效時(shí)，PMU輸出的LDO使能信號(hào)被置有效，電源域之間的隔離信號(hào)被置無效。
以上公開的僅為本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化都應(yīng)落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種SOC芯片低功耗電源網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法，將芯片劃分為多個(gè)電源域，其特征在于，各電源域通過芯片中的低壓差線性穩(wěn)壓器LDO供電，通過電源管理模塊PMU，直接控制LDO的開關(guān)來控制芯片中除PMU電源域外所有其它電源域電源的開啟與關(guān)斷。
2.如權(quán)利1要求所述的一種SOC芯片低功耗電源網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，LDO的輸入電源來自片外DC-DC的輸出，在芯片正常工作狀態(tài)下，復(fù)位有效時(shí)，芯片內(nèi)所有LDO處于關(guān)斷狀態(tài)，除PMU外的所有電源域電源網(wǎng)絡(luò)的電源都被關(guān)斷，同時(shí)通過芯片管腳關(guān)閉片外的DC-DC輸出，即關(guān)閉LDO輸入電源，進(jìn)一步降低芯片復(fù)位電流。
3.如權(quán)利1要求所述的一種SOC芯片低功耗電源網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，PMU在控制其它電源域電源開啟或關(guān)斷的同時(shí)，當(dāng)存在關(guān)斷電源域信號(hào)輸入到未關(guān)斷電源域的數(shù)字信號(hào)時(shí)，未關(guān)斷電源域的隔離使能信號(hào)被設(shè)置為有效，對(duì)于存在不同時(shí)開啟和關(guān)斷的多個(gè)電源域的硬模塊，其子模塊的供電使能與隔離使能信號(hào)都從模塊頂層引出，由PMU統(tǒng)一完成控制。
4.如權(quán)利1要求所述的一種SOC芯片低功耗電源網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，除PMU 外的其它電源域中IO單元的core電源使用可關(guān)斷的LDO供電，使用帶有上電控制的IO單元，避免該IO單元在core電源關(guān)閉，IO電源開啟的情況下出現(xiàn)大的crowbar電流。
5.如權(quán)利1要求所述的一種SOC芯片低功耗電源網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，芯片測(cè)試模式下，芯片復(fù)位后芯片內(nèi)各個(gè)LDO處于開啟狀態(tài)，直接開啟測(cè)試需要的所有電源網(wǎng)絡(luò)，避免在測(cè)試復(fù)位狀態(tài)下測(cè)試電路的電源域被關(guān)斷，完成芯片測(cè)試。
全文摘要
本發(fā)明公開一種SOC芯片低功耗電源網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方法。該方法通過控制電源器件，完成芯片不同電源網(wǎng)絡(luò)開啟和關(guān)斷的控制，有效的降低了芯片復(fù)位電流，優(yōu)化了芯片正常工作功耗，同時(shí)，本發(fā)明給出一種硬模塊的低功耗設(shè)計(jì)方法，該方法方便了系統(tǒng)電源網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了芯片正常工作和測(cè)試過程中的電源控制。
文檔編號(hào)H02M1/36GK102545574SQ20101062231
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者劉鵬, 周卓, 趙彥光 申請(qǐng)人:北京中電華大電子設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司