基于模拟退火与合并代价反标的低功耗门控时钟布线算法

传统的时钟树布线算法可以扩展应用于门控时钟,例如在自底向上的合并过程中采用最小化合并电容方式。然而,当前点的合并,会影响到上层点的门控情况变化,虽然在局部合并时是最优的,却可能恶化时钟树整体功耗。针对该问题,提出了一种零时钟扭斜门控时钟布线算法,使用上一轮时钟树的布线结果估算上述影响所造成的合并代价变化。由于算法需要多轮反复计算,因此使用模拟退火方法,在每一次循环时重建时钟树结构,通过上一轮反标的合并代价信息进行优化,评估每一轮的结果,并生成新的约束供下一轮使用。实验结果表明,与传统的Greedy-DME算法相比,该算法可以获得至多23%的功耗优化。     

CSP多核处理器芯片的低功耗设计

提出了3种高主频多核处理器CSP芯片的功耗优化技术,即电源域间隔关断技术、流量感知的动态频率调节技术和层次式门控时钟技术.结果表明,3种优化技术对降低芯片功耗的作用均非常有效,能够不同程度地降低芯片的总功耗.其中,电源域间隔关断技术能够解决静态漏流功耗,流量感知的动态频率调节技术和层次式门控时钟技术能够控制动态功耗.     

一种低功耗时钟树综合的寄存器聚类方法

随着集成电路制造工艺的进步与芯片集成度的提升，对于低功耗芯片的需求越来越大.时钟网络功耗占芯片总功耗的 40%以上，优化时钟网络的功耗已成为高性能集成电路设计中最重要的目标之一.本文提出了一种新的寄存器聚类方法来生成时钟树的叶级拓扑结构，通过限制群组的扇出、负载和范围，对寄存器进行合理分组，减少了缓冲器的插入数目和总布线长度，有效降低时钟网络功耗.将该方法整合到传统的时钟树综合（CTS）流程中，在ISCAS89 基准电路上测试并分析其有效性.实验结果表明，该寄存器聚类方法在不影响时钟树最大延时的情况下，有效减少了时钟网络20%以上的功率耗散和20%以上的时钟偏移.     

基于门控时钟的CMOS电路低功耗设计

阐述了如何运用门控时钟来进行CMOS电路的低功耗设计。分析了门控时钟的实现方式,如何借助EDA工具在设计中使用门控时钟,并且附有部分脚本程序,以一个watchdogtimer模块为例,给出了相关的功耗分析报告和优化结果。这样,可以借助EDA工具的帮助,在综合时插入门控时钟,较大幅度地降低功耗,同时附带减小面积,为使用门控时钟进行低功耗设计者提供有益的参考。     

基于自适应门控时钟的CPU功耗优化和VLSI设计

提出了一种CPU的功耗优化方法,即通过自适应时钟门控来解决CPU中由于流水线阻塞、浮点处理器(FPU)和多媒体协处理器空闲所导致的动态功耗浪费.首先,设计了模块级自适应时钟门控单元,并通过芯片内部硬件电路来自动监测上述模块是否空闲,模块空闲时时钟关闭,从而消除了不需要的时钟翻转带来的模块内部动态功耗消耗.然后,将自适应时钟门控单元应用于国产处理器Unicore-2中,对其流水线阻塞、FPU和多媒体协处理器空闲的产生进行功耗优化.最后,基于TSMC 65 nm工艺下已流片芯片的网表和寄生参数文件,通过反标芯片的波形获得电路翻转率,并用Prime Time PX工具进行了功耗仿真.仿真结果表明,利用本方法运行Dhrystone,Whestone和Stream三个典型测试程序时可获得18%~28%的功耗收益,其面积代价可以忽略,并对CPU性能没有影响.     

CMOS电路的低功耗逻辑综合

针对CMOS电路的功耗来源提出了一种低功耗综合流程.这种综合流程在不改变原有电路设计的前提下同时采用了门控时钟、操作数隔离和门级功率优化来降低功耗.对一个PTC(PWM/Timer/Counter)控制器的仿真表明，这种流程可以降低电路功耗57%，与仅使用门控时钟的流程相比可以进一步降低电路功耗21%.     

一种新型结构的高速时钟数据恢复电路

针对高速(Gb/s)串行数据通信应用,提出了一种混合结构的高速时钟数据恢复电路.该电路结构结合鉴频器和半速率二进制鉴相器,实现了频率锁定环路和相位恢复环路的同时工作.电路采用1.8 V,0.18μmCMOS工艺流片验证,面积约0.5 mm2,测试结果显示在2 Gb/s伪随机数序列输入情况下,电路能正确恢复出时钟和数据,核心功耗约为53.6 mW,输出驱动电路功耗约64.5 mW,恢复出的时钟抖动峰峰值为45 ps,均方根抖动为9.636 ps.     

采用时钟屏蔽策略降低测试功耗

为了降低每时钟周期的平均及峰值功耗,在两级扫描结构基础之上提出时钟屏蔽及它的改进策略。利用测试激励压缩条件和测试响应压缩条件对电路进行划分,在每个时钟周期激活子电路的方法来降低峰值。实验结果表明:采用改进策略测试的总功耗平均降低到全扫描的0.39%,峰值功耗平均降低到全扫描的16.26%,捕获阶段的峰值平均降低到全扫描的10.97%。从结果可以看出,采用多级时钟屏蔽策略进行电路测试,与传统的全扫描测试方法相比,测试功耗及其他影响扫描测试代价的参数均有明显的降低。     

采用时钟屏蔽策略降低测试功耗

为了降低每时钟周期的平均及峰值功耗,在两级扫描结构基础之上提出时钟屏蔽及它的改进策略。利用测试激励压缩条件和测试响应压缩条件对电路进行划分,在每个时钟周期激活子电路的方法来降低峰值。实验结果表明:采用改进策略测试的总功耗平均降低到全扫描的0.39%,峰值功耗平均降低到全扫描的16.26%,捕获阶段的峰值平均降低到全扫描的10.97%。从结果可以看出,采用多级时钟屏蔽策略进行电路测试,与传统的全扫描测试方法相比,测试功耗及其他影响扫描测试代价的参数均有明显的降低。     

一种低功耗时钟芯片的设计

讨论了一种低功耗时钟芯片的设计，从CMOS电路功耗产生原因入手，在振荡分频电路中减小电路工作电压，在时序电路中采用门控技术，达到降低功耗的目的，经流片后测试表明该芯片工作电流0．17mA，满足低功耗要求。     

10 GHz低相噪扩频时钟发生器的设计与实现

基于55nm CMOS工艺设计并制造了一款小数分频锁相环低相噪10GHz扩频时钟发生器(SSCG).该SSCG采用带有开关电容阵列的压控振荡器实现宽频和低增益,利用3阶MASHΔΣ调制技术对电路噪声整形降低带内噪声,使用三角波调制改变分频系数使扩频时钟达到5 000×10~(-6).测试结果表明:时钟发生器的中心工作频率为10GHz,扩频模式下峰值降落达到16.46dB;在1 MHz频偏处的相位噪声为-106.93dBc/Hz.芯片面积为0.7mm×0.7mm,采用1.2V的电源供电,核心电路功耗为17.4mW.     

一种用于多通道10 Gbit以太网接口的CMOS 3.125 Gb/s接收器

介绍了一种单片集成的3．125 Gb／s接收器的设计,它适用于IEEE 802．3ae四通道10Gb／s以太网接口．电路采用了多相时钟结构和并行采样技术以降低电路速度要求．电荷泵采用了常跨导偏置技术以降低环路对工艺、电源电压和温度变化的敏感度．时钟数据恢复电路采用1／5速率时钟降低振荡器的设计难度,时钟恢复的同时完成1：5解串功能,降低了电路功耗．电路采用0．18μm CMOS工艺设计和仿真,总体功耗为95mW,625MHz恢复时钟的输出抖动小于75ps,电路在3．125 Gb／s的数据率和各种工艺角下工作正确．     

同步数字集成电路设计中的时钟树分析

研究了同步数字系统的组成和时钟偏移,并结合一个数字集成电路8051的时钟树设计实例,介绍了时钟树的经验结构和设计方法流程.比较了采用Synopsys公司的布局布线工具实现的自动时钟树分析与指定结构时钟树分析,证明结构恰当的时钟树能得到比自动时钟树分析更好的结果.     

考虑传输线效应的时钟线网动态功耗模型

针对传递时钟信号的树型互连线网,提出了一种考虑传输线效应的动态功耗模型。在该模型中,时钟线网的每个分支互连线都采用了传输线模型,其系统输入导纳函数的计算采用了基于傅里叶级数分析的快速迭代算法。在此迭代算法基础上,根据帕斯瓦尔定理,该模型用有限阶傅里叶级数项逼近时钟线网的动态功耗。模型的精度随所取项数的增加而增加,模型的时间复杂度与项数以及时钟线网的分支数成正比。实验表明,有5项傅里叶级数逼近的模型误差小于5%,效率远高于集成电路仿真程序（SPICE）。     

动态显示数字时钟的设计

本文设计了一种全部使用CMOS集成电路组成的动态扫描数字时钟。其整机功耗低,可靠性高,实验效果好,并且用到了数字电路各部分知识,非常适合学生做课程综合实训。     

一种具有新型时钟产生器的无源超高频RFID标签

给出一种符合ISO/IEC 18000-6B协议的超低功耗的无源超高频RFID标签.为了能够给标签数字基带处理提供准确的时钟,使用了一种超低功耗、自校正的时钟产生器,产生的时钟在-50℃～120℃或者0.7～1.6 V 电源电压的范围内,偏差小于4%.此自校正时钟模块的功耗在0.7 V的电源电压下仅为364 nW.一个...     

适用于4通道100 Gbps SerDes的两级架构正交12.5 GHz低功耗低抖动时钟发生器

为了缓解多通道SerDes中高频时钟信号在长距离传输中引入的噪声过大和功耗过高的问题,设计了一种应用于多通道的低功耗低抖动两级锁相环结构;同时为了进一步降低噪声性能,在第2级锁相环中设计了一种采样鉴相器。该设计将第1级LC振荡器锁相环产生的低频时钟信号（3.125 GHz）传输到各通道收发机后,将该信号作为第2级参考信号,再采用小面积的环形振荡器锁相环产生正交的高频时钟 (12.5 GHz),这种结构降低了高频时钟在片上长距离传输的距离,提高了收发机的时钟质量;此外该技术避免了使用高频缓冲器,降低了功耗。其中第2级锁相环通过无分频鉴相技术提高了第2级环振锁相环的噪声性能。该时钟发生器电路整体功耗为100 mW,第1级锁相环相位噪声拟合后为-115 dBc/Hz,第2级环形振荡器电路在1 MHz处相位噪声为-79 dBc/Hz,锁相环电路产生的时钟信号整体抖动为2.7 ps。正交时钟偏差在300 fs以内。相比传统时钟发生器,该设计性能有较大提高,功耗有明显降低,适合应用于100 Gbps SerDes中。     

同步数字集成电路设计中的时钟树分析

时钟树的设计是同步数字集成电路设计中的一个重要部分,对系统的性能和可靠性有很大影响．文中介绍了同步数字系统的组成和时钟偏移的定义,提出了一种时钟树结构的设计方法,基于该方法用布局布线工具Astro对一个8051芯片进行了自动时钟树分析和指定结构的时钟树分析．结果表明,用文中方法设计时钟树结构能得到比自动时钟树分析更好的效果．文中还给出了设计中门控时钟问题的解决方法。     

单器件时钟负载限制竞争RAM锁存器设计

提出一种新型RAM锁存器, 通过引入并行充电支路, 可避免开关电流和充电速度之间的矛盾。与传统结构相比, 新结构不仅能提高充电速度, 而且能降低短路功耗。 此外, 新结构中时钟负载只有一个MOS管, 能有效降低时钟功耗。 Hspice仿真结果表明, 新的RAM n-锁存器和p-锁存器速度分别提高12.8%和25.5%, 功耗延迟积分别降低19.8%和26.9%。     

含有多路选择器路径的时钟树综合

本文介绍了时钟树综合的概念及指标,分析了电力网载波通信芯片的时钟结构,针对其含有多路选择器路径的时钟结构提出了时钟树综合的方案,极大的优化的了时钟树综合的结果,为后续的时序收敛打下了良好的基础。