面向动态电压调系统的片上监测方法的设计.pdf

摘要 摘 要 随着手持设备、无线传感网络的广泛应用和芯片尺寸的不断缩小，功耗问题已经成为系统芯片 足应用需求，以基于片上监测的动态电压调节(DynamicVoltageScaling，DVS)为代表的低功耗方法 应运而生，并逐渐成为工业界和学术界研究的热点。 本文在广泛调研围内外低功耗方法的基础上，确定了将面向DVS系统的原地时序监测和错误纠 正方法作为主要研究对象。该方法将监测单元插入到芯片关键路径的末端，实时监测芯片的工作情 况，原地纠正时序错误，并将监测结果作为DVS的依据。本文设计了具有错误监测和纠正功能的原 地监测单元；构建了以监测单元为核心，三级流水线乘法器为主体，错误纠正控制信号产生电路和 DVS模块为重要组成部分的流水线乘法器DVS系统；融合了开环控制与闭环调节相结合的DVS方 法；并设计了新型的模数混合仿真平台，对所设计的电路和系统进行仿真。 本文基于SMIC65nmCMOS工艺进行了原地监测单元和流水线乘法器DVS系统的电路设计、 版图设计与仿真。仿真结果表明，原地监测单元最高工作频率可达400MHz。以此频率为上限，监 测单元在O．8V～1．2V电压范围和一50。C～100。C的温度范围内，不同工艺角下均能正确实现时序监测 和错误纠正的功能。流水线乘法器DVS系统能够有效抑制错误传播，输出正确结果。与在1．2V固 定电压下的情况相比，流水线乘法器通过DVS的方法，以增加22．9％的面积为代价，最多可节省 47．94％的平均动态功耗，达到了良好的低功耗效果。 关键词：低功耗，系统芯片，原地监测，动态电压调节 Abstract Abstract Withthe useofthehand—helddevicesandthe of widely technologyscaling hasbecomean thatshouldbetakeninto consumption importantproblem power forthe needs．Andnew the low methodsareinsufficient technologies，especiallyon—chip power application monitorbased have becometheresearchhot dynamicvoltagescaling(DVS)methodgradually spot． focusonthe and oftheIn—SitumonitorcircuitandtheDVSmethod Thisthesis designimplementation which andcorrect errorsis basedon In—Situmonitorcircuit canmonitor timing designed． it．Firstly，the In-Situmonitorcircuit DVS onthebasisofathree Then，an integratedsystem stagepipelinemultiplier, anda moduleisconstructed． withanerror module recovery dynamicvoltageregulation