基于统一功率格式的SoC的低功耗方案设计
SOC的低功耗设计
SOC的低功耗设计低功耗设计在当前电子设备发展的大背景下，变得越来越重要。
对于拥有电池限制的移动设备，如智能手机、平板电脑和笔记本电脑，延长电池寿命是用户和制造商的共同需求。
此外，对于一些无线传感器、IoT设备和可穿戴设备，低功耗设计可以实现长时间的无线连接和持久的运行。
SOC（System on Chip）是一种集成了处理器核心、内存、输入/输出接口和其他相关的电子元件的微电子芯片。
在SOC的低功耗设计中，主要考虑以下几个方面：首先是处理器核心的设计。
低功耗的处理器核心通常采用精简指令集（RISC）架构，因为RISC架构相比复杂指令集（CISC）架构具有更高的能效。
此外，延迟插槽、流水线优化和缓存优化等技术也可以降低处理器核心的功耗。
其次是内存的设计。
内存代表着SOC中存储和访问数据的组件。
低功耗设计中，采用低功耗的内存类型，如低功耗SDRAM（LPDDR），可以大大降低功耗。
此外，考虑到内存访问的局部性原理，优化数据结构和算法，减少内存访问次数也是提高能效的关键。
再次是输入/输出接口的设计。
在SOC中，输入/输出接口通常涉及与外部设备的通信和数据传输。
使用低功耗的通信协议，如低功耗蓝牙（Bluetooth Low Energy，BLE）和Zigbee，可以减少功耗。
此外，采用可变频率电压调节器（DVFS）和功耗管理单元（PMU）等技术，根据实际需求动态调整输入/输出接口的功耗，也可以提高整体的能效。
最后是系统级的设计。
系统级的设计考虑了整个SOC中各个组件之间的协调和优化。
例如，通过合理的功耗分配和任务调度，平衡各个组件的工作负载，可以避免单个组件过度消耗能量。
此外，采用低功耗时钟源、电源管理和睡眠模式等策略，使得SOC在非活动状态下能够进入低功耗模式，从而延长电池的使用寿命。
综上所述，SOC的低功耗设计需要从处理器核心、内存、输入/输出接口和系统级等多个方面进行优化。
通过采用低功耗的技术和策略，可以降低功耗，延长电池寿命，从而提高电子设备的能效和用户体验。
iot芯片 低功耗soc中的io设计方案
iot芯片低功耗soc中的io设计方案
在IoT芯片中，低功耗SoC的IO设计方案可以采用以下几种方法：
1. 采用低功耗IO接口：选择低功耗的IO接口，如I2C、SPI和UART等，这些接口在空闲状态下能够自动进入睡眠模式，从而降低功耗。
2. 采用GPIO控制：通过将IO口配置为通用输入/输出（GPIO）模式，可以根据需要灵活控制IO口的状态。
在不需要使用时，将IO 口配置为输入模式，以减少功耗。
3. 采用中断触发：对于需要实时响应的IO操作，可以使用中断触发方式。
当IO口状态发生变化时，芯片会立即唤醒并执行相应的操作，而不需要轮询IO口状态，从而降低功耗。
4. 采用睡眠模式：当IO口处于空闲状态时，可以将芯片设置为睡眠模式，以降低功耗。
在需要使用IO口时，通过中断或其他方式唤醒芯片。
5. 优化IO电路设计：在设计IO电路时，可以采用低功耗的电路设计技术，如使用低功耗晶体管、降低电压和电流等，以降低IO电路的功耗。
通过选择低功耗接口、灵活控制IO口状态、采用中断触发和睡眠模式、优化IO电路设计等方法，可以有效降低低功耗SoC中的IO功
耗。
低功耗GPON SoC解决方案
接 入 系统通 过一 次简单 的升 级 即实现 于 硬件的Ｒｏ ｇ ｕ ｅ ＯＮＵ管理功能 ，可 以
ＧＰＯＮ回传 ，这 些 系统诸 Ｒ Ｈ Ｍ ＤＵ和 可靠地 ｔ ｐ： ／ ／ ｗｗｗ． １ ａ ｎ ｔ ｉ ｑ ． ｃ ｏ ｎ ｒ
１ ６ 位双通道ｎ ａ ｎ ｏ Ｄ Ａ Ｃ ＋
集成Ｍ Ｃ Ｕ 的基于模拟的电源管理控制器
Ｍ ＣＰ１ ９ １ ｌ １ 是一款 数字 增强 型 电 Ｍ Ｃ Ｐｌ ９ ｌ １ ｌ 数字 增强 型 电源 模拟 Ｍ ＣＰ １ ９ １ ｌ １ 器件支持高达３ ２ Ｖ的运 行 ， 源模拟控制 器，它扩 展了Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｃ ｈ ｉ ｐ 多 系列可在 ４ ． ５ Ｖ至 ３ ２ Ｖ的宽 电压范 围 内 并 提供 针对 同步 降压应 用而 配置的集 元化 的 智‘ ｎ — ｂ Ｄ Ｃ／ Ｄ Ｃ电源 转换 解决 方 工 作 ，与传统 基于 模拟 技术 的解决 方 成ＭＯ Ｓ Ｆ Ｅ Ｔ驱动器。当与Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｃ ｈ ｉ ｐ 扩
主 要 特 点 ：带 有 集 成 激 光 驱 动 纯光纤和光纤 ／ ｘＤＳＬ 混 合配置小型化 器和 限幅 放大 器的 、完全 符合标 准 的 ＭＤＵ机柜 ，包括小蜂窝在 内的蜂窝无
得 益于 其小 尺寸 、高 集成 度以及 特有 Ｇ ＰＯＮ Ｓ ｏ Ｃ，集成 了关键 的光 学元件 线通 信基站 的光纤 回传 ，带有ＳＦＰ 插 的节 能特 性 ，ＦＡＬＣ ＯＮ— Ｓ 可为具有 和控 制 电路 ，以及优 化 电路板 空 间并 槽的 用户端设备 （ ＣＰＥ），提供 了使 全 内置ＧＰＯＮ光网络单 元功 能的小 型 降低整个 系统 的物料 成本 （ ＢＯＭ） ；
字 解决方 案 的灵活 性 ，也 具备 基于 模 拟 的控制 器 的速度 、性 能和分 辨率 。
SoC设计中的低功耗技术
关键词
Ｓ Ｃ Ｒ Ｌ 低 功耗 设计 ｏ Ｔ
１ 引 言
随着深亚 微米 集成 电路 工 艺 技术 的突 破 ， 可 以将用 于完成 某一 应用 领域 的一个 或多个 微处 理 器、 数字／ 模拟 转换 器 、 储 器 、 拟 及 接 口、 制 存 模 控
△ ｔ 间 内的平均 功耗 。两 者意 义 不 同 ，有不 同 时 的应用 背 景和优 化策 略 。通 常两者 被笼 统地概 括
的器件和在数百兆 时钟频率下工作 ， 将会有数 十
瓦的功耗 。 巨大 的功 耗给使 用封 装 和可靠性 方 面 都 带来 了问题 。 进入 ＳＣ时代 ， ｏ 低功耗 已经成为与面积 和性 能 同等重要 的设 计 目标 ， 特 定领 域 ， 在 功耗指 标 甚 至 成为第一大要素 。随着小型化 的需 求越来越 强烈 ， 像手持设备 中的各 种应 用要 求其 中芯片 的速 度越 来越快 ， 面积越来越大 ， 能化越来 越高 ， 然导 智 这必 致芯片 的功耗 呈指 数增 加 。ＳＣ技术 的发 展使 得 ｏ 单个芯片集成所有 的处理部件成 为可能 ， 处理 这些 部件可 以包括 基本 的晶体 管 、 同 的处理 器 核 、 不 内 存单元甚至模 拟单元 。包含 了如此众 多 的部 件 ， 功 耗设计 将成为 一个 关键 而且 复 杂 的课题 。同 时 由 于电池 的技术相 对 落后 ， 发展 缓慢 ， 而快 速 散热 的 要求 又会导致 封装 和制 冷成本提高 ， 大导致 温 功耗
减少系统 的面 积 ， 降低 系统 成本 ， 大地提 高系统 极 的性能价 格 比。ＳＣ系统 因 为集 成有 百万 门 以上 ｏ
5g基站低功耗soc芯片设计方案
5g基站低功耗soc芯片设计方案5G基站低功耗SoC芯片设计方案随着5G时代的到来，对于5G基站的需求也越来越高。
而基站的功耗问题一直是制约因素之一。
因此，设计一款低功耗的SoC芯片成为了当前的研究热点之一。
本文将从几个方面介绍一种5G基站低功耗SoC芯片的设计方案。
1. 功耗优化技术针对5G基站低功耗SoC芯片的设计，首先要考虑的是功耗优化技术。
通过对SoC的各个模块进行功耗分析，针对性地进行优化。
比如，在射频前端模块，可以采用低功耗的射频芯片，减少功耗的同时保证信号质量。
在数字信号处理模块，可以采用低功耗的高性能处理器，并且结合优化的算法，降低功耗的同时提高计算效率。
此外，还可以采用节能的调度算法，合理分配计算资源，降低功耗。
2. 芯片架构设计在5G基站低功耗SoC芯片的设计中，合理的芯片架构设计也是非常重要的。
首先，要充分考虑不同模块之间的通信和数据传输，采用高效的总线架构，减少数据传输的功耗损耗。
同时，要充分利用硬件加速器，在保证性能的同时，减少功耗。
此外，还可以采用分层设计，将不同功耗等级的模块分别设计，降低整个芯片的功耗。
3. 低功耗电源管理电源管理也是5G基站低功耗SoC芯片设计中需要考虑的重要因素之一。
通过采用先进的电源管理技术，如动态电压频率调整(DVFS)、功耗感知调度等，可以根据实际运行情况动态调整电压和频率，降低功耗。
此外，还可以采用智能睡眠技术，当系统处于空闲状态时，自动进入低功耗模式，减少功耗。
4. 散热设计在5G基站低功耗SoC芯片的设计中，散热问题也是需要考虑的。
由于低功耗SoC芯片的集成度越来越高，功耗集中在很小的面积上，容易产生热量。
因此，合理的散热设计是非常重要的。
可以采用片上散热结构，增加散热面积，提高散热效果。
同时，还可以采用智能风扇控制技术，根据芯片的温度自动调整风扇的转速，保持芯片在适宜的工作温度范围内。
设计一款5G基站低功耗SoC芯片，需要综合考虑功耗优化技术、芯片架构设计、低功耗电源管理和散热设计等方面。
SOC设计中的低功耗技术
SOC设计中的低功耗技术【摘要】随着以IP(Intellectual Property)核复用为核心的设计技术的出现，集成电路(Integrated Circuit,IC)应用设计已经进入SoC(System on a Chip)时代，SoC是一种高度集成的嵌入式片上系统.，而低功耗也已成为其重要的设计目标。
【关键词】SoC；低功耗技术；功耗评估1.电路中功耗的组成要想实现低功耗，就必须了解电路中功耗的来源，对于CMOS电路功耗主要分为三部分，分别是电路在对负载电容充电放电引起的跳变功耗；由CMOS 晶体管在跳变过程中，短暂的电源和地导通带来的短路功耗和由漏电流引起的漏电功耗。
其中跳变功耗和短路功耗为动态功耗，漏电功耗为静态功耗。
以下是SoC功耗分析的经典公式：P=Pswitching + Pshortcircut + Pleakage=ACV2f+τA VIshort+VIleak （1）其中是f系统的频率；A是跳变因子，即整个电路的平均反转比例；是C门电路的总电容；V是供电电压；τ是电平信号从开始变化到稳定的时间。
1.1跳变功耗跳变功耗，又称为交流开关功耗或负载电容功耗，是由于每个门在电平跳变时，输出端对负载电容充放电形成的。
当输出端电平有高到低或由低到高时，电源会对负载电容进行充放电，形成跳变功耗。
有公式（1）第一项可以看出，要想降低跳变功耗就需要降低器件的工作电压，减小负载电容，降低器件的工作频率以及减小电路的活动因子。
1.2短路功耗短路功耗又称为直流开关功耗。
由于在实际电路中，输入信号的跳变需要经过一定的时间。
所以当电压落到VTN和Vdd-VTP之间时（其中VTN和VTP分别为NMOS管和PMOS管的阈值电压，Vdd为电源电压），这样开关上的两个MOS管会同时处于导通状态，这是会形成一个电源与地之间的电流通道，由此而产生的功耗便成为短路功耗。
减少通道开启的时间，可以有效的减小短路功耗。
通用SOC系统的低功耗设计方法
Ｌｏ ｗ－ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ－ Ｏｎ － Ｃｈ ｉ ｐ
Ｓ ＨＡＮＧ Ｊ ｕ ｎ — ｈ ｕ ｉ
（ Ｚ Ｔ Ｅ Ｃ ｏ ｒ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ，Ｓ ｈ ｅ ｎ ｚ ｈ ｅ ｎ ５ １ ８ ０ ５ ４ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
遇用 Ｓ ＯＣ系统的低功耗设计方法
尚军 辉
（ 中兴通讯股份有 限公 司， 深圳 ， ５ １ ８ ０ ５ ４ ）
摘要： 随着 Ｓ Ｏ Ｃ （ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ － ｏ ｎ － ｃ ｈ ｉ ｐ ） 电子产品的革新 ， 人们对产品的性能及运行速度 的要 求越来越高，
在Ｓ Ｏ Ｃ产 品 中实现低 功耗 处 理就越 来 越重要 。本文通 过对 低 功耗设 计 方 法的介 绍 ， 从应 用 角度 提供 了 在Ｓ Ｏ Ｃ 设 计 中低 功耗 方 法 。
耗
图 ４ 动 态 电压 调 整
Hale Waihona Puke ３ ， ２ 总 线 低 功 耗 设 计 方 法
Ｓ Ｏ Ｃ总线 的功耗 主 要产 生 于 总线 的 翻转 ， 因此 优 化及 减 少总线 翻 转就 是低 功 耗设 计 的 一 个方 式 ， 当前 比较 常用 的有 以下几 种 总线编 码技术 设计 应用
要 工作思路 是 由 Ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｇ ｅ ｎ ｔ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ Ｍａ ｎ ａ ｇ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ 基于 ０ ｓ提 供 的信 息 实 时估 算 出对 处 理 器 所 需 运 算 能 力 的需求 ，然 后 将 这 个 需 求 反 馈 给
SoC系统的低功耗设计
SoC系统的低功耗设计摘要：功耗问题正日益变成VLSI系统实现的一个限制因素。
对便携式应用来说，其主要原因在于电池寿命，对固定应用则在于最高工作温度。
由于电子系统设计的复杂度在日益提高，导致系统的功耗得到其主要功耗成分。
其次，以该主要功耗成分数学表达式为依据，突出实现SoC低功耗设计的各种级别层次的不同方法。
关键词：VLSI SoC CMOS集成电路低功耗设计引言从20世纪80年代初到90年代初的10年里，微电子领域的很多研究工作都集中到了数字系统速度的提高上，现如今的技术拥有的计算能力能够使强大的个人工作站、复杂实时语音和图像识别的多媒体计算机的实现成为可能。
高速的计算能力对于百姓大众来说是触指可及的，不像早些年代那样只为少数人服务。
另外，用户希望在任何地方都能访问到这种计算能力，而不是被一个有线的物理网络所束缚。
便携能力对产品的尺寸、重量和功耗加上严格的要求。
由于传统的镍铬电池每磅仅能提供的能量，因而功耗就变得尤为重要。
电池技术正在改进，每5年最大能将电池的性能提高30%，然而其不可能在短期内显着地解决现在正遇到的功耗问题。
虽然传统可便携数字应用的支柱技术已经成功地用于低功耗、低性能的产品上，诸如电子手表、袖珍计算器等等，但是有很多低功耗、高性能可便携的应用一直在增长。
例如，笔记本计算机就代表了计算机工业里增长最快的部分。
它们要求与桌上计算机一样具有同样的计算能力。
同样的要求在个人通信领域也正在迅速地发展，如采用了复杂语音编解码算法和无线电调制解调器的带袖珍通信终端的新一代数字蜂窝网。
已提出的未来个人通信服务PCS应用对这些要求尤其明显，通用可便携多媒体服务是要支持完整的数字语音和图像辨别处理的。
在这些应用中，不仅语音，而且数据也要能在无线链路上传输。
这就为实现任何人在任何地方的任何时间开展任何想要的业务提供了可能。
但是，花在对语音、图像的压缩和解压上的功耗就必须附加在这些可便携的终端上。
确实，可便携能力已经不再明显地和低性能联系在一起了；相反，高性能且可便携的应用正在逐步得到实现。
SoC系统的低功耗设计
3.1 晶体管和逻辑门级
晶体管和逻辑门级是在功耗、性能之间进行折中的最直接的层次，一般采取 先进的制造工艺来降低功耗，比如，当采用更小的晶体管特征尺寸时，负载电容 随之减小，使得电路的开关功耗随之减小。并且，当电源电压从 3.3 V 降到 1.8 V 时，在相同频率下，功耗降低为原来的 0.3 倍。但降低电源电压会面临一些问题， 若降低电源电压而阈值电压不变，则噪声容限会减小。因此阈值电压要随电源电 压的减小而相应地减小。可是减小阈值电压会导致静态功耗呈指数级地增加。
-2-
调整晶体管的阈值电压可以有效地降低功耗， 高阈值电压可以有效地减少电路 的亚阈值漏电流功耗，因此，电路的非关键路径上可采用高阈值电压的逻辑器件， 在关键路径上采用低阈值电压提高电路性能。另外，电源门控法也是晶体管级低 功耗设计的常用方法，与时钟门控法相比，电源门控法不但能在电路进入空闲状 态时彻底关掉动态功耗，还能有效地控制静态功耗。
1 2 P C Vdd f 2 其中，f 为时钟频率，C 为节点电容，α为节点的翻转概率，Vdd 为工作电平。
随着工艺水平的提高，次级物理效应日益显著，使得前三项功耗来源所占比 重有所增加，在功耗优化技术研究中也逐步得到重视。
3. 低功耗设计策略
低功耗设计是一个复杂的系统问题。在设计流程上包括功耗建模、评估以及 优化，在设计层次上包括从晶体管版图级到系统功能级的所有抽象层次。并且， 功耗的优化与性能和面积等指标的优化密切相关，需要综合考虑。以下分别在晶 体管和逻辑门级、RTL 级和系统结构级讨论 SoC 的低功耗设计策略。
[5]于美. SOC 低功耗设计方法研究[D].复旦大学,2008.
-4-
3.2 寄存器传输级
寄存器传输级的低功耗设计目标是降低数据通路的跳变次数， 常用的方法有可 变电源电压、门控时钟、通路平衡和编码技术等。 可变电源电压技术，以及多电源电压技术，多电源电压技术在许多规模和复杂 度较高的 SoC 中得到了较多的应用；门控时钟采用锁存器是为了消除门控时钟输 出的 Glitch 噪声，避免引入动态功耗；在组合电路中不同路径有不同的延时，这 些不平衡的路径延时在路径的汇聚处会产生 Glitch 噪声带来大量的额外动态功耗， 采用通路平衡技术，减少各路径的延时以此来减少 Glitch 噪声，进而可以减少动 态功耗；低功耗编码技术包括状态机编码和总线编码，格雷码和独热码都是状态 机常采用的低功耗编码策略。
SoC底层软件低功耗系统设计与实现
内容摘要
本书还对一些先进的低功耗设计技术进行了介绍，如神经网络压缩、推理加速等。 《SoC底层软件低功耗系统设计与实现》这本书对低功耗系统设计进行了全面而深入的探讨，为 SoC底层软件的设计和开发提供了重要的参考和指导。本书不仅对电子工程师和设计师有重要的 参考价值，也对计算机科学家和嵌入式系统研究人员具有很高的学术价值。
SoC底层软件低功耗系统设计与实现
读书笔记
01 思维导图
03 精彩摘录 05 目录分析
目录
02 内容摘要 04 阅读感受 06 作者简介
思维导图
本书关键字分析思维导图
系统
包括
底层
soc
成为
软件
介绍
设计
软件
设计 技术
深入
soc
进行
探讨
底层
优化
重要
方法
内容摘要
内容摘要
随着科技的不断发展，系统级芯片（SoC）已经成为现代电子设备的核心部件。然而，随着工艺 尺寸的不断缩小，功耗问题逐渐成为SoC设计的瓶颈之一。因此，低功耗设计成为SoC软件设计的 重要研究方向。 《SoC底层软件低功耗系统设计与实现》这本书对SoC底层软件低功耗系统设计进行了全面的探讨。 本书首先介绍了低功耗设计的基本概念和方法，包括功耗的来源和模型化方法、低功耗设计的基 本原则和技术、电源管理和节能技术等。接着，本书详细介绍了低功耗系统设计中的关键技术， 包括静态和动态功耗降低技术、轻量级算法和硬件加速器设计等。本书还对低功耗设计的评估和 优化方法进行了深入的探讨，包括功耗仿真和建模、性能和功耗的权衡优化、系统级优化等。 本书的另一个重要特点是它从底层软件的角度出发，对低功耗系统设计进行了深入的研究。这包 括操作系统的电源管理策略、驱动程序设计和硬件抽象、轻量级嵌入式系统和应用程序设计等。
SoC中的低功耗RF设计
SoC中的低功耗RF设计Steve Leibson 在芬兰举行的国际SoC 会议上，Catena Radio Design 公司的CTO Kianush 做了主题演讲：SoC 中低功耗RF 收发器的设计策略，它涉及到当前的一个问题即高度集成对数字电路来讲很有利，但是对RF 设计者来讲却是个头疼的问题，主要问题包括串扰（数字噪声引入电源和信号线），无法接受的电源特性以及成本问题。
Kianush 在演讲中提到的最大挑战是射频共存(比如GPS, 蓝牙和蜂窝通信)的问题。
当想要更多的集成多个收发器在一个die 中来降低成本时，将所有的射频部分完美地放在一起会由于接口问题而变成一个大难题。
另外，在大小适当的晶片上实现这样的射频设计也是个问题，因为Vdd 总是与更小器件尺寸匹配，所以太低的Vdd 会降低射频的信号处理能力，引起更多的泄漏（因为更薄的氧化层），增加1/f 闪烁噪声。
器件尺寸的缩放对RF 收发器的功率耗散并没有帮助，因为发送器的功率由政府法规确定，它并不像数字电路一样功耗完全由技术决定。
SoC 中的RF 收发器包含了模拟、RF、混合信号以及DSP 电路。
这是个很难做的混合物，所以现在有趋势将收发器做的尽量数字化，这个趋势就是软件无线电（SDR），它看上去是RF 领域在这个年代的圣杯。
通过校准和纠正技术，一个更加数字化的收发器可以用DSP 来补偿低成本的模拟电路所带来的影响。
在一些RF 应用中，平均功率消耗不由工作功率决定，而是由待机功耗决定，此时RF收发器是关闭的，只有处理器和总线处于工作状态。
Kianush 展示了一个ZigBee 的例子，射频工作时间为1ms，待机时间为100ms 到4s，此时，由于发送周期很短，1mA 的待机电流导致的能量消耗会是20mA 的发射电流导致的消耗的10 倍。
制程的发展也会引起泄漏。
对于一个恒压源，从180nm 到130nm 就会使泄漏增加10 倍，问题出在更薄的栅极氧化层，在90nm 光刻中它。
一种SoC低功耗模式设计与实现
第18卷，第2期 V o l.18 ,No .2电子与封装ELECTRONICS & PACKAGING总第178期2018年2月_f t®馨一种SoC低功耗模式设计与实现史兴强，范学仕(中科芯集成电路股份有限公司，江苏无锡214072)摘要：为降低芯片功耗，提升性能，从系统级、结构级和R T L级3个层次提出了一种片上系统（System onChip,S o C)芯片的低功耗设计方法，并在样片中得以验证。
在系统级层面，根据S o C芯片的不 同工作场合，在正常运行模式的基础之上，设计了睡眠、停止和待机3种低功耗模式。
在结构级层 面，将整个芯片划分为V dd、V dda和V ba t3个电压域，以降低系统功耗。
在R T L级，针对不同的模式 切换，设计了时钟管理技术，实现了对不同模式下不同时钟的控制。
仿真和实验结果证明了设计的合 理性，实测数据表明，睡眠模式最多降低59.1%的功耗，停止和待机模式降低了 3〜4个数量级。
关键词：S o C;低功耗；睡眠模式中图分类号：T N402 文献标识码：A文章编号：1681-1070 (2018) 02-0040-06The Design and Implementation for Low Power Mode on SoCSHI Xingqiang,F A N Xueshi渊China Key System Co,Ltd,Wuxi214072, China)Abstract: For the sake of reducing power consumption and improving system performance, an low power design method for SoC i s presented in t h i s paper in the views of system level, structure level and R T L level which has been confirmed in an example wafer.Taking various working conditions into consideration,the sleep mode and standby mode are designed according to operating principle in run mode.In order to optimize power consumption^t h i s whole system power i s provided b y3 kindof voltages,V dd,V dda and V bat. Besides,a clock management technology i s proposed to accomplish switch of different clocks among various modes in R T L level. The simulation and experiment r e sults shows that the power-consume in low power mode i s decreased 59.1% a t most.In addition,the consumptions in stop mode and standby mode are reduced about 3~4 order of magnitude.Keywords: SoC;low power;sleep mode1引言随着生产工艺的不断进步，集成电路一直按照摩尔定律高速发展[1]。
SOC低功耗设计方法研究的开题报告
SOC低功耗设计方法研究的开题报告标题：SOC低功耗设计方法研究摘要：随着移动应用和物联网的飞速发展，嵌入式系统的功耗问题日益突出。
为了延长系统的使用寿命并节省电能，低功耗技术成为了嵌入式系统设计中的重要问题之一。
本文将研究基于SoC的低功耗设计方法，并将提出一种适用于嵌入式系统的低功耗设计方案。
主要内容包括：SoC架构及其功耗模型、低功耗技术、功耗优化策略等。
本论文的研究结果对于提高嵌入式系统的功耗管理能力具有重要的实际应用价值。
关键词：SoC、低功耗设计、嵌入式系统、功耗优化研究背景与意义：随着移动设备和物联网的普及，嵌入式系统已经成为了人们生活中的重要组成部分，其应用场景包括智能家居、医疗设备、智能交通、工业控制等。
然而，功耗问题成为了嵌入式系统面临的主要挑战之一，尤其是对于需要长时间运行的设备来说。
低功耗设计技术是解决此类问题的有效方法，因此，研究基于SoC的低功耗设计方法对于完善嵌入式系统的功耗管理能力具有重要的现实意义。
研究内容：1. SoC架构及其功耗模型2. 低功耗技术3. 功耗优化策略研究方法：1. SoC架构及其功耗模型本研究将根据SoC的系统结构和功耗模型，建立基于Verilog和SystemC的系统级模型，从而对SoC的功耗特征进行分析和研究。
2. 低功耗技术研究不同的低功耗技术，包括低功耗模式、数据转换技术、功率管理技术、变频技术等，对所采用的技术进行分析和对比，挑选出最合适的低功耗技术。
3. 功耗优化策略基于功耗分析和功耗模型，提出一种适用于嵌入式系统的低功耗设计方案。
该方案将依据系统的实际需求，结合低功耗技术，综合采用软硬件协同设计等策略，实现电源管理、功耗优化等目标。
预期成果：1. 建立基于SoC的低功耗设计模型，提供可行性分析和设计模拟支持。
2. 分析低功耗技术，并结合实际应用场景，提出具有实际应用价值的低功耗设计方案。
3. 实现功耗优化策略，并开发相应的功能验证平台。
统一功率格式降低SoC功耗
功率問題概況透過在系統級進行權衡取捨，作出相關決策，可大幅降低消費設備的功率和能源消耗。
有關系統劃分(亦即確定何種功能性由硬體或軟體實現)、元件及IP選擇的決策，對降低功耗和系統性能及功能性的影響非常大。
例如，在一個基於硬碟的MP3播放器中，對功率管理而言，關鍵的架構性特徵之一是軟體控制數據緩衝系統，其允許硬碟每次提供相當於長度幾分鐘的音樂，然後停止旋轉，等待下一次的音樂。
儘管現在許多行動電話都已在架構級對語音通訊進行了高度最佳化，來自消費者的壓力仍然迫使設計師增加從電子郵件到串流視訊，乃至MP3播放器的大量其它功能。
這樣一來，系統設計師又不得不使用越來越先進的架構來管理功率。
為了支援這種工作，EDA產業不斷提高自身的系統級功率建模工具，以向系統設計人員提供關於架構性決策影響的反饋資訊。
硬體功率管理技術一旦確定了系統架構，選定了主要的應用IC，就可以運用各種硬體功率管理技術了。
RTL設計人員可以利用各種技術，如時脈閘控、邏輯和單元電路級功率最佳化，以及多執行緒電壓設計等，作為基於合成設計流程的標準部份。
這些技術的自動應用可降低功耗，同時保持性能、可測試性與可製造性。
但這需要一個整合時脈閘控單元和邏輯單元的庫來提供多種驅動力和多個閾值電平，還需要工具來使用這些單元庫的功能。
現在的EDA工具已具備這種能力，而這些技術的使用也越來越普及。
動態功率與V2成正比，因此要把動態功率降至最小，關鍵在於降低電源電壓。
設計人員已開始採用晶片上多電壓域：較高的電壓域用於高性能模組，如處理器和緩衝記憶體；較低的電壓域用於其它工作頻率較低的模組。
該方案必須在工作電壓不同的模組間插入電平轉換器。
這種大膽的設計是根據主要元件(如處理器)的工作負載，動態地為它們分配電源電壓和時脈頻率，被稱為動態電壓頻率調變(DVFS)技術。
隨著製程幾何尺寸不斷縮小到90奈米、65奈米及以下，漏電流問題越來越突出，限制了手持設備的電池壽命。
為了把泄漏功率降至最低，設計人員開始採用功率閘控技術─切斷未使用的模組的電源，通常是利用晶片上開關切斷。
SoC系统的低功耗设计
SoC系统的低功耗设计摘要：功耗问题正日益变成VLSI系统实现的一个限制因素。
对便携式应用来说，其主要原因在于电池寿命，对固定应用则在于最高工作温度。
由于电子系统设计的复杂度在日益提高，导致系统的功耗得到其主要功耗成分。
其次，以该主要功耗成分数学表达式为依据，突出实现SoC低功耗设计的各种级别层次的不同方法。
关键词：VLSI SoC CMOS集成电路低功耗设计引言从20世纪80年代初到90年代初的10年里，微电子领域的很多研究工作都集中到了数字系统速度的提高上，现如今的技术拥有的计算能力能够使强大的个人工作站、复杂实时语音和图像识别的多媒体计算机的实现成为可能。
高速的计算能力对于百姓大众来说是触指可及的，不像早些年代那样只为少数人服务。
另外，用户希望在任何地方都能访问到这种计算能力，而不是被一个有线的物理网络所束缚。
便携能力对产品的尺寸、重量和功耗加上严格的要求。
由于传统的镍铬电池每磅仅能提供的能量，因而功耗就变得尤为重要。
电池技术正在改进，每5年最大能将电池的性能提高30%，然而其不可能在短期内显着地解决现在正遇到的功耗问题。
虽然传统可便携数字应用的支柱技术已经成功地用于低功耗、低性能的产品上，诸如电子手表、袖珍计算器等等，但是有很多低功耗、高性能可便携的应用一直在增长。
例如，笔记本计算机就代表了计算机工业里增长最快的部分。
它们要求与桌上计算机一样具有同样的计算能力。
同样的要求在个人通信领域也正在迅速地发展，如采用了复杂语音编解码算法和无线电调制解调器的带袖珍通信终端的新一代数字蜂窝网。
已提出的未来个人通信服务PCS应用对这些要求尤其明显，通用可便携多媒体服务是要支持完整的数字语音和图像辨别处理的。
在这些应用中，不仅语音，而且数据也要能在无线链路上传输。
这就为实现任何人在任何地方的任何时间开展任何想要的业务提供了可能。
但是，花在对语音、图像的压缩和解压上的功耗就必须附加在这些可便携的终端上。
确实，可便携能力已经不再明显地和低性能联系在一起了；相反，高性能且可便携的应用正在逐步得到实现。
SOC的低功耗设计
SOC 的低功耗设计摘要 本文介绍了系统级芯片（SoC ）的低功耗趋势并分析了SOC 芯片的功耗情况，接着介绍了当前SOC 芯片低功耗技术的基础研究内容、主流的低功耗设计技术，最后介绍了最新的零翻转编码地址总线SOC 的低功耗设计技术。
关键词 SoC ，低功耗设计，零翻转编码地址总线SOC从20世纪90年代后期SoC(System on a Chip)出现到现在，随着超深亚微米工艺的不断发展， SoC 的发展日新月异，基于SoC 的开发平台，分享IP 核开发与系统集成成果成为IT 行业发展的重要趋势，在此过程中价值链重整导致产品发展技术在关注面积、延迟、功耗的基础上，向高成品率、高可靠性、低成本、易用性等转移，功耗成为与面积和性能同等重要的设计指标。
低功耗需求是SoC 发展的推动力之一，如何降低功耗又是SoC 面临的艰巨任务之一。
SoC 技术的发展使得单个芯片集成所有的处理部件成为可能，这些处理部件可以包括基本的晶体管、不同的处理器核、内存单元甚至模拟单元。
包含了如此众多的部件，功耗设计将成为一个关键且复杂的课题。
这是因为：● 能源限制，因为随着便携式移动通信和计算产品的普及，对电池的需要大大增强，但电池的技术相对落后，发展缓慢，这就需要在低功耗领域有所发展。
● 电路的功耗会全部转化成热能，过多的热量会产生焦耳热效应，加剧硅失效，导致可靠性下降，而快速散热的要求又会导致封装和制冷成本提高。
● 功耗大导致温度高，载流子速度饱和，IC 速度也无法再提升。
● 环保期望，功耗降低，散热也会减少，因而就会减少对环境的影响。
在解决低功耗问题的过程中，人们尝试了许多方法。
在IC 发展的历史上，通过单纯在工艺上缩小器件体积和降低操作电压来降低功耗，已经取得了很大的成效，不过已经接近其物理极限。
当前在超深亚微米工艺下的SoC 设计过程中，需要在系统级、体系结构级、RTL 、门级，到最后的版图级进行协同设计，才能同时保证提高性能和减少功耗。
基于SOC的低功耗管理模块设计
基于SOC的低功耗管理模块设计
钟杨源;朱宇耀;施隆照
【期刊名称】《中国集成电路》
【年(卷),期】2016(0)4
【摘要】功耗是片上系统(SOC)设计中的关键指标之一.对于SOC芯片的低功耗设计,可以采用多种设计方法进行优化.本文设计的低功耗管理模块是通过管理工作时钟的方式对SOC的功耗进行动态调节,能够有效地降低SOC芯片的功耗.
【总页数】5页(P38-42)
【作者】钟杨源;朱宇耀;施隆照
【作者单位】福州大学物理与信息工程学院,福建福州,350002;福州大学物理与信息工程学院,福建福州,350002;福州大学物理与信息工程学院,福建福州,350002【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于SoC低功耗MMC卡控制器的设计 [J], 潘伟涛;郭晋亮;谢元斌;史江一
2.一种基于SoC的低功耗设计 [J], 郭涛;张修钦;罗军;张晓晨;杨斌
3.基于加权数据通路的RTL级低功耗SoC设计 [J], 杨恒伏;田祖伟;李勇帆
4.控创推出基于ARM与SoC的COM的超低功耗模块标准候选发布版本 [J], 无
5.基于低功耗SoC的微型图像采集系统设计 [J], 胡锦;谢立红;邹望辉;张磊;胡啸东因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
《SoC设计方法与实现》低功耗设计 教学设计
《SoC 设计方法与实现》教学设计对应章节： 11.1～11.4 低功耗设计1. 导入通过讲解数据中心和移动终端这两种当前常见的IT 基础设施中存在的严重功耗问题，使学生理解进行低功耗设计的必要性和重要性，从而引出本章节的相关授课内容。
2. 目标给出本次课的学习目标，要求大家： (1). 理解功耗的类型和产生原因； (2). 掌握常见的低功耗设计方法；3. 章节内容讲授(1). 首先给出动态功耗的基本概念，它是由翻转电流和短路电流引起的功耗。
其中，翻转电流引起的功耗称为翻转功耗，短路电流引起的功耗称为短路功耗。
通过图1推导动态功耗的计算公式，2swith sw DD sw 01()d 2T P f N P t t C V f N =⋅⋅=⋅⋅⋅⎰，并分析公式中各组成部分含义。
图1 CMOS 电路中的动态电流(2).然后，给出静态功耗的概念，它主要是由漏电流引起的功耗，其中漏电流由以下几部分组成：PN 结反向电流I 1，源极和漏极之间的亚阈值漏电流I 2，栅极漏电流I 3，栅极和衬底之间的隧道漏电流I 4，如图2所示。
警惕啊功耗的计算公式为leakge DD leak P V I =⋅。
图2 漏电流(3). 最后，讲解常见的低功耗设计方法，包括：工艺优化、电压优化、门控时钟优化、门级优化。
此外，讲授如何在SoC 中通过软硬件结合的方法达到降低低功耗的目的。
5. 后测通过发布小测验，检验学生课上学习情况，题目如下： (1). 下列有关功耗的叙述正确的是（ ）。
多选题 A. CMOS 电路的功耗由静态功耗和动态功耗两部分组成。
B. 负载电容充放电时引起的功耗，称为动态功耗。
C. 漏电流引起的功耗，称为静态功耗。
D. 动态功耗又可进一步细分为翻转功耗和短路功耗。
(2). 请画出门控时钟的结构，并简述其工作原理。
6. 总结对本节课堂教学内容进行总结，并布置作业。
课堂总结：(1). 回顾CMOS 工艺下的功耗种类和各自产生的原因。
SoC中的低功耗RF设计
SoC中的低功耗RF设计在芬兰进行的国际会议上，Catena Radio Design公司的CTO Kianush 做了主题演讲：SoC中低功耗RF的设计策略，它涉及到当前的一个问题即高度集成对数字来讲很有利，但是对RF设计者来讲却是个头疼的问题，主要问题包括串扰（数字噪声引入电源和信号线），无法接受的电源特性以及成本问题。
Kianush在演讲中提到的最大挑战是共存(比如, 和蜂窝通信)的问题。
当想要更多的集成多个收发器在一个die中来降低成本时，将全部的射频部分完善地放在一起会因为接口问题而变成一个大难题。
另外，在大小适当的晶片上实现这样的射频设计也是个问题，由于Vdd总是与更小器件尺寸匹配，所以太低的Vdd会降低射频的信号处理能力，引起更多的泄漏（由于更薄的氧化层），增强1/f闪耀噪声。
器件尺寸的缩放对RF收发器的功率耗散并没有协助，由于发送器的功率由政府规矩确定，它并不像数字电路一样功耗彻低由技术打算。
SoC中的RF收发器包含了模拟、RF、混合信号以及电路。
这是个很难做的混合物，所以现在有趋势将收发器做的尽量数字化，这个趋势就是软件（SDR），它看上去是RF领域在这个年月的圣杯。
通过校准和订正技术，一个越发数字化的收发器可以用DSP来补偿低成本的所带来的影响。
在一些RF应用中，平均功率消耗不由工作功率打算，而是由待机功耗打算，此时RF收发器是关闭的，惟独处理器和处于工作状态。
Kianush 展示了一个的例子，射频工作时光为1ms，待机时光为100ms到4s，此时，因为发送周期很短，1mA的待机导致的能量消耗会是20mA的放射电流导致的消耗的10倍。
制程的进展也会引起泄漏。
对于一个恒压源，从180nm到130nm就会使泄漏增强10倍，问题出在更薄的栅极氧化层，在90nm光刻中它惟独5个原子层（1.2nm）。
绕过这个问题的一个办法是给系统的非易失性内存一个单独的电源，并在待机期间关闭全部电路。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
基于统一功率格式的SoC的低功耗方案设计
为了帮助日益壮大的设计队伍，EDA行业必须为设计人员提供能够使整个流程顺利执行的自动化解决方案。
这些解决方案必须对功率进行优化，同时满足所有其它的设计和市场要求，包括速度、成本和IC制造良率。
功率问题概况
通过在系统级进行权衡取舍，作出相关决策，可以最大限度地降低消费设备的功率和能耗。
有关系统划分 (亦即确定哪一种功能性由硬件还是软件来实现)、元件及IP选择的决策，对降低功率和系统性能及功能性的影响最大。
例如。
在一个基于硬盘的MP3播放器中，对功率管理而言，关键的架构性特征之一是软件控制数据缓冲系统，其允许硬盘每次提供相当于长度几分钟的音乐，然后停止旋转，等待下一次的音乐。
尽管现在许多移动。