寬電壓自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、隨著芯片工藝尺寸的逐漸縮小和集成度的不斷提高，功耗已經(jīng)成為了芯片設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要指標(biāo)。近些年，寬電壓電路（工作范圍涵蓋近閾值到常規(guī)電壓區(qū)）設(shè)計(jì)被提出，可以根據(jù)性能需求寬范圍地動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電壓，以實(shí)現(xiàn)功耗收益的最大化。但是寬電壓電路目前仍面臨兩大挑戰(zhàn):低電壓區(qū)下工藝、電壓和溫度(Process Voltage& Temperature，PVT)等偏差對(duì)電路影響嚴(yán)重，電路難以正常工作;常規(guī)電壓區(qū)下電路需要預(yù)留一定的時(shí)序余量，造成了很大的功耗浪費(fèi)

2、。自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)（Adaptive Voltage Scaling，AVS）技術(shù)，通過(guò)監(jiān)控芯片的時(shí)序自適應(yīng)調(diào)節(jié)工作電壓，可以有效地抑制PVT偏差影響并且減少時(shí)序余量浪費(fèi)的功耗，是解決這兩個(gè)難題的有效手段。
　　本文針對(duì)寬電壓下AVS技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套寬電壓AVS調(diào)節(jié)系統(tǒng)。首先設(shè)計(jì)了片上時(shí)序監(jiān)控單元，針對(duì)寬電壓下電路延時(shí)變化大的問(wèn)題提出了監(jiān)控窗口自動(dòng)調(diào)節(jié)電路，可根據(jù)芯片所處的PVT情況自適應(yīng)調(diào)節(jié)監(jiān)控窗口的大小。然后，設(shè)

3、計(jì)了AVS控制模塊:根據(jù)監(jiān)控單元的監(jiān)控信息自適應(yīng)調(diào)節(jié)芯片的工作電壓和頻率，其中電壓調(diào)節(jié)模塊根據(jù)歷史監(jiān)控信息切換電壓控制狀態(tài)機(jī)狀態(tài)，從而動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)芯片工作電壓;頻率調(diào)節(jié)模塊采用的是時(shí)鐘拉伸與門控技術(shù)，通過(guò)實(shí)現(xiàn)頻率的快速調(diào)節(jié)來(lái)保證電路時(shí)序在電壓調(diào)節(jié)過(guò)程中不出錯(cuò)。最后搭建了基于HSIM-VCS的混合仿真平臺(tái)，并對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真驗(yàn)證。
　　本文將寬電壓AVS技術(shù)運(yùn)用于比特幣(Bitcoin)芯片驗(yàn)證電路，采用SMIC40nm CMOS工藝