低功耗手機(jī)基帶芯片的時鐘管理模塊的設(shè)計與驗證.pdf

1、作為基帶芯片的基本要素,時鐘一直扮演著十分重要的角色。系統(tǒng)的驅(qū)動,數(shù)據(jù)的采集和傳遞都離不開時鐘。但由于芯片的功能趨向于復(fù)雜化,內(nèi)部模塊也隨之增多,不同模塊在不同的工作狀態(tài)下要求的工作頻率也不盡相同,這給時鐘的多樣性和準(zhǔn)確性帶來了巨大的挑戰(zhàn)。如果每個模塊的時鐘仍舊由自身邏輯產(chǎn)生,那么這種大量的邏輯復(fù)用不僅會造成額外的面積浪費,還會導(dǎo)致制造成本的提高。另外,整個時鐘網(wǎng)絡(luò)的不停翻轉(zhuǎn)所帶來的動態(tài)功耗在總功耗中也占據(jù)了相當(dāng)大的比例,是不可忽略的。

2、
　　本文針對以上的實際應(yīng)用情況,設(shè)計了專門的模塊對時鐘進(jìn)行統(tǒng)一管理。該時鐘管理模塊以為其它模塊配送準(zhǔn)確優(yōu)質(zhì)的時鐘為主要目標(biāo),并結(jié)合芯片的實際工作狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的頻率調(diào)節(jié)以達(dá)到降低芯片動態(tài)功耗的目的。
　　首先,本文針對時鐘的配送設(shè)計了時鐘源控制邏輯,完善的時鐘無毛刺切換電路,可靈活配置的時鐘分頻邏輯以及最終的三級門控機(jī)制。文中對這四部分邏輯的設(shè)計原理及難點分別進(jìn)行了詳細(xì)的闡述,整條時鐘配送鏈在保證芯片準(zhǔn)確的時鐘供給之外,也滿

3、足了時鐘的多樣性需求。
　　其次,本文還對時鐘管理模塊的低功耗策略進(jìn)行了研究及相應(yīng)的邏輯設(shè)計。包括芯片進(jìn)入空閑模式和睡眠模式下的頻率調(diào)節(jié),配合電壓切換的頻率調(diào)節(jié)機(jī)制,及針對CPU負(fù)荷監(jiān)測進(jìn)行的電壓頻率調(diào)節(jié)方法。
　　最后,本文根據(jù)前面的設(shè)計對該時鐘管理模塊進(jìn)行功能驗證。搭建驗證平臺,定義驗證點,創(chuàng)建直接測試用例并逐一進(jìn)行功能仿真。從結(jié)果分析中可以看到,時鐘管理模塊的行為都達(dá)到了預(yù)期,所有的測試用例全部通過。并且,時鐘管理模塊

4、的功能覆蓋率和代碼覆蓋率均達(dá)到100％,從而證明了設(shè)計的正確性及驗證的完備性。而流片后的功耗測試結(jié)果表明,該時鐘策略與未使用任何低功耗策略的情況相比,可以使整個系統(tǒng)功耗降低90.45%左右,說明了該時鐘管理模塊的低功耗策略是有效的。
　　此外,本文還利用腳本自動生成測試用例,并在測試用例中采用自動化的時鐘設(shè)置宏單元對驗證中測試用例的復(fù)用性進(jìn)行優(yōu)化,從而大大提高了驗證效率。綜上所述,本文的時鐘管理模塊將在后續(xù)基帶芯片項目中的時鐘設(shè)計