数字集成电路中的多电源设计

风行水上 @ 2012-06-27 13:54:05

标签： asic

当一个芯片中的电源数目不止一个的时候，就需要小心谨慎地描述各电源之间的关系。这种设计类型被称为Multi-Voltage(MV)。

一个相对独立的电源区域和周围区域的关系可以简化如下：

      VDD                       IVDD/IVSS ?
      VSS                       RVDD/RVSS ?

               +--------------------+
               | PVDD/PVSS          |
               | IVDD/IVSS ?        |
        input  | RVDD/RVSS ?        | output
      +-------->                    +------>    level shifter
      +-------->                    +------>    isolation cell
      +-------->                    +------>    
               |  retention cell    |
               +--------------------+

如果当前区域的电源电压和外部不同，则信号传输时需要电平转换。这可以通过在信号线中间插入被称为Level Shifter的cell来实现。

如果当前区域或者外部区域中的一个电源被关闭了，则相应的信号线上的被驱动端（sink）就会信号不稳定。这可以通过插入被称为Isolation Cell的cell来实现。

如果当前区域的电源被关闭了，但有些数据又需要在之后重新上电时恢复之前的值，这就需要用到被称之为Retention Cell的逻辑单元（cell）来实现。

Level Shifter

Level Shifter很显然可以放在当前区域内部，也可以放在外部。

在IC Compiler中，是通过insert_level_shifter这个命令来进行操作的。

为了用于描述插入的策略（strategy），下面两个命令应运而生：

set_level_shifter_strategy
- 电平转换的方向：是高到低还是低到高？
- 插入的位置：是内部还是外部？
set_level_shifter_threshold ：多大的电压差才需要level shifter？

Isolation Cell

Isolation Cell的主要作用是：

通电的情况下表现为一个buffer
断电的情况上向外部输出稳定的信号

从逻辑上看，很显然，Isolation Cell需要一个控制信号（-isolation_signal）来决定工作模式。
这个稳定的信号值（-clamp_value）无非是三种情况：0、1、或者latch（锁存器）的值，显然这对应三种不同的Isolation Cell类型。

由于Isolation Cell需要在相关电源断电的情况下正常工作，它显然需要一个独立的电源供应。这在IC Compiler中被称为 Isolation Power。

用来描述Isolation Cell的插入策略可以用命令：

set_isolation ：描述Power/Ground信号、锁存值、哪些port上需要插入等。
set_isolation_control : 描述控制信号和插入位置

Retention Cell

Isolation Cell主要用于一个电源区域的边界上。Retention Cell则主要用于该区域内部，它可以在该区域断电的情况下保存住特定的值，并在需要时恢复。从功能上看，Retention Cell是个稍微复杂点的寄存器（Register）。从电源供应上看，它显然也需要一个独立的电源供应。这个电源供应在IC Compiler中被称为(Retention Power)。

用来描述Retention Cell的插入策略的命令：

set_retention
set_retention_control

Power Switch Cell

Multi-Voltage类型的芯片设计中，既然电源的开和关是很常见的，自然就需要一类特殊的cell单元来控制电源的开和关。这种类型的cell某种程度上更像是一种特殊的IO Cell，其设计和使用理念也很相像。

最直接的想法就是做成chip中的chip——在芯片内部放置一个小的"IO Ring"。

别外一种想法就是把power switch cell像普通cell一样放置在row上。

TODO

UPF Abstract Demo

create_supply_set primary_sset

create_power_domain PD
set_domain_supply_net PD
   -primary_power_net  primary_sset.power \
   -primary_ground_net primary_sset.ground \

set_isolation iso_cstr -domain PD \
 -isolation_power_net  primary_sset.power \
 -isolation_ground_net  primary_sset.ground \
 -clamp_value 0 | 1 | latch                 \
 -applies_to outputs | inputs | both        \
 -source                                    \
 -sink                                      \
 -diff_supply_only true | false             \
 -elements port | pin                       \
 -no_isolation                              \
# -isolation_supply_set

set_isolation_control iso_cstr -domain PD \
  -isolation_signal pin | port | net  \
  -isolation_sense low | high         \
  -location self | parent | fanout    \

set_retention ret_cstr
  -retention_power_net  primary_sset.power \
  -retention_ground_net primary_sset.ground

create_supply_net VDD -domain PD
create_supply_net VSS -domain PD
create_supply_set primary_sset -update \
   -function {power VDD} \
   -function {ground VSS}