電源門控單元的實(shí)現(xiàn)原理

標(biāo)題為“電源門控”的文章演示了電源門控單元的實(shí)現(xiàn)以及它如何幫助最大限度地減少 SoC 的泄漏功耗。其基本原理是切斷從電池（VDD）到接地（GND）的直接路徑。雖然有效地節(jié)省泄漏功率，實(shí)施討論遭受一個(gè)主要的缺點(diǎn)！它不挽留的狀態(tài)！這意味著，一旦SoC的功率恢復(fù)，功率門控單元的輸出將變?yōu)椤癤”。你不能確定它是邏輯1還是邏輯0。在乎嗎是的！因?yàn)槿绻@個(gè)X傳播到設(shè)計(jì)中，整個(gè)設(shè)備就可能進(jìn)入亞穩(wěn)態(tài)！為了防止這種災(zāi)難性的情況：系統(tǒng)軟件可以簡(jiǎn)單地重置SoC。這將從頭啟動(dòng)，并確保所有設(shè)備都已初始化。

這意味著，每次我決定給我的SoC的一部分供電時(shí)，一旦恢復(fù)電源，我就必須重新設(shè)置那個(gè)電源門控部分。這對(duì)上一篇文章中討論的電源門的應(yīng)用施加了嚴(yán)重的限制。設(shè)計(jì)一個(gè)保持狀態(tài)的電源門怎么樣？但要說(shuō)服自己，為了做到這一點(diǎn)，你需要花費(fèi)，雖然很小，一些泄漏功率。我們把這個(gè)結(jié)構(gòu)稱為：狀態(tài)保持偽功率門。術(shù)語(yǔ)“偽”意味著它將消耗一點(diǎn)泄漏功率，而不是先前的結(jié)構(gòu)。但與此同時(shí)，您不再需要重置SoC的電源門控部分，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)單元保留了它們以前的數(shù)據(jù)??！不說(shuō)了！下面我們來(lái)討論一下實(shí)現(xiàn)。

以上電路有兩部分。

·紅色橢圓形內(nèi)部的結(jié)構(gòu)與普通的功率門控結(jié)構(gòu)相同。

·綠框內(nèi)的一個(gè)（右邊）是使該設(shè)備保持其狀態(tài)所需的附加電路。

操作:在進(jìn)入睡眠模式之前，設(shè)備的輸出為邏輯1。進(jìn)入睡眠模式（關(guān)閉電源）后，睡眠晶體管開始工作，并切斷設(shè)備的電源和接地軌，從而節(jié)省泄漏功率。但是右邊的邏輯（在綠色矩形中）仍然是ON！反相器的輸出現(xiàn)在將變成OUTPUT’，即邏輯0。這將反過(guò)來(lái)使PMOS晶體管Q1和輸出將恢復(fù)到邏輯1。

當(dāng)輸出在電源門控之前為邏輯0時(shí)，情況也是如此。在這種情況下，NMOS晶體管Q0將起作用，以幫助輸出節(jié)點(diǎn)保留其數(shù)據(jù)。

請(qǐng)注意：在此期間，當(dāng)設(shè)備處于睡眠模式時(shí)，輸出節(jié)點(diǎn)將繼續(xù)泄漏。通過(guò)添加額外的電路，如圖所示，我們基本上是試圖創(chuàng)建一個(gè)反饋回路，這再次有助于保持狀態(tài)。命中，當(dāng)然是4個(gè)晶體管的泄漏功率。然而，標(biāo)準(zhǔn)單元邏輯（紅色橢圓形）通常是笨重的。即使是一個(gè)簡(jiǎn)單的雙輸入"與非"門本身也有4個(gè)晶體管。而更高階的輸入會(huì)有更多！同樣的技術(shù)可以應(yīng)用于任何順序的設(shè)備，如觸發(fā)器，鎖存器，甚至時(shí)鐘門控集成單元。

審核編輯：湯梓紅