寬電壓自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計.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)計中的一項重要指標。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)計被提出，可以根據(jù)性能需求寬范圍地動態(tài)調(diào)節(jié)電壓，以實現(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)等偏差對電路影響嚴重，電路難以正常工作;常規(guī)電壓區(qū)下電路需要預(yù)留一定的時序余量，造成了很大的功耗浪費

2、。自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)（Adaptive Voltage Scaling，AVS）技術(shù)，通過監(jiān)控芯片的時序自適應(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序余量浪費的功耗，是解決這兩個難題的有效手段。
　　本文針對寬電壓下AVS技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)設(shè)計并實現(xiàn)了一套寬電壓AVS調(diào)節(jié)系統(tǒng)。首先設(shè)計了片上時序監(jiān)控單元，針對寬電壓下電路延時變化大的問題提出了監(jiān)控窗口自動調(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)機狀態(tài)，從而動態(tài)調(diào)節(jié)芯片工作電壓;頻率調(diào)節(jié)模塊采用的是時鐘拉伸與門控技術(shù)，通過實現(xiàn)頻率的快速調(diào)節(jié)來保證電路時序在電壓調(diào)節(jié)過程中不出錯。最后搭建了基于HSIM-VCS的混合仿真平臺，并對整個設(shè)計進行仿真驗證。
　　本文將寬電壓AVS技術(shù)運用于比特幣(Bitcoin)芯片驗證電路，采用SMIC40nm CMOS工藝