功率门控技术中的分簇算法和控制电路

     摘 要：在当前的cMOS集成电路设计中，利用功率门控技术来降低静态功耗已经成为一种趋势。功率门控技术中，对电路进行分簇的算法和用来生成门控信号的控制电路是主要的设计部分。

　　采用基于门的电流进行分簇的B0IG(Based on IMAX of Gate)算法和基于时间的功率门控控制电路，对IscAS85系列的C432电路和ISCAS89系列的S1238电路进行了功率门控，并在性能、功耗和面积等方面进行了分析。结果表明，在满足性能的要求下，功耗降低了80％ 以上，面积有所增加。

　　l 引 言

　　在深亚微米工艺中，亚阈值泄漏电流随着阈值电压的降低而指数上升。一些研究表明，在小于90nm工艺下，静态功耗在总功耗中占的比例将超过50％ ， 并且呈上升趋势。因此，降低静态功耗成为先进CMOS电路低功耗设计中的主要目标。

　　在当前的cMOs电路设计中，一般采用功率门控技术来降低静态功耗，功率门控结构如图l所示。

　　功率门控技术的基本原理是通过一个或一组低泄漏的门控晶体管把电路中的空闲模块与电源线或地线隔离，这样电路的静态泄漏电流由原来整个模块的泄漏电流减小到流过门控管的泄漏电流，从而降低了静态功耗。由于相同尺寸时，NM0s管的速度比PMOs管快，所以采用NMOs管作为门控晶体管。

　　门控晶体管一般采用高阈值晶体管，以获得的泄漏电流抑制。模块内部一般采用低阈值的晶体管，以保证电路的性能。

图1 基本功率门控结构

　　功率门控电路有三种工作模式：①工作模式，门控晶体管导通，内部电路模块正常工作，同时消耗动态功耗和静态功耗。②休眠模式，门控晶体管关断，受控的内部电路模块从电源线断开，只消耗静态功耗。③转换模式，电路在1二作模式和休眠模式之间转换。

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