Verifikation von Energiespar-IC-Entwürfen
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Verifikation von Energiespar-IC-Entwürfen
Zustandserhaltung (Rentention)
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Eine Zustandserhaltung wird benötigt, wenn das System voraussetzt, dass der Zustand nach dem Wiedereinschalten dem vor dem Ausschalten entspricht. Solche Zellen bringen den Vorteil mit sich, dass ein Weiterarbeiten aus dem Energiespar-Modus schneller möglich ist. Falls erforderlich, können diese Zellen dann komplett abgeschaltet werden, indem die Versorgungsspannung abgeklemmt wird (Bild 3).
Der Einsatz solcher Zellen reduziert die Verlustleistung durch Leckströme im inaktiven Zustand, erhält aber gleichzeitig die später wieder benötigten Registerwerte. Für den Verifikationsingenieur bedeutet dies zusätzliche Arbeit. Er muss sicherstellen, dass die Erhaltungsschaltung aktiviert wird, bevor die Versorgungsspannung abgeschaltet wird (z.B. dass ein Ret-Signal ausgegeben wird, bevor die Versorgungsspannung abgeschaltet wird – siehe Bild 3). Im Energiespar-Modus dürfen an solchen Zellen keine Zustandsänderungen auftreten, und es muss sichergestellt sein, dass nur die richtigen Abschnitte der Schaltung isoliert werden. Und schließlich sollte beim Einschalten die Schaltung zur Zustandserhaltung wieder deaktiviert werden, sobald die Betriebsspannung wieder anliegt. Darüber hinaus muss gewährleistet werden, dass die Erhaltung nur dann deaktiviert wird, wenn alle vorher deaktivierten Blöcke zurückgesetzt wurden und auch die Ein-/Ausgänge wieder versorgt werden.
Pegelumsetzer
Für Signale, die von einer Versorgungszone in eine andere führen, kommen so genannte Pegelumsetzer zum Einsatz. Das Common Power Format gibt zwar an, welche Signale über Pegelumsetzer laufen sollten, aber die derzeit verfügbaren Simulatoren können keine Pegelumsetzer simulieren. Daher lässt sich nicht verifizieren, ob die Richtung der Pegelumsetzer stimmt und ob eventuell Pegelumsetzer fehlen. Dies geschieht am besten mit Conformal Low Power (CLP) und wird daher in diesem Artikel nicht behandelt.
Power Sequencing oder Power Cycle
Jedem IC-Entwurf mit schaltbaren Versorgungsspannungszonen ist ein Power-Zyklus zugeordnet. Das so genannte „Power Gating“ ist eine der effizientesten Methoden zur Reduzierung von Leckströmen. Schaltet man die Versorgungsspannung für einen Block innerhalb des SoC ab, so schwimmen (float) dessen Ausgänge. Das heißt, sie liegen auf einem undefinierten Potential und müssen isoliert werden, um zu verhindern, dass sie die Logik stören, die noch an der Versorgungsspannung hängt. Wird die Versorgungsspannung wieder hergestellt, dann wird die Isolation aufgehoben.
In jedem Energiespar-IC-Entwurf besteht ein Betriebszyklus aus vier Phasen (Bild 4):
- Ausschaltsequenz,
- Aus-Zustand,
- Einschaltsequenz,
- Ein-Zustand.
Ausschaltsequenz
Dies ist die Sequenz, die zur Anwendung kommt, wenn die normale Versorgungsspannung des SoC abgeschaltet wird. In einem solchen Fall sollte der Entwurf sicherstellen, dass alle von einer inaktiven Zone kommenden Signale isoliert werden; die Zustände kritischer Flipflops und Speicherinhalte werden gesichert, bevor die Spannung komplett abgeschaltet wird.
- Verifikation von Energiespar-IC-Entwürfen
- Elemente eines Energiespar-IC-Entwurfs
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