(一)低功耗isolation cell的目的
低功耗架構設計需要前后端拉通規劃,前端設計有PMU功耗管理單元,比如A模塊電壓常開,B模塊電壓可關斷,那么請思考,當B模塊關斷電壓后,B模塊輸出到A模塊的信號是怎樣的驅動力?會造成什么結果?
后果1:
假如電源的工作電源為1.2V,當B模塊關斷電壓后,B模塊輸出到A模塊的信號(X態)可能為0~1.2V中任意電壓,如果X處在中間電平0.6V,若這個信號送給電壓常開域中的一個反相器,就會導致這個反相器的PMOS和NMOS都導通,就會存在一個短路電流從電源流經PMOS、NMOS再到地,造成功耗浪費。
后果2:
假如電源的工作電源為0~1.2V,那么X態信號可能隨著溫度、電壓等環境因素改變而震蕩,導致常開電壓模塊的邏輯功能出現不可預知的錯誤,甚至引起系統宕機,造成芯片功能的不可靠,芯片上到汽車、飛機上去后,不堪設想。
?因此,當A模塊電壓常開,B模塊電壓可關斷,在B模塊關斷電壓后,B模塊輸出到A模塊的信號需要用isolation cell進行電壓鉗位(clamp 0或者clamp 1信號),這樣就避免了X態的傳播。
也就是說Isolation cell連接的兩端分別是power gated domian和always_on_domain,Isolation_cell的作用就是將power gated domian輸出到always on domain的信號隔離,以防止power gated domian電源關閉后輸入到always on domian的信號出現不確定狀態(如X態等)。
(二)低功耗isolation cell的類型
isolation cell一般有sink side、source side兩種類型。
什么是sink side?
即isolation cell放置于常開電壓域PD_ON,只需要一組電源,推薦使用這種類型,較為簡潔。
什么是source side?
即isolation cell放置在power gated?domain(PD_SHUT)里面,但是需要接常開電源(VDDG)供電,保證power?gated?domain(PD_SHUT)的電壓關閉后,isolation仍能輸出clamp值。這種情況下,isolation cell一般得有兩組電源,分別是primary power(VDD)和?backup power(VDDG),當VDD關斷后,VDDG就供電,否則isolation誰來供電輸出clamp值呢。
isolation cell的結構(下圖為source side isolation類型):
(三)低功耗isolation cell的結構
上面介紹了模塊電壓關閉之后,其輸出需要isolation cell進行鉗位的原因,以及isolation cell的兩種類型及兩組電源的需求,通常isolation cell和Level Shifter一起連用,AND和OR門都可以組成一個isolation cell;
1. AND類型:輸出iso成0;
2. OR類型:輸出iso成1;
首先看AND類型,EN有效時(置0),輸出Y(isolation)=0,請思考下圖的類型是source類型還是sink類型?
展開與門電路結構如下圖右邊部分,請思考,下圖Y輸出是否和上圖一致?ISO_EN是高有效還是低有效?想通了就很有趣!
isolation實現clampe_0功能
然后我們看OR或門類型:ENB有效,Y就被鉗位為1。
或門展開電路如下圖右邊部分,請思考下圖ISO_EN是1有效嗎?管子是如何工作才能鉗位輸出?鉗位輸出是1嗎?是不是很有趣!
綜上,通常Isolation cell和Level Shifter一起連用,AND和OR門都可以組成一個isolation cell。Isolation可以放在input端,output端或者第三方Voltage Area中,但是考慮到power-on rail的走線,isolation cell自身的功耗,一般還是放在input端比較好,因為放在input端不需要always-on的power。
(四)低功耗isolation cell的UPF語法
set_isolation ISO0_PD_SHUT?指定isolation cell的添加rule,相當于前綴名稱
-domain PD_SHUT?指定添加isolation cell的voltage area
-applies_to?input?指定isolation cell在voltage area的input還是output
-diff_supply_only true?指定cell port上是否允許有其他supply
-loacation parent?指定isolation的放置位置,parent代表放在driver pin的父module
-isolation_signal?PMU/iso_en?指定isolation cell的isolation 控制信號
-calmp_value 1?指定isolation cell的輸出值
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