低功耗总复习资料.doc

低功耗复习 Ⅰ 简答题： （1）简述低功耗设计的重要性： 节约能源、封装成本（随着集成度、工作频率的不断提高，使得功耗激增，封装与冷却问题日益严重）、可靠性（高功耗产生高热，高温使得故障率提高）； （2）简述各种功耗产生原理： 1，IC功耗=动态功耗+静态功耗； 2，动态功耗=翻转功耗+短路功耗； 翻转功耗=由于电路翻转所致的功耗 短路功耗=P，N管同时导通所引起的短路电流所致功耗； 3，静态功耗=PN结漏电功耗+亚阈电流功耗， （3）概述总线翻转编码（Buss-Inverting）；总线翻转编码降低的功耗比例： 1，当t-1时刻总线上的数据B（t-1） 与t时刻要传输的数据b（t）之间的海明距离H（t小于等于N/2（N总线宽度）时传原码，大于N/2时传反码，增加一条线INV用于标志总线上传的是原码还是反码，传原码时INV=0，传反码时INV=1； 2，由于是当某位发生跳变概率大于50%时才传反码，且N/2（N为总线宽度）个左右的跳变次数出现概率最高，故峰值功耗减小50％，但平均功耗的降低≤25％，且总线越宽平均功耗降低的比例越小 （4）简述功耗估算的两种方法，及其优缺点： 电路模拟方法:优点是简单精确；缺点是速度慢，分析规模有限，与输入激励有关； 概率方法:优点是与输入激励无关，速度快规模大；缺点是精度差，只能分析动态功耗 （5）简述在什么样的电路中适合采用门控时钟技术（Clock Gating）： 1，在某些时钟周期内，寄存器不工作的电路；2，具有同步控制信号、同步装载、同步复位的电路；3，具有大量寄存器的电路 （6）简述采用多电压域设计的理由，采用电平转换（Level Shifter）的理由： 1，在SOC中部分性能要求不尽相同，可工作在不同电压下，性能要求高的工作在高电压域，要求低的可工作在低电压域，如果采用多电压域的话可大大降低功耗； 2，在高推低时，电路虽然可以工作，但时序不准，需要LS，在低推高时，可能出现PN管同时导通，所以必须采用LS （7）简述Power-Gating与Clock-Gating的不同： 1，Clock-Gating只关断时钟，且只能节省动态功耗，而静态功耗不变；2，Power-Gating是关断电源，既能降低动态功耗，又能降低静态功耗，但不能降低开关管漏电功耗 （8）在有限状态机状态赋值算法的目标函数是什么，解释其意义： 1，，P表示从Si到Sj状态的概率，H表示状态Si，Sj之间的海明距离即异或值中1的个数；2，目标是所有状态的现状态到下一状态的跳变概率与跳变位数乘积之和的最小化 （9）一种双门限电压技术——双阈值设计技术（Dual Threshold）是如何达到既保持电路速度，又能降低功耗： 对于高速翻转的关键路径电路采用低阈值电路，以保证速度，对于非关键路径电路采用高阈值电路，减少漏流，以降低静态功耗 （10）简述静态CMOS电路、动态MOS电路和传输门电路的优劣： CMOS电路优点：不带时钟，易设计，翻转率小功耗小，抗噪声抗干扰性能好，可扩展延伸，规模大；缺点：面积大，速度慢，有毛刺，负载大 动态MOS电路优点：带时钟，速度快，负载小，面积小；缺点：翻转率大功耗大，设计复杂度高 传输门电路优点：适合多路选择器，电路实现简单，灵活性好；缺点：级联速度低，可能存在输入到输出通路 （11）简述电源门控技术Power-Gating的组成部分，及其各自作用： 开关网络Switching network——为了避免多层次的Power Gating，即避免压降过大； 隔离单元Isolation cells——将断电模块与正常工作模块进行隔离，且加入隔离单元之后的输出不影响后面模块的正常工作（AND变0；OR变1；LATCH保持）； 状态恢复单元Retention flops——将模块关断前的状态保存起来，以供模块通电恢复所用，减少恢复时所需的时间与功耗； 控制器单元Power gating controller——控制模块断电与通电的时序与条件，防止意外断电与通电； 电平转换单元Level Shifter——在多电压域中，避免高电压驱动单元与低电压驱动单元连接时出现的时序不准、PN管同时导通等造成的信号传输错误。 （12）状态保留与恢复的三种方法，及其优缺点： 1，基于软件的方法：将Power-down块的状态存储于不断电的存储器中，其缺点是有时间延时，且一直产生功耗，增加了系统复杂度 2，基于扫描链的方法：优点是Power-down块可全部断电，适合长时间不工作情况；缺点是跳变频率高，电压降大 3，基于寄存器的方法：优点是面积增加小，只有一个控制脚；缺点是时钟到输出的延时长，输入保持时间长，控制脚变化时，时钟信号必须置0 （13）简述降低功耗从哪些方面入