蓝牙芯片功耗管理单元(PMU)的设计与实现

摘要

随着集成电路工艺的发展，电路规模的逐渐扩大，集成度逐渐提高，如何降低芯片的功耗是片上系统(System on Chip，SoC)设计面临的巨大挑战。所以从应用和芯片集成度等方面考虑，低功耗蓝牙芯片对低功耗设计有着迫切需求。蓝牙芯片主要采用门控时钟和门控电源技术降低功耗，通过时钟管理单元（PMU）进行管理。
　　本研究首先对传统芯片的低功耗设计方案进行分析，然后得出了传统设计方案应用于蓝牙芯片带来的弊端，最后提出蓝牙芯片低功耗工作模式的设计。蓝牙芯片功耗管理单元设计了四种工作模式，分别为NOMAL，IDLE，SLEEP，DEEPSLEEP，通过设计PMU管理芯片的四种工作模式，再通过门控时钟和门控电源技术来更深层次的减少系统功耗，最后通过板级测试验证低功耗蓝牙芯片能正常工作在低功耗工作模式，通过电子设计自动化(Electronic Design Automation，EDA)工具PTPX分析芯片的功耗分布，论证本课题提出的在最高工作频率和深度休眠模式下芯片总功耗分别达到小于等于50mW和10μW的要求。低功耗蓝牙芯片具备庞大的潜能，目前，计步器、心律监测器、单车秒表等产品已经应用了蓝牙低功耗技术。低功耗蓝牙未来将会在运动器材、医疗监控、物联网、智能手机、个人电脑、自动控制、汽车应用以及消费电子产品等领域有广泛的应用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容和设计指标

1．3．1 研究内容

1．3．2 设计指标

1．4 论文结构

第二章 低功耗设计方法综述

2．1 芯片功耗组成

2．1．1 动态功耗

2．1．2 静态功耗

2．1．3 动态功耗与静态功耗的权衡

2．2 不同层次低功耗设计方法的简介

2．3 传统低功耗设计方法的优缺点分析

2．4 传统低功耗设计方法应用于蓝牙芯片的问题

2．5 本章小结

第三章 蓝牙芯片低功耗方法的设计

3．1 蓝牙芯片结构简介

3．2 蓝牙芯片功耗管理方法设计

3．2．1 问题分析

3．2．2 蓝牙芯片四种工作模式具体分析

3．2．3 蓝牙芯片的电源网络设计

3．2．4 蓝牙芯片的时钟网络设计

3．3 蓝牙芯片的电压域设计

3．3．1 数字核心区电压域设计

3．3．2 可掉电区电压域设计

3．4 门控时钟的设计

3．5 本章小结

第四章 蓝牙芯片的功耗管理单元(PMU)的实现

4．1 PMU模块详细介绍

4．1．1 功能特性和功能描述

4．1．2 工作模式

4．1．4 工作模式转换

4．1．5 系统复位管理

4．2 蓝牙芯片PMU子模块实现

4．2．1 时钟管理模块PMU_ClkManagement

4．2．2 状态机模块PMU_FSM的设计

4．2．3 APB接口模块PMU_ Apbif的设计

4．2．4 PMU核心模块PMU_Core的设计

4．3 本章小结

第五章 蓝牙芯片功耗验证

5．1 蓝牙芯片的最终版图

5．2 蓝牙芯片板级测试

5．2．1 测试工具

5．2．2 测试目的

5．2．3 测试方法

5．2．4 测试步骤

5．3 蓝牙芯片EDA工具PTPX测试

5．3．1 PTPX功耗测试简介

5．3．2 蓝牙芯片PTPX测试结果分析

5．4 PTPX功耗测试结果分析

5．4．1 蓝牙芯片功耗结果分析

5．4．2 芯片PTPX测试结果整体分析

5．4．3 功耗优化结果展望

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢