基带芯片时钟动态电压调频与电路应用实践

摘要

集成电路从最简单的锗、硅晶体管发展到目前复杂的片上芯片，一直遵循着摩尔定律。基带芯片作为数字电路系统的一部分，同样需要时钟信号控制来实现芯片的具体功能。由于其逻辑上的复杂性以及时序上的多层次性，因此需要独立的时钟产生单元来对时钟信号进行统一的产生和管理。另一方面，基带芯片性能的提高也要求时钟信号开关频率的提升。但这些都使得芯片的功耗问题变得愈来愈严重。在追求绿色节能的今天，发展低功耗技术不仅可以进一步提升芯片性能，同时对可持续发展的科学发展观也具有重要的现实意义。
　　本研究针对上述存在的问题，基于Intel公司时钟单元产生架构部门的项目，重点研究了手机基带芯片内各模块的时钟支持-产生单元的架构设计，以及基于动态电压调频电路设计的低功耗技术。首先对集成电路的时钟产生、切换、门控时钟、功耗来源、跨时钟域技术进行了详细阐述，为后续技术手段提供了坚实的理论基础。接着对时钟产生单元架构设计部分的时钟源工作方式，无毛刺时钟输出，选择分频等电路模块进行了详细介绍。最后提出了包括硬件支持频率改变，自动多路复用器时钟源控制，及CPU负载监测单元等在内的低功耗技术。这些低功耗技术都是通过软硬件共同控制实现。具体来说，软件部分控制寄存器的开关，而硬件部分控制时钟切换以及信号的响应。从而通过动态控制电压来实现功耗的降低。通过对上述相关理论的分析，以及基于这些理论的技术手段的具体应用，提出了一种基于时钟架构的动态电压调频技术。利用ModelSim软件平台，对该设计方案进行了系统的模拟研究，通过对仿真波形结果的分析来不断优化方案，最终实现芯片在运行过程中功耗的降低。希望通过本文的研究，可以对未来芯片低功耗的实现提供参考。

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缩略语对照表

第一章 绪论

1.2国内外现状

1.3论文主要工作以及内容的组织结构

1.4小结

第二章 时钟设计与低功耗技术概述

2.1时钟设计部分概述

2.2低功耗技术概述

2.3跨时钟域数据同步

2.4小结

第三章 基带芯片时钟产生单元功能架构设计

3.1时钟产生单元功能架构概述

3.2小结

第四章 基带芯片低功耗时钟设计分析

4.1低功耗的物理设计

4.2基于时钟架构的低功耗技术实现

4.3小结

第五章 时钟动态电压调频方法应用实践

5.1 DVFS机制原理

5.2硬件支持的时钟频率改变技术

5.3自动多路复用器的时钟源控制(MCSC)

5.4 3G时钟控制

5.5小结

第六章 仿真结果与分析

6.1仿真及验证方法

6.2仿真结果及分析

6.3小结

总结与展望

参考文献

致谢

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