[发明专利]一种SOC芯片的低功耗电源网络设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及低功耗SOC芯片的电源网络设计方法与实现结构。

背景技术

在当今消费类SOC芯片设计中，功耗正逐渐成为成功芯片的衡量标准，系统的待机时间也在逐渐成为关乎产品成败的决定性因素之一。

随着集成电路生产向深亚微米工艺的迈进，泄漏功耗所占芯片总功耗的比例逐渐增加，这也使得越来越多的设计使用关断电源网络的方式来降低泄漏功耗。针对这一情况，本文提出了一种低功耗电源网络设计方法与结构，通过这种设计方法来有效降低芯片泄漏功耗，并且提高设计效率。

发明内容

本发明提出了一种SOC低功耗电源网络设计结构，该结构采用一个PMU模块在芯片切换过程中，通过控制LDO使能来控制开启和关断各电源网络的方式，来减小SOC芯片的泄漏功耗。

芯片中PMU使用一个常开的电源网络供电，除PMU外其它core电源都使用片内LDO供电，IO电压来自芯片外部常开电源，LDO输入电源来自片外DC-DC输出。芯片根据不同的LDO供电网络划分为多个电源域。PMU通过控制片内LDOO使能来控制开启和关断各电源网络。

在芯片测试模式下，为了方便各种测试顺利进行，片内各LDO处于开启状态，使各电源域的电源网络全部开启，完成芯片测试。这些测试包括扫描链测试，存储器BIST测试，模拟电路BIST测试等。

在芯片工作模式下，芯片复位时，芯片内所有LDO处于关断状态，即除PMU外的所有电源域电源网络的电源都被关断，同时通过芯片管脚关闭片外的DC-DC输出，即关闭LDO输入电源，以保证芯片在复位时具有极低的泄漏功耗。复位被释放后，PMU逐步使能个电源网络的LDO，为其它电源域电源网络的开启供电，并将芯片切换至进入正常工作状态。

工作过程中，PMU根据软件配置，切换芯片工作状态，同时控制其它电源网络的LDO使能，关断不需要工作的电路电源，开启需要工作的电路电源，从而达到优化SOC芯片功耗的目的。此时被关断电源域的IO单元的core电源也被关闭，但PMU不能关闭IO单元的I/O电源，因此需要使用特殊的IO单元避免这种情况下出现大的crowbar电流。

PMU在控制各电源域电源网络关断时，注意为没有被关断的电源域模块输入提供隔离使能信号，当存在关断电源域信号输入到未关断电源域的数字信号时，未关断电源域的隔离使能信号被设置为有效。

为了使一个复杂的包含多电源域子模块硬模块集成后，可以通过PMU控制其不同电源域子模块分别关断，每个子模块对其输入数字信号做好隔离，隔离使能控制端从模块顶层引出，并最终由PMU控制。

附图说明

图1是芯片电源网络示意图。

图2是一个存在多电源域的硬模块电路内部实现隔离的电路示意图。

具体实施方式

以下以一个无线局域网SOC芯片低功耗电源网络设计结构为例，说明本发明方法与结构。芯片外部输入常开3.3V电压为芯片IO以及模拟模块供电，输入常开1.2V电压单独为PMU供电，DC-DC输出1.5V电压为芯片内部LDO供电，当所有LDO使能置为无效时，该1.5V电压也被关断以降低LDO漏电。芯片内部LDO输出1.2V电源为除PMU外其它电源域的电源网络供电。

芯片电源域划分

根据LDO供电的不同，芯片划分为4个电源域(见图1)，各部分分别说明如下：

PMU电源域(PD1)：常开电源域，包括Power Management Unit模块。该电源域电源工作中一直保持开启，并在工作中根据不同的工作状态可以控制其它电源域电源网络的开启与关断。

HOST_IF电源域(PD2)：可关断数字电源域，包括Host Interface与Clock Gating Control模块；

BBP电源域(PD3)：可关断数字电源域，包括Processor与Baseband Subsystem模块；

RF电源域(PD4)：可关断模拟电源域，包括RF & AD/DA subsystem模块。

对于RF & AD/DA subsystem模块，其设计复杂度较高，内部存在多个电源域，分别使用不同的LDO供电。在设计中，作为一个硬模块集成到SOC芯片中。在芯片不同的工作状态中，RF内部各电源域对应的模块不需要同时工作，因此PMU可以通过控制开关各电源域的LDO来控制是否开启对应模块电源网络，来降低芯片工作功耗。

不同电源域之间接口信号的处理