基于PVT偏差片上监测的自适应电压调节系统设计文献综述

 2022-11-19 11:11

文献综述(或调研报告):

1)PVT偏差对电路时序的影响:

工艺偏差:由于特征尺寸的缩小,与设计相关的参数的波动性在持续增加,这是由于制造参数的偏差和原子的固有特性影响了沟道掺杂。工艺偏差可以分为制造工艺的偏差和全局与局部工艺的偏差。

电压波动:电源电压的波动主要有IR压降(IR drop)和感应噪声di/dt引起。IR 压降是由电流流过电源网络的寄生电阻引起的,而di/dt 噪声则是由与寄生电容、电阻结合的寄生电感引起。其中是该式与路径实际延时的拟合参数;是路径中逻辑门的有效阈值电压。随着的降低,路径延时逐渐增大,而当VDD 降低至接近VTrsquo;时,路径延时将迅速增加。

温度波动:由于热传导性,消耗的能量会影响芯片的温度。因此功耗也会导致全局和局部温度偏差;在工作电压较低时,电路延时会随温度升高而降低;而当工作电压较高时,电路延时则会随温度升高而升高。

2)自适应电压调节技术的分类

DVFS: DVFS 技术主要是依赖于事先存储在芯片中的电压频率对进行动态调节的,这些电压频率对在设计时做成查找表(Look-up Table)的形式供系统实时查找,每当芯片处于一个特定电压时,调节单元就会查找该表找出该电压值所对应的频率值并使芯片运行于该频率下。DVFS 设计采样的是一种开环(Open loop)调节系统,无法预测芯片的PVT 偏差,同传统设计类似,测量电压频率对时就需要对不同负载情况所需电压和频率作最坏估计,所以DVFS 设计仍然会留有一定的时序裕量。

AVS:自适应电压调节技术是一种基于片上时序监测的低功耗技术,它可以有效的抑制芯片的工艺偏差,其核心思想是通过片上监测单元将PVT 变化以及噪声、老化等因素转化为检测单元的时序延时,然后根据延时关系动态调节供电电压值,从而降低芯片总功耗。这种闭环式(Close loop)的调节方式可以尽可能的将时序裕量压到最低,做到在频率不变的情况下降低芯片功耗的目的。AVS又可分为复制关键路径监测、原地监测方法以及通用监测单元监测。

3)常用自适应电压调节方法:

基于原地监测及改错的AVS:

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