谢晓娟，蒋见花

(中国科学院微电子研究所， 北京100029)

集成电路工艺节点的提升带来了芯片集成度的极大提高，同时也导致了功耗的急速增加[1]。另外，市场对电子设备的大量需求使得系统功耗成为系统性能的一个重要指标，功耗的高低成了芯片厂商竞争力的焦点之一，功耗控制与管理已成为绝大多数芯片厂商首要考虑的问题。 SoC设计的功耗包含两部分：静态功耗和动态功耗。静态功耗主要由泄漏电流引起，在130 nm工艺下，静态功耗相对较小，可以忽略不计。动态功耗主要包括短路功耗和翻转功耗，是本设计中功耗的主要组成部分。短路功耗即内部功耗，指由器件内部由于P管和N管在某一瞬间同时导通引起的瞬时短路引起。翻转功耗由CMOS器件的输出端负载电容充放电引起。芯片工作时，很大一部分功耗是由于时钟网络的翻转消耗的，如果时钟网络较大，这部分引起的功耗损失会很大。在众多低功耗技术中，门控时钟对翻转功耗和内部功耗的抑制作用最强。本文主要讲述门控时钟技术的具体实现。另外，基于高阈值单元具有较低的功耗，设计采用高阈值单元库。

1 门控时钟技术的基本原理

图1 带有多路开关的同步使能寄存器

对于一个设计中的寄存器组，经DC编译后一般会生成如图1 所示的电路。由图1可以看出，当EN为1时， DATA_IN的值由多路开关传至寄存器组的数据输入端，当CLK上升沿来临时，传至DATA_OUT。当EN为0时， OUTPUT保持不变。但由于时钟信号CLK的翻转，寄存器组会持续在CLK的上升沿来临时读取数据输入端的数据，而这时读取的数据是不变的，这就消耗了额外的功耗[2]。……