[发明专利]选择性Zigzag电源屏蔽开关管面积及最小空闲时间优化

说明书

技术领域：

本发明属于集成电路设计领域，具体涉及集成电路低功耗设计中的电源屏蔽方法。

背景技术：

随着CMOS工艺的提高，CMOS管的阈值电压也不断降小，亚阈值漏电流所产生的静态功耗越来越大。目前，人们不光追求性能上的提高，功耗已经成为了集成电路设计中的关键因素。电源屏蔽是目前最有效的降低亚阈值漏电流的技术。电源屏蔽的一个缺点就是开启时间太长，近年提出的Zigzag电源屏蔽(ZPG)技术(参考对比文件1)有最快的开启速度。根据对比文件1中所述，ZPG的开启时间是普通PG的19％。

正是因为ZPG的这个优点，越来越多的人开始研究ZPG。开关管的面积是ZPG技术的一个关键参数，同时也是所有PG技术最关心的参数。如果开关管的面积过大，不仅会造成面积开销过大，降低芯片的集成度，而且在休眠模式时的开关管电流关断能力也会下降。如果开关管的面积太小，开关管导通时的电阻会增加，会使虚地V_VG(或虚电源V_VP)的值增加(或降低)，降低被控逻辑门的工作电压，增加电路的时延。对比文件1中的ZPG没有考虑开关管的面积优化。对比文件2是从电路分块的角度来优化了开关管的面积开销。由于双阈值电路越来越多的被应用，对比文件3，4从另一个角度，使用选择性电源屏蔽的方法来减小开关管的面积开销，对比文件4只是针对普通的PG，而对比文件3针对的是ZPG。但是，对比文件3中的休眠向量的选择和开关管的使用不适当，它的效果和面积开销都不太好。针对双阈值电路，本发明使用了一种新的选择性电源屏蔽技术，得到更好的面积优化效果。

虽然ZPG能有效地减小漏电功耗，但是进入休眠状态时会产生动态功耗。如果休眠的时间很短，这个动态功耗就有可能比ZPG减小的漏电功耗还大。为了避免这种情况，我们必须找出最短的休眠时间，将其称为最小空闲时间(MIT)。对比文件5中使用了实时的电源关断技术，但是它们的开关管面积开销太大了，而且对于最小空闲时间的计算也不够精确。对比文件6中使用了一种更精确的最小空闲时间的计算方法，但它是针对普通的电源屏蔽的。本发明在对比文件6的基础上，提出了ZPG的最小空闲时间的计算方法。在获得面积减小的同时，最小空闲时间也得到减小。

对比文件1：Youngsoo Shin，Seungwhun Paik，and Hyung-Ock Kim.“Semicustom Design of Zigzag Power-Gated Circuits in Standard CellElements”IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems，VOL.28，NO.3，MARCH 2009

对比文件2：Y.H.Lee，D.K.Jeong，“Simultaneous Control of Power/Ground Current，Wakeup Time and Transistor Overhead in Power Gated Circuits”，In Proceedings of International Conference on Computer Aided Design，pp.169-172，2008

对比文件3：K.-W.Choi，Y.Xu，and T.Sakurai，“Optimal zigzag(OZ)：An effective yet feasible power-gating scheme achieving two orders ofmagnitude lower standby leakage，”in VLSI Symp.Tech.Dig.pp.312-315，Jun.2005.

对比文件4：K.Usami，N.Kawabe，M.Koizumi，K.Seta，and T.Furusawa，“Automated selective multi-threshold design for ultra-low standbyapplications，”in Proc.Int.Symp.Low Power Electron.Des.pp.202-206，Aug.2002.