[发明专利]一种低功耗电路生成系统

说明书

本发明公开了一种用于低功耗电路的设计方法及系统，包括时钟管理电路、频率自适应电路、电压检测电路、过流检测电路、低功耗系统控制电路。其中时钟管理电路用于整个系统时钟选择、时钟门控、时钟分频、时钟生成、时钟使用等；频率自适应电路用于实时动态平衡系统的功耗，能实时检测当前系统非接触电压或接触电流报警信号，若当前场景下系统负载能力大于驱动能力，硬件采到电压或电流报警信号，则通过动态调整时钟频率来实现功耗平衡。在电池供电便携式设备和无源芯片类（非接触卡）领域，功耗意味着电池寿命和工作距离。因此该种低功耗电路的设计方法及系统对设计一款高安全的低功耗芯片，保证芯片可靠性和兼容性，解决芯片低功耗问题具有重要意义。

技术领域

本发明涉及低功耗电路设计领域，其可适用于非接触卡、双界面卡、接触卡、安全芯片、支付终端、指纹芯片等各个领域。

背景技术

信息产业是当今世界经济发展中最快和最富活力的新兴产业，随着信息技术的快速发展和信息产品的快速普及应用，特别是金融银行卡、居民健康卡、金融社保卡、居住证、电子护照、支付类芯片的问世，芯片功耗问题越来越引起重视。对于电池供电便携式设备和无源芯片类（非接触卡）来说，功耗则意味着电池寿命和工作距离。

随着集成电路快速发展，芯片的集成度越来越高，规模甚至达到百万、千万门级，最顶级芯片总功耗可接近上百瓦，单位面积功耗和局部热点功耗很大，这就产生了芯片封装成本、电源成本、稳定性等问题。如何设计一款高安全的低功耗芯片，直接决定芯片使用过程中的可靠性和兼容性，因此芯片低功耗问题成为芯片厂商关注的焦点。

如何设计一款低功耗的芯片，主要取决于芯片的静态功耗和动态功耗。其中静态功耗主要是指逻辑门开关不活动情况下功耗消耗，主要由泄露电流造成，随工艺和温度变化而变化；动态功耗主要是指逻辑门开关活动时的功耗消耗，主要由电路信号变换时造成的瞬态开路电流和负载电流叠加而成。低功耗电路可以从系统级、RTL级、门级等角度考虑和优化，越在高层次进行功耗优化效果越明显。

如图1所示，为传统的非低功耗电路生成系统示意图。该电路实现方法有以下几种：

方法1：等占空比时钟分频法：将OSC、PLL等时钟源等占空比分为2、4、8、16、32等分频，分频时钟作为生成时钟的可选时钟源；

优点：1) 分频方式简单；2) 分频类型较少；

缺点：1) 若时钟源较多，分频时钟也多，时钟树功耗较大；2) 分频不够精细，无法任意整数N分频或1~2之间的小数分频；3) 等占空比分频灵活度不够，无法保证时钟频率线性变化。

方法2：先分频、后门控方式：先各时钟源进行时钟分频、后对各分频时钟选择、时钟门控、时钟生成；

优点：分频方式简单；

缺点：时钟源与时钟门控之间组合路径长，存在时钟树功耗浪费。

方法3：软件时钟门控方式：软件配置门控寄存器控制模块的时钟开启或关闭；

优点：软件操作简单、方便；

缺点：1) 存在功耗叠加风险；2) 门控范围受限、不够灵活。

方法4：有源应用场景：芯片工作的时钟频率固定，无法自动调节功能，全速运行时无法满足不同电压等级的功耗要求；

优点：实现起来简单；

缺点：1) 易发热发烫；2) 比较浪费电池；3) 工作场景受限。

方法5：无源应用场景：芯片工作的时钟频率固定，无法自动调节功能，全速运行时无法满足卡机在不同距离的适应性，不同卡机兼容性也比较差；

优点：实现起来简单；

缺点：1) 易发热发烫；2) 兼容性差；3) 适应性差。