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低功耗设计之isolation cell
易百纳技术社区 david 2022-01-12 15:24:00

文章参考:https://mp.weixin.qq.com/s/5k8BGd3t5wMVNzNzG4-Y5w

低功耗架构设计需要前后端拉通规划,前端设计有PMU功耗管理单元,比如A模块电压常开,B模块电压可关断,当B模块关断电压后,B模块输出到A模块的信号需要用isolation cell进行电压钳位(clamp 0或者clamp 1信号),这样就避免了X态的传播。

X态信号传播的危害1:

假如电源的工作电源为0~1.2V 那么X态可能为0~1.2V中任意电压,如果X处在中间电平0.6V,若这个信号送给电压常开域中的一个反相器,就会导致这个反相器的PMOS和NMOS都导通,就会存在一个短路电流从电源流经PMOS、NMOS再到地,造成功耗浪费。

X态信号传播的危害2:

假如电源的工作电源为0~1.2V,那么X态号可能随着温度、电压等环境因素改变而震荡,导致常开电压模块的逻辑功能出现不可预知的错误,甚至引起系统宕机,造成芯片的不可靠。

isolation cell的结构(下图为source side isolation类型):

isolation cell一般有sink side、source side两种类型。
什么是sink side?
即isolation cell放置于常开电压域PD_ON,只需要一组电源,推荐使用这种类型,较为简洁。

什么是source side?

即isolation cell放置在power shut off domain(PD_SHUT)里面,但是需要接常开电源(VDDG)供电,保证power shut off domain(PD_SHUT)的电压关闭后,isolation仍能输出clamp值。这种情况下,isolation cell一般得有两组电源,分别是primary power(VDD)backup power(VDDG),当VDD关断后,VDDG就供电,否则isolation谁来供电输出clamp值呢。

上面介绍了模块电压关闭之后,其输出需要isolation cell进行钳位的原因,以及isolation cell的两种类型及两组电源的需求,下图电路功能可实现选择clamp 1或者clamp 0。


图一 isolation实现clampe_0功能


 图二 isolation实现clamp_1功能


有些文章说isolation要放在PD_ON与PD_SHUT交汇处的PD_ON电源域,实际上,isolation也可以放在PD_SHUT里面的,但是就需要带两组电源的isolation cell。

不过需要注意的是,当isolation在PD_ON时,其isolation的信号端只能来自PD_SHUT的输出,中间不能插入PD_ON的buf或者inv来解决时序问题。设计须检查isolation的两个输入信号是否来自于两个不同的power domain,即一个电源域来自PD_SHUT另外一个电源域来自PD_ON要检isolation单元的供电是否是PD_ON的电源线。

原文文章参考:https://mp.weixin.qq.com/s/5k8BGd3t5wMVNzNzG4-Y5w

转载:全栈芯片工程师

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