資料介紹
越來越復雜的SoC在一個管芯中集成很多系統組件 ,這在總體上簡化了系統設計人員的工作。但是這些芯片也導致電源供電子系統越來越復雜。以前從供電連接器到IC連接Vcc的布線是非常簡單的任務,而現在卻成為與系統中其他部分一樣復雜的有源網絡設計。
SoC的供電要求越來越高,使得這種設計也越來越復雜。好在設計人員可以選擇在電路板級來處理這些任務,SoC開發人員希望將電源網絡組件置入到芯片中以期有所幫助。但是最終,電源設計人員仍然要做出一些很難的決定。在決定之前,他們要進行一些模擬電路仿真工作。
不斷增長的需求
集成是有成本的。 SoC設計人員在其圖紙上畫出各種電路,這類電路都有自己的電壓、噪聲、排序和瞬變響應要求。移植到尺寸更小的電路上不但能夠實現集成,而且還降低了供電電壓。這一發展趨勢也同時增大了峰值工作電流、縮小了噪聲余量,使得動態電源管理越來越復雜。
復雜度的提高最明顯的結果就是SoC使用的外部電源數量迅速增加 ( 圖1 ) 。例如,一片高端FPGA會有15條外部驅動的電源軌。它們都連到哪里?
圖1. 一片現代SoC需要很多不同的供電線路,每條線路都有自己的穩壓和調理要求。
答案之一是不同的電壓需求。在FinFET工藝出現之前 , 內核邏輯供電電壓一直在大幅度降低 , 但在1V附近卻停滯不前。而其他類電路在這方面遠遠落在了后面。按照工業標準, I/O單元只能使用特定的供電電壓。SRAM單元需要的電壓要比邏輯級稍高一些,以保證可靠的全速工作,待機時的電壓要低很多。高精度模擬電路希望有較高的電壓以降低抖動,提高噪聲余量。這些各種各樣的需求導致供電線路數量的急劇增長。
但是 , 電壓數量還不是唯一的問題。某些SoC電路——特別是低噪聲放大器、鎖相環(PLL) ,以及物理接口等都有非常嚴格的供電噪聲限值。即使電壓相同,這些需求也導致電路無法共享同一條噪聲源供電線路,例如,數字邏輯或者大電流I/O單元等。因此,需要增加低噪聲電源。
非常有意思的是,增加供電線路的另一需求是來自電源管理。數字設計人員越來越多的采用了動態低功耗技術——例如,精細粒度時鐘選通、隨時供電選通和電壓調整等,使用這類技術的電路對其供電線路瞬變響應的要求特別高。負載在微秒甚至更小的量級上變化。為能夠響應來自SoC的命令,電壓應不斷變化。這些負載實際上可以采用不同的恒定電壓源或者噪聲敏感電壓源。
SoC的供電要求越來越高,使得這種設計也越來越復雜。好在設計人員可以選擇在電路板級來處理這些任務,SoC開發人員希望將電源網絡組件置入到芯片中以期有所幫助。但是最終,電源設計人員仍然要做出一些很難的決定。在決定之前,他們要進行一些模擬電路仿真工作。
不斷增長的需求
集成是有成本的。 SoC設計人員在其圖紙上畫出各種電路,這類電路都有自己的電壓、噪聲、排序和瞬變響應要求。移植到尺寸更小的電路上不但能夠實現集成,而且還降低了供電電壓。這一發展趨勢也同時增大了峰值工作電流、縮小了噪聲余量,使得動態電源管理越來越復雜。
復雜度的提高最明顯的結果就是SoC使用的外部電源數量迅速增加 ( 圖1 ) 。例如,一片高端FPGA會有15條外部驅動的電源軌。它們都連到哪里?
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答案之一是不同的電壓需求。在FinFET工藝出現之前 , 內核邏輯供電電壓一直在大幅度降低 , 但在1V附近卻停滯不前。而其他類電路在這方面遠遠落在了后面。按照工業標準, I/O單元只能使用特定的供電電壓。SRAM單元需要的電壓要比邏輯級稍高一些,以保證可靠的全速工作,待機時的電壓要低很多。高精度模擬電路希望有較高的電壓以降低抖動,提高噪聲余量。這些各種各樣的需求導致供電線路數量的急劇增長。
但是 , 電壓數量還不是唯一的問題。某些SoC電路——特別是低噪聲放大器、鎖相環(PLL) ,以及物理接口等都有非常嚴格的供電噪聲限值。即使電壓相同,這些需求也導致電路無法共享同一條噪聲源供電線路,例如,數字邏輯或者大電流I/O單元等。因此,需要增加低噪聲電源。
非常有意思的是,增加供電線路的另一需求是來自電源管理。數字設計人員越來越多的采用了動態低功耗技術——例如,精細粒度時鐘選通、隨時供電選通和電壓調整等,使用這類技術的電路對其供電線路瞬變響應的要求特別高。負載在微秒甚至更小的量級上變化。為能夠響應來自SoC的命令,電壓應不斷變化。這些負載實際上可以采用不同的恒定電壓源或者噪聲敏感電壓源。
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