RTL级低功耗设计

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《SoC设计方法与实现》
《硬件架构的艺术》
菜鸟教程 - 6.1 Verilog 低功耗简介
《ug907 Vivado Design Suite User Guide Power Analysis and Optimization》

1. 低功耗简介

功耗和性能是IC设计中两个必须权衡的量，这里讲讲低功耗的设计。

1.1. 功耗类型

CMOS电路的功耗一般分为以下三类

● 翻转功耗：也叫开关功耗，就是对负载电容充放电时的功耗。

如上图CMOS非门：

Vin为低电平时，PMOS导通、NMOS截止。VDD 对负载电容 Cload 充电，充电完成后，Vout 的电平为高。

Vin为高电平时，PMOS截止、NMOS导通。负载电容通过 NMOS 进行放电。放电完成后，Vout 的电平为低。

这样电源的开闭就构成了翻转功耗，IC中的时钟、触发器、逻辑门中信号的翻转都会产生翻转功耗，整个电路的翻转功耗的计算式如下

$$P=\frac{1}{2}\cdot V_{DD}^2\cdot C\cdot f\cdot N_s$$