32、绝热门能耗降低与LCD面板低功耗响应时间加速技术

绝热门能耗降低与LCD面板低功耗响应时间加速技术

1. 绝热门能耗研究

1.1 模拟设置

在研究绝热门能耗时，采用了 0.13µm CMOS 技术的 SPICE 参数，并使用 BSIM 3V3.2 模型进行模拟。设定负载电容 $C_L$ 为 10fF，振荡电源电压幅值 $\hat{V}$ 为 1.5V。

1.2 PFAL 反相器模拟结果

• 能耗与频率及晶体管宽度关系 ：对 PFAL 反相器进行了一系列模拟，改变 p 沟道晶体管宽度 $W_P$。模拟结果以 3D 图呈现了每周期能耗随工作频率和 $W_P$ 的变化关系。其中，深灰色层代表静态 CMOS 的理论最小值 $E = \frac{1}{2}CV_{DD}^2$（这里电容 $C = 10fF$，且未考虑泄漏电流）。
  • 在 $f = 2MHz$ 时，PFAL 的能耗最小值为 0.86fJ。
  • 在 $f$ 介于 200kHz 至 20MHz 之间时，每周期耗散的能量小于 2fJ。
  • 当 n 沟道晶体管采用最小尺寸，且 $W_P = 2µm$ 时，与静态 CMOS 的理论最小值（$E = 11.25fJ$）相比，能耗降低了 13.1 倍。
• 不同频率下能耗随 $W_P$ 的变化 ：
  • 低频情况 ：在低频时，随着 $W_P$ 的增加，能耗上升。这是因为较宽的 p 沟道 MOSFET 会导致更大的泄漏损耗。