电源门控单元的实现原理

标题为“电源门控”的文章演示了电源门控单元的实现以及它如何帮助最大限度地减少 SoC 的泄漏功耗。其基本原理是切断从电池（VDD）到接地（GND）的直接路径。虽然有效地节省泄漏功率，实施讨论遭受一个主要的缺点！它不挽留的状态！这意味着，一旦SoC的功率恢复，功率门控单元的输出将变为“X”。你不能确定它是逻辑1还是逻辑0。在乎吗是的！因为如果这个X传播到设计中，整个设备就可能进入亚稳态！为了防止这种灾难性的情况：系统软件可以简单地重置SoC。这将从头启动，并确保所有设备都已初始化。

这意味着，每次我决定给我的SoC的一部分供电时，一旦恢复电源，我就必须重新设置那个电源门控部分。这对上一篇文章中讨论的电源门的应用施加了严重的限制。设计一个保持状态的电源门怎么样？但要说服自己，为了做到这一点，你需要花费，虽然很小，一些泄漏功率。我们把这个结构称为：状态保持伪功率门。术语“伪”意味着它将消耗一点泄漏功率，而不是先前的结构。但与此同时，您不再需要重置SoC的电源门控部分，因为标准单元保留了它们以前的数据！！不说了！下面我们来讨论一下实现。

以上电路有两部分。

·红色椭圆形内部的结构与普通的功率门控结构相同。

·绿框内的一个（右边）是使该设备保持其状态所需的附加电路。

操作:在进入睡眠模式之前，设备的输出为逻辑1。进入睡眠模式（关闭电源）后，睡眠晶体管开始工作，并切断设备的电源和接地轨，从而节省泄漏功率。但是右边的逻辑（在绿色矩形中）仍然是ON！反相器的输出现在将变成OUTPUT’，即逻辑0。这将反过来使PMOS晶体管Q1和输出将恢复到逻辑1。

当输出在电源门控之前为逻辑0时，情况也是如此。在这种情况下，NMOS晶体管Q0将起作用，以帮助输出节点保留其数据。

请注意：在此期间，当设备处于睡眠模式时，输出节点将继续泄漏。通过添加额外的电路，如图所示，我们基本上是试图创建一个反馈回路，这再次有助于保持状态。命中，当然是4个晶体管的泄漏功率。然而，标准单元逻辑（红色椭圆形）通常是笨重的。即使是一个简单的双输入"与非"门本身也有4个晶体管。而更高阶的输入会有更多！同样的技术可以应用于任何顺序的设备，如触发器，锁存器，甚至时钟门控集成单元。

审核编辑：汤梓红