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利用庫中信息手算功耗

利用庫中信息手算功耗

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  2010年8月12日

比較兩種電路的功耗,一種常用的做法是STA跑出sdf文件,vcs跑出后仿波形,再分別用primepower工具進行功耗分析。對于簡單的門級電路,這樣的流程顯得復雜低效,這時手算功耗可能會更加有用。

 

手算功耗方法

 1.  internal power。對于每個pin,根據跳變的transition time在庫文件中找到每次跳變消耗的能量。對于輸出pin,還要求有其output_load 。同時計算其跳變次數,累加得到跳變消耗的短路能量。

 2.  switch power。對于每個輸入pin,計算其跳變次數,每次跳變消耗能量為:C×V×V,C = fanout_load ×C_wire_load + Cpin

 

 其中:
 fanout_load為該pin的等效輸入fanout
 C_wire_load為線負載模型電容系數
 Cpin為該pin的輸入電容

           

3.  前兩者的能量累加除以總時間即為動態功耗;除以transition time則可估算峰值功耗。

4.  leakage功耗等于每個cell的leakage功耗累加,需要注意的是cell的輸入輸出不同,leakage功耗也會略有差別。

 

手算功耗示例

下面是一個常見電路的例子:

xb 

假設En與輸入保持不變  ClkSrc頻率為1MHz。

 5.  Internal power

電平跳變的點只有Reg的CP端,查lib文件知一個周期CP端消耗的internal能量為0.015+0.022pJ 。(這里會因為沒有準確的transition time而有很小的誤差)。因此,internal功耗為0.037pJ/1uS = 37nW 。

6.  Switch power

同樣電平跳變的點只有Reg的CP端,CP端電容為0.002594pf,fanout為1,對應線負載電容為0.0061pf 。庫電壓為0.9V 。因此switch能量為(0.002594+0.0061 )×0.9 ×0.9 = 0.007pJ,除以周期功率為7nW 。

注意:switch power只在管腳的上跳沿計算,持續時間也為transition time 。

7.  峰值功耗

本電路transition time約為0.6ns,因此下跳沿峰值功耗為  0.022pJ/0.6ns = 36.8uW 。上跳沿的峰值功耗為(0.015+0.007 )/0.6ns = 36.8uW 。

 8.  Leakage power

MUX器件的leakage加上Reg的leakage:0.03738+0.09871 = 0.136nW 。

 

與PrimePower結果對比

序號 分類 總功耗  internal  switch 上跳沿 下跳沿 泄漏功耗
1 pp工具  37.66 37.51 0   25.2 37.3  0.1477
 2 手算結果  44 37   7.042  36.8   36.8   0.136

 

計算結果與PP跑出來結果基本相同,除了兩處區別:

1、結果中沒有包含輸入port的switch power。因此導致總功耗、switch功耗、上跳沿功耗均比手算結果小了 7nW 。這是因為此switch行為源自前級輸入,對工具理解該switch功耗實際為前級消耗,故沒有算在此電路中,報的total power也不會包含此處功耗。如果需要評估此類功耗,可以用report_power ‐input_net來單獨報出。

 xb

結果如上,可見7.042nW與估算的7nW也十分接近。

 

2、泄漏功耗略有區別,這是因為估算時沒有考慮MUX和Reg的輸入輸出狀態。

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