專利名稱：一種無線局域網soc芯片的低功耗設計方法
技術領域：
本發明涉及無線局域網領域無線局域網SOC芯片的低功耗設計方法。
背景技術：
在當今消費類SOC芯片設計中，工作和待機功耗正逐漸成為成功芯片的衡量標準，系統的待機時間也在逐漸成為關乎產品成敗的決定性因素之一。無線局域網技術作為ー種高速無線通信網絡技術，不但成為家庭無線路由，PC機無線接入的不二選擇，近年來在消費類電子產品中也取得了日益廣泛的應用。但由于該通信技術的算法與SOC實現系統的復雜性，通常芯片有較大的工作與待機功耗，這無疑對其在消費類電子產品，尤其是手持類電子產品中的應用帶來巨大障礙。本文針對無線局域網SOC芯片特點，提出了一種無線局域網SOC芯片的低功耗設計方法。
發明內容
本發明提出了一種無線局域網SOC芯片的低功耗設計方法，該方法能有效降低無線局域網SOC芯片系統的工作和待機功耗。該方法根據無線局域網SOC芯片的工作特點，定義多種工作狀態，不同工作狀態下具有不同的功耗。設計ー個PMU模塊，實現該工作狀態機，并在實際工作中根據條件完成各狀態之間的切換。PMU模塊在芯片工作中保持使用常開電源，并使用32. 768KHZ 2KHz頻率可選的低頻時鐘作為時鐘源，使其工作不依賴于芯片內部其它高頻時鐘源，進而可以在狀態切換過程中關閉高頻時鐘電源。根據芯片工作狀態，為各功能模塊劃分電源域和時鐘域，PMU分別對芯片各模塊在不同狀態下的電源和時鐘信號進行開關控制，具體來說 根據芯片工作狀態劃分電源域，當芯片在不同工作狀態之間切換吋，完成各電源域的開啟和關斷控制； 根據芯片工作狀態劃分電源域，當芯片在不同工作狀態之間切換吋，完成時鐘頻率切換以及時鐘門控的開關控制。
圖1是根據芯片工作環境定義的芯片功耗狀態轉移圖，圖中各功耗狀態自上而下功耗遞増。圖2是芯片時鐘域劃分以及根據芯片功耗狀態定義的系統級時鐘門控和各子模塊的自適應時鐘。圖3是根據芯片功耗狀態定義，電路各功能模塊的電源域劃分圖示，具體實施方案中對個模塊功能有詳細說明。
具體實施例方式芯片各功能模塊簡介模塊Power Management Unit (簡稱PMU)使用片外常開1. 2V電源供電，輸入時鐘為32. 768KHz 2MHz可選的低頻時鐘域。該模塊中實現芯片工作狀態機，此外，芯片在各工作狀態切換過程中，PMU模塊負責完成除PMU電路以外芯片其它全部電路的電源開關和時鐘門控開關信號；模塊Host Interface是設備接ロ的協議處理器，芯片通過設備接ロ與片外主設備進行數據交互；模塊Clock Gating Control (CGC)完成芯片 Host hterface 與 BB Subsystem 內各個時鐘域的時鐘門控，以及完成Processor模塊的時鐘頻率切換。模塊Processor是片內微處理器，以及相關的I_cache，D_CaChe，還包括指令和數據存儲器系統，負責完成芯片數據幀組建/解析，以及WLAN相關協議；模塊Wireless LAN Baseband Subsystem (簡稱 BB Subsystem)主要包括無線局域網的基帶與MAC協議數字處理系統，此外還包括安全核，存儲器控制器，以及該電路結構下總線控制器等數字電路；Wireless LAN RF & AD/DA Subsystem(簡稱RF Subsystem)是無線局域網的模擬電路前端，包括射頻，PA, LNA, AD/DA以及高頻振蕩器等模擬電路。芯片工作狀態機在PMU模塊中設計實現芯片工作狀態機(見圖1)，控制完成芯片在各狀態之間的轉換。芯片各狀態描述如下(對應電路如圖3所示)(1)P0WER_0FF 芯片復位狀態，此狀態為芯片最低功耗狀態。只有PMU模塊上電， 低頻時鐘被關斷，其它模塊均處于斷電狀態。(2) STANDBY 芯片待機狀態，PMU模塊上電并正常工作，低頻時鐘開啟，片內所有其它模塊均處于斷電狀態。(3) SLEEP:芯片睡眠狀態，PMU模塊上電并正常工作，低頻時鐘開啟，主機接ロ部分電路(Host Interface)開啟，CGC模塊與高頻時鐘開啟以保證接ロ能夠正常工作；RF subsystem電源關閉，BB subsystem電路電源會根據睡眠深度不同選擇開啟或關斷。(4) ACTIVE 芯片正常工作狀態，所有模塊電源都開啟。芯片WLAN功能處于正常通信的工作狀態，此時芯片具有最高的功耗。芯片工作狀態機切換狀態機使用32. 768KHz 2MHz的低頻時鐘，使其不依賴于其它高頻時鐘，因此可以在某些狀態下關閉高頻時鐘振蕩電路以降低芯片功耗。芯片復位時處于P0WER_0FF狀態，芯片復位釋放后，PMU順序完成打開芯片各部分電路電源，釋放復位，撤銷隔離使能，最后開啟電路的時鐘。完成這些步驟后，工作狀態機切換至ACITIVE。芯片在ACTIVE狀態下，固件判斷如果滿足睡眠條件，則配置PMU寄存器，使其開始向SLEEP或STANDBY狀態切換。PMU在切換至SLEEP或STANDBY過程中，順序完成關閉時鐘，使能隔離，復位芯片，最后關斷芯片電源。
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芯片在STANDBY或SLEEP狀態下，PMU會檢測芯片喚醒的條件，當芯片滿足喚醒條件吋，PMU會順序完成打開芯片各部分電路電源，釋放復位，撤銷隔離使能，最后開啟電路的時鐘。完成這些步驟后，工作狀態機切換至ACITIVE。芯片電源域劃分PMU在不同的工作狀態下，關斷不同功能模塊的電源，由此可以將芯片電源域劃分為4個電源域(見圖幻，各電源域分別包括如下模塊·電源域1 (PDl)包括PMU模塊；·電源域 2 (PD2)包括 Host Interface 與 CGC 模塊；·電源域 3 (PD3)包括 Processor 與 BB Subsystem 模塊； 電源域 4(PD4)包括 RF subsystem 模塊。芯片各工作狀態分別對應不同的電源域開啟或關斷，如下表。表1芯片工作狀態與各電源域開關對應關系
權利要求
1.一種無線局域網SOC芯片的低功耗設計方法，其特征在干，根據芯片應用特點設計實現硬件工作狀態機，使芯片在不同工作狀態下關斷不同模塊時鐘或電源，以降低芯片在各狀態下的功耗，實際工作中硬件根據條件完成各狀態之間的切換，從而達到降低芯片エ 作功耗的目的。
2.如權利1要求所述的ー種無線局域網SOC芯片的低功耗設計方法，其特征在干，硬件狀態機實現于獨立的電源管理模塊PMU中，該模塊在芯片工作過程中保持常開電源，并使用頻率可選的低頻時鐘作為時鐘源，從而控制在某些工作狀態下關斷芯片內部其它高頻時鐘源，達到降低芯片功耗的目的，其中芯片各狀態描述如下(1)芯片復位狀態，此狀態為芯片最低功耗狀態，只有PMU模塊上電，低頻時鐘被關斷， 其它模塊均處于斷電狀態；(2)芯片待機狀態，PMU模塊上電并正常工作，低頻時鐘開啟，片內所有其它模塊均處于斷電狀態；(3)芯片睡眠狀態，PMU模塊上電并正常工作，其他模塊根據各自工作狀態選擇開啟或大斷；(4)芯片正常工作狀態，所有模塊電源都開啟，芯片WLAN功能處于正常通信的工作狀態。
3.如權利1或2要求所述的ー種無線局域網SOC芯片的低功耗設計方法，其特征在干， 芯片各功能模塊使用不同的時鐘門控使能控制，使得在不同的工作狀態下，有選擇地關斷某些不需要工作的功能模塊的時鐘，達到降低功耗的目的，其中，芯片中各個狀態的切換順序如下芯片復位釋放后，PMU順序打開芯片各部分電路電源，釋放復位，撤銷隔離使能，最后開啟電路的時鐘，工作狀態機切換至芯片正常工作狀態；在芯片正常工作狀態下，固件判斷如果滿足睡眠條件，則配置PMU寄存器，使其開始向芯片待機狀態或芯片睡眠狀態狀態切換。PMU在切換至待機狀態或芯片睡眠狀態狀態過程中，關閉時鐘，使能隔離，復位芯片，最后關斷芯片電源。芯片在待機狀態或芯片睡眠狀態狀態下，PMU檢測芯片喚醒的條件，當芯片滿足喚醒條件吋，PMU打開芯片各部分電路電源，釋放復位，撤銷隔離使能，最后開啟電路的時鐘，工作狀態機切換至芯片正常工作狀態。
4.如權利1要求所述的ー種無線局域網SOC芯片的低功耗設計方法，其特征在干，芯片中各功能模塊，根據其自身工作狀態，產生自身的時鐘門控使能控制信號，使其在工作過程中，自適應的控制開啟或關斷該模塊的輸入時鐘，達到降低功耗的目的。
5.如權利1要求所述的ー種無線局域網SOC芯片的低功耗設計方法，其特征在干，根據芯片工作狀態的功能需要，將各功能模塊組織并劃分為多個的電源域，當芯片處于某工作狀態時，控制關斷某些不工作的功能模塊的電源，達到降低功耗的目的。
全文摘要
本發明公開一種無線局域網SOC芯片的低功耗設計方法。根據無線局域網SOC芯片的工作模式和特點，發明了一種SOC芯片低功耗設計方法，該方法不但降低了芯片的動態功耗，而且進一步降低了芯片的靜態功耗，突出解決了深亞微米工藝下芯片不斷增長的靜態功耗壓力。
文檔編號H04W88/02GK102573114SQ20101062231
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月27日 優先權日2010年12月27日
發明者劉鵬, 周卓, 趙彥光 申請人:北京中電華大電子設計有限責任公司