寄存器傳輸級的低功耗設(shè)計方法

圖2a：傳統(tǒng)的設(shè)計。圖2b：增加了門控時鐘的設(shè)計。
在這三項中PTurn大約占電路功耗的80% ，因而這里就只考慮開關(guān)電流ITurn所產(chǎn)生的動態(tài)功耗PTurn。ITurn是這樣產(chǎn)生的：在CMOS電路，當輸入為“0”時，PMOS導(dǎo)通，電源通過PMOS向負載電容充電；而當電路輸入為“1” 時，負載電容又會通過NMOS向地放電。ITurn就是不斷對負載電容充放電所產(chǎn)生的開關(guān)電流。
一個CMOS反相器由開關(guān)電流引起的平均動態(tài)功耗是：PTurn=CLVDD2f
其中，CL是負載電容，VDD是電路的電壓，f是時鐘頻率。所以，要想降低電路的功耗就應(yīng)該降低電路的電壓和頻率。

寄存器傳輸級的低功耗設(shè)計
圖3a：最基本的加法器設(shè)計。圖3b：采用操作數(shù)隔離方法設(shè)計的加法器。
寄存器傳輸級的低功耗設(shè)計方法有很多種，本文只列舉三種最為常用的設(shè)計方法：門時鐘、操作數(shù)隔離及存儲器分區(qū)訪問。
1.門控時鐘
從上面的討論知道，CMOS電路的功耗是和頻率有著密切關(guān)系的，因此動態(tài)的關(guān)閉處于空閑狀態(tài)的時鐘具有明顯的節(jié)電效果。
圖2a是傳統(tǒng)的設(shè)計：系統(tǒng)的時鐘直接接到D觸發(fā)器的時鐘輸入端，不管什么情況，只要輸入的Clock翻轉(zhuǎn)，觸發(fā)器就會工作，整個系統(tǒng)也一直不斷的運行。而圖2b是增加了門控時鐘的設(shè)計：當系統(tǒng)正常工作時，譯碼出來的En信號為高，則觸發(fā)器可以正常鎖存數(shù)據(jù)；當系統(tǒng)處于空閑狀態(tài)時，把En信號清零，這樣，由于給觸發(fā)器的Clock一直保持零，不會發(fā)生翻轉(zhuǎn)，所以觸發(fā)器不會鎖存新的數(shù)據(jù)，整個系統(tǒng)被掛起，系統(tǒng)將進入低功耗模式。
在電路中加入門控時鐘很容易，可以用Verilog直接在描述中加入，也可以通過Synopsys的工具PowerCompile自動加入。通過加入門控時鐘，系統(tǒng)可以有選擇的停止不相關(guān)模塊的時鐘，以最大程度的節(jié)省動態(tài)功耗。
2.操作數(shù)隔離
這種方法主要是對系統(tǒng)中的算術(shù)、邏輯運算模塊進行低功耗設(shè)計，其主要思想就是：在不進行算術(shù)、邏輯運算的時候，使這些模塊的輸入保持“0”，不讓操作數(shù)進來，輸出結(jié)果不會翻轉(zhuǎn)；而如果進行這方面的運算時，再將它們打開。