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本文簡(jiǎn)單介紹：
什么是 Power Switch？
Power switch 結(jié)構(gòu)？
power switch 工作方式？
Power Switch(電源開關(guān)單元)。用于電源關(guān)斷技術(shù)(Power Shut Off, PSO)，它通過關(guān)斷芯片中暫時(shí)不需要的某個(gè)區(qū)域或者某個(gè)子模塊的供電電壓，來達(dá)到降低靜態(tài)功耗的目的。
下圖中紅圈部分就是最簡(jiǎn)單的Power Switch Cell.
通常有兩種類型的Power switch cell，分別為Footer和Header兩種類型。
Footer結(jié)構(gòu)類型是通過VSS的開關(guān)來實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)單元的開與關(guān)，而Header結(jié)構(gòu)類型則是通過VDD的開關(guān)來實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)單元的開與關(guān)。
在實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)槠渎╇姡╨eakage）低和實(shí)現(xiàn)的便利性，往往都是選用Header類型的Power switch cell。
Power Gating或者Ground Gating相應(yīng)Switching Cell的選取：
Power Gating ? -> ?Header -> ? ?PMOS
Ground Gating ?-> Footer -> ? ? ?NMOS
由于Power Switching Cell是Always On Cell，因此為了降低它上面的功耗，一般采用高閾值MOS管實(shí)現(xiàn)；
原理上說，Power Switching Cell結(jié)構(gòu)如下圖所示：
關(guān)斷方式主要有兩種：關(guān)閉VDD或者關(guān)閉VSS；
一般來說在同一個(gè)芯片上只采用一種關(guān)斷方式，也就是不會(huì)存在部分電路關(guān)斷VDD，而另一部分關(guān)斷VSS的情形。
在具有power switch的設(shè)計(jì)中，需要header 或者 footer 類型的電源開關(guān)單元來為可以powered down的單元供電。
power switch的輸入邏輯信號(hào)控制開關(guān)的連接或斷開狀態(tài)。
二者的基本原理也很簡(jiǎn)單，如下圖所示。在實(shí)際應(yīng)用方面以關(guān)閉VDD為主；
從圖中可以看到，VDD的控制（被稱為Header Switch），利用一個(gè)P-MOSFET來控制：
同理，利用一個(gè)N-MOSFET來控制 VSS電源是否供電，被稱為Footer Switch。
一般來說，只需要使用Header Switch或者Footer Switch就可以實(shí)現(xiàn)電路關(guān)斷，其中Header Switch結(jié)構(gòu)漏電較小，而Footer Switch結(jié)構(gòu)控制效率高，且面積較小。
另外，所有的Header或者Footer也不能同時(shí)一起打開或者關(guān)閉，因?yàn)檫@樣在電源或者地上會(huì)有很大的電源噪聲（IR drop）；
為了避免這種現(xiàn)象，合理的做法是讓模塊內(nèi)部依次上電，而不是同時(shí)上電，目前設(shè)計(jì)中廣泛采用菊花鏈結(jié)構(gòu)（也就是前一個(gè)電源開關(guān)打開后會(huì)有一個(gè)輸出，連到后一個(gè)電源開關(guān)的控制輸入端，以此類推，把所有的開關(guān)串成一條鏈），多個(gè)Footer或者Header之間插入Buffer，每隔一段時(shí)間開啟/關(guān)閉一組，再隔一段時(shí)間開啟/關(guān)閉另外一組，直到最后所有的switch cell開啟/關(guān)閉為止。
Power Switch的結(jié)構(gòu)有fine grain power gating和coarse grain power gating兩種類型。
將Power Switch Cell設(shè)計(jì)成單獨(dú)的器件，在實(shí)現(xiàn)時(shí)，控制某一塊電路，叫做Coarse Grain Power Switch Cell，在設(shè)計(jì)中加入一些power switch cell來控制std cell的開和關(guān)。這種做法的優(yōu)點(diǎn)是面積適中，缺點(diǎn)是power switch cell本身的壓降會(huì)偏大。
fine grain power gating是指將每個(gè)switch都放在cell內(nèi)部。但每個(gè)單元都有一個(gè)控制器，面積比較大，這樣使得面積增大1x-3x；優(yōu)點(diǎn)是更好的控制電源通斷控制，專門設(shè)計(jì)帶有電源控制的邏輯單元，實(shí)現(xiàn)時(shí)，不需要添加額外的控制電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，IR drop可以更小。
因此，在實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用中，大部分都是采用coarse grain power gating方式。
Power switch cell通過CMOS電路構(gòu)造來實(shí)現(xiàn)。但是一個(gè)MOS管所能通過的電流極其有限，而當(dāng)需要關(guān)斷一個(gè)或者多個(gè)模塊的時(shí)候，所需要的電流值應(yīng)該相對(duì)很大。因此power switch cell在使用的時(shí)候必然是大量cell協(xié)同工作的。
其工作方式也有不同的類型，典型的有以下兩種：
左側(cè)的擺放方式是在需要關(guān)斷的module周圍擺放一圈或者幾圈switch cell并將其首尾相連，外部電源接到power switch的輸入上，并將輸出連接到module內(nèi)供電的高層金屬，通過控制模塊來控制switch來實(shí)現(xiàn)電源的開關(guān)；
右側(cè)的方法則將power switch cell像standard cell一樣以固定的pattern分布在整個(gè)design中，電源的上層金屬連接到power switch cell的輸入端，輸出端則連接到power rail上，通過斷開rail與上層金屬的連接來實(shí)現(xiàn)電源關(guān)斷。
左側(cè)的power switch cell擺放方式很像IO的排列，但是其cell大小一般來說比standard cell大卻比IO cell小；
右側(cè)的switch cell一般和一般的standard cell差不多大小。
其實(shí)power switch的擺放并不局限于這兩種擺放形勢(shì)。當(dāng)需要關(guān)斷的module比較小的時(shí)候，少量的switch cell即可實(shí)現(xiàn)開啟關(guān)斷，此時(shí)的cell擺放不必局限于某種特別的形式，只要保證連接正確，供電滿足需求，將switch cell聚集在一起排列起來也沒有問題。
關(guān)于power switch cell的連接方式，其實(shí)也有不同的形式，主要可以總結(jié)為以下幾種形式，其中daisy chain形式為比較常見的方式。不同形式的擺放和連接方式在響應(yīng)時(shí)間、涌浪電流（Inrush Current）、IR-Drop和占用面積等方面均有不同的特點(diǎn)。
cell?(?Simple_CG_Switch?)?{
?...
?switch_cell_type:?coarse_grain;
?pg_pin?(?VDDG?)?{
?pg_type?:primary_power;
?direction?:?input;
?voltage_name?:?VDD;
?}
?...?
?pg_pin(VDD)?{
?voltage_name?:?VDD;
?pg_type:internal_power;
?direction?:?inout;
?switch_function?:?"SLEEP";
?pg_function?:?"VDDG";
?}
?...?
?pin?(?SLEEP?)?{
?switch_pin?:?true;
?capacitance:?0.034;
?}
?...
－?The End －
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