"Retention cells" for lav effekts digital design

Abstract

En studie av ulike retention latch kretstopologier er foretatt og egenskaper til både statiske og dynamiske løsninger er vurdert. Retention egenskapen til en latch beskriver dens mulighet for å settes i et søvnmodus samtidig som latchens lagrede verdi beholdes og gjenopprettes idet søvnmodus avsluttes. Målsetningen for design av en retention latch er å oppnå en søvnmodus som er mest mulig energi effektiv. Det best egna for oppgavens mål med å levere god ytelse for 50ms- 2s søvn perioder ble å bruke en form for statisk retention latch. Dette skyldes at dynamiske retention latch kretser vil ha en maksimal retention tid avhengig av lekkasjestrøm og lagrings kapasitansen til kretsen. For å oppnå 2s maksimal retention tid kreves upraktisk store kapasitans verdier til lagringsnoden eller eventuelt må et oppfriskning system implementeres. Tre ulike løsninger basert på statisk retention er designet, simulert og implementert som 90nm standardceller. Disse er Balloon basert på klassisk balloon retention latch. Tykk gate løsning med tykk gate transistorer i retention del av latchen. Til sist krysskobla inverter som baserer seg på at søvntransistor har stor nok lekkasjestrøm til at de krysskobla inverterne i latchen beholder sin verdi. Totalt sett oppnår krysskobla inverter kretsen de beste resultatene både med tanke på lekkasjestrøm i aktiv modus, areal og det at den ikke behøver ekstra kontrollsignaler for å styre inngang og utgang av søvnmodus. Det som allikevel kan tale mot å bruke krysskobla inverter krets er at med global søvntransistor kan det by på problemer å sørge for at hver enkelt celle har stor nok lekkasjestrøm til å fungere normalt. Dersom dette viser seg å være et stort problem til et bestemt bruk av kretsen vil tykk gate latchen være det nest beste alternativet. Tykk gate er ikke avhengig av en bestemt lekkasjestrøm, men den må ha to kontrollsignaler for å styre inngang og utgang fra søvnmodus. Muligheter for optimalisering av kretsenes areal og lekkasjestrømmer gjenstår, og metoder for å gjøre dette er foreslått.