UHF RFID芯片时钟树功耗优化：降低数字逻辑能耗策略

"射频识别芯片设计中时钟树功耗的优化与实现" 在射频识别（RFID）芯片的设计中，功耗控制是至关重要的，尤其是对于无源供电的UHF RFID标签芯片而言，其供电限制使得低功耗设计变得尤为关键。本文主要关注在基于ISO18000-6 TypeC协议的UHF RFID标签基带处理器中，如何通过优化数字逻辑时钟树来降低功耗。 RFID芯片的功耗主要由模拟射频前端电路、存储器和数字逻辑电路三部分构成。在数字逻辑部分，时钟树的功耗占据了相当大的比例，有时甚至超过30%。因此，降低时钟树功耗是优化数字逻辑电路和整个芯片功耗的关键策略之一。 芯片的功耗主要分为动态功耗和漏电功耗。动态功耗包括短路功耗（由内部器件瞬时短路引起）和翻转功耗（由CMOS器件输出端负载电容充放电引起）。而漏电功耗主要来自亚阈区漏电和栅极泄漏。随着技术的发展，电容转换和亚阈值泄漏已成为功耗的两大主要来源。 降低功耗的方法多样，包括： 1. 降低电源电压Vdd：这可以通过电压岛技术，将不同模块分配不同的电压，或者使用多级电压缩放、动态电压频率缩放（DVFS）以及自适应电压缩放来实现。 2. 降低频率f及翻转率A：通过代码优化，如提取公因子、资源重用、操作数隔离和串行工作来减少功耗峰值。 针对时钟树的功耗优化，可以采取以下策略： - 使用低摆幅时钟，减少通过时钟树的电流，从而降低短路功耗。 - 设计分层或分布式时钟网络，减少时钟传播路径的长度，减小时钟树的总电容，进而降低翻转功耗。 - 引入时钟门控，仅在需要时才激活时钟，减少不必要的开关活动。 - 采用异步电路设计，减少对全局时钟的依赖，降低时钟树的功耗。 在ISO18000-6 TypeC协议的UHF RFID标签基带处理器中，通过这些优化手段，可以有效降低数字逻辑时钟树的功耗，提高芯片的能效比，实现更长久的无源工作模式。这种优化不仅适用于UHF RFID，也对其他对功耗敏感的无线通信芯片设计具有参考价值。