低功耗器件的“设计时测试”方法

　　在65nm制造工艺条件下，依靠电池供电的器件正在大量出现。这种先进的工艺技术使得新器件较前代工艺的同类器件具有很多改进。采用65nm工艺之后，设计人员可以在一块单独的裸片上集成远多于过去的晶体管，还可以在器件中集成多个IP内核、大量的嵌入式存储器、更多的复杂模拟电路，同时实现比90nm工艺下类似器件更高的性能、更低的功耗和更低的成本。

　　然而在65nm下，由于器件中晶体管漏电流造成的功耗却远高于(呈指数关系)旧工艺结点下的器件。因此，台积电(TSMC)之类的大型晶圆代工厂已经将减小漏电流当作65nm参考流程中的一个首要任务。泄漏并不是什么新现象，但65nm工艺器件的工作电压比老工艺器件的工作电压低，因此开启单个晶体管所需的阈值电压也比老工艺的器件低。阈值电压较低就可能经常无意中触发非活动的状态，从而导致源极到漏极流过很大的电流，或者说导致泄漏。用于解决这一问题的最新技术往往采用内建高Vt标头(header)或标尾(footer)的多阈值逻辑门，标头和标尾用于在空闲状态下关断逻辑门。此外，也可以在设计逻辑中添加一些特定的电源关断模式，而且设计师们也正在利用更多的门控时钟来管理设计中每个时钟区的功耗。以上各种方法综合起来，正在帮助我们减小晶体管的泄漏。

　　要想充分利用这些新技术，设计人员必须在整个设计流程中都非常关注功耗问题。硬件工程师和嵌入式软件工程师都必须尽早参与，以保证产品的设计成功和按时发布。同时，低功耗设计对设计验证，尤其是对所有电源管理特性的验证，也有很大影响。因为这需要在所有可能的工作条件下进行大量验证工作，包括测试每种功率模式。对所有功率模式(上电和掉电)以及随后的器件行为序列的测试必须在流片之前完成。此外，验证工程师还必须进行测试以保证孤立的逻辑也能正常工作。这是利用带随机和定向案例的广泛的测试套件实现的。

　　实现功耗相关特性的自动化验证是一次意义重大的努力，它要求设计人员在整个设计过程中都给予验证工作足够的重视。例如，低功耗逻辑测试套件必须确保专用逻辑不但能降低动态功耗，还能保证掉电的电路在任何工作状态下都不会向工作的电路传播随机数据。为确保这些问题不会发生，设计过程中每出现一次代码修改，验证工程师都必须进行大量仿真，并采用大量其他的格式验证资源。

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