常开电源域(Always-On)的整套方案

大部分电池供电的应用(例如可穿戴设备、物联网、无线通信...等)皆有一个特点:在绝大部分的时间下(> 99%),装置都处于睡眠模式。在很多状况下,针对每种电源模式下的电池电量功耗分析显示在活动模式(active mode)下的电量消耗仅占第二位。

因此,有效降低睡眠模式下的电量消耗对产品运行数年(而不是数个月)而不用充电或更换电池至关重要。在睡眠模式中,SoC上仅一部分的组件仍然通电。这个区域在所有的电源模式下总是开启的,组成“Always-On电源域”(即“常开电源域或AON电源域”)。

每一个低功耗SoC架构皆有其特定的Always-On电源域

Always-On电源域嵌入了启动SoC并且将其从睡眠模式唤醒的方法。通常包括控制SoC启动及控制SoC模式转换(如打开/关闭电源域及其相关的时钟与供电电源)的逻辑, 它也嵌入了持续监控唤醒SoC的事件的Always-On触发器,以及与SoC基础架构相关的元件(供电电源、时钟、I/O管脚...等)。

我们专为Always-On电源域优化的一系列完整硅IP产品包括基础IP(Foundation IP)、功能IP(Feature IP)以及架构IP(Fabric IP),以涵盖每个SoC的要求。此外,本公司产品的多元性,如使用厚氧化物晶体管(BIV)设计或可以在近阈值电压(NTV)操作的标准单元库,使得我们可在所选制造工艺中达到特定SoC功耗目标 。

以下介绍的三种示例代表了大多数低功耗SoC的情况,可帮助您了解Dolphin Integration产品所能达到的性能优化,既可以在无需充电或更换电池的情况下达到最长时间的睡眠待机状态,还可以达到最小化硅面积与整体物料成本。
比如,在数据保留模式(retention mode)下的RAM的漏电是功率消耗的主导原因时,通过这样的比较分析,可得出厚氧化物单元库可能不是在睡眠模式达到最低功耗的最佳解决方案的结论。

省电多达55%

仅含RTC

Always-On电源域嵌入一个RTC (5 kgates @ 32 kHz)、PMU逻辑/ACU、两个振荡器以及I/O管脚,以发射和接收来自外界的唤醒事件。这种Always-On电源域有其专属的LDO的,供电电源独立于SoC其它部分。


55 nm uLPeFlash 工艺下的典型结构图

采用Dolphin Integration产品,整体功耗可以低至125nA,与参考电路相比节省55%

省电多达71%

#1 + 电压比较器 + 数据保留存储器

在配置#1基础上添加了一个模拟比较器,用来生成来自模拟信号的唤醒事件, 2 kB SRAM在数据保留模式下电压为0.6 V(最低数据保留电压)。这种Always-On电源域有独立于SoC其它部分的供电电源,并有专属的LDO。根据电源模式,存储器有两种可能的供电电源来源。

55 nm uLPeFlash 工艺下的典型结构图

采用Dolphin Integration的IPs,该方案可以达到291 nA的总体功耗,与参考电路相比节省71%

省电多达77%

#2 + 声音触发器 + 同一电源轨

配置#2加上语音检测功能(ADC+关键词识别的DSP),需要时可以在正常模式下于高频(例如:12 MHz)工作。这种Always-On电源域与核逻辑的其余部分使用相同的电源轨。


55 nm uLPeFlash 工艺下的典型结构图

采用Dolphin Integration的IPs,该方案可以达到45 nA的总体功耗,与参考电路相比节省77%

#2 + 声音触发器 + 同一电源轨

标准配置

海豚集成解决方案

有了WhisperTrigger™,ADC与DSP可被关闭,直到检测到语音活动为止。

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