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门控时钟(Clock-gating)

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t60yz|  楼主 | 2023-2-25 00:56 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
门控时钟(Clock-gating):是数字电路设计中常用于低功耗设计的一种设计,数字电路中的功耗可以分为动态功耗和静态功耗两部分,现在的数字集成电路基本都采用CMOS结构,静态功耗几乎很小,主要的功耗来源于动态功耗的消耗,从电路层面来说就是数据的不停翻转,从MOS管层面来看就是由于电平的翻转引起的电容充放电的变化,进而导致动态功耗的增加;在电路正常工作的时候,不可避免的是要产生一定的功耗,但是在电路不工作时候,由于一些电平翻转导致的功耗就是无用的,比如:数字电路中的时钟作为整个电路的驱动源,有着很大的扇出,但是当有的电路不工作时候,我们希望该电路上的时钟停止工作,这样一来,时钟停止了工作,那么减少了电平翻转,自然就降低了电路功耗;我们使用两种办法进行该电路的设计:
Solution one:

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沙发
t60yz|  楼主 | 2023-2-25 00:56 | 只看该作者
本帖最后由 t60yz 于 2023-2-25 00:58 编辑

    方法一:这种通过一个使能信号和逻辑与门和时钟信号相与,产生的输出信号,作为续电路的驱动源。当使能信号为高电平时,时钟源有效,反之时钟源无效。虽然这样设计简单,但是存在很多的问题,由于是使能信号拉低的一瞬间,时钟源信号立马就拉低,这样一来会出现很多的毛刺,如o_clk所示,这样的信号作为驱动下一级电路,可想而知是不可行的;

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板凳
t60yz|  楼主 | 2023-2-25 00:57 | 只看该作者
Solution two:

Solution two(锁存门控)
作者:Maicalsugry https://www.bilibili.com/read/cv9288590/ 出处:bilibili

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地板
t60yz|  楼主 | 2023-2-25 00:59 | 只看该作者

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t60yz|  楼主 | 2023-2-25 00:59 | 只看该作者

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t60yz|  楼主 | 2023-2-25 00:59 | 只看该作者

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t60yz|  楼主 | 2023-2-25 00:59 | 只看该作者
方法二:是一种常用的门控时钟电路的设计办法,首先让使能信号通过一个低电平有效的LATCH,注意,这里是特意使用了Latch,用于存储使能信号,因为使能信号只有在i_clk_50M为低电平时才有效,这样设计的目的是可以消除使能信号恰好在时钟上升沿变化,和时钟信号相与而产生的毛刺。那么这里可以不可以用一个触发器来代替锁存器呢(如下图)?答案是完全可以的,两者可以达到同样的效果,用锁存器的原因是它的面积相比于触发器来讲约小一半; 作者:Maicalsugry https://www.bilibili.com/read/cv9288590/ 出处:bilibili

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t60yz|  楼主 | 2023-2-25 01:00 | 只看该作者

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