图11: Basic Header-Switch structure and Footer-Switch structure

在电源关断模块有可能要求register对关断前的数据进行锁存或者在电源打开后要求对锁存的数据进行恢复，这就需要特殊的单元Retention-Register。如图12所示，它有两个电源，一个用于模块电源未关断时的工作用电，一个用于模块电源关断时的用电。它还有两个控制信号save和restore，用于控制是否锁存数据或者恢复数据。

图12: Retention-Register

在电源关断模块还有可能需要有些信号线或逻辑长期工作，比如MTCMOS单元的控制信号线，Retention-register的save/restore控制信号，isolation cell的控制信号等。为了实现这种功能，这就需要另外的特殊单元叫always-on cell。如图13所示。

图13 Aways-on单元的应用场合

2.2.3 PG library的准备

除了上述这些特殊单元外，UPF流程的实现还需要用到的logical library（db库）是带PG（Power&Ground）信息的，与传统流程相比要多出下面与PG相关的信息： ? pg_pin 的名称，pg_pin 的类型 (如primary, backup 等)； ? 每个信号管脚(signal pin)与pg_pin的对应关系； ? 每个输出信号管脚中power_down_function的定义； ? 每个pg-pin的电压数值。

有了上述信息，工具就可以根据UPF里面的描述自动地完成电源网络的连接，电源关断电路的验证，基于UPF里面电源状态表的综合和优化，以及最后输出带PG信息的网表的验证等。其直接带来的好处就是使得流程更完整，更简单，更自动化。

由于UPF应用还不是很普及，Foundry及第三方IP提供商目前提供的db库基本上还没有完全更新到带PG信息的版本，所以需要用户在使用前先转换。ICC和DC都提供了转换PG db库的命令：add_pg _pin_to_db，可以将不带PG信息的db库转换成带PG信息的db库。ICC0809以上版本还提供了add_pg

_pin_to_lib命令，可以将不带PG信息的lib库转换成带PG信息的lib库，这样可以更清晰的知道PG库中具体都添加了什么信息。

3. UPF在本芯片设计实现中的应用

本款芯片的设计实现以及验证流程完全采用了如图7中所示的所有Synopsys工具，并且所有实现和验证流程都使用了基于IEEE1801标准Unified Power Format（UPF）的完整技术，成功的完成了从RTL到GDSII的全部过程，并且芯片制造回来成功的完成了功能测试以及低功耗测试。本篇文章着重介绍实现流程中基于UPF的应用，对于验证流程的应用我们不作介绍。在实现过程中我们主要完成了下列工作，如图14所示。

图14: 本芯片实现流程图

? PG library的准备； ? UPF文件的准备；

? 有了UPF以及PG library，先用Design Compiler对RTL 综合，综合后产生的netlist里面就包含了low-power设 计中除了电源关断单元（MTCMOS）之外的所有的特 殊cell，如：level-shifter, isolation cell等等；

? 综合完成后，作了DFT的工作，在这一步骤如果DFT设计中要引入一些特殊单元，工具会自动插入； ? DFT之后我们在IC-Compiler完成了所有的布局布线工作，包括：整体规划(floorplan)，电源关断单元MTCMOS的插 入、布局以及控制信号的连接，电源网络综合和分析，布局，时钟树综合，布线以及最后一些提高良率方面的工作。

? 布局布线完成后，我们还对timing，SI，Power，IR-DROP等进行了Sign-off分析。

? 在流程中经过每一步我们都用formality对包含了UPF的设计作了形式验证，既保证了功能的一致性，也保证了含有低功 耗信息的实现一致性。

下面我们对每一步骤进行详细介绍，其中PG library的准备在2.2章节中已经作了介绍，这里就不再说明。

3.1 本芯片中用到的low power设计意图

在我们最近的这款芯片中，采用了时钟关断（Clock-Gating），多域值电压库（Multi-threshold libraries），电源关断（MTCMOS Power Gating），低电压待机（Low-Vdd Standby）等低功耗技术。

图15和图16分别是芯片电源分区拓扑图和floorplan截图，芯片划分成3个power domain，分别为PD_1、PD_2、PD_TOP。其中PD_1是掉电区，PD_2是降压区，PD_TOP是常开区；PD_2的hierarchy嵌套在PD_1内部，当PD_1掉电时，PD_2可以降压保持数据即可。VDD和VDD_2是芯片外部提供的两个电源，分别提供给PD_TOP和PD_2；而VDD_1是PD_1的内部电源，由VDD经过MTCMOS产生，可以通过控制MTCMOS关断使PD_1掉电。

在进行芯片设计之前，我们要先对芯片的低功耗意图用UPF描述出来，下面的章节做详细的阐述。

图15: 芯片电源分区拓扑图