Optimizing a clock driver

Γάκη Μαρία

Πρόβλημα

Στόχος

Σχεδιασμός των buffers για ελαχιστοποίηση της συνολικής κατανάλωσης ενέργειας.

Περιορισμοί

trise και tfall <1000 psec. tskew < 50 psec. Ο αριθμός των αντιστροφέων μεταξύ του σήματος του ρολογιού εισόδου και του φορτίου πρέπει να είναι ζυγός αριθμός.

Παράμετροι Σχεδιασμού

Vsupply= 2.5V.

trise και tfall του Clkin =0.5 nsec.

Clk 1Ο αριθμός των βαθμίδων (N) που αντιστοιχεί σε (fan out) f=4 προκαλεί τη μικρότερη καθυστέρηση. f=4

F=Cext / Cg = 750Cu/Cu =750 N= lnF / lnf = ln750/ln4 = 4,79 N=4

Ν=4 f=(F)^1/N = (750)^1/4 = 5.23

Cin2 =5.23X Cu

Cin3 =(5.23)^2 X Cu = 27.35X Cu

Cin4 =(5.23)^3 X Cu = 143.05X Cu

Συνολική καθυστέρηση tp = Ntp0(1+f)= =4x20psec x(1+5,23)=498,4 psec

Υπολογισμός βέλτιστου ftp = tp0[(1+ Cin2/Cin1)+(1+Cin3/Cin2)+

(1+Cin4/Cin3)+ (1+CL/Cin4) = =20psec(4+3f+750/f^3)

Θέλουμε αυτή η καθυστέρηση να είναι μέσα στο 10% της καθυστέρησης που βρήκαμε πιο πάνω,δεδομένου ότι έτσι πετυχαίνουμε μικρότερη ενέργεια και ταυτόχρονα μικρότερη καθυστέρηση. tp,min <= tp <= 1.1 tp,min

498.4psec<=20psec(4+3f+750/f^3)<=548.24psec

Υπολογισμός ενέργειαςE= α(ΣC)VDD²=0.5[2(Cin1+ Cin2+ Cin3+ Cin4+ CL)] (2.5)²Υπολογίζω το γινόμενο ενέργειας-καθυστέρησης.

EDP=E x tp’ όπου tp’ είναι o χρόνος

καθυστέρησης με το βέλτιστο fan out.

Clk 2Ο αριθμός των βαθμίδων (N) που αντιστοιχεί σε (fan out) f=4 προκαλεί τη μικρότερη καθυστέρηση. f=4

F=Cext / Cg = 1500Cu/Cu =1500 N= lnF / lnf = ln1500/ln4 = 5.28 N=6

Ν=6 f=(F)^1/N = (1500)^1/6 = 3.38

Cin2 =3.38X Cu

Cin3 =(3.38)^2 X Cu = 11.42X Cu

Cin4 =(3.38)^3 X Cu = 38.61X Cu

Cin5 =(3.38)^4 X Cu = 130.5X Cu

Cin6 =(3.38)^5 X Cu = 441X Cu

Συνολική καθυστέρηση tp = Ntp0(1+f)= =6x20psec x(1+3.38)= 525.6psec

Υπολογισμός βέλτιστου ftp = tp0[(1+ Cin2/Cin1)+(1+Cin3/Cin2)+

(1+Cin4/Cin3)+ (1+Cin5/Cin4)+ (1+Cin6/Cin5)+ (1+CL/Cin6) =

=20psec(6+5f+1500/f^5)Θέλουμε αυτή η καθυστέρηση να είναι μέσα στο 10% της καθυστέρησης που βρήκαμε πιο πάνω,δεδομένου ότι έτσι πετυχαίνουμε μικρότερη ενέργεια και ταυτόχρονα μικρότερη καθυστέρηση. tp,min <= tp <= 1.1 tp,min 525.6psec<=20psec(6+5f+1500/f^5)<=578.16psec

Υπολογισμός ενέργειαςE= α(ΣC)VDD²=0.5[2(Cin1+ Cin2+ Cin3+ Cin4+ Cin5+ Cin6+ CL)] (2.5)²Υπολογίζω το γινόμενο ενέργειας-καθυστέρησης.

EDP=E x tp

όπου tp’ είναι o χρόνος καθυστέρησης με το βέλτιστο fan out.

Clk 3Ο αριθμός των βαθμίδων (N) που αντιστοιχεί σε (fan out) f=4 προκαλεί τη μικρότερη καθυστέρηση. f=4

F=Cext / Cg = 500Cu/Cu =500 N= lnF / lnf = ln500/ln4 = 4,5 N=4

Ν=4 f=(F)^1/N = (500)^1/4 = 4.72

Cin2 =4.72X Cu

Cin3 =(4.72)^2 X Cu = 22.27X Cu

Cin4 =(4.72)^3 X Cu = 105.15X Cu

Συνολική καθυστέρηση tp = Ntp0(1+f)= =4x20psec x(1+4.72)=457,6 psec

Υπολογισμός βέλτιστου ftp = tp0[(1+ Cin2/Cin1)+(1+Cin3/Cin2)+

(1+Cin4/Cin3)+ (1+CL/Cin4) = =20psec(4+3f+500/f^3)

Θέλουμε αυτή η καθυστέρηση να είναι μέσα στο 10% της καθυστέρησης που βρήκαμε πιο πάνω,δεδομένου ότι έτσι πετυχαίνουμε μικρότερη ενέργεια και ταυτόχρονα μικρότερη καθυστέρηση.

tp,min <= tp <= 1.1 tp,min 457.6psec<=20psec(4+3f+500/f^3)<=503.36psec

Υπολογισμός ενέργειαςE= α(ΣC)VDD²=0.5[2(Cin1+ Cin2+ Cin3+ Cin4+ CL)] (2.5)²Υπολογίζω το γινόμενο ενέργειας-καθυστέρησης.

EDP=E x tp’ όπου tp’ είναι o χρόνος

καθυστέρησης με το βέλτιστο fan out.

Clk 4Ο αριθμός των βαθμίδων (N) που αντιστοιχεί σε (fan out) f=4 προκαλεί τη μικρότερη καθυστέρηση. f=4

F=Cext / Cg = 1200Cu/Cu =1200 N= lnF / lnf = ln1200/ln4 = 5.19 N=6

Ν=6 f=(F)^1/N = (1200)^1/6 = 3.25

Cin2 =3.25X Cu

Cin3 =(3.25)^2 X Cu = 10.56X Cu

Cin4 =(3.25)^3 X Cu = 34.32X Cu

Cin5 =(3.25)^4 X Cu = 111.54X Cu

Cin6 =(3.25)^5 X Cu = 362.5X Cu

Συνολική καθυστέρηση tp = Ntp0(1+f)= =6x20psec x(1+ 3.25)= 510psec

Υπολογισμός βέλτιστου ftp = tp0[(1+ Cin2/Cin1)+(1+Cin3/Cin2)+

(1+Cin4/Cin3)+ (1+Cin5/Cin4)+ (1+Cin6/Cin5)+ (1+CL/Cin6) =

=20psec(6+5f+1200/f^5)Θέλουμε αυτή η καθυστέρηση να είναι μέσα στο 10% της καθυστέρησης που βρήκαμε πιο πάνω,δεδομένου ότι έτσι πετυχαίνουμε μικρότερη ενέργεια και ταυτόχρονα μικρότερη καθυστέρηση. tp,min <= tp <= 1.1 tp,min 510psec<=20psec(6+5f+1500/f^5)<=561psec

Υπολογισμός ενέργειαςE= α(ΣC)VDD²=0.5[2(Cin1+ Cin2+ Cin3+ Cin4+ Cin5+ Cin6+ CL)] (2.5)²Υπολογίζω το γινόμενο ενέργειας-καθυστέρησης.

EDP=E x tp’ όπου tp’ είναι o χρόνος

καθυστέρησης με το βέλτιστο fan out.