專利名稱：Rfid標(biāo)簽芯片時鐘管理單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種RFID標(biāo)簽芯片時鐘管理單元，具體來說，涉及一種能夠控制降低 RFID標(biāo)簽芯片功耗及峰值功耗的RFID標(biāo)簽芯片時鐘管理單元。
背景技術(shù)：
在芯片設(shè)計過程中，隨著工作頻率的提高及系統(tǒng)模塊的擴(kuò)大，芯片總功耗增大帶來了很多負(fù)面影響，它直接導(dǎo)致了嚴(yán)重的散熱問題，極大地限制了系統(tǒng)性能的提升。RFID標(biāo)簽芯片的供電來自閱讀器端持續(xù)提供的感應(yīng)磁場，低功耗的要求更加顯而易見，與此同時，峰值功耗如果過大，會瞬間拉低芯片的工作電壓，使開關(guān)管發(fā)生錯誤翻轉(zhuǎn)， 甚至中斷RFID的通訊過程，導(dǎo)致無法估計的致命錯誤，如何降低平均功耗及峰值功耗，是 RFID標(biāo)簽芯片設(shè)計的關(guān)鍵問題。已有的降低功耗的方法，在電路設(shè)計底層中，是采用提升晶體管的閾值電壓，以減少漏電流，降低靜態(tài)功耗來實現(xiàn)，盡管這種方法可以降低功耗，但由于模塊的工作大部分由前端決定，在RFID標(biāo)簽芯片設(shè)計過程中，電路底層降低功耗的效果很不明顯。在前端設(shè)計過程中，有意識地甄別那些不需要工作的模塊，通過門控時鐘單元迫使其暫停工作，這也是降功耗的方法，但門控時鐘單元只能降低各模塊的平均功耗。在RFID 標(biāo)簽芯片中，很多模塊都同時被觸發(fā)而同時工作，各模塊都會有功耗產(chǎn)生，門控時鐘單元的引入，使得平均功耗降下來了，但峰值功耗依舊降不下來。

發(fā)明內(nèi)容
針對以上的不足，本發(fā)明提供了一種控制降低RFID標(biāo)簽芯片功耗及峰值功耗的 RFID標(biāo)簽芯片時鐘管理單元，它包括對標(biāo)簽芯片的各功能單元的狀態(tài)進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果對各功能單元合理分配時鐘信號的主狀態(tài)機(jī)；用于協(xié)助對輸入的信號進(jìn)行控制的計數(shù)器；對各功能單元的使能信號和系統(tǒng)時鐘信號進(jìn)行例化處理，將例化后的輸出時鐘作為控制各功能單元動作的控制時鐘的門控時鐘單元。所述主狀態(tài)機(jī)對標(biāo)簽芯片的各功能單元的狀態(tài)分析操作包括判斷哪些時刻多個功能單元被同時喚醒，多個操作被同時執(zhí)行；判斷哪些功能單元還不需要用到。所述主狀態(tài)機(jī)將可以停止工作的功能單元的時鐘使能信號置零；將相互獨立的， 但導(dǎo)致寄存器同時翻轉(zhuǎn)的數(shù)個功能單元的操作分離開。所述計數(shù)器將相互獨立的，但導(dǎo)致寄存器同時翻轉(zhuǎn)的功能單元的操作一些提前數(shù)個時鐘時間，一些推后數(shù)個時鐘時間。所述輸入的信號包括標(biāo)志信號、使能信號和系統(tǒng)時鐘信號。本發(fā)明的有益效果RFID系統(tǒng)的輸入信號經(jīng)過本發(fā)明的主狀態(tài)機(jī)進(jìn)行分析處理，將使能信號與時鐘信號一同送入門控時鐘單元進(jìn)行例化，將最后的時鐘輸出分別送至不同模塊。這樣通過該單元對系統(tǒng)時鐘進(jìn)行控制，可以及時關(guān)閉不需要工作的模塊的時鐘， 同時有效地錯開系統(tǒng)各種運算操作產(chǎn)生峰值電流的時刻，進(jìn)而顯著地降低平均功耗及峰值功耗。


圖1為本發(fā)明RFID標(biāo)簽芯片時鐘管理單元的功能框架圖； 圖2為本發(fā)明與RFID標(biāo)簽芯片的整體接口結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明實施例的內(nèi)部信號連接圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步闡述。如圖1所示，本發(fā)明的RFID標(biāo)簽芯片時鐘管理單元包括主狀態(tài)機(jī)、計數(shù)器和數(shù)個門控時鐘單元。如圖2所示，外部射頻信號通過天線的兩個端口輸入到RF模塊，通過RF模塊解調(diào)出時鐘信號與數(shù)據(jù)信號，時鐘信號直接輸入至?xí)r鐘管理單元，數(shù)據(jù)信號通過解碼模塊輸入至主控模塊，主控模塊與存儲器模塊、安全模塊、隨機(jī)數(shù)等模塊通過總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，同時這些模塊的工作狀態(tài)變量作為輸入信號接入至?xí)r鐘管理單元。時鐘管理單元輸出時鐘信號，直接連至各模塊，作為各個模塊的工作時鐘。其中，主狀態(tài)機(jī)對各功能單元(功能模塊)的狀態(tài)進(jìn)行分析，把可以停止工作的模塊的時鐘使能信號置零，同時將獨立的但導(dǎo)致寄存器同時翻轉(zhuǎn)的操作分離開，將各個模塊的使能信號一些提前一兩個時鐘，一些推后一兩個時鐘。主狀態(tài)機(jī)有多個狀態(tài)，依系統(tǒng)具體模塊的多少及操作的數(shù)目而設(shè)定，由于寄存器在時鐘不發(fā)生翻轉(zhuǎn)時可以保持其原來的值， 故時鐘提前或推后一兩個時鐘并不會影響到系統(tǒng)的功能。為了保證系統(tǒng)能夠無錯誤地運行，時鐘管理單元中包括一個計數(shù)器，計數(shù)器連接系統(tǒng)時鐘持續(xù)工作，由于計數(shù)器的電路規(guī)模不大，其帶來的功耗不會大，因為一些狀態(tài)變量不足以正常指示時鐘管理單元的工作，故引入該計數(shù)器，在狀態(tài)機(jī)中用計數(shù)器的值協(xié)助對信號進(jìn)行控制。同時協(xié)助主狀態(tài)機(jī)將相互獨立的，但導(dǎo)致寄存器同時翻轉(zhuǎn)的各功能單元的操作一些提前數(shù)個時鐘，一些推后數(shù)個時鐘。各功能單元的使能信號作為輸入，再通過門控時鐘單元進(jìn)行例化，門控時鐘單元的另一輸入為系統(tǒng)時鐘，其輸出時鐘直接接至各模塊作為模塊的輸入時鐘，各模塊就在該時鐘下工作。本發(fā)明RFID標(biāo)簽芯片時鐘管理單元的工作過程為
首先，對RFID標(biāo)簽芯片的功耗進(jìn)行分析，分析出幾個較大的瞬時峰值功耗產(chǎn)生的時刻，詳細(xì)地記錄其主要功耗的組成，看看其中哪些瞬間多個功能單元被同時喚醒，多個操作被同時執(zhí)行，哪些功能單元還不需要用到。分析后，我們將其中可以停止工作的模塊，以及獨立的可分開的運算操作記錄下來，并把其工作狀態(tài)變量作為輸出送至?xí)r鐘管理單元的輸入端口作為狀態(tài)控制變量。其次，對于兩個可以將其獨立開來的操作的分析例如讀存儲模塊及主控模塊的計算操作，它們在同一時刻進(jìn)行被喚起，這兩個操作一旦一起開始工作瞬間，便會產(chǎn)生極高的峰值電流。但假若我們將這兩個操作分開啟動，例如先進(jìn)行讀存儲器操作，一個時鐘周期后再進(jìn)行計算操作。這樣的話，產(chǎn)生高電流的時刻電流值被一分為二，便大大降低了峰值功耗。具體操作為如圖3所示，我們將讀存儲器操作啟動信號A作為變量輸入時鐘管理單元，在主狀態(tài)機(jī)中，一旦判斷到信號A發(fā)生跳變，從非使能狀態(tài)進(jìn)入使能狀態(tài)，則將標(biāo)志位 FLAG_A清零。一個時鐘后再將標(biāo)志位FLAG_A置位，將FLAG_A與讀存儲器的使能信號EN_ A進(jìn)行與邏輯操作后再輸入到觸發(fā)器的D輸入端，系統(tǒng)時鐘同時通過一個反相器后輸入至觸發(fā)器，作為觸發(fā)器的時鐘。D觸發(fā)器的輸出信號與系統(tǒng)時鐘同時輸入一個二輸入與門，與門輸出結(jié)果作為模塊的時鐘信號直接接至存儲器模塊的時鐘輸入端接入到存儲器中。如此做，則一來存儲器模塊的使能信號較不加入時鐘管理單元是沒有變化的，變化的只有存儲器模塊的時鐘信號，但由于此時FLAG_A為低電平，使得門控時鐘單元的輸出不發(fā)生跳變一個時鐘。在存儲器模塊看來，只不過是時鐘周期被瞬間拉長了一點，等下個周期到來時，存儲器模塊可以正常操作。根據(jù)以上的說明，根據(jù)時鐘管理單元以及門控時鐘單元，各種邏輯操作疊加產(chǎn)生的峰值功耗被分成不同時刻操作產(chǎn)生的功耗，峰值功耗不疊加，可以大幅度降低系統(tǒng)的峰值功耗。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施方式，本發(fā)明并不局限于上述實施方式，在實施過程中可能存在局部微小的結(jié)構(gòu)改動，如果對本發(fā)明的各種改動或變型不脫離本發(fā)明的精神和范圍，且屬于本發(fā)明的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型。
權(quán)利要求
1.一種RFID標(biāo)簽芯片時鐘管理單元，其特征在于，它包括對標(biāo)簽芯片的各功能單元的狀態(tài)進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果對各功能單元合理分配時鐘信號的主狀態(tài)機(jī)；用于協(xié)助對輸入的信號進(jìn)行控制的計數(shù)器；對各功能單元的使能信號和系統(tǒng)時鐘信號進(jìn)行例化處理，將例化后的輸出時鐘作為控制各功能單元動作的控制時鐘的門控時鐘單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求要求1所述的RFID標(biāo)簽芯片時鐘管理單元，其特征在于，所述主狀態(tài)機(jī)對標(biāo)簽芯片的各功能單元的狀態(tài)分析操作包括判斷哪些時刻多個功能單元被同時喚醒，多個操作被同時執(zhí)行；判斷哪些功能單元還不需要用到。
3.根據(jù)權(quán)利要求要求2所述的RFID標(biāo)簽芯片時鐘管理單元，其特征在于，所述主狀態(tài)機(jī)將可以停止工作的功能單元的時鐘使能信號置零；將相互獨立的，但導(dǎo)致寄存器同時翻轉(zhuǎn)的數(shù)個功能單元的操作分離開。
4.根據(jù)權(quán)利要求要求3所述的RFID標(biāo)簽芯片時鐘管理單元，其特征在于，所述計數(shù)器將相互獨立的，但導(dǎo)致寄存器同時翻轉(zhuǎn)的功能單元的操作一些提前數(shù)個時鐘時間，一些推后數(shù)個時鐘時間。
5.根據(jù)權(quán)利要求要求1所述的RFID標(biāo)簽芯片時鐘管理單元，其特征在于，所述輸入的信號包括標(biāo)志信號、使能信號和系統(tǒng)時鐘信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種降低RFID標(biāo)簽芯片功耗和峰值功耗的RFID標(biāo)簽芯片時鐘管理單元，它包括主狀態(tài)機(jī)、計數(shù)器和數(shù)個門控時鐘單元。其中，主狀態(tài)機(jī)對標(biāo)簽芯片的各功能單元的狀態(tài)進(jìn)行分析，判斷哪些瞬間多個功能單元被同時喚醒，多個操作被同時執(zhí)行，哪些功能單元還不需要用到，將可以停止工作的功能單元的時鐘使能信號置零，將相互獨立的，但導(dǎo)致寄存器同時翻轉(zhuǎn)的數(shù)個功能單元的操作分離開；計數(shù)器用于協(xié)助對輸入的信號進(jìn)行控制，并協(xié)助主狀態(tài)機(jī)將相互獨立，但導(dǎo)致寄存器同時翻轉(zhuǎn)的功能單元的操作一些提前數(shù)個時鐘，一些推后數(shù)個時鐘；門控時鐘單元對各功能單元的使能信號和系統(tǒng)時鐘信號進(jìn)行例化處理，將例化后的輸出時鐘作為控制各功能單元動作的控制時鐘。
文檔編號G06K19/073GK102156899SQ20111010360
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月25日
發(fā)明者丁顏玉, 張俊, 王德明, 胡建國, 譚洪舟, 鄭俊輝 申請人:廣州中大微電子有限公司