GPS捕获引擎相干积分中高带宽低功耗SRAM研究与实现

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随着可穿戴设备和物联网(Internet of Things,Io T)的发展,市场对低功耗全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)芯片的需求增大。GNSS模块功耗开销主要集中在捕获引擎上,系统需要对静态随机存储器(Static Random Access Memory,SRAM)进行频繁的存取,而商用编译器生成的SRAM数据带宽和读写功耗难以满足低功耗GNSS需求,限制了整个系统的能效。本文面向GPS捕获引擎中相干积分运算场景,设计实现符合高带宽、低功耗的存储器,提升数据存取的能效。针对目标场景“读后原位写”这一特征,本文提出了“位回写屏蔽”方案,对读出数据和回写数据进行判断,相同数据则不回写,优化位线在回写周期的放电模式,降低了写过程中的动态功耗。针对积分运算对高带宽数据的需求,本文提出读写通用型灵敏放大器设计,在读周期使用多个节拍完成对四列数据的“错峰读”操作,在回写周期使用单灵敏放大器完成对四列数据的“同时写”操作。以单灵敏放大器为核心的读写电路削减了“半选问题”引起的冗余功耗开销,实现了单周期对高带宽数据的读或者写操作,降低了对同容量数据读写操作的功耗,同时降低了瞬态峰值电流。本文在TSMC 28nm工艺下,以全定制的设计方法完成了一款高带宽低功耗SRAM,其容量为256×128bits。仿真结果显示,在TT工艺角、25℃、0.7V工作电压下,本设计在用于GPS捕获引擎相干积分运算过程中时,对于128比特数据进行“读后原位写”操作功耗为3.83p J,相比于传统商用编译器生成的相同容量SRAM降低了78.9%,其带宽扩展为传统的4倍,单片峰值电流为6.97mA。
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