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Double Switch Configuration - An Advanced CBSO Scheme

IP.com Disclosure Number: IPCOM000028002D
Published in the IP.com Journal: Volume 4 Issue 5 (2004-05-25)
Included in the Prior Art Database: 2004-May-25
Document File: 4 page(s) / 159K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

In den heutigen immer kleiner werdenden CMOS-Technologien wird die statische Verlustleistung zum immer groesseren Problem. Dies liegt an exponentiell anwachsenden Unterschwellstroemen durch sinkende Schwellspannungen und an bislang vernachlaessigbaren Effekten wie Gatetunnelstroemen. Um solche statischen Verluste zu vermeiden, koennen Schaltungsbloecke durch einen so genannten „cut-off-Transistor“ vom Betriebspotenzial getrennt, also abgeschaltet, werden, wenn sie gerade nicht gebraucht werden (Circuit Block Switch Off, CBSO).Nach dem Abschalten hoert jedoch der Leckstrom nicht sofort auf zu fliessen, sondern bleibt noch eine gewisse Zeit bestehen, da sich die Potentiale saemtlicher Knoten des Schaltungsblocks angleichen. Liegt der Schalter zwischen Schaltungsblock und dem Nullpotential, so werden alle Knoten nach dem Abschalten auf ein Potenzial nahe dem Betriebspotential aufladen. Ausserdem benoetigt der Schaltungsblock nach dem Wiedereinschalten etwas Zeit bevor er wieder betriebsbereit ist, da alle inneren Knoten auf demselben Potential liegen und zum Teil erst wieder umgeladen werden muessen, damit sich die Schaltung in einem definierten Zustand befindet. Deshalb muss nicht nur erkannt werden, dass ein bestimmter Block benoetigt wird, sondern es muss auch so rechtzeitig geschehen, dass der Block genug Zeit hat, in den definierten Zustand ueberzugehen.

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S

Double Switch Configuration - An Advanced CBSO Scheme

Idea: Stephan Henzler, DE-Muenchen; Georg Georgakos, DE-Muenchen; Joerg Berthold, DE- Muenchen; Prof. Dr. Doris Schmitt-Landsiedel, DE-Muenchen

In den heutigen immer kleiner werdenden CMOS-Technologien wird die statische Verlustleistung zum immer groesseren Problem. Dies liegt an exponentiell anwachsenden Unterschwellstroemen durch sinkende Schwellspannungen und an bislang vernachlaessigbaren Effekten wie Gatetunnelstroemen. Um solche statischen Verluste zu vermeiden, koennen Schaltungsbloecke durch einen so genannten "cut-off-Transistor" vom Betriebspotenzial getrennt, also abgeschaltet, werden, wenn sie gerade nicht gebraucht werden (Circuit Block Switch Off, CBSO).Nach dem Abschalten hoert jedoch der Leckstrom nicht sofort auf zu fliessen, sondern bleibt noch eine gewisse Zeit bestehen, da sich die Potentiale saemtlicher Knoten des Schaltungsblocks angleichen. Liegt der Schalter zwischen Schaltungsblock und dem Nullpotential, so werden alle Knoten nach dem Abschalten auf ein Potenzial nahe dem Betriebspotential aufladen.

Ausserdem benoetigt der Schaltungsblock nach dem Wiedereinschalten etwas Zeit bevor er wieder betriebsbereit ist, da alle inneren Knoten auf demselben Potential liegen und zum Teil erst wieder umgeladen werden muessen, damit sich die Schaltung in einem definierten Zustand befindet. Deshalb muss nicht nur erkannt werden, dass ein bestimmter Block benoetigt wird, sondern es muss auch so rechtzeitig geschehen, dass der Block genug Zeit hat, in den definierten Zustand ueberzugehen.

Eine genauere Untersuchung des Einschaltvorganges zeigt, dass dieser, abhaengig von der Schaltungsstruktur, mit erheblichen Glitches (mehrmaliges Schalten eines Knotens, was zu Verzoegerungen fuehrt) verbunden ist, die durch viele Faktoren beeinflusst sind und kaum vorherzusagen sind. Diese Glitches fuehren zu einem erhoehten Energieverbrauch und zu einer hoeheren Latenzzeit beim Wiedereinschalten. Eine effiziente Nutzung des CBSO-Verfahrens wird somit erschwert. Es existiert zwar ein Verfahren, welches in der Lage ist, Glitches zu unterdruecken, das aber gleichzeitig aeusserst anfaellig fuer Leckstroeme ist und somit technisch keine Anwendung findet.

Es wird daher vorgeschlagen, zwei Schalter anstatt eines einzigen zu verwenden, die zudem leicht zeitverzoegert angesteuert werden. Diese "Double-Switch-Technik" kann fuer abschaltbare Bloecke verwendet werden, die ihren urspruenglichen Zustand nicht speichern muessen, sondern nach dem Einschalten in einen immer gleichen definierten Z...