低功耗设计之retentionregister

与前面的各种低功耗Cell一样，Retention Register内部的Shadow Register也是Always On Cell，必须有Always On的供电源。Shadow Register连接到always-on电源上以保证其能够正常工作。由于是Always On的，所以为了实现低功耗的目标，内部的器件多用高阈值的MOS管来实现以降低Power Down模式下的Leakage Power。

Retention Register内除了Shadow Register之外，其余的器件均使用可以关断的电源，为了高性能以及快速恢复数据，Main Register可能还会使用低阈值的管子。

Retention Register与常规的寄存器相比，面积更大，一般要比普通寄存器面积大约20％，如果设计的鲁棒性好一些，甚至会大超过50％。但是与其他方案相比，上电后数据恢复的速度非常快，且操作也简单。因此，使用retention register需要特别注意它带来的额外的面积和功耗。当需要断电保存的数据过多时，retention cell带来的功耗可能会使整体的low power效果打折扣。

(资料图片)

QA1

在低功耗设计中retention register，这个寄存器其实包含两个寄存器，一个叫shadow register的寄存器用always on电源，用于寄存器值的恢复，那么为什么不直接一个普通的寄存器用always on电源呢？这样不是可以省下一个寄存器吗？

理论上说可以用普通的register来做，但是实际中需要考虑ISO，仅仅clock，data，reset就需要3个isolation cell。功耗比较高，另外对timing也有影响。

而retention register内部就考虑了这些，只要保证进ret的信号是always on就可以，而且进出ret的速度都非常慢，所以对timing 不会有影响。

QA2

retention registers指的是什么寄存器？它与一般的寄存器有什么不同，主要的功能是什么？

retention reg有两组寄存器，其中一个是shadow寄存器使用的是always on的电源。当power down之前，把主reg的值load到shadow reg，当power up之后，从shadow reg把值load到主reg。因为shadow寄存器只是用来存储数据，所以可以做得比较小，功耗比较低。

使用retention registers会增加额外的leakage，需要配合系统的省电方案使用，同时也会增加额外的面积;

QA3

retention registers看起来多了一个shadow寄存器，似乎费电更多才是，那怎么做到省电的呢？

关键就在于，retention registers中的shadow寄存器只消耗很少的电来保存信息，从而使得主寄存器可以完全掉电，从而省电；

QA4

retention registers中主从寄存器两者的区别？

主寄存器面积大，工作电压高，采用的晶体管阈值电压也低，工作电流大，这样可以保证该寄存器在正常工作时速度快，负载能力强。

从shadow寄存器，面积相对小一些，采用阈值电压高的晶体管，其驱动电压也会更低。因此，消耗的电量很少。

Liberty retention register,仅供参考

retention registers的lib描述指定了控制数据保存和恢复的电源引脚和输入信号。

指定了哪些电源引脚是正常的并且可以掉电，哪些是用于在掉电期间保持数据的常开引脚。

cell(RETENTION_DFF){retention_cell:"ret_dff";area:1.0;...pg_pin(VDDB){voltage_name:VDDB;pg_type:backup_power;}...pin(RETN){direction:input;capacitance:1.0;nextstate_type:data;related_power_pin:VDDB;related_ground_pin:VSSG;retention_pin(save_restore,"1");}pin(Q){power_down_function:"!VDD+VSS";related_power_pin:VDD;related_ground_pin:VSS;direction:output;...

参考资料

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