CN112434773A - 一种多接口芯片低功耗模式的设计方法 - Google Patents

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马千祥
袁永锋
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Abstract

本发明涉及芯片设计领域，且可同时适用于安全和智能接触类卡芯片。由于不同接口的响应速度、传输方式不一，多接口芯片的低功耗模式既要达到低功耗的要求又要能够支持不同的接口应用场景。本发明提出了一种多接口芯片低功耗模式的设计方法。芯片在进入低功耗模式时系统检测当前各个接口的状态，根据当前接口状态和接口响应速度要求的不同，芯片可控制为正常工作模式或进入完全低功耗模式或进入低功耗等待模式；芯片在低功耗模式下接收到接口请求后进行对应的硬件操作后判断并决定芯片是否进入正常工作模式或保持低功耗等待模式/完全低功耗模式，或由完全低功耗模式进入低功耗等待模式，或由低功耗等待模式重新进入完全低功耗模式。

Description

一种多接口芯片低功耗模式的设计方法
技术领域
本发明涉及数字芯片设计领域，特别适用于安全和智能卡芯片低功耗设计的一种方法。
背景技术
随着社会和科技的不断发展进步，安全芯片和智能卡芯片在很多领域得到了广泛的应用，在银行、社保、身份证、公交以及身份识别等领域得到了普及和推广。但随着市场需求的不断变化，对芯片提出了更高的性能要求，芯片在满足更多接口应用的同时又需保持较低的功耗消耗。因此，需要有一种兼顾多接口应用和低功耗要求的芯片来满足这种需求。
本发明提出了一种能够支持多接口的芯片低功耗设计方案，芯片包含有正常工作模式，完全低功耗模式和低功耗等待模式，支持接口暂停状态、接口快速响应和一主多从应用下的接口地址匹配唤醒等。
发明内容
(1)发明目的
解决同时满足芯片对接口暂停/接口快速响应、一主多从应用下的接口地址匹配唤醒的需求与芯片低功耗需求的问题。应用本发明可使芯片能够兼顾多接口请求响应和最大限度低功耗的需求。
(2)技术方案
如图1所示，该多接口芯片低功耗设计方案包含有正常工作模式、低功耗等待模式和完全低功耗模式等三种功耗状态，同时具有A/B/C/D四种不同类型的外设接口，每个接口的启动方式，传输状态/模式各有不同。
该多接口芯片可根据当前的接口传输状态在正常工作模式、低功耗等待模式和完全低功耗模式之间进行双向跳转，满足接口应用的同时实现芯片功耗的最小化。
其工作原理如下：
如图1所示，B接口传输速度可在10MHz/s以上，该接口在发出传输请求后无需接收slave应答就会马上发送数据，这就要求芯片需能够快速地响应该接口请求，在接收到接口请求后能够立即接收该接口数据，否则可能会丢失数据。
在低功耗等待模式下，芯片可保留B接口对应的接收功能单元，同时为了降低功耗可关闭其他非必要功能单元。当有B接口唤醒信号到来，芯片可以在接受接口请求并接收接口数据的同时唤醒芯片由低功耗等待模式进入正常工作模式，以便芯片唤醒后对接收的接口数据进行对应的处理和响应。
如图1所示，A接口在传输过程中会处于暂停状态，且随时可能重新继续传输或者结束此次传输，即要求芯片能够实时地检测当前接口的状态并和接收该接口数据。
在低功耗等待模式下，芯片可保留A接口对应的检测接收功能，同时为了降低功耗可关闭其他非必要功能单元。当该接口由等待状态重新发起传输时，芯片可以立即检测到传输信号并接收接口数据；当芯片检测到接口发出结束传输的信号后，芯片将关闭A接口对应的检测接收功能，进一步降低芯片功能，同时芯片将由低功耗等待模式进入完全低功耗模式。
如图1所示，C接口可支持一主多从应用下的地址匹配唤醒，一般地当C接口唤醒信号到来时芯片可由完全低功耗模式直接接入正常工作模式。为了降低功耗，避免芯片被主机对其他从设备的C接口传输请求频繁唤醒芯片导致功耗消耗和浪费，在完全低功耗状态下接收到C接口传输请求后使芯片由完全低功耗状态进入低功耗等待状态，仅开启接收C接口数据接收功能。芯片接收到C接口地址帧后判断地址是否匹配，若地址匹配则将继续唤醒芯片进入正常工作模式，否则关闭C接口数据接收功能，进一步降低功耗，使芯片重新进入低功耗等待模式。
如图1所示，芯片在当前无接口请求/传输时且无快速唤醒要求时，可由正常低功耗模式直接进入完全低功耗模式，快速降低芯片功耗，当有A/B/D类接口唤醒信号时，芯片则由完全低功耗状态进入正常工作模式。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图作简单地介绍。
图1表示本发明的低功耗模式设计方案的结构示例图
图2表示本发明低功耗模式设计方案中正常工作模式切换到低功耗等待模式的功耗波形。
图3表示本发明低功耗模式设计方案中完全低功耗模式切换到正常工作模式的功耗波形。
图4表示本发明低功耗模式设计方案中正常工作模式切换到低功耗等待模式，低功耗等待模式切换到完全低功耗模式的功耗波形。
图5表示本发明低功耗模式设计方案中完全低功耗模式模式切换到低功耗等待模式，低功耗等待模式切换到正常工作模式的功耗波形。
图6表示基于本发明结构的一个具体实施例
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的一种多接口芯片低功耗模式的设计方案的具体实施方式作进一步详细描述。
如图6所示，芯片在正常工作模式下在所有接口空闲且无SPI接口快速响应要求时，芯片按照一定顺序关闭系统和各个子模块的时钟，进入到完全低功耗模式，该模式下芯片功耗降到最低。芯片硬件在检测到外部7816/SPI/SWP接口请求时会按照一定顺序恢复系统和各个子模块的工作时钟，最终切换到正常工作模式，实际应用中完全低功耗模式切换到正常工作模式的唤醒消耗的时间会比低功耗等待模式切换到正常工作模式时间要长。如图2和图3所示，可以看到正常工作模式和完全低功耗模式之间切换的功耗变化情况。
如图1所示，芯片在正常工作模式下在SWP接口暂停或且SPI接口快速响应要求时，芯片保留SWP/SPI接口模块和系统时钟，关闭其他子模块的时钟，进入到低功耗等待模式，在该模式下芯片功耗相比正常工作模式有所降低，当有任一接口请求时芯片恢复其他子模块的时钟，由低功耗等待模式切换到正常工作模式。在低功耗等待模式下，此时若所有接口空闲且无SPI接口快速响应要求或一主多从应用下，I2C接口地址不匹配时，芯片会逐步关闭系统和当前未关闭的接口模块时钟，由低功耗等待模式进入到完全低功耗模式。如图4和图5所示，可以看到正常工作模式、低功耗等待模式和完全低功耗等待模式之间的功耗变化情况。
如图1所示，一主多从应用下，芯片在完全低功耗模式下在有I2C接口请求时芯片将恢复I2C接口模块时钟和系统时钟，进入到低功耗等待模式进行地址匹配，若地址匹配则芯片继续恢复其他子模块时钟，由低功耗等待模式快速唤醒，切换到正常工作模式；若地址不匹配则芯片将重新关闭系统和I2C接口模块时钟，由低功耗等待模式重新进入完全低功耗模式。如图4和图5所示，可以看到正常工作模式、低功耗等待模式和完全低功耗等待模式之间的功耗变化情况。

Claims (5)

1.一种多接口芯片低功耗模式的设计方法，其特征在于，该设计方法包含正常工作模式(S1)、低功耗等待模式(S2)和完全低功耗模式(S3)三种芯片不同的功耗状态；其中：芯片正常工作模式(S1)下在所有接口空闲且无B接口快速响应要求时可进入完全低功耗模式(S3)，在A接口暂停或B接口快速响应要求下可进入低功耗等待模式(S2)；低功耗等待模式(S2)在有接口请求时可快速唤醒进入正常工作模式(S1)，在所有接口空闲或其他接口空闲，支持C接口一主多从应用下，C接口地址不匹配时可进入完全低功耗模式(S3)；完全低功耗模式(S3)在有A/B/D接口请求时跳转进入正常工作模式(S1)，一主多从应用下，在有C接口请求时进入低功耗等待模式(S3)。
2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述低功耗等待模式(S2)下支持A接口暂停状态并支持速唤醒以及在所有接口变为空闲时进入所述完全低功耗模式(S3)。
3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，支持所述低功耗等待模式(S2)下B接口快速响应要求，若无快速响应要求且所有接口空闲状态时由所述正常工作模式(S1)进入所述完全低功耗模式(S3)。
4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述支持C接口一主多从应用下，所述低功耗等待模式(S2)下C接口地址匹配唤醒，若地址匹配则芯片唤醒，进入所述正常工作模式(S1)；不匹配则重新进入所述完全低功耗状态(S3)。
5.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述低功耗等待模式(S2)下检测到当前所有接口(包括A/B/C/D接口)空闲时可进入所述完全低功耗模式(S3)。
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