低功耗isolation cell設計

（一）低功耗isolation cell的目的

低功耗架構設計需要前后端拉通規劃，前端設計有PMU功耗管理單元，比如A模塊電壓常開，B模塊電壓可關斷，那么請思考，當B模塊關斷電壓后，B模塊輸出到A模塊的信號是怎樣的驅動力？會造成什么結果？

后果1：

假如電源的工作電源為1.2V，當B模塊關斷電壓后，B模塊輸出到A模塊的信號(X態)可能為0~1.2V中任意電壓，如果X處在中間電平0.6V，若這個信號送給電壓常開域中的一個反相器，就會導致這個反相器的PMOS和NMOS都導通，就會存在一個短路電流從電源流經PMOS、NMOS再到地，造成功耗浪費。

后果2：

假如電源的工作電源為0~1.2V，那么X態信號可能隨著溫度、電壓等環境因素改變而震蕩，導致常開電壓模塊的邏輯功能出現不可預知的錯誤，甚至引起系統宕機，造成芯片功能的不可靠，芯片上到汽車、飛機上去后，不堪設想。

因此，當A模塊電壓常開，B模塊電壓可關斷，在B模塊關斷電壓后，B模塊輸出到A模塊的信號需要用isolation cell進行電壓鉗位(clamp 0或者clamp 1信號)，這樣就避免了X態的傳播。

也就是說Isolation cell連接的兩端分別是power gated domian和always_on_domain，Isolation_cell的作用就是將power gated domian輸出到always on domain的信號隔離，以防止power gated domian電源關閉后輸入到always on domian的信號出現不確定狀態(如X態等)。

（二）低功耗isolation cell的類型

isolation cell一般有sink side、source side兩種類型。

什么是sink side？

即isolation cell放置于常開電壓域PD_ON，只需要一組電源，推薦使用這種類型，較為簡潔。

什么是source side？

即isolation cell放置在power gated domain(PD_SHUT)里面，但是需要接常開電源(VDDG)供電，保證power gated domain(PD_SHUT)的電壓關閉后，isolation仍能輸出clamp值。這種情況下，isolation cell一般得有兩組電源，分別是primary power(VDD)和 backup power(VDDG)，當VDD關斷后，VDDG就供電，否則isolation誰來供電輸出clamp值呢。

isolation cell的結構（下圖為source side isolation類型）：

（三）低功耗isolation cell的結構

上面介紹了模塊電壓關閉之后，其輸出需要isolation cell進行鉗位的原因，以及isolation cell的兩種類型及兩組電源的需求，通常isolation cell和Level Shifter一起連用，AND和OR門都可以組成一個isolation cell;

AND類型：輸出iso成0；

OR類型：輸出iso成1；

首先看AND類型，EN有效時（置0），輸出Y(isolation)=0，請思考下圖的類型是source類型還是sink類型？

展開與門電路結構如下圖右邊部分，請思考，下圖Y輸出是否和上圖一致？ISO_EN是高有效還是低有效？想通了就很有趣！

isolation實現clampe_0功能

然后我們看OR或門類型：ENB有效，Y就被鉗位為1。

或門展開電路如下圖右邊部分，請思考下圖ISO_EN是1有效嗎？管子是如何工作才能鉗位輸出？鉗位輸出是1嗎？是不是很有趣！

綜上，通常Isolation cell和Level Shifter一起連用，AND和OR門都可以組成一個isolation cell。Isolation可以放在input端，output端或者第三方Voltage Area中，但是考慮到power-on rail的走線，isolation cell自身的功耗，一般還是放在input端比較好，因為放在input端不需要always-on的power。

（四）低功耗isolation cell的UPF語法

set_isolation ISO0_PD_SHUT 指定isolation cell的添加rule，相當于前綴名稱

-domain PD_SHUT 指定添加isolation cell的voltage area

-applies_to input 指定isolation cell在voltage area的input還是output

-diff_supply_only true 指定cell port上是否允許有其他supply

-loacation parent 指定isolation的放置位置，parent代表放在driver pin的父module

-isolation_signal PMU/iso_en 指定isolation cell的isolation 控制信號

-calmp_value 1 指定isolation cell的輸出值