與前面的各種低功耗Cell一樣，Retention Register內(nèi)部的Shadow Register也是Always On Cell，必須有Always On的供電源。Shadow Register連接到always-on電源上以保證其能夠正常工作。由于是Always On的，所以為了實現(xiàn)低功耗的目標，內(nèi)部的器件多用高閾值的MOS管來實現(xiàn)以降低Power Down模式下的Leakage Power。

Retention Register內(nèi)除了Shadow Register之外，其余的器件均使用可以關斷的電源，為了高性能以及快速恢復數(shù)據(jù)，Main Register可能還會使用低閾值的管子。

Retention Register與常規(guī)的寄存器相比，面積更大，一般要比普通寄存器面積大約20％，如果設計的魯棒性好一些，甚至會大超過50％。但是與其他方案相比，上電后數(shù)據(jù)恢復的速度非常快，且操作也簡單。因此，使用retention register需要特別注意它帶來的額外的面積和功耗。當需要斷電保存的數(shù)據(jù)過多時，retention cell帶來的功耗可能會使整體的low power效果打折扣。

(資料圖片)

QA1

在低功耗設計中retention register，這個寄存器其實包含兩個寄存器，一個叫shadow register的寄存器用always on電源，用于寄存器值的恢復，那么為什么不直接一個普通的寄存器用always on電源呢？這樣不是可以省下一個寄存器嗎？

理論上說可以用普通的register來做，但是實際中需要考慮ISO，僅僅clock，data，reset就需要3個isolation cell。功耗比較高，另外對timing也有影響。

而retention register內(nèi)部就考慮了這些，只要保證進ret的信號是always on就可以，而且進出ret的速度都非常慢，所以對timing 不會有影響。

QA2

retention registers指的是什么寄存器？它與一般的寄存器有什么不同，主要的功能是什么？

retention reg有兩組寄存器，其中一個是shadow寄存器使用的是always on的電源。當power down之前，把主reg的值load到shadow reg，當power up之后，從shadow reg把值load到主reg。因為shadow寄存器只是用來存儲數(shù)據(jù)，所以可以做得比較小，功耗比較低。

使用retention registers會增加額外的leakage，需要配合系統(tǒng)的省電方案使用，同時也會增加額外的面積;

QA3

retention registers看起來多了一個shadow寄存器，似乎費電更多才是，那怎么做到省電的呢？

關鍵就在于，retention registers中的shadow寄存器只消耗很少的電來保存信息，從而使得主寄存器可以完全掉電，從而省電；

QA4

retention registers中主從寄存器兩者的區(qū)別？

主寄存器面積大，工作電壓高，采用的晶體管閾值電壓也低，工作電流大，這樣可以保證該寄存器在正常工作時速度快，負載能力強。

從shadow寄存器，面積相對小一些，采用閾值電壓高的晶體管，其驅(qū)動電壓也會更低。因此，消耗的電量很少。

Liberty retention register,僅供參考

retention registers的lib描述指定了控制數(shù)據(jù)保存和恢復的電源引腳和輸入信號。

指定了哪些電源引腳是正常的并且可以掉電，哪些是用于在掉電期間保持數(shù)據(jù)的常開引腳。

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;...

參考資料

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