SoC设计方法与实现 教案-教学设计1、2 全异步电路设计、低功耗设计

《设计方法与实现》教学设计SoC对应章节全异步电路设计

7.2掌握亚稳态的基本概念和产生原因；

1.教学目标掌握异步控制信号的同步和实现

2.RTL教学重点异步信号与同步电路交互的基本方法教学难点异步控制信号的同步教学方法与手段讲授、板书和幻灯片相结合教学进程中师生互教师与学生一起讨论对异步信号进行同步的基本方法动教学内容时间安排

1.导入5分钟通过回顾之前数字逻辑电路设计或集成电路设计课程中讲解的有关异步电路的基本概念、异步电路和同步电路的区别，引入本章节要介绍的关于异步电路设计的相关问题

2.目标5分钟给出本次课的学习目标，要求大家掌握异步电路设计的基本概念；

1.掌握异步信号与同步电路交互的基本方法；

2.掌握异步控制信号的同步和实现

3.RTL测分钟45课前要求同学提前预习本章节中有关异步电路基本原理以及优缺点开始正式讲解本章内容前，通过判断难题和选题题形式进行前测，了解学生对基本概念的掌握情况根据前测结果对教学内容和进度进行微调，如果平均准确度低于则需要多花分钟对异步电路的基本概念进行回顾前测题题目85%,5-10如下判断题

1.异步设计跟同步设计最大的不同就是它的电路中的数据传输可以在任何时候发生，电路中没有一个全局的或局部的控制时钟多选题

2.下面关于异步电路设计描述正确的是o异步电路因为使用握手信号进行模块间的通信，模块互连后的功能不会受各个模块内部延A.时的影响，更不需要重新修改模块设计异步电路使用握手信号进行通信，电路的延迟只会影响工作速度，不会影响电路行为，电路B.的物理设计比较简单，并且对工艺偏差不敏感异步电路的性能由电路的平均延迟决定，理论上比同步电路可以达到更高的速度C.异步电路则由数据驱动，仅在需要处理数据时才消耗能量，具有低功耗的潜力D.章节内容讲授分钟

4.20首先通过如图所示的波形图，介绍亚稳态产生的原因如图所示，如果异步信号的

1.1adat下降沿正好发生在时钟的上升沿附近，这样就违反了触发器的建立时间或保持时间，从bclk而第个触发器锁定了一个不确定的值，这个值可以是也可以是更有可能是一个物理上的21,0,不定态无效电平的状态这种违反了触发器保持或建立时间且使触发器锁存到一个无效x——电平的状态称作亚稳态现象图亚稳态示意图1然后，如下图所示，讲解通过同步器解决亚稳态的方法异步信号只有

2.2在经过目的时钟域的两级触发器采样后，才会对目的时钟域的后续电路起作用这样的由双触发器构成的异步信号采样逻辑被称作同步器Synchronizero如图所示，虽然第一级触发器在采样异步信号的时候可能进入亚稳态，2bdatl但是经过一个时钟周期的延时，当第二级触发器采样其输出端信号时，bdat2它已经回复到一个有效电平的稳定状态，从而第二级触发器不会再出现亚稳态，从而防止了亚稳态在整个电路中传播dat2一\一亚稳态现象消除图亚稳态现象的解决办法2最后，讲解快时钟同步慢时钟域下的异步控制信号和慢时钟同步快时钟域

3.下的异步控制信号的代码，分别如图和图所示在讲解过程中RTL34引导学生，和学生一起讨论两种情况下的实现方案HDLIl1|||cik.fsi/UWVUWWA|I1IfI，|||ci原始的控制信号处理后的控制信号a b图快时钟同步慢时钟信号示意图3图慢时钟同步快时钟信号示意图4后测分钟

5.5通过发布小测验，检验学生课上学习情况，题目如下请简要说明亚稳态出现的原因以及避免亚稳态在电路中传播的方法

1.请简述常见的异步控制信号的同步方法

2..总结6分钟5对本节课堂教学内容进行总结，并布置作业课堂总结回顾亚稳态产生的原因和解决办法

1.梳理异步控制信号的同步方法

2.布置作业采用实现异步控制信号的同步处理

3.Verilog HDL《设计方法与实现》教学设计SoC对应章节低功耗设计1L1〜1L4掌握功耗的基本类型；

1.教学目标掌握常见的低功耗设计技术

2.教学重点中的低功耗设计技术SoC教学难点中的低功耗设计技术SoC教学方法与手段讲授、板书和幻灯片相结合教学内容时间安排导入分钟

1.5通过讲解数据中心和移动终端这两种当前常见的基础设施中存在的严IT重功耗问题，使学生理解进行低功耗设计的必要性和重要性，从而引出本章节的相关授课内容

2.目标5分钟给出本次课的学习目标，要求大家理解功耗的类型和产生原因；

1.掌握常见的低功耗设计方法；

2.分钟20节内容讲授3首先给出动态功耗的基本概念，它是由翻转电流和短路电流引起的功耗其

1.中，翻转电流引起的功耗称为翻转功耗，短路电流引起的功耗称为短路功耗通过图推导动态功耗的计算公式，1「《汕⑺山二唯・人以，并分析公式中各组成部分含义=7,MJ PJ2匕D----0开关电流,[嗫tin-------------------------------------------------------------------------------------------------------------短路电流MLv L1r nrload图电路中的动态电流1CMOS然后，给出静态功耗的概念，它主要是由漏电流引起的功耗，其中漏电流由以下几部分组

2.成PN结反向电流I],源极和漏极之间的亚阈值漏电流L，栅极漏电流13,栅极和衬底之间的隧道漏电流如图所示警惕啊功耗的计算公式为々14,2eakge=%DLeak°\栅极/源极\，/漏极图漏电流2最后，讲解常见的低功耗设计方法，包括工艺优化、电压优化、门控时钟优化、门级优

3.化此外，讲授如何在中通过软硬件结合的方法达到降低低功耗的目的SoC分钟10后测

5.通过发布小测验，检验学生课上学习情况，题目如下下列有关功耗的叙述正确的是多选题

1.o电路的功耗由静态功耗和动态功耗两部分组成A.CMOS负载电容充放电时引起的功耗，称为动态功耗B.漏电流引起的功耗，称为静态功耗C.动态功耗又可进一步细分为翻转功耗和短路功耗D..请画出门控时钟的结构，并简述其工作原理2分钟

5.总结6对本节课堂教学内容进行总结，并布置作业课堂总结回顾工艺下的功耗种类和各自产生的原因

1.CMOS梳理常见的低功耗设计技术，并概述各自的优缺点和适用范围

2.分钟5分钟5。