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门控电源在低静态功耗设计中的研究与实现的中期报告
门控电源（Gatedpower）技术在低功耗芯片设计中被广泛应用，其可以有效地降低静态功耗，提高芯片整体能效，对于电池续航等方面的表现也有较为显著的改善。本文将介绍门控电源在低静态功耗设计中的研究现状，并以实现案例为例进行分析和探讨。
1.门控电源原理
门控电源技术（GatedPower）是一种动态电源控制技术，通过对电源开关的控制来实现对芯片供电的控制。当芯片处于空闲状态时，控制电路可以将芯片主要电源关闭，只保留其它必要的电源，达到降低功耗的目的。当芯片需要工作时，主要电源被开启，驱动芯片正常运转，能有效降低芯片的静态功耗。
2.门控电源在低静态功耗设计中的研究现状
门控电源技术在低功耗芯片设计中得到了广泛应用，为此，学者们对其进行了深入的研究和探讨。已经有很多论文讨论了门控电源在不同应用场景中的应用及其对芯片整体功耗的影响。
例如在2012年的论文中(1)，作者应用门控电源技术在SD卡控制器芯片中，通过控制芯片静态和动态功耗的分离，提高了芯片整体能效，静态功耗降低超过50%。另外在单片机的设计中，也广泛采用了门控电源技术。例如2007年的论文（2）中，作者通过对A/D转换模块进行功率管理实现低功耗单片机设计，在保证信号采样精度的情况下，提高了芯片能效。
近年来，全球公共卫生事件对人类的经济生活带来了很大的影响，在这个特定时期，门控电源技术也得到了更多的研究关注，例如2020年论文（3）中，作者通过实现一种低功耗5G基带芯片适用于实时大规模物联网的方案，使芯片实现了3.9毫瓦以下的功耗。尽管这些研究提醒我们门控电源技术对于降低静态功耗和提高芯片能效方面的的巨大贡献，但之后也有学者对门控电源的缺点进行了研究。例如2021年的一篇新论文（4），提出了一种优化后的门控电源设计，减少了电源快速开启时的峰值电流，从而实现更低的功耗和更好的信号完整性。
3.门控电源实现案例
以NXPARMCortex-M3LPC1768为例，其引脚图如下：
其中，需要着重考虑控制器的电源是如何开启和关闭的，该单片机的预设值为3.3V。我们可以将单片机的VCC引脚连接到电源开关上，当控制器进入睡眠状态时，电源开关保持关闭状态，当控制器从睡眠状态唤醒时，电源开关被打开，控制器继续执行任务。
4.总结
门控电源技术作为动态电源控制技术，在低静态功耗芯片设计中具有重要的应用价值。其原理简单，应用广泛。因此，在芯片功耗控制、高能效设计和延长电池寿命方面，门控电源技术都可以发挥出重要的作用，并具有很大的发展潜力。今后，应该继续以此为研究方向，为推进低功耗芯片技术的发展作出更多贡献。
参考文献：
1.ChenYX,HeJM,ChuaYC,etal.AMulti-LevelPowerManagementSchemewithGate-DrivenPerformanceScalingforSD/MMCCardControllers,IEEETransactionsonVeryLargeScaleIntegration(VLSI)Systems,2012,20(9):1728-1737.
2.D.Chen,W.Wang,andW.Liu,PowerManagementStrategyforLoweringPowerConsumptionofMCU,IEEETransactionsonVeryLargeScaleIntegration(VLSI)Systems,2007,15(2):117-123.
3.LiuS,PeiL,ZhangB,etal.DesignofaLow-Power5GBasebandProcessorforReal-TimeLarge-ScaleInternetofThings,JournalofSignalProcessingSystems,2020,92(6):1125-1134.
4.ZhaoD,XuY,TianY,etal.OptimizedGatePowerControlAndItsImplementationinDynamicClock-ScaledDesign,JournalofElectronicTest,2021,35(3):413-420.