A Novel High-speed CMOS Level-Up/Down Shifter Design for Dynamic-Voltage/Frequency-Scaling Algorithm

We proposed a new High-speed CMOS Level Up/Down Shifter circuits that can be used with Dynamic Voltage and Frequency Scaling(DVFS) algorithm, for low power system in the SoC(System-on-Chip). This circuit used to interface between the other voltage levels in each CMOS circuit boundary, or between multiple core voltage levels in a system bus. Proposed circuit have advantage that decrease speed attenuation and duty ratio distortion problems for interface. The level up/down shifter of the proposed circuit designed that operated from multi core voltages$(0.6\sim1.6V)$ to used voltage level for each IP at the 500MHz input frequency The proposed circuit supports level up shifting from the input voltage levels, that are standard I/O voltages 1.8V, 2.5V, 3.3V, to multiple core voltage levels in between of $0.6V\sim1.6V$, that are used internally in the system. And level down shifter reverse operated at 1Ghz input frequency for same condition. Simulations results are shown to verify the proposed function by Hspice simulation, with $0.6V\sim1.6V$ CMOS Process, $0.13{\mu}m$ IBM CMOS Process and $0.65{\mu}m$ CMOS model parameters. Moreover, it is researched delay time, power dissipation and duty ration distortion of the output voltage witch is proportional to the operating frequency for the proposed circuit.

Dynamic-Voltage/Frequency-Scaling 알고리즘에서의 다중 인가 전압 조절 시스템 용 High-speed CMOS Level-Up/Down Shifter

SoC(System-On-Chip) 시스템에서 초 저전력 시스템을 구현하기 위한 dynamic voltage and frequency scaling (DVFS)알고리즘에 사용될 시스템 버스의 다중 코어 전압 레벨을 생성해주는 새로운 다계층(multi-level) 코어 전압용 high-speed level up/down Shifter 회로를 제안한다. 이 회로는 내부 회로군과 외부 회로군 사이에서 서로 다른 전압레벨을 조정 접속하는 I/O용 level up/down shifter interface 회로로도 동시에 사용된다. 제안하는 회로는 인터페이스 접속에서 불가피하게 발생하는 속도감쇄와 Duty Ratio 불안정 문제를 최소화하는 장점을 갖고 있다. 본 회로는 500MHz의 입력 주파수에서 $0.6V\sim1.6V$의 다중 코어 전압을 각 IP들에서 사용되는 전압레벨로, 또는 그 반대의 동작으로 서로 Up/Down 하도록 설계하였다 그리고 제안하는 I/O 용 회로의 level up shifter는 500MHz의 입력 주파수에서 내부 코어 용 level up shifter의 출력전압인 1.6V를 I/O 전압인 1.8V, 2.5V, 3.3V로 전압레벨을 상승 하도록 설계하였으며, level down shifter는 반대의 동작으로 1Ghz의 입력 주파수에서 동작하도록 설계하였다. 시뮬레이션 및 결과는 $0.35{\mu}m$ CMOS Process, $0.13{\mu}m$ IBM CMOS Process 와 65nm CMOS model 변수를 이용한 Hspice를 통하여 검증하였다. 또한, 제안하는 회로의 지연시간 및 파워소모 분석과 동작 주파수에 비례한 출력 전압의 Duty ratio 왜곡에 대한 연구도 하였다.