數字電源閘控的集成電路及方法技術

一種數字電源閘控的集成電路及方法。該數字電源閘系統，執行電源閘控，用以將一閘控供給總線的電壓減少至一狀態保留電壓電平，狀態保留電壓電平維持一功能電路的一數字狀態，并減少漏電流。數字電源閘系統包括多個閘控裝置及一電源閘控系統。每一閘控裝置具有多個電流端以及一控制端。電流端耦接于整合供給總線與閘控供給總線之間。控制端由一數字控制數值的位控制。電源閘控系統連續地調整數字控制數值，用以將閘控供給總線的電壓減少至狀態保留電壓電平。調整增益和/或調整周期可能被改變，如在數字控制數值達特定數值或是在閘控供給總線的電壓達特定電壓電平。在特定結構中，藉由編程許多參數，用以達到調整的功能。

【技術實現步驟摘要】
數字電源閘控的集成電路及方法
本專利技術涉及一種電源閘控，特別涉及一種數字化地控制一電路的一閘控供給電壓，該電路包括快速且平緩地調降供給電壓，調降的供給電壓足以使該電路維持本身的狀態并減少漏電流，并在恢復操作下，快速且平緩地增加供給電壓。
技術介紹
互補式MOS(COMS)電路消耗較少的功率，并且相較于其它型式的集成電路更為密集，故CMOS技術變成數字電路中主要的類型。CMOS電路具有N型通道的裝置(NMOS)與P型通道的裝置(PMOS)的組合或是多個晶體管，根據設計、尺寸、材料及工藝的不同，每一晶體管的柵極與源極間具有一相對應的臨界電壓。集成電路的設計及制造技術減少了操作電壓及裝置尺寸。當裝置尺寸及電壓電平減少時，每一裝置的通道長度及氧化層厚度都會被減少。制造過程中，若改變柵極材料時，可降低臨界電壓，但卻會增加漏電流。漏電流是指當柵極與源極間的電壓小于CMOS裝置的臨界電壓時，漏極與源極間的流動電流。在已知的動態環境架構中，漏電流造成總功率損耗的15％～30％。在特定的時間周期中和/或在特定的情況下，CMOS電路或CMOS電路的局部電路可能不需正常工作，因而被閑置。由于流動的漏電流消耗寶貴的功率，因此，若維持全電源予閑置的電路實在是浪費且沒有效率。對于CMOS技術而言，藉由減少CMOS裝置的基極(bulk)電壓或是基體(body)連接的電壓，可減少漏電流。然而對于目前的40nm及28nm的CMOS技術而言，已知的方法無法有效地減少漏電流。
技術實現思路
本專利技術提供一種數字電源閘系統，控制一功能電路的一供給電壓，用以將該功能電路的供給電壓降至一狀態保留電平，用以在維持功能電路的一數字狀態下，減少漏電流。功能電路可為任意型式，如一微處理器內核…等等。一集成電路具有一非閘控(或整合)供給總線以及一閘控供給總線。閘控供給總線提供閘控供給電壓。數字電源閘系統具有多個閘控裝置以及一電源閘控系統。每一閘控裝置具有一電流端對以及一控制端。電流端對耦接整合供給總線及閘控供給總線。每一控制端由一數字控制數值的至少一位所控制。每一控制位控制該等閘控裝置的一相對應部分。電源閘控系統連續性地調整數字控制數值，執行電源閘控，用以降低閘控供給總線的電壓至狀態保留電壓電平，狀態保留電壓電平可保留該功能電路的一數字狀態，用以減少漏電流。在一可能實施例中，數字控制數值的一位控制許多閘控裝置，而其它位為二進制加權。電源閘控系統可能包括一數字調整器。數字調整器在每一連續性的調整周期中，整合一數字調整數值與數字控制數值，用以減少閘控供給總線的電壓，直到閘控供給總線的電壓等于狀態保留電壓電平。在電源閘控下，數字調整數值維持一固定增益。舉例而言，數字調整數值為數字調整數值的一位移結果，數字調整數值接著被整合在目前的數字控制數值中，用以更新數字控制數值。在電源閘控下，調整數字調整數值，用以更新增益，例如當數字控制數值達特定預設數值或是當閘控供給總線的電壓達特定電壓臨界值時。一電壓補償器將閘控供給總線的電壓與至少一臨界電壓電平比較。臨界電壓電平包括狀態保留電壓電平。在電源閘控下，調整調整率，如在數字控制數值達特定數值或是當閘控供給總線的電壓達特定電平。舉例而言，當閘控供給總線的電壓達一最終電壓電平時，調整率可能會被降低。可利用一時鐘信號控制調整率。一時鐘控制器產生一時鐘信號，并改變時鐘信號的周期，用以控制調整率。舉例而言，時鐘信號的周期開始在一較低數值(用以增加調整率)，然后增加時鐘信號的周期，用以在電源閘控下，減慢閘控供給總線的電壓的改變速度。根據許多系數或是臨界值，調整時鐘信號的周期。在一可能實施例中，根據數字控制數值本身，調整時鐘信號的周期。舉例而言，在電源閘控下，數字控制數值會被減少，針對特定的預設條件或是可編程數字控制數值，時鐘信號的周期會被增加。根據閘控供給總線的電壓的電壓臨界值，調整時鐘信號的周期。舉例而言，當閘控供給總線的電壓達特定電壓臨界電平時，調整時鐘信號的周期(如增加周期)，用以控制閘控供給總線的電壓的改變率，特定電壓臨界電平大于狀態保留電壓電平。許多控制系數可能為可編程。臨界電壓的數量可為任意值，并且根據特定的架構，可使用任意數量的臨界電壓。至少一比較器將閘控供給電壓(如VDD1)與任意數的臨界電壓進行比較，用以調整操作，如調整增益(用以控制調整量)和/或調整時鐘周期(用以控制調整率)。可編程的保險絲或掃描數值…等等可用以調整相對應的操作系數及數值，用以控制電源閘控功能。舉例而言，一差異數值和/或加總數值可在電源閘控或恢復操作下，調整數字控制數值(也就是增益)。可能編程額外的時鐘位移數值，用以在電源閘控下，調整時鐘周期。在一實施例中，一集成電路具有至少一功能方塊，每一方塊具有一電壓供給輸入端以及一數字電源閘系統。每一電壓供給輸入端耦接一相對應的閘控供給總線。每一數字電源閘系統控制閘控供給總線的供給電壓。每一閘控裝置可以一合適的方法所實現，如一PMOS或NMOS晶體管…等等。集成電路可能包括一電源控制器。電源控制器令一功能方塊進行一閑置模式，并關閉功能方塊的一時鐘信號，并觸發一閘控信號，用以使該電源閘控系統將閘控供給總線提供給功能方塊的電壓減少至一狀態保留電壓電平。在另一可能實施例中，提供一方法，用以對一供給電壓進行電源閘控，供給電壓提供給一功能方塊。該方法包括，提供一數字控制數值，用以控制一非閘控供給總線與一閘控供給總線之間的許多電流裝置；觸發數字控制數值，用以控制電流裝置的一部分，用以在全電源模式中，將閘控供給總線的電壓箝制成非閘控供給總線的電壓；以及根據一閘控信號，并藉由周期性地調整數字控制數值的大小，用以執行電源閘控，直到閘控供給總線的電壓達一狀態保留電壓電平，在維持功能方塊的一數字狀態時，可減少漏電流。上述方法包括對數字控制數值的部分位進行二進制加權(binarilyweighting)。上述方法包括比較閘控供給總線的電壓與多個臨界電壓。上述方法可能包括周期性地整合數字控制數值與一數字調整數值。上述方法可能包括提供數字控制數值以作為數字控制數值的一位移結果。上述方法可能包括比較閘控供給總線的電壓與至少一臨界電壓；從數字控制數值的多個位移結果中，選擇一個作為第一數字調整數值；以及當閘控供給總線的電壓達至少一臨界電壓時，選擇數字控制數值的另一不同的位移結果。上述方法可能包括，當數字控制數值達一預設數值時，選擇數字控制數值的另一不同位移結果。上述方法包括比較閘控供給總線的電壓與至少一臨界電壓。上述方法包括提供一時鐘信號，用以控制數字控制數值的調整。上述方法包括令時鐘信號具有一初始周期，并在閘控供給總線的電壓達每一臨界電壓時，改變時鐘信號的周期，或是在數字控制數值達每一預設數值時，改變時鐘信號的周期。上述方法包括將數字控制數值的部分位轉換成多個周期調整數值，并在周期調整數值變成一特定電平時，改變時鐘信號的周期。如果需要，可使用全電源閘控。為了將電壓從全電源閘控操作下恢復至正常操作下時，可使用恢復操作。許多的恢復功能可被編程，如恢復增益、恢復完成、恢復時鐘周期控制…等等。舉例而言，在恢復時鐘周期中，選擇一固定的恢復時鐘。在電源閘控操作下，位移非閘控供給電壓供給，以完成整合電壓位移補償。非閘控整全供給電壓的電平可能造成一未本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種數字電源閘系統，用以控制閘控供給總線的電壓，該閘控供給總線耦接功能電路的供給電壓輸入端，該功能電路與整合供給總線的電壓有關，該數字電源閘系統包括：多個閘控裝置，每一閘控裝置具有一電流端對以及一控制端，該電流端對耦接該整合供給總線及該閘控供給總線；電源閘控系統，控制數字控制數值，其中該數字控制數值包括多個位，該數字控制數值的每一位用以控制所述閘控裝置的至少一控制端，用以致能所述閘控裝置中的相對應的閘控裝置；以及其中該電源閘控系統連續性地調整該數字控制數值，執行電源閘控，用以降低該閘控供給總線的電壓至狀態保留電壓電平，在保留該功能電路的數字狀態時，減少漏電流。

【技術特征摘要】
2013.06.05 US 61/831,544;2014.01.22 US 61/930,356;1.一種數字電源閘系統，用以控制閘控供給總線的電壓，該閘控供給總線耦接功能電路的供給電壓輸入端，該功能電路與整合供給總線的電壓有關，該數字電源閘系統包括：多個閘控裝置，每一閘控裝置具有一電流端對以及一控制端，該電流端對耦接該整合供給總線及該閘控供給總線；電源閘控系統，控制數字控制數值，其中該數字控制數值包括多個位，該數字控制數值的每一位用以控制所述閘控裝置的至少一控制端，用以致能所述閘控裝置中的相對應的閘控裝置；以及其中該電源閘控系統連續性地調整該數字控制數值，執行電源閘控，用以降低該閘控供給總線的電壓至狀態保留電壓電平，在保留該功能電路的數字狀態時，減少漏電流，其中一電源控制器令該功能電路進入閑置模式，并以令該電源閘控系統將該閘控供給總線的電壓降低至該狀態保留電壓電平。2.如權利要求1所述的數字電源閘系統，其中該數字控制數值的所述位為二進制加權(binaryweighted)。3.如權利要求1所述的數字電源閘系統，其中該電源控制器令該功能電路進入閑置模式，關閉功能性時鐘并觸發閘控信號，該功能電路接收該功能性時鐘，該閘控信號令該電源閘控系統根據一參考電壓，降低該閘控供給總線的電壓至該狀態保留電壓電平。4.如權利要求1所述的數字電源閘系統，其中該電源閘控系統包括一數字調整器，在多個連續調整周期的每一個后，該數字調整器藉由整合一數字調整數值與該數字控制數值，減少該閘控供給總線的電壓。5.如權利要求4所述的數字電源閘系統，其中該數字調整器周期性地調整該數字調整數值，用以在連續調整周期中，維持一固定增益。6.如權利要求4所述的數字電源閘系統，其中該數字調整數值為該數字控制數值的目前數值的位移結果。7.如權利要求4所述的數字電源閘系統，其中該數字調整器周期性地調整該數字調整數值的調整率及大小，用以避免無法達到該狀態保留電壓電平。8.如權利要求4所述的數字電源閘系統，其中當該閘控供給總線的電壓朝該狀態保留電壓電平而減少時，該數字調整器增加所述連續調整周期的持續時間，并且減小該數字調整數值。9.如權利要求1所述的數字電源閘系統，還包括：電壓比較器，用以比較該閘控供給總線的電壓與多個臨界電壓，所述臨界電壓包括預設臨界電壓，該預設臨界電壓表示該狀態保留電壓電平；以及其中該電源閘控系統包括一時鐘控制器，該時鐘控制器改變一時鐘信號的周期，當該閘控供給總線的電壓達到至少一預設電壓電平時，該時鐘信號控制調整時間，該預設電壓電平大于該狀態保留電壓電平。10.如權利要求1所述的數字電源閘系統，其中該電源閘控系統包括時鐘控制器，該時鐘控制器改變一時鐘信號的周期，當該數字控制數值等于一預設電壓電平時，該時鐘信號控制調整時間。11.如權利要求1所述的數字電源閘系統，其中該電源閘控系統包括增量調整器，該增量調整器從該數字控制數值的多個不同位移結果中選擇一個，用以作為該數字調整數值，并且當該數字控制數值到達一預設數值時，該增量調整器從所述不同位移結果中選擇另一個作為該數字調整數值。12.如權利要求1所述的數字電源閘系統，還包括：電壓比較器，用以比較該閘控供給總線的電壓與多個臨界電壓，所述臨界電壓具有一預設臨界電壓，該預設臨界電壓表示該狀態保留電壓電平；以及其中該電源閘控系統包括一增量調整器，該增量調整器從該數字控制數值的多個不同位移結果中選擇一個，用以作為該數字調整數值，并且當閘控供給總線的電壓達該預設電壓電平時，該增量調整器從所述不同位移結果中選擇另一個作為該數字調整數值，該預設電壓電平大于該狀態保留電壓電平。13.如權利要求1所述的數字電源閘系統，其中該電源閘控系統周期性地調整該數字控制數值的一調整率及一大小中的至少一個，使得該閘控供給總線的電壓跟隨一預設電壓曲線。14.一種數字電源閘控的集成電路，包括：整合供給總線；至少一閘控供給總線；至少一功能方塊，每一功能方塊具有電壓供給輸入端，該電壓供給輸入端耦接相對應的閘控供給總線；以及至少一數字電源閘系統，每一電源閘控系統被提供給相對應的功能方塊，并包括：多個閘控裝置，每一閘控裝置具有電流端對以及控制端，該電流端對耦接該整合供給總線及該閘控供給總線；電源閘控系統，控制數字控制數值，其中該數字控制數值包括多個位，該數字控制數值的每一位控制所述閘控裝置的至少一控制端，用以啟動相對應的閘控裝置；以及其中該電源閘控系統藉由連續調整該數字控制數值，以進行電源閘控，用以將相對應的閘控供給總線的電壓減少至一狀態保留電壓電平，在維持該功能方塊的數字狀態時，減少漏電流，其中該數字電源閘控的集成電路還包括電源控制器，令該相對應功能方塊進行閑置模式，并以令該電源閘控系統將該閘控供給總線的電壓減少至該狀態保留電壓電平。15.如權利要求14所述的數字電源閘控的集成電路，其中所述閘控裝置的每一個均包括PMOS晶體管。16.如權利要求14所述的數字電源閘控的集成電路，其中該數字控制數值的第一位控制所述閘控裝置的一部分，所述閘控裝置的其它部分由該數字控制數值的其它位所控制。17.如權利要求14所述的數字電源閘控的集成電路，還包括：限制電路，用以將該數字控制數值限制在預設最小數字數值。18.如權利要求14所述的數字電源閘控的集成電路，還包括：該功能方塊包括多個功能方塊；該閘控供給總線包括多個閘控供給總線，所述閘控供給總線的每一個提供一閘控供給電壓給所述功能方塊中的相對應功能方塊；該數字電源閘系統包括多個數字電源閘系統，所述數字電源閘系統的每一個對所述功能方塊中的一相對應功能方塊進行電源閘控；以及電源控制器，觸發多個閘控信號中一相對應閘控信號，用以對所述功能方塊的任何一個進行電源閘控操作的初始化。19.如權利要求18所述的數字電源閘控的集成電路，其中所述功能方塊包括多個處理器內核，所述處理器內核被設置于多處理器系統中。20.如權利要求14所述的數字電源閘控的集成電路，其中該電源控制系統包括：方塊控制器，提供時鐘信號，用以控制該數字控制數值的連續調整的調整率，并且當該相對應的閘控供給流排的電壓到達多個臨界電壓的每一個時，該方塊調整器調整該時鐘信號的周期；以及電源閘控制器，接收電源閘控信號以及該時鐘信號，并且產生并調整該數字控制數值，用以執行該電源閘控。21.如權利要求14所述的數字電源閘控的集成電路，其中該電源閘控系統包括：時鐘控制器，提供時鐘信號，用以控制該數字控數值的連續調整的調整率，并在電源閘控時，并且該數字控制數值達該數字控制數值的至少一預設數值時，調整該時鐘信號的周期；以及電源閘控制器，接收電源閘控信號以及該時鐘信號，并產生及調整該數字控制數值，用以執行該電源閘控。22.如權利要求14所述的數字電源閘控的集成電路，其中該電源閘控系統包括：時鐘控制器，提供時鐘信號，用以控制該數字控數值的連續調整的調整率，并在電源閘控時，以及該數字控制數值達多個編程數值的每一個時，調整該時鐘信號的周期；以及電源閘控制器，接...

【專利技術屬性】
技術研發人員：詹姆斯R隆柏格，
申請(專利權)人：威盛電子股份有限公司，
類型：發明
國別省市：中國臺灣;71