諧振鐘控模式和常規(guī)鐘控模式之間的轉(zhuǎn)換制造技術(shù)

一種諧振時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)包括通過(guò)多個(gè)開(kāi)關(guān)耦接至所述時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的電感器。當(dāng)所述時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入諧振模式時(shí)，將所述電感器耦接至所述時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的所述開(kāi)關(guān)的接通交錯(cuò)進(jìn)行。所述時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)可由多個(gè)區(qū)域形成，每個(gè)區(qū)域具有其自己的電感器和開(kāi)關(guān)。每個(gè)區(qū)域的開(kāi)關(guān)的接通可相對(duì)于其它區(qū)域的開(kāi)關(guān)的接通以及區(qū)域內(nèi)的開(kāi)關(guān)的接通交錯(cuò)進(jìn)行。除了在進(jìn)入所述諧振模式時(shí)使所述開(kāi)關(guān)的接通交錯(cuò)進(jìn)行之外，在退出所述諧振操作模式時(shí)，所述開(kāi)關(guān)可以交錯(cuò)方式關(guān)斷。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】諧振鐘控模式和常規(guī)鐘控模式之間的轉(zhuǎn)換
所公開(kāi)的實(shí)施方案涉及集成電路中的時(shí)鐘分配網(wǎng)絡(luò)，并且更具體地說(shuō)涉及將諧振時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)從諧振鐘控模式切換至常規(guī)鐘控模式。
技術(shù)介紹
在現(xiàn)今大多數(shù)高性能數(shù)字電路中，至少部分地由于連接至?xí)r鐘網(wǎng)絡(luò)的寄生電容，時(shí)鐘分配網(wǎng)絡(luò)占總功率消耗的相當(dāng)大的部分。對(duì)于大多數(shù)電子電路，尤其對(duì)于用于移動(dòng)應(yīng)用的電子電路來(lái)說(shuō)，減少功率消耗是令人關(guān)注的。諧振時(shí)鐘是減少與時(shí)鐘分配網(wǎng)絡(luò)相關(guān)聯(lián)的功率消耗的一種方法。然而，諧振鐘控并非在可在許多當(dāng)前微處理器或其它集成電路系統(tǒng)中使用的全部廣泛范圍頻率下良好運(yùn)作。本專(zhuān)利技術(shù)的公開(kāi)內(nèi)容在一些實(shí)施方案中，方法包括當(dāng)將時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)切換至諧振操作模式時(shí)，以交錯(cuò)方式接通將電感器耦接至?xí)r鐘網(wǎng)絡(luò)的第一多個(gè)開(kāi)關(guān)。在一些實(shí)施方案中，方法包括當(dāng)將時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)切換出諧振操作模式時(shí)，以交錯(cuò)方式關(guān)斷將電感器耦接至?xí)r鐘網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)開(kāi)關(guān)。在一些實(shí)施方案中，集成電路包括電感器和第一多個(gè)開(kāi)關(guān)，所述第一多個(gè)開(kāi)關(guān)形成將電感器選擇性耦接至?xí)r鐘網(wǎng)絡(luò)的第一開(kāi)關(guān)組。在將時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)切換至諧振操作模式時(shí)，控制邏輯使開(kāi)關(guān)的接通交錯(cuò)進(jìn)行。在一些實(shí)施方案中，集成電路包括電感器和多個(gè)開(kāi)關(guān)，所述多個(gè)開(kāi)關(guān)將電感器選擇性耦接至?xí)r鐘網(wǎng)絡(luò)?？刂七壿嫳慌渲贸稍趯r(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)切換出諧振操作模式時(shí)，使將電感器連接至?xí)r鐘網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)關(guān)的關(guān)斷交錯(cuò)進(jìn)行。在一些實(shí)施方案中，非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)存儲(chǔ)編碼集成電路的功能描述的計(jì)算機(jī)可讀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，集成電路包括電感器和第一多個(gè)開(kāi)關(guān)，所述第一多個(gè)開(kāi)關(guān)形成將電感器選擇性耦接至?xí)r鐘網(wǎng)絡(luò)的第一開(kāi)關(guān)組。集成電路還包括控制邏輯，所述控制邏輯被配置成在將時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)切換至諧振操作模式時(shí)使開(kāi)關(guān)的接通交錯(cuò)進(jìn)行。附圖簡(jiǎn)述通過(guò)參看附圖，可以更好地理解本專(zhuān)利技術(shù)，并且可以使本專(zhuān)利技術(shù)的眾多目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)。圖1A示出支持諧振鐘控和常規(guī)鐘控二者的諧振時(shí)鐘系統(tǒng)的實(shí)施方案。圖1B示出支持諧振鐘控和常規(guī)鐘控二者的諧振時(shí)鐘系統(tǒng)的實(shí)施方案。圖2示出與圖1A的實(shí)施方案相關(guān)聯(lián)的示例性波形。圖3示出具有驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器和連接至?xí)r鐘網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)電感器的諧振時(shí)鐘系統(tǒng)的實(shí)施方案。圖4A示出根據(jù)實(shí)施方案的開(kāi)關(guān)組的實(shí)例。圖4B示出與圖4A的開(kāi)關(guān)組相關(guān)聯(lián)的控制信號(hào)的斷言的示例性定時(shí)。圖4C示出分配至開(kāi)關(guān)組中的每個(gè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)組400的一部分的實(shí)例。圖4D示出啟用開(kāi)關(guān)組的示例性控制邏輯。圖5示出具有兩階段接通的實(shí)施方案的示例性時(shí)鐘波形。圖6A示出具有三個(gè)時(shí)鐘域的時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施方案的逐步接通的示例性控制信號(hào)。圖6B示出具有三個(gè)時(shí)鐘域的時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施方案的逐步接通的示例性控制邏輯。圖7示出可在退出諧振模式時(shí)發(fā)生的電壓過(guò)沖。圖8示出具有與電感器并聯(lián)連接以解決可由關(guān)斷模式開(kāi)關(guān)導(dǎo)致的可靠性問(wèn)題的節(jié)流開(kāi)關(guān)的實(shí)施方案。圖9示出使啟用信號(hào)的關(guān)斷交錯(cuò)進(jìn)行以逐漸地關(guān)斷諧振模式的實(shí)施方案。圖10示出實(shí)施方案中在退出諧振模式時(shí)停用(關(guān)斷)開(kāi)關(guān)組的開(kāi)關(guān)的示例性控制邏輯。圖11示出提供具有多個(gè)時(shí)鐘域的時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的逐漸關(guān)斷解決方案的實(shí)施方案。在不同圖中使用相同參考符號(hào)指示類(lèi)似或相同項(xiàng)目。實(shí)施本專(zhuān)利技術(shù)的方式在現(xiàn)今大多數(shù)高性能數(shù)字電路中，由于連接至?xí)r鐘網(wǎng)絡(luò)的寄生電容，時(shí)鐘分配網(wǎng)絡(luò)占總功率消耗的相當(dāng)大的部分。實(shí)施更節(jié)能時(shí)鐘分配的一種技術(shù)是諧振鐘控。圖1A示出支持諧振鐘控和常規(guī)鐘控二者的諧振時(shí)鐘系統(tǒng)100的簡(jiǎn)化模型。諧振時(shí)鐘系統(tǒng)100的明顯特征是使用與時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)102的寄生電容103并聯(lián)連接的電感器101，時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)102形成諧振時(shí)鐘系統(tǒng)100的一部分。時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器的作用是只補(bǔ)充在LC系統(tǒng)的寄生電阻中損失的能量。因此，諧振時(shí)鐘依賴(lài)于有效LC諧振來(lái)獲得能量效率。對(duì)于沒(méi)有寄生電阻的理想電感器和互連件，時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)將在零能量散逸下振動(dòng)。諧振鐘控在接近于諧振頻率的頻率下最有效。在比諧振頻率低得多的頻率下驅(qū)動(dòng)諧振時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生妨礙處理器的正確操作的畸形時(shí)鐘波形?，F(xiàn)代微處理器和其它集成電路在設(shè)計(jì)成在單一頻率下諧振的純諧振時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)不能支持的頻率范圍內(nèi)操作。在一些實(shí)施方案中，這導(dǎo)致雙時(shí)鐘模式的使用。在接近諧振頻率的頻率下，處理器以諧振時(shí)鐘模式操作。在諧振時(shí)鐘可穩(wěn)健地操作的范圍之外的頻率下，處理器以常規(guī)模式運(yùn)作。在一些實(shí)施方案中，這可通過(guò)沿著如圖1A中示出的具有電感器的串聯(lián)路徑使用模式開(kāi)關(guān)105來(lái)完成。模式開(kāi)關(guān)105(MSw)在諧振操作(rclk)期間閉合以將電感器耦接至?xí)r鐘網(wǎng)絡(luò)，并且在常規(guī)模式(cclk)下斷開(kāi)以便使電感器與網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)連接。在一些實(shí)施方案中，模式開(kāi)關(guān)105(MSw)如圖1A中示出來(lái)定位?？砂娙萜?09和111以確保電感器101的n1節(jié)點(diǎn)在AC意義上接地。這避免跨越電感器的DC下降(這將導(dǎo)致電流積累)，以使得節(jié)點(diǎn)n1具有時(shí)鐘信號(hào)的自然DC值，并且同時(shí)在諧振頻率下提供極低阻抗，以使得電感器101和時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)電容負(fù)載看起來(lái)像并聯(lián)LC儲(chǔ)能電路，其中電容器109和111似乎類(lèi)似于接地連接。雖然模式開(kāi)關(guān)105在圖1A的實(shí)施方案中示出為安置于clk節(jié)點(diǎn)113與電感器101之間，但各種其它模式開(kāi)關(guān)安置是可能的，包括位于電感器101與電容器電路107之間，以及在具有由晶體管115和117形成的模式開(kāi)關(guān)的標(biāo)頭-標(biāo)尾配置(header-footerconfiguration)中，晶體管115和117分別位于電源端子與電容器109之間以及電容器111與接地端子之間，如圖1B中示出。圖2示出clk信號(hào)(圖1A中)、Msw啟用信號(hào)和n_bypass(圖1A中的n1)的波形。Msw啟用信號(hào)指示何時(shí)使用圖1A示出的MSW_enx和MSW_en控制信號(hào)來(lái)接通(閉合)模式開(kāi)關(guān)105的pFET和nFET。圖2示出圖1A中的時(shí)鐘系統(tǒng)從常規(guī)時(shí)鐘模式(其中模式開(kāi)關(guān)105斷開(kāi))轉(zhuǎn)換至諧振模式(其中模式開(kāi)關(guān)105閉合)時(shí)的波形。如果節(jié)點(diǎn)n0上的電壓不接近VDD/2(大約一半時(shí)鐘信號(hào)(clk)峰值)，那么閉合MSw開(kāi)關(guān)105導(dǎo)致時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)102的顯著負(fù)載。時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的此突然負(fù)載對(duì)時(shí)鐘波形具有不利影響，如由時(shí)鐘上升/下降時(shí)間的增加和201處的時(shí)鐘振幅的減小所見(jiàn)。所述對(duì)時(shí)鐘波形的影響可導(dǎo)致系統(tǒng)中的定時(shí)故障。此外，流經(jīng)開(kāi)關(guān)以對(duì)儲(chǔ)能電容器電路107充電的高電流可具有信號(hào)電遷移傾向，從而影響零件壽命。不論MSw開(kāi)關(guān)的安置如何，常規(guī)模式與諧振模式之間的轉(zhuǎn)換導(dǎo)致需要以受控方式執(zhí)行以避免對(duì)時(shí)鐘的不利影響。本文描述的實(shí)施方案通過(guò)受控地將電容器電路107充電至?xí)r鐘的靜態(tài)電壓來(lái)避免對(duì)電容器電路107充電所導(dǎo)致的時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的突然負(fù)載。圖3示出具有驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器303和連接至?xí)r鐘網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)電感器101的諧振時(shí)鐘系統(tǒng)300的實(shí)施方案的簡(jiǎn)化高層次圖。諧振時(shí)鐘系統(tǒng)300通常分布遍及核并且由多個(gè)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。在實(shí)施方案中，由驅(qū)動(dòng)器和/或電感器提供服務(wù)的時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)區(qū)域可被認(rèn)為是一個(gè)時(shí)鐘域。時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)由若干這類(lèi)單獨(dú)但是連接的時(shí)鐘域構(gòu)成。在一些實(shí)施方案中，假設(shè)(在不失一般性情況下)時(shí)鐘負(fù)載劃分至通過(guò)時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)緊密連接在一起以使得其在相同頻率下振動(dòng)的m個(gè)時(shí)鐘域。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，假設(shè)每個(gè)域由驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)并且具有連接至域的電感器。時(shí)鐘波形變形的原因是因電容器電路107造成的網(wǎng)絡(luò)的突然負(fù)載。突然負(fù)載問(wèn)題的一種解決方案是允許更逐漸地對(duì)電容器電路107充電，從而降低網(wǎng)絡(luò)上的電流需求。通過(guò)每電本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種方法，其包括：在將時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)切換至諧振操作模式時(shí)，以交錯(cuò)方式接通將電感器耦接至所述時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的第一多個(gè)開(kāi)關(guān)。

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】2012.08.31 US 61/695,702;2013.08.09 US 13/963,3001.一種用于在諧振鐘控模式和常規(guī)鐘控模式之間轉(zhuǎn)換的方法，其包括：在將時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)切換出常規(guī)操作模式并且切換至諧振操作模式時(shí)，以交錯(cuò)方式接通將電感器耦接至所述時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的第一多個(gè)開(kāi)關(guān)，所述第一多個(gè)開(kāi)關(guān)并聯(lián)，其中，所述以交錯(cuò)方式接通包括：接通所述第一多個(gè)開(kāi)關(guān)的第一開(kāi)關(guān)中的第一和第二晶體管以接通所述第一開(kāi)關(guān)，以及從所述第一開(kāi)關(guān)被接通開(kāi)始一段延遲之后，接通所述第一多個(gè)開(kāi)關(guān)的第二開(kāi)關(guān)中的第三和第四晶體管以接通所述第二開(kāi)關(guān)。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其還包括：在將所述時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)切換至所述諧振操作模式時(shí)，以交錯(cuò)方式接通將第二電感器耦接至所述時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的第二多個(gè)開(kāi)關(guān)；以及使所述第一多個(gè)開(kāi)關(guān)的接通相對(duì)于所述第二多個(gè)開(kāi)關(guān)的接通交錯(cuò)進(jìn)行。3.如權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)所述的方法，其還包括：在將所述時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)切換出諧振操作模式時(shí)，以交錯(cuò)方式關(guān)斷將所述電感器耦接至所述時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的所述第一多個(gè)開(kāi)關(guān)，以使所述電感器與所述時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)連接。4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中將所述電感器耦接至所述時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的所述交錯(cuò)方式與使所述電感器與所述時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)連接的所述交錯(cuò)方式的差異至少在于接通或關(guān)斷所述多個(gè)開(kāi)關(guān)的定時(shí)或次序。5.一種用于在諧振鐘控模式和常規(guī)鐘控模式之間轉(zhuǎn)換的方法，其包括：在將時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)切換出諧振操作模式并且切換至常規(guī)操作模式時(shí)，以交錯(cuò)方式關(guān)斷將電感器耦接至所述時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的第一多個(gè)開(kāi)關(guān)，所述第一多個(gè)開(kāi)關(guān)并聯(lián)，其中，所述以交錯(cuò)方式關(guān)斷包括：關(guān)斷所述第一多個(gè)開(kāi)關(guān)的第一開(kāi)關(guān)中的第一和第二晶體管以關(guān)斷所述第一開(kāi)關(guān)，以及從所述第一開(kāi)關(guān)被關(guān)斷開(kāi)始一段延遲之后，關(guān)斷所述第一多個(gè)開(kāi)關(guān)的第二開(kāi)關(guān)中的第三和第四晶體管以關(guān)斷所述第二開(kāi)關(guān)。6.如權(quán)利要求5所述的方法，其還包括：在將所述時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)切換出諧振操作模式時(shí)，以交錯(cuò)方式關(guān)斷將第二電感器耦接至所述時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的第二多個(gè)開(kāi)關(guān)；以及使所述第一多個(gè)開(kāi)關(guān)的關(guān)斷相對(duì)于所述第二多個(gè)開(kāi)關(guān)的關(guān)斷交錯(cuò)進(jìn)行。7.一種集成電路，其包括：電感器；第一多個(gè)開(kāi)關(guān)，其形成將所述電感器選擇性耦接至?xí)r鐘網(wǎng)絡(luò)的第一開(kāi)關(guān)組，所述第一多個(gè)開(kāi)關(guān)并聯(lián)；以及控制邏輯，其被配置成在將所述時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)切換出常規(guī)操作模式并且切換至諧振操作模式時(shí)，使所述第一多個(gè)開(kāi)關(guān)的接通交錯(cuò)進(jìn)行，其中，所述第一多個(gè)開(kāi)關(guān)的交錯(cuò)接通使得接通所述第一多個(gè)開(kāi)關(guān)的第一開(kāi)關(guān)中的第一和第二晶體管發(fā)生在接通所述第一多個(gè)開(kāi)關(guān)的第二開(kāi)關(guān)中的任何晶體管之前。8.如權(quán)利要求7所述的集成電路，其還包括控制邏輯，所述控制邏輯被配置成在使所述電感器與所述時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)連接以退出所述諧振操作模式時(shí)，使所述第一多個(gè)開(kāi)關(guān)的關(guān)斷交錯(cuò)進(jìn)行。9.如權(quán)利要求7所述的集成電路，其還包括：第二開(kāi)關(guān)組，其包括將第二電感器耦接至所述時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的第二多個(gè)開(kāi)關(guān)；其中所述控制邏輯進(jìn)一步被配置成使所述第一開(kāi)關(guān)組的接通相對(duì)于所述第二開(kāi)關(guān)組交錯(cuò)進(jìn)行。10.如權(quán)利要求7或8所述的集成電路，其中所述時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)包括多個(gè)時(shí)鐘域，并且其中每個(gè)時(shí)鐘域包括電感器以及將所述電感器耦接至所述時(shí)鐘域中的相應(yīng)一個(gè)時(shí)鐘域的開(kāi)關(guān)組。11.如權(quán)利要求7或8所述的集成電路，其中在所述第一多個(gè)開(kāi)關(guān)中的第一開(kāi)關(guān)中使用的第一晶體管的尺寸不同于在所述第一多個(gè)開(kāi)關(guān)中的第二開(kāi)關(guān)中使用的第三晶體管的尺寸，從而允許所述第一開(kāi)關(guān)與所述第二開(kāi)關(guān)運(yùn)載...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：維斯維什·S·薩瑟，斯里坎斯·阿卡普迪，查爾斯·歐陽(yáng)，凱爾·維奧，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：超威半導(dǎo)體公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：美國(guó);US