电压自适应调整电路和芯片的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种电压自适应调整电路和芯片。该电压自适应调整电路包括性能分类监控器和自适应控制器，性能分类监控器，设置在芯片的内部，用于检测芯片在当前的工作电压下的工作性能，并向自适应控制器输出检测结果信号；自适应控制器，与性能分类监控器连接，用于根据性能分类监控器输出的检测结果信号，向芯片的电源管理模块输出控制信号，控制信号用于控制电源管理模块调整芯片的工作电压。本发明实施例能够降低测试工作量。
【专利说明】电压自适应调整电路和芯片
【技术领域】
[0001 ] 本发明实施例涉及电子【技术领域】，并且更具体地，涉及一种电压自适应调整电路和芯片。
【背景技术】
[0002]随着芯片制造工艺的发展和设计集成度的提升，芯片功耗问题成为亟待解决的问题。降低芯片功耗的技术除传统的时钟门控等技术外，自适应电压调整(AVS，AdaptiveVoltage Scaling)技术作为新的有效而重要的低功耗技术而备受关注。其中，确定芯片的最低工作电压是实施AVS技术的核心步骤，该最低工作电压要满足系统最恶劣工作情形下的安全性。在芯片的最低工作电压基础上增加适当的电压裕量即可作为芯片实际工作电压。采用上述方法实现的AVS系统其实际工作电压可以降低到不采用AVS系统下工作电压的85 %，功耗节省可达30 %。
[0003]然而，在确定芯片的最低工作电压时，构造合理的测试向量非常困难，往往难以保证覆盖所有相关路径。目前业界通行的做法是采用测试专用设计(Design For Test, DFT)向量进行测试，进而确定芯片的最低工作电压。然后与实测结果进行对比，并在此基础上修正最低工作电压的值。上述方法需要测试大量的芯片，工作量大，测试流程耗时长。
【发明内容】
[0004]本发明实施例提供了 一种电压自适应调整电路和芯片，能够降低测试工作量。
[0005]第一方面，提供了一种电压自适应调整电路，电压自适应调整电路包括性能分类监控器和自适应控制器，性能分类监控器，设置在芯片的内部，用于检测芯片在当前的工作电压下的工作性能，并向自适应控制器输出检测结果信号；自适应控制器，与性能分类监控器连接，用于根据性能分类监控器输出的检测结果信号，向芯片的电源管理模块输出控制信号，控制信号用于控制电源管理模块调整芯片的工作电压；其中，性能分类监控器包括一个源信号生成电路、一个比较基准电路、至少一个延时电路、至少一个比较分支电路和至少一个比较检测电路，源信号生成电路，用于为性能分类监控器提供源信号，比较基准电路，用于根据源信号输出基准信号，至少一个延时电路，用于对源信号进行延时处理，得到延时后的源信号，至少一个比较分支电路，用于根据延时后的源信号，输出比较信号，至少一个比较检测电路，用于根据基准信号和比较信号，输出检测结果信号。
[0006]结合第一方面，在第一方面的第一种实现方式中，自适应控制器包括配置电路和控制电路，配置电路，用于生成并向性能分类监控器输出配置信号，配置信号用于配置性能分类监控器的延时链；控制电路，用于根据性能分类监控器输出的检测结果信号，向芯片的电源管理模块输出控制信号。
[0007]结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第二种实现方式中，至少一个延时电路包括第一延时电路和第二延时电路，至少一个比较分支电路包括第一比较分支电路和第二比较分支电路，至少一个比较检测电路包括第一比较检测电路和第二比较检测电路；源信号生成电路的输入端、比较基准电路的第一输入端、第一比较分支电路的第一输入端和第二比较分支电路的第一输入端分别接收时钟信号作为驱动；配置信号包括第一配置信号和第二配置信号，配置电路的第一输出端连接第一延时电路的第一输入端并提供第一配置信号，配置电路的第二输出端连接第二延时电路的第一输入端并提供第二配置信号；源信号生成电路的输出端用于提供源信号，分别与比较基准电路的第二输入端和第一延时电路的第二输入端以及第二延时电路的第二输入端连接；第一延时电路的输出端与第一比较分支电路的第二输入端连接，第二延时电路的输出端与第二比较分支电路的第二输入端连接；比较基准电路的输出端用于提供基准信号，分别与第一比较检测电路的第一输入端和第二比较检测电路的第一输入端连接，第一比较分支电路的输出端连接第一比较检测电路的第二输入端，第二比较分支电路的输出端连接第二比较检测电路的第二输入端；第一比较检测电路的输出端和第二比较检测电路的输出端分别与控制电路的输入端连接，用于提供检测结果信号。
[0008]结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第三种实现方式中，至少一个延时电路为一个延时电路，至少一个比较分支电路为一个比较分支电路，至少一个比较检测电路为一个比较检测电路；源信号生成电路的输入端、比较基准电路的第一输入端和比较分支电路的第一输入端分别接收时钟信号作为驱动；配置信号包括第一配置信号，配置电路的第一输出端连接延时电路第一输入端并提供第一配置信号；源信号生成电路的输出端用于提供源信号，分别与比较基准电路的第二输入端和延时电路的第二输入端连接；延时电路的输出端与比较分支电路的第二输入端连接；比较基准电路的输出端用于提供基准信号，与比较检测电路的第一输入端连接，比较分支电路的输出端与比较检测电路的第二输入端连接；比较检测电路的输出端与控制电路的输入端连接，用于提供检测结果信号。
[0009]结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第四种实现方式中，性能分类监控器为多个，且均匀地设置在芯片的内部。
[0010]结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第五种实现方式中，比较检测电路包括异或门逻辑电路。
[0011]结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第六种实现方式中，源信号生成电路包括触发器。
[0012]结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第七种实现方式中，比较基准电路包括触发器。
[0013]结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第八种实现方式中，至少一个比较分支电路包括触发器。
[0014]结合第一方面及其上述实现方式，在第一方面的第九种实现方式中，芯片在当前的工作电压下的工作性能包括:当前的工作电压过高、过低或能够适于正常工作。
[0015]第二方面，提供了 一种芯片，芯片包括前述任一种电压自适应调整电路。
[0016]基于上述技术方案，在本发明实施例中，将性能分类监控器设置在芯片的内部，以实时检测不同工作电压下芯片的工作性能。然后，自适应控制器根据性能分类监控器输出的检测结果调整芯片的工作电压。这样，可以自动调整芯片的工作电压，以实现在满足工作性能要求的前提下，控制芯片在较低的电压下工作，从而降低了芯片功耗。
[0017]进一步地，根据本发明实施例，由设置在芯片内部的性能分类监控器来检测芯片的工作性能，继而确定芯片工作电压，而不是通过测量大量的芯片来确定，降低了工作量，也省去了耗时的测试流程。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1是本发明实施例的电压自适应调整电路的示意性框图。
[0020]图2是本发明一个实施例的性能分类监控器的示意性框图。
[0021]图3是本发明实施例的自适应控制器的示意性框图。
[0022]图4是本发明另一实施例的性能分类监控器的示意性框图。
[0023]图5是本发明另一实施例的性能分类监控器的示意性框图。
[0024]图6是本发明一个实施例的延时电路的示意性框图。
[0025]图7是本发明另一实施例的延时电路的示意性框图。
[0026]图8是本发明另一实施例的延时电路的示意性框图。
【具体实施方式】
[0027]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
[0028]图1是本发明实施例的电压自适应调整电路的示意性框图。由图1所示，电压自适应调整电路10包括性能分类监控器110和自适应控制器120。
[0029]性能分类监控器110，设置在芯片的内部，用于检测芯片在当前的工作电压下的工作性能，并向自适应控制器输出检测结果信号。
[0030]例如，工作性能反映了如下至少一项:芯片在当前的工作电压下的工作是否满足预设需求(即是否过低)，当前的工作电压是否过高。或者，芯片在当前的工作电压下的工作是合适的，即不存在电压过高或过低，能够适于正常工作。
[0031]自适应控制器120，与性能分类监控器连接，用于根据性能分类监控器输出的检测结果信号，向芯片的电源管理模块输出控制信号，控制信号用于控制电源管理模块调整芯片的工作电压。
[0032]图2是本发明一个实施例的性能分类监控器的示意性框图。如图2所示，性能分类监控器I1包括一个源信号生成电路111、一个比较基准电路112、至少一个延时电路113、至少一个比较分支电路114和至少一个比较检测电路115。
[0033]源信号生成电路111，用于为性能分类监控器提供源信号。
[0034]比较基准电路112，用于根据源信号输出基准信号。
[0035]至少一个延时电路113，用于对源信号进行延时处理，得到延时后的源信号。
[0036]至少一个比较分支电路114，用于根据延时后的源信号，输出比较信号。[0037]至少一个比较检测电路115，用于根据基准信号和比较信号，输出检测结果信号。
[0038]基于上述技术方案，在本发明实施例中，将性能分类监控器设置在芯片的内部，以实时检测不同工作电压下芯片的工作性能。然后，自适应控制器根据性能分类监控器输出的检测结果调整芯片的工作电压。这样，可以自动调整芯片的工作电压，以实现在满足工作性能要求的前提下，控制芯片在较低的电压下工作，从而降低了芯片功耗。
[0039]进一步地，根据本发明实施例，由设置在芯片内部的性能分类监控器来检测芯片的工作性能，继而确定芯片工作电压，而不是通过测量大量的芯片来确定，降低了工作量，也省去了耗时的测试流程。
[0040]应理解，本发明实施例并不限定自适应控制器的位置。例如，自适应控制器可以设置芯片的内部，也可以设置在芯片的外部。
[0041]也应理解，性能分类监控器检测芯片在当前的工作电压下的工作性能时，检测结果也会受芯片当前的温度影响。换句话说，检测结果信号更能体现每个芯片的个体差异。这样，根据检测结果信号调整芯片的工作电压时，有着较高的准确度和调整效率。
[0042]图3是本发明实施例的自适应控制器的示意性框图。
[0043]可选地，作为另一实施例，自适应控制器120包括配置电路121和控制电路122。
[0044]配置电路121，用于生成并向性能分类监控器输出配置信号，配置信号用于配置性能分类监控器的延时链。所述延时链在所述配置信号的作用下使得所述检测结果信号跟踪所述芯片在当前的工作电压下的工作性能。
[0045]控制电路122，用于根据性能分类监控器输出的检测结果信号，向芯片的电源管理模块输出控制信号。
[0046]例如，配置电路121与性能分类监控器110中的延时电路113连接，向延时电路113输出配置信号，以配置延时电路的延时链。控制电路122与性能分类监控器110中的比较检测电路115连接，根据比较检测电路115输出的检测结果信号，向芯片的电源管理模块输出控制信号，以控制芯片的工作电压。
[0047]图4是本发明另一实施例的性能分类监控器的示意性框图。
[0048]如图4所示，可选地，作为另一实施例，至少一个延时电路包括第一延时电路403和第二延时电路404，至少一个比较分支电路包括第一比较分支电路405和第二比较分支电路406，至少一个比较检测电路包括第一比较检测电路407和第二比较检测电路408。
[0049]源信号生成电路401的输入端、比较基准电路402的第一输入端、第一比较分支电路405的第一输入端和第二比较分支电路406的第一输入端分别接收时钟信号CLK作为驱动。
[0050]配置信号包括第一配置信号PRI_SEL和第二配置信号AUX_SEL,配置电路的第一输出端连接第一延时电路403的第一输入端并提供第一配置信号PRI_SEL,配置电路的第二输出端连接第二延时电路404的第一输入端并提供第二配置信号AUX_SEL。
[0051]源信号生成电路401的输出端用于提供源信号，分别与比较基准电路402的第二输入端和第一延时电路403的第二输入端以及第二延时电路404的第二输入端连接。
[0052]第一延时电路403的输出端与第一比较分支电路405的第二输入端连接，第二延时电路404的输出端与第二比较分支电路406的第二输入端连接。
[0053]比较基准电路402的输出端用于提供基准信号，分别与第一比较检测电路407的第一输入端和第二比较检测电路408的第一输入端连接,第一比较分支电路405的输出端连接第一比较检测电路407的第二输入端，第二比较分支电路406的输出端连接第二比较检测电路408的第二输入端。
[0054]第一比较检测电路407的输出端和第二比较检测电路408的输出端分别与控制电路的输入端连接，用于提供检测结果信号。
[0055]其中，BPM-EN信号为使能信号。
[0056]配置电路121的第一输出端向第一延时电路403输出PRI_SEL信号，以配置第一延时电路403的延时链。配置电路121的第二输出端向第二延时电路404输出AUX_SEL信号，以配置第二延时电路404的延时链。具体地，可以通过检查芯片流片时的静态时序、分析芯片内部电阻压降IRDrop以及结合芯片工艺老化特性等数据来确定第一配置信号PRI_SEL和第二配置信号AUX_SEL。这样，第一配置信号PRI_SEL和第二配置信号AUX_SEL形成一个窗口，以检测芯片在当前的工作电压下工作性能是否出现异常。例如，电压正常，或者电压过低、过高。
[0057]第一配置信号PRI_SEL对应检测结果信号PRI_RPT，第二配置信号AUX_SEL对应检测结果信号AUX_RPT。例如，检测结果信号表示的含义如表一所示。
[0058]表一
[0059]
【权利要求】
1.一种电压自适应调整电路，其特征在于，所述电压自适应调整电路包括性能分类监控器和自适应控制器， 所述性能分类监控器，设置在芯片的内部，用于检测所述芯片在当前的工作电压下的工作性能，并向所述自适应控制器输出检测结果信号； 所述自适应控制器，与所述性能分类监控器连接，用于根据所述性能分类监控器输出的所述检测结果信号，向所述芯片的电源管理模块输出控制信号，所述控制信号用于控制所述电源管理模块调整所述芯片的工作电压； 其中，所述性能分类监控器包括一个源信号生成电路、一个比较基准电路、至少一个延时电路、至少一个比较分支电路和至少一个比较检测电路， 所述源信号生成电路，用于为所述性能分类监控器提供源信号， 所述比较基准电路，用于根据所述源信号输出基准信号， 所述至少一个延时电路，用于对所述源信号进行延时处理，得到延时后的源信号， 所述至少一个比较分支电路，用于根据所述延时后的源信号，输出比较信号， 所述至少一个比较检测电路，用于根据所述基准信号和所述比较信号，输出所述检测结果信号。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述自适应控制器包括配置电路和控制电路， 所述配置电路，用于生成并向所述性能分类监控器输出配置信号，所述配置信号用于配置所述性能分类监控器的延时链； 所述控制电路，用于根据所述性能分类监控器输出的检测结果信号，向所述芯片的电源管理模块输出所述控制信号。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述至少一个延时电路包括第一延时电路和第二延时电路，所述至少一个比较分支电路包括第一比较分支电路和第二比较分支电路，所述至少一个比较检测电路包括第一比较检测电路和第二比较检测电路； 所述源信号生成电路的输入端、所述比较基准电路的第一输入端、第一比较分支电路的第一输入端和所述第二比较分支电路的第一输入端分别接收时钟信号作为驱动； 所述配置信号包括第一配置信号和第二配置信号，所述配置电路的第一输出端连接第一延时电路的第一输入端并提供所述第一配置信号，所述配置电路的第二输出端连接第二延时电路的第一输入端并提供所述第二配置信号； 所述源信号生成电路的输出端用于提供源信号，分别与所述比较基准电路的第二输入端和所述第一延时电路的第二输入端以及第二延时电路的第二输入端连接； 所述第一延时电路的输出端与所述第一比较分支电路的第二输入端连接，所述第二延时电路的输出端与所述第二比较分支电路的第二输入端连接； 所述比较基准电路的输出端用于提供基准信号，分别与所述第一比较检测电路的第一输入端和第二比较检测电路的第一输入端连接，所述第一比较分支电路的输出端连接第一比较检测电路的第二输入端，所述第二比较分支电路的输出端连接第二比较检测电路的第二输入端； 所述第一比较检测电路的输出端和第二比较检测电路的输出端分别与所述控制电路的输入端连接，用于提供所述检测结果信号。
4.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述至少一个延时电路为一个延时电路，所述至少一个比较分支电路为一个比较分支电路，所述至少一个比较检测电路为一个比较检测电路； 所述源信号生成电路的输入端、所述比较基准电路的第一输入端和所述比较分支电路的第一输入端分别接收时钟信号作为驱动； 所述配置信号包括第一配置信号，所述配置电路的第一输出端连接所述延时电路第一输入端并提供所述第一配置信号； 所述源信号生成电路的输出端用于提供源信号，分别与所述比较基准电路的第二输入端和所述延时电路的第二输入端连接； 所述延时电路的输出端与所述比较分支电路的第二输入端连接； 所述比较基准电路的输出端用于提供基准信号，与所述比较检测电路的第一输入端连接，所述比较分支电路的输出端与所述比较检测电路的第二输入端连接； 所述比较检测电路的输出端与所述控制电路的输入端连接，用于提供所述检测结果信号。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电路，其特征在于，所述性能分类监控器为多个，且均匀地设置在所述芯片的内部。
6.根据权利要求 1至5中任一项所述的电路，其特征在于，所述比较检测电路包括异或门逻辑电路。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电路，其特征在于，所述源信号生成电路包括触发器。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电路，其特征在于，所述比较基准电路包括触发器。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电路，其特征在于，所述至少一个比较分支电路包括触发器。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的电路，其特征在于，所述芯片在当前的工作电压下的工作性能包括:所述当前的工作电压过高、过低或能够适于正常工作。
11.一种芯片，其特征在于，所述芯片包括权利要求1至10中任一项所述的电压自适应调整电路。
【文档编号】G01R31/28GK104035018SQ201410259445
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2014年6月12日
【发明者】王新入, 金鑫, 何勇 申请人:华为技术有限公司