具有用于逻辑和存储器的独立功率域和拆分式电源轨的集成系统的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年11月6日提交的美国非临时专利申请号14/535,183的权益，该临时申请的全部内容通过援引纳入于此。

本申请涉及嵌入式子系统的电源，尤其涉及具有独立异步电源的嵌入式子系统。

背景

片上系统(soc)集成电路包括各种子系统。例如，智能电话soc可以集成调制解调器、图形处理器、蓝牙、wifi、和其他子系统。由于这些子系统，因而soc通常将具有两个电源轨：存储器电源轨以及还有核心逻辑电源轨。存储器电源轨向子系统的各种嵌入式存储器提供电源电压。相反，核心逻辑电源轨向逻辑门提供电源电压。一般而言，子系统的嵌入式存储器所需的电压电平与核心逻辑所需的那些电压电平不同。就此而言，子系统中的嵌入式存储器和核心逻辑两者常规上能够转变到休眠模式，其还可以被指定为保留模式。但是与可被用于为休眠模式中的逻辑门供电的降低的电源电压相比，嵌入式存储器需要较高的电源电压以保留它们所存储的值。如果公共电源轨被用于嵌入式存储器和核心逻辑两者，则该核心逻辑可能在休眠模式期间浪费功率，例如，来自由于在嵌入式存储器中维持所存储的状态将要求的提升的供电电压而导致的不必要的漏泄电流损耗。具有独立的存储器和核心逻辑电源轨由此省电。

为了使得子系统能够关于这些各种操作模式来独立地操作，常规上对这些子系统进行功率选通。如果要使一子系统掉电，则它可以与其余子系统的公共电源轨隔离。

尽管独立的存储器和核心逻辑电源轨允许各种模式的电压被优化用于存储器和逻辑操作，但是由于各种子系统的操作模式的异步特性而浪费功率。例如，wifi子系统可能需要大致上每100ms苏醒以检查任何传入消息。存储器电源轨和核心逻辑电源轨随后将需要被供电以使得wifi子系统可以相应地苏醒。但是这些电源轨耦合至被掉电的子系统中的时钟树和其他结构，这些时钟树和其他结构随后通过漏泄电流而损失功率。

相应地，本领域中存在对于集成电路的改进的功率架构的需要，该集成电路包括处理器子系统和必须与处理器子系统对接(诸如通过消息接发)的其他子系统。

概览

提供了诸如soc之类的集成电路，该集成电路包括处理器子系统和第一子系统。soc还包括其中核心逻辑电源被维持在标称电平的常开(always-on)功率域。相反，第一子系统包括由第一子系统核心逻辑电源轨供电的核心逻辑，该第一子系统核心逻辑电源轨可以取决于第一子系统正操作在休眠操作模式还是标称(活跃)操作模式中而用保留电压或标称电压来驱动。类似地，处理器核心逻辑电源轨取决于处理器子系统正操作在休眠操作模式还是标称(活跃)操作模式中而用保留电压或标称电压来为处理器子系统中的核心逻辑供电。如由对应的核心逻辑电源轨所定义的，第一子系统和处理器子系统中相应的功率域是独立的。以此方式，在处理器子系统保持在休眠模式中的同时，第一子系统可以从休眠操作模式转变成标称操作模式。

此类用于第一子系统的独立的功率域是相当有利的，因为它消除了与常规soc功率域框架相关联的可观的等待时间和功耗问题。具体地，诸如wifi子系统之类的第一子系统取决于与处理器子系统共享的核心逻辑电源轨是常规的。处理器子系统由此将必须转变成标称操作模式，仅使得wifi子系统可以检查消息。相反，本文中所公开的有利的功率框架使得当第一子系统转变成标称操作模式时处理器子系统能够保持在休眠模式中。

这些特征可从以下对示例实施例的详细描述来更好地领会。

附图简述

图1是包括功率管理集成电路(pmic)和片上系统(soc)的示例系统的框图，该片上系统包括具有关于该soc的处理器子系统的功率框架而言异步并且独立的功率框架的子系统。

图2是图1的子系统的常开(aon)功率管理器的框图。

图3是操作图1的soc的方法的流程图。

本发明的各实施例及其优势通过参考以下详细描述而被最好地理解。应当领会，相同参考标记被用来标识在一个或多个附图中所解说的相同元件。

详细描述

提供了片上系统(soc)集成电路，其包括：用于与处理器子系统对接的第一子系统的第一子系统核心逻辑电源轨。独立的处理器核心逻辑电源轨为处理器子系统供电。第一子系统的嵌入式存储器由第一子系统存储器电源轨来供电，该第一子系统存储器电源轨独立于为处理器子系统的嵌入式存储器供电的处理器存储器轨。第一子系统和第二子系统两者可进入休眠模式，其中对应的核心逻辑电源轨的电压被独立地塌陷成个体保留值。类似地，存储器电源轨的电压在相应的休眠模式期间被塌陷成个体保留值。在子系统的常规或标称操作模式中，第一子系统和处理器核心逻辑电源轨以及第一子系统和处理器存储器电源轨的电压将被提升至个体标称值。功率管理集成电路(pmic)为标称和休眠模式两者中的各种电源轨供电。soc包括由逻辑电源轨供电的常开功率域，该逻辑电源轨无论第一或第二子系统是否操作在休眠模式中都不塌陷。换言之，对于该常开功率域而言不存在休眠模式。常开域中的处理器功率管理器通过与该处理器子系统内对应的处理器资源管理器对接来管理处理器子系统的电源轨的转变。注意，处理器子系统通过常开域中的处理器功率管理器的这种管理是常规的。

在常规的soc中，公共核心逻辑电源轨和公共嵌入式电源轨两者都由处理器子系统与各种其他子系统(诸如wifi子系统、图形子系统、以及传感器)共享。在给定公共电源轨的这种常规共享的情况下，处理器资源管理器的作用是“聚集表决”。换言之，各种子系统中的每一者将在标称模式中操作时传达它们的关于将在何时进入休眠模式以及何时需要从休眠模式苏醒的状态。如果每个子系统指示它正在进入休眠模式且如果没有其他的任务仍然要由处理器子系统来执行，则处理器资源管理器随后可以使处理器子系统自己发起进入休眠模式。但是作为其表决聚集功能的一部分，资源管理器确定下一子系统(或其自己)需要从休眠模式转变成标称模式的最早时间。该苏醒时间由响应于休眠时钟的处理器功率管理器监视。处理器功率管理器关于将公共电源轨以及公共嵌入式存储器轨塌陷成保留电压值而与pmic对接。同时，处理器功率管理器使用休眠时钟来维护定时器，以使得它可以确定处理器资源管理器应当何时被唤醒(转变成标称模式)。在完成如由定时器使用休眠时钟所确定的休眠时段之际，处理器功率管理器向pmic发布命令以将公共轨的电压转变成其标称值。在公共轨稳定至其标称值的情况下，处理器功率管理器可随后唤醒处理器资源管理器。进而，处理器资源管理器可随后在那时唤醒任何必要的子系统。

尽管处理器功率管理器在常开域中的此类操作以及处理器子系统中的处理器资源管理器的操作是常规的，但是它导致过度的功耗和延迟/等待时间。例如，在一个实施例中，第一子系统可包括wifi子系统。如wifi领域中已知的，wifi子系统可能需要相当规律地从保留模式(休眠模式)转变成标称模式(诸如大致上每100ms)以检查任何消息。在具有共享的功率和存储器轨的常规系统中，对于仅使得wifi子系统可检查消息而唤醒处理器子系统以及为公共电源轨供电而言，将在“带来战舰(bringupthebattelship)”中遭遇到较多的延迟。除了延迟之外，处理器子系统随后通过漏泄电流而浪费功率。

相反，本文中所公开的soc通过提供常开(aon)功率域中的第一子系统常开功率管理器和第一子系统功率域中对应的第一子系统功率管理单元(pmu)来消除这种等待时间以及功耗。这些模块管理第一子系统核心逻辑电源轨和第一子系统嵌入式存储器电源轨上的电压(保留或标称)。第一子系统aon功率管理器与pmic对接，以控制第一子系统核心逻辑电源轨和第一子系统嵌入式存储器电源轨上的电压在保留状态还是标称状态中。第一子系统pmu与第一子系统aon功率管理器对接，以传达第一子系统应当何时从休眠模式转变成标称模式。第一子系统aon功率管理器具有其自己的定时器(或诸定时器)，以响应于休眠时钟而测量第一子系统的期望的休眠时段。在期望的休眠时段期满之际，第一子系统aon功率管理器命令pmic将第一子系统电源轨上的电压(用于核心逻辑和用于其嵌入式存储器两者)提升至其标称值。第一子系统aon功率管理器可随后命令第一子系统pmu转变成标称操作模式。以此方式，消除了困扰现有技术的等待时间和功耗问题。在一个实施例中，第一子系统aon功率管理器可被认为包括用于响应于第一子系统要转变成休眠操作模式还是转变成标称操作模式而控制第一子系统核心逻辑电源轨的电压和第一子系统存储器电源轨的电压两者是否都等于保留值或标称值的装置，该用于控制的装置独立于处理器子系统在休眠操作模式中还是在标称操作模式中。

第一子系统功率管理的有益特征可通过以下对一些示例实施例的讨论来更好地领会。现在转到附图，图1解说了包括soc105和pmic110的示例系统100。soc105包括常开(aon)功率域160、处理器子系统115、以及第一子系统111。第一子系统核心逻辑电源轨(cx-1)125为第一子系统111内的核心逻辑供电。类似地，第一子系统存储器电源轨(mx-1)120为第一子系统111内的嵌入式存储器供电。pmic110包括线性压差调节器(ldo)135，其取决于第一子系统110是在休眠操作模式中还是在标称操作模式中而用保留电压或标称电压来驱动第一子系统存储器电源轨120。类似地，pmic110包括ldo140，其取决于第一子系统111是在休眠操作模式中还是在标称操作模式中而用保留电压或标称电压来驱动第一子系统电源轨125。

保留电压(在休眠模式中使用)和标称电压(在标称模式中使用)的特定值取决于处理节点。一般而言，标称值高于保留值，从而在休眠模式期间省电。在休眠模式内，第一子系统核心逻辑电源轨125的保留电压可以与第一子系统存储器电源轨120的保留电压不同(或相同)。类似地，这些轨的标称电压也可以不同。pmic110包括ldo控制模块130，其响应于来自aon域160中的第一子系统aon功率管理器150的功率启用(pwr_en)信号175而控制由ldo135和ldo140驱动的电压。有利地，功率启用信号175可只包括单个比特，以使得soc仅需要将一个对应的输入/输出(i/o)引脚(未解说)专用于容适功率启用信号175。在替换实施例中，功率启用信号175可包括多位信号。第一子系统aon功率管理器150在第一子系统111要从休眠操作模式转变成标称操作模式时断言功率启用信号175(诸如通过将其驱动至电源电压)。相反，第一子系统aon功率管理器150在第一子系统111要从标称操作模式转变成休眠操作模式时解除断言功率启用信号175。

关于断言功率启用信号175，第一子系统aon功率管理器150包括定时器(以下关于图2进一步讨论)，该定时器响应于对休眠时钟170的循环进行计数而确定流逝时间。在转变成休眠模式之前，第一子系统功率管理器单元(pmu)155向第一子系统aon功率管理器150传送标识第一子系统111应当何时被转变回标称模式的时间。替换地，第一子系统pmu155可以将后续休眠模式时段的长度传送至第一子系统aon功率管理器150。基于所标识的时间(或者休眠时段的长度)，第一子系统aon功率管理器可随后相应地配置其定时器，以便在当前休眠模式时段的期满之际唤醒第一子系统111。注意，aon功率域160的(诸)电源轨电压独立于第一子系统电源轨120和125的标称(或保留)电压。由此，pmu155通过电平移位器152来与第一子系统aon功率管理器150通信，以容适在这些独立的电压域中所使用的不同电压。

pmu155包括管理第一子系统111到休眠和标称操作模式的转变的状态机。例如，第一子系统111可包括：包含第一wlan子系统180和第二wlan子系统185的wifi子系统。每个wlan子系统可专用于对应的带宽，并且包括用于执行物理(phy)和媒体接入控制(mac)层的电路系统。wlan子系统180和185通过至第一子系统核心逻辑电源轨125的开关路径来接收它们的核心逻辑功率。例如，第一子系统核心逻辑电源轨125可以通过pmos晶体管p1耦合至第一wlan子系统180且通过pmos晶体管p2耦合至第二wlan子系统185。用于这些wlan子系统中的每一者的嵌入式存储器(未解说)从第一子系统存储器电源轨120直接接收功率。作为向休眠模式转变的一部分，第一子系统pmu155截止晶体管p1和p2，以使第一子系统核心逻辑电源轨125的为这些子系统内的核心逻辑供电的诸部分完全放电。这种完全塌陷消除了wlan子系统180和185中的核心逻辑的任何漏泄电流损耗。其他实施例中的各种模块可通过第一子系统pmu155来使第一子系统核心逻辑电源轨125的各部分以此方式完全塌陷。

处理器子系统核心逻辑电源轨(cx-2)137为处理器子系统115内的核心逻辑供电。类似地，处理器子系统存储器电源轨(mx-2)138为处理器子系统115内的嵌入式存储器供电。如常规的，电源轨137和138可以由与处理器子系统115对接的其他子系统(未解说)共享。例如，图形处理器子系统、蓝牙子系统、以及传感器可能使它们的核心逻辑由处理器子系统核心逻辑电源轨137来供电。另外，这些子系统中的嵌入式存储器可以由处理器子系统存储器电源轨138来供电。关于这些共享轨，处理器子系统115内的资源功率管理器(rpm)120如较早所讨论地那样“聚集表决”。就此而言，与处理器子系统115共享电源轨137和138的这些子系统在它们需要被转变成标称操作模式时向rpm120发信号通知。如果所有这些子系统指示它们正在转变成休眠模式且不存在其他要执行的任务，则rpm120可以通过向aon功率域160内的处理器子系统功率管理器(pm)190发信号通知它需要何时被转变回标称模式来自己开始到休眠模式的转变。处理器子系统190可随后管理处理器子系统电源轨137和139到其保留值的转变。就此而言，pmic110可包括：用于用保留电压或标称电压来驱动处理器子系统核心逻辑电源轨137的ldo136。类似地，pmic110可包括：用于用保留电压或标称电压(这些电压独立于电源轨137上的对应电压)来驱动处理器子系统存储器电源轨138的ldo145。

关于标称电压和保留电压的产生，使用ldo来将电池电压向下调节至显著较低的标称值或保留值将是低效的。pmic110内的开关电源(未解说)可由此将电池电压向下调节至中间值。ldo135、140、136、以及145可随后将此中间电压调节至恰适的标称电压和保留电压。pm190以常规的方式控制136和145的调节。这是相当有利的，因为pm190和rpm120不需要被重新设计以容适该独立的第一子系统功率域。

在标称模式中的操作期间，处理器子系统115可能需要命令第一子系统111从休眠操作模式转变成标称操作模式。例如，如果第一子系统111是wifi子系统，则处理器子系统115可能具有它需要通过wifi来发送的消息。如图2中看见的，第一子系统aon功率管理器150包括中断控制模块225，以容适来自例如处理器子系统115的中断。再次参照图1，这些中断可以通过对应的电平移位器151来电平移位，因为aon功率域160使用独立于处理器子系统115的核心逻辑标称电压的电源电压。就此而言，附加的电平移位器(未解说)将类似地使可以在第一子系统111与处理器子系统115之间交换的附加信号电平移位。在接收到如图2中示出的中断之际，中断控制模块225发信号通知第一子系统aon功率管理器150内的状态机200以断言功率启用信号175。如较早所讨论的，pmic110中的ldo控制模块130通过命令ldo135和140用标称电压驱动其电源轨来响应功率启用信号175的断言。在标称电压稳定在轨120和125上时，状态机200可随后触发pmu155以将第一子系统111转变成标称操作模式。在wifi实施例中，pmu155可随后取决于期望的频带而通过导通pmos晶体管p1和/或pmos晶体管p2来使恰适的wlan接口上电。

为了容适第一子系统111内的不同子系统(例如，wlan接口180和185)的操作，第一子系统aon功率管理器150可以监视对应的计数器(诸如第零计数器(comp0)220和第一计数器(comp1)215)。这些计数器通过定时器210来对休眠时钟170的循环进行计数。休眠时钟170可以由pmic110、aon功率域160、或者另一合适的独立源来生成。取决于第一子系统111内对应的子系统何时需要转变成标称模式而设置计数器215和220的计数。就此而言，pmu155向第一子系统aon功率管理器150传送它何时需要转变成标称模式的对应时间(或者等效地，对应的休眠时段的历时)，以使得诸如计数器215和220之类的计数器内对应的计数可以被相应地设置。将领会，计数器的数目可以从一个变为第一子系统111内要求独立的唤醒时间的各种子系统所需要的任何多个。在诸如计数器220或215之类的计数器指示第一子系统111的休眠时段已经期满时，对应的计数器触发中断控制模块225以进而触发状态机200断言功率启用信号175，以便开始第一子系统111到标称模式的转变。

在wifi子系统实施例中，pmu155唤醒(诸)恰适的wlan接口，从而它们可以检查对应频带中的所接收到的话务指示映射(tim)位是否已经被断言。如果tim位(或者在多个wlan模块是活跃的情况下诸tim位)为零，则pmu155可以用第一子系统aon功率管理器150来调度下一唤醒时间。如果tim位被断言(等于二进制1)，则wifi子系统111将行进至与处理器子系统115对接以便接收和处理消息。然而，如果处理器子系统115在休眠模式中，则第一子系统111可以向aon功率域160中的处理器子系统功率管理器190传送中断(未解说)。处理器子系统功率管理器190随后将发信号通知asic110，从而ldo136和145用对应的标称电压来驱动它们各自的电源轨137和138。处理器子系统功率管理器190随后将触发rpm120将处理器子系统115转变成标称(其还可被称为活跃)操作模式。现在将讨论用于操作包括具有独立电源轨的第一子系统的soc的示例方法。

图3是一种示例操作方法的流程图。动作300包括在集成电路中的处理器子系统保持在休眠模式中的同时将集成电路中的第一子系统从休眠操作模式转变成标称操作模式。此类动作的示例在以上关于将第一子系统115转变成标称模式以使得wlan180和/或wlan185可以检查对应的话务指示映射(tim)位的状态来讨论。

该方法还包括动作305，其包括当第一子系统在标称操作模式时确定第一子系统是否具有用于处理器子系统的消息。在wifi实施例中，此类消息将按照：对应的接收到的tim位被断言。然而，将领会，可能需要通过消息接发来与处理器子系统交互的其他类型的子系统也可以有利地使用本文中所公开的独立功率框架。

该方法进一步包括动作310，其包括响应于确定第一子系统具有用于处理器子系统的消息而从第一子系统传送中断，以发起处理器子系统从休眠操作模式到标称操作模式的转变。此类动作的示例是：将中断从第一子系统111传输至处理器子系统功率管理器190，该处理器子系统功率管理器190进而触发处理器子系统115到标称操作模式的转变。

最后，该方法包括动作315，其包括响应于确定第一子系统不具有用于处理器子系统的消息而将第一子系统从标称操作模式转变成休眠操作模式。此类动作的示例将按照：wlan180和/或wlan185确定所接收到的对应的tim位被解除断言(等于逻辑零)。在此类情形中，pmu135将向aon功率域160中的第一子系统aon功率管理器150传送恰适的唤醒时间(或诸唤醒时间)。第一子系统aon功率管理器150随后将解除断言功率启用信号175，以使得ldo135和140将使它们各自的电源轨120和125上的电压下降至对应的保留值。第一子系统111将随后转变成休眠操作模式。

有鉴于众多替换实施例，本公开的范围不应当被限定于本文所解说和描述的特定实施例的范围(因为其仅是作为本公开的一些示例)，而应当与所附权利要求及其功能等同方案的范围完全相当。