功率管理方法及其系统与流程

本申请要求申请日为2015年8月4日的美国临时申请号为62/201,054的专利申请的优先权。上述专利申请的全部内容被合并引用到本申请中。

技术领域

本发明实施例涉及功率管理，更具体地，涉及一种功率管理方法及其系统，用于通过执行功率控制操作来防止过流事件。

背景技术：

随着先进集成芯片制造技术的演进，芯片上设置的元件的数量及电路复杂度也在增加，因此片上系统(System-on-Chip，SoC)方案是切实可行的。还逐渐地将供给SoC芯片的操作电压降低到更低的级别，以实现更有竞争力的产品规格。当需求功耗实质上保持不变时，操作电压的降低使得难以保证SoC芯片的输出电压的稳定性，尤其是当消耗(draw)大的操作电流时。芯片消耗的大操作电流所引起的输出电压的不稳定性是一种过流事件(over current event)。本领域需要一种防止过流事件的系统性解决方案。

技术实现要素：

本发明的一个实现方式公开了一种功率管理方法。该功率管理方法包含：生成相关功率值；向功率管理控制器通知相关功率值是否已超过阈值；以及当相关功率值超过阈值时，通过功率管理控制器执行功率控制操作，其中功率控制操作用于防止过流事件。

本发明的另一实现方式公开了一种功率管理系统。该功率管理系统包含：功能单元；功率计，耦接至功能单元，用于生成功能单元对应的相关功率值；以及功率管理控制器，耦接至功率计，用于在被功率计通知时执行功率控制操作，功率控制操作用于防止过流事件，其中当相关功率值已超过阈值时，功率计通知功率管理控制器。

基于以上技术方案，在本发明实施例中，在相关功率值超过阈值时，功率管理控制器执行功率控制操作，因而本发明实施例可以防止过流事件。

在阅读下面的显示在不同附图中的优选实现方式的详细描述后，对于本领域普通技术人员来说，本发明的这些和其它目的将变得显而易见。

附图说明

图1是根据本发明一个实现方式的功率管理系统的示意图。

图2是根据本发明一个实现方式的功率计及功能单元的概要示意图。

图3是根据本发明另一实现方式的功率计及功能单元的概要示意图。

图4是根据本发明再一实现方式的功率计及功能单元的概要示意图。

图5是根据图4及本发明一个实现方式的生成前述转换率的示意图。

图6是根据图4及本发明另一实现方式的生成前述转换率的另一动态示意图。

图7是根据本发明另一实现方式的功率管理系统的示意图。

图8是根据本发明一个实现方式的功率控制操作对应的波形图的示意图。

图9是根据本发明另一实现方式的功率控制操作对应的波形图的示意图。

图10是根据本发明再一实现方式的功率控制操作对应的波形图的示意图。

图11是根据本发明一个实现方式的功率管理方法的示意性流程图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实现方式的功率管理系统100的示意图。功率管理系统100可包括功能单元110、功率计120及功率管理控制器130。功率计120可耦接至功能单元110，用于生成功能单元110的操作对应的相关功率值Pv。功率管理控制器130可耦接至功率计120，用于在被功率计120通知时，执行功率控制操作以防止过流事件。根据本发明的实现方式，功率计120可通过发送通知信号S1，来通知功率管理控制器130。当相关功率值Pv已超过阈值TH时，功率计120可通知功率管理控制器130。功率计120可包括比较器单元1220，用于检查相关功率值Pv是否已超过阈值TH，以及生成前述通知信号S1。

图2是根据本发明一个实现方式的功率计120及功能单元110的概要示意图。在图2中，功率计120可通过对功能单元110进行采样来得到相关功率值Pv。也就是说，可从功能单元110采样及获得相关功率值Pv。图2中所示的相关功率值Pv可包括功能单元110消耗的操作电流所对应的电流电平和/或电压电平。可用电子的数字功率计或设计用于采样电流值和/或电压值的检测器，来采样相关功率值Pv。

图3是根据本发明另一实现方式的功率计120及功能单元110的概要示意图。在图3中，功率指标Pd可被采样及收集至相关功率值生成器(power related value generator)1210以被后续处理，用以生成相关功率值Pv。例如，当已采样的功率指标Pd是检测到的电压值时，相关功率值生成器1210可执行模数转换操作、功耗计算操作及电平确定操作，以确定对应的相关功率值Pv。在该过程中可使用一组查找表。接着，可将相关功率值Pv与阈值TH作比较。在图2-3中，根据本发明实现方式，相关功率值Pv可以为与功耗成正比的指标，诸如(但不限于)电流电平、电压电平、数据速率及激活周期参数(active duty parameter)。

图4是根据本发明再一实现方式的功率计120及功能单元110的概要示意图。在图4中，功率计120用于从功能单元110采样多个功率指标Pdi-Pdj，从该多个功率指标Pdi-Pdj生成转换率(slew rate)，来生成相关功率值Pv。在图4中，功率指标Pdi-Pdj可以为与功耗成正比的指标，诸如根据本发明实现方式的电流电平、电压电平、数据速率及激活周期参数。相关功率值Pv可以为已生成的转换率。在图4中，相关功率值生成器1210a从已采样的功率指标Pdi-Pdj生成转换率。功率指标Pdi-Pdj可包括功能单元110消耗的操作电流所对应的多个电流电平和/或多个电压电平。可用电子的数字功率计或设计用于采样电流值和/或电压值的检测器，来对功率指标Pdi-Pdj进行采样。本文中的转换率可以为每个时间单位的变化率。例如，假设第一功率指标被采样为5.2伏特，第二功率指标被采样为5.8伏特，以及两次采样之间的时间间隔为500毫秒，那么转换率为1.2伏特/秒。

在该例子中，已获得的转换率1.2伏特/秒可以作为相关功率值Pv，用以与阈值TH比较，或者被后续处理以生成相关功率值Pv。

如上所述，图1-4中示出的功率计120可以为或者包括电流检测器、电压检测器、带宽检测器、激活周期检测器或功率指标检测器，用于对相应于功能单元110的功耗状态的至少一个功率指标或相关功率值(例如，电流电平或电压电平)进行采样。

图5是根据图4及本发明一个实现方式的生成前述转换率的示意图。以功率指标Pd0-Pd5为例(其中Pd0-Pd5可以为Pdi-Pdj中的一组)，功率指标Pd0-Pd5可以由功率计120顺序采样。由于Pwr1-Pwr5中的每个功率值可以与功率指标Pd0-Pd5中的每个成正比，可使用功率指标Pd0-Pd5计算功率值Pwr1-Pwr5。相关功率值Pv1-Pv5中的每个可对应于图1-4中示出的相关功率值Pv。接着通过执行转换率计算，可以获得相关功率值Pv1-Pv5。例如，相关功率值Pv1可对应于功率值Pwr1及Pwr2的转换率。每个功率指标Pd可以为相关功率事件对应的参数，相关功率事件诸如使用中的已采样的数据速率或观察到的带宽。每个功率指标Pd可以与实际的功耗正相关。根据功率指标Pd及经验值，可获得功率指标Pd对应的功率值Pwr。每个相关功率值Pv可以与功率值Pwr的变化有关。例如，当参数t1(如图5所示)为预定时间间隔，相关功率值Pv1可以与Pwr0及Pwr1的变化正相关。相似地，可以使用功率值Pwr1及Pwr2计算相关功率值Pv2，可以使用功率值Pwr2及Pwr3计算相关功率值Pv3，等等。相关功率值Pv不限于由上述转换率计算生成，在本发明其它实现方式中可使用查找表获得相关功率值Pv。在图5所示的例子中，相关功率值Pv1及Pv2没有超过阈值TH，使得不需要将通知信号S1设为激活。然而，相关功率值Pv3已超过阈值TH(例如，相关功率值Pv3≥阈值TH)，使得出现过流事件的风险增大，将通知信号S1设为激活，用以通知功率管理控制器130执行功率控制操作。在图5中，以通知信号S1的激活状态表示为高态脉冲(high state pulse)为例。图5中执行的操作可由图4中的相关功率值生成器1210a执行。根据本发明的一个实现方式，可以以预定频率周期性地采样功率指标。例如，功率指标Pd0-Pd5可以为每隔50毫秒从功能单元110采样获得的电压电平。图5中的时间间隔ts是用于描述采样时间间隔。预定频率可以为可编程的。当将频率编程为更高时，敏感度会增加。

在图5中，每个相关功率值(例如，相关功率值Pv1-Pv5中的任一个)对应于使用两个功率值(例如，功率值Pwr1-Pwr2)计算的转换率。然而，如图6所示，根据本发明另一实现方式，可直接计算两个已采样的功率指标的转换率来获得相关功率值，而不用先计算功率值。图6是根据图4及本发明另一实现方式的生成前述转换率的另一动态示意图。在图6中，相关功率值Pv1可以为从已采样的功率指标Pd0及Pd1计算而来的转换率，相关功率值Pv2可以为从已采样的功率指标Pd1及Pd2计算而来的转换率，等等。因为操作原理与图5的例子相似，这里不再重复描述。图6中执行的操作可以由图4中的相关功率值生成器1210a执行。

图7是根据本发明另一实现方式的功率管理系统700的示意图。功率管理系统700可以与图1中示出的功率管理系统100相似，但是还包括存储器140。存储器140可以耦接至功率计120，以及用于存储阈值TH及相关功率值Pv。相关功率值Pv及使用的阈值TH可存储在存储器140中用以统计或调试分析。在另一例子中，可在存储器140中存储一组数值，以及存储的其中一个数值可被选为阈值TH。

功能单元110可包括电子单元，电子单元由数字电路、模拟电路和/或用于执行特定功能的存储单元组成。特别地，功能单元110可以为一些场景中消耗更高功率以及需要消耗大的操作电流的功能模块。根据本发明的实现方式，功能单元110可以为(但不限于)SoC的中央处理单元(central processing unit，CPU)、图形处理单元(Graphics Processing Unit，GPU)或总线单元。例如，当功能单元为GPU时，功能单元110要处理一组复杂的图像，那么功能单元110会在短时间内消耗大的操作电流使得相关功率值Pv可能会超过阈值TH，以及功率管理控制器130会执行功率控制操作，以防止过流事件及稳定输出电压。根据本发明的一个实现方式，功率管理控制器130可以实现为集成电路(Integrated Circuit，IC)或者芯片中的特定功能硬件模块，IC可为诸如功率管理IC(Power Management IC，PMIC)。根据本发明的另一实现方式，功率管理控制器130可包括控制模块及电源模块，用于控制功率并向功能单元110供电。

上述功率控制操作可包括以下操作：

(i)通过从第一模式进入第二模式，功率管理控制器130向功能单元110输出更高功率的输出；

(ii)功率管理控制器130在脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)模式中调节操作频率；或者

(iii)功率管理控制器130在预定时间间隔减小(throttle)系统时钟，用以降低电流消耗。

根据本发明的一个实现方式，在操作(i)中，第一模式可以为脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation，PFM)模式，以及第二模式可以为PWM模式。因为在PWM模式比起在PFM模式，功率管理控制器130可支持更高功率的输出以及更好的驱动能力，从PFM模式进入PWM模式可防止过流事件及相关的电阻压降(IR-drop)(即，电流(I)经过阻值(R)的电阻产生的压降)。关于操作(ii)，图8可以作为例子。图8是根据本发明一个实现方式的功率控制操作对应的波形图的示意图。在图8中示出了功率管理控制器130的操作时钟的波形图。如图8所示，当将通知信号S1设为激活时，功率管理控制器130可将功率管理控制器130的操作频率从频率f1调节至频率f2，其中频率f2可高于频率f1。通过使用更高的操作频率，功率管理控制器130可增加功能单元110的供电能力，处理更繁重的任务时，发生过流事件的风险更低。关于操作(iii)，图9及10可以作为例子。图9是根据本发明另一实现方式的功率控制操作对应的波形图的示意图。在图9中，当将通知信号S1设为激活时，功率管理控制器130可以在预定时间间隔tg减小系统时钟以至停止系统时钟，以及在时间间隔tg中可降低功能单元110消耗的操作电流。图10是根据本发明再一实现方式的功率控制操作对应的波形图的示意图。在图10中，当将通知信号S1设为激活时，功率管理控制器130可在预定时间间隔tg减小系统时钟，使得在预定时间间隔tg中系统时钟的频率从频率f3改变为频率f4。频率f4可以低于频率f3，用以降低消耗的电流。例如，频率f3可以为频率f4的多倍，使得频率f3为频率f4的m倍，其中m为正数但不限于整数。

在图5-10中，以通知信号S1的激活状态表示为高态脉冲为例。然而，根据其它实现方式，通知信号S1的激活状态可以为恒定的高态或恒定的低态，以及前述功率控制操作可仅在通知信号被设为激活的时间间隔执行。在所有情况中，需要合理的状态转换时间及响应时间。

图11是根据本发明一个实现方式的功率管理方法1100的示意性流程图。图11可以结合图1及7来说明。功率管理方法1100可包括以下步骤：

步骤1120：生成相关功率值Pv；

步骤1130：确定相关功率值Pv是否已超过阈值TH？如果超过，进入步骤1140；如果没超过，进入步骤1120；

步骤1140：通知功率管理控制器130；

步骤1150：功率管理控制器130执行功率控制操作，转去步骤1120。

如上所示，相关功率值Pv可以为从功能单元110采样而来的功率指标，或使用从功能单元110采样而来的至少两个功率指标获得的转换率，以及可以使用前述操作(i)-(iii)中的一个实现功率控制操作。因此，这里不再重复描述。

总结地说，使用根据本发明实现方式揭露的功率管理方法及功率管理系统，可以生成相关功率值Pv以及将其与阈值TH比较，用以检测对应于高消耗电流及高过流事件风险的场景，以及可执行功率控制操作以有效地防止过流事件以及过流事件引起的不想要的电阻压降。稳定SoC系统的功能性能及输出电压的效果很显著。

本领域技术人员将容易地看到，可在保留本发明教导的同时，做出装置和方法的许多修改和替换。因此，上述公开内容应理解为仅由所附权利要求书的界限和范围限制。