在便携式计算设备中用于电压模式的温度驱动选择的系统和方法
【专利说明】在便携式计算设备中用于电压模式的温度驱动选择的系统和方法
【背景技术】
[0001]便携式计算设备(“pro”)正成为人们在个人级别和专业级别上的必需品。这些设备可以包括蜂窝电话、便携式数字助理(“PDA”)、便携式游戏控制台、掌上型计算机、以及其它便携式电子设备。
[0002]PCD设计的趋势是在降低外形尺寸的同时增加功能。所以，如今的PCD从其设计过程的开始就典型地受限于尺寸，并且，因此，用于PCD内的部件的空间通常是非常珍贵的。因此，PCD设计者和工程师们在对部件进行选择时需要考虑的经常是部件的尺寸，这并不奇怪。
[0003]较小部件的优势在于，除了其所带来的固有的空间节省之外，还降低了功率需求。有利的是，在正常操作温度下，较小部件与它们的较大的弟兄们相比，通常会消耗较少的功率，而不会牺牲处理能力。然而，存在一个折衷，这是因为较小部件容易受到“温度反转效应”的影响，当它们被暴露于设计规范的较低范围中的操作温度时，该“温度反转效应”会减缓其处理速度。
[0004]例如，通常要求P⑶可操作于从_30°C到85°C的温度范围内。例如，当操作在低于(TC的温度点时，小部件的其它理想的低阈值电源需求可能不足以维持时序收敛。因此，即使最小的部件可能完全适合于中等范围的操作温度，设计者们也不得不选择足够大的部件以抵抗在较冷操作环境下的温度反转效应。
[0005]因此，在本领域中需要一种系统和方法，其允许在冷操作环境中使用具有低功率阈值的部件，并且改善PCD中的产量以及芯片集的鲁棒性。更具体的，在本领域中需要一种系统和方法，其通过修改处理部件的供给电压等级，以避免由于低操作温度而导致的在PCD中时序收敛的失败。
【发明内容】
[0006]本文公开了用于便携式计算设备(“PCD”)中的最小供给电压等级选择(即，电压模式选择技术)的方法和系统的各个实施例。各个实施例的优势在于:PCD设计者们可以在特定的最小供给电压和操作温度阈值下闭合时序，该操作温度阈值高于PCD必须在其中才起作用的主操作温度范围的最低端。有利的是，通过在较高操作温度阈值下闭合时序，可以在PCD中使用要求相对较低功耗的相对较小的部件，从而当PCD操作于阈值之上的操作温度时，提供改进的整体功耗。特别地，为了在操作温度降低到阈值以下时维持功能，增加部件的最小供给电压，从而使得在整个主操作温度范围内维持功能。如本领域普通技术人员将认识到的，该系统和方法牺牲了涉及操作温度阈值以下的功耗，换来了外形尺寸的降低以及在更高的、更典型的操作温度状况下的功率效率的改进。
[0007]用于便携式计算设备(“PCD”)中的电压模式选择的示例性方法包括定义PCD中的第一操作温度阈值。如上文所提到的，该第一操作温度阈值可以表示这样一种温度，在该温度之下，PCD中的一个或多个部件不能以第一最小供给电压等级维持时序收敛。监控一个或多个温度传感器(例如，芯片上的管芯级传感器)。如果传感器所产生的温度读数表明已经越过了该第一操作温度阈值，则可以调整最小供给电压。特别地，如果越过阈值使得所测量的操作温度在该阈值之下，则可以将最小供给电压向上调整，以防止部件慢化到致使电路不能够满足时序收敛要求的那种程度。同样地，如果越过阈值使得所测量的操作温度在阈值之上，则可以将最小供给电压向下调整，以使得部件不会消耗过多的功率。
【附图说明】
[0008]在附图中，除非另外指出，否则贯穿各个视图的相同的附图标记指代相同的部分。对于具有字母符号标号的附图标记，例如“ 102A”或“ 102B”，该字母符号标号可以区分在同一附图中出现的两个同样的部分或元件。当附图标记旨在包括在所有附图中的具有相同附图标记的所有部分时，可以省略用于附图标记的字母符号标号。
[0009]图1是示出了在便携式计算设备(“PCD”)中用于实施电压模式选择方法的片上系统的实施例的功能框图；
[0010]图2是示出了用于实施基于温度读数来修改被提供给处理部件的阈值电压等级的方法和装置的、以无线电话形式的、图1中的PCD的示例性的非限制性方面的功能性框图；
[0011]图3A是示出了用于图2所示芯片的硬件的示例性空间布置的功能性框图；
[0012]图3B是示出了用于电压模式选择和最小化电压等级修改的图2的PCD的示例性软件架构的示意图；
[0013]图4是示出了在图1的PCD中用于电压模式选择的方法的逻辑流程图；
[0014]图5是示出了用于基于电压模式来应用静态电压缩放(“SVS”)的子方法或子例程的逻辑流程图。
【具体实施方式】
[0015]本文中所使用的词语“示例性”意指“用作例子、实例或说明”。本文中被描述为“示例性”的任何方面不必被解释为比其它方面更高级、更优选或更具优势。
[0016]在本说明书中，术语“应用程序”也可以包括具有可执行内容的文件，例如:目标代码、脚本、字节代码、标记语言文件、以及补丁。另外，本文中所提及的“应用程序”也可以包括自然态时不可执行的文件，例如可能需要被打开的文档或其它需要被访问的数据文件。
[0017]如在本说明书中所使用的那样，术语“部件”、“数据库”、“模块”、“系统”、“处理部件”以及类似的术语意指与计算机相关的实体，其可以是硬件、固件、软件和硬件的结合、软件、或执行中的软件。例如，部件可以但不限于是:处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行文件、执行的线程、程序、和/或计算机。通过说明的方式，计算设备上运行的应用程序和计算设备都可以是部件。在执行的进程和/或线程内可以驻留一个或多个部件，并且，部件可以位于一台计算机上和/或分布于两台或更多台计算机之间。另外，可以从存储了多种数据结构的多种计算机可读介质上执行这些部件。通过本地和/或远程进程的方式，例如根据具有一个或多个数据分组的信号(例如，来自与本地系统、分布式系统中的另一个部件进行交互、和/或通过信号的方式在诸如互联网这样的网络上与其它系统进行交互的一个部件的数据)，这些部件可以进行通信。
[0018]在本说明书中，术语“中央处理单元(“CPU”)”、“数字信号处理器(“DSP”)”、“图形处理单元(“GPU”)”、以及“芯片”可以互换使用。进一步地，CPU、DSP、GPU或芯片可以由在本文中通常被称作“核”的一个或多个不同的处理部件所组成。另外，就CPU、DSP、GPU、芯片或核是在PCD内的功能性部件来说，其消耗多种等级的功率以在多种等级的功能效率上进行操作，本领域普通技术人员将认识到这些术语的使用不是将所公开的实施例、或它们的等效物的应用限制到PCD内的处理部件的上下文中。也就是说，尽管在处理部件的上下文中描述了许多的实施例，但是可以预见，可以将模态电压选择方法应用到PCD内的任何功能部件上，该功能部件包括但不限于:调制解调器、照相机、无线网络接口控制器(“WNIC”)、显示器、视频编码器、外围设备、电池等。
[0019]在本说明书中，应当理解，术语“热”和“热能”可以与能够产生或耗散能量的设备或部件关联使用，能量可以以“温度”为单位进行测量。类似地，术语如“操作温度”和“环境温度”通常可互换使用，以指代设备或部件被暴露的、以“温度”为单位测量的热状况。照此，本领域的普通技术人员将认识到，从设备自身或其它附近的热能产生部件耗散的热能可以对给定设备或部件所暴露的“操作温度”产生影响。此外，将进一步理解到，参考一些标准值，术语“温度”设想了可以指示“热能”产生设备或部件的相对暖、或缺乏热量的任何测量。例如，当两个部件处于“热”平衡的时候，两个部件的“温度”相同。
[0020]在本说明书中，术语“工作负载”、“处理负载”和“处理工作负载”可以互换使用，并且通常指向与给定实施例中的给定处理部件相关联的处理负荷、或处理负荷的百分比。除了上文所定义的之外，“处理部件”、或“热能产生部件”或“热量侵略方(thermalaggressor)”可以是但不限于是:中央处理单元、图形处理单元、核、主核、子核、处理区域、硬件引擎等，或存在于便携式计算设备内的集成电路内部或外部的任何部件。
[0021]在本说明书中，术语“便携式计算设备”(“PCD”)用于描述在有限容量电源(例如，电池)上操作的任何设备。尽管使用电池进行操作的PCD已经使用了几十年，但是随着可充电电池的技术进步加上第三代(“3G”)和第四代(“4G”)无线技术的出现已经使得许多PCD能够具有多种能力。因此，除了其它项之外，PCD可以是蜂窝电话、卫星电话、寻呼机、PDA、智能电话、导航设备、智能本或阅读器、媒体播放器、以上提及的设备的组合、以及具有无线连接的膝上计算机等等。
[0022]在本说明书中，术语“时序收敛”、“闭合时序”、“关闭时序”等将被本领域普通技术人员理解为鉴于阈值电压供给等级与部件选择相关的电路设计考虑因素的参考。此外，本领域普通技术人员将认识到:在给定的阈值电压供给等级处存在低操作温度限制，在该低操作温度限制之下，给定部件的功能变得太慢而不足以维持电路的时序要求。因此，在特定低操作温度处的“闭合时序”指示在给定最小供给电压的情况下在给定电路内的部件将在“时序收敛”温度处起作用。
[0023]此外，电路设计者和工程师们对部件进行选择，所述部件能够在操作温度的特定范围上维持时序要求的同时，以给定的最小或阈值电压等级进行操作。例如，PCD设计者们常常必须设计能够在-30°C到85°C的周围环境范围内进行工作的电路，并且因此，在他们的设计里，当选择电路部件时，在_30°C处闭合时序。特别地，尽管本文所描述的各个实施例是针对具有_30°C到85°C的操作温度范围的P⑶在其中的情况，但是应当理解的是，这些实施例是出于示例性的目的而被提供的，并且提到这个操作范围并不是将实施例的应用限制于针对-30°C到85°C的操作范围而设计的P⑶。也可设想其它操作范围。
[0024]为了使电路能够在整个操作温度范围内正常工作，本领域普通技术人员将认识至IJ，时序容限(timing margin)必须维持在电路上的所有时钟边沿上。也就是说，例如，随着信号传播通过晶体管链，所有晶体管都必须在由时序边沿所限定的时间量内(即，在“时间窗口”内)执行它们的功能；否则，电路将不能正常工作。
[0025]特别地，随着晶体管的操作温度变化，晶体管开关处的速度也会发生变化。如以上所提到的，在选择部件时，设计者们必须考虑到在操作温度的目标范围内的开关速度的变化量。设计者们选择在何种温度闭合时序指示了部件的选择，例如晶体管的尺寸。例如，如果时序闭合于_30°