一种浪涌电流控制模块及其方法与流程

本发明属于数字电路设计技术领域，涉及一种浪涌电流控制模块及其方法。

背景技术：

为了省电以延长使用时间，用于移动设备的集成电路芯片多运用低功耗设计方法。在低功耗芯片设计方法中，关掉闲置模块的供电是实现芯片省电的主要方法之一。

为了实现对模块的关断，通常需要在芯片设计中加电源开关。当芯片中的电路模块工作状态为空闲时，可以用电源开关彻底关掉供电，从而达到省电的目的；当需要重新使用电路模块功能时，再开启该模块的供电。

请参阅图1，图1所示为现有技术中低功耗芯片设计中用到的电源开关的设计电路结构示意图。如图所示，该电路模块包括PMOS晶体管，使能信号EN由芯片内部的电源控制电路给出，控制图1中PMOS管的导通与关断；其中，VDD是芯片外部电源，VDDC是模块电源。通过对使能信号EN的控制，可以实现外部电源VDD与模块电源VDDC之间的接通与关断。

请参阅图2，图2为现有技术中两种电源开关在芯片设计中的使用方式布局示意图。如图所示，电源开关在芯片设计中的使用方式分为：

①、成列插入；

②、集中在模块的周边。

然而，这种方法可以有效地降低芯片的功耗，但是也带来一些负面效应。为了保证对电路模块的充分供电，往往需要大量的电源开关，确保可以提供足够的电流，同时降低导通电阻。而大量的PMOS晶体管同时会带来巨大的电容性负载，从而引发对大电容充电时的巨大的瞬态电流(即浪涌电流)。

本领域技术人员清楚，在开启模块电源的瞬间，会有较大的浪涌电流，浪涌电流(Electrical surge)，也叫突波，顾名思义就是瞬间出现超出电流稳定值的峰值，巨大的瞬态电流对芯片的可靠性是有害的。如果设计不当，大电流可以引起电迁移效应，导致电路的断路或是短路，使芯片功能异常或是完全失效。瞬态电流过大，可以导致芯片的直接烧毁，甚至可以引起火灾，造成其他的设备损失或是人员伤害。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种浪涌电流控制电路和控制方法，其采用可编程计数器和选择器来控制浪涌电流的大小，增强芯片的可靠性，减少用于电源网络的布线资源，从而增加芯片寿命，减小芯片成本。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种浪涌电流控制模块，用于集成电路芯片中，所述集成电路芯片中包括多个功能单元以及控制所述功能单元电源通断的M个相应的电源开关，所述浪涌电流控制模块包括可编程计数器单元、选择器单元和使能信号驱动电路模块；所述可编程计数器单元的输入端接入芯片的时钟信号，所述可编程计数器单元的输出端接入所述选择器单元的输入端来控制所述选择器单元的输出；M个电源开关被分成N组，分别与N组所述使能信号驱动电路相连，所述选择器单元具有N组输出端，分别输出N组使能信号En给N组所述使能信号驱动电路，N组所述使能信号驱动电路分别控制各组电源开关的通断；其中，N和M为大于1的正整数，N小于M；

所述可编程计数器单元通过设置计数量，控制所述选择器单元根据一定的预定时间间隔输出给N组电源开关的通断信号，即将分N组后的M个电源开关采用时间间隔的梯次开启来减小瞬态的浪涌电流。

进一步地，所述M个电源开关被分成N组的分组规则，由空间的大小、布线资源的多少、使用金属层的多少、驱动负载的大小和所需电源开关的多少确定。

进一步地，每组所述电源开关的数量为100～10000。

进一步地，所述M分为N组，N为2～100。

进一步地，所述开启使能信号的预定时间间隔控制在纳秒到微秒量级。

进一步地，所述可编程计数器单元传递给所述选择器单元的计数量是通过内部时钟信号进行计数，或采用外部时钟信号进行计数。

进一步地，所述电源开关为PMOS晶体管，所述使能信号EN输入到所述PMOS晶体管的栅极。

进一步地，所述集成电路芯片为低功耗设计的集成电路芯片。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种采用上述的浪涌电流控制模块的控制方法，包括如下步骤：

步骤S1：将M个电源开关分成N组，分别与N组所述使能信号驱动电路相连，所述选择器单元具有N组输出端，分别输出N组使能信号En给N组所述使能信号驱动电路；其中，N和M为大于1的正整数，N小于M；

步骤S2：所述可编程计数器单元通过设置计数量，控制所述选择器单元根据一定的预定时间间隔输出给N组电源开关的通断信号，即将分N组后的M个电源开关采用时间间隔的梯次开启来减小瞬态的浪涌电流。

从上述技术方案可以看出，本发明一种浪涌电流控制模块及其方法，其根据芯片设计的具体情况，通过把电源开关分成不同的组的设计思路，实现对众多电源开关的分时分批的开启，有效地控制了瞬态电流的大小，从而提高芯片可靠性；同时节省芯片电源布线资源，从而降低芯片制造成本。

附图说明

图1所示为现有技术中低功耗芯片设计中用到的电源开关的设计电路结构示意图

图2为现有技术中两种电源开关在芯片设计中的使用方式布局示意图

图3为本发明浪涌电流控制模块一较佳实施例的示意图

具体实施方式

下面结合附图3，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

需要说明的是，本发明采用可编程计数器单元和选择器单元来控制浪涌电流的大小，增强芯片的可靠性，减少用于电源网络的布线资源，从而增加芯片寿命，减小芯片成本。

请参阅图3，图3为本发明浪涌电流控制模块一较佳实施例的示意图。如图3所示，与现有技术相同的是，该集成电路芯片中包括多个功能单元以及控制功能单元电源通断的M个相应的电源开关。其中，M为大于1的正整数，为了保证对功能单元的充分供电，在实际的集成电路芯片中，M的数量级通常可以为成千上万个；这些电源开关可以放在功能单元的周边，也可以成列地摆放在功能单元里面，在此不再赘述。

在本发明的实施例中，该集成电路芯片可以为低功耗设计的集成电路芯片。单个的电源开关的形式可以是多种多样，例如，也可以如图1所示，即电源开关为PMOS晶体管，使能信号EN输入到PMOS晶体管的栅极。使能信号EN控制图中PMOS管的导通与关断；VDD是芯片外部电源，VDDC是模块电源。通过对使能信号EN的控制，可以实现外部电源VDD与模块电源VDDC之间的接通与关断。

与现有技术不同的是，本发明的浪涌电流控制模块还包括可编程计数器单元、选择器单元和使能信号驱动电路模块。可编程计数器单元的输入端接入低功耗设计的集成电路芯片的时钟信号，该可编程计数器单元的输出端接入选择器单元的输入端来控制选择器单元的输出。

本发明为了减小这些电源开关同时开启时产生的瞬态电流，可以把这些电源开关分成不同的组，即M个电源开关可以被分成N组，分别与N组使能信号驱动电路相连，选择器单元具有N组输出端，分别输出N组使能信号EN给N组使能信号驱动电路，N组使能信号驱动电路分别控制各组电源开关的通断；其中，N为大于1的正整数，N小于M。

需要说明的是，M个电源开关被分成N组的分组规则，可以根据芯片设计的具体情况，如空间的大小、布线资源的多少、可使用金属层的多少、可以驱动负载的大小以及所需电源开关的多少等来决定分成多少组。

例如，M个电源开关可以被分成2组、4组、8组或16组等等。N组电源开关中每组电源开关可以包含几百或是几千个电源开关，每组电源开关都有自己统一的使能信号EN_n，如第一组的使能信号是EN_1；各组的使能信号发出使能信号的时间点是不一样的。

也就是说，可编程计数器单元通过设置计数量，控制选择器单元根据一定的预定时间间隔输出给N组电源开关的通断信号，即将分N组后的M个电源开关采用时间间隔的梯次开启来减小瞬态的浪涌电流。

可编程计数器单元传递给选择器单元的计数量是通过内部时钟信号进行计数，或采用外部时钟信号进行计数。在本发明的实施例中，该可编程计数器对内部时钟信号进行计数，根据外部设置或是内部设定产生相应的预定时间间隔信号，这些预定时间间隔信号传递给选择器单元，选择器单元根据这些信号决定开启使能信号EN_n的顺序。

开启使能信号的预定时间间隔由可编程计数器的设置来决定，开启使能信号的预定时间间隔控制在纳秒到微秒量级。例如，使能信号EN_1、EN_2…EN_n…EN_N间隔10纳秒开启，在使能信号EN_1、EN_2…EN_n…EN_N中的某一个按顺序开启后，其它的使能信号均处于关闭状态。

通过这种设计方法，可以实现对众多电源开关的分时分批的开启，有效地控制了瞬态电流的大小，从而提高芯片可靠性；同时可以节省芯片电源布线资源，从而降低芯片制造成本。

以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。