集成电路、动态电压缩放调节器与动态电压缩放方法与流程

本发明有关于一种动态电压缩放调节器(dynamic voltage scaling regulator)，更具体地，是关于一种集成电路(integrated circuit，IC)的集成电路、动态电压缩放调节器与动态电压缩放方法。

背景技术：

电压调节器存在于各种系统中，用来提供系统内电路的调节过的电压。

一般来说，需要在各种不同的负载以及不同的操作频率下提供稳定的调节过的电压。换句话说，一个电压调节器用来给电子设备提供并维持恒定电压，例如低压降(low dropout，LDO)电压调节器，其为一个直流线性(DC linear)电压调节器，具有非常小输入-输出差动电压以及相对小的输出噪声。

一般来说，调节器具有一个缺点是它在调节器的负载从多变少(或者变到零负载)的时候不能及时回应。在这样的情况下，IR降的减小会使调节器的输出电压超过负载需要的电压。这种过度的输出电压会导致不必要的负载功耗。

因此，需要一种能根据IR降动态电压调节的低压降调节器。

技术实现要素：

因此，本发明为了解决调节器的负载从多变少的时候不能及时回应的 技术问题，特提供一种新的集成电路、动态电压缩放调节器与动态电压缩放方法。

本发明提供一种集成电路，包含：知识产权模块；以及动态电压缩放调节器，提供输出信号给该知识产权模块，并包含：晶片上低压降调节器，根据控制信号产生该输出信号；电流传感器，耦接到该晶片上低压降调节器与该知识产权模块，根据该输出信号的电流提供侦测信号；以及控制单元，耦接到该电流传感器与该晶片上低压降调节器，根据该侦测信号提供该控制信号给该晶片上低压降调节器，其中回应于该输出信号的该电流的变化，该晶片上低压降调节器根据该控制信号调节该输出信号的电压值。

本发明另提供一种动态电压缩放调节器，提供输出信号给知识产权模块，包含：晶片上低压降调节器，根据控制信号产生该输出信号；电流传感器，监控该输出信号的电流来提供侦测信号；以及控制单元，根据该侦测信号提供该控制信号，其中当该侦测信号指示该输出信号的该电流小于特定值，该控制单元提供该控制信号给该晶片上低压降调节器，以减小该输出信号的电压值。

本发明另提供一种动态电压缩放方法，包含：使用晶片上低压降调节器，根据控制单元的控制信号，提供输出信号给知识产权模块；使用电流传感器，监控该输出信号的电流来提供侦测信号，该侦测信号指示该输出信号的该电流的变化；以及回应于该输出信号的该电流的该变化来缩放该输出信号的电压值。

本发明的集成电路、动态电压缩放调节器与动态电压缩放方法能够实现较低功耗。

本发明的这些及其他的目的对于本领域的技术人员来说，在阅读了下述优选实施例的详细说明以后是很容易理解和明白的，所述优选实施例 通过多幅图予以揭示。

附图说明

图1显示根据本申请一实施例的集成电路100的示意图。

图2A显示图1的输出信号Sout的电源分配网络210的示意图。

图2B显示如图2A所示的终端N1的输出信号Sout的电流值。

图2C显示图2A的终端N1中的输出信号Sout的电压值。

图2D显示图2A的终端N2的输出信号Sout的电压值。

图3A显示图2A中的终端N1的输出信号Sout的电流值的另一实施例的示意图。

图3B显示图2A的终端N1中的输出信号Sout的电压值的另一实施例。

图4显示图2A的终端N1中的输出信号Sout的电压值的另一示意图。

图5显示集成电路的动态电压缩放方法。

具体实施方式

本说明书及权利要求书使用了某些词语代指特定的组件。本领域的技术人员可理解的是，制造商可能使用不同的名称代指同一组件。本文件不通过名字的差别，而通过功能的差别来区分组件。在以下的说明书和权利要求书中，词语“包括”是开放式的，因此其应理解为“包括，但不限于...”。

图1显示根据本申请一实施例的集成电路(IC)100的示意图。IC100包含至少一动态电压缩放调节器110，以及至少一知识产权(intellectual property，IP)模块150。动态电压缩放调节器110能够提供输出信号Sout给IP模块150作为IP模块150的供电电压。需要注意的是，动态电压缩放调节器110与IP模块150都实施在一个芯片内。而且，IP模块150可以是功能模块(例如，处理器，GPU，调制解调器等)或存储模块(例如RAM，ROM等)。在其他实施例中，IC包含多个动态电压缩放调节器110及多个对应动态电压缩放调节器110的IP模块150，其中每个动态电压缩放调节器110能够提供输出信号Sout给对应的IP模块150作为供电电压对应IP模块150的供电电压。动态电压缩放调节器110包含晶片上(on-die)低压降调节器120，电流传感器130与控制单元140。晶片上低压降调节器120根据控制单元140的控制信号产生输出信号Sout，输出信号Sout的电压值根据控制信号Sctrl来确定。电流传感器130耦接到晶片上低压降调节器120与IP模块150。电流传感器130能够侦测/监控输出信号Sout的电流值，并提供侦测信号Ssense给控制单元140。在实施例中，侦测信号Ssense指示输出信号Sout的电流值的变化(variation)。根据侦测信号Ssense，控制单元140提供控制信号Sctrl给晶片上低压降调节器120，以对应侦测到的电压输出信号Sout的电流值的变化来调整输出信号Sout的值。在本实施例中，侦测信号Ssense是模拟信号，控制单元140包含模数转换器(ADC)145，其能够将侦测信号Ssense转换为控制信号Sctrl。控制信号Sctrl是具有N比特的数字信号，控制信号Sctrl的比特数量根据实际应用情况确定。举例来说，输出信号Sout的电压值可以随着控制信号Sctrl的比特数量增加而增加。

在图1中，晶片上低压降调节器120提供输出信号Sout给IP模块150作为IP模块150的供电电压。因此，输出信号Sout的电流值是对应IP模块150的负载电流。如果侦测信号Ssense指示输出信号Sout的电流值减小，控制单元140确定IP模块150的功耗减少。因此，控制单元140 提供控制信号Sctrl给晶片上调节器120，以减少输出信号Sout的电压值。相反地，如果侦测信号Ssense指示输出信号Sout的电流值增加，控制单元140确定IP模块150的功耗增加。因此，控制单元140提供控制信号Sctrl给晶片上调节器120，以增加输出信号Sout的电压值。根据侦测的输出信号Sout的电流值，通过动态地缩放/调整输出信号Sout的电压值，减少了IR降，也减少了IC 100的功率消散。

图2A显示图1的输出信号Sout的电源分配网络(power delivery network)210的示意图。在图2A中，动态电压缩放调节器110通过电源分配网络210提供输出信号Sout给IP模块150。电源分配网络210耦接在终端N1与终端N2之间，其中终端N1是动态电压缩放调节器110的输出终端，而终端N2是IP模块150的输入终端。电源分配网络210由多个在动态电压缩放调节器110的终端N1与IP模块150的终端N2之间的传输线(transmission traces)所组成。

图2B显示如图2A所示的终端N1的输出信号Sout的电流值，其为如图1电流传感器130侦测的输出信号Sout的电流值。而且，图2C显示图2A的终端N1中的输出信号Sout的电压值，输出信号Sout的电压值是由图1的晶片上低压降调节器120所提供。并且，图2D显示图2A的终端N2的输出信号Sout的电压值的例子，输出信号Sout的电压值由图2A的IP模块150所接收。相比于图2C中的终端N1的输出信号Sout的电压值，输出终端N2中的输出信号Sout的电压值的IR降是由电源分配网络210所导致的。请一并参考图2A-2D，当动态电压缩放调节器110监控到终端N1中的输出信号Sout的电流值在时间点t1小于特定电流值IL，动态电压缩放调节器110将输出信号Sout的电压值从V2减少到V1。当动态电压缩放调节器110监控到终端N1中的输出信号Sout的电流值在时间点t2大于特定电流值IL，动态电压缩放调节器110 将输出信号Sout的电压值从V1恢复到V2。相较于提供固定电压值的输出信号的传统的低压降调节器(如图2C的标签220所示)，图2A的动态电压缩放调节器110能根据负载电流提供具有缩放电压值的输出信号。因此，由电源分配网络210(如图2D的标签240所示)导致具有缩放电压值的输出信号的IR降比由电源分配网络210(如图2D的标签230所示)导致的具有固定电压值的输出信号的IR降小。

图3A显示图2A中的终端N1的输出信号Sout的电流值的另一实施例的示意图。输出信号Sout的电流值由图1的电流传感器130所侦测。而且，图3B显示图2A的终端N1中的输出信号Sout的电压值的另一实施例，输出信号Sout电压值由图1的晶片上低压降调节器120提供。在本实施例中，更多电压值根据输出信号Sout的电流值的变化提供给输出信号Sout。请一并参考图3A及3B，如果动态电压缩放调节器110监控到终端N1中的输出信号Sout的电流值在时间点t3小于电流值IL3，动态电压缩放调节器110将输出信号Sout的电压值从V3调整到V2。如果动态电压缩放调节器110监控到终端N1中的输出信号Sout的电流值在时间点t4小于电流值IL1，动态电压缩放调节器110将输出信号Sout的电压值从V2调整到V1。如果动态电压缩放调节器110监控到终端N1中的输出信号Sout的电流值在时间点t5大于电流值IL2，动态电压缩放调节器110将输出信号Sout的电压值从V1调整到V2。如果动态电压缩放调节器110监控终端N1中的输出信号Sout的电流值在时间点t6大于电流值IL4，动态电压缩放调节器110将输出信号Sout的电压值从V2调整到V3。如果动态电压缩放调节器110监控终端N1中的输出信号Sout的电流值在时间点t7大于电流值IL5，动态电压缩放调节器110将输出信号Sout的电压值从V3调整到V4。因此，动态电压缩放调节器110能回应输出信号Sout的电流值的变化动态地缩放输出信号Sout的电 压值，而输出信号Sout的电流值的变化是由动态电压缩放调节器110的负载引起的。

图4显示图2A的终端N1中的输出信号Sout的电压值的另一示意图，输出信号Sout的电压值由图1的晶片上低压降调节器120提供。在本实施例中，动态电压缩放调节器110能给输出信号Sout在每个操作模式下提供至少两个电压值，这些模式包含第一活动模式(first active mode，ACTIVE1)，第二活动模式(second active mode，ACTIVE2)，空闲模式(idle mode IDLE)，睡眠模式(sleep mode，SLEEP)。举例来说，如果动态电压缩放调节器110监控到输出信号Sout的电流值大于电流值Iact1，则动态电压缩放调节器110进入第一活动模式ACTIVE1，并根据输出信号Sout的电流值的变化控制输出信号Sout的电压值在1.1V与1.2V间切换。如果动态电压缩放调节器110监控到输出信号Sout的电流值大于电流值Iact2而小于电流值Iact1，动态电压缩放调节器110进入第二活动模式ACTIVE2，并根据输出信号Sout的电流值的变化控制输出信号Sout的电压值在0.9V与1.0V之间切换。如果动态电压缩放调节器110监控到输出信号Sout的电流值大于电流值Iidle并小于电流值Iact2，动态电压缩放调节器110进入空闲模式IDLE，并根据输出信号Sout的电流值的变化控制输出信号Sout的电压值在0.75V与0.8V之间切换。如果动态电压缩放调节器110监控到输出信号Sout的电流值小于电流值Iidle，动态电压缩放调节器110进入睡眠模式SLEEP，并根据输出信号Sout的电流值的变化控制输出信号Sout的电压值在0.65V与0.7V之间切换。

图5显示集成电路的动态电压缩放方法，集成电路包含动态电压缩放调节器(例如图1的110)以及IP模块(例如图1的150)。首先，在步骤S510中，根据控制信号Sctrl，动态电压缩放调节器的晶片上低压降调节器提供输出信号Sout给IP模块作为IP模块的供电电压。接着，在 步骤S520中，动态电压缩放调节器的电流传感器监控/侦测输出信号Sout的电流，并提供侦测信号Ssense，其指示输出信号Sout的电流的变化。接着，在步骤S530中，动态电压缩放调节器的控制单元接收侦测信号Ssense，并提供控制信号Sctrl给晶片上低压降调节器，以回应输出信号Sout的电流的变化，来缩放输出信号Sout的电压值。

本领域的技术人员将注意到，在获得本发明的指导之后，可对所述装置和方法进行大量的修改和变换。相应地，上述公开内容应该理解为，仅通过所附加的权利要求的界限来限定。