自适应电压定标的制作方法
【专利说明】自适应电压定标
[0001]分案申请的相关信息
[0002]本案是分案申请。该分案的母案是申请日为2010年3月30日、申请号为201080014245.X、发明名称为“自适应电压定标”的发明专利申请案。
[0003]相关申请案
[0004]本申请案主张来自2009年3月30日申请的第61/164，882号美国临时专利申请案和2009年7月2日申请的第61/222，779号美国临时专利申请案的优先权以及所述两个美国临时专利申请案的权益，所述两个美国临时专利申请案中的每一者的全部内容以引用的方式并入到本文中。
技术领域
[0005]本申请案的技术涉及用于控制对给定操作频率下的电路供电的电压电平的自适应电压定标器(AVS)以及相关系统。
【背景技术】
[0006]例如中央处理单元(CPU)或数字信号处理器(DSP)等同步数字电路需要时钟信号来协调电路中逻辑的时序。时钟信号的频率控制逻辑的切换速度或速率，且因此控制电路的性能。在操作频率与电压电平之间存在关系。操作频率的增加使对电路供电以供适当操作所要求的最小电压电平增加。因此，操作频率的增加通常导致更多的电力消耗。可通过降低对电路供电的电压电平来减少电力消耗。然而，电压电平的减少使可能用于电路的最大操作频率减少。可减少电压电平直到达到对于电路适当操作所必需的最小阈值电压电平为止。
[0007]尽管通常希望通过使电路的操作频率最大化来使电路的性能最大化，但有时候并不要求或希望使操作频率最大化。在此情况下，在不影响电路的适当操作的情况下可减少对电路供电的电压电平，以保存电力。在这点上，可使用动态电压定标器(DVS)。DVS可确定电路的所要操作频率，并控制时钟产生器以在所要操作频率下产生用于所述电路的时钟信号。DVS还可使用确定的操作频率来确定用于电路的最小电压电平。DVS可随后控制调压器来产生所要最小电压电平。以此方式，DVS可在给定操作频率下将电压调整为最小电压电平，以保存电力，同时维持适当的电路操作。
[0008]其它因素可提高对给定操作频率下的电路供电所要求的最小电压电平。举例来说，用以制造同步数字电路及其组件的纳米集成电路(IC)工艺的变化性可导致延迟变化。例如晶体管的操作温度以及老化效应等环境条件可影响传播延迟。由于电流汲取的变化的缘故可瞬时降低由电压源供应的电压电平，因此瞬时降低性能。在这点上，DVS可经配置以根据最坏情况下的延迟情景来控制用于电路的最小电压电平以确保适当的电路操作，在现实中时，最坏情况下的延迟情景不会总是出现。当没有出现最坏情况下的延迟情景时，电压电平可降低且电路适当地操作。在具体时间针对给定操作频率对电路供电所要求的最坏情况下的最小电压电平与实际最小电压电平之间的差被称为电压或电力裕量。电压裕量表示针对在给定操作频率下适当地操作的电路在理想情况下无需消耗的所消耗的电力。
【发明内容】
[0009]具体描述中所揭示的实施例包含自适应电压定标器(AVS)、AVS系统以及相关电路和方法。所述AVS和AVS系统、电路以及方法经配置以基于功能电路的目标操作频率和延迟变化条件来自适应地调整对功能电路供电的电压电平，以避免或减少电压裕量。避免或减少电压裕量可节省电力，同时维持功能电路的适当操作。延迟变化可包含一个或一个以上特定于每一 AVS和功能电路的制造变化和/或由环境条件的变化引起的操作变化。延迟变化条件可变换对于功能电路的适当操作必需的操作频率与最小电压电平之间的关系。举例来说，功能电路可为同步数字电路。还可包含AVS以作为除了动态电压定标器(DVS)之外的电压定标器，以设置功能电路的操作频率和电压电平。
[0010]在一个实施例中，AVS包括经配置以接收输入信号的至少一个延迟电路。AVS以与功能电路的至少一个延迟路径有关的延迟量来延迟输入信号，以产生延迟输出信号。AVS还包括耦合到AVS数据库的AVS电路。AVS电路响应于延迟输出信号。AVS电路经配置以基于数据库中的与功能电路的操作频率相关联的电压电平和延迟输出信号中的延迟信息而产生电压电平设置信号。AVS数据库可经配置以存储针对功能电路的各种操作频率的电压电平，以避免或减少电压裕量。
[0011]在另一实施例中，AVS数据库可经配置以存储先前已由AVS针对功能电路的给定操作频率而探测到的习得的电压电平设置。以此方式，AVS电路可在提供了功能电路的新的操作频率之后在无需等待在功能电路中新的操作频率稳定的情况下快速地确定电压电平。AVS数据库可经配置以继续用习得的电压电平来进行更新。AVS电路可在AVS数据库中更新习得的电压电平。AVS数据库可用针对所有操作频率的不能违背的最小电压电平设置来配置。在此情况下，将不会使用低于用于使功能电路适当操作的最小电压电平设置的习得的确定的电压电平来设置电压电平。
[0012]AVS数据库中的最小电压电平设置可经配置以给电压电平提供容限电压裕量，以避免在无效操作区域中操作功能电路的风险。然而，在另一实施例中，AVS电路经配置以在运行时间操作期间探测功能电路的无效操作区域，以进一步避免或减少容限电压裕量。在此实施例中，AVS可包括至少一个延迟电路，所述延迟电路经配置以接收输入信号，并以与功能电路的至少一个延迟路径有关的量来延迟输入信号，以产生延迟输出信号。AVS还可包括响应于延迟输出信号的AVS电路。AVS电路可经配置以基于功能电路的目标操作频率和延迟输出信号中的延迟信息来产生电压电平设置信号。AVS电路还可经配置以增加至少一个延迟路径的延迟，以模拟功能电路的增加的操作频率，从而探测功能电路的无效操作区域。AVS电路可使用转变到无效操作区域的点来确定针对当前操作频率的修正电压电平设置，以进一步避免或减少容限电压裕量。
[0013]在另一实施例中，AVS电路可经配置以加速用针对给定操作频率的电压电平设置来填充AVS数据库。一旦AVS电路习得了针对当前操作频率的电压电平，AVS电路就在AVS数据库中咨询针对较低操作频率的电压电平。如果针对较低操作频率而存储的电压电平大于针对当前操作频率的习得的电压电平，那么AVS电路便可在AVS数据库中用习得的较低电压电平来替换针对较低操作频率的电压电平。已知功能电路能够在针对较低操作频率的习得的电压电平下适当地操作。以此方式，在可能的情况下用较低的电压设置来更快速地填充AVS数据库，以使得在操作期间更快速地避免或减少电压裕量。
[0014]在另一实施例中，将温度传感器并入到AVS中，以提供功能电路的当前操作温度等级。功能电路的操作温度可变换针对功能电路的给定操作频率的最小电压电平设置。AVS电路使用操作温度等级而随操作温度等级而变来存储和更新AVS数据库中的电压电平。AVS电路还可在操作期间使用从温度传感器接收到的操作温度等级来选择对应于当前操作频率和操作温度等级的电压电平。以此方式，可考虑基于操作温度的针对给定操作频率的电压电平的任何变换，以避免或减少电压裕量，同时还避免在无效操作区域中操作功能电路。AVS电路还可在AVS数据库中随操作温度等级而变来存储电压电平。举例来说，AVS数据库可含有多个习得的电压电平设置表，其各自对应于不同的操作温度区域。
[0015]在另一实施例中，AVS可经配置以习得何时电压电平致使功能电路在无效操作区域中操作。在此实施例中，可提供AVS，其包括至少一个延迟电路，所述延迟电路经配置以接收输入信号，并以与功能电路的至少一个延迟路径有关的量来延迟输入信号，以产生延迟输出信号。AVS可包含AVS电路，所述AVS电路响应于延迟输出信号，且经配置以基于延迟输出信号中的延迟信息而产生电压电平设置信号。所述AVS电路可进一步经配置以在电压电平致使功能电路在无效操作区域中操作的情况下向电压电平设置信号添加电压裕量。以此方式，AVS电路可经配置以通过增加针对当前操作频率的电压电平设置而在AVS数据库中“收回”当前电压电平设置。
[0016]在另一实施例中，AVS可经配置以为电压电平补偿负偏置温度不稳定性(NBTI)。在此实施例中，AVS可包括至少一个延迟电路，所述延迟电路经配置以接收输入信号，并以与功能电路的至少一个延迟路径有关的量来延迟输入信号，以产生延迟输出信号。AVS还可包括AVS电路，所述AVS电路响应于延迟输出信号，且经配置以基于延迟输出信号中的延迟信息而产生电压电平设置信号，且基于功能电路的老化指示符而产生电压电平校正。以此方式，AVS可经配置以通过随着时间的推移而提高针对操作频率的最小电压电平来补偿NBTI。AVS可经配置以在AVS数据库中随着时间的推移而提高最小电压电平。AVS可随后经配置以在针对任何操作频率的确定的电压电平低于最小的经补偿的电压电平的情况下加强经补偿的最小电压电平设置。可在AVS数据库中用经补偿的电压电平来更新习得的电压电平。
[0017]在另一实施例中，提供了一种对功能电路的电压电平进行定标的方法。所述方法包括在至少一个延迟电路中接收输入信号。所述方法进一步包括以与功能电路的至少一个延迟路径有关的延迟量来延迟输入信号，以产生延迟输出信号，以及基于数据库中的与功能电路的目标操作频率相关联的电压电平和延迟输出信号中的延迟信息来产生电压电平设置信号。
[0018]在另一实施例中，提供了一种其上存储有计算机可执行指令的计算机可读媒体。提供所述指令以致使AVS模块基于数据库中的与功能电路的目标操作频率相关联的电压电平和延迟输出信号中的表示与功能电路的至少一个延迟路径有关的延迟量的延迟信息而产生电压电平设置信号。
【附图说明】
[0019]图1是示范性自适应电压定标器(AVS)、AVS系统以及功能电路的示意图；
[0020]图2是存储于AVS数据库中的示范性AVS频率/电压电平表；
[0021]图3是说明功能电路的操作区域的示范性操作频率与电压电平图；
[0022]图4是提供用于利用AVS数据库来自适应地存储和使用习得的电压电平以供基于操作频率而设置功能电路的电压电平以避免或减少电压裕量的示范性过程的流程图；
[0023]图5是在图1中的AVS控制下由时钟产生器产生的时钟信号的示范性操作频率时序图；
[0024]图6A是在图1中的AVS控制下由调压器产生的电压信号的示范性电压电平时序图；
[0025]图6B是在AVS无法在无需等待新的操作频率稳定的情况下设置新的电压电平的情况下的电压信号的示范性电压电平时序图；
[0026]图7是可包含在AVS数据库中的用以存储针对探测到的操作频率的习得电压电平的示范性AVS习得值表；
[0027]图8是说明功能电路的不同操作区域的示范性操作频率与电压电平图；
[0028]图9是提供用于探测给定操作频率下的功能电路的无效操作区域并基于此类探测来存储修正电压电平的示范性过程的流程图；
[0029]图10是说明功能电路的操作区域的示范性操作频率与电压电平图；
[0030]图11是存储于AVS数据库中的示范性AVS频率/电压电平表；
[0031]图12是存储于AVS数据库中的示范性电压电平差表；
[0032]图13是提供用于针对给定操作频率而在AVS数据库中加速电压电平的填充的示范性过程的流程图；
[0033]图14是AVS数据库中电压电平的加速填充的实例；
[0034]图15是存储于AVS数据库中的针对不同操作温度的示范性AVS操作频率/电压电平表；
[0035]图16是提供用于在功能电路进入无效操作区域中时向电压电平添加电压裕量的示范性过程的流程图；
[0036]图17是存储于AVS数据库中的对应于不同操作频率的示范性最小电压电平极限表;
[0037]图18是说明功能电路的不同操作区域的示范性操作频率与电压图；
[0038]图19是