低功率srpg单元的制作方法
【专利摘要】本发明涉及低功率SRPG单元。低功率的状态保持功率门控（SRPG）单元具有保持构件和非保持构件，并且可在运行状态、第一保持状态及第二保持状态中操作。在运行状态中，保持构件和非保持构件以电源电压供电。在第一保持状态中，保持构件以与运行状态相同的电源电压供电，而非保持构件被断电。在第二保持状态中，保持构件比运行状态低的电源电压供电，而非保持构件被断电。
【专利说明】低功率SRPG单元
【技术领域】
[0001] 本发明涉及集成电路，并且更特别地涉及用于集成电路的低功率状态保持功率门 控（SRPG)单元。
【背景技术】
[0002] 为了降低功率消耗，某些器件可以在不活动时被置为低功率模式。有些电路可以 在不使用时通过关闭该电路的电源并将该电路置为省电模式来使其不活动。关闭电源能够 降低泄漏电流，从而导致器件的功率消耗总体降低。
[0003] 对于某些电路，可能有必要在构件被停用时保留逻辑值。状态保持功率门控 (SRPG)描述了这样一种配置，在该配置中于停用期内对电路的构件的一个子集保持供电， 以便保持或保留电路的逻辑状态，而剩余的构件被断电。
【发明内容】
[0004] 在一种实施例中，本发明是包含状态保持功率门控（SRPG)单元的器件，其中SRPG 单元包括保持构件和非保持构件。SRPG单元可至少在运行状态、第一保持状态和第二保持 状态下操作。在运行状态中，对保持构件和非保持构件都供电；在第一保持状态中，保持元 件以与运行状态基本上相同的电源电压供电，并且非保持构件被断电；以及在第二保持状 态中，保持构件以比运行状态低的电源电压供电，并且非保持构件将被断电。
[0005] 在另一种实施例中，本发明包括具有功率管理模块的器件，其中该功率管理模块 包括：状态控制寄存器和计数器，并且该器件被布置用于接收保持指令以进入保持状态， 响应于该保持指令而发送功率门控信号，使得所门控的电源电压关闭，发送下降触发信号 (Down Trigger),使得非门控的电源电压从第一值下降至第二值，第二值小于第一值，下降 触发信号在功率门控信号之后发送，在发送功率门控信号与发送下降触发信号之间的延迟 受计数器所控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0006] 本发明更多的细节、方面和实施例将参照附图仅通过示例的方式来描述。在附图 中，相同的参考数字被用来标识相同的或功能相似的元件。附图中的元件仅出于简单和清 晰的目的而示出，而不一定按比例绘制。
[0007] 图1是根据本发明的实施例的集成电路的示意性框图；
[0008] 图2是根据本发明的实施例的SRPG单元的示意性电路图；
[0009] 图3是示出图2的电路的信号的时序图；
[0010] 图4是示出根据本发明的实施例的电路的不同状态的电压值（VDD)相对于时间的 曲线图；以及
[0011] 图5是根据本发明的实施例用于降低具有SRPG单元的电路的功率的方法的流程 图。
【具体实施方式】
[0012] 本发明所示出的实施例大多可以使用本领域技术人员已知的电子构件及电路来 实现，因此，为了理解和领会本发明的基本概念并且为了不混淆或分散本发明的教导，除了 如同以上所说明的认为必要的细节之外，将不再进行更多的解释。
[0013] 现在参照图1，图中示出了根据本发明的实施例的集成电路或器件100的示意性 框图。在该示例中，CPU110经由内部总线115与功率管理模块120通信。功率管理模块120 可以包括计数器或延迟单元125和寄存器127。功率管理模块120被布置用以向电压供给 模块130提供控制信号。控制信号可以包括功率门控信号（pgb) 121、下降触发信号122和 上升触发信号（Rise Trigger) 123。
[0014] 电源模块130被布置用以接收来自电源的功率，并且可以包括电压检测器132、温 度传感器135或修整寄存器（trim register) 137中的一个或多个。修整寄存器137可以 包括静态修整寄存器137a和动态修整寄存器137b。电源模块130可以被布置用以向SRPG 单元140提供电源电压VDD和VDD gated。
[0015] 图2示出了 SRPG单元140的示例。SRPG单元包括多个反相器和时控传输门143。 但是，同样能够使用例如利用了其他构件的其他SRPG单元。
[0016] 本示例的SRPG单元140是SRPG触发器，包括两个锁存器。SRPG单元140还包 括用于基于时钟信号ck和功率门控信号121而产生功率门控时钟信号CPN及其逆信号 (inverse) CPI 的电路。
[0017] SRPG单元包括两组构件；第一组构件141中的每个构件接收来自电源模块130的 VDD gatod，而第二组构件142中的每个构件接收来自电源模块130的VDD。在某些示例中，第二 组构件是必须的且足以将SRPG单元的逻辑值保留在保持状态中的一组构件。
[0018] 图3不出了根据一个不例的信号的时序图。在tl处，系统处于上电（Power On) 模式，并且所有信号均为低。在t2处，系统进入运行（RUN)状态，并且VDD和VDD eated上升至 第一电压电平，以及功率门控信号（pgb) 121变为高电平。第一电压电平的值可以是例如 1.2V，持续90nm的过程。
[0019] 在t3处，通过从CPU到功率管理模块120的保持命令使系统进入保持状态。在t4 处，功率管理模块将功率门控信号121改变为低电平。在t5处，响应于功率门控信号121， 电源模块130关断V DD eated，从而使第一组构件141断电。SRPG单元140的逻辑状态由第二 组构件142中的构件来保持，该第二组构件142在t5处继续接收功率。第二组构件142可 以称为保持构件，而第一组构件141可以称为非保持构件。
[0020] 在时刻t5处，功率管理模块120向电源模块130发送下降触发信号122。计数器 或延迟单元125可以确定下降触发信号生成的定时。在某些示例中，计数器或延迟单元125 可以确定在进入保持状态之后是否已经过去了预定时段，并且下降触发信号122可以在确 定已经经过了预定时段时发送。这允许在保持时段开始与下降触发信号发送之间提供延 迟，并且可以提高保持SRPG单元140的逻辑状态的可靠性。该延迟可以是例如几微秒的量 级。在某些示例中，该延迟可以是预设的。在某些示例中，可以对该延迟进行编程(例如，由 用户）。
[0021] 在t6处，响应于接收到下降触发信号122,电源模块130将供应给第二组构件的 VDD的值从第一电压电平降低至第二电压。第二电压电平小于第一电压电平，但却足以将 SRPG单元的逻辑状态保留在保持状态中。在保持(不活动）状态中，SRPG单元140在保持 状态下是静态的，因而存在用以在不损失SRPG单元所存储的逻辑状态的情况下降低V DD(非 门控电压）的裕量（headroom)。
[0022] 在时刻t7处，响应于接收到唤醒命令，功率管理模块120向电源模块130发送上 升触发信号123。在时刻t8处，响应于上升触发信号123,电源模块使V DD自第二电压电平 上升至第一电平。因而，第二组构件可以接收与它们在正常运行状态下接收到的电压相同 的电源电压。
[0023] 在时刻t9处，当电源模块130确定VDD已经达到第一电平(例如，基于电压检测器 132的确定）时，电源模块130接通V DD gate;d使其处于第一电压电平，从而向第一组构件供应 电平与它们在正常运行状态下接收到的电压电平相同的电压。
[0024] 在tlO处，当VDD和VDDgated两者均处于第一电压电平时，功率门控信号121被设置 为高值，并且系统从保持状态返回至运行状态。
[0025] 在保持状态期间，第二构件(其可以对应于例如从锁存器的构件)保留SRPG单元在 紧挨在进入保持状态之前的运行状态下所具有的逻辑值。在退出保持状态并进入运行状态 时，第二构件所保留的逻辑值可以整体恢复至SRPG单元。
[0026] 关于时序的上述说明，应当指出的是：电压和逻辑信号的转变并非是瞬时的，因而 在转变发生所耗费的时间方面，对时序的某些引用可以是近似的。
[0027] 表1示出了图3所示的系统状态以及VDD和VDD gated的值。该表格包括第一保持状 态，在第一保持状态中，VDD gated被关断，而VDD处于第一电平。还包括第二保持状态，用以描 述VDD处于第二电平并且V DD eated被关断的状态。注意，在时间t3和t5之间以及在时间t9 和tlO之间，系统处于保持状态，但既不是处于第一保持状态也不是处于第二保持状态。因 而，第一和第二保持状态并不一定占用系统处于保持状态的整个时段(保持时段)。
【权利要求】
1. 一种包括状态保持功率门控（SRPG)单元的器件，所述SRPG单元包括： 至少一个保持构件；以及 至少一个非保持构件，其中 所述SRPG单元至少可在运行状态、第一保持状态及第二保持状态中操作， 在所述运行状态中，所述至少一个保持构件和所述至少一个非保持构件将要被供电， 在所述第一保持状态中，所述至少一个保持构件将以与所述运行状态基本上相同的电 源电压供电，而所述至少一个非保持构件将被断电，以及 在所述第二保持状态中，所述至少一个保持构件将以比所述运行状态低的电源电压供 电，而所述至少一个非保持构件将被断电。
2. 根据权利要求1所述的器件，其中在所述运行状态与所述第一保持状态之间的转 变，或者在所述第一保持状态与所述第二保持状态之间的转变基于功率管理策略，所述功 率管理策略包括： 基于指令的策略，以及 基于寄存器的策略，其中 所述基于指令的策略包括直接响应于来自中央处理单元CPU的指令而转变状态；以及 所述基于寄存器的策略包括基于存储于寄存器内的值而转变状态。
3. 根据权利要求1所述的器件，其中所述器件被布置用于： 从所述运行状态转变至所述第一保持状态，并随后从所述第一保持状态转变至所述第 二保持状态，和/或 从所述第二保持状态转变至所述第一保持状态，并随后从所述第一保持状态转变至所 述运行状态。
4. 根据权利要求1所述的器件，其中所述器件包括控制器，用以设置裕量电压及控制 较低的电源电压，使得在较低的电源电压与所述运行状态中的所述电源电压之间的差值等 于或小于所述裕量电压。
5. 根据权利要求4所述的器件，其中所述控制器被布置使得所述裕量电压基于以下的 至少一个： 由所述器件的生产变化所导致的在所述器件与其他器件之间的器件属性的变化， 在所述第一保持状态和所述第二保持状态中的所述电源电压的误差及变化， 来自温度传感器的信息， 嵌入于所述器件内的所述SRPG单元的总数。
6. 根据权利要求4所述的器件，其中所述控制器包括用于控制所述裕量电压的静态控 制器和可变控制器，其中所述静态控制器将所述裕量电压设置于固定值，而所述可变控制 器动态地修改由所述静态控制器设置的所述裕量电压的值。
7. 根据权利要求4所述的器件，其中所述控制器包括静态修整寄存器、可变修整寄存 器、非易失性存储器或熔丝中的至少一个，用于控制所述裕量电压。
8. -种至少包括功率管理模块的器件，所述功率管理模块包括： 静态控制寄存器，以及 计数器，其中所述器件被布置用于： 接收保持指令以进入保持状态， 响应于所述保持指令而发送功率门控信号，以使得所门控的电源电压被关断， 发送下降触发信号以使得非门控的电源电压从第一值下降至第二值，所述第二值小于 所述第一值，所述下降触发信号在所述功率门控信号之后被发送，在发送所述功率门控信 号与发送所述下降触发信号之间的延迟被所述计数器控制。
9.根据权利要求8所述的器件，还包括电压供给模块， 所述电压供给模块被布置用以接收所述功率门控信号和下降触发信号信号，并且响应 于接收自所述功率管理模块的信号而供给门控的电源电压和非门控的电源电压，其中 所述功率管理模块被布置用于： 接收唤醒指令以结束所述保持状态，以及 响应于所述唤醒指令而向所述电压供给模块发送上升触发信号，并且其中 所述电压供给模块被布置用于： 接收所述上升触发信号，并且作为响应，使得所述非门控的电源电压上升至所述第一 值，以及 响应于确定出所述非门控的电源电压已经达到所述第一值而接通所述门控的电源电 压。
【文档编号】H03K3/012GK104104360SQ201310113519
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年4月3日 优先权日:2013年4月3日
【发明者】申柏泉, 耿晓祥, 章沙雁 申请人:飞思卡尔半导体公司