[发明专利]集成电路核的电源装置

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路核的电源装置，具体但不限于多电源域的集成电路。

背景技术

当前正进行的集成电路特征尺寸的小型化对芯片尺寸、性能和功耗具有重大影响。伴随科技的每一次进步，因为更短的晶体管沟道长度、更低的阈值电压和降低的栅极氧化物厚度，电路性能得以提高。然而，由于增加的亚阈值泄露和栅极氧化物隧道电流，这些尺寸的降低导致了增加的功率泄露。对于90nm和更小的工艺(指最小的特征尺寸，例如沟道长度)，泄露功率在很多应用中和动态开关电源一样重要。

为了降低市场开发时间，现代大的系统芯片(片上系统SoC)利用被称为核的预设计和预验证逻辑块进行设计。SoC中的电源域包括一个或多个这样的核。为了最小化功耗，大SoC需要有效的电源管理。出于这个目的，在实际中很普遍地给SoC中的每个电源域装备电源开关以实现电源选通功能。基于SoC中的活动度和来自电源域的数据处理，电源域可以通过电源开关个别地关闭。在这种方式下，对于关闭的电源域来说泄露功率是最小的，因此，导致了整个功耗的节约。电源管理单元实现了关闭和打开SoC的电源域的控制功能。

图1图示了作为具有电源选通功能的SoC的部分的示例电源域。对于核N，该核的电源开关被标记为S_N。每一个核由主电源线10供电。它的电源连接在主电源10和地12之间，所述电源具有在主电源线10和每一个核N的各自的电源节点14_N之间的电源开关S。这种电源管理方法适合数字、模拟或混合信号核。电源管理单元(PMU)16控制电源域；其以单输出示意性示出。可以有多PMU，并且它们可以具有多控制输出。

当电源域被选通时，电路放电到参考电位，从而非活动电源域的电荷不会被有效利用。具有更高能效的方法是将该电荷重用于功能性操作，其导致了对于便携式应用或传感器网络的增强的自治。

当利用图1图示的方法给核加电时，典型地只有来自电源管理单元(PMU)16的部分功率被用来给核充电(或上电)。功率的剩余部分被消耗在了加热开关上。给核充电的更好的方法是逐级充电。这种方法的可能与否取决于给核上电的可用时间量。

Pakbaznia E.的Charge Recycling in MTCMOS Circuits.Concept and Analysis，DAC2006描述了对于电源域的电荷循环方法。该方法降低了当在电源域的活动和休眠模式之间的切换时的能量，例如，利用电荷循环以降低在两个独立电源域的活动到休眠和休眠到活动的转变期间的切换功耗。该方法的使用很受限，因为只在当不同的核在约同一时间被设置为休眠(电源关闭)和活动(电源开启)时应用它有意义。

发明内容

根据本发明，提供了用于供电给芯片的核的电源装置，所述电源装置包括：

电源控制器，所述电源控制器控制对核的供电；

dc-dc转换器装置，所述dc-dc转换器装置连接到高电源线；和

开关装置，所述开关装置被连接为：在电源控制器控制下，核可以由来自高电源线的功率供电或由来自dc-dc转换器装置的功率供电，

其中电源装置可操作在以下状态：

活动状态，其中核由来自高电源线的的功率供电；

唤醒状态，其中核由来自dc-dc转换器装置的功率供电；和

关闭电荷循环状态，其中核为dc-dc转换器装置提供电荷。

在该装置中，核可以被控制，从而通过dc-dc转换器装置提供电荷循环。在核的关闭期间，dc-dc转换器将存在于核的电源节点上的电荷传送到主电源。在此状态下的dc-dc转换器装置提供将变化的(下降的)输入电压转换为固定输出电压的功能。

dc-dc转换器装置也用来唤醒核。在这种情况下，到dc-dc转换器的输入电压是常量，并且输出电压斜线上升。这种斜线上升可以被控制以提供核的有效电源启动。

以这种方式，本发明提供了适合于高能效的电路操作的电荷循环电路实现方式。其重利用存储在被关闭电源的核中的能量，以供活动的其它核使用。本发明避免了施加到电源开启/关闭转换的时间限制，且提供了一种模块化的、灵活的和高效的解决方案。

核一般是电源选通电源域，并且在关闭状态下，来自核的电荷被传送到SoC的主电源，从而电荷可以用来在(多核芯片的)其它活动的电源域执行功能性操作。

电荷循环单元可以部分或全部集成在芯片中。

本发明利用电荷循环的原理在电源选通电源域中提升高能效的芯片操作。dc-dc转换器用来实现电荷循环和高效电源启动。