[发明专利]一种自适应快速电源电压调节系统

权利要求书

1.一种快速电源电压调节系统，其特征在于：该系统包括主电路系统平台（1）、频率调整器锁相环PLL（2）、输出电源轨线PMOS开关组（3）、片外电源管理芯片PMIC（4）、性能决策模块（5）、片上硬件性能监测模块（6）、片上DVFS控制模块（7）、片上AVS控制模块（8）；

其中，片上硬件性能监测模块（6）的输出经过性能决策模块（5）与片上DVFS控制模块（7）的输入端相连，片上DVFS控制模块（7）的输出端分别连至频率调整器锁相环PLL（2）和输出电源轨线PMOS开关组（3）的输入端，主电路系统平台（1）的片上环形振荡器输出端与片上AVS控制模块（8）的输入端相连，并且片上AVS控制模块（8）的输出端与片外电源管理芯片PMIC（4）的输入端相连；

所述片上硬件性能监测模块（6）是芯片内部的硬件电路模块，主要监测芯片总线上的数据传输和指令数据信息，并将该信息传送到性能决策模块（5），性能决策模块（5）根据当前不同的应用场景，评估当前处理器的性能需求，同时预测未来的性能发展需求，来控制DVFS状态机状态的切换；

所述输出电源轨线PMOS开关组（3）是由N个PMOS 开关组成，N是大于1的整数，其打开和闭合状态根据DVFS系统激活设计的查找表来控制；

所述片上DVFS控制模块（7）主要包括软件开关组、比较器、数模转换电路和控制器；软件开关组的位数与所述输出电源轨线PMOS开关组（3）中PMOS个数相匹配，并且通过反相器驱动PMOS晶体管的栅极；比较器的作用是通过比较参考电压和电源电压来实现电源电压的校准；数模转换电路为电源调节过程提供电压调节步进，同时为比较器提供参考电压，数模转换电路的数字信号输入来自于控制器；控制器是电源选择电路的核心部分，用来控制电源切换的时序，在不同切换模式下具有不同的顺序；同时该控制器控制了电源选择电路其他各功能模块的有效工作时间，不仅使各部分有序工作，而且在整个电路不需要切换时完全关闭，减小该电路的功耗开销。

2.根据权利要求1所述的快速电源电压调节系统，其特征在于片上AVS控制模块（8）采用自适应电源电压调节方式来降低系统设计中留有的电压余量；片上AVS控制模块（8）直接监测电源网络，并采用电源管理芯片内部的比较器比较电源网格上电压与参考电压的值，来控制电源管理芯片的电压输出，使片外电源管理芯片PMIC（4）输出校准的电压值，从而补偿快速的电压变化。

3.应用权利要求1或2所述的快速电源电压调节系统进行电压调整的方法，其特征在于主要包括以下步骤：

步骤1：在系统芯片启动初始，片上AVS控制模块（8）通过监控片上环形振荡器的振荡次数，输出电压调整信号至片外电源管理芯片PMIC（4），补偿当前芯片工艺偏差，进行AVS静态校准；

步骤2：当芯片正常工作时，片上硬件性能监测模块（6）在一定的采样周期内得到反映当前系统工作负载的参数，并由性能决策模块（5）输出控制信号至片上DVFS控制模块（7）；片上DVFS控制模块（7）选择查找表中的某一层符合当前系统要求临界值的电压/频率点，同时输出信号控制频率调整器锁相环PLL（2）和输出电源轨线PMOS开关组（3）；

步骤3：当频率调整器锁相环PLL（2）和输出电源轨线PMOS开关组处于稳定状态后，为进一步减小电压裕量，芯片电源网格上的电压值输出与片外电源管理芯片PMIC（4）的输入端相连，最后内部比较器输入使片外电源管理芯片PMIC（4）输出校准的电压值，补偿快速的电压变化，进行AVS动态校准。