[發明專利]集成電路中虛擬電源干線的調制

無效

• 申請號: 200810092818.5
• 申請日: 2008-05-04
• 公開（公告）號: CN101304249A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發明（設計）人: S·S·伊岡吉;D·W·弗林;R·C·艾特肯
• 申請（專利權）人: ARM有限公司
• 主分類號: H03K19/00
• 分類號: H03K19/00;H03K19/0948;H03K19/173
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 王岳;王小衡

技術領域

本發明涉及集成電路領域。更加特別的，本發明涉及具有通過開關塊(switch?block)與主電源干線連接的虛擬電源干線的集成電路。

背景技術

現有的集成電路包括通過開關塊與虛擬電源干線(virtual?powerrail)連接的電源干線(power?rails)，于是該集成電路中的邏輯塊從該虛擬電源干線中獲得能量。所述開關塊能被用于將所述虛擬電源干線與所述主電源干線隔離并相應地將所述邏輯塊與電源(power?supply)進行隔離，其中所述開關塊是典型的高閾值電壓管座(header)和底座(footer)晶體管。這對于降低集成電路的功率損耗例(如降低通過(therethrough)它的靜態泄漏電流)是有用的。

在上述方法成功的同時，它還受到下述問題的困擾，該問題就是當所述邏輯塊與所述電源隔離時，所述邏輯塊中的狀態(例如數據值、指令值、配置(configuration)等)會丟失。此外，當需要從低功率模式切換出來的時候，不幸的將需要花費非常長的時間去恢復該狀態并重新開始使用所述邏輯塊的處理。一種能夠至少部分地解決此問題的方法是在所述邏輯塊中使用巴倫鎖存器(balloon?latch)，以采用能夠持續供電的電路(此電路典型地由具有低泄漏電流的高電壓閾值晶體管構成)來存儲相關的狀態信號值，從而使得所述信號狀態值在需要時可以被恢復到所述邏輯塊中然后重新開始處理。這種方法的問題是與所述巴倫鎖存器的電路區域相關的開銷(overhead)、其中的控制以及從所述巴倫鎖存器恢復所述信號值到所述邏輯塊中所花費的時間。

發明內容

基于本發明的一個方面，其提供了一種集成電路，包含：

耦合到虛擬電源干線的開關塊，用以將所述虛擬電源干線(virtualpower?rail)耦合到具有源電壓電平的電源；

耦合到所述開關塊的開關控制器，用以通過所述開關塊控制傳導(conduction)，并因此選擇性地將所述虛擬電源干線連接到具有所述源電壓電平的所述電源；以及

耦合到所述第二電源干線的邏輯電路，以從其中提取功率；其中

所述開關控制器通過所述開關塊調制傳導(conduction)以將前述第二電源干線維持在中間電壓電平上

本技術證實，以一種比正常操作過程中簡單地將虛擬電源干線連接到電源(比如，通過電源干線或是接地干線)并且在低功率操作過程中將虛擬電源干線與所述電源隔離更復雜的方式在集成電路中使用所述虛擬電源干線結構是可能的。更加特殊的是，本技術證實，通過調制(重復切換通和斷)所述電源與所述虛擬電源干線之間的連接，所述虛擬電源干線能被控制以采用這樣的電壓電平，該電壓電平能被用來降低所述集成電路中的功率損耗。

當所述電源與所述虛擬電源干線之間的連接的控制能具有固定的調制特性(該固定的調制特性被確定與可接受的中間電壓電平相對應)時，在優選實施例中，通過采用反饋來自適應地(adaptively)控制所述調制，例如通過調節所述調制的占空率(duty?ratio)以將所述中間電壓維持在預定的電壓范圍內。該自適應控制在下述方面是有用的，即其允許本技術可靠地用于集成電路的范圍內以及這樣的集成電路中，該集成電路能經受相當可觀的處理、電壓和溫度變化，此時固定控制將要求大的余量(margins)從而顯著地減少能夠獲得的優勢。

在本技術能被用于為許多不同目的而提供中間電壓電平，比如在邏輯塊的處理過程中提供動態電壓定標(scaling)操作以將所述邏輯塊的供電電壓與期望的時鐘頻率相匹配，同時，本技術還可以用于在所述邏輯塊是靜態的情況下產生好的數據保持效果。依照本技術，其證實，當靜態的使用所述邏輯塊兩端的較低的電壓差(voltage?difference)時，所述邏輯塊能保存狀態信號值，該電壓差低于當所述邏輯塊在執行他們的預定的處理行為的過程中被激活時可接受的電壓差。通過采用開關控制器來通過開關塊調制傳導以將所述虛擬電源干線電壓維持在足以保持所述狀態信號值的電平上，但應以下述方式低于所述正常的操作電壓，該方式為：當使用所述正常操作電壓時，與靜態時邏輯塊的功率損耗相比要降低邏輯塊的功率損耗。這樣，靜態功率損耗(泄漏)能夠被降低，而無需采用額外的巴倫鎖存器(balloon?latches)，并且可以通過虛擬電源干線的電壓的相對迅速的增大使轉變(transition)回到主動處理(active?processing)，該電壓回到能夠支持主動處理的電平，在該主動處理之后重新啟動時鐘。