[發明專利]具有可調節管體偏置和供電電路的集成電路

有效

• 申請號: 200810175640.0
• 申請日: 2008-09-12
• 公開（公告）號: CN101399537A
• 公開（公告）日: 2009-04-01
• 發明（設計）人: S·帕里賽蒂
• 申請（專利權）人: 阿爾特拉公司
• 主分類號: H03K19/00
• 分類號: H03K19/00;G06F17/50
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 趙蓉民

技術領域

本發明涉及集成電路，尤其涉及可用于通過進行晶體管電源和管體偏置調整來改善性能并減少能量消耗的集成電路的電路和設計系統。

背景技術

在當前的半導體工業中正在為改善設備性能而進行努力。通過將晶體管元件按比例縮小為更小的尺寸和更低的工作電壓的方式，已經在速度、能量消耗和密度方面獲得了改善。這些按比例縮放的部分嘗試導致了晶體管閾值電壓的降低。因為有助于改善晶體管開關速度，所以低晶體管閾值電壓通常是有利的。然而，低晶體管閾值電壓還可能導致晶體管漏電流增加。因為晶體管損耗可能產生不希望有的功率損耗，所以晶體管損耗的增加是不合需要的。

為了確保在閾值電壓按比例降至下限值的同時晶體管漏電流不會變化過度，一些集成電路需要在降低的電源電壓下運行。例如，用于為集成電路的核心邏輯供電的正電源電壓可以從1.5伏特減少到1.2伏特，從而補償由于閾值電壓降低而導致的漏電流的增加。盡管電源電壓的降低對減少能量消耗可能是有幫助的，但在不影響晶體管開關速度的情況下電源電壓不能降低很多。

為了解決這些問題，一些集成電路設計利用管體偏置配置，其中電路中某些晶體管的本體(bulk)或管體的端子被偏置以增加晶體管的閾值電壓。具有以這種方法偏置的管體端子的晶體管顯示出損耗減少的情況。通過除去其正電源電壓而將部分未被使用的電路設置成睡眠狀態的方式也可以節省電源。

盡管諸如這些之類的技術能夠在保持設備性能的同時有助于減少能量消耗，但因為管體偏置配置降低了晶體管速度，所以其并不總是能夠偏置有源電路中晶體管的管體端子。此外，因為電路在睡眠狀態下將不會運行，所以構成有源電路一部分的晶體管不能被設置為睡眠狀態。

因此需要提供一種改善的方式，其能夠解決集成電路中晶體管性能和能量消耗方面的難題。

發明內容

集成電路具有可調節管體偏置電路和可調節正電源電路。所述可調節電路可被用來提供不同的管體偏壓到集成電路上不同的電路塊。例如，必須相對迅速開關的電路塊可以具有接地管體偏壓，而無須迅速開關的電路塊可以具有非零管體偏壓。可調節電路還可以用來提供不同的正電源電壓到不同的電路塊。例如，包括必須迅速開關的晶體管的電路塊可以具有最大電源電壓，而具有較不嚴格計時要求的電路塊可以具有降低的電源電壓。

管體偏壓和正電源電壓可被選擇以滿足設計要求，同時最小化漏電流。通過最小化漏電流，可以降低集成電路上的能量消耗。

具有可調節電源電路的集成電路可以是可編程集成電路，所述可編程集成電路包括可編程元件。可編程元件可以被加載以配置數據。利用可編程元件生成的靜態控制信號可以被施加到可調節電源電路以建立所需的管體偏壓電平和正電源電壓。

可調節電源電路可以基于任何適當的可編程電路。如果需要，獨立可調節正電源的每一個都可以包括各個的可編程電壓分壓器。每一個可調節正電源中各個可編程電壓分壓器的輸出可以被施加到運算放大器的輸入端，所述運算放大器被設置為單位增益配置。可編程電壓分壓器的設置可以通過將適當的配置數據加載到相關可編程元件中的方式來調整。該類型的可編程電壓分壓器可被用來控制可調節管體偏置電路的可編程電壓調節器的運行。

計算機輔助設計工具可以接收用戶自定義邏輯設計并生成用于在可編程邏輯器件中實現自定義邏輯設計的相應配置數據。當實現自定義邏輯設計時，可編程邏輯器件上的一些電路塊將被使用，可編程邏輯器件上的一些電路塊將不被使用。在所使用的電路塊之間，一些塊具有比較嚴格計時要求，其它塊具有較不嚴格的計時要求。

計算機輔助設計工具可以處理用戶設計以鑒定不使用的電路塊。計算機輔助設計工具還可以鑒定哪些被使用塊必須迅速開關以及哪些被使用塊允許以稍慢的速度開關。根據這些信息，計算機輔助設計工具可以生成用于調整可調節電源電路的配置數據，以滿足定時限制及其他設計限制，同時最小化漏電流和能量消耗。例如，施加到不使用塊的正電源和管體偏壓可以被設置為接地電壓以斷開那些塊。

在所使用的塊之間，更快開關的塊可以具有接地管體偏壓，而稍慢開關的塊可以具有非零管體偏壓(例如，n型溝道金屬氧化物半導體晶體管的負管體偏壓)。非零管體偏壓增加所施加的晶體管的閾值電壓，并借此降低漏電流。

施加到每一個所使用電路塊的正電源電壓的電平還可以變化。例如，需要迅速開關的塊可以具有最大正電源電壓(例如1.1伏特)，而具有較慢開關速度要求的塊可以利用較低正電源電壓(例如1.0伏特)進行供電。