[發(fā)明專利]控制金屬氧化物半導(dǎo)體單元的功耗的方法和設(shè)備

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110230476.0
• 申請日: 2011-08-09
• 公開（公告）號: CN102931961A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 歐陽茜
• 申請（專利權(quán)）人: 成都芯源系統(tǒng)有限公司
• 主分類號: H03K17/687
• 分類號: H03K17/687
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 王茂華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實(shí)施方式總體上涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，并且更具體地，涉及控制金屬氧化物半導(dǎo)體單元的功耗的方法和設(shè)備。

背景技術(shù)

由于基于金屬氧化物半導(dǎo)體(Metal?Oxide?Semiconductor，MOS)的器件在開關(guān)速度、功耗以及成本效益等方面的優(yōu)勢，其已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于各種數(shù)字電路和模擬電路。目前，常見的一類MOS器件是金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。當(dāng)MOSFET被導(dǎo)通時它允許電流通過，而當(dāng)MOSFET被關(guān)斷時它對電流具有截止作用。MOSFET或者由多個MOSFET構(gòu)成的MOS單元可以在電路中充當(dāng)開關(guān)、調(diào)壓電壓、調(diào)節(jié)電流以及被用于其他各種目的。

按照溝道特性、電壓幅值等方面，MOSFET可被劃分為多種不同的類型。一般地，各類MOSFET都包括柵極(G極)、源極(S極)和漏極(D極)。通過對MOSFET的柵極施加電壓，可以驅(qū)動MOSFET的導(dǎo)通與關(guān)斷。在驅(qū)動MOSFET的過程中通常存在功率損耗(或稱“功耗”)。

一般而言，與MOSFET相關(guān)聯(lián)的功耗包括以下三個部分：(1)驅(qū)動功耗，它是對MOSFET的柵電容進(jìn)行充電和放電所引起的功耗，主要與MOSFET的柵極電荷(Q_g)、驅(qū)動電壓(V_DD)以及開關(guān)頻率(f_SW)等因素有關(guān)；(2)開關(guān)功耗，它是MOSFET在被導(dǎo)通或關(guān)斷的過程期間發(fā)生的損耗，主要與MOSFET的輸入電壓(V_in)、導(dǎo)通時間(T_on)、關(guān)斷時間(T_off)、負(fù)載電流(I_o)和開關(guān)頻率(f_SW)等因素有關(guān)；以及(3)導(dǎo)通功耗，它是指在MOSFET被導(dǎo)通的情況下由流經(jīng)MOSFET的穩(wěn)態(tài)電流消耗引起的功耗，主要與MOSFET的導(dǎo)通阻抗(RDS(on))有關(guān)。

當(dāng)MOS單元所在的主設(shè)備處于開機(jī)運(yùn)行狀態(tài)時，MOS單元相應(yīng)地處于重負(fù)載狀態(tài)。此時，開關(guān)功耗和導(dǎo)通功耗將構(gòu)成MOS單元功耗的主要部分。因此為了盡量降低開關(guān)功耗和導(dǎo)通功耗從而提高M(jìn)OS單元的工作性能，在現(xiàn)有技術(shù)中，通常盡可能地降低MOS單元(或構(gòu)成該單元的MOS器件)的導(dǎo)通阻抗。例如，常見的方式是增加MOS單元中并聯(lián)連接的MOS器件的數(shù)目，以降低MOS單元的總導(dǎo)通阻抗。

然而，可以理解，導(dǎo)通阻抗的降低將導(dǎo)致MOS單元的柵極電容增加，這將轉(zhuǎn)而引起MOS單元的驅(qū)動功耗的增加。例如，當(dāng)并聯(lián)的MOS器件增加時，MOS單元的總體柵極面積將會增加，從而使柵極電荷增大。此時，MOS單元的驅(qū)動功耗增大。MOS單元驅(qū)動功耗的增加對于輕負(fù)載狀態(tài)而言是不利的。這是因?yàn)樵谳p負(fù)載狀態(tài)下，MOS單元的功耗將主要?dú)w因于驅(qū)動功耗而不再是開關(guān)功耗和導(dǎo)通功耗，這將在下文進(jìn)行詳細(xì)分析。因此，為了確保重負(fù)載的工作性能而降低MOS單元的導(dǎo)通阻抗將不利于輕負(fù)載狀態(tài)的節(jié)能。

而且，很多設(shè)備(例如，電視機(jī)、空調(diào)，等等)可能在較長的時間內(nèi)保持待機(jī)或者低功耗運(yùn)行狀態(tài)，使得相應(yīng)的MOS單元也長時間處于輕負(fù)載狀態(tài)。在這種情況下，如何使MOS單元在重負(fù)載和輕負(fù)載狀態(tài)下的功耗都保持在較低水平的問題更為突出。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，需要一種在保證MOS單元的重負(fù)載性能的同時，有效地降低MOS器件在輕負(fù)載狀態(tài)下的功耗的解決方案。為此，本發(fā)明的實(shí)施方式提供一種用于控制MOS單元的功耗的方法和設(shè)備。

本發(fā)明的核心思想在于：根據(jù)MOS單元所處的負(fù)載狀態(tài)動態(tài)地調(diào)節(jié)MOS單元的驅(qū)動功耗。這樣，通過操縱驅(qū)動功耗，可以有效地降低重負(fù)載狀態(tài)和輕負(fù)載狀態(tài)二者的總功耗。

在本發(fā)明的一個方面，提供一種用于管理金屬氧化物半導(dǎo)體MOS單元的功耗的方法。該方法包括：確定所述MOS單元的負(fù)載狀態(tài)；以及根據(jù)所確定的負(fù)載狀態(tài)而配置所述MOS單元，以調(diào)節(jié)所述MOS單元的驅(qū)動功耗一種用于管理金屬氧化物半導(dǎo)體MOS單元的功耗的方法。

在本發(fā)明的另一方面，提供一種用于控制金屬氧化物半導(dǎo)體MOS單元的功耗的設(shè)備。該設(shè)備包括：負(fù)載確定裝置，配置用于確定所述MOS單元的負(fù)載狀態(tài)；以及功耗控制裝置，配置用于根據(jù)所確定的負(fù)載狀態(tài)配置所述MOS單元以調(diào)節(jié)所述MOS單元的驅(qū)動功耗。