管道功率門(mén)控技術(shù)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】減少耦合在源存儲(chǔ)元件與目標(biāo)存儲(chǔ)元件之間的多個(gè)門(mén)中的漏泄電流，這是通過(guò)響應(yīng)于任何源時(shí)鐘賦能信號(hào)的斷言來(lái)喚醒所述多個(gè)門(mén)以便允許電流流動(dòng)來(lái)進(jìn)行。響應(yīng)于目標(biāo)時(shí)鐘賦能信號(hào)的斷言以及一個(gè)或多個(gè)源時(shí)鐘賦能信號(hào)全部被取消的斷言來(lái)使所述門(mén)休眠，以便減少所述多個(gè)門(mén)中的漏泄電流，所述目標(biāo)時(shí)鐘賦能信號(hào)賦能對(duì)所述目標(biāo)存儲(chǔ)元件的定時(shí)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】管道功率門(mén)控技術(shù)
[0001]背景【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及集成電路中的功率節(jié)省，并且更具體地說(shuō)，涉及在運(yùn)行時(shí)間期間減少漏泄電流。
【背景技術(shù)】
[0003]集成電路中的功率消耗可以歸因于活躍開(kāi)關(guān)電路和空閑電路兩者。即使當(dāng)電路空閑時(shí)，來(lái)自晶體管的漏泄電流也會(huì)導(dǎo)致不希望的功率消耗。用來(lái)節(jié)省功率的先前解決方案已識(shí)別已空閑一段時(shí)間的大型體系結(jié)構(gòu)特征，并且已通過(guò)降低供應(yīng)的電壓和/或供應(yīng)給未使用的電路的時(shí)鐘信號(hào)的頻率來(lái)在這類(lèi)電路中實(shí)行功率節(jié)省。舉例來(lái)說(shuō)，在多核心處理器中，可通過(guò)降低供應(yīng)的頻率和/或電壓，同時(shí)將如輸入塊/輸出塊的其它功能塊保持活動(dòng)，來(lái)使核心中的一個(gè)或多個(gè)處在較低功率消耗狀態(tài)。然而，特別是在如移動(dòng)設(shè)備、膝上型電腦和平板電腦的電池驅(qū)動(dòng)設(shè)備中，需要尋找用來(lái)節(jié)省功率的額外方法來(lái)延長(zhǎng)電池壽命，減少熱生成，并且減輕冷卻要求。即使在臺(tái)式機(jī)或服務(wù)器系統(tǒng)中，降低功率消耗也會(huì)引起減少的熱生成、通過(guò)減少電力使用而實(shí)現(xiàn)的成本節(jié)省以及降低的冷卻要求。功率節(jié)省問(wèn)題依然是集成電路和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面。
[0004]發(fā)明公開(kāi)
[0005]可通過(guò)專(zhuān)注于集成電路的小顆粒特征來(lái)實(shí)現(xiàn)額外的功率節(jié)省。
[0006]一個(gè)實(shí)施方案提供一種減少耦合在源存儲(chǔ)元件與目標(biāo)存儲(chǔ)元件之間的多個(gè)門(mén)中的漏泄電流的方法。所述方法包括響應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)源時(shí)鐘賦能信號(hào)中的任何一個(gè)的斷言來(lái)喚醒所述多個(gè)門(mén)以便允許電流流動(dòng)。響應(yīng)于休眠條件來(lái)使所述多個(gè)門(mén)休眠，以便抑制電流流動(dòng)，從而減少所述多個(gè)門(mén)中的漏泄電流，所述休眠條件包括目標(biāo)時(shí)鐘賦能信號(hào)的斷言。
[0007]在一個(gè)實(shí)施方案中，所述休眠條件包括一個(gè)或多個(gè)源時(shí)鐘賦能信號(hào)全部被取消斷言。
[0008]在一個(gè)實(shí)施方案中，所述方法包括:通過(guò)將處在第一值的控制信號(hào)供應(yīng)給一個(gè)或多個(gè)功率門(mén)來(lái)喚醒所述多個(gè)門(mén)，以及通過(guò)將處在第二值的控制信號(hào)供應(yīng)給所述一個(gè)或多個(gè)功率門(mén)來(lái)使所述多個(gè)門(mén)休眠。
[0009]在另一個(gè)實(shí)施方案中，一種裝置包括多個(gè)源存儲(chǔ)元件和多個(gè)目標(biāo)存儲(chǔ)元件。多個(gè)功率門(mén)控的門(mén)耦合在所述源存儲(chǔ)元件與所述目標(biāo)存儲(chǔ)元件之間，并且對(duì)所述目標(biāo)存儲(chǔ)元件進(jìn)行供應(yīng)。一個(gè)或多個(gè)功率門(mén)串聯(lián)耦合在電源節(jié)點(diǎn)與所述功率門(mén)控的門(mén)之間。所述功率門(mén)響應(yīng)于控制信號(hào)被取消斷言從而指示休眠狀態(tài)來(lái)減少通過(guò)所述功率門(mén)控的門(mén)的電流流動(dòng)；以及響應(yīng)于控制信號(hào)被斷言從而指示喚醒狀態(tài)來(lái)允許通過(guò)所述功率門(mén)控的門(mén)的電流流動(dòng)。控制邏輯被耦合來(lái)接收賦能對(duì)所述源存儲(chǔ)元件中的一個(gè)或多個(gè)的定時(shí)的一個(gè)或多個(gè)源時(shí)鐘賦能信號(hào)。所述控制邏輯還接收至少一個(gè)目標(biāo)時(shí)鐘賦能信號(hào)。所述控制邏輯響應(yīng)于所述源時(shí)鐘賦能信號(hào)中的任何一個(gè)的斷言來(lái)導(dǎo)致所述控制信號(hào)指示喚醒狀態(tài)，且所述控制邏輯被進(jìn)一步配置來(lái)僅在所述源時(shí)鐘賦能信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)全部被取消斷言且所述至少一個(gè)目標(biāo)時(shí)鐘賦能信號(hào)已被斷言從而允許所述目標(biāo)存儲(chǔ)元件被定時(shí)來(lái)消耗由所述功率門(mén)控的門(mén)供應(yīng)的值之后，才導(dǎo)致所述控制信號(hào)指示休眠狀態(tài)。
[0010]在一個(gè)實(shí)施方案中，所述控制邏輯包括狀態(tài)機(jī)，所述狀態(tài)機(jī)響應(yīng)于源賦能中的任何一個(gè)被斷言來(lái)在所述狀態(tài)機(jī)的第一狀態(tài)中斷言新的源賦能控制信號(hào)，其中所述第一狀態(tài)指示所述源賦能中的一個(gè)或多個(gè)被斷言，并且響應(yīng)于所述源存儲(chǔ)元件的賦能全部被取消斷言且所述至少一個(gè)目標(biāo)時(shí)鐘賦能信號(hào)被賦能來(lái)在所述狀態(tài)機(jī)的第二狀態(tài)中取消斷言所述新的源賦能，并且響應(yīng)于進(jìn)入所述狀態(tài)機(jī)的第二狀態(tài)來(lái)取消斷言所述控制信號(hào)。
[0011]在一個(gè)實(shí)施方案中，所述裝置包括邏輯門(mén)，所述邏輯門(mén)用來(lái)將第一目標(biāo)時(shí)鐘賦能信號(hào)與所述新的源賦能信號(hào)組合來(lái)產(chǎn)生所述目標(biāo)時(shí)鐘賦能信號(hào)。
[0012]在一個(gè)實(shí)施方案中，所述控制邏輯通過(guò)在所述源賦能信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)被斷言之后將用于所述目標(biāo)存儲(chǔ)元件的所述目標(biāo)時(shí)鐘賦能信號(hào)阻斷至少一個(gè)時(shí)鐘周期，來(lái)確保直到功率門(mén)控的邏輯被完全充電才對(duì)所述目標(biāo)存儲(chǔ)元件定時(shí)。
[0013]在一個(gè)實(shí)施方案中，所述一個(gè)或多個(gè)功率門(mén)包括串聯(lián)在所述功率門(mén)控的門(mén)與地面之間的一個(gè)或多個(gè)NMOS晶體管。
[0014]在一個(gè)實(shí)施方案中，所述一個(gè)或多個(gè)功率門(mén)包括串聯(lián)在所述功率門(mén)控的門(mén)與電源電壓之間的一個(gè)或多個(gè)PMOS晶體管。
[0015]在一個(gè)實(shí)施方案中，所述控制邏輯被配置來(lái)供應(yīng)阻斷信號(hào)來(lái)阻斷目標(biāo)觸發(fā)器的定時(shí)，直到源觸發(fā)器已被定時(shí)之后。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述阻斷信號(hào)與用來(lái)賦能目標(biāo)觸發(fā)器的定時(shí)的目標(biāo)時(shí)鐘賦能信號(hào)在邏輯上組合。
[0016]在一個(gè)實(shí)施方案中，所述裝置包括耦合在所述源存儲(chǔ)元件與所述目標(biāo)存儲(chǔ)元件之間且更靠近所述源存儲(chǔ)元件的至少一個(gè)門(mén)，所述至少一個(gè)門(mén)具有僅僅對(duì)所述目標(biāo)存儲(chǔ)元件進(jìn)行供應(yīng)的輸出信號(hào)，所述至少一個(gè)門(mén)不受功率門(mén)控，而所述源存儲(chǔ)元件與所述目標(biāo)存儲(chǔ)元件之間的其它門(mén)受功率門(mén)控。
[0017]在另一個(gè)實(shí)施方案中，提供一種方法，所述方法包括通過(guò)使用控制信號(hào)控制一個(gè)或多個(gè)功率門(mén)來(lái)控制多個(gè)功率門(mén)控的門(mén)中的電流流動(dòng)，所述功率門(mén)控的門(mén)耦合在一個(gè)或多個(gè)源存儲(chǔ)元件與一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)存儲(chǔ)元件之間。接收賦能對(duì)所述源存儲(chǔ)元件中的一個(gè)或多個(gè)的定時(shí)的一個(gè)或多個(gè)源賦能信號(hào)，并且響應(yīng)于所述一個(gè)或多個(gè)源賦能信號(hào)中的任何一個(gè)的斷言，導(dǎo)致所述控制信號(hào)向一個(gè)或多個(gè)功率門(mén)指示喚醒狀態(tài)，從而允許電流流過(guò)所述多個(gè)功率門(mén)控的門(mén)。所述控制信號(hào)響應(yīng)于第一條件和第二條件為真來(lái)指示休眠狀態(tài)，所述第一條件是所述源時(shí)鐘賦能信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)全部被取消斷言，且所述第二條件是所述目標(biāo)時(shí)鐘賦能信號(hào)已被斷言從而允許所述目標(biāo)存儲(chǔ)元件被定時(shí)來(lái)消耗由所述功率門(mén)控的門(mén)供應(yīng)的值，所述休眠狀態(tài)阻止所述多個(gè)功率門(mén)控的門(mén)中的電流流動(dòng)。
[0018]所述方法可進(jìn)一步包括進(jìn)入狀態(tài)機(jī)的第一狀態(tài)并且響應(yīng)于所述源賦能中的一個(gè)或多個(gè)被斷言來(lái)進(jìn)在狀態(tài)機(jī)的第一狀態(tài)中斷言新的源賦能控制信號(hào)；以及進(jìn)入第二狀態(tài)并且響應(yīng)于所述源存儲(chǔ)元件的源賦能全部被取消斷言且至少一個(gè)目標(biāo)時(shí)鐘賦能信號(hào)被斷言來(lái)在所述狀態(tài)機(jī)的第二狀態(tài)中取消斷言所述新的源賦能控制信號(hào)。
[0019]所述方法可進(jìn)一步包括將第一目標(biāo)時(shí)鐘賦能信號(hào)與新的源賦能控制信號(hào)在邏輯上組合來(lái)產(chǎn)生所述目標(biāo)時(shí)鐘賦能信號(hào)。[0020]所述方法可進(jìn)一步包括將所述控制信號(hào)供應(yīng)給串聯(lián)在所述功率門(mén)控的門(mén)與地面之間的一個(gè)或多個(gè)NMOS晶體管，所述一個(gè)或多個(gè)功率門(mén)包括所述NMOS晶體管。
[0021]所述方法可進(jìn)一步包括將所述控制信號(hào)供應(yīng)給串聯(lián)在所述功率門(mén)控的門(mén)與電源電壓之間的一個(gè)或多個(gè)PMOS晶體管，所述一個(gè)或多個(gè)功率門(mén)包括所述PMOS晶體管。
[0022]所述方法可進(jìn)一步包括供應(yīng)阻斷信號(hào)來(lái)阻斷所述目標(biāo)存儲(chǔ)元件的定時(shí)，直到所述源存儲(chǔ)元件已被定時(shí)之后。
[0023]所述方法可進(jìn)一步包括將所述阻斷信號(hào)與第一目標(biāo)時(shí)鐘賦能信號(hào)組合來(lái)產(chǎn)生所述目標(biāo)時(shí)鐘賦能信號(hào)。
[0024]附圖簡(jiǎn)述
[0025]通過(guò)參看附圖，可以更好地理解本發(fā)明，并且可以使本發(fā)明的眾多目標(biāo)、特征和優(yōu)勢(shì)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)。
[0026]圖1展示適合于使用本發(fā)明的實(shí)施方案的集成電路的概要圖。
[0027]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的功率門(mén)控邏輯門(mén)的概要圖。
[0028]圖3示出與圖2的實(shí)施方案相關(guān)聯(lián)的時(shí)序圖。
[0029]圖4A示出示例性功率門(mén)控方法。
[0030]圖4B示出利用額外功率門(mén)的示例性功率門(mén)控方法。
[0031]圖4C示出示例性功率門(mén)控功率方法的概要圖，其中通過(guò)使門(mén)不受功率門(mén)控來(lái)減輕時(shí)序約束。
[0032]圖5示出一種配置，其中A組中的門(mén)與B組中的門(mén)受功率門(mén)控，且AB組中的門(mén)未受功率門(mén)控。
[0033]圖6示出一種配置，其中邏輯覆蓋范圍相比圖5的配置有所增大。
[0034]圖7示出多個(gè)組的另一種配置，所述配置提供與圖5的配置相比有所改進(jìn)的邏輯覆蓋范圍以及與圖6的配置相比有所改進(jìn)的功率節(jié)省。
[0035]不同圖中相同或類(lèi)似的參考符號(hào)的使用指示類(lèi)似或相同的項(xiàng)。
[0036]實(shí)施本發(fā)明的方式
[0037]對(duì)多組門(mén)的功率門(mén)控通過(guò)減少門(mén)中的晶體管的漏泄電流來(lái)在運(yùn)行時(shí)間操作期間實(shí)現(xiàn)額外的功率節(jié)省。在一個(gè)實(shí)施方案中，功率門(mén)由串聯(lián)在功率門(mén)控的門(mén)與這些門(mén)的電源VDD和/或GND之間的晶體管(或并聯(lián)的許多晶體管)形成。隨后選擇性地控制所述功率門(mén)來(lái)使所述門(mén)與VDD和/或地面斷開(kāi)，因此當(dāng)所述門(mén)不使用時(shí)可以減少漏泄電流。
[0038]參看圖1，概要框圖示出如微處理器的集成電路101，其包括如處理核心的多個(gè)宏觀體系結(jié)構(gòu)特征102，可通過(guò)使所述處理核心處在提供不同性能水平的功率狀態(tài)，從休眠狀態(tài)到完全加電狀態(tài)，來(lái)控制所述處理核心的功率。除此之外，所述宏觀體系結(jié)構(gòu)特征中的一個(gè)或多個(gè)具有多組門(mén)103，在運(yùn)行時(shí)間期間可以控制所述多組門(mén)來(lái)減少在完全(或減少的)操作狀態(tài)期間的功率消耗。
[0039]圖2示出在運(yùn)行時(shí)間期間如何控制所述多組門(mén)來(lái)減少功率消耗的示例性實(shí)施方案。參看圖2，nFET功率門(mén)201串聯(lián)在功率門(mén)控的門(mén)203與GND之間。功率門(mén)控的門(mén)203對(duì)應(yīng)于圖1中所示的那組門(mén)103。受功率門(mén)控的門(mén)通常是“與(AND)”門(mén)、“或(0R)”門(mén)、“或非(NOR) ”門(mén)、“與非(NAND) ”門(mén)以及類(lèi)似的邏輯門(mén)，且在圖2中表示為功率門(mén)控的門(mén)203。當(dāng)門(mén)203空閑時(shí)，可以切斷功率門(mén)201，從而減少跨所述門(mén)上的電壓并且因此減少來(lái)自所述門(mén)的漏泄電流。除此之外，或代替使用nFET201，可將pFET202與VDD串聯(lián)使用，且可將其切斷來(lái)降低跨所述門(mén)上的電壓，從而減少漏泄電流。
[0040]運(yùn)行時(shí)間功率門(mén)控的一個(gè)顯著問(wèn)題是，有充足的時(shí)間來(lái)使所述門(mén)從休眠轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆与姡?，有足夠的時(shí)間來(lái)喚醒。也就是說(shuō)，當(dāng)接通功率門(mén)201時(shí)，功率門(mén)控的門(mén)響應(yīng)于功率門(mén)201 (或202)的接通來(lái)完全充電至其完全加電狀態(tài)需要時(shí)間。一種方法是在設(shè)計(jì)中包括足夠的時(shí)序余量，例如時(shí)序設(shè)計(jì)中的保護(hù)帶，以便確保所述門(mén)被完全加電。然而，這種時(shí)序損失在如微處理器的高性能集成電路中一般來(lái)說(shuō)不可接受。
[0041]控制邏輯205監(jiān)測(cè)源觸發(fā)器207的時(shí)鐘門(mén)賦能221和223，以便確定何時(shí)喚醒功率門(mén)控的門(mén)以及何時(shí)使其休眠。應(yīng)注意，“與”門(mén)208也可被視為控制邏輯205的一部分，并且?guī)椭刂颇繕?biāo)觸發(fā)器的定時(shí)，如本文進(jìn)一步描述的。應(yīng)注意，盡管圖2中展示觸發(fā)器，但是代替圖2中所示的觸發(fā)器或除此之外，可以使用如鎖存器的任何源存儲(chǔ)元件和目標(biāo)存儲(chǔ)元件。
[0042]圖2示出一個(gè)示例性實(shí)施方案的基本操作和構(gòu)造。一組所選目標(biāo)觸發(fā)器209確定可受功率門(mén)控的那組門(mén)203。也就是說(shuō)，如果一個(gè)門(mén)的全部輸出路徑僅僅在目標(biāo)觸發(fā)器209中的一個(gè)處終止，那么所述門(mén)可受功率門(mén)控。具有通往所述目標(biāo)觸發(fā)器以外的地方的輸出路徑的門(mén)不受功率門(mén)控。舉例來(lái)說(shuō)，逆變器215具有輸出路徑217，所述輸出路徑通往目標(biāo)觸發(fā)器209以外的某處。因此，逆變器215未被包括為功率門(mén)控的門(mén)203的一部分?？刂七壿?05包括狀態(tài)機(jī)，所述狀態(tài)機(jī)控制功率門(mén)，監(jiān)測(cè)時(shí)鐘門(mén)賦能，并且確定何時(shí)喚醒功率門(mén)控的門(mén)以及功率門(mén)控的門(mén)何時(shí)可以休眠。
[0043]考慮初始休眠狀態(tài)。在圖2中所示的初始休眠狀態(tài)中，目標(biāo)觸發(fā)器209的定時(shí)被阻斷且功率門(mén)控的門(mén)203在休眠。術(shù)語(yǔ)“休眠”是指功率門(mén)201(或202)被切斷來(lái)減少漏泄電流。在休眠狀態(tài)中，控制邏輯205中的狀態(tài)機(jī)處于第一狀態(tài)，在所述第一狀態(tài)中WAKE信號(hào)被取消斷言。圖3示出與圖2中所示的電路相關(guān)聯(lián)的時(shí)序圖。
[0044]參看圖3，假設(shè)時(shí)鐘信號(hào)線224上是時(shí)鐘信號(hào)CLK301。鎖存器226和228被用來(lái)為源觸發(fā)器207的時(shí)鐘信號(hào)供應(yīng)賦能信號(hào)ENA1221和ENA2223。在“與”門(mén)230和232中對(duì)賦能信號(hào)與時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行與運(yùn)算。門(mén)203響應(yīng)于經(jīng)由“或”門(mén)225、227和229延遲之后的源觸發(fā)器時(shí)鐘門(mén)賦能221或223中的任何一個(gè)的斷言(在302處展示)來(lái)喚醒。狀態(tài)機(jī)觸發(fā)器231在在下一個(gè)周期的上升邊緣上斷言其輸出(在304處)，從而變?yōu)榈诙顟B(tài)。在DEST_ENA_3信號(hào)在“與”門(mén)208的輸出處的斷言(在306處)的一定延遲之后，產(chǎn)生觸發(fā)器231的輸出的斷言。隨后，目標(biāo)觸發(fā)器209在經(jīng)由鎖存器210和“與”門(mén)212的延遲之后被定時(shí)。假設(shè)用于目標(biāo)觸發(fā)器的賦能(ENA3)將在此時(shí)被斷言。使用所述狀態(tài)機(jī)，源賦能在302處的斷言與目標(biāo)賦能在306處的斷言之間存在至少一個(gè)周期的延遲，從而允許功率門(mén)控的門(mén)在目標(biāo)觸發(fā)器時(shí)鐘被解除阻斷并且被定時(shí)之前有時(shí)間來(lái)完全充電。
[0045]功率門(mén)控的門(mén)203由控制邏輯205保持喚醒，直到所述目標(biāo)觸發(fā)器被定時(shí)。一旦在DEST_ENA_3236在306處被斷言并且源賦能221和223被取消斷言之后對(duì)目標(biāo)觸發(fā)器進(jìn)行定時(shí)，那么在308處狀態(tài)機(jī)觸發(fā)器的輸出在上升時(shí)鐘邊緣處取消斷言，從而返回到第一狀態(tài)，從而通過(guò)WAKE信號(hào)在310處的取消斷言來(lái)導(dǎo)致功率門(mén)控的門(mén)休眠。用于目標(biāo)觸發(fā)器209的任何其它時(shí)鐘由“與”門(mén)208阻斷，直到源觸發(fā)器被再次定時(shí)。當(dāng)然，如果源觸發(fā)器不改變，那么目標(biāo)觸發(fā)器不會(huì)改變。在目標(biāo)觸發(fā)器輸入被消耗之前，阻斷功能允許一個(gè)完整的時(shí)鐘周期。
[0046]—個(gè)實(shí)施方案可具有多個(gè)目標(biāo)賦能。如果是這樣，那么在使功率門(mén)控的門(mén)休眠之前，需要等待，直到全部目標(biāo)時(shí)鐘賦能信號(hào)已被斷言。由于可以想象的是目標(biāo)賦能可能在不同的時(shí)間抵達(dá)，因此信號(hào)可存儲(chǔ)在觸發(fā)器中并且隨后當(dāng)全部比特已被斷言至少一次時(shí)進(jìn)行重置且被供應(yīng)給邏輯，以便經(jīng)由觸發(fā)器231導(dǎo)致休眠。在一個(gè)實(shí)施方案中，可對(duì)比特進(jìn)行編碼來(lái)節(jié)省觸發(fā)器的數(shù)量。
[0047]圖4A示出一個(gè)實(shí)施方案，在這個(gè)實(shí)施方案中源觸發(fā)器402與目標(biāo)觸發(fā)器404之間的功率門(mén)控的門(mén)403耦合至單個(gè)功率門(mén)405。在圖4B中，使用多個(gè)功率門(mén)407和409。如果存在大量功率門(mén)控的門(mén)，那么將WAKE發(fā)布至功率門(mén)可能需要幾級(jí)緩沖器。圖4B展示通過(guò)將門(mén)分割成關(guān)鍵時(shí)序門(mén)(連接至WAKE1)和非關(guān)鍵時(shí)序門(mén)(連接至WAKE2)，可以如何放寬時(shí)序要求。因此，功率門(mén)407接收WAKEl且功率門(mén)409接收WAKE2。暫時(shí)最靠近源觸發(fā)器的門(mén)是最關(guān)鍵的。在圖4B中所示的實(shí)施方案中，與WAKE2相比，用于關(guān)鍵門(mén)的功率門(mén)不使用緩沖器(或使用更少的緩沖器)來(lái)接收WAKE1。為便于說(shuō)明，展示了使用一個(gè)緩沖器來(lái)產(chǎn)生WAKE2，且不使用緩沖器來(lái)產(chǎn)生WAKEl。可能需要其它數(shù)量的緩沖器，這取決于具體實(shí)行方案以及喚醒信號(hào)中的每一個(gè)所驅(qū)動(dòng)的功率門(mén)的數(shù)量。
[0048]時(shí)序要求是嚴(yán)格的，但是可放寬。源觸發(fā)器的賦能的“或”供應(yīng)狀態(tài)機(jī)觸發(fā)器231。然而，由于觸發(fā)器231的時(shí)鐘啟動(dòng)休眠功能而不是喚醒功能，因此可以延遲這個(gè)時(shí)鐘。
[0049]第二個(gè)時(shí)序約束在于，到所述門(mén)被使用的時(shí)候，其應(yīng)被完全加電，否則時(shí)序可能受影響。到源觸發(fā)器輸出可以轉(zhuǎn)變的時(shí)候，這些門(mén)應(yīng)被喚醒。通過(guò)不對(duì)緊接在源觸發(fā)器之后的各級(jí)門(mén)進(jìn)行功率門(mén)控，可以放寬這個(gè)時(shí)序約束。參看圖4C，門(mén)411和415未被功率門(mén)控且與功率門(mén)控的門(mén)417—起被包括，以便給控制信號(hào)WAKE提供額外的時(shí)序余量來(lái)喚醒功率門(mén)控的邏輯門(mén)。圖4B和圖4C中所示的這兩種時(shí)序放寬技術(shù)減少了漏泄節(jié)省。如圖4C中所示，可通過(guò)權(quán)衡多少門(mén)受到功率門(mén)控的覆蓋范圍來(lái)放寬設(shè)置要求。
[0050]本文所述的主動(dòng)功率門(mén)控方法適用于微處理器設(shè)計(jì)，但是一般來(lái)說(shuō)廣泛適用于電路設(shè)計(jì)。由于本文所述的技術(shù)一般來(lái)說(shuō)可應(yīng)用于數(shù)字電路，因此本文所述的主動(dòng)功率門(mén)控可實(shí)現(xiàn)大的覆蓋范圍，這又意味著更多的功率節(jié)省。時(shí)序影響是適度的。時(shí)序影響是由一個(gè)項(xiàng)在時(shí)鐘賦能路徑中在“與”門(mén)208中被與運(yùn)算而產(chǎn)生，并且對(duì)一個(gè)或多個(gè)源賦能信號(hào)來(lái)說(shuō)，存在來(lái)自“或”樹(shù)的額外負(fù)載。由于時(shí)鐘門(mén)控效率相比當(dāng)前方法有所改進(jìn)，因此本文的主動(dòng)功率門(mén)控在其對(duì)漏泄節(jié)省的影響方面將自動(dòng)改進(jìn)。
[0051]本文所述的功率門(mén)控可導(dǎo)致在功率門(mén)控的域中對(duì)低VT(LVT)門(mén)或甚至是超低VT (ULVT)門(mén)的更高使用量，因?yàn)槁┬构β时贿x擇性地和瞬時(shí)地減少。當(dāng)進(jìn)行性能-功率權(quán)衡時(shí)，主動(dòng)模式功率門(mén)控使漏泄功率與動(dòng)態(tài)功率處于同等水平。
[0052]圖2中所述的方法的額外益處在于動(dòng)態(tài)功率很可能也被降低，這是由于“與”門(mén)208對(duì)用于目標(biāo)觸發(fā)器的時(shí)鐘的時(shí)鐘阻斷功能。也就是說(shuō)，如果目標(biāo)時(shí)鐘由控制邏輯205阻斷，那么發(fā)生額外的功率節(jié)省。
[0053]如上文已經(jīng)描述，管道功率門(mén)控(PPG)在運(yùn)行時(shí)間期間減少不活動(dòng)電路的漏泄。在某些實(shí)施方案中，有可能增大PPG的邏輯覆蓋范圍同時(shí)保留最初的功率節(jié)省，以便增加漏泄節(jié)省。
[0054]參看圖5，考慮所示出的配置，在所述配置中供應(yīng)目標(biāo)觸發(fā)器501的A組中的門(mén)以及供應(yīng)目標(biāo)觸發(fā)器503的B組中的門(mén)被功率門(mén)控。AB組中的門(mén)未被功率門(mén)控，因?yàn)樗鼈冊(cè)诔^(guò)一組目標(biāo)(A組目標(biāo)觸發(fā)器和B組目標(biāo)觸發(fā)器)中終止。無(wú)論何時(shí)A組目標(biāo)觸發(fā)器或B組目標(biāo)觸發(fā)器被定時(shí)，必須喚醒AB組的門(mén)。
[0055]另一個(gè)重要問(wèn)題是，在無(wú)隔離門(mén)的情況下，功率門(mén)控的域輸出不得驅(qū)動(dòng)完全加電的門(mén)。后果將是交叉電流和可能的可靠性受損。隔離門(mén)是被配置來(lái)選擇性地忽略輸入并且需要全軌信號(hào)對(duì)其進(jìn)行控制的門(mén)。對(duì)A組門(mén)和B組門(mén)來(lái)說(shuō)，隔離門(mén)是目標(biāo)觸發(fā)器，且隔離控制是時(shí)鐘。向AB組門(mén)的輸出添加隔離門(mén)如果被普遍應(yīng)用，將會(huì)影響時(shí)序。
[0056]如圖6中所示，可通過(guò)將多組目標(biāo)觸發(fā)器組合為單組目標(biāo)觸發(fā)器來(lái)增大邏輯覆蓋范圍。如圖6中所示，A組門(mén)和B組門(mén)被歸入到更大的AB組中。圖6中所示的電路增大邏輯覆蓋范圍，但是這個(gè)方法的主要問(wèn)題是，實(shí)際上可能減少靜態(tài)功率節(jié)省和動(dòng)態(tài)功率節(jié)省?，F(xiàn)在使A組門(mén)休眠的頻率很可能比在最初配置中要低，這是因?yàn)樗鼈兪怯葾組源賦能和B組源賦能中的任何一個(gè)來(lái)喚醒。類(lèi)似地，動(dòng)態(tài)功率很可能增大，這是因?yàn)锳組目標(biāo)觸發(fā)器是在ENA3A或ENA3B而不是僅ENA3A被斷言時(shí)被定時(shí)。相同的靜態(tài)缺點(diǎn)和動(dòng)態(tài)缺點(diǎn)適用于B組門(mén)。
[0057]除此之外，圖6中所示的方法有兩個(gè)其它問(wèn)題。第一，當(dāng)存在超過(guò)兩組目標(biāo)時(shí)，應(yīng)組合哪一組門(mén)尚不清楚?？紤]如果還有C組門(mén)、AC組門(mén)、BC組門(mén)以及ABC組門(mén)的情況。如果全部組被歸入ABC組中，那么以上所述的功率節(jié)省問(wèn)題更糟糕。如果形成AB組，那么AC組、BC組和ABC組不包括在邏輯覆蓋范圍中(在無(wú)邏輯復(fù)制的情況下)。第二個(gè)問(wèn)題是，當(dāng)各組被組合時(shí)，必須重寫(xiě)寄存器傳輸語(yǔ)言(RTL)描述來(lái)重組邏輯。
[0058]圖7展示用于組合功率門(mén)控的組的示例性方法，所述方法提供改進(jìn)的邏輯覆蓋范圍和功率節(jié)省。與圖6中的電路不同，圖7中的A組門(mén)和B組門(mén)受功率門(mén)控，頻率與它們?cè)趫D5中的最初配置中受功率門(mén)控的頻率相同。而且，A組目標(biāo)觸發(fā)器和B組目標(biāo)觸發(fā)器被定時(shí)，頻率與它們?cè)谧畛跖渲弥斜欢〞r(shí)的頻率相同。因此，在圖7中，AB組門(mén)增加了漏泄節(jié)省。在這種方法中，無(wú)論何時(shí)A組門(mén)或B組門(mén)被喚醒，AB組門(mén)也被喚醒。驅(qū)動(dòng)A組功率門(mén)的“與”門(mén)的功能是確保AB組門(mén)在A組門(mén)被喚醒之前被喚醒，即，所述“與”是用于功率降額(power deracing)。相同的原理也適用于驅(qū)動(dòng)B組功率門(mén)的“與”門(mén)。
[0059]圖7所描述的方法提供的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，任何組的形成不會(huì)阻止其它組的形成。如果還存在C組門(mén)、AC組門(mén)、BC組門(mén)和ABC組門(mén)，那么可以使用類(lèi)似的邏輯來(lái)對(duì)全部這些門(mén)單獨(dú)進(jìn)行功率門(mén)控。
[0060]應(yīng)注意，一種優(yōu)選的方法通過(guò)在功率門(mén)賦能路徑中添加“與”門(mén)延遲來(lái)減少時(shí)序余量。而且，當(dāng)添加了組合的組時(shí)，必須更新電路的寄存器傳輸語(yǔ)言(RTL)描述。但是，圖7的方法增大邏輯覆蓋范圍以及來(lái)自管道功率門(mén)控的漏泄節(jié)省，而不會(huì)減少動(dòng)態(tài)功率節(jié)省，且所述方法可針對(duì)各組的全部組合來(lái)擴(kuò)展。
[0061]盡管在對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案的描述中已經(jīng)一般地假定電路和物理結(jié)構(gòu)，但普遍認(rèn)可的是，在現(xiàn)代半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和制造中，物理結(jié)構(gòu)和電路可體現(xiàn)為計(jì)算機(jī)可讀的描述形式，這種形式適合在隨后的設(shè)計(jì)、模擬、測(cè)試或制造階段中使用。
[0062]在示例性配置中呈現(xiàn)為分離的組件的結(jié)構(gòu)和功能性可以實(shí)行為組合的結(jié)構(gòu)或組件。如本文所述，本發(fā)明的各種實(shí)施方案被涵蓋來(lái)包括電路、電路系統(tǒng)、相關(guān)方法以及上面具有這些電路、系統(tǒng)和方法的編碼(例如，HDL、Verilog,⑶SII數(shù)據(jù))的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)包括有形計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，例如磁盤(pán)、磁帶，或其它磁性、光學(xué)或電子存儲(chǔ)介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上除了具有電路、系統(tǒng)和方法的編碼之外，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)還可以存儲(chǔ)可用來(lái)實(shí)行本發(fā)明的指令和數(shù)據(jù)。本文所述的結(jié)構(gòu)可使用在處理器上執(zhí)行的軟件、在硬件上執(zhí)行的固件來(lái)實(shí)行，或由軟件、固件和硬件的組合來(lái)實(shí)行。
[0063]本文所闡述的對(duì)本發(fā)明的描述是說(shuō)明性的，且并非旨在限制以下權(quán)利要求中所闡述的本發(fā)明的范圍。可基于本文所闡述的描述對(duì)本文所公開(kāi)的實(shí)施方案做出其它變化和修改，而不背離以下權(quán)利要求中所闡述的本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種裝置，其包括: 多個(gè)源存儲(chǔ)元件； 多個(gè)目標(biāo)存儲(chǔ)元件； 多個(gè)功率門(mén)控的門(mén)，其耦合在所述源存儲(chǔ)元件之間并且對(duì)所述目標(biāo)存儲(chǔ)元件進(jìn)行供應(yīng)； 一個(gè)或多個(gè)功率門(mén)，其串聯(lián)耦合在電源節(jié)點(diǎn)與所述功率門(mén)控的門(mén)之間，所述功率門(mén)響應(yīng)于控制信號(hào)被取消斷言從而指示休眠狀態(tài)來(lái)減少通過(guò)所述功率門(mén)控的門(mén)的電流流動(dòng)，并且響應(yīng)于所述控制信號(hào)被斷言從而指示喚醒狀態(tài)來(lái)允許通過(guò)所述功率門(mén)控的門(mén)的電流流動(dòng)；以及 控制邏輯，其被耦合來(lái)接收賦能對(duì)所述源存儲(chǔ)元件中的一個(gè)或多個(gè)的定時(shí)的一個(gè)或多個(gè)源時(shí)鐘賦能信號(hào)，并且接收至少一個(gè)目標(biāo)時(shí)鐘賦能信號(hào)，所述控制邏輯被配置來(lái)響應(yīng)于所述源時(shí)鐘賦能信號(hào)中的任何一個(gè)的斷言來(lái)導(dǎo)致所述控制信號(hào)指示所述喚醒狀態(tài)，且其中所述控制邏輯被進(jìn)一步配置來(lái)僅在所述源時(shí)鐘賦能信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)全部被取消斷言且所述目標(biāo)時(shí)鐘賦能信號(hào)已被斷言從而允許所述目標(biāo)存儲(chǔ)元件被定時(shí)來(lái)消耗由所述功率門(mén)控的門(mén)供應(yīng)的值之后，才導(dǎo)致所述控制信號(hào)指示所述休眠狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述控制邏輯包括狀態(tài)機(jī)，所述狀態(tài)機(jī)響應(yīng)于源賦能中的任何一個(gè)被斷言來(lái)在所述狀態(tài)機(jī)的第一狀態(tài)中斷言新的源賦能控制信號(hào)，其中所述第一狀態(tài)指示所述源賦能中的一個(gè)或多個(gè)被賦能，并且響應(yīng)于所述源存儲(chǔ)元件的賦能全部被取消斷言且所述至少一個(gè)目標(biāo)時(shí)鐘賦能信號(hào)被斷言來(lái)在所述狀態(tài)機(jī)的第二狀態(tài)中取消斷言所述新的源賦能，并且僅在進(jìn)入所述狀態(tài)機(jī)的所述第二狀態(tài)之后才取消斷言所述控制信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其進(jìn)一步包括邏輯門(mén)，所述邏輯門(mén)用來(lái)將第一目標(biāo)時(shí)鐘賦能信號(hào)與所述新的源賦能信號(hào)組合來(lái)產(chǎn)生所述目標(biāo)時(shí)鐘賦能信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述一個(gè)或多個(gè)功率門(mén)包括串聯(lián)在所述功率門(mén)控的門(mén)與地面之間的一個(gè)或多個(gè)NMOS晶體管，或串聯(lián)在所述功率門(mén)控的門(mén)與電源電壓之間的一個(gè)或多個(gè)PMOS晶體管。
5.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述控制邏輯被配置來(lái)供應(yīng)阻斷信號(hào)來(lái)阻斷對(duì)目標(biāo)存儲(chǔ)元件的定時(shí)，直到所述源存儲(chǔ)元件已被定時(shí)之后，且其中所述阻斷信號(hào)與用來(lái)賦能對(duì)所述目標(biāo)存儲(chǔ)元件的定時(shí)的所述目標(biāo)時(shí)鐘賦能信號(hào)在邏輯上組合。
6.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的裝置，其進(jìn)一步包括耦合在所述源存儲(chǔ)元件與所述目標(biāo)存儲(chǔ)元件之間且更靠近所述源存儲(chǔ)元件的至少一個(gè)門(mén)，所述至少一個(gè)門(mén)具有僅僅對(duì)所述目標(biāo)存儲(chǔ)元件進(jìn)行供應(yīng)的輸出信號(hào)，所述至少一個(gè)門(mén)不受功率門(mén)控，而所述源存儲(chǔ)元件與所述目標(biāo)存儲(chǔ)元件之間的其它門(mén)受功率門(mén)控。
7.一種方法，其包括: 通過(guò)根據(jù)控制信號(hào)控制一個(gè)或多個(gè)功率門(mén)來(lái)控制多個(gè)功率門(mén)控的門(mén)中的電流流動(dòng)，所述功率門(mén)控的門(mén)耦合在一個(gè)或多個(gè)源存儲(chǔ)元件與一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)存儲(chǔ)元件之間； 接收賦能對(duì)所述源存儲(chǔ)元件中的一個(gè)或多個(gè)的定時(shí)的一個(gè)或多個(gè)源賦能信號(hào)，并且響應(yīng)于所述一個(gè)或多個(gè)源賦能信號(hào)中的任何一個(gè)的斷言，導(dǎo)致所述控制信號(hào)向所述一個(gè)或多個(gè)功率門(mén)指示喚醒狀態(tài)，從而允許所述多個(gè)功率門(mén)控的門(mén)中的電流流動(dòng)；以及接收目標(biāo)時(shí)鐘賦能信號(hào)并且響應(yīng)于第一條件和第二條件為真來(lái)導(dǎo)致所述控制信號(hào)指示休眠狀態(tài)，所述第一條件是所述源時(shí)鐘賦能信號(hào)中的一個(gè)或多個(gè)全部被取消斷言，且所述第二條件是所述目標(biāo)時(shí)鐘賦能信號(hào)已被斷言從而允許所述目標(biāo)存儲(chǔ)元件被定時(shí)來(lái)存儲(chǔ)由所述功率門(mén)控的門(mén)供應(yīng)的輸入，所述休眠狀態(tài)阻止所述多個(gè)功率門(mén)控的門(mén)中的電流流動(dòng)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其進(jìn)一步包括: 進(jìn)入狀態(tài)機(jī)的第一狀態(tài)并且響應(yīng)于所述源賦能中的一個(gè)或多個(gè)被斷言來(lái)在狀態(tài)機(jī)的第一狀態(tài)中斷言新的源賦能控制信號(hào)；以及 進(jìn)入第二狀態(tài)并且響應(yīng)于所述源存儲(chǔ)元件的源賦能全部被取消斷言且所述至少一個(gè)目標(biāo)時(shí)鐘賦能信號(hào)被斷言來(lái)在所述狀態(tài)機(jī)的第二狀態(tài)中取消斷言所述新的源賦能控制信號(hào)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其進(jìn)一步包括: 供應(yīng)阻斷信號(hào)來(lái)阻斷對(duì)所述目標(biāo)存儲(chǔ)元件的定時(shí)，直到所述源存儲(chǔ)元件已被定時(shí)之后。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其進(jìn)一步包括將所述阻斷信號(hào)與第一目標(biāo)時(shí)鐘賦能信號(hào)組合來(lái)產(chǎn)生所述目標(biāo)時(shí)鐘賦能信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H03K19/00GK103650346SQ201280033471
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月6日
【發(fā)明者】丹尼爾·W·貝利, 亞倫·S·羅杰斯, 詹姆斯·J·蒙塔那羅, 布拉德利·G·伯吉斯, 彼得·J·漢南 申請(qǐng)人:超威半導(dǎo)體公司