專(zhuān)利名稱(chēng)：一種面向低功耗應(yīng)用的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于嵌入式芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是一種面向低功耗應(yīng)用的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)體 系和實(shí)現(xiàn)方法，可應(yīng)用于低功耗嵌入式系統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)中功耗優(yōu)化。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的低功耗芯片中，動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)有效的解決了功耗的問(wèn)題，隨著集成電路 工藝尺寸向著超深亞微米級(jí)甚至納米級(jí)進(jìn)一步縮小，芯片單位面積上的功耗密度也成指數(shù) 級(jí)上升，這使功耗成為集成電路設(shè)計(jì)中除了工作速度外還必須考慮的重要問(wèn)題。尤其近年 來(lái)各類(lèi)電池供電的手持式設(shè)備、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)芯片等芯片對(duì)低功耗要求越來(lái)越高， 因而如何最大限度的降低芯片功耗已成為集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。但是傳統(tǒng)的面向 低功耗應(yīng)用的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)采用開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，不能對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況做出迅速準(zhǔn)確 的反應(yīng)，從而使得調(diào)節(jié)存在盲目性，控制性差，精度差等不足。傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)采用開(kāi)環(huán)控制方法調(diào)節(jié)電壓值，即通過(guò)查找預(yù)先建立好的電壓 與頻率f的關(guān)系表格來(lái)確定電壓值，其值一旦確定就無(wú)法根據(jù)工藝偏差、溫度變化、電源電 壓波動(dòng)等因素的干擾而及時(shí)調(diào)整，如果各類(lèi)擾動(dòng)使得電路延時(shí)超過(guò)當(dāng)前工作頻率下能容忍 的值，就會(huì)造成電路出錯(cuò)。因此傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)方法將增大電壓值使其留有充足的余量 來(lái)避免各類(lèi)擾動(dòng)帶來(lái)的延遲特性變壞，這樣就無(wú)法使芯片工作在最合適的低電壓，也就無(wú) 法達(dá)到功耗最優(yōu)化。此外，在同步系統(tǒng)中，如果觸發(fā)器的setup time / hold time(建立時(shí)間/保持時(shí) 間)不滿足，就可能產(chǎn)生亞穩(wěn)態(tài)，亞穩(wěn)態(tài)是指觸發(fā)器無(wú)法在某個(gè)規(guī)定時(shí)間段內(nèi)達(dá)到一個(gè)可確 認(rèn)的狀態(tài)。當(dāng)一個(gè)觸發(fā)器進(jìn)入亞穩(wěn)態(tài)引時(shí)，既無(wú)法預(yù)測(cè)該單元的輸出電平，也無(wú)法預(yù)測(cè)何時(shí) 輸出才能穩(wěn)定在某個(gè)正確的電平上。在這個(gè)穩(wěn)定期間，觸發(fā)器輸出一些中間級(jí)電平，或者可 能處于振蕩狀態(tài)，并且這種無(wú)用的輸出電平可以沿信號(hào)通道上的各個(gè)觸發(fā)器級(jí)聯(lián)式傳播下 去，其傳播擴(kuò)大了電路故障面。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種面向低 功耗應(yīng)用的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法，采用該系統(tǒng)和方法降低了芯片的工作電壓，減 小了電壓裕度，擴(kuò)大了芯片工作電壓的范圍，減小了芯片的功耗，同時(shí)引入了亞穩(wěn)態(tài)監(jiān)測(cè)技 術(shù)，最大程度的減小了亞穩(wěn)態(tài)的傳播。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為一種面向低功耗應(yīng) 用的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括監(jiān)測(cè)誤差的片上監(jiān)測(cè)模塊、根據(jù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)參數(shù)自適應(yīng) 調(diào)節(jié)電壓的自適應(yīng)電源電壓調(diào)節(jié)模塊、直流一直流轉(zhuǎn)換器、確定系統(tǒng)初始電壓和緩沖器級(jí) 數(shù)的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)初值模塊、主電路；
其中，片上監(jiān)測(cè)模塊的告警信號(hào)輸出端與關(guān)鍵路徑信號(hào)輸入端分別與自適應(yīng)電源電壓 調(diào)節(jié)模塊的告警信號(hào)輸入端和主電路關(guān)鍵路徑輸出端連接，動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)初值模塊的電壓輸出端和自適應(yīng)電源電壓模塊的電壓輸入端對(duì)應(yīng)連接，自適應(yīng)電源電壓調(diào)節(jié)模塊通過(guò)電壓 調(diào)節(jié)接口與直流一直流轉(zhuǎn)換器的電壓輸入端連接，直流一直流轉(zhuǎn)換器的電壓輸出端連接到 主電路的電源端。優(yōu)選的，所述片上監(jiān)測(cè)電路包括時(shí)序監(jiān)測(cè)模塊或亞穩(wěn)態(tài)監(jiān)測(cè)模塊或糾錯(cuò)模塊。優(yōu)選的，所述片上監(jiān)測(cè)模塊包括時(shí)序監(jiān)測(cè)模塊、亞穩(wěn)態(tài)監(jiān)測(cè)模塊和糾錯(cuò)模塊，時(shí)序 監(jiān)測(cè)模塊的異或門(mén)的第一信號(hào)輸入端和第二信號(hào)輸入端分別與糾錯(cuò)模塊的第三信號(hào)輸入 端和第四信號(hào)輸入端相連接，亞穩(wěn)態(tài)監(jiān)測(cè)模塊的第一信號(hào)輸出端通過(guò)濾波器與時(shí)序監(jiān)測(cè)模 塊的第二信號(hào)輸出端連接到或門(mén)的第五信號(hào)輸入端，或門(mén)的輸出端連接到糾錯(cuò)模塊的信號(hào) 選擇端。本發(fā)明還提供了一種面向低功耗應(yīng)用的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)方法，該方法包括以 下步驟
步驟1 片上監(jiān)測(cè)模塊在電壓減小或者其他擾動(dòng)影響下發(fā)生時(shí)序違規(guī)或者亞穩(wěn)態(tài)時(shí)， 會(huì)發(fā)出告警信號(hào)，通過(guò)片上監(jiān)測(cè)模塊來(lái)監(jiān)視可能出現(xiàn)問(wèn)題的各個(gè)關(guān)鍵路徑，將各類(lèi)擾動(dòng)的 影響綜合在時(shí)序延遲特性中；當(dāng)出現(xiàn)違規(guī)時(shí)，向自適應(yīng)電源電壓調(diào)節(jié)模塊發(fā)出告警信號(hào)，同 時(shí)，通過(guò)控制時(shí)鐘來(lái)使得主電路停止工作一個(gè)周期，并通過(guò)片上監(jiān)測(cè)模塊保持?jǐn)?shù)據(jù)的正確 性；
步驟2 自適應(yīng)電源電壓調(diào)節(jié)模塊據(jù)此將電壓值調(diào)高直至告警信號(hào)消除；當(dāng)沒(méi)有出現(xiàn) 告警信號(hào)時(shí)，自適應(yīng)電源電壓調(diào)節(jié)模塊根據(jù)內(nèi)置算法持續(xù)的降低電壓直至出現(xiàn)告警信號(hào)； 其中，電壓初值和初始的緩沖器級(jí)數(shù)是由傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)得到的開(kāi)環(huán)控制值，通過(guò)內(nèi)置 的查找表可以查出頻率和電壓以及緩沖器級(jí)數(shù)一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系；電壓調(diào)節(jié)的策略由自適應(yīng) 電源電壓調(diào)節(jié)模塊中的內(nèi)置算法決定；結(jié)合上述步驟1中的主動(dòng)控制，可迅速的將電壓在 有工藝偏差和環(huán)境干擾的情況下調(diào)整到最適合的臨界電壓值，從而使功耗最優(yōu)化；
步驟3 自適應(yīng)電源電壓調(diào)節(jié)模塊通過(guò)電壓調(diào)節(jié)接口控制直流一直流轉(zhuǎn)換器，使得系 統(tǒng)在避免錯(cuò)誤的情況下，工作在臨界電壓。優(yōu)選的，片上監(jiān)測(cè)模塊通過(guò)監(jiān)控主電路關(guān)鍵路徑的時(shí)序違規(guī)情況和亞穩(wěn)態(tài)發(fā)生狀 況產(chǎn)生告警信號(hào)，當(dāng)電路發(fā)生時(shí)序違規(guī)時(shí)，片上監(jiān)測(cè)模塊的觸發(fā)器因?yàn)闀r(shí)鐘不同，所采集的 數(shù)據(jù)也會(huì)有所差異，后采到的數(shù)據(jù)較先前采到的數(shù)據(jù)正確率更高；同時(shí)對(duì)系統(tǒng)亞穩(wěn)態(tài)進(jìn)行 監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)時(shí)，片上監(jiān)測(cè)模塊中的反相器因?yàn)楣に嚥煌?，?huì)將告警信號(hào)置高。優(yōu)選的，片上監(jiān)測(cè)模塊中觸發(fā)器的延時(shí)可通過(guò)緩沖器的級(jí)數(shù)來(lái)控制，而緩沖器的 級(jí)數(shù)又由自適應(yīng)電源電壓調(diào)節(jié)模塊產(chǎn)生的控制信號(hào)來(lái)控制。優(yōu)選的，自適應(yīng)電源電壓調(diào)節(jié)的具體策略綜合告警信號(hào)和內(nèi)置算法產(chǎn)生，控制信 號(hào)由內(nèi)置算法決定。有益效果
(1)本發(fā)明的面向低功耗應(yīng)用的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，通過(guò)在傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu) 上增加一個(gè)反饋裝置，采用主動(dòng)和被動(dòng)相結(jié)合的調(diào)節(jié)方法，實(shí)現(xiàn)了控制電壓方便高效的管 理機(jī)制。(2)根據(jù)本發(fā)明的面向低功耗應(yīng)用的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)方法，使得電路可以在各 種擾動(dòng)下始終保持正確的工作狀態(tài)，消除電壓空白，擴(kuò)大了電路的工作電壓范圍。(3)根據(jù)本發(fā)明的面向低功耗應(yīng)用的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)方法，使得電壓調(diào)節(jié)的工作過(guò)程具有靈活可控的特點(diǎn)，提高了電壓調(diào)節(jié)對(duì)于不同應(yīng)用的適應(yīng)能力。


圖1為動(dòng)態(tài)電源電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本發(fā)明的一種面向低功耗應(yīng)用的動(dòng)態(tài)電源電壓調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)方法的流程圖。圖3為本發(fā)明的一種面向低功耗應(yīng)用的片上監(jiān)測(cè)電路的電路結(jié)構(gòu)圖。圖4為本發(fā)明的一種面向低功耗應(yīng)用的片上監(jiān)測(cè)電路和自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)模塊協(xié) 同工作的電路結(jié)構(gòu)圖。圖5為本發(fā)明的一種面向低功耗應(yīng)用的片上監(jiān)測(cè)電路和自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)模塊， DVS初值模塊協(xié)同工作的流程圖。圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明片上監(jiān)測(cè)模塊1、自適應(yīng)電源電壓調(diào)節(jié)模塊2、輸出可調(diào)直流一直 流轉(zhuǎn)換器3、動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)初值模塊4，主電路5。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。圖1為動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。該調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括片上監(jiān)測(cè)模塊1、自適應(yīng)電源 電壓調(diào)節(jié)模塊2、DC-DC (直流一直流)轉(zhuǎn)換器3、DVS (動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié))初值模塊4，主電路 5。其中，片上監(jiān)測(cè)模塊1的告警信號(hào)輸出端與關(guān)鍵路徑信號(hào)輸入端分別與自適應(yīng)電 源電壓調(diào)節(jié)模塊2的告警信號(hào)輸入端和主電路5關(guān)鍵路徑輸出端連接，動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)初值 模塊4的電壓輸出端和自適應(yīng)電源電壓模塊2的電壓輸入端對(duì)應(yīng)連接，自適應(yīng)電源電壓調(diào) 節(jié)模塊2通過(guò)電壓調(diào)節(jié)接口與直流一直流轉(zhuǎn)換器3的電壓輸入端間接連接，直流一直流轉(zhuǎn) 換器3的電壓輸出端連接到主電路5的電源端。本發(fā)明的工作流程如下，參見(jiàn)圖2。第一步，片上監(jiān)測(cè)模塊1對(duì)主電路中的各關(guān)鍵路徑進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)電壓降低或 者其他電路擾動(dòng)導(dǎo)致電路時(shí)序違規(guī)或者出現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)時(shí)，發(fā)出告警信號(hào)至自適應(yīng)電源電壓調(diào) 節(jié)模塊2。第二步，自適應(yīng)電源電壓調(diào)節(jié)模塊2產(chǎn)生初始電壓和buffer (緩沖器)級(jí)數(shù)由DVS (動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié))初值模塊4提供。第三步，根據(jù)第一步得到的告警信號(hào)，自適應(yīng)電源電壓調(diào)節(jié)模塊2中內(nèi)置的相關(guān) 算法生成電壓調(diào)節(jié)的策略。第四步，根據(jù)上一步得到的電壓調(diào)節(jié)策略，當(dāng)產(chǎn)生告警信號(hào)時(shí)，自適應(yīng)電源電壓模 塊2升高電壓并同時(shí)產(chǎn)生新的buffer (緩沖器)級(jí)數(shù)，當(dāng)未產(chǎn)生告警信號(hào)時(shí)，自適應(yīng)電源電 壓調(diào)節(jié)模塊2降低電壓同時(shí)產(chǎn)生新的buffer (緩沖器)級(jí)數(shù)。第五步，自適應(yīng)電源電壓調(diào)節(jié)模塊通過(guò)控制電壓調(diào)節(jié)接口控制DC-DC (直流一直 流)轉(zhuǎn)換器4，使其動(dòng)態(tài)地控制主電路的工作電壓。 下面分別介紹本發(fā)明的自適應(yīng)電源電壓調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)方法涉及的兩個(gè)關(guān)鍵模塊。
一、片上監(jiān)測(cè)模塊1
利用綜合工具對(duì)電路進(jìn)行靜態(tài)時(shí)序分析(STA)，獲得電路的關(guān)鍵路徑，在關(guān)鍵路徑的輸出端批量插入片上監(jiān)測(cè)模塊，用來(lái)分析和記錄運(yùn)行中的電路的各種時(shí)序狀況，作為調(diào)節(jié)電 壓的重要參考和數(shù)據(jù)來(lái)源。包括三個(gè)子模塊，參見(jiàn)圖3:
a)時(shí)序監(jiān)測(cè)模塊6;
b)亞穩(wěn)態(tài)監(jiān)測(cè)模塊8;
c)糾錯(cuò)模塊7。時(shí)序監(jiān)測(cè)模塊6用于監(jiān)測(cè)記錄電路中各種時(shí)序違規(guī)情況，關(guān)鍵路徑輸出直接接入 其D觸發(fā)器的輸入端，兩個(gè)D觸發(fā)器的輸出接入到兩輸入異或門(mén)的輸入端，兩個(gè)D觸發(fā)器的 時(shí)鐘端不同，其中一個(gè)采用主電路的時(shí)鐘，另一個(gè)則采用經(jīng)過(guò)一段延時(shí)的時(shí)鐘。這樣，兩觸 發(fā)器采集的數(shù)據(jù)將會(huì)有一定的時(shí)間差，當(dāng)兩個(gè)D觸發(fā)器的輸出不一樣時(shí)，異或門(mén)的輸出置 高。因?yàn)閮捎|發(fā)器時(shí)鐘上升沿不同，當(dāng)DFFl (D觸發(fā)器1)采到數(shù)據(jù)時(shí)，DFF2 (D觸發(fā)器2) 還未來(lái)得及更新數(shù)據(jù)，兩觸發(fā)器輸出可能不同，所以必須在Detect (檢測(cè))信號(hào)后加一個(gè)判 斷邏輯來(lái)規(guī)避這種情況所造成的錯(cuò)誤假象，當(dāng)異或門(mén)的高電平信號(hào)持續(xù)并超過(guò)主電路時(shí)鐘 的下降沿時(shí)，觸發(fā)Errorl (錯(cuò)誤1)信號(hào)。亞穩(wěn)態(tài)監(jiān)測(cè)模塊8用于監(jiān)測(cè)并記錄電路中亞穩(wěn)態(tài)的情況，下面一路兩個(gè)反相器均 為具有較小柵氧厚度，較大寬長(zhǎng)比的NMOS與普通PMOS的組合，上面一路的反相器為具有較 小柵氧厚度，較大寬長(zhǎng)比的PMOS與普通NMOS的組合。當(dāng)關(guān)鍵路徑的輸出出現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)情況 時(shí)，根據(jù)MOS管特性，下面一路的反相器下拉能力強(qiáng)，上面一路的反相器上拉能力強(qiáng)。如此， 亞穩(wěn)態(tài)的信號(hào)經(jīng)過(guò)下面一路單級(jí)反相器后將拉到低電平，再經(jīng)過(guò)一級(jí)相同的反相器之后信 號(hào)被拉到高電平；而當(dāng)亞穩(wěn)態(tài)的信號(hào)經(jīng)過(guò)上面一路單級(jí)反相器后將拉到高電平，然后兩路 的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)與門(mén)輸出高電平。因此，電路只有在出現(xiàn)非亞穩(wěn)態(tài)輸入時(shí)，與門(mén)輸出為高電 平。時(shí)序監(jiān)測(cè)模塊6中的異或門(mén)的輸出和亞穩(wěn)態(tài)監(jiān)測(cè)模塊8的與門(mén)的輸出接入兩輸 入或門(mén)，當(dāng)任何一輸出為高，則或門(mén)輸出置高，發(fā)出告警信號(hào)。糾錯(cuò)模塊7用于當(dāng)主電路因電壓降低或者出現(xiàn)環(huán)境擾動(dòng)出現(xiàn)時(shí)序違規(guī)時(shí)，通過(guò)數(shù) 據(jù)通道選擇器選擇正確的數(shù)據(jù)作為輸出。當(dāng)告警信號(hào)為低時(shí)，輸出信號(hào)選擇觸發(fā)器1的輸 出信號(hào)，當(dāng)告警信號(hào)為高時(shí)，輸出信號(hào)選擇觸發(fā)器2的輸出信號(hào)。二、自適應(yīng)電源電壓調(diào)節(jié)模塊2
自適應(yīng)電源電壓調(diào)節(jié)模塊2用于調(diào)節(jié)電路中的電壓，根據(jù)片上時(shí)序監(jiān)測(cè)模塊所得 到的時(shí)序參數(shù)以及告警信號(hào)，產(chǎn)生相應(yīng)的電壓調(diào)節(jié)策略，對(duì)電路電壓進(jìn)行調(diào)整。片上時(shí)序監(jiān)測(cè)模塊1和自適應(yīng)電源電壓調(diào)節(jié)模塊2協(xié)同工作的電路圖，參見(jiàn)圖4 DFF2(D觸發(fā)器2)的時(shí)鐘端經(jīng)過(guò)多級(jí)延時(shí)，級(jí)數(shù)經(jīng)由數(shù)據(jù)通路選擇器控制，可通過(guò)自適
應(yīng)電源電壓調(diào)節(jié)模塊中的算法對(duì)延時(shí)進(jìn)行控制。DVS (動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié))初值模塊4，片上監(jiān)測(cè)模塊1和自適應(yīng)電源電壓調(diào)節(jié)模塊2協(xié) 同工作的工作流程，參見(jiàn)圖5:
DVS (動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié))初始電壓和初始buffer (緩沖器)級(jí)數(shù)N由DVS (動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)) 初值模塊通過(guò)查找表給出，經(jīng)過(guò)N級(jí)延遲的D觸發(fā)器的輸出和未經(jīng)延遲的D觸發(fā)器的輸出 進(jìn)行比較，當(dāng)兩個(gè)觸發(fā)器的輸出不一樣時(shí)，異或門(mén)將會(huì)探知，Detect (檢測(cè))信號(hào)變高，當(dāng) Detect (檢測(cè))信號(hào)的高電平持續(xù)時(shí)間超過(guò)時(shí)鐘的下降沿時(shí)，產(chǎn)生Errorl (錯(cuò)誤1)信號(hào)。當(dāng) 出現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)時(shí)，亞穩(wěn)態(tài)監(jiān)測(cè)電路產(chǎn)生Error2 (錯(cuò)誤2)信號(hào)，Errorl (錯(cuò)誤1)和Error2 (錯(cuò)誤2)通過(guò)或門(mén)和判斷邏輯產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘周期的clock gating(時(shí)鐘門(mén)控)，主電路停止工 作。同時(shí)DFF2(D觸發(fā)器2)保存了正確的關(guān)鍵路徑輸出，當(dāng)告警信號(hào)置高時(shí)，第二級(jí)的數(shù)據(jù) 通路選擇器將會(huì)選擇DFF2(D觸發(fā)器2)的輸出，保證了主電路的輸出正確。Ctrl (控制)信號(hào)由自適應(yīng)電源電壓調(diào)節(jié)模塊產(chǎn)生，通過(guò)控制延時(shí)buffer (緩沖 器)的級(jí)數(shù)來(lái)控制時(shí)鐘的延時(shí)，同時(shí)根據(jù)內(nèi)置算法對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。上述所謂內(nèi)置算法，可以這樣理解。例如，當(dāng)電路產(chǎn)生告警信號(hào)時(shí)，當(dāng)前的延時(shí) buffer(緩沖器)級(jí)數(shù)為N，首先，將電壓升高χΝ，χ為內(nèi)置算法擬定的系數(shù)，其次，將延時(shí) buffer的級(jí)數(shù)改為N-I ；這兩個(gè)步驟都將減小出現(xiàn)告警信號(hào)的幾率。當(dāng)電路布產(chǎn)生告警信 號(hào)時(shí)，當(dāng)前的延時(shí)buffer級(jí)數(shù)若為N，首先，將電壓降低χΝ，χ為內(nèi)置算法擬定的系數(shù)，其次， 將延時(shí)buffer級(jí)數(shù)改為N+1，這兩個(gè)步驟都將增大出現(xiàn)告警信號(hào)的概率。如上所述，電壓 將會(huì)在告警信號(hào)出現(xiàn)與否的最合適電壓處徘徊，電路也會(huì)工作在一個(gè)比較合適的電壓范圍 內(nèi)，有效的減小了電壓裕度。
所謂χ是內(nèi)置算法擬定系數(shù)，即可以任意修改X，具體根據(jù)實(shí)際情況在芯片投產(chǎn)前確定 即可。以上所謂查找表的一個(gè)出處使用AVS技術(shù)實(shí)現(xiàn)多媒體手機(jī)處理器的節(jié)能最大化， 網(wǎng)址 http://www. 66wen. com/06gx/dianqi/tongxin/20100429/100313. html。
權(quán)利要求
1.一種面向低功耗應(yīng)用的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括監(jiān)測(cè)誤差的 片上監(jiān)測(cè)模塊(1)、根據(jù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)電壓的自適應(yīng)電源電壓調(diào)節(jié)模塊(2)、直 流一直流轉(zhuǎn)換器(3)、確定系統(tǒng)初始電壓和緩沖器級(jí)數(shù)的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)初值模塊(4)、主電 路(5)；其中，片上監(jiān)測(cè)模塊(1)的告警信號(hào)輸出端和關(guān)鍵路徑信號(hào)輸入端分別與自適應(yīng)電源 電壓調(diào)節(jié)模塊(2)的告警信號(hào)輸入端和主電路(5)關(guān)鍵路徑輸出端連接，動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)初 值模塊(4)的電壓輸出端與自適應(yīng)電源電壓模塊(2)的電壓輸入端對(duì)應(yīng)連接，自適應(yīng)電源 電壓調(diào)節(jié)模塊(2 )通過(guò)電壓調(diào)節(jié)接口與直流-直流轉(zhuǎn)換器(3 )的電壓輸入端連接，直流-直 流轉(zhuǎn)換器(3)的電壓輸出端連接到主電路(5)的電源端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向低功耗應(yīng)用的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，其特征在于所述 片上監(jiān)測(cè)模塊(1)包括時(shí)序監(jiān)測(cè)模塊(6)、亞穩(wěn)態(tài)監(jiān)測(cè)模塊(8)和糾錯(cuò)模塊(7)，時(shí)序監(jiān)測(cè) 模塊(6)的異或門(mén)的第一信號(hào)輸入端和第二信號(hào)輸入端分別與糾錯(cuò)模塊的第三信號(hào)輸入端 和第四信號(hào)輸入端相連接，亞穩(wěn)態(tài)監(jiān)測(cè)模塊(8)的第一信號(hào)輸出端通過(guò)濾波器與時(shí)序監(jiān)測(cè) 模塊(6)的第二信號(hào)輸出端連接到或門(mén)的第五信號(hào)輸入端，或門(mén)的輸出端連接到糾錯(cuò)模塊 (7)的信號(hào)選擇端。
3.一種用于權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的面向低功耗應(yīng)用的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)方法，其特 征在于該方法包括以下步驟步驟1 片上監(jiān)測(cè)模塊(1)在電壓減小或者其他擾動(dòng)影響下發(fā)生時(shí)序違規(guī)或者亞穩(wěn)態(tài) 時(shí)，會(huì)發(fā)出告警信號(hào)，通過(guò)片上監(jiān)測(cè)模塊(1)來(lái)監(jiān)視可能出現(xiàn)問(wèn)題的各個(gè)關(guān)鍵路徑，將各類(lèi) 擾動(dòng)的影響綜合在時(shí)序延遲特性中；當(dāng)出現(xiàn)違規(guī)時(shí)，向自適應(yīng)電源電壓調(diào)節(jié)模塊(2)發(fā)出 告警信號(hào)，同時(shí)，通過(guò)控制時(shí)鐘來(lái)使得主電路(5)停止工作一個(gè)周期，并通過(guò)片上監(jiān)測(cè)模塊 (1)保持?jǐn)?shù)據(jù)的正確性；步驟2 自適應(yīng)電源電壓調(diào)節(jié)模塊(2)據(jù)此將電壓值調(diào)高直至告警信號(hào)消除；當(dāng)沒(méi)有出 現(xiàn)告警信號(hào)時(shí)，自適應(yīng)電源電壓調(diào)節(jié)模塊(2)根據(jù)內(nèi)置算法持續(xù)的降低電壓直至出現(xiàn)告警 信號(hào)；其中，電壓初值和初始的緩沖器級(jí)數(shù)是由傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)得到的開(kāi)環(huán)控制值，通過(guò) 內(nèi)置的查找表可以查出頻率和電壓以及緩沖器級(jí)數(shù)一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系；電壓調(diào)節(jié)的策略由自 適應(yīng)電源電壓調(diào)節(jié)模塊中的內(nèi)置算法決定；結(jié)合上述步驟1中的主動(dòng)控制，可迅速的將電 壓在有工藝偏差和環(huán)境干擾的情況下調(diào)整到最適合的臨界電壓值，從而使功耗最優(yōu)化；步驟3 自適應(yīng)電源電壓調(diào)節(jié)模塊(2 )通過(guò)電壓調(diào)節(jié)接口控制直流-直流轉(zhuǎn)換器(3 )， 使得系統(tǒng)在避免錯(cuò)誤的情況下，工作在臨界電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的面向低功耗應(yīng)用的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于， 片上監(jiān)測(cè)模塊(1)通過(guò)監(jiān)控主電路關(guān)鍵路徑的時(shí)序違規(guī)情況和亞穩(wěn)態(tài)發(fā)生狀況產(chǎn)生告警信 號(hào)，當(dāng)電路發(fā)生時(shí)序違規(guī)時(shí)，片上監(jiān)測(cè)模塊(1)的觸發(fā)器因?yàn)闀r(shí)鐘不同，所采集的數(shù)據(jù)也會(huì) 有所差異，后采到的數(shù)據(jù)較先前采到的數(shù)據(jù)正確率更高；同時(shí)對(duì)系統(tǒng)亞穩(wěn)態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)出 現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)時(shí)，片上監(jiān)測(cè)模塊(1)中的反相器因?yàn)楣に嚥煌?，?huì)將告警信號(hào)置高。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的面向低功耗應(yīng)用的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在 于，片上監(jiān)測(cè)模塊(1)中觸發(fā)器的延時(shí)可通過(guò)緩沖器的級(jí)數(shù)來(lái)控制，而緩沖器的級(jí)數(shù)又由自 適應(yīng)電源電壓調(diào)節(jié)模塊(2 )產(chǎn)生的控制信號(hào)來(lái)控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的面向低功耗應(yīng)用的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，自適應(yīng)電源電壓調(diào)節(jié)的具體策略綜合告警信號(hào)和內(nèi)置算法產(chǎn)生，控制信號(hào)由內(nèi)置算法 決定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種面向低功耗應(yīng)用的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括監(jiān)測(cè)誤差的片上監(jiān)測(cè)模塊(1)、根據(jù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)電壓的自適應(yīng)電源電壓調(diào)節(jié)模塊(2)、直流—直流轉(zhuǎn)換器(3)、確定系統(tǒng)初始電壓和緩沖器級(jí)數(shù)的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)初值模塊(4)、主電路(5)。該方法和系統(tǒng)降低了芯片的工作電壓，減小了電壓裕度，擴(kuò)大了芯片工作電壓的范圍，減小了芯片的功耗。
文檔編號(hào)G05F1/56GK102063144SQ20101054762
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月17日
發(fā)明者劉新寧, 單偉偉, 張莊, 時(shí)龍興, 沈晨, 顧昊琳 申請(qǐng)人:東南大學(xué)