在便攜式計算設備中用于電壓模式的溫度驅動選擇的系統(tǒng)和方法
【專利說明】在便攜式計算設備中用于電壓模式的溫度驅動選擇的系統(tǒng)和方法
【背景技術】
[0001]便攜式計算設備(“pro”)正成為人們在個人級別和專業(yè)級別上的必需品。這些設備可以包括蜂窩電話、便攜式數(shù)字助理(“PDA”)、便攜式游戲控制臺、掌上型計算機、以及其它便攜式電子設備。
[0002]PCD設計的趨勢是在降低外形尺寸的同時增加功能。所以，如今的PCD從其設計過程的開始就典型地受限于尺寸，并且，因此，用于PCD內的部件的空間通常是非常珍貴的。因此，PCD設計者和工程師們在對部件進行選擇時需要考慮的經(jīng)常是部件的尺寸，這并不奇怪。
[0003]較小部件的優(yōu)勢在于，除了其所帶來的固有的空間節(jié)省之外，還降低了功率需求。有利的是，在正常操作溫度下，較小部件與它們的較大的弟兄們相比，通常會消耗較少的功率，而不會犧牲處理能力。然而，存在一個折衷，這是因為較小部件容易受到“溫度反轉效應”的影響，當它們被暴露于設計規(guī)范的較低范圍中的操作溫度時，該“溫度反轉效應”會減緩其處理速度。
[0004]例如，通常要求P⑶可操作于從_30°C到85°C的溫度范圍內。例如，當操作在低于(TC的溫度點時，小部件的其它理想的低閾值電源需求可能不足以維持時序收斂。因此，即使最小的部件可能完全適合于中等范圍的操作溫度，設計者們也不得不選擇足夠大的部件以抵抗在較冷操作環(huán)境下的溫度反轉效應。
[0005]因此，在本領域中需要一種系統(tǒng)和方法，其允許在冷操作環(huán)境中使用具有低功率閾值的部件，并且改善PCD中的產(chǎn)量以及芯片集的魯棒性。更具體的，在本領域中需要一種系統(tǒng)和方法，其通過修改處理部件的供給電壓等級，以避免由于低操作溫度而導致的在PCD中時序收斂的失敗。

【發(fā)明內容】

[0006]本文公開了用于便攜式計算設備(“PCD”)中的最小供給電壓等級選擇(即，電壓模式選擇技術)的方法和系統(tǒng)的各個實施例。各個實施例的優(yōu)勢在于:PCD設計者們可以在特定的最小供給電壓和操作溫度閾值下閉合時序，該操作溫度閾值高于PCD必須在其中才起作用的主操作溫度范圍的最低端。有利的是，通過在較高操作溫度閾值下閉合時序，可以在PCD中使用要求相對較低功耗的相對較小的部件，從而當PCD操作于閾值之上的操作溫度時，提供改進的整體功耗。特別地，為了在操作溫度降低到閾值以下時維持功能，增加部件的最小供給電壓，從而使得在整個主操作溫度范圍內維持功能。如本領域普通技術人員將認識到的，該系統(tǒng)和方法犧牲了涉及操作溫度閾值以下的功耗，換來了外形尺寸的降低以及在更高的、更典型的操作溫度狀況下的功率效率的改進。
[0007]用于便攜式計算設備(“PCD”)中的電壓模式選擇的示例性方法包括定義PCD中的第一操作溫度閾值。如上文所提到的，該第一操作溫度閾值可以表示這樣一種溫度，在該溫度之下，PCD中的一個或多個部件不能以第一最小供給電壓等級維持時序收斂。監(jiān)控一個或多個溫度傳感器(例如，芯片上的管芯級傳感器)。如果傳感器所產(chǎn)生的溫度讀數(shù)表明已經(jīng)越過了該第一操作溫度閾值，則可以調整最小供給電壓。特別地，如果越過閾值使得所測量的操作溫度在該閾值之下，則可以將最小供給電壓向上調整，以防止部件慢化到致使電路不能夠滿足時序收斂要求的那種程度。同樣地，如果越過閾值使得所測量的操作溫度在閾值之上，則可以將最小供給電壓向下調整，以使得部件不會消耗過多的功率。
【附圖說明】
[0008]在附圖中，除非另外指出，否則貫穿各個視圖的相同的附圖標記指代相同的部分。對于具有字母符號標號的附圖標記，例如“ 102A”或“ 102B”，該字母符號標號可以區(qū)分在同一附圖中出現(xiàn)的兩個同樣的部分或元件。當附圖標記旨在包括在所有附圖中的具有相同附圖標記的所有部分時，可以省略用于附圖標記的字母符號標號。
[0009]圖1是示出了在便攜式計算設備(“PCD”)中用于實施電壓模式選擇方法的片上系統(tǒng)的實施例的功能框圖；
[0010]圖2是示出了用于實施基于溫度讀數(shù)來修改被提供給處理部件的閾值電壓等級的方法和裝置的、以無線電話形式的、圖1中的PCD的示例性的非限制性方面的功能性框圖；
[0011]圖3A是示出了用于圖2所示芯片的硬件的示例性空間布置的功能性框圖；
[0012]圖3B是示出了用于電壓模式選擇和最小化電壓等級修改的圖2的PCD的示例性軟件架構的示意圖；
[0013]圖4是示出了在圖1的PCD中用于電壓模式選擇的方法的邏輯流程圖；
[0014]圖5是示出了用于基于電壓模式來應用靜態(tài)電壓縮放(“SVS”)的子方法或子例程的邏輯流程圖。
【具體實施方式】
[0015]本文中所使用的詞語“示例性”意指“用作例子、實例或說明”。本文中被描述為“示例性”的任何方面不必被解釋為比其它方面更高級、更優(yōu)選或更具優(yōu)勢。
[0016]在本說明書中，術語“應用程序”也可以包括具有可執(zhí)行內容的文件，例如:目標代碼、腳本、字節(jié)代碼、標記語言文件、以及補丁。另外，本文中所提及的“應用程序”也可以包括自然態(tài)時不可執(zhí)行的文件，例如可能需要被打開的文檔或其它需要被訪問的數(shù)據(jù)文件。
[0017]如在本說明書中所使用的那樣，術語“部件”、“數(shù)據(jù)庫”、“模塊”、“系統(tǒng)”、“處理部件”以及類似的術語意指與計算機相關的實體，其可以是硬件、固件、軟件和硬件的結合、軟件、或執(zhí)行中的軟件。例如，部件可以但不限于是:處理器上運行的進程、處理器、對象、可執(zhí)行文件、執(zhí)行的線程、程序、和/或計算機。通過說明的方式，計算設備上運行的應用程序和計算設備都可以是部件。在執(zhí)行的進程和/或線程內可以駐留一個或多個部件，并且，部件可以位于一臺計算機上和/或分布于兩臺或更多臺計算機之間。另外，可以從存儲了多種數(shù)據(jù)結構的多種計算機可讀介質上執(zhí)行這些部件。通過本地和/或遠程進程的方式，例如根據(jù)具有一個或多個數(shù)據(jù)分組的信號(例如，來自與本地系統(tǒng)、分布式系統(tǒng)中的另一個部件進行交互、和/或通過信號的方式在諸如互聯(lián)網(wǎng)這樣的網(wǎng)絡上與其它系統(tǒng)進行交互的一個部件的數(shù)據(jù))，這些部件可以進行通信。
[0018]在本說明書中，術語“中央處理單元(“CPU”)”、“數(shù)字信號處理器(“DSP”)”、“圖形處理單元(“GPU”)”、以及“芯片”可以互換使用。進一步地，CPU、DSP、GPU或芯片可以由在本文中通常被稱作“核”的一個或多個不同的處理部件所組成。另外，就CPU、DSP、GPU、芯片或核是在PCD內的功能性部件來說，其消耗多種等級的功率以在多種等級的功能效率上進行操作，本領域普通技術人員將認識到這些術語的使用不是將所公開的實施例、或它們的等效物的應用限制到PCD內的處理部件的上下文中。也就是說，盡管在處理部件的上下文中描述了許多的實施例，但是可以預見，可以將模態(tài)電壓選擇方法應用到PCD內的任何功能部件上，該功能部件包括但不限于:調制解調器、照相機、無線網(wǎng)絡接口控制器(“WNIC”)、顯示器、視頻編碼器、外圍設備、電池等。
[0019]在本說明書中，應當理解，術語“熱”和“熱能”可以與能夠產(chǎn)生或耗散能量的設備或部件關聯(lián)使用，能量可以以“溫度”為單位進行測量。類似地，術語如“操作溫度”和“環(huán)境溫度”通?？苫Q使用，以指代設備或部件被暴露的、以“溫度”為單位測量的熱狀況。照此，本領域的普通技術人員將認識到，從設備自身或其它附近的熱能產(chǎn)生部件耗散的熱能可以對給定設備或部件所暴露的“操作溫度”產(chǎn)生影響。此外，將進一步理解到，參考一些標準值，術語“溫度”設想了可以指示“熱能”產(chǎn)生設備或部件的相對暖、或缺乏熱量的任何測量。例如，當兩個部件處于“熱”平衡的時候，兩個部件的“溫度”相同。
[0020]在本說明書中，術語“工作負載”、“處理負載”和“處理工作負載”可以互換使用，并且通常指向與給定實施例中的給定處理部件相關聯(lián)的處理負荷、或處理負荷的百分比。除了上文所定義的之外，“處理部件”、或“熱能產(chǎn)生部件”或“熱量侵略方(thermalaggressor)”可以是但不限于是:中央處理單元、圖形處理單元、核、主核、子核、處理區(qū)域、硬件引擎等，或存在于便攜式計算設備內的集成電路內部或外部的任何部件。
[0021]在本說明書中，術語“便攜式計算設備”(“PCD”)用于描述在有限容量電源(例如，電池)上操作的任何設備。盡管使用電池進行操作的PCD已經(jīng)使用了幾十年，但是隨著可充電電池的技術進步加上第三代(“3G”)和第四代(“4G”)無線技術的出現(xiàn)已經(jīng)使得許多PCD能夠具有多種能力。因此，除了其它項之外，PCD可以是蜂窩電話、衛(wèi)星電話、尋呼機、PDA、智能電話、導航設備、智能本或閱讀器、媒體播放器、以上提及的設備的組合、以及具有無線連接的膝上計算機等等。
[0022]在本說明書中，術語“時序收斂”、“閉合時序”、“關閉時序”等將被本領域普通技術人員理解為鑒于閾值電壓供給等級與部件選擇相關的電路設計考慮因素的參考。此外，本領域普通技術人員將認識到:在給定的閾值電壓供給等級處存在低操作溫度限制，在該低操作溫度限制之下，給定部件的功能變得太慢而不足以維持電路的時序要求。因此，在特定低操作溫度處的“閉合時序”指示在給定最小供給電壓的情況下在給定電路內的部件將在“時序收斂”溫度處起作用。
[0023]此外，電路設計者和工程師們對部件進行選擇，所述部件能夠在操作溫度的特定范圍上維持時序要求的同時，以給定的最小或閾值電壓等級進行操作。例如，PCD設計者們常常必須設計能夠在-30°C到85°C的周圍環(huán)境范圍內進行工作的電路，并且因此，在他們的設計里，當選擇電路部件時，在_30°C處閉合時序。特別地，盡管本文所描述的各個實施例是針對具有_30°C到85°C的操作溫度范圍的P⑶在其中的情況，但是應當理解的是，這些實施例是出于示例性的目的而被提供的，并且提到這個操作范圍并不是將實施例的應用限制于針對-30°C到85°C的操作范圍而設計的P⑶。也可設想其它操作范圍。
[0024]為了使電路能夠在整個操作溫度范圍內正常工作，本領域普通技術人員將認識至IJ，時序容限(timing margin)必須維持在電路上的所有時鐘邊沿上。也就是說，例如，隨著信號傳播通過晶體管鏈，所有晶體管都必須在由時序邊沿所限定的時間量內(即，在“時間窗口”內)執(zhí)行它們的功能；否則，電路將不能正常工作。
[0025]特別地，隨著晶體管的操作溫度變化，晶體管開關處的速度也會發(fā)生變化。如以上所提到的，在選擇部件時，設計者們必須考慮到在操作溫度的目標范圍內的開關速度的變化量。設計者們選擇在何種溫度閉合時序指示了部件的選擇，例如晶體管的尺寸。例如，如果時序閉合于_30°