一種數(shù)字靜態(tài)cmos元件的制作方法
【專利摘要】一種數(shù)字靜態(tài)CMOS元件，在斷電狀態(tài)下工作在盡可能低的電壓上，保持元件的寄存器和內(nèi)部狀態(tài)的電平。
【專利說明】一種數(shù)字靜態(tài)CMOS元件
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)字和靜態(tài)CMOS集成電路，其應(yīng)用于微處理器等，以及具體地例如集成電路通過斷電狀態(tài)中施加一個(gè)減小很多的電源電壓來降低功耗。
【背景技術(shù)】:
[0002]在高性能的微處理器為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，微處理器以較高的時(shí)鐘速度工作。然而，通常與微處理器進(jìn)行通訊的電路、存儲(chǔ)器、外圍設(shè)備、總線和輸入/輸出線以低得多的速度工作。通常情況下，微處理器保持在閑置狀態(tài)，而處理器的時(shí)鐘保持相同高的工作時(shí)鐘速度。由于時(shí)鐘頻率直接有關(guān)的功耗，以這種方式工作會(huì)很耗能。
[0003]當(dāng)微處理器處于等待狀態(tài)時(shí)，一些微處理器通過進(jìn)入掉電狀態(tài)限制功耗量。在斷電狀態(tài)下，集成電路元件未激活，但維持了存儲(chǔ)器和元件的內(nèi)部狀態(tài)。因?yàn)閷?duì)于大多數(shù)應(yīng)用中的高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的時(shí)間，微處理器工作在斷電狀態(tài)，一個(gè)重要的電流消耗參數(shù)是斷電的消耗值。因此，有必要減小斷電的電流消耗。使用三種技術(shù)實(shí)現(xiàn)斷電的電流存儲(chǔ):(1)不激活微處理器的時(shí)鐘信號(hào)，(2)終止閑置的微處理器的供電，(3)減小電壓電平，其將閑置微處理器的電壓電平降低到最低工作電壓電平。
[0004]使用第一種技術(shù)，當(dāng)監(jiān)測(cè)的活動(dòng)滿足預(yù)先定義的電平時(shí)，對(duì)一個(gè)CMOS元件的活動(dòng)性進(jìn)行監(jiān)測(cè)并停用元件中的時(shí)鐘信號(hào)。由于工作頻率對(duì)功耗有一個(gè)重要的影響，這種技術(shù)有效地降低了功耗。然而，即使當(dāng)頻率降低到0Hz，由于上拉電阻，功率以備用的漏電流或直流電流的形式消耗。
[0005]第二種技術(shù)，終止給元件提供功率，以達(dá)到完全停止消耗，盡可能低的功耗。不幸的是，當(dāng)電力中斷時(shí)，包括狀態(tài)變量的存儲(chǔ)器的值丟失，存儲(chǔ)器和狀態(tài)變量必須在功率激增時(shí)復(fù)位。復(fù)位至先前的工作狀態(tài)的元件需要從元件內(nèi)存讀取值而消耗一些時(shí)間。在許多應(yīng)用中，恢復(fù)的時(shí)間是不能容許的。
[0006]電壓降低至最低工作電壓電平的第三技術(shù)確實(shí)防止一些功耗，但因?yàn)閂。。參考電壓電平不能降低到小于約3V，所以節(jié)省量是最低的。因?yàn)橥獠縄/O標(biāo)準(zhǔn)電壓是TTL電平，所以3V的電平是必要的，其中，集成電路的輸出信號(hào)在高邏輯狀態(tài)應(yīng)該有一個(gè)2.4V的電平。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的CMOS元件必須運(yùn)行在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電壓電平，由于電壓下降以及噪聲影響，其范圍大約從3V到3.6V，從而驅(qū)動(dòng)TTL電平標(biāo)準(zhǔn)。
[0007]因此，人們需要一種更好的方式來減少漏電流和功耗。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0008]在根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例中，運(yùn)行一個(gè)靜態(tài)CMOS元件的方法包括以下步驟:在兩個(gè)電壓電平處有選擇地提供一個(gè)參考電壓，包括一個(gè)工作電壓電平和一個(gè)低參考電壓電平，檢測(cè)到的靜態(tài)CMOS元件的閑置狀態(tài)且控制有選擇地供給的步驟來提供低參考電壓響應(yīng)于所檢測(cè)到的閑置狀態(tài)。低的參考電壓電平基本上是低于工作電壓電平，但足夠的電壓振幅保持靜態(tài)CMOS元件的寄存器和內(nèi)部狀態(tài)的電平。[0009]在根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的一個(gè)電子系統(tǒng)中，包括一個(gè)可編程的電源選擇性地提供工作電壓和遠(yuǎn)低于工作電壓的低電壓。該系統(tǒng)還包括一個(gè)靜態(tài)CMOS元件，其通過一個(gè)攜帶選定的備選電壓的電力線連接到可編程的電源。該系統(tǒng)還包括一個(gè)系統(tǒng)控制器，其通過一根電源控制線以及指示元件狀態(tài)的一根狀態(tài)線連接到可編程的電源，該電源控制線選擇施加到靜態(tài)CMOS元件的電壓。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:
[0011]施加的參考電壓降低到可能的最低值，保持元件的寄存器和內(nèi)部狀態(tài)的電平，從而實(shí)現(xiàn)幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，降低電壓，給系統(tǒng)用戶在電池供電系統(tǒng)中提供額外的工作時(shí)間并降低一般功耗。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是斷電狀態(tài)下的供電元件無需系統(tǒng)狀態(tài)的復(fù)位或初始化。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是CMOS元件在斷電工作中所供電的參考電壓低于標(biāo)準(zhǔn)的參考電壓，致使電能守恒，同時(shí)存儲(chǔ)器、寄存器、觸發(fā)器和狀態(tài)變量一般是保守的。另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，雖然該系統(tǒng)通過減少低于最低工作電壓電平的參考電壓電平來節(jié)省電能，具有合適的電壓電平的信號(hào)利用TTL電平穩(wěn)定的供應(yīng)到輸入/輸出電路。利用這些優(yōu)勢(shì)可以達(dá)到節(jié)省電池供電系統(tǒng)以及在“耗電大戶”元件的系統(tǒng)中的電能。
[0012]結(jié)合以下附圖的詳細(xì)描述，將更充分地理解本發(fā)明。
[0013]對(duì)比專利文獻(xiàn):CN202454287U基于負(fù)微分電阻特性的混合SET/CM0S靜態(tài)存儲(chǔ)單元 201220068913.3
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0014]圖1所示為一個(gè)電子系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)方框圖，該系統(tǒng)在斷電期間工作在一個(gè)非常低的電壓電平。
[0015]圖2所示為靜態(tài)CMOS元件以一個(gè)非常低的電壓狀態(tài)運(yùn)行的方法的一個(gè)流程圖。
[0016]圖3示出了確定靜態(tài)CMOS元件以非常低的電壓狀態(tài)運(yùn)行的一個(gè)合適電壓的方法的流程圖。
[0017]圖4示出根據(jù)圖1所示的電子系統(tǒng)的一個(gè)可編程的電源的一個(gè)實(shí)施例系統(tǒng)方框圖。
[0018]圖5不出根據(jù)圖1所不的電子系統(tǒng)的一個(gè)靜態(tài)CMOS兀件的實(shí)施例的系統(tǒng)方框圖。
[0019]圖6不出根據(jù)圖1所不的電子系統(tǒng)的一個(gè)系統(tǒng)控制器的一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)方框圖。
【具體實(shí)施方式】:
[0020]參照?qǐng)D1，一個(gè)系統(tǒng)方框圖顯示的電子系統(tǒng)100在斷電期間適合工作在非常低的電壓電平。電子系統(tǒng)100包括一個(gè)可編程的電源110、一個(gè)靜態(tài)CMOS兀件塊120和系統(tǒng)控制器130。
[0021 ] 系統(tǒng)控制器130有選擇地規(guī)劃可編程的電源110產(chǎn)生一個(gè)工作電壓，例如5V，或遠(yuǎn)低于工作電壓的低電壓，但足以保持寄存器和靜態(tài)CMOS兀件120塊的一個(gè)兀件的內(nèi)部狀態(tài)的電平。系統(tǒng)控制器130發(fā)送電壓控制在電源控制線132上的可編程的電源110。系統(tǒng)控制器130驅(qū)動(dòng)CMOS元件塊的定時(shí)，其使用元件時(shí)鐘線134，為CMOS元件塊120提供定時(shí)信號(hào)。此外，系統(tǒng)控制器130設(shè)定并施加各種控制信號(hào)和數(shù)據(jù)輸入信號(hào)給元件輸入線136上的CMOS元件塊120。系統(tǒng)控制器130通過元件輸出線138從CMOS元件塊120接收控制信號(hào)和數(shù)據(jù)。系統(tǒng)控制器130還從閑置狀態(tài)線140上的CMOS元件塊120接收閑置狀態(tài)控制信號(hào)。
[0022]CMOS元件塊120是由電源線112供電，它帶有來自可編程的電源110的一個(gè)可編程的參考電壓。可編程的參考電壓是從預(yù)先定義的電壓范圍內(nèi)選擇的電壓。例如，在一個(gè)實(shí)施例中的可編程的參考電壓的范圍是從約1.5V到5.0V。在各種實(shí)施例中，電源線112、電源控制線132、元件時(shí)鐘線134、元件輸入線136、元件輸出線136和閑置狀態(tài)線140可以包括一個(gè)單一的通信線路或多個(gè)線路。
[0023]可編程的電源110包括一個(gè)電路(未示出)，其設(shè)置電源線112上的輸出電壓信號(hào)隨著通過系統(tǒng)控制器130施加到電源控制線132的一個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)的函數(shù)而變化?？删幊痰碾娫?10可選地包括幾個(gè)這樣的電壓選擇電路是彼此獨(dú)立的。獨(dú)立的電壓選擇電路分別連接到電源線112中的幾個(gè)獨(dú)立電源線。電源線112中的幾個(gè)獨(dú)立電源線分別連接到CMOS元件塊120 (未示出)的幾個(gè)CMOS元件，致使系統(tǒng)控制器130可以單獨(dú)地和獨(dú)立地控制幾個(gè)CMOS元件的電源電壓。
[0024]在一些實(shí)施例中，靜態(tài)CMOS元件塊120包括一個(gè)單一的CMOS元件，其具有電源線112中的單一電源線提供的工作電能。在其它實(shí)施例中，靜態(tài)CMOS元件塊120包括幾個(gè)CMOS元件，全部由電源線112中的單一電源線供給工作電能，電源線112為所有元件供電以便相同的電壓施加到每一個(gè)元件。在其它實(shí)施例中，靜態(tài)CMOS元件塊120包括的幾個(gè)CMOS元件，其由電源線112中的多個(gè)電源線提供工作功率。在一些多個(gè)元件、多個(gè)電力線的實(shí)施例中，每個(gè)元件獨(dú)立地提供一個(gè)單獨(dú)的電源線。在其它多個(gè)元件、多個(gè)電源線實(shí)施例中，一些電源線共享在特定的多個(gè)元件之間。在另外的實(shí)施例中，所有的多個(gè)靜態(tài)CMOS元件均采用了獨(dú)立和單獨(dú)的電源線112，其從可編程的電源110中供電且彼此獨(dú)立地設(shè)置單獨(dú)的電源線112上施加的電壓。
[0025]多個(gè)靜態(tài)CMOS元件的實(shí)施例可以，例如，包括一個(gè)中央處理單元，如一個(gè)微處理器和一個(gè)輸入/輸出控制器。因?yàn)楫?dāng)供給電壓低于3V時(shí)，任何數(shù)字元件實(shí)現(xiàn)為一個(gè)完全可工作的靜態(tài)元件，所以利用靜態(tài)CMOS元件。因此，在元件斷電狀態(tài)期間，利用完全靜態(tài)CMOS元件可以將元件的電源降至低于3V。元件時(shí)鐘線134、元件輸入線136、元件輸出線136和閑置狀態(tài)線140獨(dú)立應(yīng)用到每個(gè)靜態(tài)CMOS元件。
[0026]因此，在不同的實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)靜態(tài)CMOS元件通過電源線112中的各種電源線連接到可編程的電源110中的各種電壓選擇電路。電壓選擇電路和電源線是不同的共享，或是元件之間的獨(dú)立使用。每個(gè)靜態(tài)CMOS元件通過閑置一根狀態(tài)線140、一根元件的時(shí)鐘線134、元件輸入線136和元件輸出線138連接到系統(tǒng)控制器130，其獨(dú)立于從多個(gè)CMOS元件的其它元件的線路，致使多個(gè)靜態(tài)CMOS元件中的每一個(gè)元件的控制獨(dú)立于其它靜態(tài)CMOS元件，即使電源是在元件之間共享。
[0027]參照?qǐng)D2中所示的流程圖，連同圖1所示的電路原理圖，示出的方法是系統(tǒng)控制器130控制靜態(tài)CMOS元件塊120的一個(gè)元件的工作。系統(tǒng)控制器130可選擇地為元件提供一個(gè)工作電壓電平或低電壓。低電壓電平基本上是低于工作電壓電平，但足以維持在元件的寄存器和內(nèi)部狀態(tài)的電平。在監(jiān)控步驟210中，系統(tǒng)控制器130通過檢測(cè)每個(gè)CMOS元件的閑置狀態(tài)線140監(jiān)控靜態(tài)CMOS元件中每個(gè)元件的活動(dòng)。當(dāng)閑置狀態(tài)確定后，系統(tǒng)控制器130確定外部總線上(圖中未示出)的信息是否被定向到一個(gè)元件，通過該元件輸入線136監(jiān)控輸入步驟212中的元件。因此，系統(tǒng)控制器130檢測(cè)到一個(gè)靜態(tài)CMOS元件的閑置狀態(tài)，其是通過確定在靜態(tài)CMOS元件的外部總線(未示出)是否提供新的信息，以及通過確定靜態(tài)CMOS元件的狀態(tài)當(dāng)前是否閑置來檢測(cè)狀態(tài)，當(dāng)新信息在外部總線上不可用且靜態(tài)CMOS元件當(dāng)前為閑置狀態(tài)時(shí)，將靜態(tài)CMOS元件的狀態(tài)分為閑置狀態(tài)。當(dāng)檢測(cè)到靜態(tài)CMOS元件為閑置狀態(tài)時(shí)，在關(guān)閉定時(shí)步驟214中，系統(tǒng)控制器130關(guān)閉靜態(tài)CMOS元件的定時(shí)信號(hào)且控制可編程電源110，在降低電壓步驟216中逐漸將施加到閑置的靜態(tài)CMOS元件的電壓從工作電壓電平降低到低電壓電平。電壓逐漸的減小避免元件中的振鈴效應(yīng)。當(dāng)輸出信號(hào)步驟218中的電壓減小時(shí),系統(tǒng)控制器130阻塞靜態(tài)CMOS兀件的輸出引腳上的信號(hào)且在關(guān)閉輸入信號(hào)步驟220中，迫使靜態(tài)CMOS元件的輸入引腳上的信號(hào)處于閑置狀態(tài)。
[0028]當(dāng)電壓降低時(shí)，靜態(tài)CMOS元件的輸出引腳上的信號(hào)被阻止且靜態(tài)CMOS元件的輸入引腳上的信號(hào)被強(qiáng)制為無效狀態(tài)，因此，沒有嘗試用小于2.4V的電壓驅(qū)動(dòng)外部TTL電平輸入/輸出驅(qū)動(dòng)器電路。另外，一種從外部TTL電平輸入/輸出驅(qū)動(dòng)電路隔離斷電的CMOS元件技術(shù)涉及以一個(gè)較低的電壓運(yùn)行內(nèi)部CMOS元件且以更高的電平(例如2.4V)運(yùn)行外部TTL電平輸入/輸出驅(qū)動(dòng)電路。然而，該技術(shù)利用兩個(gè)電壓源或一個(gè)內(nèi)部穩(wěn)壓器獨(dú)立地為內(nèi)部CMOS電路和外部TTL電平輸入/輸出電路提供參考電壓。此外，這種技術(shù)缺點(diǎn)是需要修改系統(tǒng)100的所有元件。
[0029]在一些實(shí)施例中或一些情況下，低電壓電平由一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者定義。在其它實(shí)施例中，自動(dòng)校準(zhǔn)低參考電壓，從而為特定的靜態(tài)CMOS元件找到一個(gè)合適的低參考電壓。參照?qǐng)D3，示出了一種用于自動(dòng)校準(zhǔn)低參考電壓的方法。為了校準(zhǔn)低電壓電平，系統(tǒng)控制器130控制可編程的電源110，從而在改變電壓的步驟310中改變施加到靜態(tài)CMOS元件的電壓。在檢查元件功能的步驟312中，系統(tǒng)控制器130針對(duì)特定施加的各種電壓的電壓電平來檢查靜態(tài)CMOS元件的功能。更具體地說，某些元件中，系統(tǒng)控制器130控制可編程的電源110來改變施加到靜態(tài)CMOS元件的電壓并針對(duì)特定施加的各種電壓的電壓電平來檢查靜態(tài)CMOS元件內(nèi)的存儲(chǔ)器或寄存器中的數(shù)據(jù)保留。在循環(huán)步驟314中，系統(tǒng)控制器130分支到改變電壓的步驟310，除非發(fā)現(xiàn)特定的功能條件。當(dāng)發(fā)現(xiàn)一個(gè)元件的特定定義的低電壓構(gòu)成條件，在下一個(gè)CMOS元件的步驟316中，系統(tǒng)控制器130檢查多個(gè)元件。如果需要測(cè)試額外的元件時(shí)，在初始化電壓的步驟318中，系統(tǒng)控制器130利用新元件的工作電壓且分支到改變電壓的步驟310。如果沒有額外的元件測(cè)試時(shí)，系統(tǒng)控制器在結(jié)束步驟320中退出校準(zhǔn)方法。不同的CMOS元件的個(gè)別和獨(dú)立的校準(zhǔn)允許不同的元件在不同的低功耗電壓中工作，從而使所有的閑置的元件處于完全閑置狀態(tài)，但適當(dāng)?shù)貫樗械脑峁┮粋€(gè)能夠保持存儲(chǔ)器、寄存器值和其他功能的電壓。在系統(tǒng)引導(dǎo)程序工作中，系統(tǒng)控制器130通常校準(zhǔn)低參考電壓。
[0030]參照?qǐng)D4,可編程的電源110的一個(gè)實(shí)施例包括一個(gè)參考電壓發(fā)生器410、一個(gè)穩(wěn)壓器420和一個(gè)數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)430。一個(gè)合適的穩(wěn)壓器420是LM117H/LM317HV的三端可調(diào)穩(wěn)壓器，這是由加利福尼亞州圣克拉拉市的美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司制造的。參考電壓發(fā)生器410，例如一個(gè)5伏的發(fā)生器，提供輸入電壓到穩(wěn)壓器420的Vin端子。穩(wěn)壓器420在Vqut端子處提供輸出電壓，其連接到電源線112中的一根或多根電線。說明性的DAC430包括npn雙極型晶體管432和電阻器R。每個(gè)npn雙極型晶體管432串聯(lián)連接到電阻R且多元晶體管-電阻器對(duì)并聯(lián)到地線和節(jié)點(diǎn)434之間。該節(jié)點(diǎn)434連接到穩(wěn)壓器420調(diào)整端子且通過一個(gè)電阻器Rl連接到穩(wěn)壓器420的Vqut端子。多元晶體管-電阻器對(duì)也并聯(lián)到電阻器R2。每個(gè)晶體管432的基極端子耦合到系統(tǒng)控制器130的電源控制線132的專用線路。在可編程的電源110的多元電壓實(shí)施例中，圖4所示的幾個(gè)電路用于為電源線112的幾根線路提供參考電壓。
[0031]參照?qǐng)D5，一個(gè)靜態(tài)CMOS元件120的一個(gè)實(shí)施例包括一個(gè)486微處理器510，如這些英特爾和超微半導(dǎo)體公司制造的微處理器。微處理器在Vcc端子處接收工作電源，其連接到電源線112的一根線路且在一個(gè)CLK端子處接收一個(gè)定時(shí)信號(hào)，其連接到元件時(shí)鐘線134。從微處理器510到系統(tǒng)控制器130產(chǎn)生閑置狀態(tài)線140，例如，通過將微處理器510的一個(gè)內(nèi)存/輸入-輸出(Μ/Ι0 #)引腳、一個(gè)數(shù)據(jù)/控制(D/C #)引腳和一個(gè)寫/讀(W/R#)引腳連接到一個(gè)三輸入“與非”門512?！芭c非”門512的輸出端連接到閑置狀態(tài)線140。
[0032]微處理器510通過執(zhí)行HALT指令處于閑置狀態(tài)。一個(gè)HALT指令停止指令的執(zhí)行且將處理器置于HALT狀態(tài)。一個(gè)允許中斷，不可屏蔽中斷(匪I)或一個(gè)復(fù)位來恢復(fù)處理器的執(zhí)行過程。如果中斷(匪I)是在HALT指令后用來恢復(fù)執(zhí)行過程，指令指針(CS:EIP)，其保存在HALT指令后的微處理器指令中。在HALT狀態(tài)，內(nèi)存輸入/輸出引腳(Μ/Ι0 #)、數(shù)據(jù)/控制(D/C #)引腳和讀/寫(W/R #)引腳上的總線周期分別定義為001。使“與非”門512的輸入信號(hào)翻轉(zhuǎn)，001的HALT代碼適當(dāng)?shù)乜刂崎e置狀態(tài)線140。元件輸出線138包括的線路連接到地址總線A3-A2和字節(jié)使能信號(hào)BE3 # BEO #、校驗(yàn)狀態(tài)PCHK #、總線鎖定LOCK #和PLOCK #、地址狀態(tài)總線控制信號(hào)(ADS#)、突發(fā)最后一個(gè)信號(hào)(BLAST)和其他486輸出信號(hào)。在低功耗狀態(tài)，元件輸出線138被系統(tǒng)控制器130忽略。元件輸入線136包括的線路連接到地址總線A31-A4、數(shù)據(jù)總線D31-D0、數(shù)據(jù)奇偶校驗(yàn)總線DP0-DP3、非突發(fā)準(zhǔn)備好(RDY #)、突發(fā)準(zhǔn)備好(BRDY#)和其他的486的輸入信號(hào)。元件輸入線136還包括復(fù)位、可屏蔽中斷(INTR)和不可屏蔽中斷(匪I)處理。在低功耗狀態(tài)中，系統(tǒng)控制器130將非活動(dòng)信號(hào)施加到元件輸入線136。系統(tǒng)控制器130將微處理器510從低功耗狀態(tài)返回到工作狀態(tài)，通過置位一個(gè)中斷處理線，如連接INTR和NMI線的元件輸入線136。
[0033]參照?qǐng)D6，系統(tǒng)控制器130的一個(gè)實(shí)施例包括一個(gè)模式控制器610、一個(gè)數(shù)據(jù)控制器620、一個(gè)電壓控制器630和一個(gè)總線控制器640。該模式控制器610連接到閑置狀態(tài)線140。當(dāng)閑置信號(hào)被置位時(shí)，模式控制器610與總線控制器640相互作用，確定一個(gè)數(shù)據(jù)總線650是否傳輸信號(hào)到CMOS元件。如果沒有外部數(shù)據(jù)施加到CMOS元件，模式控制器610控制一個(gè)開關(guān)612,其將一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘發(fā)生器660從兀件時(shí)鐘線134斷開。然后,該模式控制器610與電壓控制器630相互作用，以逐步的方式降低施加到CMOS元件的電壓。電壓控制器630通過改變施加到電源控制線132的數(shù)字編碼來進(jìn)行這一過程。該模式控制器610與數(shù)據(jù)控制器620相互作用，從而使元件輸出線138上的信號(hào)激活，這樣信號(hào)不會(huì)被放置在數(shù)據(jù)總線650上。此外，模式控制器610與數(shù)據(jù)控制器620相互作用，從而設(shè)置在元件輸入線136上的信號(hào)為無效電平信號(hào)。
[0034]本發(fā)明的某些實(shí)施例的描述旨在是說明性而不是限制。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，許多其他的實(shí)施例是顯而易見的，所有這些都是包含在本發(fā)明的寬廣范圍之內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的裝置和方法并不局限于微處理器的應(yīng)用程序，但也適用于其他各種CMOS元件包括存儲(chǔ)器、接口、1/0控制器、器件的驅(qū)動(dòng)電路和類似的電路。
【權(quán)利要求】
1.一種數(shù)字靜態(tài)CMOS元件，其特征是:運(yùn)行靜態(tài)CMOS元件的方法包含以下步驟:在兩個(gè)電壓電平處有選擇地提供一個(gè)參考電壓，其包括工作電壓電平以及遠(yuǎn)低于工作電壓電平的低參考電壓，但足以保持靜態(tài)CMOS元件的寄存器和內(nèi)部狀態(tài)電平；檢測(cè)靜態(tài)CMOS元件的閑置狀態(tài)；控制有選擇地供給步驟，從而提供低參考電壓并響應(yīng)于閑置狀態(tài)的檢測(cè)；校準(zhǔn)與包括在一個(gè)系統(tǒng)中引導(dǎo)操作的子操作中的靜態(tài)CMOS元件有關(guān)的低參考電壓；方法進(jìn)一步包括以下步驟:停用靜態(tài)CMOS元件的定時(shí)信號(hào)，響應(yīng)于檢測(cè)到的靜態(tài)CMOS元件的閑置狀態(tài)；該控制步驟包括以下步驟:控制有選擇地供給步驟，從而將電壓從工作電壓電平減小到低電壓電平，隨后到定時(shí)信號(hào)激活步驟；方法還包括以下步驟:阻塞靜態(tài)CMOS元件的輸出引腳上的信號(hào)，從而響應(yīng)檢測(cè)到的靜態(tài)CMOS的閑置狀態(tài)，同時(shí)電壓降低。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字靜態(tài)CMOS元件，其特征是:該方法還包括以下步驟:阻塞靜態(tài)CMOS元件的輸出引腳上的信號(hào)，從而響應(yīng)檢測(cè)到的靜態(tài)CMOS的閑置狀態(tài)；迫使靜態(tài)CMOS元件的輸入引腳上的信號(hào)處于閑置狀態(tài)，響應(yīng)于檢測(cè)到的靜態(tài)CMOS元件的閑置狀態(tài)；所述檢測(cè)閑置狀態(tài)的步驟包括以下步驟:確定在外部總線到靜態(tài)CMOS元件上的信息是否可用；確定靜態(tài)CMOS元件目前是否處于閑置狀態(tài)；當(dāng)新的信息在外部總線上不可用且靜態(tài)CMOS元件目前是閑置的時(shí)候，將靜態(tài)CMOS元件的狀態(tài)分類為閑置狀態(tài)；其中，校準(zhǔn)低參考電壓包括以下步驟:改變施加到靜態(tài)CMOS元件的電壓；對(duì)于不同電壓的特定的電壓電平，檢查靜態(tài)CMOS元件內(nèi)的存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)的保留。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種數(shù)字靜態(tài)CMOS元件，其特征是:校準(zhǔn)低參考電壓包括以下步驟:改變施加到靜態(tài)CMOS元件的電壓；對(duì)于不同電壓的特定的電壓電平，檢查靜態(tài)CMOS元件的功能；其中，多元靜態(tài)CMOS元件的供給、檢測(cè)和控制步驟是獨(dú)立進(jìn)行的；該方法進(jìn)一步包括以下步驟:校準(zhǔn)與多元靜態(tài)CMOS元件中的每一個(gè)有關(guān)的低參考電壓，其獨(dú)立于相對(duì)應(yīng)的每個(gè)靜態(tài)CMOS兀件；一種電子系統(tǒng),其包括:靜態(tài)CMOS兀件；一個(gè)可編程的電源通過一根電線耦合到靜態(tài)CMOS元件，可編程電源有選擇地給靜態(tài)CMOS元件提供工作電壓和遠(yuǎn)低于工作電壓的低電壓，但足以保持靜態(tài)CMOS的寄存器和內(nèi)部狀態(tài)電平；一個(gè)系統(tǒng)控制器通過電源控制線耦合到可編程電源，用于選擇所提供的電壓且通過一個(gè)指示元件狀態(tài)的狀態(tài)線耦合到靜態(tài)CMOS 元件，系統(tǒng)控制器校準(zhǔn)與包括在一個(gè)系統(tǒng)中引導(dǎo)操作的子操作中的靜態(tài)CMOS元件有關(guān)的低參考電壓；其中，所述系統(tǒng)控制器通過一個(gè)元件時(shí)鐘線進(jìn)一步耦合到靜態(tài)CMOS元件，其為CMOS元件供給定時(shí)信號(hào)；所述系統(tǒng)控制器通過一個(gè)元件輸入線和一個(gè)元件輸出線耦合到靜態(tài)CMOS元件，其分別從系統(tǒng)控制器到CMOS元件和從CMOS元件到系統(tǒng)控制器傳輸信號(hào)；所述系統(tǒng)中，靜態(tài)CMOS兀件是多兀靜態(tài)CMOS兀件中的第一兀件；其中，所述多元靜態(tài)CMOS元件包括一個(gè)中央處理單元(CPU)和一個(gè)輸入/輸出控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字靜態(tài)CMOS元件，其特征是:所述靜態(tài)CMOS元件是多元靜態(tài)CMOS元件的第一元件，每個(gè)靜態(tài)CMOS元件通過一根電源線耦合到可編程電源，該電源線獨(dú)立于多元靜態(tài)CMOS元件的其他元件的電源線且每一個(gè)靜態(tài)CMOS元件通過一個(gè)狀態(tài)線、一個(gè)元件時(shí)鐘線、一個(gè)元件輸入線和一個(gè)元件輸出線耦合到系統(tǒng)控制器，致使多元靜態(tài)CMOS元件中的每一個(gè)都獨(dú)立于其它靜態(tài)CMOS元件受控和供電；所述系統(tǒng)的靜態(tài)CMOS元件還包括:一個(gè)檢測(cè)器，用于監(jiān)控靜態(tài)CMOS元件的閑置指示；所述的系統(tǒng)的系統(tǒng)控制器還包括:一個(gè)模式控制器，用于選擇性地激活和不激活靜態(tài)CMOS元件的定時(shí)信號(hào)；一個(gè)電壓控制器，用于在工作電壓和遠(yuǎn)低于工作電壓的低電壓之間選擇一個(gè)應(yīng)用的功率信號(hào)；一個(gè)數(shù)據(jù)控制器，用于阻塞靜態(tài)CMOS元件的輸出引腳上的信號(hào)響應(yīng)于檢測(cè)到的靜態(tài)CMOS元件的閑置狀態(tài)；一個(gè)數(shù)據(jù)控制器，用于迫使靜態(tài)CMOS元件的輸入引腳上的信號(hào)處于閑置狀態(tài)，響應(yīng)于檢測(cè)到的靜態(tài)CMOS元件的閑置狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字靜態(tài)CMOS元件，其特征是:運(yùn)行一個(gè)靜態(tài)CMOS元件的方法包含以下步驟:在多元電壓電平處選擇性地提供一個(gè)參考電壓，包括一個(gè)工作電壓電平和遠(yuǎn)低于工作電壓電平的低參考電壓，但足以保持靜態(tài)CMOS元件的寄存器和內(nèi)部狀態(tài)的電平；檢測(cè)靜態(tài)CMOS元件的閑置狀態(tài)；控制有選擇地供給的步驟，其提供低參考電壓響應(yīng)于檢測(cè)到的閑置狀態(tài)；通過提供低參考電壓保持靜態(tài)CMOS元件的寄存器和內(nèi)部狀態(tài)的電平；校準(zhǔn)與包括在一個(gè)系統(tǒng)中引導(dǎo)操作的子操作中的靜態(tài)CMOS元件有關(guān)的低參考電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字靜態(tài)CMOS元件，其特征是:一種電子系統(tǒng)，包括:靜態(tài)CMOS元件；一個(gè)可編程的電源通過一根電線耦合到靜態(tài)CMOS元件，可編程電源有選擇地給靜態(tài)CMOS元件提供工作電壓和遠(yuǎn)低于工作電壓的低電壓，但足以保持靜態(tài)CMOS元件的寄存器和內(nèi)部狀態(tài)電平；一個(gè)系統(tǒng)控制器通過電源控制線耦合到可編程電源，用于選擇所提供的電壓且通過一個(gè)指示元件狀態(tài)的狀態(tài)線耦合到靜態(tài)CMOS元件，該系統(tǒng)控制器包括:一個(gè)控制邏輯通過選擇遠(yuǎn)低于工作電壓的低電壓響應(yīng)于狀態(tài)線上的閑置狀態(tài)，該低電壓足以保持靜態(tài)CMOS元件的寄存器和內(nèi)部狀態(tài)的電平，該控制邏輯校準(zhǔn)與包括在一個(gè)系統(tǒng)中引導(dǎo)操作的子操作中的靜態(tài)CMOS元件有關(guān)的低參考電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字靜態(tài)CMOS元件在斷電模式下以一個(gè)非常低的電壓模式工作的方法和裝置，其特征是:運(yùn)行一個(gè)靜態(tài)CMOS處理器的方法包括以下步驟:在多元電壓電平處選擇性地供給一個(gè)參考電壓，包括一個(gè)工作電壓電平和遠(yuǎn)低于工作電壓電平的低參考電壓，但足以保持靜態(tài)CMOS處理器的寄存器和內(nèi)部狀態(tài)的電平；檢測(cè)靜態(tài)CMOS處理器的閑置狀態(tài)； 控制有選擇性地供給的步驟，提供低參考電壓響應(yīng)于檢測(cè)到的閑置狀態(tài)；通過提供低參考電壓保持靜態(tài)CMOS處理器的寄存器和內(nèi)部狀態(tài)的電平；校準(zhǔn)與包括在一個(gè)系統(tǒng)中引導(dǎo)操作的子操作中的靜態(tài)CMOS處理器有關(guān)的低參考電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字靜態(tài)CMOS元件在斷電模式下以一個(gè)非常低的電壓模式工作的方法和裝置，其特征是:一種電子系統(tǒng)，包括:一個(gè)靜態(tài)CMOS處理器；一個(gè)可編程的電源通過一根電線耦合到靜態(tài)CMOS處理器，可編程電源有選擇地給靜態(tài)CMOS處理器提供工作電壓和遠(yuǎn)低于工作電壓的低電壓，但足以保持靜態(tài)CMOS處理器的寄存器和內(nèi)部狀態(tài)的電平；一個(gè)系統(tǒng)控制器通過電源控制線耦合到可編程電源，用于選擇所提供的電壓且通過一個(gè)指示元件狀態(tài)的狀態(tài)線耦合到靜態(tài)CMOS元件，該系統(tǒng)控制器包括:一個(gè)控制邏輯通過選擇遠(yuǎn)低于工作電壓的低電壓響應(yīng)于狀態(tài)線上的閑置狀態(tài)，該低電壓足以保持靜態(tài)CMOS處理器的寄存器和內(nèi)部狀態(tài)的電平，該控制邏輯校準(zhǔn)與包括在一個(gè)系統(tǒng)中引導(dǎo)操作的子操作中的靜態(tài)CMOS處理器件有關(guān)的低參考電壓。
【文檔編號(hào)】G11C11/417GK103632717SQ201310617692
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:蘇州貝克微電子有限公司