專利名稱：用于快速喚醒的電源開關(guān)加速方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路，并且更特別地，涉及具有電源門控功能塊的集成電路。
背景技術(shù)：
隨著集成電路“芯片”上包含的晶體管的數(shù)量不斷增加，集成電路中的電源管理的重要性也不斷增加。電源管理對于包括在諸如個人數(shù)字助理(PDA)、移動電話、智能電話、筆記本計算機、網(wǎng)絡(luò)終端計算機等的移動設(shè)備中的集成電路可能是至關(guān)重要的。這些移動設(shè)備通常依賴于電池功率，并且降低集成電路中的功耗可以增加電池的壽命。此外，降低功耗可以減少由集成電路產(chǎn)生的熱量，這可以減少包括集成電路的設(shè)備中的散熱要求(不管它是否依賴于電池功率)。時鐘門控通常被用于通過禁止時鐘信號被提供給空閑電路，來在集成電路中降低動態(tài)功耗。雖然時鐘門控對于降低動態(tài)功耗是有效的，但是空閑電路仍然保持通電?？臻e晶體管中的漏電流導(dǎo)致靜態(tài)功耗。更快的晶體管(對例如柵極端子上的輸入信號變化做出反應(yīng)的那些晶體管)也傾向于具有較高的漏電流，這通常在集成電路中(特別是在高性能設(shè)備中)導(dǎo)致高的總漏電流。為了抵消漏電流的影響，一些集成電路實施了電源門控。通過電源門控，到空閑線路的接地路徑的功率被中斷，從而將漏電流降低到接近零。通過中斷功率的開關(guān)仍然可能有少量的漏電流，但是它整體來看基本上小于空閑電路的漏電流。電源門控對于集成電路設(shè)計提出了挑戰(zhàn)。當(dāng)塊被上電和掉電時，流向該塊的電流的變化可以在電源供應(yīng)連接上產(chǎn)生噪聲。該噪聲可以影響集成電路的工作，包括導(dǎo)致錯誤的操作。另外，電流的變化率隨著半導(dǎo)體制造工藝、提供給集成電路的電源電壓幅值以及集成電路的工作溫度的改變而變化。當(dāng)這些因素降低電流的變化率時，在使能電源門控塊中產(chǎn)生的延遲可能相應(yīng)地增加。

發(fā)明內(nèi)容
公開了在喚醒期間的電源開關(guān)加速方案的方法和裝置。在一個實施例中，集成電路包括至少一個電源門控電路塊。電源門控電路塊包括虛擬電壓節(jié)點，當(dāng)塊激活時從虛擬電壓節(jié)點向其中的電路提供電壓。電源開關(guān)(例如，晶體管)耦接在虛擬電壓節(jié)點和相應(yīng)的全局電壓節(jié)點之間。當(dāng)開關(guān)被斷開時，功率不被提供給電源門控電路塊。當(dāng)電源門控電路塊被喚醒(即，上電)時，電源開關(guān)可以以順序的方式被激活。當(dāng)虛擬電壓節(jié)點上的電壓增大時，電源開關(guān)被激活的速率也可以增大。依次激活電源開關(guān)可以防止過量的電流流入到電源門控電路塊中，并且降低電源噪聲。當(dāng)虛擬電壓節(jié)點上的電壓至少處于一定水平時激活電源開關(guān)的速率的增大可以允許更快的喚醒，同時仍然使得喚醒序列可以保持在電流和噪聲規(guī)范內(nèi)。在各種實施例中，每個電源開關(guān)可以與一個或多個延遲鏈中的一個耦接。每個延遲鏈可以包括多個串聯(lián)耦接的延遲元件。每個延遲元件的輸出與電源開關(guān)中的相應(yīng)一個(例如，晶體管的柵極端子)耦接。使能信號可以被施加到延遲元件中的第一延遲元件，并可以通過延遲鏈傳遞，其中每個延遲元件提供某一延遲量。當(dāng)每個延遲元件輸出被斷言的使能信號時，它對應(yīng)的電源開關(guān)被激活。從而，當(dāng)使能信號通過延遲鏈傳遞時，電源開關(guān)被依次激活。隨著出現(xiàn)在虛擬電壓節(jié)點上的電壓增大，延遲元件的延遲量可以降低，從而允許更快的使能信號傳遞。這反過來可以加快電源開關(guān)被激活的速率?？梢砸远喾N方式來實現(xiàn)對電源開關(guān)激活的速率的加快。在一個實施例中，可以通過響應(yīng)于電路檢測到虛擬電壓節(jié)點上的電壓幅值處于或超過某個閾值的指示的斷言來實現(xiàn)減小延遲元件的延遲(從而促進使能信號的更快傳遞)。響應(yīng)于接收到該指示，延遲元件可以相應(yīng)地減小在其中提供的延遲量，從而加快使能信號的傳遞。在另一實施例中，每個延遲元件可以被耦接來直接從虛擬電壓節(jié)點接收電壓。延遲元件可以被配置為使得由每個延遲元件提供的延遲與虛擬電壓節(jié)點上的電壓的增大相對應(yīng)地減小。延遲的減小可以隨著出現(xiàn)在虛擬電壓節(jié)點上的電壓增大是連續(xù)的。在另一實施例中，每個延遲元件可以響應(yīng)于虛擬電壓節(jié)點上的電壓滿足或超過閾值來減小它們各自的延遲。第一電源開關(guān)使能和第二電源開關(guān)使能之間的間隔可以被預(yù)先確定為使得，來自第二組電源開關(guān)的額外電流不會導(dǎo)致總電流超過最大電流和在快的PVT條件下僅有第一組電源開關(guān)被使能期間的最大di/dt。在又一實施例中，控制單元可以激活與其它之前被激活的延遲元件并行的額外的延遲鏈(從而額外的延遲元件)。當(dāng)更多的延遲元件被并行激活時，更多的電源開關(guān)在給定時間被激活，從而增大電源開關(guān)被激活的的整體速度。


以下的詳細描述對于附圖進行的參照，現(xiàn)在簡要描述這些附圖。圖1是集成電路的一個實施例的框圖。圖2是圖1所示的電源門控塊的一個實施例的框圖。圖3是其中電源開關(guān)的激活速率在喚配過程期間被加速的電源門控塊的一個實施例的示意圖。圖4A是其中電源開關(guān)的激活速率在喚醒過程期間被加速的電源門控塊的另一實施例的示意圖。圖4B至圖4D是圖示延遲元件的各種實施例的示意圖。圖5是其中電源開關(guān)的激活速率在喚醒過程期間被加速的電源門控塊的第三實施例的示意圖。圖6是圖示加速如下速率的方法實施例的流程圖，在喚醒期間以該速率激活功能塊的電源開關(guān)。圖7是具有耦接來激活電源開關(guān)的單獨的延遲鏈的功能塊的一個實施例的框圖。圖8是具有耦接來激活電源開關(guān)的單獨的延遲鏈的功能塊的另一實施例的框圖。圖9是具有耦接來激活電源開關(guān)的單獨的延遲鏈的功能塊的第三實施例的框圖。圖10是圖示用于使如下功能塊上電的方法的一個實施例的流程圖，所述功能塊具有單獨的用于將使能信號傳遞給電源開關(guān)的延遲鏈。圖11是被配置為在喚醒過程期間依次使多個功能塊上電的IC的一個實施例的框圖。圖12A和12B圖示性地分別示出了使集成電路的多個功能塊上電的方法和影響。圖13是用于使多個功能塊上電的方法的一個實施例的方法流程圖。圖14是系統(tǒng)的一個實施例的框圖。雖然本發(fā)明容易受到各種修改和替代形式的影響，但是其特定實施例在附圖中通過例子的方式被示出，并將在這里被詳細描述。然而，應(yīng)該理解的是，附圖及其詳細描述并不意欲將本發(fā)明限制到所公開的特定形式，而是相反，意圖是覆蓋落入由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等價物和替代物。本文中所使用的標(biāo)題僅用于組織目的，并且不意味被用于限制描述的范圍。如貫穿本申請所使用的那樣，詞語“可以”在客許的意義上(即，表示具有可能性)使用而不是在強制的意義上(即，表示必須)使用。類似地，詞語“包括”、“包含”和“包含有”表示包括但不限于。各種單元、電路或其它組件可以被描述為“被配置為”執(zhí)行一個任務(wù)或多個任務(wù)。在這樣的上下文中，“被配置為”是通常表示“具有如下電路”的結(jié)構(gòu)的廣義記載，所述電路在操作期間執(zhí)行一個任務(wù)或多個任務(wù)。這樣，單元/電路/組件可以被配置為即使當(dāng)單元/電路/組件目前不處于開啟狀態(tài)時也執(zhí)行任務(wù)。大體上，形成與“被配置為”對應(yīng)的結(jié)構(gòu)的電路可以包括硬件電路。類似地，在說明書中為了方便，各種單元/電路/組件可以被描述為執(zhí)行一個任務(wù)或多個任務(wù)。這樣的描述應(yīng)該被解釋為包括短語“被配置為”。記載被配置為執(zhí)行一個或多個任務(wù)的單元/電路/組件明確地意欲對于該單元/電路/組件不援引35U.S.C.§ 112的第六段解釋。
具體實施例方式本公開內(nèi)容涉及用于使集成電路的電源門控功能塊上電的各種方法裝置實施例。該集成電路可以包括至少一個全局電壓節(jié)點，所述全局電壓節(jié)點可以被定義為與多個電源門控功能塊耦接的電壓節(jié)點。每 個功能塊可以包括對應(yīng)的對于該功能塊唯一的本地(或虛擬)電壓節(jié)點。如這里所定義的，虛擬電壓節(jié)點是當(dāng)耦接于虛擬電壓節(jié)點和全局電壓節(jié)點之間的一個或多個電源開關(guān)(如，晶體管)被激活時與全局(例如，電源)電壓節(jié)點耦接的電壓節(jié)點。當(dāng)電源門控功能塊正在有效地接收功率時，在虛擬電壓節(jié)點和全局電壓節(jié)點之間耦接的電源開關(guān)可以被激活，虛擬電壓節(jié)點可以處于或接近于與全局電壓節(jié)點相同的電壓。當(dāng)電源門控功能塊無效而電源電壓節(jié)點相反正在接收功率時，在虛擬電壓節(jié)點和電源電壓節(jié)點之間耦接的電源開關(guān)可以是無效的，虛擬電壓節(jié)點可以處于或接近于參考(例如,地)電壓。具有電源η控功能塊的集成電路:現(xiàn)在參見圖1，集成電路10的一個實施例的框圖被示出。集成電路10被耦接來接收電源輸入(例如，分別為VDD和VSS、或者電源和地)。VDD電壓在使用期間可以具有相對于地/VSS測量的特定幅度。更特別地，VDD電壓可以具有多個幅度，所述多個幅度可以被用于集成電路10在使用期間的不同操作點。集成電路10可以包括對于每一個電源電壓的互聯(lián)線(例如，全局電源供應(yīng)網(wǎng)格(grid))，以在集成電路10占用的區(qū)域(例如，諸如硅的半導(dǎo)體襯底的表面處的區(qū)域)上分配電壓。全局電源供應(yīng)網(wǎng)格在圖1中被示出，如與圖1中的塊14A-14C、16和18耦接的線12那樣。然而，可以在物理上以稍微常規(guī)的方式布置網(wǎng)格。集成電路10可以包括一個或多個電源門控電路塊，諸如塊14A-14C。每個塊14A-14C可以包括諸如被布置為實施集成電路10的期望操作的晶體管之類的電路，從而可以是電路塊(盡管為了簡要起見在本文中有時被簡單稱為“塊”)。例如，塊14A-14C可以是處理器或其一部分(例如，處理器內(nèi)的執(zhí)行單元)、諸如圖形處理電路之類的外圍電路、用戶接口電路、諸如音頻和/或視頻處理電路之類的多媒體電路等。通常，電路塊可以包括實施一個或多個可識別操作的一組相關(guān)電路。相關(guān)電路可以被稱為邏輯電路或邏輯電路系統(tǒng)，因為這些電路可以在輸入上實施邏輯操作以產(chǎn)生輸出。由于在給定電路塊中的電路是相關(guān)的，所以它們可以作為一個整體被上電或掉電。每個電路塊在集成電路的設(shè)計(例如，在物理上作為一個整體被放置在集成電路內(nèi))期間通?？梢员豢醋魇且粋€整體。電路塊還可以包括存儲器電路(例如，各種靜態(tài)隨機存取存儲器或SRAM)和作為邏輯電路系統(tǒng)的一部分的其他存儲設(shè)備。電源門控電路塊(或簡稱為電源門控塊)可以是如下電路塊，所述電路塊可以使它的電源電壓(VDD或VSS)中的至少一個響應(yīng)于塊使能輸入信號的去斷言而中斷。電源門控塊可以包括與全局電源供應(yīng)網(wǎng)格和本地電源供應(yīng)網(wǎng)格耦接的電源開關(guān)。如果使能被斷言，則電源開關(guān)可以電連接全局電源供應(yīng)網(wǎng)格和本地電源供應(yīng)網(wǎng)格。如果使能被去斷言，則電源開關(guān)可以電隔離全局電源供應(yīng)網(wǎng)格和本地電源供應(yīng)網(wǎng)格。當(dāng)電連接網(wǎng)格時，電源開關(guān)可以被稱為接通，當(dāng)電氣隔離網(wǎng)格時，電源開關(guān)可以被稱為關(guān)斷。當(dāng)被電連接時，全局電源供應(yīng)網(wǎng)格上的電壓可以出現(xiàn)在本地電源供應(yīng)網(wǎng)格上。然而，開關(guān)可能具有一些阻抗，從而本地電源供應(yīng)網(wǎng)格上的電壓可能不同于全局電源供應(yīng)網(wǎng)格上的電壓。本地電源電壓可以被稱為是“虛擬”的(例如，虛擬VDD或虛擬VSS)。當(dāng)電源門控塊14A-14C被使能時，電源開關(guān)接通，電流流過以對電源門控塊14A-14C中的本地電源供應(yīng)網(wǎng)格充電。為了降低全局電源供應(yīng)網(wǎng)格上的電流的變化率(di/dt)(在一些情況下，所述電流的變化率可能產(chǎn)生足夠的噪聲而在其它電路中導(dǎo)致錯誤的行為)，電源門控塊14A-14C可以控制開關(guān)被激活的速率。將在下面進一步詳細討論的各種方案可以用來對于給定塊控制電源開關(guān)的激活速率。在圖示的實施例中，電源門控塊14A-14C除了塊使能之外還可以接收時鐘信號(圖1中的BE_Clk)。時鐘信號可以用于某些電源開關(guān)激活方案以在開關(guān)可以被激活的速率上提供控制。在一些實施例中，這反過來可以使得電流的變化率能夠被控制到可接受的水平。更特別地，在某些實施例中，電源門控塊14A-14C可以包括與BE_Clk信號同步的一個或多個定時器。定時器可以在預(yù)定時間過去之后使得某些組的開關(guān)能夠被激活。在圖示的實施例中，電源管理器18可以包括產(chǎn)生BE_Clk時鐘的時鐘發(fā)生器電路
19。通過與時鐘發(fā)生器電路19耦接的BE_Clk_Freq寄存器17，時鐘的頻率可以是可編程的(例如，通過在IC 10內(nèi)或與IC 10耦接的處理器上的軟件執(zhí)行)。在一些實施例中，編程頻率可以獨立于集成電路中的工藝/電壓/溫度(PVT)條件。例如，由電源門控塊中的定時器使能的電源開關(guān)的延遲可以被確定為最快PVT條件，與該延遲的1/2對應(yīng)的頻率可以被選作可編程頻率。如下提供一些實施例的其它細節(jié)。在其它實施例中，被編程到寄存器17中的頻率可以基于制造集成電路10時利用的工藝參數(shù)的指示(例如，所述參數(shù)可以指示“快”工藝、“典型”工藝或“慢”工藝)。頻率也可以基于當(dāng)前的電源電壓幅度。較低的電壓可以導(dǎo)致較慢的晶體管操作，與較高的電壓相比減小di/dt影響，從而在需要的情況下允許更高的頻率。在一些實施例中，頻率也可以基于操作溫度。較高的運行溫度可以導(dǎo)致較慢的晶體管操作，與較低的溫度相比減小di/dt影響，從而在需要的情況下允許更高的頻率。時鐘發(fā)生器電路19可以是任何類型的時鐘發(fā)生器(例如，鎖相環(huán)、接收輸入時鐘和在頻率上分割它的時鐘分頻器、時鐘乘法器等)。要注意的是，并非將在下面描述的所有電源開關(guān)激活方案都使用時鐘信號。因此，在一些實施例中，電源門控塊中的一個或多個不被耦接來接收BE_Clk信號。此外，對于任何電源門控塊不使用BE_Clk信號的實施例也是有可能和可考慮的。以下將討論這樣的實施例的例子。電源管理器18耦接到塊14A-14C和16，并可以被配置為檢測塊14A-14C和16中的活動以產(chǎn)生用于電源門控塊14A-14C的塊使能。一個塊中的活動可以是另一個塊將要變?yōu)橛行Р?yīng)該被上電的指示。例如，塊14A-14C和16可以是流水線的一部分。如果一個流水線級有效，則有可能下一級很快將有效。類似地，在處理器中，取出請求可以指示指令將被取出并很快被解碼，從而執(zhí)行單元可以被上電。電源門控塊可以是片上系統(tǒng)的組件，并且從一個組件到另一個組件的通信可以指示塊可能需要被上電。塊中的活動還可以指示該塊或另一塊將處于空閑并可以被掉電。雖然非門控塊對于電源門控可能不被使能或禁能，但是它的活動在確定電源門控塊是否可以被禁能時可能是有用的。在一些實施例中，除了電源門控之外，還可以實施時鐘門控。在這樣的實施例中，電源管理器18還可以實施時鐘門控，或者時鐘門控可以被單獨地實施。雖然電源管理器在圖1中被示為塊，但是電源管理器18實際上可以按照需要被分布。通常來說，電源管理器18可以被配置為去斷言塊使能以使塊掉電，并被配置為斷言塊使能以使塊上電。塊使能(以及在本文中描述的其它信號)可以在一個邏輯狀態(tài)被斷言并在另一邏輯狀態(tài)被去斷言。例如，信號可以在低邏輯狀態(tài)(二進制零)被斷言(指示使能)，并在高邏輯狀態(tài)(二進制一)被去斷言。可替代地，信號可以在低邏輯狀態(tài)被去斷言并在高邏輯狀態(tài)被斷言。不同的信號可以具有不同的斷言/去斷言定義。在一些上下文中，為了更加清楚，信號可以被稱為被低斷言，或者作為另一種選擇被稱為被高斷言。在各種實施例中，在電源門控塊14A-14C的塊使能被去斷言之后可能會經(jīng)歷一段時間，電源電壓才耗盡，并且在使能的斷言之后可能存在一段時間，電源門控塊才被認(rèn)為是穩(wěn)定的并準(zhǔn)備好被使用。電源管理器18可以被配置為在確定塊使能是否可以被去斷言時、以及在確定對于塊的下一次上電何時再斷言塊使能中考慮這些時間?？梢杂呻娫撮_關(guān)提供的本地電源供應(yīng)網(wǎng)格和全局電源供應(yīng)網(wǎng)格的電隔離通常指網(wǎng)格之間缺乏有效的電流流動。電源開關(guān)本身可能具有漏電流，所以可能存在一些漏電流流動。類似地，本地電源供應(yīng)網(wǎng)格和全局電源供應(yīng)網(wǎng)格的電連接可以指網(wǎng)格之間的有效電流流動以從全局網(wǎng)格為本地網(wǎng)格提供電壓。以另一種方式來看，電連接的網(wǎng)格在它們之間可以具有非常低的阻抗路徑，而電隔離的網(wǎng)格可以具有非常高的阻抗路徑。以再一種方式來看，電連接的網(wǎng)格可以將電壓從一個網(wǎng)格有效地傳遞到另一個網(wǎng)格，其中電隔離的網(wǎng)格可以阻止電壓的傳遞。本地電源供應(yīng)網(wǎng)格和全局電源供應(yīng)網(wǎng)格通常可以在集成電路10的各個區(qū)域上分配電源電壓。全局電源供應(yīng)網(wǎng)格在集成電路10的整個區(qū)域上分配電壓，而本地電源供應(yīng)網(wǎng)格在電源門控塊內(nèi)分配電源電壓。非門控塊也可以包括本地電源供應(yīng)網(wǎng)格，但是因為它們不包括電源開關(guān)，所以本地電源供應(yīng)網(wǎng)格實質(zhì)上可以是全局電源供應(yīng)網(wǎng)格的一部分。通常，電源供應(yīng)網(wǎng)格可以具有任意配置。例如，在一個實施例中，給定塊可以在某些物理位置(例如，區(qū)域上的規(guī)則間隔的通道)具有到下層電路的供電連接。電源供應(yīng)網(wǎng)格可以包括在這些規(guī)則間隔的通道之上走線的布線。還可以有在與布線正交的方向上走線的線路，以減小阻抗并向任何本地化的當(dāng)前“熱點”提供電流。其它網(wǎng)格可以包括任何類型的分布互連線和/或可以在網(wǎng)格中存在不規(guī)則性，或者互連線本質(zhì)上可以是金屬的面。在一個實施例中，全局電源供應(yīng)網(wǎng)格可以被設(shè)置在金屬的一個或多個最高層(布線層)中，即，這些層與半導(dǎo)體襯底的表面相隔最遠。本地電源供應(yīng)網(wǎng)格可以被包括在金屬的較低層中。可以在半導(dǎo)體襯底的表面使得在電源供應(yīng)網(wǎng)格之間連接到電源開關(guān)。金屬可以是在用于制造集成電路10的半導(dǎo)體制造工藝中被用來進行互連的任何導(dǎo)電材料。例如，金屬可以是銅、鋁、鎢、它們的組合(例如，鋁或銅布線層和鎢通孔)、它們的合金等。電源電壓(VDD和VSS)通?？梢詮耐獠抗┙o到集成電路，并且在使用期間一般可以被認(rèn)為是相對靜態(tài)的。雖然電源電壓的幅度在使用期間可以有意圖地改變(例如，用于電源管理)，但是并不試圖由接收電路以解釋動態(tài)變化信號的方式來解釋幅度改變。類似地，電源電壓的局部變化(例如VDD下降或VSS反彈)可能在操作期間發(fā)生，但是這些變化可能通常是不希望的瞬時變化。電源電壓可以用作電路評估時的電流的槽(sinks)和源。如上所述，電源門控塊14A-14C可以具有它們的電源門控以降低集成電路中的功耗(例如，當(dāng)處于非活動狀態(tài)時)。因此，電源門控塊14A-14C均耦接來接收使能信號(圖1中的塊使能)。每一塊的塊使能信號可以是用于該塊的單獨且唯一的信號，使得電源門控塊14A-14C可以獨立地被使能或者不被使能。在一些情況下，一個或多個電源門控塊可以共享使能。共享的塊使能可以在物理上是同一信號或者在邏輯上是同一信號(即，信號以相同的方式在邏輯上被操作而在物理上是分離的)。集成電路10還可以包括一個或多個非門控電路塊，例如非門控塊16。非門控塊可以耦接到電源供應(yīng)網(wǎng)格12而沒有任何電源開關(guān)，從而無論何時集成電路10被上電，所述非門控塊被上電。非門控塊可以是大多數(shù)時間或所有時間都處于活動狀態(tài)的塊，使得包括電源開關(guān)并嘗試電源門控它們并不被期望來產(chǎn)生大量的功率節(jié)省，例如如果有的話。要注意的是，雖然圖1中示出了一個非門控塊和三個電源門控塊，但是在各種實施例中，一般可以有任何數(shù)量的一個或多個電源門控塊和非門控塊。類似地，在集成電路10中可以有多于一個的電源管理器18 (例如，使能/禁用電源門控塊的各種非重疊子集)。要注意的是，一個或多個電路塊可以包含狀態(tài)存儲(例如，存儲器、觸發(fā)器、寄存器)?？赡芟Ｍ跔顟B(tài)存儲(或狀態(tài)存儲中的一些)中保存狀態(tài)。在這樣的情況下，全局電源供應(yīng)網(wǎng)格可以在電源接地路徑中為不帶有電源開關(guān)的狀態(tài)存儲供電?？梢蕴峁﹩为毜谋镜仉娫垂?yīng)網(wǎng)格，例如，不帶有電源開關(guān)?，F(xiàn)在參見圖2，示出了電源門控塊14的一個實施例的框圖。電源門控塊14可以與圖1所示的任何電源門控塊類似。如圖所示，在圖2的實施例中，電源門控塊14包括位于電源門控塊14內(nèi)的多個物理位置的多個電源開關(guān)。也就是說，電源開關(guān)在物理上可以被分布在電源門控塊14所占用的區(qū)域上。在本實施例中，電源開關(guān)以規(guī)則隔開的間隔被放置，雖然可以在其它實施例中使用并不規(guī)則的其它分布。每個位置可以包括多個電源開關(guān)(例如，電源開關(guān)部件(segment) 20A可以包括多個電源開關(guān))。在一個位置處的電源開關(guān)可以被稱為電源開關(guān)部件20A-20E。電源門控塊14還包括電源控制電路24。電源控制電路24在圖2中被示為塊，但是在一些實施例中電源控制電路24可以在物理上被分布在電源開關(guān)部件的位置附近。用于電源門控塊14A的塊使能和BE_Clk可以耦接到電源控制電路24。電源控制電路24與每一個電源開關(guān)部件20A-20E耦接，從而為每一個部件提供各自的本地塊使能(圖2中的BEl至BE5)。在本實施例中，電源開關(guān)耦接在電源門控塊14的全局VDD網(wǎng)格12A和本地VDD網(wǎng)格之間。本地VDD網(wǎng)格如圖2中電源開關(guān)部件20A-20E之間的水平線所示。在每個電源開關(guān)部件20A-20E之間，提供邏輯電路22A-22D。邏輯電路22A-22D可以由本地VDD網(wǎng)格供電，也可由圖2中未示出的本地VSS網(wǎng)格供電。全局VSS網(wǎng)格12B被示為與每個邏輯電路22A-22D耦接，但是通?？梢源嬖谌諺SS網(wǎng)格12B所耦接的本地VSS網(wǎng)格。雖然圖2示出了電源開關(guān)部件20A和20E處于電源門控塊14的邊緣，而在電源門控塊14的邊緣與電源開關(guān)部件20A和20E之間沒有電路，但是這些電源開關(guān)部件可以不一定被放置在非常邊緣的地方。換句話說，邏輯電路可以被放置在圖2中的電源開關(guān)部件20A的左側(cè)和/或圖2中的電源開關(guān)部件20E的右側(cè)。響應(yīng)于來自電源管理器18的塊使能和BE_Clk，電源控制電路24可以為部件產(chǎn)生本地塊使能BE1-BE5。特別地，電源控制電路24可以錯開本地塊使能斷言。例如，電源控制電路24可以在BE_Clk的每個時鐘周期斷言一個本地塊使能。在其它實施例中，可以在每個時鐘周期斷言多于一個的本地塊使能，只要在每個時鐘周期使能多于一個的部件的di/dt效果低于設(shè)計限制。此外，在一些實施例中，可以在每個部件存在多于一個的本地塊使能，并且可以錯開給定部件的本地塊使能。電源門控塊中的部件和本地塊使能的數(shù)量可以不同，可以比圖2所示的多或少。電源開關(guān)通?？梢园ㄈ魏坞娐?，所述電路可以響應(yīng)于被斷言的使能信號而將本地電源供應(yīng)網(wǎng)格電連接到全局電源供應(yīng)網(wǎng)格，并且可以響應(yīng)于被去斷言的使能信號而將本地電源供應(yīng)網(wǎng)格與全局電源供應(yīng)網(wǎng)格電隔離。例如,對于在VDD電源供應(yīng)網(wǎng)格上實施電源開關(guān)的實施例，每個電源開關(guān)可以是P型金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)晶體管。PMOS晶體管的柵極可以耦接來接收(可能被緩沖的)本地塊使能信號(圖2中的BE1-BE5)，源極與全局VDD網(wǎng)格12A耦接，漏極與一個或多個本地VDD網(wǎng)格線耦接。因此，在該例子中，塊使能信號可以在被低斷言，從而接通PMOS晶體管24并有效地將來自全局VDD網(wǎng)格12A的電流傳導(dǎo)到本地VDD網(wǎng)格線。在VSS網(wǎng)格上實施電源開關(guān)的實施例可以是類似的，除了在這樣的實施例中晶體管可以是N型MOS(NMOS)晶體管并且塊使能可以被高斷言/被低斷言。電源開關(guān)加速方案:接下來參照圖3，圖示了在上電過程期間利用加速方案的電源門控塊14的實施例。為了簡單起見，在該圖和剩余的圖中僅示出了電源開關(guān)部件(例如，電源開關(guān)部件20A-20C)，而沒有示出電源門控塊14中的邏輯電路。此外，為了簡單起見，從一些后續(xù)的圖中省略了一些外部連接(例如，塊使能輸入)。被該例子的電源門控塊14使用的電源開關(guān)加速方案是如下電源開關(guān)加速方案，其中，電源開關(guān)的激活速率在上電過程期間增加。最初，電源開關(guān)可以以第一速率被激活。隨著虛擬VDD上的電壓增加，電源開關(guān)被激活的速率也會增加。
在上電過程期間，電流量常常不是線性增加的或與虛擬VDD節(jié)點上的電壓成比例的。更特別地，電流變化率(di/dt)在上電過程期間通常不維持在恒定值。隨著虛擬VDD節(jié)點上的電壓增加，di/dt可能上升到峰值再開始下降。所述峰值可以達到如下電壓，該電壓小于電源門控塊14上電完成時的虛擬VDD節(jié)點的最后電壓。因此，一旦與峰值di/dt對應(yīng)的電壓通過，就可以增加電源開關(guān)被激活的速率同時保持在di/dt限制內(nèi)。因此，相對于電源開關(guān)始終以恒定速率被激活的實施例，可以減小功能塊的上電/喚醒時間。在圖3所示的實施例中，電源開關(guān)被實施為晶體管21 (在這種情況下是PMOS晶體管)。每個晶體管21的相應(yīng)柵極端子與對應(yīng)的延遲元件23的輸出耦接。在該實施例中由每個延遲元件23提供的延遲可由電源控制單元24控制，電源控制單元24對于電源門控塊14是本地的。在每個電源開關(guān)部件20A-20C內(nèi)，延遲元件23彼此串聯(lián)耦接以形成延遲鏈。當(dāng)使能信號輸入到延遲鏈中時，它通過各延遲元件23傳遞，并從而使該電源開關(guān)部件中的電源開關(guān)被依次激活。該實施例中示出的電源控制單元24包括虛擬VDD檢測單元241，其被配置為檢測虛擬VDD節(jié)點上的電壓電平。當(dāng)虛擬VDD節(jié)點上的電壓達到或超過預(yù)先確定的閾值時，電源控制單元24可以調(diào)整每個延遲元件23各自的延遲。該實施例中示出的每個延遲元件23被耦接來接收來自電源控制單元24的延遲控制信號(‘DlyCtl’)。在一些實施例中，延遲控制信號可以是數(shù)字信號。在這樣的實施例中，該數(shù)字信號的斷言可以使每個延遲元件23的延遲從第一值降到第二值。當(dāng)延遲減小時，通過延遲鏈的使能信號的傳遞速度增加。相應(yīng)地，電源開關(guān)21的激活速率也增加。在另一實施例中，延遲控制信號可以是可調(diào)電壓。由每個延遲元件23提供的延遲可以基于延遲控制信號的電壓。因此，響應(yīng)于確定虛擬VDD電壓等于或大于閾值電壓，電源控制單元24可以調(diào)整延遲控制信號的電壓以使由每個延遲元件23提供的延遲減少。該減少可以從第一固定值(在虛擬VDD電壓達到閾值之前)到第二固定值。然而，如下實施例也是有可能并被考慮的，其中，延遲控制信號的電壓(從而延遲元件23的延遲)在虛擬VDD節(jié)點電壓已達到閾值后以連續(xù)的方式從第一值減小。在這樣的情況下，電源開關(guān)21的激活速率可以連續(xù)增加直至它們都被激活。在該特定例子中，電源開關(guān)被分成三個單獨的電源開關(guān)部件20A-20C。因此，每個電源開關(guān)部件20A-20C中的電源開關(guān)21的激活相對于其它電源開關(guān)部件可以并行進行(但在給定部件內(nèi)為依次進行)。在另一實施例中，電源控制單元24可以依次激活電源開關(guān)部件20A-20C中的電源開關(guān)21。例如，電源控制單元24可以首先將使能信號提供給電源開關(guān)部件20A，然后提供該給電源開關(guān)部件20B等。其它實施例也是有可能并被考慮的，其中，每個電源開關(guān)21被合并到單個電源開關(guān)部件20中，并具有串聯(lián)耦接延遲元件23的單個延遲鏈。圖4A是電源門控功能塊14的另一實施例的框圖。在該特定實施例中，每個延遲元件23相對于提供的延遲量進行自調(diào)整。因此，本實施例中的電源控制單元24不被配置為斷言延遲控制信號，延遲單元23也不被耦接來接收延遲控制信號。在圖4B、4C、和4D中示出了延遲元件23的示范性實施例。在圖4B所示的實施例中，每個延遲元件23直接稱接到虛擬VDD節(jié)點。更特別地，圖4B的每個延遲元件23包括兩個NMOS晶體管，NMOS晶體管具有直接耦接來接收虛擬VDD節(jié)點上的電壓的柵極端子。這些NMOS晶體管中的第一 NMOS晶體管是與延遲元件23的輸入對應(yīng)的上拉路徑中的選通門(passgate)電路的一部分。第二 NMOS晶體管是與延遲元件23的輸出節(jié)點相關(guān)聯(lián)的下拉路徑中的選通門的一部分。相應(yīng)選通門中的其它晶體管具有被硬連線來使得它們總是有效的柵極端子。本實施例中具有到虛擬VDD的柵極端子的NMOS晶體管可以對于上電過程的至少一部分而操作在它們各自的線性區(qū)。隨著虛擬VDD節(jié)點上的電壓增加，通過這些NMOS晶體管的電流可以相應(yīng)地增加。結(jié)果，通過與輸入相關(guān)聯(lián)的上拉路徑和與輸出相關(guān)聯(lián)的下拉路徑的開關(guān)延遲相應(yīng)地減小。隨著通過每個延遲元件23的延遲減小，使能信號通過延遲鏈傳遞的速度增加，從而增加開關(guān)21被激活的速率。在圖4A的實施例中，延遲元件23 (可以是如圖4B所示的那些)被配置為隨著虛擬VDD節(jié)點上的電壓變化而不斷改變它們各自的延遲。然而，延遲元件23的實施例也是有可能并被考慮的，其中每個延遲元件被配置為提供至少一個固定延遲(例如，當(dāng)虛擬VDD上的電壓小于閾值電壓時的固定值)，比如在圖4C中。具有經(jīng)由從外部接收的控制信號控制的延遲的延遲元件23的實施例(比如圖4D中的那些)也是有可能并被考慮的。通常，延遲元件23的各種實施例是有可能并被考慮的。此外，要注意的是，利用多種類型的延遲元件23的電源門控塊的實施例是有可能并被考慮的。如同圖3所示的電源門控塊的實施例那樣，圖4A的實施例中的電源開關(guān)21和延遲元件23被布置在不同的電源開關(guān)部件20A-20C中。這樣，取決于特定實施方式，電源控制單元24可以單獨并依次地、并行地、或者以多個部件被并發(fā)但不一定并行地激活的方式，來向這些部件中的每一個斷言使能信號。此外，電源開關(guān)21和延遲元件23可以通過單個延遲鏈合并到單個部件中。電源開關(guān)激活的速率被加速的電源門控塊14的另一實施例如圖5所示。圖5所示的實施例可以包括電源控制單元24，雖然為說明起見此處未示出電源控制單元24。類似地，每個電源開關(guān)部件20A-20I的細節(jié)在此處未示出。然而，這些電源開關(guān)部件可以與前面討論的實施例的電源開關(guān)部件相類似地配置。此外，每個電源開關(guān)部件20A-20I可以被統(tǒng)一構(gòu)建。要進一步注意的是，圖5所示的電源門控塊14的不利用來自電源控制單元24的控制信息的硬連線實施例也是有可能并被考慮的。在該特定實施例中，電源開關(guān)的激活通過向電源開關(guān)部件20D斷言使能信號而開始于(I)。最初，使能信號通過電源開關(guān)部件20D、通過部件20E、再通過部件20F依次傳遞。假設(shè)每個電源部件中的延遲無件23的延遲具有相對恒定的延遲，當(dāng)使能信號通過電源開關(guān)部件20D-20F傳遞時，電源開關(guān)被激活的總速率類似地是恒定的。在(2)處，使能信號被提供給電源開關(guān)部件20C和20G兩者。在該點處，使能信號通過相互并行的兩個單獨的延遲鏈有效傳遞。這反過來使得電源開關(guān)激活的速率相對于使能信號僅通過單個的電源開關(guān)部件傳遞的先前點而言加倍。在可以同時或相互時間緊密地發(fā)生的(3)和⑷處，，電源開關(guān)激活的速率可以再一次加倍。在(3)處，使能信號被傳遞到并行的電源開關(guān)部件20A和20B中。類似地，在(4)處，使能信號被傳遞到并行的電源開關(guān)部件20H和201中。因此，在該點處，使能信號并行地通過四個不同的電源開關(guān)部件傳遞。因此，電源開關(guān)的激括速率是其初始速率的四倍。使能信號通過電源部件傳遞的實際方式可以在不同的實施例之間改變。例如，使能信號的路徑可以如圖5的實施例中所示的那樣連接。在另一實施例中，電源控制單元24可以選擇性地選擇哪個電源開關(guān)部件在給定時間接收使能信號。在一個可考慮的實施例中，檢測虛擬VDD節(jié)點上的電壓的技術(shù)可以與圖5所示的技術(shù)結(jié)合。因此，電源控制單元24可以使能電源開關(guān)部件的單個實例，直到虛擬VDD節(jié)點上的電壓達到閾值。多個部件可以在之后被同時使能以增加電源開關(guān)被激活的速率。圖6是圖示在上電過程期間增加電源開關(guān)被激活的速率的方法的流程圖。方法600開始于電源門控功能塊接收使能信號(框605)。在一些實施例中，可以從芯片級電源管理單元接收使能信號。電源門控功能塊可以包括它自身內(nèi)部的電源控制單元，其可以用于提供其中電源開關(guān)激活的本地控制。在接收到使能信號之后，功能塊內(nèi)的電源開關(guān)激活可以開始(框610)。電源開關(guān)的激活可以在給定的電源開關(guān)部件內(nèi)依次發(fā)生，如上參照圖3-5所述。電源開關(guān)的激活可以最初以第一速率發(fā)生。在所示的實施例中的電源開關(guān)的激活期間，虛擬VDD節(jié)點上的電壓與閾值電壓比校(框615)。如果虛擬電壓節(jié)點上的電壓低于閾值電壓(框615，否)，則電源開關(guān)的激活以第一速率繼續(xù)(框610)。如果虛擬電壓節(jié)點上的電壓高于或等于閾值電壓(框615，是)，則電源開關(guān)被激活的速率增加到大于第一速率的第二速率(框620)。只要還有電源開關(guān)處于未激活，電源開關(guān)的激活就可以以第二速率繼續(xù)。如果所有電源開關(guān)未被激活(框625，否)，則電源開關(guān)激活繼續(xù)(框630)。如果所有電源開關(guān)已被激活(框625，是)，則此方法結(jié)束。要注意的是，來自虛擬VDD節(jié)點的電壓和閾值電壓的比較可以不被包括在所有實施例中。例如，由圖4或圖5所示的實施例所實施的電源開關(guān)加速方案可以在不將虛擬VDD節(jié)點電壓和閾值電壓相比較的情況下實施。此外，雖然此處所示的方法600的實施例涉及電源開關(guān)激活的第一速率和第二速率，但是要注意的是，使用不同速率的實施例是有可能并被考慮的。而且，以連續(xù)方式增加電源開關(guān)激活的速率的方法實施例是有可能并被考慮的。用于功能塊喚醒的多路徑電源開關(guān)方案圖7-9示出了在上電過程/喚醒期間電源開關(guān)的激活通過路徑被細分的電源門控塊的多個實施例。更特別地，將在圖7-9示出的每個實施例中，在不同的時間向不同的電源開關(guān)部件提供相應(yīng)的使能信號以在功能塊的上電期間控制di/dt。在一些情況下，一個部件中的電源開關(guān)的激活可能與其它部件中的電源開關(guān)的激活重疊。在其它情況下，一個部件中的電源開關(guān)的激活和另一部件中的電源開關(guān)的激活之間沒有重疊。重疊可以取決于在其上實施電源開關(guān)部件的集成電路中的PVT變化。在最快的情況(即，由于PVT變化導(dǎo)致的最快開關(guān)時間)下，重疊不太可能發(fā)生。在較慢的情況(即，由于PVT變化導(dǎo)致的較慢開關(guān)時間)下，重疊更可能發(fā)生。在任一情況下，di/dt可以被保持到指定的限制內(nèi)。在最快的情況下，因為可能沒有重疊，所以一次只有一個電源開關(guān)部件被上電。因此，di/dt被限制為從僅在單個部件中激活電源開關(guān)而得到的di/dt。在較慢的情況下，雖然可能出現(xiàn)一些重疊，但是每個部件中的電源開關(guān)可以以較低的速率被激活。因此，由于電源開關(guān)以較低的速率被激活，所以di/dt可以被保持在指定的限制內(nèi)?，F(xiàn)在參見圖7，示示了利用多路徑電源開關(guān)方案的電源門控塊的一個實施例。在所示的實施例中，電源門控功能塊14包括兩個電源開關(guān)部件，20A和20B。每個電源開關(guān)部件以與上述實施例相同的方式被大致構(gòu)建，每個電源開關(guān)部件包括延遲鏈和多個電源開關(guān)。每個延遲鏈包括多個串聯(lián)耦接的延遲元件23。串聯(lián)耦接的延遲元件23中的每一個的輸出耦接到相應(yīng)的電源開關(guān)21，每個電源開關(guān)在本實施例中被實現(xiàn)為PMOS晶體管。隨著相應(yīng)的使能信號通過延遲鏈的延遲元件23傳遞，電源開關(guān)21被依次激活。在圖7所示的實施例中，電源開關(guān)部件20A被耦接來接收第一使能信號，使能O (Enable O)。當(dāng)?shù)谝皇鼓苄盘柋浑娫撮_關(guān)部件20A接收時，第一使能信號通過相應(yīng)延遲鏈的延遲元件23傳遞。隨著第一使能信號通過電源開關(guān)部件20A的延遲鏈傳遞，相應(yīng)的電源開關(guān)21被依次激活。電源門控塊20還包括被耦接來接收第一使能信號的定時器25。更具體地，可以在定時器25的開始輸入上接收第一使能信號。響應(yīng)于接收到第一使能信號，定時器25可以開始工作。所示實施例中的定時器25與在所示的時鐘輸入處接收的時鐘信號相同步。在一個實施例中，定時器25可以被實施為計數(shù)器，并且由此可以對時鐘信號的周期數(shù)進行計數(shù)以確定從第一使能信號的斷言起所經(jīng)過的時間量。時鐘頻率以及由此的周期可以獨立于PVT變化，從而預(yù)定的時間對于快的情況和慢的情況可以保持相同，當(dāng)定時器25確定預(yù)定的時間已過去時，第二使能信號(使能l(Enable I))被斷言。響應(yīng)于其斷言，第二使能信號通過電源開關(guān)部件20B中串聯(lián)耦接的延遲元件23被傳遞，響應(yīng)于第二使能信號的傳遞，第二電源開關(guān)部件的電源開關(guān)21被依次激活。依賴于PVT變化，第二使能信號的斷言可以發(fā)生或者可以不發(fā)生直到電源開關(guān)部件21的每個電源開關(guān)21已被激活之后。該依賴性基于在其之前定時器25斷言第二使能信號的預(yù)定時間的大小、以及情況是快的情況還是慢的情況。從第一使能信號的斷言到第二使能信號的斷言的預(yù)定時間可以被編程到定時器25中，或者可以是硬連線的。在任一情況下，預(yù)定時間可以被設(shè)置為使得在最快的情況下，第二使能信號直到電源開關(guān)部件20A的所有電源開關(guān)21被激活之后才被斷言。對于較慢的情況中的至少一些，定時器25的預(yù)定時間可以被設(shè)置為使得第二使能信號可以在電源開關(guān)部件20A的所有電源開關(guān)21被激活之前被斷言。在任一情況下，定時器25的預(yù)定時間可以根據(jù)其中實施有電源門控塊14的集成電路的di/dt具體要求來設(shè)置。圖8圖示了利用多路徑電源開關(guān)方案的電源門控塊14的另一實施例。更具體地，圖8所示的實施例將圖7的實施例擴展到多于兩個的電源開關(guān)部件。在該例子中，三個電源開關(guān)部件20A-20C被示出，盡管可以包括額外的實例。此外，圖8所示的電源門控塊14的實施例包括定時器25A和25B。大體上，圖8所示的電源門控塊14的實施例包括N個電源開關(guān)部件(其中N為整數(shù))和N-1個定時器。每個定時器可以運行基于所接收的時鐘信號的多個周期的預(yù)定時間。在一些實施例中，預(yù)定時間可以彼此不同(例如，對于如下實施例，其中延遲元件和電源開關(guān)的數(shù)量從一個電源開關(guān)部件到下一個電源開關(guān)部件不是一致的)。然而，在圖8所示的實施例中，假設(shè)電源開關(guān)部件一致并且預(yù)定時間對于每個定時器相同。圖8所示的實施例的操作也可以是圖7所示的實施例的操作的擴展。當(dāng)?shù)谝皇鼓苄盘柋唤邮諘r，電源開關(guān)部件20A的電源開關(guān)21的依次激活與定時器25A的操作一起開始。當(dāng)定時器25A的預(yù)定時間已經(jīng)過時，第二使能信號被斷言。第二使能信號的斷言啟動電源開關(guān)部件20B中的電源開關(guān)21的依次激活，并且還啟動定時器25B的操作。當(dāng)定時器25B的預(yù)定時間已經(jīng)過時，第三使能信號(“使能2(Enable 2)”)被斷言，從而啟動電源開關(guān)部件20C中的電源開關(guān)21的依次激活。如果包括額外的電源開關(guān)部件和定時器，那么第三使能信號的斷言也可導(dǎo)致下一定時器的啟動。該序列可以繼續(xù)直到使能信號被提供給了每個電源開關(guān)部件并且包括在其中的所有電源開關(guān)已被激活。如同圖7所示的實施例那樣，在一個部件中的電源開關(guān)21的激活和下一部件的電源開關(guān)21的激活中可能存在一些重疊。該重疊可以由每個定時器被設(shè)置為的預(yù)定時間以及可以確定快和慢的情況的PVT變化來確定。定時器的預(yù)定時間可以被設(shè)置為使得在最快的情況下不允許重疊，而在較慢的情況下可以允許一些重疊。圖9圖示了可以與圖8的實施例相類似地操作的另一實施例。然而，作為使用多個定時器的替代，定時功能被合并到被配置為輸出多個使能信號的單個定時器25中。在所示的實施例中，響應(yīng)于第一使能信號的斷言來啟動定時器25的操作。也響應(yīng)于第一使能信號的斷言來啟動電源開關(guān)部件20A中的電源開關(guān)21的依次激活。預(yù)定時間經(jīng)過之后，定時器25可以斷言第二使能信號。響應(yīng)于第二使能信號的斷言，啟動電源開關(guān)部件20B的電源開關(guān)21的依次激活。此外，定時器25接著可以開始跟蹤從第二使能信號的斷言起的時間。當(dāng)從第二使能信號的斷言起已經(jīng)過預(yù)定時間時，定時器25可以斷言第三使能信號并啟動電源開關(guān)部件20C的電源開關(guān)21的依次激活。該過程可以繼續(xù)直到N個使能信號中的每一個已被斷言。如同兩個之前的利用多路徑電源開關(guān)方案的實施例那樣，在較慢的情況下可能發(fā)生一些重疊。然而，在最快的情況下，預(yù)設(shè)時間值可以被設(shè)置為在一個電源開關(guān)部件和另一個電源開關(guān)部件的激活之間不發(fā)生重疊?，F(xiàn)在參見圖10，示出了圖示多路徑電源開關(guān)方案的一個實施例的流程圖。圖10的方法700針對在其中僅包括兩個電源開關(guān)部件的實施例。然而，該方法可以被擴展到具有多于兩個的電源開關(guān)部件的實施例，如同圖8和圖9所示的功能塊被舉例示出那樣。方法700開始于向電源門控功能塊提供被斷言的使能信號(塊705)。響應(yīng)于給功能塊的第一使能信號的斷言，啟動第一組電源開關(guān)的依次激活(塊710)。除了第一組電源開關(guān)的依次激活之外，還響應(yīng)于第一使能信號的斷言來啟動定時器的操作。如果定時器時間段還沒有經(jīng)過(塊715，否)，那么第一組開關(guān)的激活可以繼續(xù)直到該組的所有開關(guān)被激活。取決于時間段本身和PVT變化，這可以在或者可以不在定時器時間段的經(jīng)過之前發(fā)生。一旦定時器時間段經(jīng)過(塊715，是)，第二使能信號就可以被斷言并被提供給第二組開關(guān)(框725)。響應(yīng)于第二使能信號的斷言，第二組開關(guān)可以被依次激活。多塊上電方案以上參考圖7-10討論的多路徑電源開關(guān)方案涉及對單個電源門控功能塊中的多個電源開關(guān)部件上電。圖11-13涉及類似方案，所述方案被延伸到依次對多個電源門控功能塊上電。功能塊的上電可以由電源管理器協(xié)調(diào)，電源管理器可以強加禁入(ke印-out)時間(即，不允許重疊的時間)以將操作保存在指定的di/dt限制內(nèi)?，F(xiàn)在參見圖11，示出了圖示具有多個電源門控塊的集成電路的示例性實施例的框圖。在所示的實施例中，集成電路30包括四個電源門控功能塊:處理器核31A、處理器核31B、總線接口單元33和圖形單元35。每個電源門控功能塊可以包括一個或者多個電源開關(guān)部件。電源門控功能塊中的給定一個的電源開關(guān)部件可以根據(jù)上文討論的任一實施例來布置。未在此顯式公開的根據(jù)實施例布置的電源開關(guān)部件也是有可能并被考慮的。此外，電源開關(guān)部件的布置對于所有功能塊不需要相同。當(dāng)這樣的實施例有可能時，其中電源開關(guān)部件的布置對于至少一個功能塊而言相對于其他功能塊不同的實施例也是有可能并被考慮的。集成電路30還包括電源管理單元18，電源管理單元18被配置為協(xié)調(diào)各電源門控功能塊的上電或者掉電。在所示的實施例中，電源管理器18包括定時器25和仲裁單元27。定時器25可用于對禁入時間段進行計時。禁入時間段可以被定義為如下預(yù)定時間，其中當(dāng)對于一個功能塊啟動電源開關(guān)激活時，不允許對于額外的功能塊的電源開關(guān)激活。電源管理器18可以通過禁止用于要被上電的額外功能塊的使能信號來強加禁入時間段。例如，如果處理器核31A和31B與總線接口單元33 —起都要被上電，那么電源管理器18可以首先斷言用于處理器核31A的使能信號(“使能O (Enable O)”)。當(dāng)上電過程對于處理器核31A開始時，電源管理器18可以在第一預(yù)定時間內(nèi)禁止其余的用于處理器核31B和總線接口單元33的使能信號(分別為“使能I (Enable I) ”和“使能3 (Enable3) ”)。在預(yù)定時間經(jīng)過之后，處理器核31B的使能信號可以被斷言，而不管處理器核31A是否完成了其上電過程。然而，用于總線接口單元33的使能信號可以在用于處理器核31B的使能信號的斷言之后的第二預(yù)定時間(其可以但不一定與第一預(yù)定時間不同)內(nèi)保持被禁止。在第二預(yù)定時間經(jīng)過之后，電源管理器18可以斷言用于總線接口單元33的使能信號，而不管處理器核31B是否完成了其上電過程。要注意的是，禁入時間段的預(yù)定時間對于各個功能塊可以是不同的。例如，處理器核31A可以具有比總線接口單元33更長的禁入時間段。通常，禁入時間段的長度可以至少部分基于塊中的電路數(shù)量和工作時塊消耗的電流量來確定。具有較多電路和/或較高電流消耗量的電源門控功能塊可以具有比具有較少電路數(shù)量和/或較少電流消耗的電源門控功能塊更長的禁入時間段。電源管理器18可以被配置為處理集成電路30的每個電源門控功能塊的上電請求。在該例子中，四條請求線ReqO、Reql、Req2和Req3被示出為從外部源提供給電源管理器18。這些請求中的每一個對應(yīng)于特定的功能塊和相應(yīng)的使能信號(例如，ReqO對應(yīng)于使能O和處理器核31A，等等)。除了能夠接收來自外部源的上電請求，請求也可以在集成電路30內(nèi)部生成。例如，總線接口單元33當(dāng)激活時可以響應(yīng)于接收到來自外部源的總線流量來生成用于上電處理器核31A和31B中的一者或兩者的請求。如果同時(例如，在同一時鐘周期內(nèi))或者彼此靠近地接收到多個請求，那么仲裁單元27可以執(zhí)行仲裁例程來確定這些請求將被處理的順序。任何合適的仲裁方案(例如循環(huán)輪流方案)可以用于執(zhí)行仲裁。在仲裁例程完成時，電源管理器18可以以所確定的順序來斷言相應(yīng)的使能信號，同時在功能塊被上電時強加每個功能塊的禁入時間段。圖12A和12B圖形化地圖示了禁入時間段的使用和在慢和快的條件下對功能塊進行上電的效果。在圖12A的例子中，三個上電請求被同時接收和仲裁。仲裁的結(jié)果確定了處理器核31A將被首先上電，接下來是處理器核31B，最后是圖形單元35。通過斷言相應(yīng)的使能信號并激活其中的電源開關(guān)，首先向處理器核31A施加功率。在上電過程的第一部分期間，在與定時器值對應(yīng)的時間段內(nèi)強加重疊禁入時間段。此時，沒有其他的電源門控功能塊可以開始上電。電源管理器18可以通過禁止與處理器核31B和圖形單元35對應(yīng)的使能信號(即，阻止其斷言)來強加禁入時間段。在禁入時間段經(jīng)過之后，可以允許兩個功能單元的上電之間的重疊。當(dāng)處理器核31A的禁入時間段經(jīng)過時，電源管理器18可以斷言用于處理器核31B的使能信號。在處理器核31B的禁入時間段期間，對應(yīng)于圖形單元35的使能信號可以保持被禁止。當(dāng)處理器核31B的禁入時間段過期時，用于圖形單元35的使能信號可以被斷言。盡管沒有其他的電源門控功能塊被示出為在圖形單元35之后被上電，但是，如果電源管理器18接收到了額外的啟動請求，那么禁入時間段仍然可以被強加。盡管可以允許重疊，但是它并不會在所有情況下發(fā)生。如上所述，PVT變化可以導(dǎo)致快和慢的情況。圖12B圖形化地圖示了兩個功能塊的在快和慢的情況之間的差異。在快的情況下，總電流峰值大于慢的情況下的總電流峰值。此外，表示di/dt的斜率對于快的情況比慢的情況更大。由于在快的情況期間更快地達到電流峰值，所以電源門控功能塊被更快地上電。因此，在這里所示的快的情況下，在兩個功能塊的上電之間不存在重疊，從而上電過程可以在總電流和di/dt的指定限制內(nèi)執(zhí)行。在慢的情況下，電流峰值和di/dt斜率比快的情況小。從而，當(dāng)在慢的情況期間可能發(fā)生明顯的重疊時，較小的電流峰值和較小的di/dt斜率可以很好地保持在指定限制內(nèi)。要注意的是，圖12B的圖形圖示雖然應(yīng)用于電源門控功能塊的上電，但是也可以應(yīng)用于功能塊內(nèi)的電源開關(guān)部件中的電源開關(guān)的激活。圖13是用于上電多個功能塊的方法的一個實施例的流程圖。在所示的實施例中，方法800開始于接收到多個上電請求(塊805)，并且對這些請求進行仲裁以確定相應(yīng)功能塊將被上電的順序(框810)。要注意的是，在一些情況下，僅接性單個請求，從而不需要仲裁。在仲裁完成時，電源管理器可以將使能信號提供給將被上電的第一功能塊，同時強加禁入時間段(框815)。禁入時間段可以通過禁止從其接收到了請求的其它電源門控功能塊的使能信號而被強加。禁入時間段可以繼續(xù)被強加，只要其對應(yīng)的時間段還沒有經(jīng)過(框820，否)。當(dāng)禁入時間段經(jīng)過時(框820，是)，可以將被斷言的使能信號提供給將被上電的下一個功能塊(框825)。響應(yīng)于接收到使能信號，下一個功能塊可以開始其上電過程。如果還有要被滿足的額外的上電請求(框830，是)，那么在與當(dāng)前被上電的功能塊對應(yīng)的禁入時間段期間，阻止額外的功能塊接收使能信號(框835)。要注意的是，在一些情況下，當(dāng)前和先前被使能的塊的上電過程之間的重疊是有可能的，如上所述。一旦禁入時間段經(jīng)過，將被上電的功能塊可以從電源管理器接收被斷言的使能信號。如果沒有額外的功能塊將被上電(框830，否)，那么方法800完成。示例件系統(tǒng):下面參照圖14，示出了系統(tǒng)150的一個實施例的框圖。在所示的實施例中，系統(tǒng)150包括與一個或多個外設(shè)154以及外部存儲器158耦接的集成電路10(例如，來自圖1)的至少一個實例。在一些實施例中，除了集成電路10之外或者作為集成電路10的替代，還可以包括與圖11的集成電路30類似的集成電路。還提供有電源156，電源156向集成電路10提供電源電壓，以及向存儲器158和/或外設(shè)154提供一個或多個電源電壓。在一些實施例中，可以包括集成電路10的多于一個的實例(以及可以包括多于一個的外部存儲器158)。取決于系統(tǒng)150的類型，外設(shè)154可以包括任意希望的電路。例如，在一個實施例中，系統(tǒng)150可以是移動設(shè)備(例如，個人數(shù)字助理(PDA)，智能電話等)，外設(shè)154可以包含用于多種類型的無線通信(例如，wif1、藍牙、手機、全球定位系統(tǒng)等)的設(shè)備。外設(shè)154還可以包括額外的存儲，包括RAM存儲、固態(tài)存儲或者盤存儲。外設(shè)154可以包括諸如包含顯示屏或多觸摸顯示屏的顯示屏、鍵盤或者其他輸入設(shè)備、麥克風(fēng)、揚聲器等的用戶接口設(shè)備。在其他實施例中，系統(tǒng)150可以是任意類型的計算系統(tǒng)(例如，臺式個人計算機、膝上型計算機、工作站、網(wǎng)格終端機等)。外部存儲器158可包括任何類型的存儲器。例如，外部存儲器158可以是SRAM、動態(tài) RAM(DRAM)(例如同步 DRAM(SDRAM))、雙倍速率(DDR、DDR2、DDR3、LPDDRl、LPDDR2 等)SDRAM, RAMBUS DRAM等。外部存儲器158可包括安裝有存儲器設(shè)備的一個或多個存儲器模塊，例如單列直插存儲器模塊(SIMM)、雙列直插存儲器模塊(DIMM)等。存儲器158在一些實施例中可以等效于圖1所示的存儲器5，從而可以經(jīng)由多個接口電路100耦接到集成電路10。根據(jù)一個實施例，一種集成電路包括:電源門控電路塊；多個電源開關(guān)，所述多個電源開關(guān)耦接在電源門控電路塊的全局電壓節(jié)點和虛擬電壓節(jié)點之間，其中所述多個電源開關(guān)被配置為響應(yīng)于接收到使能信號而被依次激活，以及其中所述多個電源開關(guān)被配置為首先以第一速率被激活，并且還被配置為在虛擬電壓節(jié)點上的電壓增大的同時以第二速率的最小值被激活。根據(jù)一個實施例，第二速率大于第一速率。根據(jù)一個實施例，集成電路還包括具有串聯(lián)耦接的多個延遲元件的延遲鏈，其中串聯(lián)耦接的延遲元件中的每一個的輸出被耦接到電源開關(guān)中的相應(yīng)一個，其中所述延遲鏈被配置為接收使能信號并通過所述延遲鏈傳遞使能信號。根據(jù)一個實施例，所述多個延遲元件中的一個或多個被配置為響應(yīng)于所述虛擬電壓節(jié)點上的電壓高于或等于閾值電壓，減小提供給使能信號的延遲量。根據(jù)一個實施例，所述多個延遲元件中的一個或多個被配置為響應(yīng)于虛擬電壓節(jié)點上的電壓的連續(xù)增大，連續(xù)減小提供給使能信號的延遲量。根據(jù)一個實施例，集成電路還包括電壓檢測電路，所述電壓檢測電路被耦接到所述虛擬電壓節(jié)點，其中所述電壓檢測電路被配置為向所述多個延遲元件中的一個或多個提供所述虛擬電壓節(jié)點上的電壓高于或等于閾值電壓的指示。根據(jù)一個實施例，所述多個電源開關(guān)中的每一個被耦接到延遲元件的輸出，以及其中功能單元被配置為使得并發(fā)驅(qū)動的延遲元件的數(shù)量在所述虛擬電壓節(jié)點上的電壓增大的同時增大。根據(jù)一個實施例，集成電路還包括被配置為斷言使能信號的電源控制單元。根據(jù)一個實施例，所述多個電源開關(guān)包括兩個或者更多個延遲鏈，每個延遲鏈具有各自的串聯(lián)耦接的多個延遲元件，其中兩個或更多個延遲鏈被并行布置，其中串聯(lián)耦接的延遲元件中的每一個的輸出被耦接到電源開關(guān)中的相應(yīng)一個，其中所述電源控制單元被配置為在啟動上電序列時將使能信號提供給延遲鏈中的第一延遲鏈，并且還被配置為響應(yīng)于所述虛擬電壓節(jié)點上的電壓達到閾值電壓來將使能信號提供給延遲鏈中的第二延遲鏈。根據(jù)一個實施例，一種電源門控電路塊包括:全局電壓節(jié)點；虛擬電壓節(jié)點；以及多個電源開關(guān)，所述多個電源開關(guān)耦接在所述全局電壓節(jié)點和所述虛擬電壓節(jié)點之間，其中所述多個電源開關(guān)被配置為響應(yīng)于接收到使能信號而被依次激活，以及其中所述多個電源開關(guān)被配置為首先以第一速率被激活，并且還被配置為在所述虛擬電壓節(jié)點上的電壓增大的同時以第二速率的最小值被激活。根據(jù)一個實施例，電源門控電路塊還包括具有串聯(lián)耦接的多個延遲元件的延遲鏈，其中串聯(lián)耦接的延遲元件中的每一個的輸出被耦接到電源開關(guān)中的相應(yīng)一個，其中所述延遲鏈被配置為接收使能信號并通過所述延遲鏈傳遞使能信號。根據(jù)一個實施例，電源門控電路塊還包括電壓檢測電路，所述電壓檢測電路被耦接到所述虛擬電壓節(jié)點，其中所述電壓檢測電路被配置為向所述多個延遲元件中的一個或多個提供所述虛擬電壓節(jié)點上的電壓高于或等于閾值電壓的指示。根據(jù)一個實施例，電源門控電路塊還包括被配置為斷言使能信號的電源控制單
J Li ο對與本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，一旦完全理解上述公開內(nèi)容，大量的變型和修改將變得明顯。以下的權(quán)利要求試圖被解釋為包含所有這樣的變型和修改。
權(quán)利要求
1.一種電源門控電路塊,包括: 全局電壓節(jié)點； 虛擬電壓節(jié)點；以及 多個電源開關(guān)，所述多個電源開關(guān)耦接在所述全局電壓節(jié)點和所述虛擬電壓節(jié)點之間，其中所述多個電源開關(guān)被配置為響應(yīng)于接收到使能信號而被依次激活，以及其中所述多個電源開關(guān)被配置為首先以第一速率被激活，并且還被配置為在所述虛擬電壓節(jié)點上的電壓增大的同時以第二速率的最小值被激活。
2.按權(quán)利要求1所 述的電源門控電路塊，其中第二速率大于第一速率。
3.按權(quán)利要求1所述的電源門控電路塊，還包括具有串聯(lián)耦接的多個延遲元件的延遲鏈，其中串聯(lián)耦接的延遲元件中的每一個的輸出被耦接到電源開關(guān)中的相應(yīng)一個，其中所述延遲鏈被配置為接收使能信號并通過所述延遲鏈傳遞使能信號。
4.按權(quán)利要求3所述的電源門控電路塊，其中所述多個延遲元件中的一個或多個被配置為響應(yīng)于所述虛擬電壓節(jié)點上的電壓高于或等于閾值電壓，減小提供給使能信號的延遲量。
5.按權(quán)利要求3所述的電源門控電路塊，其中所述多個延遲元件中的一個或多個被配置為響應(yīng)于所述虛擬電壓節(jié)點上的電壓的連續(xù)增大，連續(xù)減小提供給使能信號的延遲量。
6.按權(quán)利要求3所述的電源門控電路塊，還包括電壓檢測電路，所述電壓檢測電路被耦接到所述虛擬電壓節(jié)點，其中所述電壓檢測電路被配置為向所述多個延遲元件中的一個或多個提供所述虛擬電壓節(jié)點上的電壓高于或等于閾值電壓的指示。
7.按權(quán)利要求1所述的電源門控電路塊，其中所述多個電源開關(guān)中的每一個被耦接到延遲元件的輸出，以及其中所述電源門控電路塊被配置為使得并發(fā)驅(qū)動的延遲元件的數(shù)量在所述虛擬電壓節(jié)點上的電壓增大的同時增大。
8.按權(quán)利要求1所述的電源門控電路塊，還包括被配置為斷言使能信號的電源控制單J Li ο
9.按權(quán)利要求8所述的電源門控電路塊，其中所述多個電源開關(guān)包括兩個或者更多個延遲鏈，每個延遲鏈具有各自的串聯(lián)耦接的多個延遲元件，其中兩個或更多個延遲鏈被并行布置，其中串聯(lián)耦接的延遲元件中的每一個的輸出被耦接到電源開關(guān)中的相應(yīng)一個，其中所述電源控制單元被配置為在啟動上電過程時將使能信號提供給延遲鏈中的第一延遲鏈，并且還被配置為響應(yīng)于所述虛擬電壓節(jié)點上的電壓達到閾值電壓來將使能信號提供給延遲鏈中的第二延遲鏈。
10.一種方法，包括: 以第一速率依次激活耦接在集成電路中的電源門控電路塊的全局電壓節(jié)點和虛擬電壓節(jié)點之間的多個電源開關(guān)的第一子集； 響應(yīng)于所述虛擬電壓節(jié)點上的電壓幅值的增加，以大于第一速率的第二速率依次激活所述多個電源開關(guān)的第二子集。
11.按權(quán)利要求10所述的方法，其中所述多個電源開關(guān)中的每一個被耦接到串聯(lián)耦接的多個延遲元件中的相應(yīng)一個的輸出，以及其中所述方法還包括: 向串聯(lián)耦接的所述多個延遲元件中的第一延遲元件提供使能信號； 通過串聯(lián)耦接的所述多個延遲元件傳遞使能信號；以及響應(yīng)于每個延遲元件輸出使能信號，激活所述多個電源開關(guān)中的相應(yīng)一個。
12.按權(quán)利要求11所述的方法，還包括:響應(yīng)于確定所述虛擬電壓節(jié)點上的電壓高于閾值電壓，減小由串聯(lián)耦接的所述多個延遲元件中的至少一個子集中的每一個所提供的延遲量。
13.按權(quán)利要求11所述的方法，其中所述多個延遲元件中的每一個被耦接到所述虛擬電壓節(jié)點，以及其中所述多個延遲元件中的每一個被配置為響應(yīng)于所述虛擬電壓節(jié)點上的電壓的增大，減小其相應(yīng)的延遲量。
14.按權(quán)利要求11所述的方法，還包括:電壓檢測單元響應(yīng)于檢測到所述虛擬電壓節(jié)點上的電壓高于或等于閾值電壓，向所述多個延遲元件中的每一個提供指示。
15.按權(quán)利要求14所述的方法,還包括:響應(yīng)于所述電壓檢測單元提供所述指示,減小由所述多個延遲元件中的 每一個所提供的延遲量。
16.按權(quán)利要求11所述的方法，其中串聯(lián)耦接的所述多個延遲元件中的每一個被配置為響應(yīng)于所述虛擬電壓節(jié)點上的電壓幅值的連續(xù)增大，連續(xù)減小提供給使能信號的延遲量。
17.按權(quán)利要求10所述的方法，還包括:在所述虛擬電壓節(jié)點上的電壓增大的同時，并行激活所述多個電源開關(guān)中的兩個或更多個。
18.一種集成電路，包括: 電源門控功能單元，具有本地電壓供應(yīng)節(jié)點和與所述本地電壓供應(yīng)節(jié)點耦接的邏輯電路； 多個晶體管，所述多個晶體管耦接在所述本地電壓供應(yīng)節(jié)點和全局電壓供應(yīng)節(jié)點之間，其中所述多個晶體管被配置為當(dāng)激活時將本地電壓供應(yīng)節(jié)點電耦接到全局電壓供應(yīng)節(jié)占.串聯(lián)耦接的第一多個延遲元件，每個延遲元件具有各自的與所述多個晶體管中的相應(yīng)一個的柵極端子耦接的輸出，其中串聯(lián)耦接的所述第一多個延遲元件被配置為接收并傳遞使能信號，以及其中所述多個晶體管中的每一個被配置為響應(yīng)于在其各自的柵極端子上接收到使能信號而激活； 其中串聯(lián)耦接的所述第一多個延遲元件被配置為響應(yīng)于所述本地電壓供應(yīng)節(jié)點上的電壓小于閾值，以第一速率傳遞使能信號，并且還被配置為響應(yīng)于所述本地電壓供應(yīng)節(jié)點上的電壓大于或等于所述閾值，以大于第一速率的第二速率傳遞使能信號。
19.按權(quán)利要求18所述的集成電路，還包括電源控制單元，所述電源控制單元被配置為確定所述本地電壓供應(yīng)節(jié)點上的電壓是否大于或等于所述閾值，其中所述電源控制單元被配置為響應(yīng)于確定所述本地電壓供應(yīng)節(jié)點上的電壓大于或等于所述閾值來斷言指示，以及其中串聯(lián)耦接的所述第一多個延遲元件中的至少一個子集被配置為響應(yīng)于所述電源控制單元斷言所述指示來減小各自的延遲量。
20.按權(quán)利要求19所述的集成電路，其中所述電源控制單元被配置為響應(yīng)于確定所述本地電壓供應(yīng)節(jié)點上的電壓大于或等于所述閾值，激活串聯(lián)耦接的第二多個延遲元件，其中串聯(lián)耦接的所述第二多個延遲元件與串聯(lián)耦接的所述第一多個延遲元件并聯(lián)，其中所述串聯(lián)耦接的所述第二多個延遲元件中的每一個被耦接到所述多個晶體管中的相應(yīng)一個的柵極端子。
21.一種集成電路，包括:根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項所述的電源門控電路塊。
22.一種移動設(shè)備,包括:根據(jù)權(quán)利要求18-21中任一項 所述的集成電路。
全文摘要
公開了在喚醒期間的電源開關(guān)加速方案的方法和裝置。在一個實施例中，集成電路包括至少一個電源門控電路塊。電源門控電路塊包括虛擬電壓節(jié)點，當(dāng)激活時從虛擬電壓節(jié)點向該塊的電路提供電壓。電源開關(guān)耦接在虛擬電壓節(jié)點和相應(yīng)的全局電壓節(jié)點之間。當(dāng)電源門控電路塊上電時，電源開關(guān)被依次激活。電源開關(guān)被激活的速率隨著虛擬電壓節(jié)點上的電壓增大而增大。依次激活電源開關(guān)可以防止過量的電流流入到電源門控電路塊中。當(dāng)虛擬電壓節(jié)點上的電壓至少處于一定水平時激活電源開關(guān)的速率的增大可以允許更快的喚醒。
文檔編號H03K17/30GK103095261SQ20121051739
公開日2013年5月8日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月31日
發(fā)明者高柳俊成, 鈴木伸吾 申請人:蘋果公司