本申請要求申請日為2015年8月4日的美國臨時(shí)申請?zhí)枮?2/201,054的專利申請的優(yōu)先權(quán)。上述專利申請的全部內(nèi)容被合并引用到本申請中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明實(shí)施例涉及功率管理，更具體地，涉及一種功率管理方法及其系統(tǒng)，用于通過執(zhí)行功率控制操作來防止過流事件。

背景技術(shù)：

隨著先進(jìn)集成芯片制造技術(shù)的演進(jìn)，芯片上設(shè)置的元件的數(shù)量及電路復(fù)雜度也在增加，因此片上系統(tǒng)(System-on-Chip，SoC)方案是切實(shí)可行的。還逐漸地將供給SoC芯片的操作電壓降低到更低的級(jí)別，以實(shí)現(xiàn)更有競爭力的產(chǎn)品規(guī)格。當(dāng)需求功耗實(shí)質(zhì)上保持不變時(shí)，操作電壓的降低使得難以保證SoC芯片的輸出電壓的穩(wěn)定性，尤其是當(dāng)消耗(draw)大的操作電流時(shí)。芯片消耗的大操作電流所引起的輸出電壓的不穩(wěn)定性是一種過流事件(over current event)。本領(lǐng)域需要一種防止過流事件的系統(tǒng)性解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式公開了一種功率管理方法。該功率管理方法包含：生成相關(guān)功率值；向功率管理控制器通知相關(guān)功率值是否已超過閾值；以及當(dāng)相關(guān)功率值超過閾值時(shí)，通過功率管理控制器執(zhí)行功率控制操作，其中功率控制操作用于防止過流事件。

本發(fā)明的另一實(shí)現(xiàn)方式公開了一種功率管理系統(tǒng)。該功率管理系統(tǒng)包含：功能單元；功率計(jì)，耦接至功能單元，用于生成功能單元對應(yīng)的相關(guān)功率值；以及功率管理控制器，耦接至功率計(jì)，用于在被功率計(jì)通知時(shí)執(zhí)行功率控制操作，功率控制操作用于防止過流事件，其中當(dāng)相關(guān)功率值已超過閾值時(shí)，功率計(jì)通知功率管理控制器。

基于以上技術(shù)方案，在本發(fā)明實(shí)施例中，在相關(guān)功率值超過閾值時(shí)，功率管理控制器執(zhí)行功率控制操作，因而本發(fā)明實(shí)施例可以防止過流事件。

在閱讀下面的顯示在不同附圖中的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式的詳細(xì)描述后，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，本發(fā)明的這些和其它目的將變得顯而易見。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式的功率管理系統(tǒng)的示意圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式的功率計(jì)及功能單元的概要示意圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)現(xiàn)方式的功率計(jì)及功能單元的概要示意圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)現(xiàn)方式的功率計(jì)及功能單元的概要示意圖。

圖5是根據(jù)圖4及本發(fā)明一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式的生成前述轉(zhuǎn)換率的示意圖。

圖6是根據(jù)圖4及本發(fā)明另一實(shí)現(xiàn)方式的生成前述轉(zhuǎn)換率的另一動(dòng)態(tài)示意圖。

圖7是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)現(xiàn)方式的功率管理系統(tǒng)的示意圖。

圖8是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式的功率控制操作對應(yīng)的波形圖的示意圖。

圖9是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)現(xiàn)方式的功率控制操作對應(yīng)的波形圖的示意圖。

圖10是根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)現(xiàn)方式的功率控制操作對應(yīng)的波形圖的示意圖。

圖11是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式的功率管理方法的示意性流程圖。

具體實(shí)施方式

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式的功率管理系統(tǒng)100的示意圖。功率管理系統(tǒng)100可包括功能單元110、功率計(jì)120及功率管理控制器130。功率計(jì)120可耦接至功能單元110，用于生成功能單元110的操作對應(yīng)的相關(guān)功率值Pv。功率管理控制器130可耦接至功率計(jì)120，用于在被功率計(jì)120通知時(shí)，執(zhí)行功率控制操作以防止過流事件。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式，功率計(jì)120可通過發(fā)送通知信號(hào)S1，來通知功率管理控制器130。當(dāng)相關(guān)功率值Pv已超過閾值TH時(shí)，功率計(jì)120可通知功率管理控制器130。功率計(jì)120可包括比較器單元1220，用于檢查相關(guān)功率值Pv是否已超過閾值TH，以及生成前述通知信號(hào)S1。

圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式的功率計(jì)120及功能單元110的概要示意圖。在圖2中，功率計(jì)120可通過對功能單元110進(jìn)行采樣來得到相關(guān)功率值Pv。也就是說，可從功能單元110采樣及獲得相關(guān)功率值Pv。圖2中所示的相關(guān)功率值Pv可包括功能單元110消耗的操作電流所對應(yīng)的電流電平和/或電壓電平?？捎秒娮拥臄?shù)字功率計(jì)或設(shè)計(jì)用于采樣電流值和/或電壓值的檢測器，來采樣相關(guān)功率值Pv。

圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)現(xiàn)方式的功率計(jì)120及功能單元110的概要示意圖。在圖3中，功率指標(biāo)Pd可被采樣及收集至相關(guān)功率值生成器(power related value generator)1210以被后續(xù)處理，用以生成相關(guān)功率值Pv。例如，當(dāng)已采樣的功率指標(biāo)Pd是檢測到的電壓值時(shí)，相關(guān)功率值生成器1210可執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換操作、功耗計(jì)算操作及電平確定操作，以確定對應(yīng)的相關(guān)功率值Pv。在該過程中可使用一組查找表。接著，可將相關(guān)功率值Pv與閾值TH作比較。在圖2-3中，根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方式，相關(guān)功率值Pv可以為與功耗成正比的指標(biāo)，諸如(但不限于)電流電平、電壓電平、數(shù)據(jù)速率及激活周期參數(shù)(active duty parameter)。

圖4是根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)現(xiàn)方式的功率計(jì)120及功能單元110的概要示意圖。在圖4中，功率計(jì)120用于從功能單元110采樣多個(gè)功率指標(biāo)Pdi-Pdj，從該多個(gè)功率指標(biāo)Pdi-Pdj生成轉(zhuǎn)換率(slew rate)，來生成相關(guān)功率值Pv。在圖4中，功率指標(biāo)Pdi-Pdj可以為與功耗成正比的指標(biāo)，諸如根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方式的電流電平、電壓電平、數(shù)據(jù)速率及激活周期參數(shù)。相關(guān)功率值Pv可以為已生成的轉(zhuǎn)換率。在圖4中，相關(guān)功率值生成器1210a從已采樣的功率指標(biāo)Pdi-Pdj生成轉(zhuǎn)換率。功率指標(biāo)Pdi-Pdj可包括功能單元110消耗的操作電流所對應(yīng)的多個(gè)電流電平和/或多個(gè)電壓電平?？捎秒娮拥臄?shù)字功率計(jì)或設(shè)計(jì)用于采樣電流值和/或電壓值的檢測器，來對功率指標(biāo)Pdi-Pdj進(jìn)行采樣。本文中的轉(zhuǎn)換率可以為每個(gè)時(shí)間單位的變化率。例如，假設(shè)第一功率指標(biāo)被采樣為5.2伏特，第二功率指標(biāo)被采樣為5.8伏特，以及兩次采樣之間的時(shí)間間隔為500毫秒，那么轉(zhuǎn)換率為1.2伏特/秒。

在該例子中，已獲得的轉(zhuǎn)換率1.2伏特/秒可以作為相關(guān)功率值Pv，用以與閾值TH比較，或者被后續(xù)處理以生成相關(guān)功率值Pv。

如上所述，圖1-4中示出的功率計(jì)120可以為或者包括電流檢測器、電壓檢測器、帶寬檢測器、激活周期檢測器或功率指標(biāo)檢測器，用于對相應(yīng)于功能單元110的功耗狀態(tài)的至少一個(gè)功率指標(biāo)或相關(guān)功率值(例如，電流電平或電壓電平)進(jìn)行采樣。

圖5是根據(jù)圖4及本發(fā)明一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式的生成前述轉(zhuǎn)換率的示意圖。以功率指標(biāo)Pd0-Pd5為例(其中Pd0-Pd5可以為Pdi-Pdj中的一組)，功率指標(biāo)Pd0-Pd5可以由功率計(jì)120順序采樣。由于Pwr1-Pwr5中的每個(gè)功率值可以與功率指標(biāo)Pd0-Pd5中的每個(gè)成正比，可使用功率指標(biāo)Pd0-Pd5計(jì)算功率值Pwr1-Pwr5。相關(guān)功率值Pv1-Pv5中的每個(gè)可對應(yīng)于圖1-4中示出的相關(guān)功率值Pv。接著通過執(zhí)行轉(zhuǎn)換率計(jì)算，可以獲得相關(guān)功率值Pv1-Pv5。例如，相關(guān)功率值Pv1可對應(yīng)于功率值Pwr1及Pwr2的轉(zhuǎn)換率。每個(gè)功率指標(biāo)Pd可以為相關(guān)功率事件對應(yīng)的參數(shù)，相關(guān)功率事件諸如使用中的已采樣的數(shù)據(jù)速率或觀察到的帶寬。每個(gè)功率指標(biāo)Pd可以與實(shí)際的功耗正相關(guān)。根據(jù)功率指標(biāo)Pd及經(jīng)驗(yàn)值，可獲得功率指標(biāo)Pd對應(yīng)的功率值Pwr。每個(gè)相關(guān)功率值Pv可以與功率值Pwr的變化有關(guān)。例如，當(dāng)參數(shù)t1(如圖5所示)為預(yù)定時(shí)間間隔，相關(guān)功率值Pv1可以與Pwr0及Pwr1的變化正相關(guān)。相似地，可以使用功率值Pwr1及Pwr2計(jì)算相關(guān)功率值Pv2，可以使用功率值Pwr2及Pwr3計(jì)算相關(guān)功率值Pv3，等等。相關(guān)功率值Pv不限于由上述轉(zhuǎn)換率計(jì)算生成，在本發(fā)明其它實(shí)現(xiàn)方式中可使用查找表獲得相關(guān)功率值Pv。在圖5所示的例子中，相關(guān)功率值Pv1及Pv2沒有超過閾值TH，使得不需要將通知信號(hào)S1設(shè)為激活。然而，相關(guān)功率值Pv3已超過閾值TH(例如，相關(guān)功率值Pv3≥閾值TH)，使得出現(xiàn)過流事件的風(fēng)險(xiǎn)增大，將通知信號(hào)S1設(shè)為激活，用以通知功率管理控制器130執(zhí)行功率控制操作。在圖5中，以通知信號(hào)S1的激活狀態(tài)表示為高態(tài)脈沖(high state pulse)為例。圖5中執(zhí)行的操作可由圖4中的相關(guān)功率值生成器1210a執(zhí)行。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式，可以以預(yù)定頻率周期性地采樣功率指標(biāo)。例如，功率指標(biāo)Pd0-Pd5可以為每隔50毫秒從功能單元110采樣獲得的電壓電平。圖5中的時(shí)間間隔ts是用于描述采樣時(shí)間間隔。預(yù)定頻率可以為可編程的。當(dāng)將頻率編程為更高時(shí)，敏感度會(huì)增加。

在圖5中，每個(gè)相關(guān)功率值(例如，相關(guān)功率值Pv1-Pv5中的任一個(gè))對應(yīng)于使用兩個(gè)功率值(例如，功率值Pwr1-Pwr2)計(jì)算的轉(zhuǎn)換率。然而，如圖6所示，根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)現(xiàn)方式，可直接計(jì)算兩個(gè)已采樣的功率指標(biāo)的轉(zhuǎn)換率來獲得相關(guān)功率值，而不用先計(jì)算功率值。圖6是根據(jù)圖4及本發(fā)明另一實(shí)現(xiàn)方式的生成前述轉(zhuǎn)換率的另一動(dòng)態(tài)示意圖。在圖6中，相關(guān)功率值Pv1可以為從已采樣的功率指標(biāo)Pd0及Pd1計(jì)算而來的轉(zhuǎn)換率，相關(guān)功率值Pv2可以為從已采樣的功率指標(biāo)Pd1及Pd2計(jì)算而來的轉(zhuǎn)換率，等等。因?yàn)椴僮髟砼c圖5的例子相似，這里不再重復(fù)描述。圖6中執(zhí)行的操作可以由圖4中的相關(guān)功率值生成器1210a執(zhí)行。

圖7是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)現(xiàn)方式的功率管理系統(tǒng)700的示意圖。功率管理系統(tǒng)700可以與圖1中示出的功率管理系統(tǒng)100相似，但是還包括存儲(chǔ)器140。存儲(chǔ)器140可以耦接至功率計(jì)120，以及用于存儲(chǔ)閾值TH及相關(guān)功率值Pv。相關(guān)功率值Pv及使用的閾值TH可存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器140中用以統(tǒng)計(jì)或調(diào)試分析。在另一例子中，可在存儲(chǔ)器140中存儲(chǔ)一組數(shù)值，以及存儲(chǔ)的其中一個(gè)數(shù)值可被選為閾值TH。

功能單元110可包括電子單元，電子單元由數(shù)字電路、模擬電路和/或用于執(zhí)行特定功能的存儲(chǔ)單元組成。特別地，功能單元110可以為一些場景中消耗更高功率以及需要消耗大的操作電流的功能模塊。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式，功能單元110可以為(但不限于)SoC的中央處理單元(central processing unit，CPU)、圖形處理單元(Graphics Processing Unit，GPU)或總線單元。例如，當(dāng)功能單元為GPU時(shí)，功能單元110要處理一組復(fù)雜的圖像，那么功能單元110會(huì)在短時(shí)間內(nèi)消耗大的操作電流使得相關(guān)功率值Pv可能會(huì)超過閾值TH，以及功率管理控制器130會(huì)執(zhí)行功率控制操作，以防止過流事件及穩(wěn)定輸出電壓。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式，功率管理控制器130可以實(shí)現(xiàn)為集成電路(Integrated Circuit，IC)或者芯片中的特定功能硬件模塊，IC可為諸如功率管理IC(Power Management IC，PMIC)。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)現(xiàn)方式，功率管理控制器130可包括控制模塊及電源模塊，用于控制功率并向功能單元110供電。

上述功率控制操作可包括以下操作：

(i)通過從第一模式進(jìn)入第二模式，功率管理控制器130向功能單元110輸出更高功率的輸出；

(ii)功率管理控制器130在脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation，PWM)模式中調(diào)節(jié)操作頻率；或者

(iii)功率管理控制器130在預(yù)定時(shí)間間隔減小(throttle)系統(tǒng)時(shí)鐘，用以降低電流消耗。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式，在操作(i)中，第一模式可以為脈沖頻率調(diào)制(Pulse Frequency Modulation，PFM)模式，以及第二模式可以為PWM模式。因?yàn)樵赑WM模式比起在PFM模式，功率管理控制器130可支持更高功率的輸出以及更好的驅(qū)動(dòng)能力，從PFM模式進(jìn)入PWM模式可防止過流事件及相關(guān)的電阻壓降(IR-drop)(即，電流(I)經(jīng)過阻值(R)的電阻產(chǎn)生的壓降)。關(guān)于操作(ii)，圖8可以作為例子。圖8是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式的功率控制操作對應(yīng)的波形圖的示意圖。在圖8中示出了功率管理控制器130的操作時(shí)鐘的波形圖。如圖8所示，當(dāng)將通知信號(hào)S1設(shè)為激活時(shí)，功率管理控制器130可將功率管理控制器130的操作頻率從頻率f1調(diào)節(jié)至頻率f2，其中頻率f2可高于頻率f1。通過使用更高的操作頻率，功率管理控制器130可增加功能單元110的供電能力，處理更繁重的任務(wù)時(shí)，發(fā)生過流事件的風(fēng)險(xiǎn)更低。關(guān)于操作(iii)，圖9及10可以作為例子。圖9是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)現(xiàn)方式的功率控制操作對應(yīng)的波形圖的示意圖。在圖9中，當(dāng)將通知信號(hào)S1設(shè)為激活時(shí)，功率管理控制器130可以在預(yù)定時(shí)間間隔tg減小系統(tǒng)時(shí)鐘以至停止系統(tǒng)時(shí)鐘，以及在時(shí)間間隔tg中可降低功能單元110消耗的操作電流。圖10是根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)現(xiàn)方式的功率控制操作對應(yīng)的波形圖的示意圖。在圖10中，當(dāng)將通知信號(hào)S1設(shè)為激活時(shí)，功率管理控制器130可在預(yù)定時(shí)間間隔tg減小系統(tǒng)時(shí)鐘，使得在預(yù)定時(shí)間間隔tg中系統(tǒng)時(shí)鐘的頻率從頻率f3改變?yōu)轭l率f4。頻率f4可以低于頻率f3，用以降低消耗的電流。例如，頻率f3可以為頻率f4的多倍，使得頻率f3為頻率f4的m倍，其中m為正數(shù)但不限于整數(shù)。

在圖5-10中，以通知信號(hào)S1的激活狀態(tài)表示為高態(tài)脈沖為例。然而，根據(jù)其它實(shí)現(xiàn)方式，通知信號(hào)S1的激活狀態(tài)可以為恒定的高態(tài)或恒定的低態(tài)，以及前述功率控制操作可僅在通知信號(hào)被設(shè)為激活的時(shí)間間隔執(zhí)行。在所有情況中，需要合理的狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間及響應(yīng)時(shí)間。

圖11是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式的功率管理方法1100的示意性流程圖。圖11可以結(jié)合圖1及7來說明。功率管理方法1100可包括以下步驟：

步驟1120：生成相關(guān)功率值Pv；

步驟1130：確定相關(guān)功率值Pv是否已超過閾值TH？如果超過，進(jìn)入步驟1140；如果沒超過，進(jìn)入步驟1120；

步驟1140：通知功率管理控制器130；

步驟1150：功率管理控制器130執(zhí)行功率控制操作，轉(zhuǎn)去步驟1120。

如上所示，相關(guān)功率值Pv可以為從功能單元110采樣而來的功率指標(biāo)，或使用從功能單元110采樣而來的至少兩個(gè)功率指標(biāo)獲得的轉(zhuǎn)換率，以及可以使用前述操作(i)-(iii)中的一個(gè)實(shí)現(xiàn)功率控制操作。因此，這里不再重復(fù)描述。

總結(jié)地說，使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方式揭露的功率管理方法及功率管理系統(tǒng)，可以生成相關(guān)功率值Pv以及將其與閾值TH比較，用以檢測對應(yīng)于高消耗電流及高過流事件風(fēng)險(xiǎn)的場景，以及可執(zhí)行功率控制操作以有效地防止過流事件以及過流事件引起的不想要的電阻壓降。穩(wěn)定SoC系統(tǒng)的功能性能及輸出電壓的效果很顯著。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地看到，可在保留本發(fā)明教導(dǎo)的同時(shí)，做出裝置和方法的許多修改和替換。因此，上述公開內(nèi)容應(yīng)理解為僅由所附權(quán)利要求書的界限和范圍限制。