專利名稱：用于模制電壓差分器設(shè)計的動態(tài)電壓標(biāo)定方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路，本發(fā)明尤其涉及在集成電路中產(chǎn)生多個電源電壓。
背景技術(shù)：
近來，功耗變成了人們對高性能計算機系統(tǒng)的重要關(guān)注問題。因此，對于近代超大規(guī)模集成(VLSI)系統(tǒng)來說，低功耗設(shè)計已經(jīng)變得非常重要。減小集成電路(IC)中的功耗的最有效的途徑是減小IC中的電源電壓(Vcc)。
為了同時獲得高性能和低功耗，人們已經(jīng)開發(fā)出多種Vcc設(shè)計、各種技術(shù)。然而，由于封裝和線路的高成本，使用傳統(tǒng)的片外電壓調(diào)節(jié)器來產(chǎn)生多Vcc設(shè)計，通常是很困難的。
附圖簡述從以下詳細討論以及本發(fā)明各個實施例的附圖中可以更完整地理解本發(fā)明。然而，附圖并不將本發(fā)明限制于特殊實施例，而只是用于解釋和理解的目的。


圖1是集成電路一個實施例的方框圖；
圖2描述的是電路塊一個實施例的方框圖；圖3描述的是電壓差分器的一個實施例；圖4描述的是參考電壓選擇器的一個實施例；而圖5描述的是線性電壓調(diào)節(jié)器的一個實施例。
具體實施方法下面討論使用模制(on-die)電壓差分器對集成電路(IC)中的一個或多個電路塊的電壓進行動態(tài)標(biāo)定的機制。在以下的描述中，對較多的細節(jié)進行了闡述。然而，很顯然，對本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員來說，本發(fā)明也可以在沒有這些特殊細節(jié)的條件下實現(xiàn)。在其它實例中，以電路方框圖的方式來顯示眾所周知的結(jié)構(gòu)和器件，而不是其細節(jié)，從而避免使本發(fā)明的描述變得模糊不清。
說明書中所說的“一個實施例”或“某一實施例”指的是本發(fā)明的至少一個實施例中所包括的實施例所描述的特定性能、結(jié)構(gòu)或者特征。在本說明中各處所出現(xiàn)的術(shù)語“在一個實施例中”并不一定是指同一實施例。
圖1是IC100一個實施例的方框圖。根據(jù)一種實施例，IC100可以分成為25個電路塊110。在進一步的實施例中，每一電路塊11包括一個電壓差分器120。每一電壓差分器120可從外部電源(Vcc_global)來產(chǎn)生本地電源(Vcc_local)。
在一種實施例中，差分器120根據(jù)包括該差分器120的特定電路塊110的工作狀態(tài)來動態(tài)變化Vcc_local。本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員來說，在IC100中可以實現(xiàn)其它數(shù)量的電路塊110。
圖2是電路塊110一個實施例的方框圖。電路塊110包括電壓差分器120、功能單元塊(FUB)230和控制模塊250。FUB230與電壓差分器120耦合。在一種實施例中，F(xiàn)UB230是邏輯電路，它可以包括IC100中的各種元件(例如，微處理器邏輯、微控制器邏輯、存儲器邏輯，等等)。FUB230由從電壓差分器120接收的Vcc_local來供電。
控制模塊250與電壓差分器120和FUB230耦合，根據(jù)一種實施例，控制模塊250將二進制編碼信號發(fā)送至電壓差分器120，該差分器用來標(biāo)定電壓差分器120處所產(chǎn)生的本地工作電壓。在進一步的實施例中，控制模塊250發(fā)送本地控制信號或者全局控制信號。在還有一種實施例中，全局控制信號優(yōu)先于本地控制信號。
圖3描述了與控制模塊250耦合的電壓差分器120的一個實施例。電壓差分器120包括帶隙參考電路310、參考電壓選擇器320以及線性電壓調(diào)節(jié)器330。帶隙參考電路310產(chǎn)生帶隙參考電壓VBG。在一種實施例中，VBG是一個對溫度和過程變化不敏感的穩(wěn)態(tài)電壓源。
參考電壓選擇器320與帶隙參考電路310和控制模塊250耦合。參考電壓選擇器320產(chǎn)生用于線性電壓調(diào)節(jié)器330的參考電壓(VREF)。圖4繪出參考電壓選擇器320的一個實施例。參考電壓選擇器320包括PMOS分壓晶體管P1-Pn，PMOS導(dǎo)通晶體管P11-Pn-1以及NMOS晶體管N。根據(jù)一個實施例，可以選擇多達n-1個電壓電平。例如，如果需要四級電壓電平，則可以使用四個PMOS導(dǎo)通晶體管P11-P14。
在一個實施例中，分壓晶體管P1-Pn是串聯(lián)連接的晶體管，它們向從帶隙參考電路310接收的VBG提供可變電阻，以便于產(chǎn)生VREF。例如，如果分壓器中的晶體管數(shù)量是n，則VREF的級差(granularity)是VBG/n。
在一個實施例中，VREF是從控制模塊250在晶體管P11-P14處接收的編碼控制信號所確定的。接收的信號由FUB230的工作狀態(tài)所確定。例如，如果需要相對較高的VREF，則分別在晶體管P11-P14和晶體管N處接收二進制控制信號01110。結(jié)果，只有晶體管P11被啟動，并且VREF等于VBG*(1-1/n)，其中，n是分壓器中的晶體管的數(shù)量。同樣，當(dāng)控制信號分別為10110、11010和11100時，VREF等于VBG*(1-2/n)、VBG*(1-3/n)和VBG*(1-4/n)。
根據(jù)一個實施例，Vcc_local的值根據(jù)相應(yīng)FUB230的動作動態(tài)改變。例如，如果FUB230需要相對較高的電壓，則由參考電壓選擇器320產(chǎn)生更高的VREF。因此，由線性電壓調(diào)節(jié)器330產(chǎn)生更高的Vcc_local。因此，如果FUB230需要相對較低的電壓，則產(chǎn)生較低的VREF和Vcc_local電壓。
在進一步的實施例中，需要更高的VREF，以滿足在關(guān)鍵路徑上的電路塊110的性能要求。然而，對于不在關(guān)鍵路徑上的其它電路塊110來說，可以選擇較低的VREF，以減小功耗。在再一種實施例中，控制模塊250可以通過發(fā)送11111作為控制信號來使電路塊110進入待機狀態(tài)。在這樣的實例中，只需要啟動晶體管N，并將0V的VREF發(fā)送至線性電壓調(diào)節(jié)器330。
再參考圖3，線性電壓調(diào)節(jié)器330產(chǎn)生用于電路塊的Vcc_local。圖5繪出線性電壓調(diào)節(jié)器330的一個實施例。線性電壓調(diào)節(jié)器330包括比較器530、PMOS晶體管(P)、電阻器R1和R2，以及電容器。比較器將從參考電壓選擇器320接收的VREF與從晶體管P通過電阻器R1和R2接收的反饋電壓(VFB)比較。
如果VFB落到VREF以下，則比較器530的輸出就在低的邏輯電平(即，邏輯0)上啟動。否則，比較器530的輸出保持在高邏輯電平(即，邏輯1)上。根據(jù)一種實施例，比較器530是一種運算放大器。然而，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員能夠理解，可以采用其它比較邏輯電路來實現(xiàn)比較器530。
比較器530的輸出與晶體管P的柵極耦合。晶體管P的源極與Vcc_global耦合，而晶體管P的漏極則通過Vcc_local與電阻器R1、電容器和FUB230耦合。無論何時比較器530啟動到邏輯0時，晶體管P被啟動。
電阻器R1與電阻器R2和比較器530耦合。電阻器R1和R2用于產(chǎn)生比較器530的VFB。電阻器R1和R2，以及VFB的產(chǎn)生，有助于通過提供較大的電壓范圍來控制線性電壓調(diào)節(jié)器330的輸出。然而，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員將會理解，電阻器R1和R2不是構(gòu)成線性電壓調(diào)節(jié)器330所必需的。
如上所述，Vcc_local的值根據(jù)相應(yīng)FUB230的動作而動態(tài)改變。在啟動模式下，無論何時VFB落到VREF以下，晶體管P就被觸發(fā)。特別是，比較器530檢測到這一狀態(tài)，并且被啟動至邏輯0。因此，晶體管P的柵極觸發(fā)至邏輯0。晶體管P對去耦電容器進行充電，從而增大Vcc_local。在工作模式下，線性電壓調(diào)節(jié)器330產(chǎn)生Vcc_local＝VRFF*(1+R1/R2)。
在待機模式期間，VREF為0。因此，VFB始終大于或等于VREF，并且比較器的輸出為邏輯0，并且晶體管P截止。結(jié)果，Vcc_local浮動，以減小電路塊110處的泄漏功率。
使用模制電壓差分器可以為IC中的每一電路塊產(chǎn)生本地電源電壓。本地電源電壓根據(jù)相應(yīng)電路塊的觸發(fā)而動態(tài)改變。這就在保持性能的同時減小了功耗。此外，使用模制電壓差分器的動態(tài)電壓標(biāo)定機構(gòu)具有待機控制能力，它可以在電路塊空閑期間顯著減小泄漏功率。
對本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員來說，毫無疑問，在閱讀了上述描述之后，本發(fā)明可以具有各種變異和修改形式，但是應(yīng)該理解的是，以上所示出和描述的任一實施例不能被看作是對本發(fā)明的限制，而只是用于描述的目的。因此，對各個實施例細節(jié)的參考并不試圖限制權(quán)利要求的范圍，權(quán)利要求中所描述的只是本發(fā)明的特征。
權(quán)利要求
1.一種集成電路，其特征在于，它包含多個電路塊，每一電路塊具有產(chǎn)生用于所述電路塊的本地電源的電壓差分器。
2.如權(quán)利要求1所述的集成電路，其特征在于，每一所述電壓差分器根據(jù)相應(yīng)電路塊的工作狀態(tài)來動態(tài)改變本地電源。
3.如權(quán)利要求2所述的集成電路，其特征在于，所述多個電路塊中的每一個無論何時，只要所述電壓差分器關(guān)閉所述本地電源，就工作在待機模式下。
4.如權(quán)利要求1所述的集成電路，其特征在于，它還包括第一電路塊，該電路塊包含第一電壓差分器；第一功能單元塊(FUB)，它與所述第一電壓差分器耦合；以及第一控制模塊，它與所述第一電壓差分器和所述第一FUB耦合，用于確定所述第一電路塊的工作模式。
5.如權(quán)利要求4所述的集成電路，其特征在于，所述控制模塊產(chǎn)生發(fā)送至所述第一電壓差分器的二進制編碼信號，以表示所述本地電源的電壓幅值。
6.如權(quán)利要求5所述的集成電路，其特征在于，所述第一電壓差分器包含產(chǎn)生帶隙電壓的帶隙參考電路；與所述帶隙參考電路和所述控制模塊耦合的參考電壓選擇器，用于根據(jù)接收的帶隙電壓來產(chǎn)生參考電壓；以及與所述參考電壓選擇器耦合的線性電壓調(diào)節(jié)器，用于根據(jù)接收的參考電壓來產(chǎn)生本地電源。
7.如權(quán)利要求6所述的集成電路，其特征在于，所述參考電壓選擇器包含多個分壓晶體管，用于對所述帶隙電壓進行分壓，以產(chǎn)生參考電壓；多個導(dǎo)通晶體管，它們與所述控制模塊耦合，用以根據(jù)從所述控制模塊接收的接收信號，選擇參考電壓。
8.如權(quán)利要求6所述的集成電路，其特征在于，所述線性電壓調(diào)節(jié)器包含比較器，它與所述參考電壓選擇器耦合，用以將所述參考電壓和所述本地電源電壓進行比較；PMOS晶體管，它具有與所述比較器耦合的柵極和與所述FUB耦合的漏極；以及電容器，它與所述PMOS晶體管的漏極耦合。
9.如權(quán)利要求8所述集成電路，其特征在于，所述線性電壓調(diào)節(jié)器包含第一電阻器，它與所述PMOS晶體管的漏極耦合；以及第二電阻器，它與所述第一電阻器、所述比較器和地耦合。
10.如權(quán)利要求8所述的集成電路，其特征在于，所述比較器包含運算放大器。
11.如權(quán)利要求4所述的集成電路，其特征在于，它還包含第二電路塊，所述第二電路塊包含第二電壓差分器；第二FUB，它與所述第二電壓差分器耦合；以及第二控制模塊，它與所述第二電壓差分器和所述第二FUB耦合，用于確定所述第二電路塊的工作模式。
12.一種集成電路中的電路塊，其特征在于，所述電路塊包含控制模塊；功能單元塊(FUB)，它與所述控制模塊耦合；以及電壓差分器，它與所述控制模塊和所述FUB耦合，用于根據(jù)所述FUB的工作狀態(tài)來動態(tài)改變所述電路塊的本地電源。
13.如權(quán)利要求12所述的電路塊，其特征在于，所述電路塊無論何時，只要所述電壓差分器關(guān)閉所述本地電源，就工作在待機模式工作。
14.如權(quán)利要求12所述的電路塊，其特征在于，所述控制模塊產(chǎn)生發(fā)送至所述電壓差分器的二進制編碼信號，以表示所述本地電源的電壓幅值。
15.如權(quán)利要求14所述的電路塊，其特征在于，所述電壓差分器包含帶隙參考電路，它產(chǎn)生帶隙電壓；參考電壓選擇器，它與所述帶隙參考電路和所述控制模塊耦合，用于根據(jù)所述接收的帶隙電壓來產(chǎn)生參考電壓；以及線性電壓調(diào)節(jié)器，它與所述參考電壓選擇器耦合，用于根據(jù)所接收的參考電壓來產(chǎn)生所述本地電源。
16.如權(quán)利要求15所述的電路塊，其特征在于，所述參考電壓選擇器包含多個分壓晶體管，用于對所述帶隙電壓進行分壓，以產(chǎn)生所述參考電壓；多個導(dǎo)通晶體管，它們與所述控制模塊耦合，以根據(jù)從所述控制模塊接收的接收信號，選擇參考電壓。
17.如權(quán)利要求15所述的電路塊，其特征在于，所述線性電壓調(diào)節(jié)器包含比較器，它與所述參考電壓選擇器耦合，將所述參考電壓和所述本地電源電壓進行比較；PMOS晶體管，它具有與所述比較器的輸出耦合的柵極，和與所述FUB耦合的漏極；以及電容器，它與所述PMOS晶體管的漏極耦合。
18.如權(quán)利要求17所述的電路塊，其特征在于，所述線性電壓調(diào)節(jié)器包含第一電阻器，它與所述PMOS晶體管的漏極耦合；以及第二電阻器，它與所述第一電阻器、所述比較器和地耦合。
19.如權(quán)利要求18所述的電路塊，其特征在于，所述比較器包含運算放大器。
20.一種電壓差分器，其特征在于，它包含帶隙參考電路，用于產(chǎn)生帶隙電壓；參考電壓選擇器，它與所述帶隙參考電路和所述控制模塊耦合，用于根據(jù)所接收帶隙電壓來產(chǎn)生參考電壓；以及線性電壓調(diào)節(jié)器，它與所述參考電壓選擇器耦合，用于根據(jù)所述接收參考電壓來產(chǎn)生本地電源。
21.如權(quán)利要求20所述的電壓差分器，其特征在于，所述參考電壓選擇器包含多個分壓晶體管，用于對所述帶隙電壓進行分壓以產(chǎn)生所述參考電壓；多個導(dǎo)通晶體管，它們與所述控制模塊耦合，用于根據(jù)從所述控制模塊接收的接收信號來選擇參考電壓。
22.如權(quán)利要求20所述的電壓差分器，其特征在于，所述線性電壓調(diào)節(jié)器包含比較器，它與所述參考電壓選擇器耦合，將所述參考電壓和所述本地電源電壓進行比較；PMOS晶體管，它具有與所述比較器的輸出耦合的柵極，和與所述FUB耦合的漏極；以及電容器，它與所述PMOS晶體管的漏極耦合。
23.如權(quán)利要求8所述的電壓差分器，其特征在于，所述線性電壓調(diào)節(jié)器包含第一電阻器，它與所述PMOS晶體管的漏極耦合；以及第二電阻器，它與所述第一電阻器、所述比較器和地耦合。
全文摘要
根據(jù)一實施例，揭示了一種集成電路。該集成電路包括多個電路塊。每一電路塊包括產(chǎn)生用于電路塊的本地電源的電壓差分器。
文檔編號G11C5/14GK1647272SQ03807934
公開日2005年7月27日 申請日期2003年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月11日
發(fā)明者K·張, L·偉 申請人:英特爾公司