CN102109819B - 一种soc电源负载自适应控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种SOC电源负载自适应控制方法，主要应用于SOC芯片的内部电源控制系统中。通过电压探测装置，获取系统工作电压实时状态，动态地调整内部数字逻辑电路的工作频率，使之供电电源驱动能力和负载始终处于一个最佳的工作状态。本发明采用的电源负载自适应控制方法，可以提高SOC电源系统的稳定性，增强SOC芯片长时间动态运行的鲁棒性，避免系统处于一种过载或者欠载的状态。

Description

一种SOC电源负载自适应控制方法
技术领域
本发明主要应用于各种SOC芯片的电源控制系统设计中。
背景技术
随着超大规模集成电路工艺技术的发展，片上系统芯片(SOC，System-On-Chip)逐步成为IC业界广泛关注的焦点。SOC将系统的全部功能模块集成到单一半导体芯片上，包括CPU、稳压电源、电压探测器、时钟振荡器、存储器以及系统控制逻辑等。
而伴随着SOC设计越来越大型化和复杂化，如何提高SOC系统的鲁棒性成为了大家备受关注的问题。电源系统是影响SOC芯片稳定工作非常重要的因素之一，如果处理不好经常会出现下面几种问题：
1、考虑到SOC的外部供电电源过低或过高时，稳压电源Voltage Regulator将会跟随外部电源，出现过高或过低的情况，从而影响到内部电路的正常工作。
2、考虑到SOC内部稳压电源Voltage Regulator驱动能力有限的情况下，在内部电流负载过大时，根据稳压特性，其输出电压将会相应降低，从而会导致此电源系下的模块工作出现异常。但是，如果能够在检测到驱动能力不足或者说工作电压过低时，自动地调整负载大小，从而使得电源处于一个可接受的工作范围，将会能够很好地解决这个问题。
3、考虑到SOC的整体面积和功耗，稳压电源Voltage Regulator驱动能力的设计不可能留太大的裕量，随着半导体制造工艺的波动，稳压电源驱动能力有可能处于临界点上，这就给长时间稳定工作带来了挑战。所以需要考虑根据电源电压自动地调整内部数字逻辑的工作频率，使之匹配。
本发明所公开的SOC电源负载自适应控制方法，能够利用SOC内部资源，不增加系统开销的基础上，很好地解决上述工作稳定性问题。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种SOC负载自适应控制方法，实现对SOC电源系统的有效控制，保证系统运行的稳定性。
为解决上述问题，本发明利用SOC系统常用的电压检测模块和时钟振荡器模块，辅以集成控制电路，共同完成负载自适应控制功能。其技术方案参考图1所示的SOC电源负载自适应控制系统框图，具体包括如下部分：
1、电压探测模块(Voltage Detector)检测到稳压电源(Voltage Regulator)的电压输出，根据系统定义决定电压处于哪一个档位，即高(HIGH)、正常(MEDIUM)或低(LOW)。
2、控制电路根据电压探测模块(Voltage Detector)的检测结果标识，来判断如何来调整时钟振荡器(Oscillator)的频率值。如果检测标识为HIGH，则降低Oscillator的频率值变换到更低一档；如果检测标识为LOW，则提高Oscillator的频率值变换到更高一档；如果检测标识为MEDIUM，则保持Oscillator为当前频率不变。
3、调整数字逻辑电路的工作频率，数字电路功耗会随着频率的变化而降低或者提高，从而对于Voltage Regulator的负载来说也产生了变化，根据稳压电源的工作特性，当负载超出一定的范围时，负载降低电压输出升高，负载提高则电压输出降低。
4、最终达到负载大小和稳压电源电压之间的平衡，即系统设定的稳定工作范围。
本发明与现有技术相比，有以下优点：
充分利用了SOC芯片中常用的电压检测模块(Voltage Detector)和时钟振荡器模块(Oscillator)，在不增加系统资源的情况下，通过较少的控制电路就可以完成负载自适应控制的目的。
附图说明
图1是SOC电源负载自适应控制系统框图
图2是两种情况下的自适应校正过程示意图
图3是电压检测和时钟振荡器频率调整对应图
具体实施方式
下面，结合附图和实施例子对本发明提出的负反馈自适应的控制策略做进一步的描述。
从图1可以看出，本发明的负载自适应控制回路104包括控制电路101(ControlCircuit)、电压探测模块103(Voltage Detector)以及时钟振荡器102(Oscillator)。
以下分别进行详细描述：
1、电压探测模块103，能够实时检测稳压电源106输出电压的高低，如果处于系统允许的稳定工作范围，则输出标识为MEDIUM；如果检测到的电压值低于系统允许的稳定工作范围(可能还没有超出工作极限)，则输出标识为LOW；如果检测到的电压值高于系统允许的稳定工作范围(可能还没有超出工作极限)，则输出标识为HIGH。
如系统的极限工作电压范围为2.25V~2.75V，稳定工作电压范围定义为2.4V~2.6V。
2、时钟振荡器102，具有多个档位的可调频率源，可以根据系统要求通过改变输入控制端口电平值来改变输出频率大小，输出和输入有唯一的对应关系。
3、控制电路101，根据电压探测模块103的检测结果标识来判断如何来调整时钟振荡器102的输出频率值。如果检测的标识为HIGH，则降低时钟振荡器102的输出频率值；如果检测的标识为LOW，则提高时钟振荡器102的输出频率值；如果检测的标识为MEDIUM，则保持时钟振荡器102输出频率不变。调整策略参考图2和图3，当电压偏低时，降低时钟振荡器输出频率一档，如果仍然偏低，继续降低一档，直到电压探测模块输出标识为MEDIUM为止；对于电压偏高的情况，抬高时钟振荡器输出频率一档，如果仍然偏高，继续抬高一档，直到电压探测模块输出标识为MEDIUM为止。
4、数字逻辑电路105(Digital Circuit)，是系统的主要负载单元，它的工作频率大小直接影响到系统功耗，因而影响到稳压电源106(Voltage Regulator)的输出。
5、稳压电源106，在一定的输入条件和负载条件下，能够基本稳定在期望的范围内，但是随着外部输入电压的变化和内部负载变化的情况，将会超出系统要求的稳定工作电压范围。
6、负载自适应控制回路104，通过调整数字逻辑电路的工作频率，来改变稳压电源的负载大小，目的就是使得稳压电源106输出时钟保持在稳定工作电压范围，从而能够保证系统鲁棒性。

Claims (5)

1.一种SOC电源负载自适应控制方法，其特征是利用SOC中的电压探测器和时钟振荡器模块，根据电压探测器探测系统工作电源输出电压的高低，调整数字逻辑电路的工作频率，保证电源负载大小处于合适的情况，使得工作电压在可靠的范围内；步骤如下：
(1)电压探测器检测稳压电源输出电压的高低，对输出的高低电压进行标识；
(2)控制电路根据电压探测器的检测结果标识判断如何调整时钟振荡器的输出频率值；
(3)时钟振荡器根据控制电路要求通过改变输入控制端口电平值来改变数字逻辑电路输出频率大小，改变稳压电源的负载大小；
(4)稳压电源输出电压值随着负载大小而变化，输出电压保持在稳定工作电压范围；
(5)循环进行上述(1)-(5)步骤的操作。
2.如权利要求1所述的一种SOC电源负载自适应控制方法，其特征在于电压值如果处于允许的稳定工作范围，则电压探测模块输出标识为正常；如果检测到的电压值低于系统允许的稳定工作范围，则输出标识为低；如果检测到的电压值高于系统允许的稳定工作范围，则输出标识为高。
3.如权利要求1所述的一种SOC电源负载自适应控制方法，其特征在于如果检测的标识为高，则降低时钟振荡器的输出频率值；如果检测的标识为低，则提高时钟振荡器的输出频率值；如果检测的标识为正常，则保持时钟振荡器输出频率不变。
4.一种SOC电源负载自适应控制系统电路，其特征在于包括数字逻辑电路、稳压电源以及负载自适应控制电路，负载自适应控制电路进一步包括控制电路、时钟振荡器以及电压探测模块，其中：
所述电压探测模块检测稳压电源输出电压的高低，并对输出的高低电压进行标识；
所述控制电路根据电压探测模块的检测结果标识来调整时钟振荡器的输出频率值；
所述时钟振荡器具有多个档位的可调频率源，根据控制电路的判断改变输入控制端口电平值来改变输出频率大小。
5.如权利要求4所述的一种SOC电源负载自适应控制系统电路，其特征在于如果电压探测模块检测标识为高，则降低时钟振荡器的频率值；如果检测标识为低，则提高时钟振荡器的频率值；如果检测标识为正常，则保持时钟振荡器为当前频率不变。
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