CN102362266B - 具有叠置式电压域的电压转换和集成电路 - Google Patents

具有叠置式电压域的电压转换和集成电路 Download PDF

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Abstract

一种集成电路(IC)系统包括：多个IC，被配置为叠置式电压域布置，使得至少一个IC的低侧供电轨与至少另一IC的高侧供电轨共用；可逆电压转换器，耦合到多个IC中的每个IC的功率轨，该可逆电压转换器被配置用于稳定与每个IC对应的个体电压域；以及一个或者多个数据电压电平移位器，配置用于支持在操作于不同电压域中的IC之间的数据通信，其中与第一电压域中的一个电压对应的给定逻辑状态的输入信号移位到处于第二电压域中的另一电压的相同逻辑状态的输出信号。

Description

具有叠置式电压域的电压转换和集成电路
技术领域
本发明主要地涉及电压转换技术并且更具体地涉及一种具有叠置式电压域、电压电平移位和电压稳定性的可逆电压转换系统和集成电路(IC)系统。
背景技术
功率管理已经变成高级计算架构(包括高端微处理器系统和移动电子设备)的一个关键组成。然而，现有片上解决方案在同时实现高输出电流和高功率转换效率时的成就有限。
具体而言，用于CMOS(互补金属氧化物半导体)技术的标称电源电压(VDD)值已经由于性能和功率升级而在过去数年内逐渐减少。反之，维持功率递送系统中的效率又已经随着VDD等比下降而变得更困难。在VDD＝1伏(V)处，从外部电源到在VDD操作的电路的能量损耗明显。由于在递送电网上的功率损耗与电压的平方(V2)成反比，所以关于功率递送的效率问题对于所谓“低”VDD电路(例如约300-500毫伏(mV))而言进一步恶化。
因而期望能够提供用于集成电路设备的改进型电压转换系统和改进型整体系统功率管理。
发明内容
在一个示例性实施例中，一种集成电路(IC)系统，包括：多个IC，相对于外部电源电压被配置为叠置式电压域布置，使得多个IC中的至少一个IC的低侧供电轨与多个IC中的至少另一IC的高侧供电轨共用；可逆电压转换器，其耦合到多个IC中的每个IC的功率轨，该电压转换器被配置用于稳定与每个IC对应的个体电压域；以及一个或者多个数据电压电平移位器，其被配置成支持在操作于不同电压域中的IC之间的数据通信，其中与第一电压域中的一个电压对应的给定逻辑状态的输入信号移位为处于第二电压域中的另一电压的相同逻辑状态的输出信号。
在另一实施例中，一种数据电压电平移位装置，包括：反相器，其接收给定逻辑状态的输入信号，该输入信号源自在第一电压域中操作的第一集成电路器件；交叉耦合锁存器器件，其产生相同逻辑状态的输出信号，输出信号用于由在第二电压域中操作的第二集成电路器件使用；以及电容器，其将输入信号的反相值动态耦合到锁存器器件的第一节点，使得锁存器器件的第二互补节点对应于用于在第二电压域中使用的移位输出数据。
在另一实施例中，一种可逆切换式电容器电压转换装置，包括：相互分级耦合的多个单独单位单元，其中每个单位单元包括被配置为叠置式配置的多组反相器器件，使得每组反相器器件在单独的电压域中操作，其中在相邻电压域中的反相器器件的输出相互电容耦合；并且其中多个个体单位单元中的至少一个单位单元的输出适于作为用于多个个体单位单元中的至少另一单位单元的对应输入。
在另一实施例中，一种调节集成电路(IC)系统的电流、功率和电压电平的方法，包括：相对于外部电源电压将多个IC配置为叠置式电压域布置，使得多个IC中的至少一个IC的低侧供电轨与多个IC中的至少另一IC的高侧供电轨共用；将可逆电压转换器耦合到多个IC中的每个IC的功率轨，该电压转换器被配置用于稳定与每个IC对应的个体电压域；以及设置可逆电压转换器的时钟频率以便在IC系统中选择性地至少在不同于多个IC中的每个IC利用基本上相同电流的第一功率模式的以下功率模式中操作：第二功率模式，其中多个IC中的每个IC在基本上相同的电压处操作；以及第三功率模式，其中多个IC耗散基本上相同数量的功率。
在又一实施例中，一种在集成电路器件之间实施的数据电压电平移位的方法，包括：将给定逻辑状态的输入信号耦合到在第一电压域中操作的反相器，输入信号源自在第一电压域中操作的第一集成电路器件；从在第二电压域中操作的交叉耦合锁存器器件生成相同逻辑状态的输出信号，输出信号用于由在第二电压域中操作的第二集成电路器件使用；并且经过电容器将输入信号的反相值动态耦合到锁存器器件的第一节点，使得锁存器器件的第二互补节点对应于用于在第二电压域中使用的移位输出数据
附图说明
参照以下示例附图，其中在若干幅图中相似元件编号相似：
图1是根据本发明一个实施例的具有叠置式电压域、电压电平移位和电压稳定性的集成电路(IC)系统的示意图；
图2是根据本发明又一实施例的可以在图1的数据电压电平移位器中包括的示例电压电平移位器电路的示意图；
图3是根据本发明又一实施例的可以在图1的数据电压电平移位器中包括的另一示例电压电平移位器电路的示意图；
图4是具有对应2∶1切换式电容器电压转换器的叠置式IC系统的两域例子的示意图；
图5是图示了相对于图4的第一集成电路IC-1和第二集成电路IC-2实施恒定功率操作的例子的表；
图6是图示了相对于图4的第一集成电路IC-1和第二集成电路IC-2实施恒定功率操作的另一例子的表；
图7是使用切换式电容器电压转换器的单相电压转换系统的示意图；
图8是具有对应3∶1切换式电容器电压转换器的叠置式IC系统的多相三域例子的示意图；
图9(a)是电压转换器单元的示意图；
图9(b)是根据本发明又一实施例的如图9(a)中所示切换式电容器电压转换器单元链的示意图；
图10是3节点可逆切换式电容器电压转换器的示意图；
图11是4节点可逆切换式电容器电压转换器的示意图；
图12(a)至12(c)是分别具有3、4和5个节点的示例可逆切换式电容器电压转换器系统的示意图；
图13是可逆切换式电容器电压转换器系统的示意图；
图14是另一可逆切换式电容器电压转换器系统的示意图；
图15(a)至15(d)是可以被并入到图13和图14中所示系统中的示例电压转换器单元的示意图；
图16是具有非重叠激励信号示例生成的电压转换器单元的示意图；并且
图17是代表在叠置式电压域上操作也在物理上竖直叠置的IC的示意图。
具体实施方式
在此公开一种具有叠置式电压域、电压电平移位和电压稳定性的集成电路(IC)系统。简言之，公开的系统的示例实施例包括在划分的和串行叠置的电压域中操作的多个IC，其中每个域具有与标称电源电压值(Vdd)大致上相等的两端电压降。例如，第一集成电路在接地点与Vdd之间的电压域内操作，第二集成电路在Vdd与约2*Vdd之间的电压域内操作，而第三集成电路在2*Vdd与约3*Vdd之间的电压域内操作。然而，还可以想到其他叠置式IC。
虽然所公开系统的大部分功率可以直接经过IC下传，但是使用可逆切换式电容器电压转换系统来稳定划分的电压域，如下文进一步具体描述的那样。除了可逆电压转换器(其中在域中的电压节点可以代表输入电压或者输出电压)之外，系统也以如下高速电压电平移位器为特征，该移位器用于在操作于不同电压域中的IC之间的数据通信。
另外，可逆切换式电容器电压转换器的实施例包括除切换式电容器之外的在划分的和串行叠置的电压域中操作的IC。切换式电容器的一个端子在一个电压域中，而切换式电容器的其它另一端子在另一电压域中。
最初参照图1，示出了根据本发明一个实施例的具有叠置式电压域、电压电平移位和电压稳定性的集成电路(IC)系统100的示意图。具体而言，系统100包括相对于电源配置被配置为叠置式布置的多个集成电路102(在图1中各自标示为IC-1、IC-2和IC-3)，其中用于IC-1的高侧供电轨与用于IC-2的低侧供电轨共用，而用于IC-2的高侧供电轨与用于IC-3的低侧供电轨共用。然而，每个IC102各自按照在其相应功率轨两端的大约相同电压值(Vdd)操作。在所描绘的例子中，图示了这三个电压域(即V1至V0、V2至V1和V3至V2，其中V0＝0、V1～Vdd、V2～2*Vdd并且V3～3*Vdd)，尽管将理解也可以在系统内配置甚至更多电压域和集成电路。如上文所示，可逆电压转换器104稳定系统100的电压域。电流可以在可逆电压转换器的四个电压节点(V0、V1、V2和V3)中的每个电压节点中在两个方向上流动。可逆电压转换器104的一个示例实施例为多节点切换式电容器电压转换器，而可逆电压转换器104的另一示例实施例可以是一个或者多个同步降压转换器。
在一个实际系统实施方式中，期望在各种IC102之间传送数据。假如存在随着IC而不同的电压域，在系统100内也包括数据电压电平移位器106，使得例如来自V1至接地点的电压域中的IC-1的逻辑数据可以由在V2至V1的电压域中IC-2解析，反之亦然。类似地，来自V2至V1的电压域中的IC-2的逻辑数据可以由V3至V2电压域中的IC-3解析，反之亦然。
图2是根据本发明又一实施例的可以在图1的数据电压电平移位器106内包括的示例电压电平移位器电路200的示意图。在所描绘的例子中，电路200从较低电压域向较高电压域转换数据转变。更具体地说，电路200将来自第一电压域(V1至接地点)的输入数据转换成用于在第二电压域(V2至V1)中使用的输出数据。例如，如果Vdd＝1.0V，则以下值适用：第一电压域中的逻辑“0”对应于0V，第一电压域中的逻辑“1”对应于1.0V，第二电压域中的逻辑“0”对应于1.0V，而第二电压域中的逻辑“1”对应于2.0V。
电路200包括：在第二电压域中操作的交叉耦合锁存器器件202(实质上为SRAM单元拓扑)，在第一电压域中操作的反相器204，以及将输入数据(Data_01)的反相值动态耦合到锁存器器件202的第一(内部)节点206的电容器C。锁存器器件202的第二(外部)互补节点208代表用于在第二电压域中使用的移位输出数据(Data_12)。还应注意，图2中所示针对NFET和PFET器件的相对器件强度(作为接通电阻Ron的因子)仅为举例，并且将不理解为任何限制意义。
在操作中，当输入数据(Data_01)的值从逻辑0向逻辑1(即从0V向1.0V)转变时，反相器204使电容器C的下部电极从1.0V电势向接地点(0V)电势转变。假设输出数据(Data_12)的初始状态在转变时为逻辑0(即第二电压域中的1.0V)，内部节点206初始处于2.0V的逻辑高状态。这意味着，在电容器C两端的电压初始为2.0V-1.0V＝1.0V。由于电容器电压未瞬时改变，因此上部电极随着下部电极的电势向1.0V降低。因而，外部节点208继而向2.0V的逻辑高度拉高，这加剧了向1.0V下拉内部节点206。
另一方面，如果锁存器202的输出数据(Data_12)的初始状态在输入数据(Data_01)从0向1的相同转变期间已经处于逻辑1(2.0V)，则初始时电容器两端不会存在净电压。因此，在电容器C的下部电极耦合到接地点时，初始将把电容器的上部电极拉向接地点这一事实也不会改变锁存器202的逻辑状态。相反，栅极与内部节点206耦合的PFET将被转变得甚至更强，并且锁存器202将加强维持内部节点206上的1.0V，由此将电容器C充电上至1.0V。
相反，当输入数据(Data_01)从1向0转变(并且假设原始状态输出数据(Data_12)处于2.0V)时，电容器C的下部电极从地电势切换为1.0V。同样，由于在电容器C两端的1.0V净电压没有瞬时改变，所以耦合到内部节点206的C的上部电极尝试“跟随”下部电极从1.0V至2.0V。这转而又使外部节点上的电压从2.0V向1.0V转变，由此加强内部节点206上的2.0V值。
如果锁存器202的输出数据(Data_12)的初始状态在输入数据(Data_01)从1向0的相同转换期间已经处于逻辑0(1.0V)，则在电容器C两端的电压最初将是2.0V。因此，在电容器C的下部电极耦合到1.0V时，电容器的上部电极将初始尝试升向3.0V不会改变锁存器202的逻辑状态。相反，栅极与内部节点206耦合的NFET甚至将被转变得更强，并且锁存器202将加强维持内部节点206上的2.0V。由此将电容器放电下至1.0V。
除了将数据(及其逻辑值的转变)从较低电压域移位到较高电压域之外，还可以实现将数据(及其逻辑值的转变)从较高电压域移位到较低电压域。图3是根据本发明又一实施例的可以在图1的数据电压电平移位器106内包括的另一示例电压电平移位器电路300的示意图。在描绘的例子中，电路200从较高电压域向较低电压域转换数据转变。甚至更具体而言，电路300将来自第二电压域(2*Vdd至Vdd)的输入数据转换成用于在第一电压域(Vdd至接地点)中使用的输出数据。
电路300包括：在第一电压域中操作的交叉耦合锁存器器件302(实质上为SRAM单元拓扑)，在第二电压域中操作的反相器304，以及将输入数据(Data_12)的反相值动态耦合到锁存器器件302的第一(内部)节点306的电容器C。锁存器器件302的第二(外部)节点308代表用于在第一电压域中使用的移位输出数据(Data_01)。同样，还应注意，图3中所示用于NFET和PFET器件的相对器件强度(作为接通电阻Ron的因子)仅为举例，并且将不理解为任何限制意义。
由于电路300的操作基本上类似于电路200的操作，所以省略对相同操作的具体说明。然而，概括而言，输入数据(Data_12)在第二电压域中从逻辑0向逻辑1(1.0V至2.0V)的转变造成输出数据(Data_01)在第一电压域中从逻辑0向逻辑1(0V至1.0V)的对应改变。反之，输入数据(Data_12)在第二电压域中从逻辑1向逻辑0(2.0V至1.0V)的转变造成输出数据(Data_01)在第一电压域中从逻辑1向逻辑0(1V至0V)的对应改变。
除了支持在叠置式电压域内在集成电路之间的通信之外，这种电压电平移位电路200、300也允许在不同电压电平操作的同步时钟，这些时钟反过来又用于切换式电容器电压转换器。这种电压转换器(例如图1中的转换器104)还可以有利地被用来相对于驻留在不同电压域中的多个IC之间的不同负载而实施一个或者多个功率调节模式。
举例而言，图4是具有对应2∶1切换式电容器电压转换器404的叠置式IC系统400的双域(two-domain)例子的示意图。在实际系统中，完全可设想IC-1和IC-2例如由于晶体管器件阈值电压(Vt)变化或者活动变化而可以具有不同负载。在这种情况下，可以用适应IC-1和IC-2的需要的方式使用可逆电压转换器404。特别地，可以通过改变转换器时钟频率(即转换器开关信号φ1和φ2交替地开启和关断转换器开关的速率)来实现若干功率调节模式。例如，为了提供经过IC-1和IC-2的基本上相同电流值，将转换器频率设置成0(即实质上失活)以防止电流从任一串联连接IC分流。在另一极端情况，为了建立在IC-1和IC-2两端的基本上相同操作电压，转换器的时钟频率应当接近于无穷。又一可能操作模式是通过将时钟频率设置成某一中间值来平衡IC-1和IC-2的功率使用。更一般而言，对于任何所需电流和电压关系，电流对于IC-1和IC-2负载而言与V1.5成比例。
图5是图示了参照图4的第一集成电路IC-1和第二集成电路IC-2实施恒定功率操作的例子的表。在该例子中，R1＞R2，其中R1为IC-1的负载电阻(例如1Ω)，R2为IC-2的负载电阻(例如0.8Ω)，并且外部电源的操作电压为V2＝1.8V。
在未使用调节器时，在IC-1两端的所得电压为V1＝1.0V(1.0A的相同电流流过IC-1和IC-2)；因此，IC-2耗散的功率为P2＝0.8W，而IC-1耗散的功率为P1＝1.0W(因为P＝I2R并且I1＝I2＝1.0A)。这代表IC-1和IC-2耗散的功率相差20％。相反，通过使用可逆电压转换器，在IC-1两端的电压可以下调至V1＝0.95V，因此在IC-2两端的电压可以上调至Vdd2＝V2-V1＝0.85V。因而，IC-1和IC-2不再传递相同量值的电流(经过IC-2的电流从1.0A增加至1.0625A，而经过IC-1的电流从1.0A减少至0.95A)，因此P2＝P1＝0.903W。
图6是代表在无电压调节时的功率耗散差与通过电压调节的功率耗散平衡之间的比较的另一个表。在该例子中，相同参数值仅对于R1＜R2而言这时R1＝0.8Ω和R2＝1.0Ω。概括而言，在无电压调节时，IC-2耗散1.0W，而IC-1耗散0.8W，从而表示20％功率差。通过使用可逆电压转换器，在IC-1两端的电压可以上调至V1＝0.85V，而在IC-2两端的电压因此下调至Vdd2＝V2-V1＝0.95V。因而IC-1和IC-2不再传递相同量值的电流(经过IC-2的电流从1.0A减少至0.95A，而经过IC-1的电流从1.0A增加至1.0625A)，因此P2＝P1＝0.903W。
在图7中示出了示例单相电压切换式电容器电压转换器700的示意图以及关联电压和时序图。参照图8，示出了使用切换式电容器电压转换器的示例多相电压转换系统800的示意图。系统800是三节点可逆电压转换器、具有V2、V1和V0(例如，地平面)的电网并且适合于与具有叠置式电压域的多IC器件系统一起使用。实施了时钟生成器802。时钟划分器和时钟相位生成器804从时钟生成器802接收输入时钟信号并且生成具有多个相位的输出时钟信号。在描绘的示例实施例中，在图8中生成标示为φ1、φ2、φ3和φ4的四个相位。
假设来自时钟生成器和时钟划分器的这些原始时钟信号在V1与接地点之间摆动，然后电平移位器806(例如如图1-3中所示)被用以生成在V1与V2之间操作的时钟信号以及用于在地平面与V1之间操作的原时钟信号的匹配延迟。这些重新生成的时钟信号(例如用于相位φ1的信号φp 2-1、φn 2-1、φp 1-0、φn 1-0、)继而耦合到比如上述图7中所示的电压转换器808。同样可以将该示例系统800扩展至用于3-到-1的电压转换或者更一般地为M-到-N的电压转换，其中可以使用用于中间电压电平的电网。它还可扩展为与所需一样多的时钟相位。可以在于2009年2月25日提交的第12/392,476号共同未决申请中找到对电压转换器电路的操作和拓扑进行描述的附加信息，其内容整体并入于此。
用包括时钟生成、时钟划分器和相位生成、电平移位和延迟匹配的更传统控制方案实施图8中所示切换式电容电压转换器。为了提高转换效率，通过明显减少或者消除控制电路开销的新颖拓扑和方法如下文讨论的那样使用于操作控制电路的功率消耗开销最少。
基于图7中所示转换器拓扑，在图9(a)中示出了修改版本。在图9(a)的电容器电压转换器902中，包括P1和N1的下部反相器在V0与V1之间的第一电压域中操作，而包括P2和N2的上部反相器在V1与V2之间的第二电压域中操作。电压转换器902代表用于操作在叠置式电压域的多相系统的基本块或者单位单元。与如图7中所示将非重叠激励信号用于P2和N2对比，在图9(a)的实施例中向P2和N2施加共同激励信号。这里，P2和N2的晶体管阈值电压可以有利地选择成大于在电压域两端的电压降的一半，使得P2和N2不被同时接通。类似技术应用于P1和N1。
通过比较，图9(b)图示了单位单元904的开端链，其中每个单位单元驱动下一单位单元。激励信号仅用于第一单元而不是让单独激励器信号用于每个单位单元。这样，图8中所示控制机制与传统控制机制相比更简易从而带来明显的功率节省。
可以用任何奇数个反相级形成环形振荡器。如图10中所示，用3节点转换器单元形成示例环形振荡器结构1000，其中每个单位单元驱动下一单位单元。这形成3节点(V2、V1和GND)可逆电压转换器系统。在图11中示出了4节点(V3、V2、V1和GND)可逆电压转换器系统1100，该系统包括具有奇数个4节点电压转换器单元(每个单元驱动下一单元)的环形振荡器结构。通过将环形振荡器结构与电压转换器本身的单位单元集成，完整电压转换器系统由电压转换单位单元形成而无针对附加控制电路的任何布局和功率开销。
主要参照图12(a)至12(c)，将了解上文公开的电压转换器包括在叠置式电压域上操作的电路块。例如，图12(a)描绘了可以视为分别在V0至V1和V1至V2这两个电压域上操作的两个环形振荡器的3节点系统1200。图12(b)图示了可以视为分别在V0至V1、V1至V2和V2至V3这三个电压域上操作的三个环形振荡器的4节点系统1220。图12(c)图示了可以视为分别在V0至V1、V1至V2、V2至V3和V3至V4这四个电压域上操作的三个环形振荡器的5节点系统1240。将在N个叠置式电压域上构建具有N+1个节点的可逆切换式电容器电压转换器。
一般而言，所公开的方法使用电压转换器以在叠置式电压域上操作并且以一个单元在环形振荡器结构中或者在开端链结构中驱动另一单元这样的方式生成输入/输出信号。在图13中示出了示例环结构1300，其中假设系统具有奇数个反相级，则无需附加电路以用于电压转换器工作。在图14中示出了开端链结构1400，其中φ1和φ2是用于两个示例开链的初始输入。一般而言，可以通过比如图8中所示传统控制方案生成一个或者多个初始输入激励信号。
对于图13中所示环结构1300和图14中所示开链结构1400，可以构造各种电压转换器单元以求折衷和设计效率。图15(a)至15(d)图示了这种3节点转换器的一些例子。然而将理解还可以构造n节点单位单元。例如，图15(a)是更早地也在图9(a)中示出的转换器1500的最简易版本。在图15(b)至15(d)中以及在图16中呈现关于这一设计的变化。
如具体在图15(b)中所示，可以通过插入延迟元件(缓冲器)来控制环形振荡器1520的时钟频率。可以例如通过使用附加偏置电压在设计上固定或者在操作时改变延迟时间量。更一般而言，可以用包括任何数目的电压转换器单位单元和任何数目的其它缓冲器或者反相器的任何奇数个反相级形成环形振荡器。用于控制时钟频率的技术类似于在压控振荡器(VCO)电路中使用的技术并且为VCO设计领域技术人员所理解。
同样可以分别针对图15(c)和图15(d)中所示转换器1540、1560的每个切换器件生成单独激励信号。该拓扑的一个目的在于生成非重叠信号。在参照图9(a)的上文描述中，使用阈值电压控制方法，使得在每对中的PFET和NFET不被同时导通。在图16中示出了具有非重叠激励信号的电压转换器单元1600的又一备选实施例。通过变化NFET/PFET器件的宽度比来偏斜上升和下降转变时间，因而可以生成并且向每个FET应用非重叠激励信号。
因而将理解在此描述的集成电路实施例可以解释为任何电路块、微处理器核和任何其它逻辑或者物理电路单元。它们可以在同一物理芯片或者不同芯片上。当实施于同一芯片上时，使用绝缘体上硅(SOI)技术特别有利，或者备选地，使用三层阱体堆积技术是可能的。当实施于不同芯片上时，可以在物理上叠置电压域。为此，图17示出了芯片1700在还在物理上竖直叠置的叠置式电压域上的配置，这可以是一种用于3D集成电路技术的优选功率递送方法。
尽管已经参照一个或者多个优选实施例描述本发明，但是本领域技术人员将理解可以进行各种改变并且等效要素可以取代其要素而不脱离本发明的范围。此外，可以进行许多修改以使具体情形或者材料适应本发明的教导而不脱离其实质范围。因此，旨在于让本发明不限于作为用于实现本发明的最佳实施方式而公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (32)

1.一种集成电路IC系统，包括：
多个IC，其相对于外部电源电压被配置为叠置式电压域布置，使得所述多个IC中的至少一个IC的低侧供电轨与所述多个IC中的至少另一个IC的高侧供电轨共用；
可逆电压转换器，其耦合到所述多个IC中每个IC的功率轨，所述电压转换器被配置用于稳定与每个IC对应的单独电压域；以及
一个或者多个数据电压电平移位器，其被配置用于支持在操作于不同电压域中的IC之间的数据通信，其中与第一电压域中的一个电压对应的给定逻辑状态的输入信号被移位为处于第二电压域中的另一电压的相同逻辑状态的输出信号；
其中所述一个或者多个数据电压电平移位器进一步包括：
反相器，其在所述第一电压域中操作，接收给定逻辑状态的所述输入信号；
交叉耦合锁存器器件，其在所述第二电压域中操作，产生相同逻辑状态的所述输出信号；以及
电容器，其将所述输入信号的反相值动态地耦合到所述锁存器器件的第一节点，使得所述锁存器器件的第二互补节点对应于用于在所述第二电压域中使用的移位输出数据。
2.根据权利要求1所述的系统，其中：
对于总数为N的叠置式IC，在所述系统中有N个电压域；
所述多个IC被串行叠置在处于电压值N*Vdd的高电压轨与接地点之间，其中Vdd表示所述IC中的给定IC的标称操作电压；以及
其中最低电压域在Vdd与接地点之间操作，次最低电压域在2*Vdd与Vdd之间操作，并且其中最高电压域在N*Vdd与(N-1)*Vdd之间操作。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述一个或者多个数据电压电平移位器操作以用于跨不同电压域而传送数据从逻辑高向逻辑低和从逻辑低向逻辑高的转变。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述可逆电压转换器被配置用于选择性地至少在以下功率模式中操作：第一功率模式，其中所述多个IC中的每个IC利用基本相同的电流；第二功率模式，其中所述多个IC中的每个IC在基本上相同的电压处操作；以及第三功率模式，其中所述多个IC耗散基本上相同量的功率。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述第一功率模式、第二功率模式和第三功率模式取决于所述可逆电压转换器的时钟频率。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个IC置于共用芯片上。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述共用芯片包括绝缘硅SOI技术和三层阱体堆积技术之一。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个IC包括相对于彼此竖直叠置的单独芯片。
9.一种集成电路IC系统，包括：
多个IC，其相对于外部电源电压被配置为叠置式电压域布置，使得所述多个IC中的至少一个IC的低侧供电轨与所述多个IC中的至少另一个IC的高侧供电轨共用；
可逆电压转换器，其耦合到所述多个IC中每个IC的功率轨，所述电压转换器被配置用于稳定与每个IC对应的单独电压域；以及
一个或者多个数据电压电平移位器，其被配置用于支持在操作于不同电压域中的IC之间的数据通信，其中与第一电压域中的一个电压对应的给定逻辑状态的输入信号被移位为处于第二电压域中的另一电压的相同逻辑状态的输出信号；
其中所述可逆电压转换器被配置用于选择性地至少在以下功率模式中操作：第一功率模式，其中所述多个IC中的每个IC利用基本相同的电流；第二功率模式，其中所述多个IC中的每个IC在基本上相同的电压处操作；以及第三功率模式，其中所述多个IC耗散基本上相同量的功率。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述第一功率模式、第二功率模式和第三功率模式取决于所述可逆电压转换器的时钟频率。
11.根据权利要求9所述的系统，其中：
对于总数为N的叠置式IC，在所述系统中有N个电压域；
所述多个IC被串行叠置在处于电压值N*Vdd的高电压轨与接地点之间，其中Vdd表示所述IC中的给定IC的标称操作电压；以及
其中最低电压域在Vdd与接地点之间操作，次最低电压域在2*Vdd与Vdd之间操作，并且其中最高电压域在N*Vdd与(N-1)*Vdd之间操作。
12.根据权利要求9所述的系统，其中所述一个或者多个数据电压电平移位器进一步包括：
反相器，其在所述第一电压域中操作，接收给定逻辑状态的所述输入信号；
交叉耦合锁存器器件，其在所述第二电压域中操作，产生相同逻辑状态的所述输出信号；以及
电容器，其将所述输入信号的反相值动态地耦合到所述锁存器器件的第一节点，使得所述锁存器器件的第二互补节点对应于用于在所述第二电压域中使用的移位输出数据。
13.根据权利要求9所述的系统，其中所述一个或者多个数据电压电平移位器操作以用于跨不同电压域而传送数据从逻辑高向逻辑低和从逻辑低向逻辑高的转变。
14.根据权利要求9所述的系统，其中所述多个IC置于共用芯片上。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述共用芯片包括绝缘硅SOI技术和三层阱体堆积技术之一。
16.根据权利要求9所述的系统，其中所述多个IC包括相对于彼此竖直叠置的单独芯片。
17.一种数据电压电平移位装置，包括：
反相器，其接收给定逻辑状态的输入信号，所述输入信号源自在第一电压域中操作的第一集成电路器件；
交叉耦合锁存器器件，其产生相同逻辑状态的输出信号，所述输出信号用于由在第二电压域中操作的第二集成电路器件使用；以及
电容器，其将所述输入信号的反相值动态地耦合到所述锁存器器件的第一节点，使得所述锁存器器件的第二互补节点对应于用于在所述第二电压域中使用的移位输出数据。
18.根据权利要求17所述的装置，其中所述数据电压电平移位装置操作以用于跨不同电压域而传送数据从逻辑高向逻辑低和从逻辑低向逻辑高的转变。
19.根据权利要求17所述的装置，其中所述第二电压域高于所述第一电压域。
20.根据权利要求17所述的装置，其中所述第一电压域高于所述第二电压域。
21.一种可逆的切换式电容器电压转换装置，包括：
相互分级耦合的多个个体单位单元，其中每个单位单元包括被布置为叠置式配置的多组反相器器件，使得每组反相器器件在独立电压域中操作，其中相邻电压域中的反相器器件的输出彼此电容耦合；以及
其中所述多个个体单位单元中的至少一个单位单元的输出充当用于所述多个个体单位单元中的至少另一单位单元的对应输入。
22.根据权利要求21所述的装置，其中所述多个个体单位单元中的最后单位单元的输出包括向环形振荡器类型结构的所述多个个体单位单元中的第一单位单元的输入。
23.根据权利要求21所述的装置，其中向所述多个个体单位单元中的第一单位单元的输入包括控制信号。
24.根据权利要求23所述的装置，其中向所述多个个体单位单元中的所述第一单位单元的所述输入被禁止允许同时导通每个电压域中的反相器器件的PFET器件和NFET器件。
25.根据权利要求24所述的装置，其中向所述多个个体单位单元中的所述第一单位单元的每个输入被耦合到在对应电压域中操作的缓冲器器件，其中每个缓冲器器件的输出充当向所述对应电压域中的所述反相器器件的输入。
26.根据权利要求25所述的装置，对于每个电压域，还包括与所述反相器器件的PFET耦合的第一缓冲器器件和与所述反相器器件的NFET耦合的第二缓冲器器件。
27.根据权利要求26所述的装置，其中所述第一缓冲器器件和第二缓冲器器件各自包括反相器对，其中所述反相器对中的第一反相器具有较大的NFET/PFET器件宽度比，并且所述反相器对中的第二反相器具有较大的PFET/NFET器件宽度比。
28.一种调节集成电路IC系统的电流、功率和电压电平的方法，所述方法包括：
相对于外部电源电压将多个IC配置为叠置式电压域布置，使得所述多个IC中的至少一个IC的低侧供电轨与所述多个IC中的至少另一IC的高侧供电轨共用；
将可逆电压转换器耦合到所述多个IC中每个IC的功率轨，所述电压转换器被配置用于稳定与每个IC对应的个体电压域；以及
设置所述可逆电压转换器的时钟频率，以便在所述IC系统中选择性地至少在不同于所述多个IC中的每个IC利用基本上相同电流的第一功率模式的以下功率模式中操作：第二功率模式，其中所述多个IC中的每个IC在基本上相同的电压处操作；以及第三功率模式，其中所述多个IC耗散基本上相同量的功率。
29.根据权利要求28所述的方法，其中对于总数为N的叠置式IC，在所述系统中存在N个电压域。
30.根据权利要求29所述的方法，其中：
所述多个IC被串行叠置于处于电压值N*Vdd的高电压轨与接地点之间，其中Vdd表示所述IC中的给定IC的标称操作电压；以及
其中最低电压域在Vdd与接地点之间操作，次最低电压域在2*Vdd与Vdd之间操作，并且其中最高电压域在N*Vdd与(N-1)*Vdd之间操作。
31.根据权利要求29所述的方法，还包括：配置一个或者多个数据电压电平移位器，所述数据电压电平移位器被配置用于支持在操作于不同电压域中的IC之间的数据通信，其中与第一电压域中的一个电压对应的给定逻辑状态的输入信号移位到处于第二电压域中的另一电压的相同逻辑状态的输出信号。
32.一种在集成电路器件之间实施数据电压电平移位的方法，所述方法包括：
将给定逻辑状态的输入信号耦合到在第一电压域中操作的反相器，所述输入信号源自在所述第一电压域中操作的第一集成电路器件；
从在第二电压域中操作的交叉耦合锁存器器件生成相同逻辑状态的输出信号，所述输出信号用于由在所述第二电压域中操作的第二集成电路器件使用；以及
通过电容器将所述输入信号的反相值动态地耦合到所述锁存器器件的第一节点，使得所述锁存器器件的第二互补节点对应于用于在所述第二电压域中使用的移位输出数据。
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