CN102365606A - 自适应电压定标 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了自适应电压定标器AVS、系统以及相关方法。所述AVS经配置以基于目标操作频率和延迟变化条件来自适应地调整对功能电路供电的电压电平，以避免或减少电压裕量。在一个实施例中，所述AVS包含AVS数据库。所述AVS数据库可经配置以存储针对功能电路的各种操作频率的电压电平，以避免或减少电压裕量。所述AVS数据库允许进行快速的电压电平决策。存储于所述AVS数据库中的所述电压电平可为根据所揭示的实施例的初始的、最小的、习得的、填充的、探测到的、收回的、基于温度的和/或基于年限的电压电平，以进一步避免或减少电压裕量。AVS模块可为基于软件的模块，其咨询所述AVS数据库以作出电压电平决策。将所述AVS模块提供为基于软件的模块可允许配置所述AVS模块和/或所述AVS数据库时的灵活性。

Description

自适应电压定标
相关申请案
本申请案主张来自2009年3月30日申请的第61/164,882号美国临时专利申请案和2009年7月2日申请的第61/222,779号美国临时专利申请案的优先权以及所述两个美国临时专利申请案的权益，所述两个美国临时专利申请案中的每一者的全部内容以引用的方式并入到本文中。
技术领域
本申请案的技术涉及用于控制对给定操作频率下的电路供电的电压电平的自适应电压定标器(AVS)以及相关系统。
背景技术
例如中央处理单元(CPU)或数字信号处理器(DSP)等同步数字电路需要时钟信号来协调电路中逻辑的时序。时钟信号的频率控制逻辑的切换速度或速率，且因此控制电路的性能。在操作频率与电压电平之间存在关系。操作频率的增加使对电路供电以供适当操作所要求的最小电压电平增加。因此，操作频率的增加通常导致更多的电力消耗。可通过降低对电路供电的电压电平来减少电力消耗。然而，电压电平的减少使可能用于电路的最大操作频率减少。可减少电压电平直到达到对于电路适当操作所必需的最小阈值电压电平为止。
尽管通常希望通过使电路的操作频率最大化来使电路的性能最大化，但有时候并不要求或希望使操作频率最大化。在此情况下，在不影响电路的适当操作的情况下可减少对电路供电的电压电平，以保存电力。在这点上，可使用动态电压定标器(DVS)。DVS可确定电路的所要操作频率，并控制时钟产生器以在所要操作频率下产生用于所述电路的时钟信号。DVS还可使用确定的操作频率来确定用于电路的最小电压电平。DVS可随后控制调压器来产生所要最小电压电平。以此方式，DVS可在给定操作频率下将电压调整为最小电压电平，以保存电力，同时维持适当的电路操作。
其它因素可提高对给定操作频率下的电路供电所要求的最小电压电平。举例来说，用以制造同步数字电路及其组件的纳米集成电路(IC)工艺的变化性可导致延迟变化。例如晶体管的操作温度以及老化效应等环境条件可影响传播延迟。由于电流汲取的变化的缘故可瞬时降低由电压源供应的电压电平，因此瞬时降低性能。在这点上，DVS可经配置以根据最坏情况下的延迟情景来控制用于电路的最小电压电平以确保适当的电路操作，在现实中时，最坏情况下的延迟情景不会总是出现。当没有出现最坏情况下的延迟情景时，电压电平可降低且电路适当地操作。在具体时间针对给定操作频率对电路供电所要求的最坏情况下的最小电压电平与实际最小电压电平之间的差被称为电压或电力裕量。电压裕量表示针对在给定操作频率下适当地操作的电路在理想情况下无需消耗的所消耗的电力。
发明内容
具体描述中所揭示的实施例包含自适应电压定标器(AVS)、AVS系统以及相关电路和方法。所述AVS和AVS系统、电路以及方法经配置以基于功能电路的目标操作频率和延迟变化条件来自适应地调整对功能电路供电的电压电平，以避免或减少电压裕量。避免或减少电压裕量可节省电力，同时维持功能电路的适当操作。延迟变化可包含一个或一个以上特定于每一AVS和功能电路的制造变化和/或由环境条件的变化引起的操作变化。延迟变化条件可变换对于功能电路的适当操作必需的操作频率与最小电压电平之间的关系。举例来说，功能电路可为同步数字电路。还可包含AVS以作为除了动态电压定标器(DVS)之外的电压定标器，以设置功能电路的操作频率和电压电平。
在一个实施例中，AVS包括经配置以接收输入信号的至少一个延迟电路。AVS以与功能电路的至少一个延迟路径有关的延迟量来延迟输入信号，以产生延迟输出信号。AVS还包括耦合到AVS数据库的AVS电路。AVS电路响应于延迟输出信号。AVS电路经配置以基于数据库中的与功能电路的操作频率相关联的电压电平和延迟输出信号中的延迟信息而产生电压电平设置信号。AVS数据库可经配置以存储针对功能电路的各种操作频率的电压电平，以避免或减少电压裕量。
在另一实施例中，AVS数据库可经配置以存储先前已由AVS针对功能电路的给定操作频率而探测到的习得的电压电平设置。以此方式，AVS电路可在提供了功能电路的新的操作频率之后在无需等待在功能电路中新的操作频率稳定的情况下快速地确定电压电平。AVS数据库可经配置以继续用习得的电压电平来进行更新。AVS电路可在AVS数据库中更新习得的电压电平。AVS数据库可用针对所有操作频率的不能违背的最小电压电平设置来配置。在此情况下，将不会使用低于用于使功能电路适当操作的最小电压电平设置的习得的确定的电压电平来设置电压电平。
AVS数据库中的最小电压电平设置可经配置以给电压电平提供容限电压裕量，以避免在无效操作区域中操作功能电路的风险。然而，在另一实施例中，AVS电路经配置以在运行时间操作期间探测功能电路的无效操作区域，以进一步避免或减少容限电压裕量。在此实施例中，AVS可包括至少一个延迟电路，所述延迟电路经配置以接收输入信号，并以与功能电路的至少一个延迟路径有关的量来延迟输入信号，以产生延迟输出信号。AVS还可包括响应于延迟输出信号的AVS电路。AVS电路可经配置以基于功能电路的目标操作频率和延迟输出信号中的延迟信息来产生电压电平设置信号。AVS电路还可经配置以增加至少一个延迟路径的延迟，以模拟功能电路的增加的操作频率，从而探测功能电路的无效操作区域。AVS电路可使用转变到无效操作区域的点来确定针对当前操作频率的修正电压电平设置，以进一步避免或减少容限电压裕量。
在另一实施例中，AVS电路可经配置以加速用针对给定操作频率的电压电平设置来填充AVS数据库。一旦AVS电路习得了针对当前操作频率的电压电平，AVS电路就在AVS数据库中咨询针对较低操作频率的电压电平。如果针对较低操作频率而存储的电压电平大于针对当前操作频率的习得的电压电平，那么AVS电路便可在AVS数据库中用习得的较低电压电平来替换针对较低操作频率的电压电平。已知功能电路能够在针对较低操作频率的习得的电压电平下适当地操作。以此方式，在可能的情况下用较低的电压设置来更快速地填充AVS数据库，以使得在操作期间更快速地避免或减少电压裕量。
在另一实施例中，将温度传感器并入到AVS中，以提供功能电路的当前操作温度等级。功能电路的操作温度可变换针对功能电路的给定操作频率的最小电压电平设置。AVS电路使用操作温度等级而随操作温度等级而变来存储和更新AVS数据库中的电压电平。AVS电路还可在操作期间使用从温度传感器接收到的操作温度等级来选择对应于当前操作频率和操作温度等级的电压电平。以此方式，可考虑基于操作温度的针对给定操作频率的电压电平的任何变换，以避免或减少电压裕量，同时还避免在无效操作区域中操作功能电路。AVS电路还可在AVS数据库中随操作温度等级而变来存储电压电平。举例来说，AVS数据库可含有多个习得的电压电平设置表，其各自对应于不同的操作温度区域。
在另一实施例中，AVS可经配置以习得何时电压电平致使功能电路在无效操作区域中操作。在此实施例中，可提供AVS，其包括至少一个延迟电路，所述延迟电路经配置以接收输入信号，并以与功能电路的至少一个延迟路径有关的量来延迟输入信号，以产生延迟输出信号。AVS可包含AVS电路，所述AVS电路响应于延迟输出信号，且经配置以基于延迟输出信号中的延迟信息而产生电压电平设置信号。所述AVS电路可进一步经配置以在电压电平致使功能电路在无效操作区域中操作的情况下向电压电平设置信号添加电压裕量。以此方式，AVS电路可经配置以通过增加针对当前操作频率的电压电平设置而在AVS数据库中“收回”当前电压电平设置。
在另一实施例中，AVS可经配置以为电压电平补偿负偏置温度不稳定性(NBTI)。在此实施例中，AVS可包括至少一个延迟电路，所述延迟电路经配置以接收输入信号，并以与功能电路的至少一个延迟路径有关的量来延迟输入信号，以产生延迟输出信号。AVS还可包括AVS电路，所述AVS电路响应于延迟输出信号，且经配置以基于延迟输出信号中的延迟信息而产生电压电平设置信号，且基于功能电路的老化指示符而产生电压电平校正。以此方式，AVS可经配置以通过随着时间的推移而提高针对操作频率的最小电压电平来补偿NBTI。AVS可经配置以在AVS数据库中随着时间的推移而提高最小电压电平。AVS可随后经配置以在针对任何操作频率的确定的电压电平低于最小的经补偿的电压电平的情况下加强经补偿的最小电压电平设置。可在AVS数据库中用经补偿的电压电平来更新习得的电压电平。
在另一实施例中，提供了一种对功能电路的电压电平进行定标的方法。所述方法包括在至少一个延迟电路中接收输入信号。所述方法进一步包括以与功能电路的至少一个延迟路径有关的延迟量来延迟输入信号，以产生延迟输出信号，以及基于数据库中的与功能电路的目标操作频率相关联的电压电平和延迟输出信号中的延迟信息来产生电压电平设置信号。
在另一实施例中，提供了一种其上存储有计算机可执行指令的计算机可读媒体。提供所述指令以致使AVS模块基于数据库中的与功能电路的目标操作频率相关联的电压电平和延迟输出信号中的表示与功能电路的至少一个延迟路径有关的延迟量的延迟信息而产生电压电平设置信号。
附图说明
图1是示范性自适应电压定标器(AVS)、AVS系统以及功能电路的示意图；
图2是存储于AVS数据库中的示范性AVS频率/电压电平表；
图3是说明功能电路的操作区域的示范性操作频率与电压电平图；
图4是提供用于利用AVS数据库来自适应地存储和使用习得的电压电平以供基于操作频率而设置功能电路的电压电平以避免或减少电压裕量的示范性过程的流程图；
图5是在图1中的AVS控制下由时钟产生器产生的时钟信号的示范性操作频率时序图；
图6A是在图1中的AVS控制下由调压器产生的电压信号的示范性电压电平时序图；
图6B是在AVS无法在无需等待新的操作频率稳定的情况下设置新的电压电平的情况下的电压信号的示范性电压电平时序图；
图7是可包含在AVS数据库中的用以存储针对探测到的操作频率的习得电压电平的示范性AVS习得值表；
图8是说明功能电路的不同操作区域的示范性操作频率与电压电平图；
图9是提供用于探测给定操作频率下的功能电路的无效操作区域并基于此类探测来存储修正电压电平的示范性过程的流程图；
图10是说明功能电路的操作区域的示范性操作频率与电压电平图；
图11是存储于AVS数据库中的示范性AVS频率/电压电平表；
图12是存储于AVS数据库中的示范性电压电平差表；
图13是提供用于针对给定操作频率而在AVS数据库中加速电压电平的填充的示范性过程的流程图；
图14是AVS数据库中电压电平的加速填充的实例；
图15是存储于AVS数据库中的针对不同操作温度的示范性AVS操作频率/电压电平表；
图16是提供用于在功能电路进入无效操作区域中时向电压电平添加电压裕量的示范性过程的流程图；
图17是存储于AVS数据库中的对应于不同操作频率的示范性最小电压电平极限表；
图18是说明功能电路的不同操作区域的示范性操作频率与电压图；
图19是提供用于基于负偏置温度不稳定性(NBTI)效应而向AVS数据库中的电压电平添加电压电平校正的示范性过程的流程图；
图20是另一示范性AVS系统的示意图；以及
图21是使用AVS的示范性中央处理单元(CPU)功能电路和相关系统的框图。
具体实施方式
现在参考图示，其描述了本发明的若干示范性实施例。词“示范性”在本文中用以指“充当实例、例子或说明”。本文中被描述为“示范性”的任何实施例不必解释为比其它实施例优选或有利。
具体描述中所揭示的实施例包含自适应电压定标器(AVS)、AVS系统以及相关电路和方法。所述AVS和AVS系统、电路以及方法经配置以基于功能电路的目标或所要操作频率和延迟变化条件来自适应地调整对功能电路供电的电压电平，以避免或减少电压裕量。避免或减少电压裕量可节省电力，同时维持适当的功能电路操作。延迟变化可包含一个或一个以上特定于每一AVS和功能电路的制造变化和/或由环境条件的变化引起的操作变化。延迟变化条件可变换对于功能电路的适当操作必需的操作频率与最小电压电平之间的关系。举例来说，功能电路可为同步数字电路。还可包含AVS以作为除了动态电压定标器(DVS)之外的电压定标器，以设置功能电路的操作频率和电压电平。
在这点上，在图1中示意性地说明了示范性自适应电压定标器(AVS)系统10。AVS系统10包含AVS 11，AVS 11经配置以确定和设置由时钟产生器14产生的时钟信号12的操作频率以用于控制功能电路15中逻辑的切换速度或速率。举例来说，功能电路15可为同步数字电路。AVS 11产生操作频率设置信号16以作为进入时钟产生器14中的输入，从而控制时钟信号12的操作频率。时钟产生器14可提供常规时钟信号、无干扰时钟信号或任何其它类型的所要时钟信号。
AVS 11还控制提供给功能电路15以对功能电路15供电的电压信号18的电压电平。AVS 11产生电压电平设置信号20以作为进入调压器22中的输入，从而控制电压信号18的电压电平。基于由AVS 11确定的操作频率和延迟变化条件来确定电压电平。在功能电路15的操作频率与用以对功能电路15供电以供适当操作的最小电压电平之间存在关系。操作频率的增加使得用以对功能电路15供电以供适当操作的最小电压电平增加。操作频率的减少使得用以对功能电路15供电以供适当操作的最小电压电平减少，至少直到达到对功能电路15供电所必需的最小阈值电压为止。
继续参考图1，AVS 11在调谐环路24中周期性或非周期性地随着时间的推移而重复自适应地确定功能电路15的操作频率和电压电平。自适应地控制操作频率设置信号16以避免或减少功能电路15的性能裕量，同时不超出性能能力。还自适应地控制电压电平设置信号20以避免或减少电压裕量，从而节省用于功能电路15的电力，同时维持目标操作频率。电压信号18由调压器22根据由AVS 11中的AVS模块28产生的电压电平设置信号20而产生。AVS模块28为电路。AVS 11响应于工作负荷估计27而产生操作频率设置信号16和电压电平设置信号20。
在AVS 11中提供一个或一个以上延迟电路25，以基于提供于功能电路15中的延迟变化条件而产生延迟。功能电路15中的延迟由于制造过程和/或操作条件的变化的缘故而可变化。延迟电路25包含将由时钟产生器14产生的时钟信号12接收作为输入信号的延迟线路时钟逻辑26，以作为调谐环路24的一部分。延迟线路时钟逻辑26产生进入延迟线路30中的表示时钟信号12的延迟的输出信号29以及进入时钟周期延迟34中的表示时钟信号12的延迟的输出信号32。延迟线路30具有经配置以对应于功能电路15中的一个或一个以上选定延迟路径的多个延迟路径(未图示)。选定延迟路径具有经配置以在操作期间基于延迟变化条件来以相同或相似的方式对功能电路15中的选定延迟路径进行模拟和调整的相关联的延迟。举例来说，延迟路径可包含门主导、线主导和/或扩散电容主导的延迟路径，其中所述延迟路径中的一者将根据功能电路15的目前的操作条件而产生较大的延迟。选定延迟路径还可对应于功能电路15中的一个或一个以上关键路径。延迟线路30可经编程以允许其中的选定延迟路径调谐到耦合到AVS 11的特定功能电路15。
在此实施例中，延迟电路25中的延迟线路30产生输入到比较器38中的延迟线路输出36。举例来说，比较器38可为比较触发器。比较器38在接收到来自时钟周期延迟34的时钟周期延迟信号40后即刻产生延迟输出信号42。从延迟电路25接收延迟输出信号42以作为进入到AVS模块28中的输入。延迟输出信号42表示对延迟线路30中的最长延迟路径的选择，且因此表示功能电路15中的延迟或时序裕量。AVS模块28使用时序裕量信息来估计用以维持适当的功能电路15操作同时避免或减少电压裕量的下一操作频率。AVS模块28选择功能电路15的下一操作频率。更明确地说，AVS模块28产生操作频率设置信号16，以控制时钟产生器14来根据下一操作频率而改变时钟信号12。在此实施例中，AVS模块28为软件控制的处理器或控制器。然而，AVS模块28还可由没有处理器或软件的离散逻辑提供，或者可部分地受在电路中执行的软件控制。
AVS模块28接着基于新的操作频率请求而确定用于对功能电路15供电的新的电压电平。新的电压电平是针对用以适当地操作功能电路15同时还避免或减少电压裕量的操作频率的安全最小电压电平。AVS模块28可基于可变换功能电路15中操作频率与电压电平之间的关系的延迟变化条件而调整电压电平。本文揭示了说明针对新的操作频率而确定新的电压电平的AVS模块28的实例的各种实施例。一旦AVS模块28针对新的操作频率确定新的电压电平，AVS模块28就应用新的电压电平。AVS模块28产生电压电平设置信号20，以将新的电压电平提供给调压器22。调压器22产生新的电压电平下的电压信号18，以对功能电路15供电。时钟信号12和电压信号18还是调谐环路24的下一反复期间进入AVS 11中的输入，以基于功能电路15中的操作频率和延迟变化条件来提供对功能电路15的电压电平的自适应控制。
AVS模块28可另外使用从任选地包含在AVS 11中的温度传感器48接收的操作温度等级信号46来针对下一操作频率而进一步调整电压电平。温度等级可变换用于在给定操作频率下维持适当的功能电路15操作的最小电压电平。在本申请案中将稍后描述关于由AVS 11使用操作温度等级来确定下一电压电平设置的更多信息。
如上文所论述，AVS模块28针对给定的新的确定的操作频率而确定用于对功能电路15供电的新的电压电平。AVS模块28确定新的电压电平的一个实例提供于图2中的AVS频率/电压电平表50中。AVS频率/电压电平表50可存储于AVS数据库44中，且由AVS模块28存取以用于确定新的电压电平。如本文将描述，AVS模块28还可更新在AVS频率/电压电平表50中习得的电压电平。AVS模块28可为执行软件指令以存取AVS频率/电压电平表50中的电压电平从而确定下一电压电平的软件控制的模块或处理器。或者，AVS模块28可部分地受由AVS模块28执行的软件控制。AVS模块28还可执行软件指令以确定下一操作频率和电压电平。将AVS模块28提供为基于软件的模块允许其中所含的用于确定操作频率和电压电平的参数和算法以及存储于AVS数据库44中的信息易于在设计和/或制造了AVS 11和功能电路15之后经配置或经重新配置。然而，AVS模块28还可在不使用基于软件的模块或装置的情况下提供于电路中。
图2中的AVS频率/电压电平表50表示针对各种给定操作频率的用于功能电路15的用以避免或减少电压裕量同时维持适当的功能电路15操作的安全的、预先选定的最小电压电平。因此，AVS频率/电压电平表50特定于功能电路15。此实施例中的AVS频率/电压电平表50含有有限数目个操作频率和电压电平对52。举例来说，如图2中所说明，存储于AVS频率/电压电平表50中的针对1.0千兆赫(GHz)操作频率的最小电压电平为1.32伏(V)。最小电压电平随着操作频率的降低而降低。AVS频率/电压电平表50可经设计以含有在AVS数据库44中所要的任何数目个操作频率和电压电平对。在此实施例中可由AVS模块28来内插针对未含在AVS频率/电压电平表50中的操作频率点的电压电平。如果不希望假设为线性的，那么AVS模块28便可针对未含在AVS频率/电压电平表50中的操作频率而将电压电平设置为含在AVS频率/电压电平表50中的下一最高操作频率的电压电平。
在AVS 11的复位时，尚未反复调谐环路24，以允许AVS模块28自适应地确定电压电平。因此，在一个实施例中，AVS频率/电压电平表50可以针对其中所含的每一操作频率点的已知的安全电压电平而初始化，直到习得自适应电压电平为止。或者，AVS频率/电压电平表50可最初将其中所含的所有操作频率点登记为未初始化。AVS模块28可在其中所含的每一新的操作频率由AVS模块28进行探测且针对新的操作频率确定新的电压电平时将电压电平填充AVS频率/电压电平表50中。
尽管图2中的AVS频率/电压电平表50含有有限数目个操作频率和电压电平对52，但此表示仅随着沿功能电路15的操作频率与电压电平特性曲线的点的数字存储而变。在图3中，功能电路15的示范性操作频率、电压电平特性曲线54(在本文中也被称为“特性曲线54”)的实例说明于提供于其中的操作频率与电压电平图55中。特性曲线54表示功能电路15针对可能的操作频率范围上的给定操作频率所要求的最小电压电平。特性曲线54下方的任一操作频率、电压电平点均处于功能电路15的无效操作区域56中。特性曲线54上或上方的任一操作频率、电压电平点均处于功能电路15的有效操作区域58中。注意，特性曲线54还说明用以适当地操作功能电路15的最小操作电压(其在图3的实例中为0.85V)，而与操作频率无关。
作为对AVS频率/电压电平表50的替代，操作频率和电压电平对52可由提供于AVS数据库44或AVS模块28中的对特性曲线54进行近似的多项式来确定。特性曲线54还可由多个多项式表示，所述多个多项式各自表示特性曲线54中的操作频率的子范围，所述子范围可允许使用较低阶的多项式来表示特性曲线54。
尽管操作频率、电压电平特性曲线54表示针对功能电路15的操作频率的理想最小电压电平，但在此实例中，延迟变化条件可使特性曲线54偏离理想条件。延迟变化条件可为可改变功能电路中的给定延迟路径中的延迟的任何条件。举例来说，延迟变化条件可包含在集成电路(IC)的制造期间所得的个别IC上的过程变化。例如晶体管的操作温度和老化效应等环境条件也可影响功能电路15中的传播延迟。由于电流汲取的变化的缘故，由电压源供应的电压电平可瞬时降低，因此瞬时降低功能电路15的性能。因此，根据其它实施例，AVS 11可包含若干个额外特征和装置以提供额外的益处和性能来进一步自适应地优化对电压裕量的避免或减少，同时维持适当的功能电路15操作。现在将描述这些额外特征和装置实施例。
在一个实施例中，可利用AVS数据库44来存储已由AVS 11针对一个或多个给定操作频率探测到的习得的、最优电压电平设置。以此方式，AVS模块28可产生电压电平设置信号20，以使功能电路15在无需等待新的操作频率稳定的情况下针对先前已探测到的新的操作频率而迅速返回到特定的最优电压电平设置。可避免或减少呈现在AVS模块28设置新的操作频率与新的操作频率稳定的时间之间的任一额外电压裕量，以进一步节省功能电路15的总电力消耗。
在这点上，图4提供可由AVS 11中的AVS模块28执行以基于存储于AVS数据库44中的存储的习得的电压电平设置而自适应地确定和设置功能电路15的操作频率和电压电平的示范性过程的流程图。在此实施例中，图4中的过程由作为调谐环路24的一部分的AVS模块28执行。通过AVS模块28接收对功能电路15的新的操作频率请求(框60)而开始过程(框59)。如图1中所说明，AVS模块28接收新的操作频率请求以作为工作负荷估计27。在此实施例中，如下文将更详细描述，在设置新的操作频率和电压电平之前，AVS模块28接着针对当前操作电压而确定电压电平并相应地更新AVS数据库44(步骤61)。或者，AVS模块28可经配置以在已设置功能电路15的新的操作频率和电压电平之后执行和更新AVS数据库44。如下文也将更详细描述，AVS模块28可执行其它特征和功能。AVS模块28随后确定新的操作频率是否大于当前操作频率(框62)。如果新的操作频率不大于当前操作频率，那么AVS模块28便可立刻前进，在无需确定是否应该调整功能电路15的电压电平的情况下针对新的操作频率设置操作频率设置信号16(框63)。已知功能电路15能够在针对当前电压电平设置的较低操作频率下适当地操作。然而，仍然希望在可能的情况下减少当前电压电平，以避免或减少电压裕量。在这点上，AVS模块28等待新的操作频率在功能电路15中稳定(框64)，以确定功能电路15的新的电压电平。这可能花费调谐环路24的若干个时钟循环和反复。
一旦新的操作频率已稳定，AVS模块28就确定AVS模块28先前是否已在AVS数据库44中探测到所述新的操作频率(框65)。如果没有，那么AVS模块28便针对新的操作频率将电压电平编程为已知的安全电压电平(框66)。安全电压电平可基于DVS设置。如果AVS模块28先前已在AVS数据库44中探测到新的操作频率(框65)，那么AVS模块28便基于存储于AVS数据库44中的习得的电压电平而将电压电平设置信号20设置为功能电路15的新的电压电平(框67)。如下文更详细描述，AVS模块28经配置以将对应于探测到的操作频率的习得的电压电平存储在AVS数据库44中，以基于功能电路15的变化和操作条件来避免或减少电压裕量。习得的电压电平通常将低于安全电压电平，因此减少了功能电路15的能量消耗。因此，与通过使用AVS数据库44来存储习得的电压电平的情况相比，电压电平在功能电路15中可更迅速地降低。这由下文所论述的图5和图6中的实例来说明。
图5说明在图1中的AVS 11控制下由时钟产生器14产生的时钟信号12的示范性操作频率时序图80。图6A说明也在图1中的AVS 11控制下由调压器22产生的电压信号18的对应的示范性电压电平时序图82。如图5中所说明，时钟信号12从时间t3到时间t4处于操作频率f3处。在时间t4处，AVS模块28已针对时钟产生器14将新的操作频率设置为f1(参见，例如，图4，框63)。时钟信号12的操作频率在时间t4与时间t5之间开始从f3下降到f1，并在时间t5处稳定在频率f1处。一旦AVS模块28已确定在功能电路15中新的操作频率已稳定(参见，例如，图4，框64)，AVS模块28就咨询AVS数据库44。AVS模块28咨询AVS数据库44以确定先前是否已探测到并习得针对新的操作频率f1的电压电平(参见，例如，图4，框65)。在此实例中，AVS数据库44含有针对新的操作频率f1的先前探测到并习得的电压电平(参见，例如，图4，框67)。因此，如在图6A中的电压电平时序图82中所说明，AVS模块28能够在一个时钟循环在无需等待新的操作频率稳定的情况下将电压电平设置信号20设置成新的且先前习得的电压电平。否则，如图6B的电压电平时序图83中所说明，AVS模块28将不能够在一个时钟循环中将电压电平设置信号20设置成新的电压电平。每当AVS模块28接收到新的操作频率请求，所述过程便通过返回到开始(框59)来以循环方式重复图4中的步骤而继续。
如果新的操作频率大于当前操作频率(框62)，如由图6A的电压电平时序图82中的时间t1处的实例所说明，那么AVS模块28便不立刻将操作频率设置信号16设置成新的操作频率。这由图5的操作频率时序图80中的时间t1处的实例来说明。这是因为AVS模块28在设置新的操作频率之前首先确定新的电压电平以确保功能电路15适当地操作。在这点上，AVS模块28确定AVS模块28先前是否已在AVS数据库44中探测到新的操作频率(框70)。如果没有，那么AVS模块28便针对新的操作频率将电压电平编程为已知的安全电压电平(框71)。安全电压电平可基于DVS设置。如果AVS模块28先前已在AVS数据库44中探测到新的操作频率(框70)，那么AVS模块28便基于存储于AVS数据库44中的习得的电压电平而将电压电平设置信号20设置为功能电路15的新的电压电平(框72)。此外，AVS模块28经配置以将对应于探测到的操作频率的习得的电压电平存储在AVS数据库44中，以基于功能电路15的变化和操作条件来较快地降低电压电平避免或减少电压裕量。习得的电压电平通常将低于安全电压电平，因此减少了功能电路15的能量消耗。此后，AVS模块28等待在功能电路15中新的电压电平稳定(框73)(例如，t1-t2)。在可设置新的操作频率之前在AVS模块28等待新的电压电平稳定时可能存在额外的频率裕量。在新的电压电平已稳定之后，AVS模块28可将功能电路15的新的操作频率安全地调整到较高的操作频率(框74)(例如，t1-t3)。每当AVS模块28接收到新的操作频率请求，所述过程便通过返回到开始(框59)来以循环方式重复图4中的步骤而继续。
图7说明可存储和维持在AVS数据库44中作为习得针对先前探测到的操作频率的电压电平的AVS 11的一部分的AVS习得值表90的实例。如先前所论述(参见，例如，图4，框65和框70)，AVS 11中的AVS模块28可咨询AVS习得值表90以确定先前是否已针对具体操作频率而探测并习得电压电平。AVS模块28可更新AVS习得值表90作为AVS数据库44的更新过程的一部分(例如，图4，框69)。在此实施例中，如图7中所说明，AVS习得值表90类似于图2中的AVS频率/电压电平表50。然而，AVS习得值表90含有习得的列92，所述习得的列92指示先前是否针对操作频率列96中的对应的操作频率而探测并习得存储于电压电平列94中的对应的电压电平。举例来说，习得的列92可经配置以存储对存储于电压电平列94中的值是有效的先前探测到并习得的电压电平还是含有初始或无效数据的指示符。举例来说，指示符可为如图7中所说明的有效性位98。逻辑“1”可表示有效值，且逻辑“0”可表示无效值，或者反之亦然。如图7中所说明，除了400MHz之外的操作频率中的每一者均含有先前习得的电压电平。
AVS模块28可以习得的电压电平设置来继续更新AVS数据库44中的AVS习得值表90。如先前所论述，AVS模块28可以针对功能电路15的所有操作频率的不能违背的最小电压电平设置来配置。在此情况下，AVS模块28可经配置以不将低于针对功能电路15的所有操作频率的最小电压电平设置的习得的电压电平设置存储于AVS数据库44中。
在此实例中，存储于图7的AVS习得值表90中的某些电压电平低于图2中的AVS频率/电压电平表50中的对应的电压电平。这可归因于AVS 11考虑了由AVS模块28在功能电路15中的电压电平与操作频率之间的关系中确定的额外延迟变化。AVS模块28可经配置以最初用功能电路的安全电压电平(例如，图2的AVS频率/电压电平表50中的电压电平)来将电压电平填充AVS习得值表90中，直到AVS模块28基于延迟变化条件而自适应地习得其它电压电平为止。通常，习得的电压电平在电压电平上将低于初始电压电平，因为AVS 11的目的是基于功能电路15中的操作参数和延迟条件来减少电压裕量。
在另一实施例中，AVS 11经配置以在运行时间期间探测功能电路15的无效操作区域，以进一步避免或减少电压裕量。在论述探测功能电路15的无效操作区域的实施例之前，首先描述图8中的示范性操作频率与电压图100。如图8中所说明，功能电路15具有两个操作区域：有效操作区域102和无效操作区域104。功能电路15的一组特性曲线106是由有效操作区域102中的操作频率和最小电压电平值对形成的线。特性曲线106使有效操作区域102与无效操作区域104分离。存在用于功能电路15的适当操作而与操作频率无关的最小电压电平(其以实例的方式在图8中的操作频率与电压图100中说明为0.85V)。在界定的操作频率上方，必须增加最小电压电平，以维持在有效操作区域102中的适当功能电路15操作。
动态电压定标器(DVS)线108指示假设使用DVS来控制功能电路15中的电压电平的情况下的功能电路15的操作下界。DVS线108提供用于功能电路15中的过程和操作条件的所有可接受变化中的有效操作区域102的最小电压电平。AVS线110说明功能电路15的低于DVS线108的操作边界。AVS线110表示归因于AVS 11在确定和设置功能电路15中的电压电平时考虑了功能电路15中的过程和操作条件的延迟变化而带来的电压裕量的减少。在图8中的操作频率与电压电平图100中存在表示来自图1中的AVS11的三个可能决策的两条AVS线112、114。这是归因于比较器38包含可具有一些内置磁滞的比较触发器。所述三个可能决策如下：
.“Vdown”条件，其意味着当前电压电平高于对于适当的功能电路15操作必需的电压电平；
.“没有变化”条件，其意味着当前电压电平足以用于适当的功能电路15操作；以及
.“Vup”条件，其意味着当前电压电平低于对于适当的功能电路15操作必需的电压电平。
从电力消耗角度来看，操作功能电路15的合意的点是界定来自操作区域的从“没有改变”到“Vup”的转变的AVS线114。在此AVS线114上，提供了可能用于维持功能电路15的适当操作的最小电压电平。然而，在AVS线114上提供了很少或者没有电压裕量容限。如果AVS模块28使用AVS线114来控制电压电平，那么归因于与AVS 11测量时钟信号12的操作频率相关联的时序延迟而可能出现“Vup”条件，指示功能电路15的无效操作。因此，AVS模块28可在某些时间周期期间在无效操作区域104中设置电压电平。“Vup”条件可致使AVS 11和功能电路15复位。因此，在AVS 11的一个实施例中，使用AVS线112来确定针对给定操作频率的电压电平。AVS线112减少DVS线108上方的电压裕量，但包含AVS线114上方的电压裕量容限以避免在无效操作区域104中操作功能电路15。本文进一步描述的实施例进一步将来自AVS线112的电压裕量减少到AVS线114上的零电压裕量或尽可能接近零电压裕量。
在这点上，AVS 11的一个实施例经配置以在运行时间期间探测功能电路15的无效操作区域，以减少电压裕量容限(例如，在图8中从AVS线112到AVS线114)。探测无效操作区域允许AVS模块28确定在给定AVS 11的固有时间测量约束的情况下是否可进一步减少电压裕量容限。参考图8作为一实例，如果需要，此实施例可允许AVS模块28将电压电平设置成低于AVS线112和/或处于AVS线112、114之间或在需要时设置成AVS线114以获得零电压裕量容限。在这点上，图9是说明可由AVS模块28执行来探测功能电路15的无效操作区域的示范性过程的流程图。如本文所提供，AVS模块28可周期性地启始无效操作区域探测测试(框120)。AVS模块28在AVS数据库44中将当前操作频率和电压电平记录为第一点(框122)。在说明于图10中的示范性操作频率与电压电平图138中的AVS线112上将此第一点标示为p1。图10中的示范性操作频率与电压电平图138类似于图8中的图100，但不具有DVS线108且具有将在图9中的流程图中参考的所包含的一些额外信息。
AVS模块28接着通过增加图1中AVS 11中的延迟线路30中的延迟来模拟增加操作频率，以确定无效操作区域104(即，发生“Vup”条件之处)(框124)。AVS模块28随后确定“Vup”条件是否由于增加的延迟而返回到延迟输出信号42上(框126)。AVS模块28继续以增量方式增加提供于延迟线路30中的延迟的量(框128)，直到“Vup”条件返回到AVS模块28为止(框126)。一旦返回“Vup”条件，AVS模块28就在AVS数据库44中将当前电压电平和模拟的增加的操作频率记录为第二点(框130)(其以实例的方式在图10中的AVS线114上说明为点p2)。此AVS测试的目标是确定在当前操作频率下是否可减少电压电平，以进一步减少AVS线114上的或接近AVS线114的电压裕量，但点p2处于AVS线114上的较高的、模拟的操作频率处。因此，AVS模块28使用AVS线112的斜率(其可从存储于AVS数据库44中的电压电平来确定)来计算AVS线114上的第三点p3(框132)。假设AVS线112、114具有相同的斜率，因此使用AVS线112的斜率和点p2处的操作频率可允许AVS模块28针对当前操作频率在AVS线114上的点p3处确定较低电压电平。
AVS模块28可随后将新的操作频率和电压电平点p3存储于AVS数据库44中(框134)，且AVS测试结束(框136)。举例来说，AVS模块28可将点p3存储于AVS习得值表90(图7)或者AVS频率/电压电平表50(图2)中，以用来设置当前操作频率下新的电压电平。举例来说，如在图11中的操作频率与电压电平表140中所说明，AVS模块28可在AVS数据库44中的现有表中盖写高于针对操作频率的当前存储的电压电平(例如，点p1)的新的电压电平(例如，点p3)。作为另一实例，AVS数据库44可经配置以在说明于图12中的电压电平差表142中存储存储当前电压电平(例如，点p1)与针对此测试提供的给定操作频率的减少的电压电平(例如，点p3)之间的差。AVS模块28将咨询电压电平差表142以确定是否可进一步减少在AVS线112上确定的电压电平。
在复位之后，AVS模块28将仍未发现针对功能电路15的所有可能操作频率的电压电平。AVS模块28仅可在AVS数据库44中设置了每一给定操作频率时确定电压电平。因此，如先前所描述，当AVS模块28设置先前未设置的操作频率时，AVS模块28可针对所述操作频率而选择存储于AVS数据库44中的初始电压电平。针对新的操作频率可能存在额外的电压裕量，因为初始电压电平值不是由AVS模块28自适应地习得的电压电平。然而，一旦AVS模块28习得针对给定操作频率的电压电平，那么AVS模块28就可加速将针对操作频率的电压电平填充AVS数据库44中。AVS模块28可经配置以将AVS数据库44中的电压电平自动设置于较低操作频率(其当前电压电平高于所发现的电压电平)。这是有可能的，因为如果已知功能电路能够在针对较高操作频率的自适应地习得的电压电平下适当地操作，那么所述电压电平也足以用于在较低频率下的操作。
在这点上，图13是提供可由AVS模块28执行来加速将针对操作频率的电压电平填充AVS数据库44中的示范性过程的流程图。可由AVS模块28在任何时候(包含一旦设置了新的操作频率或此后的任何时间)来执行所述过程。如图13中所说明，过程开始(框150)，且AVS模块28咨询AVS数据库44以获得存储于其中的处于低于由AVS模块28设置的当前操作频率的操作频率的电压电平(框152)。如果存储于AVS数据库44中的针对较低操作频率中的任一者的电压电平高于当前电压电平(框154)，那么AVS模块28便可用当前电压电平来替换AVS数据库44中的针对较低操作频率的电压电平(框156)，且过程结束(框158)。否则，所述过程在不变更AVS数据库44中的针对较低操作频率的电压电平的情况下结束(框158)。以此方式，可用已知用以维持功能电路15的适当操作的较低电压电平来快速地填充AVS数据库44中的针对较低操作频率的电压电平，包含(例如)初始电压电平。
图14说明可存储于图1的AVS数据库44中的用以进一步说明电压电平的加速填充的示范性AVS操作频率/电压电平表160。针对此实例假设AVS模块28针对1GHz的操作频率确定1.0V的电压电平，如在AVS操作频率/电压电平表160中的条目162中所说明。如果AVS操作频率/电压电平表160中的任何初始电压电平高于1.0V(例如条目164)，那么AVS模块28便可用1.0V来替换条目164的电压电平，如图14中所说明。在此实例中，电压裕量在AVS模块28第一次将操作频率设置成处于条目164的频率时减少。
AVS 11的另一实施例包含将温度传感器并入到AVS 11中。先前已将温度传感器48论述为图1中AVS 11中的任选组件。如果温度传感器48包含在AVS 11中，那么AVS模块28便可基于当前操作温度而将确定的电压电平存储于AVS数据库44中。如先前所论述，操作温度等级可为适当的功能电路15操作而移位电压电平。因此，通过进一步基于操作温度等级而存储电压电平，AVS模块28可避免或减少电压裕量，同时确保功能电路15的适当操作。在这点上，图15提供多个示范性AVS操作频率/电压电平表170，其各自对应于不同的操作温度T0到TN。因此，当AVS模块28咨询AVS数据库44(如提供于本文所揭示的实施例中)以确定针对给定操作频率的电压电平时，AVS模块28可使用从自温度传感器48接收到的温度等级信号46接收到的操作温度等级来确定要咨询AVS数据库44中的哪个表170。另外，根据本文所揭示的实施例，AVS模块28可使用从温度传感器48接收到的操作温度等级来确定用初始的、习得的、探测到的、加速的电压电平或所要的任何其它电压电平来填充AVS数据库44中的哪个表170。AVS模块28可经配置以在AVS数据库44中未针对从温度传感器48接收到的温度等级而提供AVS操作频率/电压电平表170的情况下，基于多个AVS操作频率/电压电平表170而内插或外推电压电平。通过操作温度等级而将电压电平存储于AVS数据库44中可延长电压电平在AVS数据库44中的新鲜度，因为在不同的操作频率下可能不会经常发生某些操作温度。因此，可将任选的时间元素并入到AVS数据库44中以允许AVS模块28使超出某一年限的电压电平条目无效和/或使其返回到初始电压电平。
在前述实施例中的任一者的情况下，AVS模块28有可能接收到“Vup”条件。AVS模块28和/或AVS数据库44中的参数和/或算法可能不能完美地说明针对功能电路15的所有操作频率的所有延迟变化。因此，在另一实施例中，AVS 11经配置以在当前操作频率下产生“Vup”条件的情况下“退回”或“收回”针对当前操作频率的先前存储的或习得的电压电平。“收回”或“退回”AVS数据库44中的电压电平包含在产生“Vup”条件的情况下针对AVS数据库44中的给定操作频率增加电压电平以增加电压裕量。“Vup”条件指示负电压裕量，其中功能电路15的有效操作区域要求零或正电压裕量。
在这点上，图16提供用于在检测到被认为由过低的电压电平引起的无意的硬件复位时增加电压裕量的示范性过程的流程图。举例来说，引起复位或错误的低电压电平的特性可为可检测的高速缓冲存储器奇偶误差的产生。此硬件复位或错误可产生由图1的AVS 11中的AVS模块28接收的“Vup”条件。在此情况下，如果此类误差在给定操作频率下发生一次或一次以上，那么AVS模块28便可增加对应于操作频率的电压电平以增加电压裕量从而避免将来的复位。
在这点上，举例来说，AVS模块28可经配置以在接收到“Vup”条件时经由中断或以其它方式跳转到异常处置器(框180)，如在图16中所说明。在此情况下，AVS模块28随后向存储于AVS数据库44中的与当前操作频率相关联的电压电平添加电压裕量(框182)。AVS模块28设置电压电平设置信号20以致使调压器22向提供给功能电路15的电压电平添加电压裕量(框184)。AVS模块28可随后在复位和此实施例中的进一步操作时即刻将处于当前操作频率下的新的电压电平标记为AVS模块28不能穿透的最小电压电平(框186)，且过程结束(框188)。换句话说，一旦知道给定电压电平在AVS11中产生“Vup”条件，AVS模块28就不应在未来减少针对当前操作频率的电压电平。或者，AVS模块28可经配置以在未来的正常操作期间确定了较低电压电平的情况下允许在AVS数据库44中盖写电压电平。
AVS数据库44可经配置以存储功能电路15的针对所有操作频率的最小电压电平，以确保由AVS模块28设置的电压电平不会下降到低于供功能电路15操作的最小电压电平。在这点上，图17说明可存储于AVS数据库44中的示范性最小电压电平极限表190。AVS模块28可经配置以在设置电压电平之前针对给定当前操作频率咨询AVS数据库44中的最小电压电平极限表190。如果由AVS模块28确定的电压电平低于最小电压电平极限表190中的针对当前操作频率的最小电压电平，那么AVS模块28便将会将电压电平设置成最小电压电平极限表190中的电压电平。最小电压电平极限表90最初可含有针对所有操作频率的同一电压电平(例如，0.85V)。然而，如果AVS模块28经配置以对于“Vup”条件而添加针对给定操作频率的电压裕量，那么便可向最小电压电平极限表190中的最小电压电平添加所增加的电压裕量。举例来说，如果在600MHz的操作频率下接收到“Vup”条件，电压电平为0.90V，且添加的电压裕量为0.05V，那么便可针对600MHz的操作频率而将0.95V的最小电压电平存储于最小电压电平极限表190中，如图17中所说明。
在另一实施例中，AVS 11可经配置以为电压电平补偿负偏置温度不稳定性(NBTI)。NBTI效应随着时间的推移而缓慢提高对于一些半导体装置适当地操作所必需的最小电压电平。举例来说，特定半导体工艺的特征可在于，NBTI效应使最小电压电平在二十四(24)个月的通电操作后提高了50mV，如在图18中的示范性操作频率/电压电平图192中所说明。如其中所说明，功能电路15的初始最小电压电平194为0.85V。然而，归因于NBTI效应，后续的最小电压电平196可随着时间的推移而提高到0.9V。AVS模块28可经配置以通过跟踪总供电时间以及将校正因子应用于存储于AVS数据库44中的先前已知的电压电平最小值来补偿NBTI。可在AVS数据库44中(例如，在图17中所说明的最小电压电平极限表190中)将校正因子应用于功能电路15的绝对最小电压电平。或者，可将校正因子应用于AVS表(包含本文先前所描述的表中的任一者)中的最小电压电平。AVS模块28可经配置以在针对存储于AVS数据库44中的操作频率中的任一者的电压电平设置低于最小电压电平设置的情况下加强AVS数据库44中的经补偿的最小电压电平设置。
在这点上，图19提供AVS 11归因于NBTI而补偿功能电路15的电压电平的示范性过程的流程图。可在调谐环路24的每一反复上周期性地或者不那么频繁地执行所述过程，其中AVS模块28确定功能电路15的下一操作频率。可在老化指示符处启始所述过程，所述老化指示符可为(例如)基于轮询计时器或中断处置器的预定时间值。AVS模块28可在复位后即刻在AVS数据库44中启始并维持计时器，以跟踪通电时间(框200)。计时器可被含在AVS数据库44中的非易失性存储器中，以在若干个电力循环中得以维持。一旦AVS模块28确定应基于流逝的时间而应用功率电平校正(框201)，AVS模块28就确定应在基于AVS数据库44中的计时器值的总通电时间中应用电压电平校正(框202)。电压电平校正可为0V或大于0V。另外，电压电平校正可为仅对功能电路15的最小电压电平的偏移或者对存储于AVS数据库44中的所有AVS电压电平设置的偏移。另外，AVS模块28还可经配置以在不改变或盖写通过其它方式确定的且存储于AVS数据库44中的电压电平设置(包含先前上文所描述的电压电平设置)的情况下，在操作期间被应用之前补偿存储于AVS数据库44中的电压电平。在任一种情况下电压电平校正均应用于AVS数据库44(框204)。所述过程进行重复(框200)。
图20说明另一示范性AVS系统210。所述AVS系统210包含类似于图1中的AVS11的AVS 11’。共同的组件标示有共同的元件标号。AVS 11’类似于图1的AVS 11而包含AVS模块28、AVS数据库44、延迟线路时钟逻辑26、可编程延迟线路30、时钟周期延迟34、比较器38以及温度传感器48。用以设置最小电压电平的AVS操作可根据先前所描述的实施例中的任一者而操作。然而，图20中的AVS 11’还包含动态电压定标器(DVS)模块212和DVS表214。图20中的AVS 11’可能已是经变更或更新的设计，其中AVS模块28和AVS数据库44被添加到已包含DVS模块212和DVS表214的系统。DVS模块212通过根据对功能电路15的工作负荷估计213向调压器22传送电压电平设置信号216来执行动态电压定标。然而，在此实施例中，还提供AVS模块28以基于功能电路15中的延迟变化条件而对电压电平自适应地定标。AVS模块28响应于DVS模块212对AVS模块28的请求而向DVS模块212提供确定的AVS电压电平或电压电平调整。AVS模块28基于从DVS模块212提供给AVS模块28的当前和目标操作频率而咨询AVS数据库44。DVS模块212经配置以基于存储于DVS表214中的电压电平而设置电压电平设置信号20，所述DVS表214含有对应于通过从AVS模块28提供回到DVS模块212的电压电平或裕量进一步调整的操作频率的电压电平。DVS模块212还产生操作频率设置信号218以设置由时钟产生器14产生的时钟信号12的操作频率，从而控制功能电路15的切换。
由AVS模块28确定的电压电平在理想情况下应与由DVS模块212确定的电压电平相同或低于所述电压电平，因为AVS模块28经配置以自适应地进一步避免或减少电压裕量。如先前所描述，AVS模块28可如图20中所说明经由延迟线路设置信号220而设置延迟电路25的延迟线路(DL)30中的延迟，以找到功能电路15的无效操作区域。在此实施例中，延迟线路设置信号220是控制延迟的量的32位延迟寄存器222。延迟设置可能是或者可能不是线性的。如先前所论述，在多个AVS电路2241-N中向延迟线路30传送具有32位延迟寄存器222的值的延迟线路设置信号220。可提供多个延迟寄存器222，其各自控制给定AVS电路224中的延迟的量。尽管未图示，但每一AVS电路224包含类似于图1的AVS 11中提供的组件的延迟线路时钟逻辑26、延迟线路30、比较器38以及时钟周期延迟34。AVS电路224包含延迟逻辑以模拟包含在功能电路15中的各种类型的电路中的延迟。可提供所要的任何数目的AVS电路224。还从分别由时钟产生器14和调压器22产生的时钟信号12和电压信号18来提供AVS电路224中的逻辑的操作频率和电力。比较器38在另一32位延迟寄存器226中提供将经由延迟输出信号42传送的时序裕量信息，以向AVS模块28提供时序裕量信息。如先前所描述，使用所述时序信息来确定下一操作频率和电压电平。
本文所描述的AVS系统和AVS以及相关方法可提供于离散的硬件或硬件和软件组件两者中。可使用本文所描述的AVS系统和AVS以及相关方法来为任一电路或系统设置操作频率和电压电平，所述电路或系统包含(但不限于)同步数字电路、中央处理单元(CPU)系统以及存储器电路或系统。如果被用于存储器电路或系统中，那么所述存储器电路或系统便可使用任何类型的存储器。实例包含(但不限于)静态随机存取存储器(RAM)(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据速率(DDR)SDRAM、双数据速率二(DDR2)SDRAM、双数据速率三(DDR3)SDRAM、移动DDR(MDDR)SDRAM、低功率(LP)DDR SDRAM以及LP DDR2 SDRAM。如果存储器的技术和/或设计有要求，那么只要存储器由提供充足的电压电平以保持存储器单元的功能的电压域供电，存储器电路或系统中的其操作频率和电压电平受AVS控制的组件中的任一者就可处于多个电压域中的任一电压域中。
根据本文所论述的设计和方法的AVS系统和AVS可包含在或集成在半导体裸片、集成电路和/或装置中，包含电子装置和/或基于处理器的装置或系统。此类装置的实例包含(但不限于)机顶盒、娱乐单元、导航装置、通信装置、个人数字助理(PDA)、固定位置数据单元、移动位置数据单元、移动电话、蜂窝式电话、计算机、便携式计算机、桌上型计算机、监视器、计算机监视器、电视机、调谐器、无线电、卫星无线电、音乐播放器、数字音乐播放器、便携式音乐播放器、视频播放器、数字视频播放器、数字视频盘(DVD)播放器以及便携式数字视频播放器。
图21说明可使用AVS 232和上文所描述的相关电路的基于处理器的系统230。基于处理器的系统230可包含在电子装置234中。AVS 232可包含在CPU 236中，以控制提供给CPU 236中的处理器238的时钟信号的操作频率和电压信号的电压电平。CPU 236耦合到系统总线240，所述系统总线240使包含在基于处理器的系统230中的其它装置互连。AVS 241也可包含在耦合到系统总线240的图形处理器单元(GPU)243中。如众所周知，CPU 236和/或GPU 243可通过经由系统总线240交换地址、控制和数据信息来与这些其它装置通信。这些装置可包含任何类型的装置。如图21中所说明，这些装置可包含(例如)系统存储器242、一个或一个以上输入装置244、一个或一个以上输出装置246、网络接口装置248以及显示器控制器250。
所述一个或一个以上输入装置244可包含任何类型的输入装置，包含(但不限于)输入键、开关、话音处理器等。所述一个或一个以上输出装置246可包含任何类型的输出装置，包含(但不限于)音频、视频、其它视觉指示符等。所述网络接口装置248可为经配置以允许数据交换到网络252和从网络252进行交换的任何装置。所述网络252可为任何类型的网络，包含(但不限于)有线或无线网络、专用或公用网络、局域网(LAN)、广泛局域网(WLAN)以及因特网。所述网络接口装置248可支持所要的任何类型的通信协议。
CPU 236还可经由系统总线240来对系统存储器242进行存取。所述系统存储器242可包含静态存储器和/或动态存储器。系统存储器242可包含用于CPU 236的程序存储装置254和数据存储装置256。CPU 236还可经由系统总线240来接入显示器控制器250，以控制发送给显示器258的信息。显示器控制器250可包含存储器控制器260和用以响应于与CPU 236的通信而存储将发送给显示器258的数据的存储器262。显示器控制器250经由视频处理器264(其将待显示的信息处理成适于显示器258的格式)而向显示器258传送显示信息。显示器258可包含任何类型的显示器，包含(但不限于)阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、等离子显示器等。
所属领域的技术人员将进一步理解，结合本文所揭示的实施例而描述的各种说明性逻辑块、模块、电路以及算法可实施为电子硬件、存储于存储器或另一计算机可读媒体中并由处理器或其它处理装置执行的指令，或电子硬件与指令的组合。为了清楚地说明此可互换性，上文已大致关于其功能性而描述了各种说明性组件、块、模块、电路以及步骤。如何实施此类功能性取决于具体应用、设计选择和/或强加于整个系统的设计约束。熟练的技术人员可针对每一具体应用以不同方式来实施所描述的功能性，但此类实施决策不应被解释为会导致脱离本文的范围。
可用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其经设计以执行本文所描述的功能的任何组合来实施或执行结合本文所揭示的实施例而描述的各种说明性逻辑块、模块和电路。处理器可为微处理器，但在替代方案中，处理器可为任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可实施为计算装置的组合，例如，DSP与微处理器的组合、多个微处理器、一个或一个以上微处理器与DSP核心的联合，或任何其它此类配置。
本文所揭示的实施例可体现于硬件以及存储于存储器中的指令中，且可驻留在(例如)随机存取存储器(RAM)、快闪存储器、只读存储器(ROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、可装卸盘、CD-ROM或此项技术中已知的任何其它形式的计算机可读媒体中。示范性存储媒体耦合到处理器，使得处理器可从存储媒体读取信息和将信息写入到存储媒体。在替代方案中，存储媒体可与处理器成一体式。处理器和存储媒体可驻留在ASIC中。ASIC可驻留在远程站中。在替代方案中，处理器和存储媒体可作为离散组件而驻留在远程站、基站或服务器中。
还应注意，本文的示范性实施例中的任一者中描述的操作步骤经描述以提供实例和论述。除了所说明的顺序之外，可以众多不同顺序来实施所描述的操作。此外，在单个操作步骤中描述的操作实际上可执行于若干个不同步骤中。另外，可组合示范性实施例中论述的一个或一个以上操作步骤。应了解，所属领域的技术人员将易于明白，流程图中说明的操作步骤可经受众多不同的修改。所属领域的技术人员还将了解，可使用多种不同技艺和技术中的任一者来表示信息和信号。举例来说，可通过电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子或其任何组合来表示可能在以上描述中通篇参考的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号以及码片。
提供本发明的先前描述以使所属领域的任何技术人员能够制造或使用本发明。所属领域的技术人员将易于明白对本发明进行的各种修改，且可在不脱离本发明的精神或范围的情况下将本文中所界定的一般原理应用于其它变化。因此，本发明不希望被限定于本文中所描述的实例和设计，而是应被赋予与本文所揭示的原理和新颖特征一致的最广范围。

Claims (46)

1.一种自适应电压定标器AVS，其包括：
至少一个延迟电路，其经配置以接收输入信号，并以与功能电路的至少一个延迟路径有关的延迟量来延迟所述输入信号，以产生延迟输出信号；以及
AVS电路，其耦合到数据库且响应于所述延迟输出信号，且经配置以基于所述数据库中的与所述功能电路的操作频率相关联的电压电平和所述延迟输出信号中的延迟信息而产生电压电平设置信号。
2.根据权利要求1所述的AVS，其中所述AVS电路至少可部分地受软件控制。
3.根据权利要求1所述的AVS，其中所述至少一个延迟路径是由至少一个可编程延迟路径组成。
4.根据权利要求1所述的AVS，其中所述数据库是由多个初始电压电平组成，所述多个初始电压电平各自对应于所述功能电路的操作频率。
5.根据权利要求1所述的AVS，其中所述AVS电路进一步经配置以基于所述延迟输出信号中的所述延迟信息而将多个习得的电压电平存储于所述数据库中。
6.根据权利要求5所述的AVS，其中所述AVS电路进一步经配置以进一步基于从温度传感器接收到的操作温度等级而将所述多个习得的电压电平存储于所述数据库中。
7.根据权利要求1所述的AVS，其中所述AVS电路进一步经配置以确定先前是否已针对所述功能电路而习得所述电压电平。
8.根据权利要求1所述的AVS，其中所述AVS电路进一步经配置以在先前已针对所述功能电路而习得所述电压电平的情况下，在不等待所述输入信号稳定的情况下产生所述电压电平设置信号。
9.根据权利要求1所述的AVS，其中所述数据库经配置以存储指示符，所述指示符指示所述AVS电路先前是否已针对所述功能电路而习得所述电压电平。
10.根据权利要求1所述的AVS，其中所述AVS电路进一步经配置以增加所述至少一个延迟路径的所述延迟，以模拟所述功能电路的增加的操作频率，从而探测所述功能电路的无效操作区域。
11.根据权利要求10所述的AVS，其中所述AVS电路进一步经配置以确定针对所述功能电路的当前操作频率的当前电压电平与在所述探测到的无效操作区域处的所述模拟的增加的操作频率之间的电压裕量容限。
12.根据权利要求11所述的AVS，其中所述AVS电路经配置以将所述电压裕量容限存储于所述数据库中。
13.根据权利要求11所述的AVS，其中所述AVS电路经配置以将基于所述电压裕量容限的新的电压电平存储于所述数据库中。
14.根据权利要求1所述的AVS，其中所述AVS电路进一步经配置以用所述数据库中的对应于较高操作频率的电压电平来填充所述数据库中的至少一个电压电平。
15.根据权利要求1所述的AVS，其中所述AVS电路进一步经配置以在所述电压电平致使所述功能电路在无效操作区域中操作的情况下向所述电压电平设置信号添加电压裕量。
16.根据权利要求1所述的AVS，其中所述AVS电路进一步经配置以在所述数据库中标记针对致使所述功能电路在无效操作区域中操作的所述电压电平的操作频率。
17.根据权利要求1所述的AVS，其中所述AVS电路进一步经配置以不将所述电压电平设置信号设置成低于最小电压电平极限的电压电平。
18.根据权利要求1所述的AVS，其中所述数据库经配置以存储所述功能电路的最小电压电平极限。
19.根据权利要求18所述的AVS，其中所述AVS电路进一步经配置以基于所述功能电路的老化指示符而将电压电平校正应用于所述最小电压电平极限。
20.根据权利要求1所述的AVS，其中所述AVS电路进一步经配置以基于所述功能电路的老化指示符而将电压电平校正应用于所述电压电平设置信号。
21.根据权利要求1所述的AVS，其中所述AVS电路进一步经配置以基于所述功能电路的老化指示符而将电压电平校正存储于所述数据库中。
22.根据权利要求1所述的AVS，其集成在至少一个半导体裸片中。
23.根据权利要求1所述的AVS，其进一步包括选自由以下各项组成的群组的装置：机顶盒、娱乐单元、导航装置、通信装置、个人数字助理PDA、固定位置数据单元、移动位置数据单元、移动电话、蜂窝式电话、计算机、便携式计算机、桌上型计算机、监视器、计算机监视器、电视机、调谐器、无线电、卫星无线电、音乐播放器、数字音乐播放器、便携式音乐播放器、视频播放器、数字视频播放器、数字视频盘DVD播放器以及便携式数字视频播放器，所述AVS集成到所述装置中。
24.一种自适应电压定标器AVS，其包括：
延迟装置，其用于接收输入信号，并以与功能电路的至少一个延迟路径有关的量来延迟所述输入信号，以用于产生延迟输出信号；以及
AVS装置，其耦合到数据库且响应于所述延迟输出信号，用于基于所述数据库中的与所述功能电路的目标操作频率相关联的电压电平和所述延迟输出信号中的延迟信息而产生电压电平设置信号。
25.一种自适应电压定标器AVS，其包括：
至少一个延迟电路，其经配置以接收输入信号，并以与功能电路的至少一个延迟路径有关的量来延迟所述输入信号，以产生延迟输出信号；以及
AVS电路，其响应于所述延迟输出信号，且经配置以：
基于所述功能电路的目标操作频率和所述延迟输出信号中的延迟信息来产生
电压电平设置信号；以及
增加所述至少一个延迟路径的所述延迟，以模拟所述功能电路的增加的操作频率，从而探测所述功能电路的无效操作区域。
26.根据权利要求25所述的AVS，其中所述AVS电路进一步经配置以确定针对所述功能电路的当前操作频率的当前电压电平与在所述探测到的无效操作区域处的所述模拟的增加的操作频率之间的电压裕量容限。
27.一种自适应电压定标器AVS，其包括：
至少一个延迟电路，其经配置以接收输入信号，并以与功能电路的至少一个延迟路径有关的量来延迟所述输入信号，以产生延迟输出信号；以及
AVS电路，其响应于所述延迟输出信号，且经配置以基于所述延迟输出信号中的延迟信息而产生电压电平设置信号；
其中所述AVS电路进一步经配置以在所述电压电平致使所述功能电路在无效操作区域中操作的情况下向所述电压电平设置信号添加电压裕量。
28.一种自适应电压定标器AVS，其包括：
至少一个延迟电路，其经配置以接收输入信号，并以与功能电路的至少一个延迟路径有关的量来延迟所述输入信号，以产生延迟输出信号；以及
AVS电路，其响应于所述延迟输出信号，且经配置以基于所述延迟输出信号中的延迟信息而产生电压电平设置信号，且基于所述功能电路的老化指示符而产生电压电平校正。
29.根据权利要求28所述的AVS，其中所述老化指示符由存储于存储器中的计时器组成，所述计时器由所述功能电路的通电时间组成。
30.一种对功能电路的电压电平进行定标的方法，所述方法包括：
在至少一个延迟电路中接收输入信号；
以与功能电路的至少一个延迟路径有关的延迟量来延迟所述输入信号，以产生延迟输出信号；以及
基于数据库中的与所述功能电路的目标操作频率相关联的电压电平和所述延迟输出信号中的延迟信息来产生电压电平设置信号。
31.根据权利要求30所述的方法，其进一步包括基于所述延迟输出信号中的所述延迟信息而将多个习得的电压电平存储于所述数据库中。
32.根据权利要求31所述的方法，其进一步包括另外基于从温度传感器接收到的温度等级而将多个习得的电压电平存储于所述数据库中。
33.根据权利要求30所述的方法，其进一步包括：
确定先前是否已针对所述功能电路而习得所述电压电平；以及
在先前已针对所述功能电路而习得所述电压电平的情况下，在不等待所述输入信号稳定的情况下产生所述电压电平设置信号。
34.根据权利要求30所述的方法，其进一步包括增加所述至少一个延迟路径的所述延迟量，以模拟所述功能电路的增加的操作频率；以及
基于所述模拟的增加的操作频率而探测所述功能电路的无效操作区域。
35.根据权利要求34所述的方法，其进一步包括确定针对所述功能电路的当前操作频率的当前电压电平与在所述探测到的无效操作区域处的所述模拟的增加的操作频率之间的电压裕量容限。
36.根据权利要求30所述的方法，其进一步包括以与低于所述输入信号的操作频率的操作频率相关联的较高电压电平来填充所述数据库中的所述电压电平。
37.根据权利要求30所述的方法，其进一步包括在所述电压电平致使所述功能电路在无效操作区域中操作的情况下向所述电压电平设置信号添加电压裕量。
38.根据权利要求30所述的方法，其进一步包括在所述电压电平致使所述功能电路在无效操作区域中操作的情况下向所述数据库中的所述电压电平添加电压裕量。
39.一种电路，其包括：
功能电路；
自适应电压定标器，其耦合到所述功能电路，所述自适应电压定标器包括：
至少一个延迟电路，其经配置以接收输入信号，并以与功能电路的至少一个延迟路径有关的延迟量来延迟所述输入信号，以产生延迟输出信号；以及
AVS电路，其耦合到数据库且响应于所述延迟输出信号，且经配置以基于所述数据库中的与所述功能电路的目标操作频率相关联的电压电平和所述延迟输出信号中的延迟信息而产生电压电平设置信号。
40.一种计算机可读媒体，其上存储有计算机可执行指令，用以致使AVS模块基于数据库中的与功能电路的目标操作频率相关联的电压电平和延迟输出信号中的表示与所述功能电路的至少一个延迟路径有关的延迟量的延迟信息而产生电压电平设置信号。
41.根据权利要求40所述的计算机可读媒体，其中所述指令进一步致使所述AVS模块基于所述延迟输出信号中的所述延迟信息而将多个习得的电压电平存储于所述数据库中。
42.根据权利要求40所述的计算机可读媒体，其中所述指令进一步致使所述AVS模块在先前已针对所述功能电路而习得所述电压电平的情况下，在不等待输入信号稳定的情况下产生所述电压电平设置信号。
43.根据权利要求40所述的计算机可读媒体，其中所述指令进一步致使所述AVS模块增加所述至少一个延迟路径的所述延迟量，以模拟所述功能电路的增加的操作频率，从而探测所述功能电路的无效操作区域。
44.根据权利要求40所述的计算机可读媒体，其中所述指令进一步致使所述AVS模块用所述数据库中的对应于较高操作频率的电压电平来填充所述数据库中的至少一个电压电平。
45.根据权利要求40所述的计算机可读媒体，其中所述指令进一步致使所述AVS模块在所述电压电平致使所述功能电路在无效操作区域中操作的情况下向所述电压电平设置信号添加电压裕量。
46.根据权利要求40所述的计算机可读媒体，其中所述指令进一步致使所述AVS模块基于所述功能电路的老化指示符而将电压电平校正应用于所述电压电平设置信号。
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