CN105204602B - 电源控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种电源控制装置，用以产生并控制一供应电压。电源控制装置包括可变延迟链、取样电路、比较电路以及电源管理器。可变延迟链具有延迟长度。可变延迟链接收初始信号，且根据延迟长度来对初始信号进行延迟操作以产生延迟信号。取样电路接收延迟信号，且对延迟信号进行取样以产生取样信号。比较电路接收取样信号，且对取样信号以及参考信号进行比较以产生比较结果信号。电源管理器接收比较结果信号，且根据比较结果信号来调整供应电压。本发明能够减少能耗。

Description

电源控制装置
技术领域
本发明有关于一种电源控制装置，特别是有关于一种具有效能监控电路的电源控制装置，其能通过监控一目标处理模块的操作状况来产生供应电压给目标处理模块作为其操作电压。
背景技术
电子装置中处理器执行操作时的能耗大小变的越来越重要，尤其是对于移动装置而言，更为重要。当处理器在特定效能下操作时，期望能降低供应电压，借以减少能耗。一般而言，一个动态频率-电压调整(dynamic voltage-frequency scaling，DVFS)表单包含了多个操作频率以及对应的操作电压。以往，对于一批次的晶片而言，在一特定的操作频率下，可通过DVFS表单来找出施加的操作电压给该批次的所有晶片。然而，在一批次的晶片中，每个晶片可能有不同的频率-电压特性，且甚至在不同的操作环境下，同一晶片的频率-电压特性也可能会改变。因此，若实施一个固定的DVFS表单给一批次的所有晶片，对于可能以更低的电压来达到相同期望的操作频率的晶片而言，则无法进一步降低其能耗大小。
发明内容
本发明提供一种电源控制装置，用以产生并控制一供应电压。电源控制装置包括可变延迟链、取样电路、比较电路、以及电源管理器。可变延迟链具有延迟长度。可变延迟链接收初始信号，且根据延迟长度来对初始信号进行延迟操作以产生延迟信号。取样电路接收延迟信号，且对延迟信号进行取样以产生取样信号。比较电路接收取样信号，且对取样信号以及参考信号进行比较以产生比较结果信号。电源管理器接收比较结果信号，且根据比较结果信号来调整供应电压。
本发明能够减少能耗。
附图说明
图1表示根据本发明一实施例的电子系统。
图2表示根据本发明一实施例的效能监控器的电路架构。
图3表示根据本发明一实施例的可变延迟链的电路架构。
图4表示根据本发明一实施例的调整方法，以调整可变延迟链的延迟长度。
图5表示根据本发明另一实施例的电子系统。
其中，附图中符号的简单说明如下：
1～电子系统； 10～电源控制装置；
11～处理模块； 12～时脉产生器；
13～中央处理单元； 20～反向器；
21…25～正反器； 26～异或门；
30-0…30-N～多工器 50～处理模块(CPU)；
100～效能监控器； 101～电源管理器；
1000～可变延迟链； 1001～取样电路；
1002～比较电路；
1003～初始信号产生电路；
1004～参考信号产生电路；
1005～温度感测器； 1010～电源管理单元；
1011～电源管理电路； 1012～储存单元；
CLK～时脉信号； S40…S44～方法步骤；
S101A、S101B～控制信号；
S1000～延迟信号； S1001～取样信号
S1002～比较结果信号； S1003～初始信号
S1004～参考信号； S1005～温度信号；
SEL-0…SEL-N～选择信号；
Vsupply～供应电压。
具体实施方式
图1表示根据本发明一实施例的电子系统。电子系统1可以是智能手机、平板计算机、数字相机等移动装置。参阅图1，电子系统1包括电源控制装置10、处理模块11、时脉产生器12、以及中央处理单元(central processing unit，CPU)13。电源控制装置10包括效能监控器100以及电源管理器101。效能监控器100包括可变延迟链1000、取样电路1001、比较电路1002、初始信号产生电路1003、参考信号产生电路1004、以及温度感测器1005。电源管理器101包括电源管理单元(power management unit，PMU)1010以及电源管理电路(powermanagement integrated circuit，PMIC)1011。在图1的实施例中，电源管理电路1011与电源管理电单元1010为两个不同的元件或装置，且电源管理电路1011由电源管理电单元1010所控制。而在其他实施例中，电源管理电路1011配置在电源管理电单元1010之内，即电源管理电路1011为电源管理单元1010的一部分。在此情况下，电源管理单元1010则作为电源管理器101。
电源管理单元1010具有一储存单元1012，其储存一个动态频率-电压调整(dynamic voltage-frequency scaling，DVFS)表单。DVFS表单包含了多个操作频率以及对应的操作电压。在电子系统1初始操作时，中央处理器13依据处理模块11的期望操作效能来控制电源管理单元1010从DVFS表单中初始选择一期望的操作频率以及对应的操作电压。电源管理单元1010根据选择的操作频率以及操作电压分别产生控制信号S101A与S101B至电源管理电路1011以及时脉产生器12。电源管理电路1011根据控制信号S101A来初始产生具有预设电平的供应电压Vsupply(此预设电平对应电源管理单元1010所选择的操作电压)，而时脉产生器12则根据控制信号S101B来产生时脉信号CLK。在此实施例中，时脉产生器12以相位锁定回路架构来实现。
处理模块11接收供应电压Vsupply作为其操作电压，并接收时脉信号CLK作为其操作时的时脉依据。效能监控器100也接收供应电压Vsupply作为其操作电压，同时也接收时脉信号CLK。换句话说，处理模块11与效能监控器100共享供应电压Vsupply以及时脉信号CLK。效能监控器100用来监控处理模块11的操作效能，且监控的结果可用来控制电源管理器101是否调整供应电压Vsupply。以下将说明效能监控器100的监控操作。在效能监控器100中，初始信号产生器1003接收时脉信号CLK，且根据时脉信号CLK来产生初始信号S1003。可变延迟链1000接收初始信号S1003，且根据其当前的延迟长度来对初始信号S1003进行延迟操作，并产生延迟信号S1000。在此实施例中，可变延迟链1000是用来模仿处理模块11中的关键路径，可变延迟链1000的延迟长度则是对应关键路径的时序。如此一来，效能监控器100则能通过可变延迟链1000来得知处理模块11的关键路径以及其时序。在本发明的实施例中，可变延迟链1000仅是延迟初始信号S1003的时序以产生延迟信号S1000，而不会对初始信号S1003进行反向后输出，即是，延迟信号S1000的电平变化相同于初始信号S1003的电平变化。取样电路1001接收延迟信号S1000，并对延迟信号S1000进行取样，以产生取样信号S1001。参考信号产生电路1004也接收初始信号S1003，且对初始信号S1003进行取样后产生参考信号S1004。
比较电路1002接收来自取样电路1001的取样信号S1001以及来自参考信号产生电路1004的参考信号S1004。比较电路1002对取样信号S1001以及参考信号S1004进行比较，且根据比较结果来产生比较结果信号S1002。比较结果信号S1002则传送至电源管理单元1010。比较电路1002比较出取样信号S1001相同于参考信号S1004的情况是表示，可变延迟链1000是正常地操作。由于可变延迟链1000是模仿处理模块11中的关键路径，因此，比较电路1002比较出取样信号S1001相同于参考信号S1004的情况也可表示出，处理模块11在目前的操作电压(即供应电压Vsupply)下能正常地操作。此时，电源管理器单元1010根据比较结果信号S1002可得知目前所产生的供应电压Vsupply能够让处理模块11正常操作，因此控制电源管理电路1011来降低供应电压Vsupply(即降低电压电平)。另一方面，比较电路1002比较出取样信号S1001不同于参考信号S1004的情况表示出，可变延迟链1000并非正常地操作，也进一步表示出处理模块11在目前的操作电压(即供应电压Vsupply)下无法正常地操作(即操作失败)。此时，电源管理单元1010根据比较结果信号S1002可得知继续降低供应电压Vsupply已不足以让处理模块11正常操作，并控制电源管理电路1011不调整供应电压Vsupply(即不调整电压电平)，例如，不降低整供应电压Vsupply的电平。换句话说，当电源管理器单元1010根据比较结果信号S1002可得知继续降低供应电压Vsupply已不足以让处理模块11正常操作时，供应电压Vsupply维持在当前的电平或略有提高。
根据上述可得知，在电源管理器101初始根据DVFS表单来产生具有初始电平的供应电压Vsupply之后，电源控制装置10通过效能监控器100的可变延迟链1000来模拟处理模块11的关键路径，借以监控处理模块11在当前的操作电压下的操作效能并依据监控结果来动态地调整供应电压Vsupply。当效能监控器100判断出处理模块11在当前的操作电压下能正常操作时，电源管理器101则降低提供至处理模块11的供应电压Vsupply，借此可减少处理模块11的能耗。此外，根据本发明的实施例，即使同一批次的所有晶片都采用相同的DVFS表单，但由于电源供应装置10的电压调整机制，使得每个晶片能操作在更符合其频率-电压特性的操作电压下。如此能具有较佳的操作效能以及较低的功耗。
图2表示根据本发明一实施例，效能监控器100的详细电路架构。参阅图2，初始信号产生电路1003包括反向器20以及正反器21。反向器20的输入端耦接正反器21的输出端Q，且其输出端耦接正反器21的输入端D。正反器21的输出端D则输出初始信号S1003。可变延迟链1000接收初始信号S1003并产生延迟信号S1000。取样电路1001包括正反器22与23。正反器22的输入端D接收延迟信号S1000。正反器23的输入端D耦接正反器23的输出端Q。取样电路1001通过正反器22与23的操作来对延迟信号S1000进行取样，以在正反器23的输出端Q上产生取样信号S1001。参考信号产生电路1004包括正反器24与25。正反器24的输入端D接收初始信号S1003。正反器25的输入端D耦接正反器24的输出端Q。参考信号产生电路1004通过正反器24与25的操作来对初始信号S1003进行取样，以在正反器25的输出端Q上产生参考信号S1004。比较电路1002包括异或门(XOR)26。异或门26的两输入端分别接收取样信号S1001以及参考信号S1004。当取样信号S1001相同于参考信号S1004时，异或门26产生低电平的比较结果信号S1002。此时，电源管理单元1010根据低电平的比较结果信号S1002来控制电源管理电路1011来降低供应电压Vsupply。当取样信号S1001与参考信号S1004不同时，异或门26产生高电平的比较结果信号S1002。电源管理器单元1010根据高电平的比较结果信号S1002来控制电源管理电路1011不调整供应电压Vsupply，例如，不降低整供应电压Vsupply的电压电平。
图3表示根据本发明一实施例的可变延迟链1000。如图3所示，可变延迟链1000包括多个串接的多工器30-0～30-N。除了多工器30-0以外，多工器30-1～30-N中每一个的一端(0)接收前一多工器的输出端，而另一端(1)接收初始信号1003。多工器30-0的两输入端都接收初始信号S1003。多工器30-N的输出端产生延迟信号S1000。在本发明的实施例中，可变延迟链1000的延迟长度是可调整的。参阅图1与3，可变延迟链1000受控于电源管理单元1010。电源管理单元1010产生多个选择信号SEL-0～SEL-N给可变延迟链1000，以分别控制多工器30-0～30-N。电源管理单元1010通过选择信号SEL-0～SEL-N来改变可变延迟链1000的延迟长度。
在图2与3的实施例中，可变延迟链1000、取样电路1001、比较电路1002、初始信号产生电路1003、以及参考信号产生电路1004的架构仅为一示范例子。在实际应用上，这些电路可依据系统需求以及规格而有不同的架构。
再次参阅图1，在本发明一实施例中，可变延迟链1000的延迟长度可依据电源控制装置10的环境温度(即处理模块11的环境温度)来改变。以下将配合图1至图4来说明依据环境温度来调整可变延迟链1000的延迟长度的操作。效能监控器100的温度感测器1005感测其周围的环境温度，以产生温度信号S1005(步骤S40)。温度感测器1005根据侦测到的环境温度来产生温度信号S1005给电源管理单元1010。电源管理单元1010则通过温度感测信号S1005来得知环境温度(步骤S41)。电源管理单元1010判断侦测到的环境温度是否到达温度上限临界值(步骤S42)。当电源管理单元1010判断出环境温度到达温度上限临界值时，电源管理单元1010发布一个中断信号给中央处理单元13。此时，中央处理单元13反应于中断信号而传送指令信号给电源管理单元1010，使电源管理单元1010控制电源管理电路1011来降低供应电压Vsupply(步骤S43)。如此一来，可避免处理模块11的晶片损害。在另一实施例的步骤S43中，当电源管理单元1010判断出环境温度到达温度上限临界值时，电源管理单元1010可直接控制电源管理电路1011来降低供应电压Vsupply，而不会发布中断信号给中央处理单元13。
当电源管理单元1010判断出环境温度尚未到达温度上限临界值时，电源管理单元1010发布一个中断信号给中央处理单元13。此时，中央处理单元13根据处理模块11的先前以及当前的操作状态来传送指令信号给电源管理单元1010，使在需要的情况下电源管理单元1010可调整可变延迟链1000的延迟长度(步骤S44)。根据上述，电源管理电路1010通过选择信号SEL-0～SEL-N来调整可变延迟链1000的延迟长度。在另一实施例的步骤S44中，当电源管理单元1010判断出环境温度尚未到达温度上限临界值时，电源管理单元1010可直接通过选择信号SEL-0～SEL-N来调整可变延迟链1000的延迟长度，而不会发布中断信号给中央处理单元13。
在上述的实施例中，受到效能监控器100所监控的处理模块11可以是图形处理器、微控制器、或是专用控制器。在一些实施例中，如图5所示，受到效能监控器100所监控的处理模块50是中央处理单元(CPU)。在此情况下，则可以不另外具有中央处理单元13。在图4的步骤S43与S44中，电源管理单元1010则是发布中断信号给处理模块50，而由处理模块50反应于中断信号而传送指令信号给电源管理单元1010。换句话说，图1实施例中由中央处理单元13所执行的操作，在图5的实施例中则是由处理模块50来执行。
以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种电源控制装置(10)，用以产生并控制一供应电压，其特征在于，包括：
一可变延迟链(1000)，具有一延迟长度，该可变延迟链接收一初始信号(S1003)，且根据该延迟长度来对该初始信号进行一延迟操作以产生一延迟信号(S1000)；
一取样电路(1001)，接收该延迟信号，且对该延迟信号进行取样以产生一取样信号；
一参考信号产生电路(1004)，接收该初始信号，且对该初始信号进行取样后产生一参考信号；
一比较电路(1002)，接收该取样信号，且将该取样信号与该参考信号进行比较以产生一比较结果信号(S1002)；以及
一电源管理器(101)，接收该比较结果信号，且根据该比较结果信号来调整该供应电压。
2.根据权利要求1所述的电源控制装置，其特征在于，当该比较电路比较出该取样信号相同于该参考信号时，该电源管理器根据该比较结果信号来降低该供应电压的电平。
3.根据权利要求1所述的电源控制装置，其特征在于，当该比较电路比较出该取样信号不同于该参考信号时，该电源管理器根据该比较结果信号而不调整该供应电压的电平。
4.根据权利要求1所述的电源控制装置，其特征在于，还包括：
一温度感测器(1005)，用以感测该温度感测器周围的一环境温度，且根据感测到的环境温度来产生一温度信号(S1005)，
其中，该电源管理器根据该温度信号来判断该环境温度是否到达一温度上限临界值，当该电源管理器根据该温度信号判断出该环境温度尚未到达该温度上限临界值时，该电源管理器能够调整该可变延迟链的该延迟长度。
5.根据权利要求4所述的电源控制装置，其特征在于，当该电源管理器根据该温度信号判断出该环境温度到达该温度上限临界值时，该电源管理器降低该供应电压的电平。
6.根据权利要求1所述的电源控制装置，其特征在于，还包括：
一初始信号产生电路(1003)，根据一时脉信号(CLK)来产生该初始信号，该参考信号产生电路根据该时脉信号对该初始信号进行取样来产生该参考信号。
7.根据权利要求1所述的电源控制装置(10)，其特征在于，该电源管理器(101)包括：
一电源管理电路(1011)，产生该供应电压；
一电源管理单元(1010)，接收该比较结果信号，且根据该比较结果信号来控制该电源管理电路以调整该供应电压。
8.根据权利要求1所述的电源控制装置，其特征在于，该电源管理器产生该供应电压给一处理模块以作为一操作电压，且该可变延迟链通过该延迟长度来模仿该处理模块中一关键路径的时序。
9.根据权利要求8所述的电源控制装置，其特征在于，该处理模块为一中央处理器、一图形处理器、一微控制器或一专用控制器。
10.根据权利要求1所述的电源控制装置，其特征在于，该电源管理器初始根据一操作频率来产生具有一初始电平的该供应电压，之后再调整该供应电压的电平。
11.根据权利要求1所述的电源控制装置，其特征在于，该电源管理器产生该供应电压给一处理模块以作为一操作电压，且该操作电压的一预设电平对应于该处理模块的一期望操作频率。
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