CN105425928B - 电力管理集成电路、电力管理方法和移动设备 - Google Patents

电力管理集成电路、电力管理方法和移动设备 Download PDF

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Abstract

公开了电力管理集成电路、电力管理方法和移动设备。移动设备的电力管理方法包括将电池提供的电源电压与参考电压进行比较以便生成警报信号。响应于所述警报信号，应用于片上系统的操作时钟的频率被改变。

Description

电力管理集成电路、电力管理方法和移动设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年8月26日提交的韩国专利申请10-2014-0111717和2015年7月7日提交的美国专利申请14/793,381的优先权，其主题通过引用合并于此。
技术领域
本发明构思一般地涉及可以在移动设备使用的电力管理方法。更加具体来说，本发明构思涉及电力管理电路、包括电力管理电路的移动设备和根据由移动设备中的电池提供的(多个)电源电压来调整操作时钟的频率的方法。在本发明构思的特定实施例中，电力管理电路将被配置在与计算逻辑芯片或者包括控制移动设备的总体操作的中央处理单元(CPU)的片上系统(SoC)分离的电力管理集成电路(PMIC)中。
背景技术
由电池供电的移动设备的操作可靠性和有效操作持续时间成为越来越重要的考虑因素。也就是说，随着用户越来越多地将他们的数字计算需求和娱乐应用移动到诸如智能电话、智能手表、小平板等等之类的移动平台，有效地延长电池寿命的需求成为重要的设计和/或操作考虑因素。关于这一点，许多由电池供电的移动设备的操作由于电荷从低于特定电平的电池流出(即，通常导致“低电池”状况的环境)而变得特别不稳定。例如，虽然许多功能将继续在由低电池供电的移动设备中正常运行，但是其它(更大电力消耗的)功能可能将低电池逼迫到移动设备无法继续操作的点。为此，由低电池供电的移动设备变得越来越易受由突然的瞬时电力损耗(sudden momentary power loss，SMPL)导致的操作中断(例如，不希望的关机)的影响。
可替换地，SMPL可以称为突然电压降(sudden voltage drop，SVD)，并且可能是在由于一些负载效应(例如，由移动设备用户启动一些高电流消耗功能)而造成的突然地(或者短暂地)要求低电池提供相对高电平的电流的时候所引起的特定“电力事件”的结果。当面临这种对电流的突然需求时，低电池可能不能够将一个或多个信号(例如，控制信号、时钟信号、操作电压等等)维持在最低电平，所述信号诸如专门地提供给处理器、计算逻辑、中央处理单元等等的那些。即使在相对短暂的或者瞬时的时刻期间，最低信号电平的损耗也会引起移动设备断电和/或异常操作。结果，在不存在这些瞬时的和相对大电流消耗电力事件的情况下，移动设备可能不管低电池条件而操作相对较长的时间段。
发明内容
在一个方面，本发明构思的实施例提供一种用于包括提供电源电压的电池的移动设备的电力管理方法。所述方法包括；当所述电源电压高于参考电压时生成否定警报信号，以及当所述电源电压低于所述参考电压时生成肯定警报信号，以及提供所述否定警报信号和所述肯定警报信号中的一个给包括响应于操作时钟操作的中央处理单元(CPU)的片上系统(SoC)，其中所述操作时钟响应于否定警报信号而具有第一频率，而且响应于肯定警报信号而具有低于第一频率的第二频率。
在另一方面，本发明构思的实施例提供另一用于包括提供电源电压的电池的移动设备的电力管理方法。所述方法包括：当所述电源电压高于第一参考电压时生成第一警报信号，以及当所述电源电压低于第二参考电压时生成第二警报信号，以及提供第一警报信号和第二警报信号中的至少一个给包括响应于操作时钟操作的中央处理单元(CPU)的片上系统(SoC)，其中所述操作时钟响应于第一警报信号而具有第一频率以及响应于第二警报信号而具有不同于第一频率的第二频率。
在另一方面，本发明构思的实施例提供一种用于包括电力管理电路、包括响应于操作时钟的操作的中央处理单元(CPU)的片上系统(SoC)以及提供电源电压的电池的移动设备的电力管理方法。所述方法包括；从所述SoC的电流控制单元通信电力管理信息给所述电力管理电路以及存储所述电力管理信息，响应于所存储的电力管理信息使用由所述电力管理电路控制的参考电压发生器生成参考电压，将所述电源电压与所述参考电压进行比较，以及如果所述电源电压低于所述参考电压，则生成警报信号，以及响应于所述警报信号改变所述操作时钟的频率。
在另一方面，本发明构思的实施例提供一种移动设备，包括：电力管理电路，其接收电源电压以及将所述电源电压与参考电压进行比较，其中所述电力管理电路在所述电源电压高于参考电压时生成否定警报信号以及当所述电源电压低于所述参考电压时生成肯定警报信号；片上系统，其接收所述否定警报信号和所述肯定警报信号中的一个，以及包括响应于操作时钟操作中央处理单元(CPU)和生成操作时钟的时钟分频器，其中所述操作时钟响应于否定警报信号而利用第一频率生成并且响应于肯定警报信号而利用低于第一频率的第二频率生成。
在另一方面，本发明构思的实施例提供一种移动设备，包括：提供电源电压的电池；电力管理集成电路(PMIC)，其将所述电源电压与参考电压进行比较以提供比较信号，以及根据比较信号生成警报信号；和片上系统(SoC)，包括响应于操作时钟操作的中央处理单元(CPU)，以及通过响应于第一警报信号的第一频率生成操作时钟和通过响应于第二警报信号的、不同于第一频率的第二频率生成操作时钟的时钟分频器。
在另一方面，本发明构思的实施例提供一种移动设备，包括：提供电源电压的电池；电力管理集成电路(PMIC)，其将所述电源电压与参考电压进行比较以提供比较信号，以及根据比较信号生成警报信号；和片上系统(SoC)，包括响应于操作时钟操作的中央处理单元(CPU)、响应于警报信号生成操作时钟的时钟分频器和生成时钟分频信息和电力管理信息的电流控制单元，其中，所述电力管理信息经由接口连接从所述SoC通信到所述PMIC，所述PMIC响应于所述电力管理信息生成所述比较信号。
在另一方面，本发明构思的实施例提供一种片上系统，包括：通用输入/输出缓冲器，其接收警报信号；时钟分频器，其响应于警报信号选择时钟分频比以及使用所选择的时钟分频比划分源时钟以生成操作时钟；中断控制器，其响应于所述警报信号生成中断信号；和中央处理单元，其响应于所述操作时钟和所述中断信号操作。
附图说明
在附图中示出本发明构思的特定实施例，其中：
图1是示出根据发明构思的实施例的移动设备的框图；
图2是概念性地描述关于突然的瞬时电力损耗的、本发明构思的特定实施例的操作场景的注解图；
图3、图4和图5是示出可以为本发明构思的实施例使用的各种警报信号的各个操作时钟波形图；
图6是列也可以在本发明构思的特定实施例中使用的操作时钟频率和相应参考电压的表；
图7和图8是概述根据本发明构思的实施例操作移动设备的方法的各个流程图；
图9是示出根据发明构思的另一实施例的移动设备的框图；
图10是进一步示出在图9的电力管理集成电路(PMIC)的一个例子的框图；
图11是进一步示出在图10的防反跳(de-bounce)逻辑的一个例子的框图；
图12和图13是概述根据本发明构思的实施例操作移动设备的方法的各个流程图；
图14是示出根据发明构思的又一实施例的移动设备的框图；
图15和图16是概述根据本发明构思的实施例操作移动设备的方法的各个流程图；
图16是示出根据本发明构思的示范性实施例的移动设备的频率调整方法的流程图；
图17、图18和图19是示出根据本发明构思的其它实施例的移动设备的各个框图；和
图20A、图20B和图20C是示出可以合并本发明构思的实施例的各种主机设备的透视图。
具体实施方式
现在将参考附图在一些额外的细节上描述本发明构思的特定实施例。然而，发明构思可以以许多不同的形式具体实现，并且不应当被释为仅仅限制于这里示出的实施例。而是，提供这些实施例为示例以使得本公开将是彻底的和完全的，并且将向本领域技术人员充分传达本发明构思的概念。因此，对于本发明构思的一些实施例来说不描述一些已知的处理、元件和技术。贯穿所写的描述和附图，同样的参考标记和标号用于代表同样的或者相似的元件、步骤和特征。
将理解的是，虽然术语“第一”、“第二”、“第三”等等可以在这里用来描述各种元素、分量、区域、层和/或部分，但是，这些元素、分量、区域、层和/或部分不应当局限于这些术语。这些术语仅仅用于将一个元素、分量、区域、层或部分与另一区域、层或部分区分开。因而，下面讨论的第一元素、分量、区域、层或部分可以称作第二元素、分量、区域、层或部分而不脱离本发明构思的教导。
这里使用的术语仅是出于描述特定示范性实施例的目的而不是意在本发明构思的限制。如这里使用的，单数形式的“一”、“该”和“所述”意在也包括复数形式，除非上下文清楚地指示不是这样。还将理解，术语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时，指定存在所述特征、整体、步骤、操作、元素和/或元件，而不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、元件和/或其群组。如这里所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项中任意一个或全部组合。而且，术语“示范性"是用来指代例子或者图解。
应当明白，当一个元素或层被称作“在其上”、“连接到”、“耦接到”或“邻近于”另一个元素或层时，它可以是直接在其上、连接到、耦接到或邻近于其它元素或层，或者可以存在一个或多个中间元素或层。相反，当一个元素被称作“直接在其上"、“直接连接到"、“直接耦接到”或“紧邻于”另一个元素或层时，没有中间元素或层存在。
除非以别的方式定义，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明构思所属的领域的技术人员通常所理解的相同的意义。还将理解的是，诸如在通常使用的词典中定义的那些术语应该解释为具有与相关技术和/或本说明书的上下文中的意义一致的意义，并且将不以理想化或过度形式化的方式解释，除非清楚地在这里如此定义。
图1是示出根据发明构思的实施例的移动设备100的框图。参照图1，移动设备100通常包括电力管理集成电路(PMIC)120和片上系统(SoC)130。被配置为由移动设备100使用的电池110提供一个或多个电源电压(此后，单称或者统称为“电源电压”)。对于此，“移动设备”可以被理解为能够被用户容易地运送，并且还能够响应于由电池或者类似的储电元件提供的电源电压而操作的任意设备。相比之下，通常不打算由用户个人运送和/或不能使用电池电力来正常操作的设备不被认为是用于本描述目的的移动设备。
这里，电池110可以使用一项或多项使用有线和/或无线连接的技术来充电。因此，电池110可以使用直流(DC)电源、交流(AC)电源、磁感应、磁共振、电磁感应、非放射式无线充电等等来充电。用这样的方式，电源电压Vin可以被提供为对移动设备100的一个或多个组成元件供电(或驱动)。
如图1的例子中所示，PMIC 120从电池110接收电源电压Vin，并且作为响应，可以生成施加于SoC 130、和/或移动设备100的其它元件的一个或多个操作电压。(此后，一个或多个操作电压将被单称或者统称为“操作电压”)。因此，PMIC 120可以被认为经由一个或多个供电线路(未在图1中示出)提供操作电压给SoC 130。
如此后将在一些补充细节中描述的那样，PMIC 120可以包括被配置为存储“电力管理信息”的一个或多个寄存器或者存储器。这里，电力管理信息将根据电力管理模式(例如，正常模式、睡眠模式、低电力模式等等)而变化，并且特定电力管理信息可以提供给部署在SoC 130中的元件、从部署在SoC 130中的元件接收和/或从部署在SoC 130中的元件导出。例如，电力管理信息可以包括诸如电压设置这样的数字控制数据，和/或与操作电压的(多个)状况和/或电源电压Vin的(多个)状况相关的一个或多个控制信号。
如这里所使用的那样，术语“寄存器”代表能够存储一种或多种类型信息的一大类电路、逻辑门和/或(易失性和/或非易失性的)存储器件。这样的信息通常将采用数字数据的形式，但是本发明构思的范围不限制于此。例如，一个或多个物理上分离的(并且可能完全不同的)电路或元件可以在功能上操作为寄存器，并且一个或多个寄存器可以部署在图1的PMIC 120和SoC 130上。
在本发明构思的特定实施例中，PMIC 120可以用来将由电池110直接或者间接地提供的电源电压Vin与参考电压REF比较，以便生成例如指示突然电压降(SVD)的警报信号。这正好是在移动设备100的操作期间可以响应于所存储的电力管理信息生成的电力管理控制信号的一个具体例子。在图1示出的例子中，SVD警报信号经由专用控制信号线从PMIC120通信到SoC130，但是这只是一个可能的例子并且本发明构思的范围不限制于此。可替换地，SVD警报信号可以经由多路复用信号线、无线链接或者作为从PMIC通信发送到SoC的控制数据分组中布置的控制数据的一部分，从PMIC 120通信发送到SoC 130。
在图1示出的例子中，PMIC 120包括参考电压发生器123和电压比较器125。参考电压发生器123响应于存储的电力管理信息生成参考电压REF，电压比较器125将电源电压Vin与参考电压REF比较以便适当地生成SVD警报信号。
SoC 130可以使用从PMIC 120接收到的操作电压驱动一个或多个内部元件。SoC包括时钟分频器132、中断控制器(IC)133和中央处理单元(CPU)134。在本发明构思的特定实施例中，SoC 130可以采用应用处理器(AP)的形式。在该上下文中，应当注意到，CPU 134可以以许多不同的形式(硬件/软件/固件)实现，诸如一个或多个处理单元或者由通用处理器提供的一个或多个处理核。
在本发明构思的特定实施例中，SoC 130将包括特定信号缓冲器，其被指定为从PMIC 120接收SVD警报信号。这里，术语“缓冲器”代表被配置为接收外部提供的诸如SVD警报信号这样的(多个)输入信号的一个或多个导电元件。缓冲器可以根据预期的(多个)输入信号的本质和定义而采用许多不同的物理形式，但是在本发明构思的特定实施例中，指定的信号缓冲器将仅仅是通用输入输出(GPIO)缓冲器。
时钟分频器132接收外部提供的“源时钟”SCLK，并且可以用来根据时钟分频比来划分源时钟的频率以便生成具有期望频率的“操作时钟”CLK。用这样的方式，时钟分频器132可以用来响应于SVD警报信号的状态而调整、控制、变化、改变或者变换操作时钟CLK的一个或多个量(例如，相位、频率、占空比等等)。例如，时钟分频器132可以用来响应于SVD警报信号“向下划分”(即，降低)源时钟SCLK的频率以获得具有期望频率的操作时钟CLK。
在一个可能实施例中，时钟分频器132可以响应于否定SVD警报信号(即，指示正常电平电源电压Vin，也就是说，高于参考电压的电源电压，的SVD警报信号)，接收并且根据第一时钟分频比向下划分源时钟SCLK的频率以便获得具有第一频率(f1)的第一操作时钟CLK1。然后，当接收到肯定SVD警报信号(即，指示低电平电源电压Vin，也就是说，低于参考电压的电源电压，的SVD警报信号)时，时钟分频器132可以用来根据第二时钟分频比进一步向下划分源时钟SCLK的频率以便获得具有低于第一频率(f1)的第二频率(f2)的第二操作时钟CLK2。在传递引起否定到肯定SVD警报信号变换(例如，电源电压降到参考电压之下)的电力事件之后，正常操作状况可以恢复，由此引起SVD警报信号从肯定状态变换回到否定状态(例如，电源电压上升到参考电压以上)。因此，时钟分频器132可以再次用于根据第一时钟分频比向下划分源时钟SCLK的频率，以便再次获得具有第一频率(f1)的操作时钟CLK1。
本领域的技术人员将认识到，可以以许多不同的方式定义警报信号，因此可以不同地定义肯定和否定的警报信号。例如，在警报信号作为两个逻辑电平(即，高(H)和低(L))输入信号被连续提供给SoC 130的情况下，一个电平(例如，‘H’)可以被指定为肯定警报信号状态，而另一电平(例如，‘L’)可以被指定为否定警报状态。
上述例子假定源时钟具有高于操作时钟的第一频率或者第二频率的频率。但是，这不必总是这样的情况，并且在特定实施例中时钟分频器132可以用于使用适当的时钟分频比来“向上划分”源时钟SCLK的频率，以便获得具有高于源时钟SCLK的频率的各个频率的一个或多个操作时钟。
关于这一点，时钟分频器132可以包括存储定义一个或多个时钟分频比的时钟分频比信息的一个或多个寄存器。在上述例子的上下文中，第一时钟分频比值可以设置为默认值，以用于生成在正常电池状况期间提供给CPU134的具有第一频率(f1)的操作时钟CLK，如否定SVD警报信号所指示的那样。相比之下，第二时钟分频比可以设置为生成在低电池状况期间提供给CPU 134的具有第二频率(f2)的操作时钟，如肯定SVD警报信号所指示的那样。
延伸该例子，在移动设备100的上电操作期间或者在用于SoC的电力重置操作期间，特定时钟分频比信息可以加载到时钟分频器132的寄存器。时钟分频比信息可以是外部提供饿、和/或被存储在部署在PMIC 120或者SoC130中的非易失性存储器中。可替换地，时钟分频比信息可以响应于用户提供的(多个)输入而被编程到时钟分频器132的一个或多个寄存器和/或SoC130的寄存器或者存储器中。
在图1中，中断控制器133可以用来管理由SoC 130接收到的中断。如本领域技术人员将理解的是，“中断”是指示从一个状态到不同状态的变换和/或事件的发生的一种类型的输入信号。例如，中断控制器133可以接收SVD警报信号作为一种类型的中断，并且根据(例如)SVD警报信号的肯定/否定状态识别电源电压Vin是处于正常状态还是低状态，如上所建议的。响应于SVD警报信号的给定状态(或者状态变换)，中断控制器133可以传递中断信息(或者指示)给CPU 134。
如上所述，移动设备通常经历不希望的和不想要的由实际上可能短暂且持续时间短的突然的瞬时电力损耗(SMPL)所引起的电力重置或者断电。相反，本发明构思的实施例，就像相对于图1描述的移动设备100，可以通过在电源电压Vin降到预定电平以下时生成SVD警报信号、然后响应于警报信号SVD降低一个或多个操作时钟CLK的频率，来避免这样的操作中断。
图2是概念性地描述关于突然的瞬时电力损耗的、本发明构思的特定实施例的操作场景的注解图。
参照图1和图2，假定移动设备100的电池110是剩余存储电荷小于它的正常容量(A)的20％的低电池。参考通常将电源电压Vin的电平与移动设备100的操作时间一起看待的图，图2的虚线示出作为不断降低的电池电荷(B)的结果，Vin的电平预期的逐渐退化。例如，该预期的电源电压Vin曲线可以是由移动设备100的消耗相对低电流的功能继续运行的结果。
但是，突然的电压降(SVD)发生(C)。遵循常规方法，一旦电源电压的电平(由虚线代表)由于引起SVD的电力事件(D)而降到最低电平之下，PMIC 120就将只启动移动设备100的断电。相比之下，本发明构思的实施例使用诸如图1的PMIC 120这样的电力管理电路检测低电池状况(例如，低于参考电压的电源电压)，以及生成适当的警报信号。响应于警报信号，移动设备100中的SoC 130将自动地调整(即，降低)控制CPU 134的操作的操作时钟的频率(E)，由此降低CPU 134的电力消耗。
在根据本发明构思的实施例的电力管理方法中，当检测到由于突然的电压/电流消耗而引起的电源电压Vin下降时，操作时钟CLK的频率响应于肯定SVD警报信号而降低，由此有效地延长移动设备100的操作持续时间，而不管低电池状况和突然的瞬时电力损耗。用这样的方式，图1的移动设备100以及本发明构思类似的实施例防止SoC 130的操作由于电力事件所引起的过电流状况而造成被突然重置或者断电，所述电力事件是根据电源电压或者电池状况实际检测到的或者是通过计算预测到的。结果，移动设备可以较好地处理低电池状况，由此在相继的电池充电操作之间延长移动设备的使用寿命。
在上述例子的上下文中，图1的SoC 130实质上接收肯定SVD警报信号作为指示低电池状况的一种硬布线中断信号，并且响应于中断防止不必要的SoC断电。低电池状况的立即指示(例如，肯定警报信号)的硬件方法比许多在移动设备中通常使用的基于软件的方法要优越。这些基于软件的方法在防止由于瞬时电力事件造成的SoC 130的异常操作或者断电经常太慢。
图3、图4和图5是示出可以根据本发明构思的实施例警报信号可以采用的各种形式。
首先参照图1、图2和图3，提供给CPU 134并且由时钟分频器132生成的操作时钟CLK最初假定为具有第一频率F_CLK1。当PMIC 120生成指示电源电压Vin高于定义的参考电压REF的否定SVD警报信号时这可以是用于控制CPU 134的操作的默认(或者正常)时钟频率。但是，当电源电压Vin降到参考电压之下时，PMIC 120将否定SVD警报信号变换为肯定SVD警报信号，并且响应于肯定SVD警报信号，时钟分频器132将操作时钟CLK的频率调整为小于第一频率F_CLK1的第二频率F_CLK2。
如图3中所示，在移动设备100的操作期间发生两(2)个不同的突然瞬时电力损耗(SMPL)——在第一时段TD1期间发生第一SMPL以及在第二时段TD2期间发生第二SMPL。在这两个实例中，时钟分频器132响应于肯定SVD警报信号的相应激活，将操作时钟CLK的频率从第一频率F_CLK1调整为第二频率F_CLK2。在每个SMPL的结束(即，一旦电源电压的电平回到参考电压之上)之后，时钟分频器132响应于肯定SVD警报信号的相应禁用(或者变换回否定警报信号)，将操作时钟CLK的频率从第二频率F_CLK2重新调整到第一频率F_CLK1。
注意，在图3中，第一时段TD1和第二时段TD2的相应持续时间是不同的，如针对不同的SMPL事件所预期的那样。但是，在本发明构思的特定实施例中，时钟分频器132可以将肯定警报信号持续时间设置为具有固定、预定的持续时间，其中肯定警报信号的每个时段在检测到SMPL(例如，变换或者激活肯定警报信号)时开始。
图3中示出的方法假定对于操作时钟CLK仅仅使用两(2)个可能的频率(F_CLK1，和F_CLK2)。这两个频率中的一个通过从电源电压与单个(固定得或者可变的)参考电压REF的比较所得出的警报信号的状态(否定/肯定)来有效选择。但是，本发明构思的范围不局限于该简单例子。实际上，本发明构思的实施例可以使用多个参考电压与多个电源电压相比较，以激活从多个操作时钟频率中选择特定操作时钟频率的一个或多个警报信号。也就是说，存储在PMIC 120和/或SoC 130中的电力管理信息可以用来定义不同的参考电压，存储在PMIC 120和/或SoC 130中的时钟分频信息可以用来定义不同的操作电压、频率、相位、占空比周期、激活时段等等。
图4是描述根据本发明构思的实施例的、在可变地调整控制CPU的操作时钟的频率的移动设备中管理电力消耗的另一方法的示意图。
这里，假定PMIC 120被修改为响应于一个或多个电源电压与两个相应的参考电压(REF1和REF2)的比较生成具有有区别的性质(例如，不同的数字码或者不同的电压电平)的第一警报信号SVD1和第二警报信号SVD2。
因此，当电源电压Vin降到第一参考电压(REF1)之下时生成第一警报信号SVD1，并且响应于第一警报信号SVD1，时钟分频器132在第三时段TD3期间将操作时钟CLK的频率从第一频率F_CLK1调整为第二频率F_CLK2。类似地，当电源电压Vin降到第二参考电压(REF2)(例如，小于第一参考电压(REF1))之下时生成第二警报信号SVD2，并且响应于第二警报信号SVD2，时钟分频器132在第四时段TD4期间将操作时钟CLK的频率从第一频率F_CLK1调整为第三频率F_CLK3。
在图4中所示的例子中，仅仅示出两个警报信号。但是，本领域技术人员将认识到，三个或更多个有区别的警报信号可以与三个或更多参考电压相关地使用以生成具有相应频率、相位、占空比周期、激活时段等等的操作时钟。
图5是描述根据本发明构思的实施例的、在可变地调整控制CPU的操作时钟的频率的移动设备中管理电力消耗的另一方法的示意图。
但是，在图5示出的例子中，图3和图4的单频操作时钟被具有频率的复合集(即，两个或多个不同频率的集合)的操作时钟替代。图5中具体示出的频率的复合集的特征可以在于步进的、电平升高的频率集，但是可以使用其它复合信号形式。
因此，当接收到适当定义的SVD警报信号时，时钟分频器132最初将操作时钟CLK调整为具有第四操作频率F_CLK4，并且此后在预定延迟之后，时钟分频器132还将操作时钟调整为具有不同于(例如，高于)第四操作频率F_CLK4的第五操作频率F_CLK5。
根据以上描述，将理解的是，在本发明构思的各种实施例中可以使用许多不同类型的操作时钟(以及相应参考电压)。图6是列出不同的操作时钟频率(CPU CLK)以及相应参考电压(REF)的表。参照图6，列出的操作频率从当使用1.2V的参考电压时的2.00GHz到当使用1.1V的参考电压时的1.50GHz以及到当使用1.0V的参考电压时的1.33GHz。
因此，参照图1和图6，只要电源电压Vin保持在1.2V以上，CPU 134就将由2.00GHz操作时钟驱动，当电源电压Vin范围在1.2V以下而保持在1.1V以上时CPU 134将由1.50GHz操作时钟驱动，并且当电源电压Vin范围在1.1V以下而保持在1.0V以上时CPU 134将由1.33GHz操作时钟驱动。并且在与图6的列出的例子一致的本发明构思的特定实施例中，移动设备100可以当电源电压降到1.0V之下时被断电。用这样的方式，随着电源电压Vin的电平下降到低于连续降低的参考电压，在移动设备100中SoC 130的CPU 134的电流消耗可以通过利用顺序递减的操作时钟频率而节省。
图7是概述根据本发明构思的示范性实施例的、操作移动设备的方法的流程图。参照图1和图7，诸如PMIC 120这样的电力管理电路确定由电池110提供的电源电压Vin是否低于参考电压REF(S110)。当电源电压Vin低于参考电压REF(S110＝是)时，电力管理电路生成SVD警报信号(S120)。然后，SoC 130的时钟分频器132响应于SVD警报信号使用预定时钟分频比划分源时钟SCLK(S130)。用这样的方式，时钟分频器132响应于SVD警报信号调整操作时钟CLK的频率。
图8是进一步概述根据本发明构思的实施例的、操作移动设备100的方法的另一流程图。参照图1和图8，时钟分频器132从电力管理电路接收SVD警报信号(S210)，并且响应于SVD警报信号使用预定时钟分频比划分源时钟SCLK(S220)。一旦用这样的方式调整，操作时钟CLK就被提供给SoC的中央处理单元(CPU)134(S230)。用这样的方式，具有被适当调整的频率的操作时钟被施加于SoC 130的计算逻辑电路以降低移动设备100内的电力消耗。
在上述实施例中假定的、预先建议的固定电平的参考电压(REF)可以根据本发明构思的特定实施例中的电力管理信息变化。
图9是示出根据发明构思的另一实施例的移动设备200的框图。参照图9，移动设备200包括电池210、电力管理集成电路(PMIC)220和片上系统(SoC)230。
PMIC 220包括参考电压发生器223和比较器225。但是，图9的PMIC220和SoC 230进一步使能经由接口连接205来通信电力管理信息。因此，PMIC 220包括被配置为从SoC接口231接收电力管理信息的PMIC接口221。这里，接口连接205可以是PMIC 220与SoC 230之间的硬线连接和/或无线连接，并且可以在本发明构思的特定实施例中使用以在SoC 230与PMIC 220之间串行地通信电力管理信息(例如，经由串行外围接口(SPI)或者内部集成电路-I2C)。
使用接口连接205，可以将电力管理信息(例如，定义参考电压电平的信息)实时、接近实时或者周期性地从SoC 230通信到PMIC 220，以便动态地调整由PMIC 220使用的(多个)参考电压的电平以生成SVD警报信号。因此，除了时钟分频器232、中断控制器233和CPU234之外，图9的SoC230包括SoC接口231和电流控制单元235。
通过该结构，当检测到或者预测到电力事件时，电流控制单元235可以生成(或者更新)将被通信到PMIC 220的电力管理信息以便适当地设置一个或多个参考电压的电平。电流控制单元235还可以生成时钟分频比信息，其被用于定义由时钟分频器232使用的一个或多个时钟分频比以生成具有各个期望频率的一个或多个操作时钟。电流控制单元235可以使用软件、硬件和/或固件的任意合理的组合实现。
用这样的方式，移动设备200可以响应于由SoC 230的电流控制单元235生成的实时、接近实时或者周期性地更新的电力管理信息，使用PMIC 220动态地调整(或者改变)一个或多个参考电压的电平。在本发明构思的特定实施例中，接口连接205可以是使能PMIC220将与电源信号、组成电池等等相关的状态信息和/或反馈信息通信到SoC 230的双路(two-way)接口连接。
图10是进一步的示出图9的PMIC 220的一个例子的框图。参照图10，PMIC 220包括I2C接口电路221、寄存器222、参考电压发生器223、多路复用器224、电压比较器225、防反跳逻辑(de-bounce logic)226和开漏缓冲器(open drain pad)227。
PMIC接口(例如，I2C接口电路)221经由串行数据通信协议从外部设备(例如，图9中的SoC 230)接收电力管理信息(例如，定义一个或多个参考电压电平的信息)。因此，在图10的示出实施例中，PMIC接口221在串行数据端口(SCL)处接收从外部提供的串行时钟和在串行数据端口(SDA)处接收从外部提供的串行数据。
寄存器222可以包括多个独立数据寄存器或者类似的电路，其被配置为以控制数据的形式存储电力管理信息。对于此，寄存器222从PMIC接口221接收电力管理信息。这里，在与图10的实施例相关的一个简单例子中，电力管理信息被假定为包括提供给多路复用器224的第一部分(例如，3比特)、提供给比较器225的第二部分(2比特)和提供给防反跳逻辑226的第三部分(例如，6比特)。
在图10的示出例子中，进一步假定参考电压发生器223被配置为生成多个(例如，八个)参考电压，它们由多路复用器224响应于由寄存器222提供的电力管理信息的第一部分(3比特)来分别选择。比较器225将提供给电池电力缓冲器(VBAT)的电源电压Vin与多路复用器224选择的参考电压REF进行比较。这里，通过由寄存器222提供的电力管理信息的第二部分(例如，2比特)来选择电压比较器225的迟滞电平(hysteresis level)。
防反跳逻辑226是一种通常用于降低或者消除来自由比较器225提供的比较信号(CMP_OUT)的反跳信号部分(即，信号抖动)的电路。防反跳逻辑226的响应由防反跳定时信息(即，电力管理信息的第三部分)控制。例如，当比较信号在预定防反跳时间期间被保持时，防反跳逻辑226可以被用来生成有效警报信号SVD，其中防反跳时间是定义的时间段，在该时间段之后，比较信号的持续电平(例如，‘H’或者‘L’)被识别为有效(例如，正常/低电池或者肯定/否定)SVD警报信号。用这样的方式，防反跳逻辑226与由电力管理信息的第三部分选择的各个防反跳时间成比例地降低信号反跳。
例如，响应于由防反跳逻辑226提供的防反跳比较信号，开漏缓冲器227输出SVD警报信号到信号缓冲器(LOWBAT)。图10中示出的开漏缓冲器227包括晶体管MT、第一二极管D1和第二二极管D2、和信号缓冲器。晶体管连接在信号缓冲器与接地端GND之间并且响应于由防反跳逻辑226提供的防反跳比较信号被导通/截止。第一二极管D1连接在信号缓冲器与接地端之间，第二二极管D2连接在电源端VDD与信号缓冲器之间。
图11是进一步的示出图10的防反跳逻辑226的一个例子的框图。参照图11，防反跳逻辑226包括计数器226-1、与(AND)门226-2和触发器226-3。
计数器226-1从比较器225接收取样时钟(SMP_CLK)以及比较信号，以及目标计数器比特数据(例如，电力管理信息的第三部分)。响应于这些输入信号，计数器226-1使用响应于目标计数器比特数据的计数器来对比较信号进行计数。用这样的方式，不同的防反跳时间可以被应用于(多个)计数器。
与门226-2对匹配值(即，计数器226-1的输出值)和取样时钟执行与运算。与门226-2的结果输出被用来使能(或者同步)提供防反跳的比较信号的触发器226-3。
通过以上描述的结构，防反跳逻辑226响应于目标计数器比特数据来降低或者消除比较信号的反跳信号部分以便提供可靠的警报信号。
图12是概述根据本发明构思的另一实施例的、操作移动设备的方法的流程图。参考图9和图12，电流控制单元235响应于检测到/未检测到或预测到/未预测到电力事件来生成电力管理信息，所述电力事件诸如低电池状况、用户启动强电流消耗功能等等。响应于由电流控制单元235提供的电力管理信息，PMIC 220设置参考电压REF的电平(S305)。然后，电源电压Vin与参考电压REF相比较(S310)。当确定电源电压Vin低于参考电压REF(S310＝是)时，生成相应的防反跳比较信号并且将其提供为SVD警报信号(S320)。然后，响应于SVD警报信号，时钟分频器214调整提供给CPU234的操作时钟CLK的频率(S330)。这可以通过以响应于SVD警报信号选择的时钟分频比划分从外部提供的源时钟SCLK来实现。可替换地，当电源电压Vin高于参考电压REF时操作时钟频率可以保持在给定(例如，默认)频率上。
根据上述实施例，由电力管理电路，诸如图9的PMIC 220，使用的一个或多个参考电压可以通过经由PMIC 220与SoC 230之间的接口连接205接收到的电力管理信息来不同地定义。在这样的实施例中，电流控制单元235可以用来不仅向PMIC 220提供电力管理信息，而且还向时钟分频器232提供时钟分频比信息。
图13是概述根据本发明构思的又一实施例的、操作移动设备的方法的另一流程图。图13中所示的方法的步骤分别类似于图12中所示的方法的步骤，除了时钟分频比信息，以及在步骤S405中参考电压信息被生成并且分别通信给时钟分频器232和PMIC寄存器222。
因此，在像相对于上述附图描述的实施例一样的、本发明构思的特定实施例中，可以通过响应于SVD警报信号调整提供给CPU的操作时钟的频率，来在移动设备中有效管理电力。
图14是示出根据发明构思的又一实施例的移动设备的框图。参照图14，移动设备300类似地包括每一上述实施例中的电池310、电力管理集成电路(PMIC)320和片上系统330。但是，除了时钟分频器332、电流控制单元335、中断控制器333之外，图14的SoC 330包括物理上与CPU 334分离的图形处理单元(GPU)336。PMIC 320和SoC 330经由接口连接331/321连接。
这里，提供给CPU 334的操作时钟CLK可以与提供给GPU 336的操作时钟相同(或不同)。也就是说，在本发明构思的特定实施例中，时钟分频器332可以使用一个时钟分频比划分源时钟以生成提供给CPU 334的第一操作时钟，还使用第二时钟分频比划分源时钟以生成提供给GPU 336的第二操作时钟。第一/第二时钟分频比和第一/第二操作时钟的定义可以关于分配给CPU 334和GPU 336的操作优先权。因此，响应于接收到的(多个)警报信号，可以不同地和/或根据不同的调整时间来调整各个操作时钟。
图15是概述根据本发明构思的又一实施例的、操作移动设备的方法的又一方法的流程图。参照上述实施例和图14和图15，电流控制单元335预测电力事件(例如，与一些事件关联的峰值电流或者电流量)(S510)。电流控制单元335还可以生成用于建立参考电压的电力管理信息以及时钟分频比信息(S520)。此后，如存储在时钟分频器332中的时钟分频比可以用来响应于警报信号生成期望频率的操作时钟(S530)。
图16是概述根据本发明构思的实施例的、操作移动设备的又一方法的流程图。参照上述实施例和图16，检测与电池状况或者移动设备操作状况有关的电力事件(S610)。对于电力事件的检测的性质和模式将根据应用变化，但是许多电力事件将与高电流需求或者弱电池状况关联。鉴于检测到的电力事件，接收SVD警报信号SVD(S620)，并且作为响应，提供给CPU的操作时钟的频率被降低(S630)。一旦电力事件过去，就可以升高操作时钟频率(S640)。使用该方法，用于生成一个或多个警报信号的一个或多个参考电压可以被优化为检测到的电力事件和关联的状况。
在上述实施例中，操作时钟是通过使用选择的时钟分频比适当地划分源时钟频率生成的。但是，本发明构思所计划的一个或多个操作时钟可以以别的方式生成和/或控制频率。例如，本发明构思的特定实施例中使用的特定SoC可以在内部生成操作时钟。
图17是示出根据发明构思的又一实施例的移动设备的框图。参照图17，移动设备400包括电池410、电力管理集成电路(PMIC)420和片上系统(SoC)430。PMIC 420类似地配置为具有比较器425和参考电压发生器423。但是，SoC 430包括响应于如上所述的SVD警报信号并且在时钟控制单元434的控制下在内部生成操作时钟的时钟发生器432。另外，图17中所示的元件类似于图14中所示的那些。
如前面所述，上面描述的SoC可以在移动设备内配置并且操作为应用处理器。图18是示出根据发明构思的又一实施例的移动设备的框图。参照图18，移动设备500包括应用处理器(AP)510、存储设备520、储存设备530和用于分别提供操作电压给功能模块540至570的电力管理集成电路(PMIC)580。
应用处理器510控制移动设备500的总体操作。也就是说，应用处理器510控制存储设备520、存储设备530和功能模块540至570。
应用处理器510可以用来检测和/或预测与(多个)组成中央处理单元关联的各种操作状态。因此，应用处理器510可以用来执行一个或多个操作，包括：提供电力管理信息、提供时钟分频比信息、预测或者检测与(多个)中央处理单元关联的电力事件、和根据预测或者检测的电力事件调整提供给应用处理器510的电路的一个或多个操作时钟。本领域技术人员将认识到，应用处理器520可以使用硬件、软件和/或固件不同地实现。
应用处理器510可以包括时钟管理单元，其提供电力管理信息给电力管理集成电路580以及通过时钟分频比信息改变应用处理器510的操作频率。
电力管理集成电路580接收参考电压设置信息，检测电池的电源电压Vin，以及根据检测结果生成警报信号SVD。因此，应用处理器510与电力管理集成电路580之间的交互可以以高速执行。这指的是根据警报信号SVD实时执行动态频率调节。
存储设备520和储存设备530存储移动设备500的操作需要的数据。例如，存储设备520可以是随机存取存储器，诸如DRAM、SRAM、移动DRAM或者PRAM。储存设备530可以是非易失性存储器设备，诸如EPROM、EEPROM、PRAM、闪速存储器、RRAM、NFGM(毫微浮动栅存储器)、PoRAM(聚合物随机存取存储器)、MRAM或者FRAM。
在其它示范性实施例中，储存设备530还可以包括固态驱动器(SSD)、硬盘驱动器(HDD)、CD-ROM等等。
功能模块540至570执行移动设备500的各种功能。例如，移动设备500可以包括用于通信功能的通信模块540、用于相机功能的相机模块550、用于显示功能的显示模块560和用于触摸输入功能的触摸面板模块570。通信模块540，例如可以是CDMA(码分多址)、LTE(长期演进)、RF(射频)、UWB(超宽带)、WLAN(无线局域网)或者WIMAX(微波存取全球互通)模块。
在其它示范性实施例中，移动设备500还可以包括GPS(全球定位系统)模块、麦克风模块、扬声器模块、陀螺仪模块等等。移动设备500包括的功能模块540至570的类型可以不限制于此。
移动设备500包括能够检测或者预测电力事件的应用处理器510，所述电力事件可以是通过改变提供给应用处理器510的电路的操作时钟的频率来调整应用处理器510中的中央处理单元的操作状态从而提高总体系统性能所需的。
本发明构思的其它实施例提供包括与通信芯片集成的诸如应用处理器芯片之类的处理器的移动设备。
图19是示出根据发明构思的又一实施例的移动设备的框图。参照图19，移动设备600包括电池602、电力管理集成电路604、集成处理器(ModAP)610、缓冲存储器620、显示/触摸模块630和储存设备640。
电池602提供电源电压Vin，电力管理集成电路604使用电源电压Vin生成操作电压。具体来说，当电源电压Vin低于参考电压REF时电力管理集成电路604生成警报信号SVD。集成处理器610控制移动设备600的总体操作和与外部设备的有线/无线通信。具体来说，集成处理器610响应于警报信号SVD降低操作时钟的频率。缓冲存储器620临时存储移动设备600的操作需要的数据。显示/触摸模块630显示集成处理器610处理的数据或者从触摸面板接收数据。储存设备640存储用户数据。储存设备640可以是eMMC、SSD或者UFS。
以上描述的移动设备100、200、300、400、500和600可以应用于各种电子设备，诸如智能电话、可穿戴手表和智能眼镜，如图20A、图20B和图20C中所示。
根据本发明构思的实施例的电力管理(或者时钟调整)方法不局限于与由电池提供的电源电压Vin相比较。而是，本发明构思的实施例可以应用于来源于其它源的其它类型的电力信号。
虽然已经参考示范性实施例描述了本发明构思，但是对于本领域技术人员来说，可以对它们进行各种改变和修改而不脱离以下权利要求的精神和范围。

Claims (19)

1.一种用于包括提供电源电压的电池的移动设备的电力管理方法，该方法包括：
生成参考电压，该参考电压的电平基于电力管理信息设置，所述电力管理信息是从包括中央处理单元(CPU)的片上系统(SoC)接收的；
将电源电压与参考电压进行比较以生成比较信号；
去除所述比较信号的反跳信号部分来生成否定警报信号或肯定警报信号，其中当电源电压高于参考电压时生成否定警报信号，以及当电源电压低于参考电压时生成肯定警报信号；
提供否定警报信号和肯定警报信号中的一个给片上系统(SoC)，其包括响应于操作时钟操作的中央处理单元(CPU)，
其中所述操作时钟响应于否定警报信号而具有第一频率，而且响应于肯定警报信号而具有低于第一频率的第二频率。
2.如权利要求1所述的电力管理方法，还包括：
通过使用时钟分频比划分由SoC接收到的源时钟来生成操作时钟。
3.如权利要求1所述的电力管理方法，其中，所述提供否定警报信号和肯定警报信号中的一个给SoC包括：
在与SoC分离的电力管理集成电路(PMIC)中接收电源电压，并且将电源电压与参考电压进行比较以生成否定警报信号和肯定警报信号中的一个。
4.如权利要求1所述的电力管理方法，其中所述SoC还包括中断控制器，其响应于接收到的否定警报信号和肯定警报信号中的一个来生成控制CPU的中断信号。
5.一种移动设备，包括：
电力管理电路，接收电源电压并且将电源电压与参考电压进行比较，其中所述电力管理电路在电源电压高于参考电压时生成否定警报信号以及在电源电压低于参考电压时生成肯定警报信号；
片上系统(SoC)，其接收否定警报信号和肯定警报信号中的一个，并且包括：
中央处理单元(CPU)，其响应于操作时钟操作；和
时钟分频器，其生成操作时钟，其中所述操作时钟响应于否定警报信号而利用第一频率生成并且响应于肯定警报信号而利用低于第一频率的第二频率生成，
其中，所述电力管理电路被提供在与所述SoC分离的电力管理集成电路(PMIC)中，该PMIC包括：
比较器，其将所述电源电压与所述参考电压进行比较以生成比较信号，以及
防反跳逻辑，其接收所述比较信号并且通过去除所述比较信号的反跳信号部分来生成否定警报信号或肯定警报信号。
6.如权利要求5所述的移动设备，其中，所述时钟分频器通过使用时钟分频比划分由所述SoC接收到的源时钟来生成所述操作时钟。
7.如权利要求6所述的移动设备，其中，所述时钟分频器通过响应于否定警报信号使用第一时钟分频比划分源时钟、或者响应于肯定警报信号使用不同于第一时钟分频比的第二时钟分频比划分源时钟，来生成所述操作时钟。
8.如权利要求7所述的移动设备，其中，所述SoC包括存储定义第一时钟分频比和第二时钟分频比的时钟分频信息的寄存器。
9.如权利要求5所述的移动设备，其中，所述PMIC还包括：
参考电压发生器，其生成所述参考电压。
10.如权利要求9所述的移动设备，其中所述PMIC还包括：
寄存器，存储电力管理信息，其中所述参考电压发生器响应于所述电力管理信息生成所述参考电压。
11.如权利要求5所述的移动设备，其中所述电力管理电路被集成到所述SoC中。
12.一种移动设备，包括：
提供电源电压的电池；
电力管理集成电路(PMIC)，其将所述电源电压与参考电压进行比较以提供比较信号，以及根据比较信号生成警报信号；和
片上系统(SoC)，包括响应于操作时钟操作的中央处理单元(CPU)、响应于警报信号生成操作时钟的时钟分频器、和生成时钟分频信息和电力管理信息的电流控制单元，
其中，所述PMIC包括：
比较器，其响应于电力管理信息，将所述电源电压与所述参考电压进行比较以生成所述比较信号，以及
防反跳逻辑，其接收所述比较信号并且通过响应于电力管理信息去除所述比较信号的反跳信号部分来生成所述警报信号，
其中，所述电力管理信息经由接口连接从所述SoC通信到所述PMIC。
13.如权利要求12所述的移动设备，其中所述PMIC还包括：
寄存器，存储经由所述接口连接从所述SoC接收到的电力管理信息；以及
参考电压发生器，响应于所存储的电力管理信息的第一部分生成所述参考电压。
14.如权利要求13所述的移动设备，其中所述PMIC还包括：
多路复用器，控制结合所述参考电压发生器生成所述参考电压，其中，所述多路复用器响应于所存储的电力管理信息的第一部分选择多个参考电压中的一个作为所述参考电压。
15.如权利要求13所述的移动设备，其中所述防反跳逻辑包括：
计数器，其响应于所存储的电力管理信息的第三部分来决定防反跳时间，以及根据所决定的防反跳时间对所述比较信号进行计数以提供计数器输出；
与门，其对所述计数器输出和内部时钟执行与运算以生成触发器控制信号；以及
触发器，通过所述比较信号选通并且通过所述触发器控制信号使能以生成所述警报信号。
16.如权利要求15所述的移动设备，还包括：
开漏缓冲器，其从所述防反跳逻辑接收所述警报信号并且提供所述警报信号给所述SoC。
17.如权利要求12所述的移动设备，其中，所述SoC经由单个通用输入输出(I/O)缓冲器接收所述警报信号。
18.如权利要求12所述的移动设备，其中，所述时钟分频器在由所述SoC接收到所述警报信号之前利用第一频率生成所述操作时钟，并且在由所述SoC接收到所述警报信号之后利用不同于第一频率的第二频率生成所述操作时钟。
19.如权利要求12所述的移动设备，其中所述SoC还包括响应于所述操作时钟操作的图形处理单元(GPU)。
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