CN110462962B - 利用有源负载的功率多路复用 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于利用有源负载进行功率多路复用的集成电路。在示例方面中，集成电路包括：第一功率轨；第二功率轨；负载功率轨；多个功率多路复用器瓦片；以及功率多路复用器控制电路系统。第一功率轨处于第一电压，并且第二功率轨处于第二电压。多个功率多路复用器瓦片按照链式布置被串联耦合，并且响应于功率轨切换信号而共同执行功率多路复用操作。每个功率多路复用器瓦片在将负载功率轨耦合至第一功率轨和第二功率轨之间进行切换。功率多路复用器控制电路系统被耦合至第一和第二功率轨，并且包括用以基于第一和第二电压来产生相对电压信号的比较器。功率多路复用器控制电路系统基于相对电压信号来生成功率轨切换信号。

Description

利用有源负载的功率多路复用

技术领域

本公开总体涉及利用在电子设备中使用的集成电路(IC)的功率管理，并且更具体地涉及在将电路负载从一个功率轨切换到另一功率轨时使电路负载能够继续进行有效操作。

背景技术

在对电子设备的设计中，由电子设备引起的功耗是越来越重要的因素。从全球的角度来看，由于大型企业数据中心以及个人计算设备的普遍存在，电子设备的能耗占总能源使用的很大百分比。因此，环境问题促使人们努力减少电子设备所消耗的功率，以帮助保护地球的资源。从个人的角度来看，较少的功耗转化为较低的能量费用。此外，许多个人计算设备是便携式的并且由电池供电。便携式电池供电的电子设备所消耗的能量越少，便携式设备能够在不对电池进行再充电的情况下进行操作的时间越长。较低的能量消耗还使得能够使用较小的电池以及采用较薄的形状因子，这意味着可以使设备更便携或者更通用。因此，便携式电子设备的普及还促使人们努力降低电子设备的功耗。

如果电子设备被耦合至电源并且被接通，则该设备消耗功率。这对于整个电子设备是如此，但是对于电子设备的单独的部件也是如此。因此，如果使电子设备的部件断电，则即使在其他部件保持通电的情况下，功耗也会降低。可以使电子设备的全部分立组件(诸如，整个集成电路(IC)或者Wi-Fi无线电)断电。备选地，同样可以使分立组件的选定部分断电。例如，可以选择性地使不同的处理实体或者集成电路芯片的电路块(诸如，集成电路芯片的核心)断电某一时间段以减少能量消耗。

因此，可以使集成电路的一部分(诸如，核心)断电以减少功率使用并且延长电池寿命。可以通过将核心与电源去耦或者关断电源来使核心断电。此外，可以通过降低供应到核心的电压来使核心断电以降低功耗。用以向集成电路的核心提供较低电压电平的一种方法被称为动态电压缩放(DVS)。利用动态电压缩放，可以通过在降低的利用率期间降低供电电压并且然后在其他时间提高供电电压来管理核心的能量使用，以满足更高的利用率需求。

因此，使用动态电压缩放作为利用集成电路的功率管理技术可以降低电子设备的功耗。不幸的是，实施动态电压缩放具有挑战性。例如，实施动态电压缩放会不利地影响集成电路的核心的性能水平，尤其是在电压电平转换期间。在电压电平转换期间，核心的处理吞吐量会变慢，并且数据会被破坏。这些问题阻碍了对动态电压缩放的部署，并且因此妨碍了实现动态电压缩放的全部功率节省益处。

发明内容

公开了一种使得能够利用有源负载进行功率多路复用的集成电路。在示例方面中，该集成电路包括：第一功率轨；第二功率轨；以及负载功率轨。第一功率轨被配置为保持处于第一电压，并且第二功率轨被配置为保持处于第二电压。该集成电路还包括：多个功率多路复用器瓦片，该多个功率多路复用器瓦片按照链式布置被串联耦合。多个功率多路复用器瓦片被配置为响应于功率轨切换信号而共同执行功率多路复用操作。每个功率多路复用器瓦片被配置为：在将负载功率轨耦合至第一功率轨与将负载功率轨耦合至第二功率轨之间进行切换。该集成电路进一步包括：功率多路复用器控制电路系统，该功率多路复用器控制电路系统被耦合至第一功率轨和第二功率轨。功率多路复用器控制电路系统包括比较器，该比较器被配置为基于第一电压和第二电压来产生相对电压信号。功率多路复用器控制电路系统被配置为基于相对电压信号来生成功率轨切换信号。

在示例方面中，公开了一种集成电路。该集成电路包括：第一功率轨，该第一功率轨被配置为保持处于第一电压；以及第二功率轨，该第二功率轨被配置为保持处于第二电压。该集成电路还包括：负载功率轨；以及电路负载，该电路负载被耦合至负载功率轨。该集成电路进一步包括：多个功率多路复用器瓦片，该多个功率多路复用器瓦片按照链式布置被串联耦合。多个功率多路复用器瓦片被配置为响应于功率轨切换信号而共同执行功率多路复用操作。每个功率多路复用器瓦片被配置为：在将负载功率轨耦合至第一功率轨与将负载功率轨耦合至第二功率轨之间进行切换。该集成电路还包括：功率多路复用器控制电路系统，该功率多路复用器控制电路系统被耦合至第一功率轨和第二功率轨。功率多路复用器控制电路系统包括比较装置和启动装置，该比较装置用于基于第一电压和第二电压来产生相对电压信号，该启动装置用于基于相对电压信号来生成功率轨切换信号。

在示例方面中，公开了一种用于利用有源负载进行功率多路复用的方法。该方法包括：使用第一功率轨向负载功率轨供应功率。该方法还包括：将第一功率轨的第一电压与第二功率轨的第二电压相比较；以及基于该比较来生成相对电压信号。获得指示发出用以改变第二功率轨的第二电压的命令的电压电平指示信号。该方法进一步包括：基于相对电压信号和电压电平指示信号来生成功率轨切换信号；以及基于功率轨切换信号来执行功率多路复用操作，以与第一功率轨断开、并且连接至第二功率轨。该方法还包括：使用第二功率轨向负载功率轨供应功率。

在示例方面中，公开了一种集成电路。该集成电路包括：第一功率轨；第二功率轨；以及负载功率轨。第一功率轨被配置为保持处于第一电压，并且第二功率轨被配置为保持处于第二电压。该集成电路还包括：多个功率多路复用器瓦片，该多个功率多路复用器瓦片被耦合在第一功率轨与负载功率轨之间以及第二功率轨与负载功率轨之间。多个功率多路复用器瓦片被配置为：基于功率轨切换信号，在将负载功率轨耦合至第一功率轨与将负载功率轨耦合至第二功率轨之间进行切换。该集成电路进一步包括：功率多路复用器控制电路系统，该功率多路复用器控制电路系统被耦合至第一功率轨和第二功率轨，并且被配置为基于至少一个触发信号来生成功率轨切换信号。功率多路复用器控制电路系统包括功率多路复用器触发电路系统，该功率多路复用器触发电路系统被配置为：响应于第二电压的第二电压电平与第一电压的第一电压电平相交而生成至少一个触发信号。

附图说明

图1图示了包括多个功率多路复用器瓦片(power-mux瓦片)和电路负载的集成电路的示例部分。

图2图示了多个功率多路复用器瓦片的示例链式布置以及功率多路复用器控制电路系统，该多个功率多路复用器瓦片中的每个功率多路复用器瓦片包括被耦合至两个功率轨的第一和第二开关电路。

图3描绘了图示两个功率轨随着时间的示例电压电平曲线的曲线图。

图4图示了功率多路复用器控制电路系统和用以控制功率多路复用器瓦片的相关联的功率多路复用控制信号的示例。

图5图示了包括比较器和功率多路复用器启动电路系统的功率多路复用器控制电路系统的示例，该功率多路复用器启动电路系统包括功率多路复用器触发电路系统。

图6图示了用以生成用于功率多路复用操作的触发信号的功率多路复用器触发电路系统的示例。

图7-1图示了用以基于触发信号来生成功率轨切换信号的功率多路复用器启动电路系统的示例。

图7-2图示了用以基于触发信号来生成功率轨切换信号的功率多路复用器启动电路系统的另一示例。

图7-3图示了用以基于触发信号来生成功率轨切换信号的功率多路复用器启动电路系统的再一示例。

图8图示了用于具有第一开关电路和第二开关电路的功率多路复用器瓦片的示例功率多路复用控制接口和布置。

图9图示了具有利用多个开关实现的第一和第二开关电路的功率多路复用器瓦片的示例，该多个开关包括大型开关和小型开关。

图10图示了具有利用晶体管级的多个开关实现的第一和第二开关电路的功率多路复用器瓦片的示例。

图11-1图示了用于晶体管的功率多路复用控制信令接口的示例，该晶体管实现了通过根据图7-1所示功率轨切换信号的功率轨切换信号来控制的第一和第二开关电路。

图11-2图示了用于晶体管的功率多路复用控制信令接口的示例，该晶体管实现了通过根据图7-2所示功率轨切换信号的功率轨切换信号来控制的第一和第二开关电路。

图11-3图示了用于晶体管的功率多路复用控制信令接口的示例，该晶体管实现了通过根据图7-3所示功率轨切换信号的功率轨切换信号来控制的第一和第二开关电路。

图12是图示了利用有源负载进行功率多路复用的示例过程的流程图。

图13图示了包括具有多个核心的集成电路的示例电子设备。

具体实施方式

对电子设备进行功率管理需要控制集成电路(IC)随时间消耗或者瞬时消耗的能量。如果使集成电路完全断电，则在不使用期间，能量消耗会减少到零或者接近零。在利用率较低或者为了保留一些存储数据时，可以使集成电路断电至较低的电压电平以降低功耗。而且，如果无法使集成电路作为整体断电，则可以使一个或者多个部分或者核心彼此独立地断电。

功率管理技术的示例是功率多路复用。功率多路复用可以被利用以在集成电路的操作期间提供功率减小机会。利用功率多路复用，集成电路部分(诸如，核心)从以一个电压电平被供电切换到以另一电压电平被供电。通常，如果在较低的电压电平下操作集成电路的给定核心，则集成电路的给定核心消耗较少的能量。因此，可以通过将核心切换到较低的电压电平来降低集成电路的功耗。

在功率多路复用的具体示例中，处理器结合存储用于处理器的数据的存储器来进行操作。处理器最初以升高的性能水平来进行操作，该升高的性能水平需要向处理器提供升高的电压电平，其中，还向存储器供应该升高的电压电平，使得存储器可以服务处理器的快于正常的数据要求。当处理器的利用率最终变得足够低时，可以通过降低提供的电压电平来部分地使包括处理器逻辑的核心断电，以减少能量使用。然而，当仍然确保存储的数据保持在存储器中时，存储器无法以这种降低的电压电平进行工作。因此，随着针对处理器的电压电平降低，将向存储器供应不同的电压电平。用以为存储器提供不同电压电平的一种方式是：使用功率多路复用技术来将包括存储器的核心从保持处于一个电压电平的一个功率轨切换到保持处于另一电压电平的另一功率轨。

通常，在功率多路复用中，在多个功率轨之间对电路负载进行多路复用，该多个功率轨被保持处于多个不同的电压电平。使用一个或者多个功率多路复用器瓦片来完成在不同的功率轨之间的多路复用。例如，如果两个功率轨涉及功率多路复用，则每个功率多路复用器瓦片包括两个开关电路(诸如，两个开关晶体管)，其中每个开关电路被耦合至两个功率轨中的一个功率轨。功率多路复用操作需要根据精心编排的切换过程、使用两个开关晶体管来使电路负载与一个功率轨断开连接并且将电路负载连接至另一功率轨。如本领域的技术人员要了解的，如果电路负载占用集成电路芯片的较大面积，则在芯片之上的不同物理位置处分布多个功率多路复用器瓦片，以满足电流-电阻(IR)下降要求并且向电路负载的不同区域输送功率。

采用分布式功率多路复用器瓦片确实使得能够在两个不同的功率轨之间进行切换，以改变供应至电路负载的电压电平并且因此降低在集成电路的较大区域之上的功耗。不幸的是，涉及分布式功率多路复用器瓦片的功率多路复用场景引入了若干竞争问题。首先，两个不同的功率轨之间的交叉导通导致了浪费能量的不必要的功率消耗。例如，无法在不承担处于任意电压的两个不同功率轨之间发生短路电流的风险的情况下、特别是在两个不同的开关晶体管彼此靠近(诸如，通过成为同一功率多路复用器瓦片或者相邻功率多路复用器瓦片的一部分)的情况下，同时导通被耦合至该两个不同功率轨的两个不同开关晶体管。更具体地，如果被耦合至两个不同功率轨的两个开关晶体管都被接通，则电流可以通过开关晶体管中的一个开关晶体管从电压较高的功率轨流到负载功率轨的公共节点。通过公共节点，电流继续流过另一开关晶体管到达电压较低的功率轨。如果短路电流状况持续，则短路电流会消耗大量功率。此外，短路电流可能十分强，以致危害开关晶体管的可靠性或者甚至可行性。

关于功率多路复用操作的第二个竞争问题，无法同时使分布式功率多路复用器瓦片的被耦合至两个不同功率轨的开关晶体管都断开某一延长的时间段。如果使晶体管中的所有晶体管同时断开，则电路负载不再接收功率。作为结果，由负载电流对电路负载的固有电容进行放电引起了电路负载中的不期望的电压下降。这种放电危害保留被存储在电路负载中的任何数据，并且可能对进行中的处理任务造成损害。第三，如果电路负载在功率多路复用操作期间继续进行有效处理，则电路负载继续依赖于周期性时钟信号的振荡。因此，使电路负载与两个功率轨断开连接是不明智的，因为无法在不供应某一量的功率的情况下将时钟脉冲可靠地分布在电路负载周围。

第四，功率多路复用操作可以包括与起始功率轨相关的断开连接部分和与目标功率轨相关的连接部分。连接部分会导致目标功率轨发生电压下降。多个开关晶体管被耦合至给定功率轨并且在多个功率多路复用器瓦片处被分布在电路负载周围。如果多个开关晶体管中的全部开关晶体管或者仅它们中的许多开关晶体被同时接通，则大量电流突然从给定功率轨流入电路负载。这种突然的电流导致给定功率轨上的电压电平下降。电压下降导致同样被耦合至功率轨的其他核心错误地运行。处理由这四个竞争问题引起的多个问题(特别是在较大的物理区域之上)是具有挑战性的。

这四个问题可以被重申为：由于潜在的短路电流状况而引起的交叉导通问题(第一个问题)、由于希望在功率多路复用操作期间和之后使电路负载功能性保持可行而引起的非导通问题(第二个和第三个问题)、以及由于潜在的电流涌入情况而引起的过度导通问题(第四个问题)。为了至少部分地解决这些问题，功率多路复用操作可以涉及具有多个阶段的功率轨转换过程，该功率轨转换过程使用二极管连接的晶体管。功率轨转换过程需要将电路负载从起始功率轨切换为目标功率轨。相关联的功率多路复用器控制电路系统包括使用二极管连接的晶体管来在功率多路复用操作期间控制电流的方向的能力。因此，功率多路复用器控制电路系统在功率轨转换过程期间制定重叠阶段，在该重叠阶段中，电路负载可以同时从多个功率轨接收功率，而不会承担明显的交叉导通电流的风险，从而使得能够连续提供功率。此外，另一阶段包括：遵循功率多路复用器瓦片链进行顺序切换，以逐渐从目标功率轨拉取越来越多量的电流来管理电流涌入。

每个功率多路复用器瓦片包括至少一个开关电路，可以使用二极管连接的晶体管来使该至少一个开关电路处于选自断开模式(off mode)、导通模式(on mode)和单向模式(one-way mode)的电流流动模式。开关电路在断开模式下双向阻断电流，但是在导通模式下双向使能电流。在单向模式下，开关电路使用二极管连接的晶体管来允许单向电流，但是阻止双向电流。为了防止在两个不同的功率轨之间发生明显的短路电流状况，通过在功率多路复用操作期间选择性地激活对应开关电路的单向电流流动模式来控制电流的方向。

对于两个功率轨，功率多路复用器瓦片包括第一和第二开关电路。第一开关电路和第二开关电路可以同时允许电流流动以解决非导通问题。在此期间，功率多路复用器瓦片使两个开关电路中的一个开关电路处于单向模式以阻止流向开关电路所耦合的对应功率轨的电流，以便解决交叉导通问题。例如，功率多路复用器瓦片将被耦合至具有较低电压电平的功率轨的开关电路置于单向电流流动模式，以阻止电流流向较低电压功率轨。

每个开关电路可以包括被并联耦合的大型开关和小型开关。该小型开关在操作上被实现为使用可选择性地按照二极管配置连接的晶体管的二极管型器件。如果开关电路被耦合至较低电压功率轨，则小型开关可以作为二极管被激活，而大型开关被关断，以使开关电路处于允许单向电流的单向模式。跨多个功率多路复用器瓦片设置的开关电路的小型开关按照顺序方式被置于导通状态或单向状态，以在功率轨转换过程期间沿着电路负载逐渐地提供功率。这样沿着多个功率多路复用器瓦片的导通状态或者单向状态的顺序激活解决了潜在的电流涌入问题，因为电路负载在顺序激活期间从目标功率轨吸收越来越多量的电流。在小型开关针对目标功率轨已经进入导通状态之后，功率多路复用控制电路系统接通目标功率轨的大型开关，以使更大的电流能够流入电路负载以用于进行中的功率输送。

这种基于二极管的方法可以促进针对环境执行功率多路复用操作，在这些环境中，例如，功率轨被保持处于不同的电压电平。然而，这种基于二极管的方法跨功率多路复用器瓦片链上多次进行，以将开关电路激活到不同的状态以解决上面列出的竞争问题。多次进行(multiple passes)需要花费时间。用以编排多次进行的电路系统以及二极管连接的晶体管涉及附加的电路系统。进一步地，为了确保电路负载在功率多路复用操作期间不会发生可能的故障，在实施多个阶段时对电路负载的周期性时钟进行门控。由于对时钟进行门控并且因此处理暂停，由软件通过将值写入硬件寄存器来发起功率多路复用操作。在如本文描述的某些环境中，可以缓解这些各种复杂性。

因此，上面描述的基于二极管的方法适用于功率轨被保持处于彼此保持不同的电压电平的集成电路环境。相反，本文在下面描述的方法与一个功率轨的一个电压超过另一功率轨的另一电压的集成电路环境有关。响应于检测到一个电压电平与另一电压电平相交而发起功率多路复用操作，并且在两个电压电平基本相似时执行功率多路复用操作。因此，降低了由于一个电压电平并非与另一电压电平显著不同而发生显著的短路电流状况的可能性。进一步地，由于功率多路复用操作没有显著改变施加至负载电路的电压电平，因此可以连续地向电路负载提供振荡的周期性时钟信号。因此，电路负载可以在功率多路复用操作期间继续有效操作。因此，硬件可以按照对软件而言明显的方式来执行功率多路复用操作，并且可以避免软件的强制介入。此外，简化了控制电路系统，因为可以跨功率多路复用器瓦片链而在单次进行(single pass)中执行功率多路复用操作。

在一种或多种示例实施方式中，按照链被布置的多个功率多路复用器瓦片沿着电路负载的至少一侧被分布。电路负载被耦合至负载功率轨。多个功率多路复用器瓦片可以将电路负载多路复用到不同的功率轨，同时至少一个电源轨在两个稳定的电压电平之间进行转换，该不同的功率轨通常被保持处于不同的电压电平。功率多路复用器控制电路系统和多个功率多路复用器瓦片基于功率轨切换信号而共同执行功率多路复用操作，该功率轨切换信号被提供至初始功率多路复用器瓦片，并且在单次进行中在沿着链的连续功率多路复用器瓦片之间传播该功率轨切换信号。下面的描述针对两个供电轨—第一功率轨和第二功率轨说明了示例原理。然而，所描述的原理也适用于具有三个或更多个供电轨的集成电路。

第一功率轨被保持处于第一电压，并且第二功率轨被保持处于第二电压。多个功率多路复用器瓦片被耦合在第一和第二功率轨与负载功率轨之间。功率多路复用器控制电路系统包括比较器，以检测一个功率轨是否具有与另一功率轨的另一电压电平相交的变化电压电平。该比较器基于包括第一电压和第二电压的比较来产生相对电压信号。相对电压信号的值发生变化指示第一电压电平已经与第二电压电平相交，因为第一电压或者第二电压中的至少一个电压正在发生改变。功率多路复用器控制电路系统基于相对电压信号来生成功率轨切换信号。

然而，电压噪声或者其他配电网络问题可能导致供电轨的电压电平发生变化，这无意中产生相对电压信号的值的变化。换句话说，相对电压信号的变化可能是假的。为了增加在电源轨上的电压电平有意地发生改变的确定的确定性，功率多路复用器控制电路系统还基于电压电平指示信号来生成功率轨切换信号。电压控制器提供电压电平指示信号，该电压电平指示信号指示电压控制器已经发出改变在供电轨上的电压电平的命令。电压控制器可以向例如使供电轨保持在特定电压的功率管理集成电路(PMIC)发出这种命令。功率多路复用器控制电路系统通过将功率轨切换信号提供至功率多路复用器瓦片的链式布置来发起功率多路复用操作。

多个功率多路复用器瓦片中的每个功率多路复用器瓦片包括被耦合在第一功率轨与负载功率轨之间的第一开关电路以及被耦合在第二功率轨与负载功率轨之间的第二开关电路。每个功率多路复用器瓦片还包括瓦片控制电路系统，以在沿着功率多路复用器瓦片的链式布置的单次进行中控制第一开关电路和第二开关电路的操作。在沿着链的单次进行期间，在每个功率多路复用器瓦片处，一个开关电路与一个电源轨断开连接，而另一开关电路连接至另一电源轨。

按照这些方式，解决了上面陈述的四个问题，并且至少部分地改善了至少一个变化的电压电平与另一电压电平相交的情况。跨多个功率多路复用器瓦片的链式布置的第一开关电路或第二开关电路中的至少一个开关电路可以在功率多路复用操作期间连续地提供功率。这使电路负载能够继续正确地进行操作，包括：如果周期性时钟信号被施加到电路负载，同时在功率多路复用操作期间执行有效操作。为了抵消在目标功率轨上的潜在电压下降，通过在单次进行期间沿链式系列的功率多路复用器瓦片按顺序激活被耦合至目标功率轨的开关电路来管理电流涌入。

图1图示了集成电路100的示例部分，该示例部分包括多个功率多路复用器瓦片110-1至110-3(或者多个power-mux瓦片)以及电路负载108。如图所示，集成电路100包括三个功率轨：第一功率轨102(PR1)、第二功率轨104(PR2)和负载功率轨106(PRL)。集成电路100还包括电路负载108、固有电容118和配电网络120(PDN)。除了功率轨之外，配电网络120还可以包括电压控制器122或者功率管理集成电路124(PMIC)。虽然集成电路100被图示为包括三个功率多路复用器瓦片110-1、110-2和110-3，但是备选地，可以针对功率多路复用操作实施更多的或更少的功率多路复用器瓦片。

电路负载108可以与集成电路100的核心或电路块对应。电路负载108的示例包括存储器、处理器、一组保持触发器(RFF)或者其某种组合。固有电容118表示由用于构造电路负载108的电路设备的架构或材料产生的电容效应。例如，金属线和晶体管通常具有或者产生固有电容。虽然固有电容118在图1中被图示为整体块，但是固有电容118实际上分布在跨电路负载108的区域范围的电路设备之上。

功率管理集成电路124被实施为用以通过电压转换或调节来将电压126提供至处于指定电压电平的功率轨的电压源。功率管理集成电路124根据片上电压126来使第一功率轨102和第二功率轨104保持处于不同的电压。一个或多个供电轨形成向集成电路100周围的不同位置和各个电路系统分配功率的配电网络120的至少一部分。配电网络120可以包括电压控制器122或者功率管理集成电路124。

电压控制器122向功率管理集成电路124发出命令130。每个命令130指示功率管理集成电路124改变(诸如，建立或者调整)电压126中的一个。电压控制器122或者功率管理集成电路124可以是集成电路100的一部分或者与集成电路100分开。换句话说，电压控制器122或者功率管理集成电路124可以在相同的或不同的集成电路芯片上。

多个功率多路复用器瓦片110-1至110-3可以用作开关，以向电路负载108提供功率。如图所示，多个功率多路复用器瓦片110-1至110-3形成磁头开关128。通常，磁头开关被连接在用作电压源的供电轨与执行数字处理以提供某种功能的电路负载之间。对于集成电路100，磁头开关128被连接在第一功率轨102与电路负载108之间以及第二功率轨104与电路负载108之间。可以使用例如利用n阱或n衬底技术形成的p沟道或p型金属氧化物半导体(PMOS)器件(诸如，p型场效应晶体管(PFET))来实施磁头开关114。磁头开关128可以被实现为全局分布式磁头开关(GDHS)或者块磁头开关(BHS)。

磁头开关128包括多个功率多路复用器瓦片110-1至110-3。具体地，三个功率多路复用器瓦片110-1、110-2和110-3被示出为沿着电路负载108分布。然而，磁头开关128可以包括不同数量的功率多路复用器瓦片110。多个功率多路复用器瓦片110-1至110-3按照特定布局至少部分地被设置在电路负载108周围(诸如，沿着电路负载108的一侧或者两侧或更多侧)，以促进均匀地跨电路负载108提供功率。然而，备选地，可以实施其他功率多路复用器瓦片布局。进一步地，虽然在图1中未如此图示，多个功率多路复用器瓦片110-1至110-3可以备选地被实施为脚踏开关的一部分。

第一功率轨102和第二功率轨104都被耦合至每个功率多路复用器瓦片110。每个功率多路复用器瓦片110被进一步耦合至负载功率轨106，并且负载功率轨106被耦合至电路负载108。对于集成电路100，第一功率轨102和第二功率轨104被配置为使用多个功率多路复用器瓦片110-1至110-3、经由磁头开关128而向负载功率轨106提供功率并且因此向电路负载108提供功率。在操作中，每个功率多路复用器瓦片110被配置为从使用第一功率轨102切换为使用第二功率轨104，反之亦然，以经由负载功率轨106向电路负载108供应功率。

第一功率轨102被保持处于第一电压112(V1)，并且第二功率轨104被保持处于第二电压114(V2)。功率管理集成电路124在第一功率轨102上维持第一电压202，并且在第二功率轨104上维持第二电压114。备选地，第一和第二电源或者功率调节器(未示出)可以在第一功率轨102上维持第一电压202，并且在第二功率轨104上维持第二电压114。负载功率轨106可以被保持处于负载电压116(VL)。例如，如果功率多路复用器瓦片110-1至110-3中的一个或多个功率多路复用器瓦片将第一功率轨102连接至负载功率轨106，则负载功率轨106可以被保持处于第一电压202，并且如果一个或多个功率多路复用器瓦片110-1至110-3将第二功率轨104连接至负载功率轨106，则负载功率轨106可以被保持处于第二电压114。因此，每个功率多路复用器瓦片110从提供第一电压112作为负载电压116切换到提供第二电压114作为负载电压116。在图2中示出了多个功率多路复用器瓦片、以及功率多路复用器控制电路系统和功率多路复用器控制信号的布置。

图2图示了多个功率多路复用器瓦片110-1至110-3的示例链式布置200，结合功率多路复用器控制电路系统206，该多个功率多路复用器瓦片110-1至110-3各自包括被耦合至功率轨的第一和第二开关电路。图2还描绘了第一功率轨102连同第一电压112、第二功率轨104连同第二电压114、负载功率轨106连同负载电压116、以及电路负载108连同固有电容118。如与图1相比较，图2添加了功率多路复用器控制电路系统206(power-mux控制电路系统)、功率多路复用器控制信号208(power-mux控制信号)、功率轨切换信号210和瓦片间信号传播电路系统212。每个多路复用器瓦片110包括第一开关电路202和第二开关电路204。

在具有链式布置200的示例实施方式中，至少从控制信号传播的角度来看，多个功率多路复用器瓦片110-1至110-3被串联耦合。串联中的第一功率多路复用器瓦片(功率多路复用器瓦片110-1)在本文中被称为“初始(initial)”功率多路复用器瓦片。如图所示，功率多路复用器瓦片110-1至110-3中的每个功率多路复用器瓦片经由开关电路而被耦合至第一功率轨102和第二功率轨104两者。功率多路复用器瓦片110-1至110-3中的每个功率多路复用器瓦片还经由开关电路而被耦合至负载功率轨106。具体地，每个第一开关电路202被耦合在第一功率轨102与负载功率轨106之间，并且每个第二开关电路204被耦合在第二功率轨104与负载功率轨106之间。

功率多路复用器控制系统206和功率多路复用器控制信号208被描绘为云的形状，以表示电路系统和信号分别跨多个功率多路复用器瓦片110-1、110-2和110-3分布。功率多路复用器控制电路系统206的一部分可以被设置在每个功率多路复用器瓦片110的内部。附加地或备选地，功率多路复用器电路系统206的一部分可以被设置在多个功率多路复用器瓦片110-1至110-3的外部，包括被设置在多个功率多路复用器瓦片110-1至110-3之间或者之中，以传播功率多路复用器控制信号208中的一个或多个信号。参照图4至图6描述了功率多路复用器控制电路系统206和功率多路复用器控制信号208的示例方面。

在示例操作中，功率多路复用器控制电路系统206使多个功率多路复用器瓦片110-1至110-3从起始功率轨切换为目标功率轨以执行功率多路复用操作。例如，功率多路复用器控制电路系统206可以使功率多路复用器瓦片110-1至110-3从将负载功率轨106耦合至第一功率轨102切换为将负载功率轨106耦合至第二功率轨104，反之亦然。通常，可以按照以下顺序来在沿链式布置200的单次进行中顺序地执行这种电源切换：从“初始”功率多路复用器瓦片110-1开始，继续至第三功率多路复用器瓦片110-3，并且然后继续至“终点(terminal)”功率多路复用器瓦片110(未明确示出)。为此，在每个功率多路复用器瓦片110中，一个开关电路被闭合，而另一开关电路被断开。如果通过使用一个或多个晶体管来实施开关电路，则被关断的晶体管与阻断电流的断开开关对应，而被接通的晶体管与使能电流的闭合开关对应。

从沿链式布置200的一个功率多路复用器瓦片110到连续的功率多路复用器瓦片110顺序地执行针对功率多路复用操作的功率轨切换。粗实线箭头指示功率轨切换信号210顺序地进展，从初始功率多路复用器瓦片110-1开始并且从左到右继续。更一般地，功率多路复用器控制电路系统206如本文描述的那样基于一个功率轨的一个电压电平与另一功率轨的另一电压电平相交而实施功率轨转换过程。虽然在图2中描绘了两个供电轨，但是本文描述的功率多路复用操作也适用于具有带三个或更多个供电轨(例如，第一功率轨、第二功率轨和第三功率轨)的配电网络的集成电路。

在一些实施方式中，第一开关电路202和第二开关电路204中的每个开关电路能够处于断开状态或者闭合状态。在断开状态下，开关电路阻断电流。在闭合状态下，开关电路使能电流。如果电路负载108由第一功率轨102供电，则多个第一开关电路202处于闭合状态，而多个第二开关电路204处于断开状态。另一方面，如果电路负载108由第二功率轨104供电，则多个第一开关电路202处于断开状态，并且多个第二开关电路204处于闭合状态。第一开关电路202和第二开关电路204使功率多路复用器控制电路系统206能够建立哪个供电轨被耦合至负载功率轨106。

在示例功率轨切换场景中，假设电路负载108由第一功率轨102供电，并且功率多路复用器控制电路系统206正在管理功率多路复用操作、以切换功率轨而使得电路负载108由第二功率轨104供电。因此，在该场景开始时，多个第一开关电路212处于闭合状态，而多个第二开关电路214处于断开状态。最初，第一功率轨102的第一电压112和第二功率轨104的第二电压114处于不同的不变电压电平。这里，在该示例中，第一电压112最初大于第二电压114。然后，功率多路复用器控制电路系统206检测到第二电压114正在改变。响应于第二电压114与第一电压112相交，功率多路复用器控制电路系统206生成功率轨切换信号210以发起功率多路复用操作。

响应于接收到功率轨切换信号210，初始功率多路复用器瓦片110-1将第一开关电路202从闭合状态切换到断开状态，并且将第二开关电路204从断开状态切换到闭合状态。因此，初始功率多路复用器瓦片110-1使负载功率轨106与第一功率轨102断开连接，并且将负载功率轨106连接至第二功率轨104。初始功率多路复用器瓦片110-1还经由瓦片间信号传播电路系统212而将功率轨切换信号210转发至第二功率多路复用器瓦片110-2。响应于接收到功率轨切换信号210，第二功率多路复用器瓦片110-2交换第一开关电路202和第二开关电路204的断开状态和闭合状态。

该过程沿链式串联的功率多路复用器瓦片110-1、110-2、110-3等顺序地继续。沿链式布置200的顺序切换导致从第二功率轨104汲取的电流逐渐增加。最终，功率轨切换信号210到达最后的或者“终点”功率多路复用器瓦片110(未明确示出)。响应于接收到功率轨切换信号210，终点功率多路复用器瓦片110切换第一开关电路202和第二开关电路204的断开状态和闭合状态。

在功率多路复用操作期间，存在重叠时间段，在该重叠时间段内，从第一功率轨102和第二功率轨104两者向负载功率轨106供应功率。该重叠时间段至少相对于被设置在不同功率多路复用器瓦片内的第一和第二开关电路而产生，但是重叠时间段也可以相对于被设置在同一功率多路复用器瓦片110内的第一开关电路202和第二开关电路204而产生。通过基于检测到第二电压114与第一电压112相交而切换第一开关电路202和第二开关电路204的断开状态和闭合状态，降低了导致明显的短路电流状况的交叉导通机会的可能性，如参照图3说明的。

因此，在该示例方式中，未使得明显的短路电流能够经由负载功率轨106而在第一功率轨102与第二功率轨104之间流动。换句话说，如果在第二电压114刚刚超过第一电压112之后相对缓慢地增加的同时功率多路复用操作完成，则不允许大量短路电流从第一功率轨102流到第二功率轨104，反之亦然。此外，通过顺序地沿链式布置200来交换每个功率多路复用器瓦片110的开关电路的断开状态和闭合状态，在供电轨之间递增地切换到电路负载108的功率，使得至少降低了沿着第二功率轨104的不期望电压下降的大小。

图3描绘了图示了两个功率轨随着时间的示例电压电平曲线的曲线图300。如图所示，曲线图300包括作为横坐标或x轴的时间轴306，以及作为纵坐标或y轴的电压电平轴308。因此，时间沿着向右的方向流逝，并且电压电平沿着向上的方向增加。沿着电压电平轴308，标记了三个示例电压电平：低电压电平(LVL)、中电压电平(MVL)和高电压电平(HVL)。曲线图300包括电压电平曲线302和电压电平曲线304。还描绘了重叠区310和重叠区312。图3的各个方面(诸如，两个重叠区)不一定按比例描绘。

在该示例中，处理核心由第一功率轨102供电。作为电路负载108的示例实施方式的存储器块可以由第一功率轨102或者第二功率轨104经由多个功率多路复用器瓦片110-1至110-3的链式布置200供电。电压水平曲线302表示第一功率轨102随着时间的第一电压112。电压电平曲线304表示第二功率轨104随着时间的第二电压114。中电压电平(MVL)与可以按照可靠的方式来为存储器块供电的最小电压电平对应。低电压电平(LVL)与用于处理核心的常规利用率的电压电平对应，并且高电压电平(HVL)与用于处理核心的高利用率的升高的电压电平对应。

在时间轴306上，第一功率轨102的第一电压112是不变的。通过针对在中电压电平(MVL)处的电压电平曲线302的水平线来表示这一点。然而，第二功率轨104的第二电压114在某些时间段期间发生改变。因此，电压电平曲线304具有带非零斜率的分段。最初，处理核心以常规利用率进行操作，并且第二电压114如在电压电平曲线304的左侧处示出的那样处于低电压电平(LVL)。在某一时刻，处理器利用率提高。为了适应更高的利用率，响应于由(图1的)电压控制器122发出的命令130，功率管理集成电路124随着时间将在第二功率轨104上的第二电压114增加到高电压电平(HVL)。为了确保存储器块可以足够快地进行操作以在升压模式下服务处理核心，存储器块将被切换到第二功率轨104以用于高电压电平(HVL)。

在第二功率轨104上增加第二电压114的时间段由在电压电平曲线304的左侧具有正斜率的线段表示。如由重叠区310指示的，有一段时间，在第二功率轨104上的第二电压114的第二电压电平与在第一功率轨102上的第一电压112的第一电压电平相交，同时第二电压正在发生变化(例如，提高)。在重叠区310期间，多个功率多路复用器瓦片110-1、110-2和110-3的链式布置200从将负载功率轨106耦合至第一功率轨102切换为将负载功率轨106耦合至第二功率轨104。因此，存储器块最终经由第二功率轨104而以高电压电平(HVL)被供电。

然而，在某一时刻，处理器利用率降低，并且第二功率轨104的第二电压114会降低。因此，电压控制器122发出命令130，该命令130指示功率管理集成电路124随着时间将在第二功率轨104上的第二电压114从高电压电平(HVL)降低到低电压电平(LVL)。为了确保存储器块能够可靠地进行操作，存储器块将被切换回到保持处于中电压电平(MVL)的第一功率轨102。在第二功率轨104上降低第二电压114的时间段由在电压电平曲线304的右侧具有负斜率的线段表示。如由重叠区312指示的，有一段时间，在第二功率轨104上的第二电压114的第二电压电平与在第一功率轨102上的第一电压112的第一电压电平相交，但是第二电压正在发生变化(例如，降低)。在重叠区312期间，多个功率多路复用器瓦片110-1、110-2和110-3的链式布置200从将负载功率轨106耦合至第二功率轨104切换为将负载功率轨106耦合至第一功率轨102。因此，存储器块最终经由第一功率轨102而在中电压电平(MVL)处以可靠的方式被供电。

如针对重叠区312具体示出的，对于重叠区310和重叠区312，存在对应的重叠时间段316和重叠电压范围314。该重叠电压范围314是足够窄的电压电平范围，使得当一个功率轨的电压电平超过另一功率轨的电压电平时，在第一功率轨102与第二功率轨104之间不会产生明显的交叉导通电流。如果在重叠时间段316期间执行功率多路复用操作，则第一电压112的第一电压电平与第二电压114的第二电压电平之间的电压差落在重叠电压范围314内。

换句话说，如果相对于第一电压112与第二电压114之间的电压电平差的变化率而言足够快地执行跨链式布置200的功率多路复用操作，则负载功率轨106可以同时被耦合至第一功率轨102和第二功率轨104，而不会产生明显的短路电流。在示例实施方式中，可以在大约100纳秒的数量级完成跨多个功率多路复用器瓦片110-1、110-2、110-3的链式布置200的功率多路复用操作。这与随着功率管理集成电路124改变电压电平时在供电轨上的每毫秒5微伏的近似电压变化率相比较。因此，在该意义上，当第二电压114的第二电压电平与第一电压112的第一电压电平基本相似时，可以执行功率多路复用操作。

可以通过响应于第二电压114超过第一电压112(以提高的或者降低的方向)而启动操作来完成在重叠区310或重叠区312内的功率多路复用操作的执行，该超过基于对两个电压的比较而被。本文参照图4和图5描述了第二电压电平是否超过第一电压电平(沿向上或向下的方向)的这种检测。虽然在图3中，电压电平仅在一个供电轨上发生变化，但是在重叠区期间，电压电平可以同时在两个或更多个电源轨上发生变化。

图4总体地在400处图示了功率多路复用器控制电路系统206和相关联的功率多路复用器控制信号208的示例。如图所示，功率多路复用器控制电路系统206包括比较器404、功率多路复用器启动电路系统402、瓦片控制电路系统406和瓦片间信号传播电路系统212。功率多路复用器控制信号208包括功率轨切换信号210和相对电压信号410。图4还图示了时钟树408和时钟信号412。时钟树408在集成电路周围传播时钟信号412，并且将时钟信号412分布至各个电路系统，诸如电路负载108。时钟信号412是按照周期性方式在低值与高值之间振荡的周期性时钟信号。

在示例实施方式中，可以利用分别针对链式布置200(图2)的一个实例来实现功率多路复用器启动电路系统402和比较器404，并且可以与多个功率多路复用器瓦片110-1至110-3共享功率多路复用器启动电路系统402和比较器404。另一方面，瓦片控制电路系统406包括在每个功率多路复用器瓦片110中。因此，多个功率多路复用器瓦片110-1至110-3的链式布置200包括多个瓦片控制电路系统406。下面参照图8至图11-2描述了瓦片控制电路系统406的示例实施方式。瓦片间信号传播电路系统212被分布在多个功率多路复用器瓦片中的单独的功率多路复用器瓦片内或者单独的功率多路复用器瓦片之间。下面参照图8描述了瓦片间信号传播电路系统212的示例实施方式。

比较器404被耦合至第一功率轨102和第二功率轨104以分别接收第一电压112和第二电压114。比较器404执行包括第一功率轨102的第一电压112和第二功率轨104的第二电压114的比较，以确定哪个电压相对地大于或小于另一电压。比较器404输出指示第一功率轨102的第一电压112与第二功率轨104的第二电压114之间的电压差的相对电压信号410，诸如，哪个电压小于或大于另一电压、或者一个电压的改变的电压电平是否超过另一电压的电压电平。相对电压信号410被馈送至功率多路复用器启动电路系统402。

当电压中的至少一个电压由(图1的)功率管理集成电路124改变时，功率多路复用器启动电路系统402使用相对电压信号410来确定第一功率轨102的第一电压112是否超过第二功率轨104的第二电压114，反之亦然。基于相对电压信号410，功率多路复用器启动电路系统402生成功率轨切换信号210。下面参照图5至图7-2描述了比较器404和功率多路复用器启动电路系统402的示例实施方式。

在每个功率多路复用器瓦片110之间，瓦片间信号传播电路系统212将功率轨切换信号210从一个功率多路复用器瓦片110传播至沿链式布置的连续功率多路复用器瓦片110。瓦片间信号传播电路系统212还可以传播功率多路复用器控制信号208的一个或多个其他信号。例如，瓦片间信号传播电路系统212可以将相对电压信号410分布至每个功率多路复用器瓦片110的瓦片控制电路系统406。基于相对电压信号410，瓦片控制电路系统406选择具有更高或最高电压电平的功率轨以用于向瓦片控制电路系统406提供功率。

图5总体地在500处图示了包括比较器404和功率多路复用器启动电路系统402的功率多路复用器控制电路系统206的示例。功率多路复用器启动电路系统402包括功率多路复用器触发电路系统502。除了功率多路复用器控制电路系统206之外，图5还描绘了第一功率轨102、第二功率轨104和电压控制器122。该电压控制器122产生电压电平指示信号506。

作为功率多路复用器控制电路系统206的一部分，比较器404被耦合至第一功率轨102以接收第一电压112，并且被耦合至第二功率轨104以接收第二电压114。比较器404将第一电压112与第二电压114相比较，并且产生相对电压信号410。该相对电压信号410指示哪个电压电平大于或小于另一电压电平。例如，如果第一电压112大于第二电压114，则比较器404驱动逻辑“0”值(例如，低电压电平)作为相对电压信号410。另一方面，如果第一电压112小于第二电压114，则比较器404在相对电压信号410上驱动逻辑“1”值(例如，高电压电平)。

在示例实施方式中，比较器404被实现为接收两个模拟输入并且产生数字输出的模拟比较器。比较器404进行比较电压测量以生成相对电压信号410。进一步地，比较器404可以包括滞后滤波器504。该滞后滤波器504用作滤除在第一功率轨102和第二功率轨104的电压电平上的高频噪声的低通滤波器。比较器404将相对电压信号410提供至功率多路复用器启动电路系统402的功率多路复用器触发电路系统502。

电压控制器122将电压电平指示信号506提供至功率多路复用器触发电路系统502。电压电平指示信号506指示电压控制器122发出用以改变在功率轨中的一个功率轨上的电压电平的命令。向(图1的)功率管理集成电路124发出用以改变电压电平的命令130。例如，电压电平指示信号506可以指示电压控制器122发出改变在第二功率轨104上的第二电压114的电压电平的命令130。进一步地，电压电平指示信号506可以指示电压控制器122发出将在第二功率轨104上的第二电压114的电压电平增加到高于在第一功率轨102上的第一电压112的电压电平的命令。再进一步地，电压电平指示信号506可以指示电压控制器122发出将在第二功率轨104上的第二电压114的电压电平增加到比在第一功率轨102上的第一电压112的电压电平高某一阈值量的命令130。示例阈值量在10毫伏的数量级。电压电平指示信号506可以被实施为与用于针对功率管理集成电路124的命令130的信号相同的信号、或者单独的信号。

如图所示，功率多路复用器启动电路系统402包括功率多路复用器触发电路系统502。该功率多路复用器触发电路系统502生成至少一个触发信号508。在一些实施方式中，功率多路复用器触发电路系统502接收相对电压信号410，并且基于相对电压信号410来生成触发信号508。例如，当第二电压114增加时，触发信号508可以指示第二电压114超过第一电压112。在其他实施方式中，功率多路复用器触发电路系统502接收相对电压信号410和电压电平指示信号506。功率多路复用器触发电路系统502基于相对电压信号410和电压电平指示信号506来生成触发信号508。例如，触发信号508可以指示第二电压114超过第一电压112和功率管理集成电路124在来自电压控制器122的增加第二电压114的命令130控制下的组合。通过并入电压电平指示信号506，功率多路复用器触发电路系统502提高了至少一个触发信号508正确地指示电压电平实际正在改变的可能性。下面参照图6描述了功率多路复用器触发电路系统502的示例实施方式。

功率多路复用器启动电路系统402基于至少一个触发信号508生成功率轨切换信号210。下面参照图7-1和图7-2描述了具有被用于生成功率轨切换信号210的附加组件的功率多路复用器启动电路系统402的示例实施方式。在生成之后，功率多路复用器启动电路系统402将功率轨切换信号210提供至(图4所示)初始功率多路复用器瓦片110-1。

图6总体地在600处图示了生成至少一个触发信号508的功率多路复用器触发电路系统502的示例。如图所示，触发信号508包括第一功率轨触发信号602和第二功率轨触发信号604。多路复用器触发电路系统502接收相对电压信号410和电压电平指示信号506。基于相对电压信号410和电压电平指示信号506，功率多路复用器触发电路系统502生成第一功率轨触发信号602和第二功率轨触发信号604。

在示例实施方式中，功率多路复用器触发电路系统502包括第一反相器606、第二反相器608、第一与门610和第二与门612。相对电压信号410被耦合至第一反相器606的输入和第二与门612的第一输入。电压电平指示信号506被耦合至第二反相器608的输入和第二与门612的第二输入。第一反相器606的输出(该输出是相对电压信号410的反相版本)被耦合至第一与门610的第一输入。第二反相器608的输出(该输出是电压电平指示信号506的反相版本)被耦合至第一与门610的第二输入。第一与门610的输出提供第一功率轨触发信号602，并且第二与门612的输出提供第二功率轨触发信号604。

在示例操作中，当第二功率轨104的第二电压114的电压电平增加时，相对电压信号410由(图5的)比较器404断言。此处，断言的信号与驱动逻辑1值(诸如，高电压电平)的比较器404对应。然而，备选地，可以利用低电压电平来实施逻辑1值。由于电压控制器122已经命令功率管理集成电路124增加第二电压114，因此，电压控制器122断言电压电平指示信号506。因此，在第二与门612的两个输入被断言的情况下，由于逻辑与操作而断言第二功率轨触发信号604。如下面描述的，断言的第二功率轨触发信号604使链式布置200将第二功率轨104耦合至负载功率轨106。同时，如果相对电压信号410或者电压电平指示信号506中的任何一个被断言，则第一反相器606或第二反相器608分别向第一与门610的第一输入或第二输入提供解除断言的信号。因此，第一与门610由于逻辑与操作而提供解除断言的第一功率轨触发信号602。

前一段落与第二功率轨104的第二电压114的电压电平增加的情况有关，这与(图3的)重叠区310对应。关于重叠区312，第二功率轨104的第二电压114的电压电平正在降低。进一步地，电压控制器122在命令功率管理集成电路124在第二功率轨104上提供低于在第一功率轨102上的第一电压112的第二电压114时，停止断言电压电平指示信号506。因此，对于重叠区312，解除断言电压电平指示信号506。

由于第二电压114在降低的同时越过第一电压112，因此，比较器404改变相对电压信号410的值，以便还针对重叠区312解除断言相对电压信号410。因此，在相对电压信号410和电压电平指示信号506通过第一反相器606和第二反相器608之后，断言了第一与门610的两个输入。因此，第一与门610由于逻辑与操作而断言第一功率轨触发信号602。如下面描述的，断言的第一功率轨触发信号602使链式布置200将第一功率轨102耦合至负载功率轨106。第二与门612还基于解除断言的相对电压信号410或解除断言的电压电平指示信号506而解除断言第二功率轨触发信号604。

虽然按照如在图6中示出的特定电路设计布置了四个电路器件，但是可以按照备选方式来实施功率多路复用器触发电路系统502。例如，可以使用不同数量的电路器件、不同的电路器件布置或者不同类型的电路器件，来基于相对电压信号410和电压电平指示信号506产生至少一个触发信号508。

图7-1总体地在700-1处图示了使用至少一个触发信号来生成功率轨切换信号210-1的功率多路复用器启动电路系统402的示例。图7-2总体地在700-2处图示了使用至少一个触发信号来生成功率轨切换信号210-2的功率多路复用器启动电路系统402的另一示例。图7-3总体地在700-3处图示了使用至少一个触发信号来生成功率轨切换信号210-3的功率多路复用器启动电路系统402的再一示例。在图7-1、图7-2和图7-3中，功率多路复用器触发电路系统502基于相对电压信号410和电压电平指示信号506生成第一功率轨触发信号602和第二功率轨触发信号604。如图所示，触发信号被馈送至数字滞后电路系统702。

具体地，数字滞后电路系统702接收第一功率轨触发信号602和第二功率轨触发信号604，并且延迟转发触发信号，直到触发信号在某一延迟周期内具有恒定的逻辑值。换句话说，如果第一功率轨触发信号602和第二功率轨触发信号604的值在某一延迟周期内未改变，则数字滞后电路系统702转发这两个触发信号。例如，数字滞后电路系统702在某一指定数量的时钟周期内保持触发信号，其中指定数量的时钟周期可以是可编程的。如果在指定数量的时钟周期内触发信号未改变，则数字滞后电路系统702转发触发信号以用于进一步处理或作为功率轨切换信号210传播。

在图7-1中，功率多路复用器启动电路系统402的图示实施方式包括直通(pass-through)缓冲器704。该直通缓冲器704从数字滞后电路系统702接收第一功率轨触发信号602和第二功率轨触发信号604。直通缓冲器704按照不变的形式传递第一功率轨触发信号602和第二功率轨触发信号604的逻辑值。因此，在该示例实施方式中，功率轨切换信号210-1包括第一功率轨触发信号602和第二功率轨触发信号604。本文参照图11-1描述了适合于与该实施方式一起使用的示例功率多路复用器瓦片110。

在图7-2中，功率多路复用器启动电路系统402的图示实施方式包括触发信号组合电路系统706。该触发信号组合电路系统706从数字滞后电路系统702接收第一功率轨触发信号602和第二功率轨触发信号604。触发信号组合电路系统706处理单独的第一功率轨触发信号602和第二功率轨触发信号604的单独的逻辑值，以产生组合的触发信号708。该组合的触发信号708指示两个或更多个功率轨中的哪个功率轨将被耦合至负载功率轨106。例如，如果断言了第二功率轨触发信号604，则触发信号组合电路系统706驱动逻辑1作为组合的触发信号708，但是如果断言了第一功率轨触发信号602，则触发信号组合电路系统706驱动逻辑0作为组合的触发信号708。因此，在该示例实施方式中，功率轨切换信号210-2包括组合的触发信号708。可以实施附加的电路系统或者信令以控制以下功率多路复用电路系统：其中第一开关电路202和第二开关电路204中的每个开关电路包括用以适应通电场景的多个开关(例如，多个晶体管)，下面参照图9、图10和图11-2描述了该多个开关。本文参照图11-2描述了适合于与该实施方式一起使用的示例功率多路复用器瓦片110。

在图7-3中，功率多路复用器启动电路系统402的图示实施方式包括开关控制电路系统710。该开关控制电路系统710从数字滞后电路系统702接收第一功率轨触发信号602和第二功率轨触发信号604。开关控制电路系统710处理单独的第一功率轨触发信号602和第二功率轨触发信号604的单独的逻辑值，以产生多个开关使能信号。这些多个开关使能信号包括：第一大型开关使能信号712、第一小型开关使能信号714、第二小型开关使能信号716和第二大型开关使能信号718。这些多个开关使能信号可以控制作为第一开关电路202和第二开关电路204中的每个开关电路的一部分而被包括的大型开关和小型开关的使能或禁用。多个开关使能信号使一个供电轨与负载功率轨106解耦，并且使另一电源轨耦合至负载功率轨106。因此，在该示例实施方式中，功率轨切换信号210-3包括第一大型开关使能信号712、第一小型开关使能信号714、第二小型开关使能信号716和第二大型开关使能信号718。

如图示的，开关控制电路系统710包括状态机720，诸如有限状态机(FSM)。状态机720接收第一功率轨触发信号602和第二功率轨触发信号604，并且生成四个所描绘的开关使能信号。状态机720控制这些开关使能信号的逻辑值以断开或闭合第一开关电路202和第二开关电路204的开关，以与一个电源轨断开连接并且连接至另一电源轨。例如，状态机720在第一大型开关使能信号712和第一小型开关使能信号714上驱动一个逻辑值，并且在第二小型开关使能信号716和第二大型开关使能信号718上驱动另一逻辑值。因此，开关使能信号可以与能够处理通电场景以及功率多路复用场景的功率多路复用电路系统一起使用。本文参照图9和图10描述了大型开关和小型开关。在图11-3中描绘了这四个开关使能信号的应用。因此，本文参照图11-3描述了适合于与该实施方式一起使用的示例功率多路复用器瓦片110。

图8总体地在800处图示了用于功率多路复用器瓦片110的示例功率多路复用控制接口和布置。图示的功率多路复用器瓦片110表示沿多个功率多路复用器瓦片110-1至110-3的链式布置200的功率多路复用器瓦片。图示的功率多路复用器瓦片110包括第一开关电路202、第二开关电路204和瓦片控制电路系统406。第一开关电路202被耦合在第一功率轨102与负载功率轨106之间。第二开关电路204被耦合在第二功率轨104与负载功率轨106之间。图8还描绘了瓦片间信号传播电路系统212。

瓦片控制电路系统406被配置为分别经由控制信号802和控制信号804来控制第一开关电路202和第二开关电路204的操作。例如，瓦片控制电路系统406可以使第一开关电路202和第二开关电路204置于闭合状态或断开状态。瓦片控制电路系统406被实现为组合电路系统或状态机，该组合电路系统或状态机响应于(图2的)功率多路复用器控制信号208而将第一开关电路202和第二开关电路204置于适当状态，以便实施功率轨转换过程。例如，瓦片控制电路系统406可以被实施为自定时电路系统，该自定时电路系统独立于周期性时钟信号进行操作。

瓦片控制电路系统310从用于总体链式布置200的功率多路复用器控制电路系统206的集中控制电路系统部分接收功率多路复用器控制信号208中的一个或多个。功率多路复用器控制信号208包括相对电压信号410和功率轨切换信号210。此处，功率轨切换信号210被示出为传入的功率轨切换信号210-I和传出的功率轨切换信号210-O。基于相对电压信号410，瓦片控制电路系统406得知哪个供电轨当前具有更高的电压电平(第一功率轨102或者第二功率轨104)，并且因此得知哪个电源轨将被用于为瓦片控制电路系统406供电。通过使用具有更高或最高电压电平的供电轨，瓦片控制电路系统406能够正确地控制两个开关电路。

在备选实施方式中，瓦片控制电路系统406也可以使用相对电压信号410来控制功率多路复用操作。基于相对电压信号410，瓦片控制电路系统406得知第一开关电路202或第二开关电路204中的哪个开关电路将被激活到闭合状态或断开状态。例如，如果相对电压信号410指示第二电压114高于第一电压112，则瓦片控制电路系统406可以确定将第一开关电路202置于断开状态，并且将第二开关电路204置于闭合状态。在这种实施方式中，功率轨切换信号210促成在功率多路复用器瓦片110的开关电路中的状态改变，但是指示哪个开关将被激活到哪个状态的信息被包括在相对电压信号410中。

瓦片间信号传播电路系统212可以包括金属接线、缓冲器、以及用以在沿多个功率多路复用器瓦片110-1至110-3的链式布置200的连续功率多路复用器瓦片之间传播控制信号的其他电路系统。经由瓦片间信号传播电路系统212，瓦片控制电路系统406还接收并且随后转发功率轨切换信号210。更具体地，从左到右，瓦片控制电路系统310从链中紧接在前的功率多路复用器瓦片接收传入的功率轨切换信号210-I(In-PRSS)。响应于传入的功率轨切换信号210-I，瓦片控制电路系统406在瓦片级下执行功率多路复用操作。

为了在瓦片级下执行功率多路复用操作，瓦片控制电路系统406断开一个开关电路，并且闭合另一开关电路。在示例操作中，功率多路复用器瓦片110从将第一功率轨102耦合至负载功率轨106切换为将第二功率轨104耦合至负载功率轨106。为此，瓦片控制电路系统406将控制信号802发送至第一开关电路202。响应于控制信号802，第一开关电路202从闭合状态切换到断开状态。瓦片控制电路系统406还将控制信号804发送至第二开关电路204。响应于控制信号804，第二开关电路204从断开状态切换到闭合状态。可以顺序地或并行地发出这些控制信号，并且可以根据周期性时钟信号或者独立于周期性时钟信号来完成状态改变。

更具体地，响应于接收到传入的功率轨切换信号210-I，瓦片控制电路系统406使第一开关电路202将负载功率轨106与第一功率轨102断开连接。响应于接收到传入的功率轨切换信号210-I，瓦片控制电路系统406还使第二开关电路204将负载功率轨106连接至第二功率轨104。在瓦片级下执行了功率多路复用操作之后，瓦片控制电路系统406经由瓦片间信号传播电路系统212而向链中紧接在后的功率多路复用器瓦片转发传出的功率轨切换信号210-O(Out-PRSS)。通过响应于功率轨切换信号210的单个到达事件而使得连接和断开连接两者被执行，瓦片控制电路系统406促进了在沿链式布置200的一次顺序进行中完成功率多路复用操作。

第一开关电路202和第二开关电路204中的每个开关电路可以包括一个、两个或更多个内部开关。在一个示例场景中，多个功率多路复用器瓦片110-1至110-3的链式布置200将在通电情况期间被操作为功率多路复用器，但是不同样操作为开关。在该场景中，可以利用允许电流流到负载功率轨106或者阻止电流流到负载功率轨106的单个开关，来实施第一开关电路202和第二开关电路204中的每个开关电路。在另一示例场景中，多个功率多路复用器瓦片110-1至110-3的链式布置200在某些时间被操作为功率多路复用器，并且在通电周期期间同样被操作为开关。为了处理潜在的通电电流涌入问题，最初将电流限制到较低的电流水平以解决使能电流涌入的可能性。在向电路负载供应了一些电荷之后，电流增加到较高的电流水平。为了实现这两个不同的电流水平，在第一开关电路202和第二开关电路204中的每个开关电路中包括两个不同的开关—诸如小型开关和大型开关。参照图9、图10和图11-2描述的实施方式，每个开关电路包括两个开关。然而，下面描述的原理和电路系统也适用于具有单个开关的开关电路，诸如参照图11-1描述的实施方式。

图9图示了具有利用多个开关实现的第一开关电路202和第二开关电路204的功率多路复用器瓦片110的示例，该多个开关包括大型开关和小型开关。功率多路复用器瓦片110还被示出为包括瓦片控制电路系统406。该瓦片控制电路系统406至少接收功率轨切换信号210。第一开关电路202被耦合在第一功率轨102与负载功率轨106之间，并且第二开关电路204被耦合在第二功率轨104与负载功率轨106之间。

在示例实施方式中，第一开关电路202包括第一小型开关902和第一大型开关906，并且第二开关电路204包括第二小型开关904和第二大型开关908。第一小型开关902和第一大型开关906彼此并联地被耦合在第一功率轨102与负载功率轨106之间。第二小型开关904和第二大型开关908彼此并联地被耦合在第二功率轨104与负载功率轨106之间。

两个大型开关在物理上大于两个小型开关。大型开关能够比小型开关传导更大的电流。仅通过示例的方式，在物理大小或电流传导能力方面，大型开关可以大4至20倍。可以采用小型开关与大型开关之间的不同大小来提供不同量的电流(诸如，低电流或高电流)，以逐渐将电流引入被通电的电路负载、或者被切换到不同电源轨的电路负载。该技术与一些其余晶体管实施方式类似，本文参照图10描述了这些其余晶体管实施方式的各个方面。

功率多路复用器瓦片110的第一开关电路202和第二开关电路204通过在断开状态与闭合状态之间进行切换来参与功率轨转换过程。在断开状态下，开关阻断在两个功率轨(诸如，供电轨与负载功率轨)之间的电流。在闭合状态下，开关使能在两个功率轨之间的电流。

瓦片控制电路系统406确定各个开关将在哪种状态下进行操作。瓦片控制电路系统406分别经由控制信号802-1和控制信号802-2来控制第一小型开关902和第一大型开关906。瓦片控制电路系统406分别经由控制信号804-1和控制信号804-2来控制第二小型开关904和第二大型开关908。瓦片控制电路系统406基于功率轨切换信号210来控制第一小型开关902、第一大型开关906、第二小型开关904和第二大型开关908的状态。

针对在第二电压114的第二电压电平变得大于第一电压112的第一电压电平时将被耦合至负载功率轨106的电路负载从第一功率轨102切换到第二功率轨104，来描述示例功率轨转换过程。最初，第一小型开关902和第一大型开关906都处于闭合状态，并且第二小型开关904和第二大型开关908都处于断开状态。基于功率轨切换信号210，瓦片控制电路系统406使用控制信号802-1来将第一小型开关902切换到断开状态，并且使用控制信号802-2来将第一大型开关906切换到断开状态。这使第一功率轨102与负载功率轨106断开连接。

同样基于功率轨切换信号210，瓦片控制电路系统406使用控制信号804-1来将第二小型开关904切换到闭合状态，并且使用控制信号804-2来将第二大型开关908切换到闭合状态。这将第二功率轨104连接至负载功率轨106。沿链式布置200的后续功率多路复用器瓦片仍然可以将第一功率轨102耦合至负载功率轨106。然而，由于第一电压112和第二电压114的电压电平在(图3的)重叠电压范围314内，因此，没有发生明显的交叉导通电流。因此，可以在沿链式布置200的单次进行中执行功率多路复用操作。

在示例通电场景中，多个功率多路复用器瓦片110-1至110-3通过以下方式在针对被耦合至负载功率轨106的电路负载108的通电序列期间充当分布式功率开关：在沿链式布置200的第一次进行中闭合小型开关，并且在沿链式布置200的第二次进行中闭合大型开关。换句话说，可以在两次进行中闭合小型开关和大型开关以管理涌入电流。在该示例中，被耦合至负载功率轨106的电路负载经由第一功率轨102而被通电。为此，第一小型开关902在沿链式布置200、沿一个方向的第一次进行中被激活到闭合状态。随后，第一大型开关906在沿链式布置200的第二次进行中被激活到闭合状态，该第二次进行可以沿相反的方向。

图10图示了具有利用晶体管级的多个开关实现的第一开关电路202和第二开关电路204的功率多路复用器瓦片110的示例。因此，第一开关电路202包括一个或多个第一晶体管，并且第二开关电路204包括一个或多个第二晶体管。具体地，使用至少一个PFET来实现功率多路复用器瓦片110的每个开关。第一小型开关902被实施为第一小型晶体管，诸如PFET 1002；并且第一大型开关906被实施为第一大型晶体管，诸如PFET 1006。第二小型开关904被实施为第二小型晶体管，诸如PFET 1004；并且第二大型开关908被实施为第二大型晶体管，诸如PFET 1008。

在一些实施方式中，PFET 1006和PFET 1008在物理上大于PFET 1002和PFET1004。因此，PFET 1006和PFET 1008可以比其他两个PFET传导更大的电流。因此，PFET 1006和PFET 1008在图10中被描绘为相对较大。控制信号802-1、802-2、804-1和804-2如图所示分别被路由至PFET 1002、PFET 1006、PFET 1004和PFET 1008中的每个PFET的栅极端子。在PFET的栅极端子处的低电压接通晶体管，而在PFET的栅极端子处的高电压关断晶体管。为了将负载功率轨106耦合至第一功率轨102，例如，瓦片控制电路系统406以低电压驱动控制信号802-1和802-2以接通PFET 1002和PFET 1006，这分别与闭合第一小型开关902和第一大型开关906类似。为了使负载功率轨106与第二功率轨104解耦，瓦片控制电路系统406以高电压驱动控制信号804-1和804-2以关断PFET 1004和PFET 1008，这分别与将第二小型开关904和第二大型开关908置于断开状态类似。

可以根据在“其余”晶体管之前接通“少量”晶体管的电源技术来操作功率多路复用器瓦片110。在少量晶体管与其余晶体管方案中，首先开通少量晶体管以允许电流以相对较低的速率流入电路负载，以降低在供电轨上发生明显的电压下降的可能性。在电流已经稳定之后或者在某一时间段之后，接通其余晶体管以增加所提供的功率的总体电流容量。利用功率多路复用器瓦片110，小型开关与“少量”晶体管对应，并且大型开关与“其余”晶体管对应。因此，在通电场景中，可以在大型开关之前闭合小型开关。

被用于实现功率多路复用器瓦片110的开关的晶体管是图10中的PFET。如果多个功率多路复用器瓦片110-1至110-3的(图2的)链式布置200被实施为耦合在供电轨与电路负载108之间以创建虚拟供电轨的(图1的)磁头开关128，则利用PFET来实现开关。然而，备选地，多个功率多路复用器瓦片110-1至110-3的链式布置200可以被实施为耦合在电路负载108与接地功率轨之间以创建虚拟接地功率轨的脚踏开关(未示出)。可以使用例如利用p阱或p衬底技术形成的n沟道或n型金属氧化物半导体(NMOS)器件(诸如，n型场效应晶体管(NFET))来实施脚踏开关。因此，在脚踏开关实施方式中，可以利用一个或多个NFET来实现功率多路复用器瓦片110的开关。此外，可以利用其他晶体管类型(诸如，双极结型晶体管(BJT))来实现开关。

上面描述了各种示例实施方式。例如，可以利用一个开关或者两个或更多个开关来实现第一开关电路202和第二开关电路204中的每个开关电路。此外，功率轨切换信号210可以如在图7-1和图7-3中示出的那样被实现为单独的信号——例如，包括第一功率轨触发信号602和第二功率轨触发信号604的功率轨切换信号210-1，或者包括第一大型开关使能信号712、第一小型开关使能信号714、第二小型开关使能信号716和第二大型开关使能信号718的功率轨切换信号210-3。备选地，功率轨切换信号210可以被实现为如在图7-2中示出的一个信号——例如，包括组合的触发信号708的功率轨切换信号210。进一步地，来自比较器404的相对电压信号410可以被用于确定哪个电源轨将被耦合至负载功率轨。

可以按照无数不同的置换来实施这些各个方面。然而，下面描述三个具体示例实施方式。在图11-1中，功率轨切换信号210-1被实现为两个单独的信号——第一功率轨触发信号602和第二功率轨触发信号604。而且，利用一个开关(例如，一个晶体管)来实现第一开关电路202和第二开关电路204中的每个开关电路。在图11-2中，功率轨切换信号210-2被实现为一个信号——组合的触发信号708。而且，利用两个开关(例如，两个晶体管)来实现第一开关电路202和第二开关电路204中的每个开关电路。在图11-3中，功率轨切换信号210-3被实现为四个单独的信号——第一大型开关使能信号712、第一小型开关使能信号714、第二小型开关使能信号716和第二大型开关使能信号718。而且，利用两个开关(例如，两个晶体管)来实现第一开关电路202和第二开关电路204中的每个开关电路。

图11-1图示了用于晶体管的功率多路复用控制信令接口的示例，这些晶体管使用根据图7-1的功率轨切换信号的功率轨切换信号来实现第一和第二开关电路。因此，功率轨切换信号210-1被实现为至少两个单独的信号——如图所示，第一功率轨触发信号602和第二功率轨触发信号604。而且，第一开关电路202(为了清楚起见，未单独指示)被实施为PFET1006，并且第二开关电路204被实施为PFET 1008。瓦片控制电路系统406(未明确示出)被实施为包括两个反相器：第一反相器1102和第二反相器1104。

第一反相器1102接收第一功率轨触发信号602并且输出其反相版本，该反相版本被提供至PFET 1006的栅极。在示例操作中，如果负载功率轨106将被耦合至第一功率轨102，则利用高电压电平断言第一功率轨触发信号602。第一反相器1102将第一功率轨触发信号602反相为低电压电平，该低电压电平接通PFET1006，这允许电流从第一功率轨102流到负载功率轨106。另一方面，如果负载功率轨106将不被耦合至第一功率轨102，则利用低电压电平解除断言第一功率轨触发信号602。第一反相器1102将第一功率轨触发信号602反相为高电压电平，该高电压电平关断PFET 1006，这阻止电流从第一功率轨102流到负载功率轨106。

第二反相器1104接收第二功率轨触发信号604并且输出其反相版本，该反相版本被提供至PFET 1008的栅极。第二功率轨触发信号604的电压电平结合第二反相器1104，与第一功率轨触发信号602控制PFET 1006的方式类似地控制PFET 1008的导通/断开状态。按照这种方式，单独的功率轨触发信号通过功率多路复用器瓦片110在一次进行中使负载功率轨106与一个供电轨断开连接，并且将负载功率轨106连接至另一供电轨。

图11-2图示了用于晶体管的功率多路复用控制信令接口的示例，这些晶体管使用根据图7-2的功率轨切换信号的功率轨切换信号来实现第一和第二开关电路。因此，功率轨切换信号210-2被实现为一个信号——如图所示，组合的触发信号708。而且，利用PFET1002和PFET 1006来实施第一开关电路202(为了清楚起见，未单独指示)，并且第二开关电路204被实施为PFET 1004和PFET 1008。瓦片控制电路系统406(未明确示出)被实施以包括四个与非(NAND)门和一个反相器——触发信号反相器1156。四个与非门包括：第一与非门1158、第二与非门1160、第三与非门1162和第四与非门1164。每个与非门包括两个输入和一个输出。

图11-2的示例功率多路复用器瓦片110包括用以使功率多路复用器瓦片能够被用于通电场景的大型晶体管和小型晶体管。因此，除了组合的触发信号708之外，控制信令还包括使能小型晶体管信号1152和使能大型晶体管信号1154。与非门中的每个与非门具有被耦合至PFET的栅极端子的输出。具体地，第一与非门1158被耦合至PFET 1006，第二与非门1160被耦合至PFET1002，第三与非门1162被耦合至PFET 1004，并且第四与非门1164被耦合至PFET 1008。因此，第一与非门1158和第四与非门1164分别具有被耦合至使能大型晶体管信号1154的输入。第二与非门1160和第三与非门1162分别具有被耦合至使能小型晶体管信号1152的输入。这些使能信号在通电场景期间对小型晶体管和大型晶体管提供单独的控制。

与非门还针对在第一功率轨102与第二功率轨104之间进行切换提供控制。因此，第一与非门1158和第二与非门1160分别具有被耦合至组合的触发信号708的另一输入。第三与非门1162和第四与非门1164分别具有被耦合至组合的触发信号708的反相的另一输入，该反相由触发信号反相器1156提供。因此，组合的触发信号708可以控制第一开关电路202或第二开关电路204是否被激活以允许电流流动。

在示例操作中，通电场景以负载功率轨106从第一功率轨102接收功率开始。因此，按照高电平有效的方式来断言组合的触发信号708。这确保了第三与非门1162和第四与非门1164由于触发信号反相器1156而输出逻辑1，这分别关断了PFET 1004和PFET 1008。然而，如果使能信号也被驱动到逻辑1值，则施加于第一与非门1158和第二与非门1160的逻辑1值分别使能PFET1006和PFET 1002接通。在跨链式布置200的第一次进行中，使能小型晶体管信号1152被断言，所以以沿着链的顺序次序接通了PFET 1002。在第二次进行中，使能大型晶体管信号1154被断言，所以还以沿着链的顺序次序接通了PFET 1006。在第二次进行中的顺序次序可以与在第一次进行中的顺序次序相反或颠倒。

此时，负载功率轨106经由多个功率多路复用器瓦片110-1至110-3中的PFET 1006和PFET 1002而由第一功率轨102供电。如果(例如，图7-2的)功率多路复用器触发电路系统502检测到在第二功率轨104上的第二电压114的第二电压电平与在第一功率轨上的第一电压112的第一电压电平相交，则组合的触发信号708被翻转，以便以逻辑0值(诸如，低电压电平)来解除断言组合的触发信号708。该低电压电平被施加到第一与非门1158和第二与非门1160，它们分别产生关断PFET 1006和PFET 1002的高电压电平。然而，触发信号反相器1156将该电压电平反相为高电压电平。在使能小型晶体管信号1152和使能大型晶体管信号1154仍被断言情况下，第三与非门1162和第四与非门1164输出低电压电平以分别接通PFET1004和PFET 1008。使用瓦片间信号传播电路系统212，进一步将组合的触发信号708传播至下一个后续功率多路复用器瓦片110。按照这种方式，功率多路复用操作沿链式布置200继续，并且可以在单次进行中完成。

图11-3图示了用于晶体管的功率多路复用控制信令接口的示例，这些晶体管使用根据图7-3的功率轨切换信号的功率轨切换信号来实现第一和第二开关电路。因此，功率轨切换信号210-3被实现为至少四个单独的信号——如图所示，第一大型开关使能信号712、第一小型开关使能信号714、第二小型开关使能信号716和第二大型开关使能信号718。而且，利用PFET 1002和PFET1006来实施第一开关电路202(为了清楚起见，未单独指示)，并且第二开关电路204被实施为PFET 1004和PFET 1008。瓦片控制电路系统406(未明确示出)被实施为包括四个反相器：反相器1172、反相器1174、反相器1176和反相器1178。

(图7-3的)状态机720接收第一功率轨触发信号602和第二功率轨触发信号604，并且确定是否要将负载功率轨106从一个供电轨切换到另一供电轨以及哪个供电轨是目标供电轨。为了实施切换功能性，状态机720如下面描述的那样生成电压电平，以使得功率多路复用器瓦片110执行功率多路复用操作。反相器1172接收第一大型开关使能信号712并且输出其反相版本，该反相版本被提供至PFET 1006的栅极。反相器1174接收第一小型开关使能信号714并且输出其反相版本，该反相版本被提供至PFET 1002的栅极。

在示例操作中，如果负载功率轨106将被耦合至第一功率轨102，则利用高电压电平断言第一大型开关使能信号712和第一小型开关使能信号714。反相器1172和反相器1174将这些信号从高电压电平反相为低电压电平，这分别接通了PFET 1006和PFET 1002。接通晶体管允许电流经由PFET 1006和PFET 1002而从第一功率轨102流到负载功率轨106。另一方面，如果负载功率轨106将不被耦合至第一功率轨102，则利用低电压电平解除断言第一大型开关使能信号712和第一小型开关使能信号714。反相器1172和反相器1174将这些信号从低电压电平反相为高电压电平，这分别关断了PFET 1006和PFET 1002。关断这些晶体管阻止了在该功率多路复用器瓦片110处电流从第一功率轨102流到负载功率轨106。

关于被耦合至第二功率轨104的晶体管，反相器1178接收第二大型开关使能信号718并且输出其反相版本，该反相版本被提供至PFET 1008的栅极。反相器1176接收第二小型开关使能信号716并且输出其反相版本，该反相版本被提供至PFET 1004的栅极。在示例操作中，如果负载功率轨106将被耦合至第二功率轨104，则利用高电压电平断言第二大型开关使能信号718和第二小型开关使能信号716。反相器1178和反相器1176将这些信号从高电压电平反相为低电压电平，这分别接通了PFET 1008和PFET 1004。接通晶体管允许电流经由PFET 1008和PFET 1004而从第二功率轨104流到负载功率轨106。

另一方面，如果负载功率轨106将不被耦合至第二功率轨104，则利用低电压电平解除断言第二大型开关使能信号718和第二小型开关使能信号716。反相器1178和反相器1176将这些信号从低电压电平反相为高电压电平，这分别关断了PFET 1008和PFET 1004。关断这些晶体管阻止了在该功率多路复用器瓦片110处电流从第二功率轨104流到负载功率轨106。按照这些方式，四个开关使能信号通过功率多路复用器瓦片110在一次进行中使负载功率轨106与一个供电轨断开连接，并且将负载功率轨106连接至另一供电轨。

图12是图示了利用有源负载进行功率多路复用的示例过程1200的流程图。按照指定能够执行的操作的一组框1202至1214的形式来描述过程1200。然而，操作不必限于在图12中示出的或者在本文中描述的次序，因为可以按照备选次序或者按照完全或部分同时发生的方式来实施操作。由过程1200的图示框表示的操作可以由集成电路(诸如，图1的集成电路100或者图13的集成电路1310)执行，下面描述了这一点。更具体地，过程1200的操作可以由多个功率多路复用器瓦片110-1至110-3的链式布置200结合在图4中图示的功率多路复用器控制电路系统206执行。

在框1202，使用第一功率轨来向负载功率轨供应功率。例如，集成电路可以使用第一功率轨102来向负载功率轨106供应功率。被耦合在第一功率轨102与负载功率轨106之间的第一开关电路202可以处于闭合状态以允许电流流动。

在框1204，将第一功率轨的第一电压与第二功率轨的第二电压相比较。例如，集成电路可以将第一功率轨102的第一电压112与第二功率轨104的第二电压114相比较。该相对电压测量可以由被耦合至第一功率轨102和第二功率轨104的比较器404执行。在框1206，基于比较来生成相对电压信号。例如，集成电路可以基于比较来生成相对电压信号410。为此，比较器404的模拟实施方式可以基于哪个模拟电压电平(第一电压112或第二电压114的模拟电压电平)更大来产生用于相对电压信号410的数字值或布尔值。

在框1208，获得指示发出用以改变第二功率轨的第二电压的命令的电压电平指示信号。例如，集成电路可以获得指示发出用以改变第二功率轨104的第二电压114的命令130的电压电平指示信号506。例如，电压控制器122可以输出电压电平指示信号506，该电压电平指示信号506指示电压控制器122已经向功率管理集成电路124发出用以改变第二功率轨104的第二电压114的命令130。通过获得电压电平指示信号506，与由配电网络120造成的噪声或者虚假问题的结果相反，功率多路复用器控制电路系统可以证实或验证检测到的电压电平变化是有意的。

在框1210，基于相对电压信号和电压电平指示信号来生成功率轨切换信号。例如，集成电路可以基于相对电压信号410和电压电平指示信号506来生成功率轨切换信号210。如果通过供电电压差的改变被有意地引起的指示证实了供电电压电平之间的检测到的差异变化，则功率多路复用器启动电路系统402可以生成功率轨切换信号210，该功率轨切换信号210被断言以启动功率多路复用操作。

在框1212，基于功率轨切换信号来执行与第一功率轨断开连接并且连接至第二功率轨的功率多路复用操作。例如，集成电路可以基于功率轨切换信号210来执行与第一功率轨102断开连接并且连接至第二功率轨104的功率多路复用操作。例如，功率多路复用器控制电路系统206可以使得在沿多个功率多路复用器瓦片110-1至110-3的链式布置200的每个功率多路复用器瓦片110中断开第一开关电路202并且闭合第二开关电路204。

在框1214，使用第二功率轨来向负载功率轨提供功率。例如，集成电路可以使用第二功率轨104来向负载功率轨106提供功率。因此，在每个功率多路复用器瓦片110中被耦合在第二功率轨104与负载功率轨106之间的第二开关电路204可以继续处于闭合状态以允许电流流动。

在框1206的相对电压信号生成的示例实施方式包括：确定相对电压信号410指示第二电压114大于第一电压112，以及确定电压电平指示信号506指示发出用以将第二电压114增加到超过第一电压112的命令130。

过程1200的示例实施方式可以进一步包括：滤除影响第一电压112或第二电压114的噪声的操作。可以使用例如滞后滤波器504或数字滞后电路系统702来执行滤波。过程1200的其他示例实施方式可以进一步包括以下操作：在执行功率多路复用操作期间，向被耦合至负载功率轨106的电路负载108提供振荡时钟信号412，以及响应于振荡时钟信号412而继续电路负载108的有效操作。

在框1212的功率多路复用操作执行的示例实施方式包括：沿着多个功率多路复用器瓦片110-1至110-3的链接布置200来传播功率轨切换信号210。该执行进一步包括：在每个功率多路复用器瓦片110处，响应于接收到功率轨切换信号210而将负载功率轨106与第一功率轨102断开连接，并且响应于接收到功率轨切换信号210而将负载功率轨106连接至第二功率轨104。在其他示例实施方式中，断开连接和连接在沿着多个功率多路复用器瓦片110-1至110-3的链式布置200的单次顺序进行中被执行。

图13描绘了包括具有多个核心的集成电路(IC)1310的示例电子设备1302。如图所示，除了集成电路1310之外，电子设备1302还包括天线1304、收发器1306和用户输入/输出(I/O)接口1308。集成电路1310或者其核心的图示示例包括微处理器1312、图形处理单元(GPU)1314、存储器阵列1316和调制解调器1318。在一种或多种实施方式中，如本文描述的功率管理技术可以由集成电路1310实施。

电子设备1302可以是移动设备或者电池供电的设备或者被设计为由电网供电的固定设备。电子设备1302的示例包括：服务器计算机、网络交换机或路由器、一片数据中心、个人计算机、台式计算机、笔记本或膝上型计算机、平板计算机、智能电话、娱乐设备、或者可穿戴计算设备(诸如，智能手表、智能眼镜或一件衣服)。电子设备1302还可以是具有嵌入式电子的设备或者该设备的一部分。具有嵌入式电子的电子设备1402的示例包括乘用车辆、工业设备、冰箱或其他家用电器、无人机或其他无人驾驶飞行器(UAV)、或者动力工具。

对于具有无线能力的电子设备，电子设备1302包括被耦合至收发器1306以使得能够接收或发射一个或多个无线信号的天线1304。集成电路1310可以被耦合至收发器1306以使集成电路1310能够访问接收到的无线信号或者提供用于经由天线1304进行传输的无线信号。如图所示的电子设备1302还包括至少一个用户I/O接口1308。该用户I/O接口1308的示例包括：键盘、鼠标、麦克风、触敏屏、相机、加速度计、触觉机构、扬声器、显示屏或者投影仪。

集成电路1310可以包括，例如，微处理器1312、GPU 1314、存储器阵列1316、调制解调器1318等的一个或多个实例。微处理器1312可以用作中央处理单元(CPU)或者其他通用处理器。一些微处理器包括可以单独地使其通电或者断电的不同部件(诸如，多个处理核心)。GPU 1314可以特别适合于处理视觉相关数据以供进行显示。如果没有渲染或者以其他方式处理视觉相关数据，则可以使GPU 1314完全或部分地断电。存储器阵列1316存储用于微处理器1412或GPU 1414的数据。用于存储器阵列1416的存储器的示例类型包括随机存取存储器(RAM)(诸如，动态RAM(DRAM)或静态RAM(SRAM))；闪速存储器等。如果程序没有正在访问被存储在存储器中的数据，则可以整体地或逐块地使存储器阵列1316断电。调制解调器1318对信号进行解调以提取编码信息，或者对信号进行调制以将信息编码到信号中。如果没有信息要通过入站通信进行解码或者针对出站通信进行编码，则可以使调制解调器1318空闲以降低功耗。集成电路1310可以包括除了示出的那些部件之外的附加部件或者备选部件，诸如，I/O接口、传感器(诸如，加速度计)、收发器或接收器链的另一部分、定制的或硬编码的处理器(诸如，专用集成电路(ASIC))等。

集成电路1310还可以包括片上系统(SOC)。SOC可以集成足够数量的不同类型的组件，以使SOC能够至少主要地如笔记本计算机、移动电话或者使用一个芯片的另一电子装置一样提供计算功能。SOC的组件或者一般地集成电路1310可以被称为核心或电路块。根据本文中所描述的技术，如果未使用SOC的核心或电路块，则可以使SOC的核心或电路块断电，诸如，通过经历功率骤降或者在具有较低电压电平的功率轨上对SOC的核心或电路块进行多路复用。除了在图13中图示的那些组件之外，核心或电路块的示例还包括：电压调节器、主存储器或高速缓冲存储器块、存储器控制器、通用处理器、加密处理器、视频或图像处理器、矢量处理器、无线电、接口或通信子系统、无线控制器、或者显示控制器。这些核心或电路块中的任何一个(诸如，处理核心或GPU核心)可以进一步包括多个内部核心或电路块。

除非上下文另有规定，否则在本文中使用词语“或者”可以被认为是使用“包含性或者(inclusive or)”、或者允许包括或应用通过词语“或者”连接的一个或多个项目的术语(例如，短语“A或B”可以被解释为仅允许“A”、仅允许“B”或者允许“A”和“B”两者)。进一步地，在附图中表示的项目以及在本文中讨论的术语可以指示一个或多个项目或者术语，并且因此，可以在本书面描述中互换地引用项目和术语的单数或复数形式。最后，虽然已经用特定于结构特征或者方法操作的语言描述了主题，但是应当理解，随附权利要求书中所限定的主题不必限于上面所描述的具体特征或者操作，包括不必限于布置特征的组织或者执行操作的顺序。

Claims (28)

1.一种集成电路，包括：

第一功率轨，被配置为被保持处于第一电压；

第二功率轨，被配置为被保持处于第二电压；

负载功率轨；

多个功率多路复用器瓦片，按照链式布置被串联耦合，并且被配置为响应于功率轨切换信号而共同执行功率多路复用操作，每个功率多路复用器瓦片被配置为在将所述负载功率轨耦合至所述第一功率轨与将所述负载功率轨耦合至所述第二功率轨之间进行切换；以及

功率多路复用器控制电路系统，被耦合至所述第一功率轨和所述第二功率轨，所述功率多路复用器控制电路系统包括比较器，所述比较器被配置为基于所述第一电压和所述第二电压来产生相对电压信号，所述功率多路复用器控制电路系统被配置为基于所述相对电压信号来生成所述功率轨切换信号,

其中所述功率多路复用器控制电路系统包括：功率多路复用器启动电路系统，所述功率多路复用器启动电路系统被配置为：从电压控制器接收电压电平指示信号，以及基于所述相对电压信号和所述电压电平指示信号来生成所述功率轨切换信号，所述电压电平指示信号指示所述电压控制器发出命令，以改变在所述第二功率轨上的所述第二电压的第二电压电平。

2.根据权利要求1所述的集成电路，进一步包括：

电路负载，被耦合至所述负载功率轨，

其中所述功率多路复用器控制电路系统被配置为：在所述功率多路复用操作期间，将所述负载功率轨与所述第一功率轨的所述耦合以及将所述负载功率轨与所述第二功率轨的所述耦合进行重叠，以经由所述第一功率轨或所述第二功率轨中的至少一个功率轨而连续地向所述电路负载提供功率。

3.根据权利要求2所述的集成电路，其中所述电路负载被配置为：在所述功率多路复用操作期间，接收周期性时钟信号，以及基于所述周期性时钟信号来继续有效操作。

4.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述功率多路复用器控制电路系统包括瓦片间信号传播电路系统，所述瓦片间信号传播电路系统将所述多个功率多路复用器瓦片串联耦合，并且被配置为沿着所述链式布置，在连续的功率多路复用器瓦片之间传播所述功率轨切换信号。

5.根据权利要求1所述的集成电路，其中：

所述比较器被配置为将所述第一电压与所述第二电压相比较；以及

所述相对电压信号指示是所述第一功率轨还是所述第二功率轨具有更高的电压电平。

6.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述比较器包括模拟比较器，所述模拟比较器包括滞后滤波器，所述滞后滤波器被配置为滤除在所述第一功率轨或所述第二功率轨中的至少一个功率轨上的高频电压噪声。

7.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述电压电平指示信号指示所述电压控制器发出所述命令，以将在所述第二功率轨上的所述第二电压的所述第二电压电平增加到高于在所述第一功率轨上的所述第一电压的第一电压电平。

8.根据权利要求1所述的集成电路，其中：

所述功率多路复用器启动电路系统包括功率多路复用器触发电路系统，所述功率多路复用器触发电路系统被配置为：基于来自所述比较器的所述相对电压信号和来自所述电压控制器的所述电压电平指示信号，来生成至少一个触发信号；以及

所述功率多路复用器启动电路系统被配置为基于所述至少一个触发信号来生成所述功率轨切换信号。

9.根据权利要求8所述的集成电路，其中所述至少一个触发信号基于由所述比较器进行的电压测量和由所述电压控制器发出的命令，来指示所述第二电压大于所述第一电压。

10.根据权利要求8所述的集成电路，其中所述功率多路复用器启动电路系统包括数字滞后电路系统，所述数字滞后电路系统被配置为：接收所述至少一个触发信号，以及延迟转发所述至少一个触发信号，直到所述至少一个触发信号在延迟周期内具有恒定的逻辑值。

11.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述多个功率多路复用器瓦片中的一个功率多路复用器瓦片包括：

第一开关电路，被耦合在所述第一功率轨与所述负载功率轨之间，所述第一开关电路被配置为：响应于所述功率轨切换信号而将所述负载功率轨与所述第一功率轨断开连接、或者将所述负载功率轨连接至所述第一功率轨；以及

第二开关电路，被耦合在所述第二功率轨与所述负载功率轨之间，所述第二开关电路被配置为：响应于所述功率轨切换信号而将所述负载功率轨与所述第二功率轨断开连接、或者将所述负载功率轨连接至所述第二功率轨。

12.根据权利要求11所述的集成电路，其中：

所述第一开关电路包括被耦合在所述第一功率轨与所述负载功率轨之间的第一晶体管，所述第一晶体管被配置为响应于所述功率轨切换信号而被接通或关断；以及

所述第二开关电路包括被耦合在所述第二功率轨与所述负载功率轨之间的第二晶体管，所述第二晶体管被配置为响应于所述功率轨切换信号而被接通或关断。

13.根据权利要求11所述的集成电路，其中：

所述第一开关电路包括被耦合在所述第一功率轨与所述负载功率轨之间的第一大型开关和第一小型开关；

所述第二开关电路包括被耦合在所述第二功率轨与所述负载功率轨之间的第二大型开关和第二小型开关；以及

所述多个功率多路复用器瓦片被配置为：通过在沿着所述链式布置的第一次进行中闭合小型开关、并且在沿着所述链式布置的第二次进行中闭合大型开关，在针对被耦合至所述负载功率轨的电路负载的通电序列期间充当分布式功率开关。

14.一种集成电路，包括：

第一功率轨，被配置为被保持处于第一电压；

第二功率轨，被配置为被保持处于第二电压；

负载功率轨；

电路负载，被耦合至所述负载功率轨；

多个功率多路复用器瓦片，按照链式布置被串联耦合，并且被配置为响应于功率轨切换信号而共同执行功率多路复用操作，每个功率多路复用器瓦片被配置为在将所述负载功率轨耦合至所述第一功率轨与将所述负载功率轨耦合至所述第二功率轨之间进行切换；以及

功率多路复用器控制电路系统，被耦合至所述第一功率轨和所述第二功率轨，所述功率多路复用器控制电路系统包括：

比较装置，用于基于所述第一电压和所述第二电压来产生相对电压信号；以及

启动装置，用于基于所述相对电压信号和电压电平指示信号来生成所述功率轨切换信号，所述电压电平指示信号指示所述电压控制器发出命令，以改变在所述第二功率轨上的所述第二电压的第二电压电平。

15.根据权利要求14所述的集成电路，其中所述功率多路复用器控制电路系统包括：

信令装置，用于将所述功率轨切换信号从所述多个功率多路复用器瓦片中的一个功率多路复用器瓦片传播至沿着所述链式布置的连续的功率多路复用器瓦片，使得所述功率多路复用操作沿着所述链式布置顺序地被执行。

16.根据权利要求15所述的集成电路，其中所述功率多路复用器控制电路系统包括瓦片控制装置，所述瓦片控制装置用于使所述多个功率多路复用器瓦片中的每个功率多路复用器瓦片：在沿着所述链式布置的一次顺序进行中将所述负载功率轨与所述第一功率轨断开连接，并且将所述负载功率轨连接至所述第二功率轨，所述多个功率多路复用器瓦片中的每个功率多路复用器瓦片被分布有所述瓦片控制装置。

17.根据权利要求14所述的集成电路，其中：

所述启动装置包括触发装置，所述触发装置用于基于所述相对电压信号和电压电平指示信号来生成至少一个触发信号；以及

所述启动装置被配置为基于所述至少一个触发信号来生成所述功率轨切换信号。

18.根据权利要求17所述的集成电路，其中所述功率多路复用器控制电路系统被配置为：向所述多个功率多路复用器瓦片提供所述功率轨切换信号，以在所述第二电压发生改变时，响应于所述第二电压的第二电压电平与所述第一电压的第一电压电平相交而启动所述功率多路复用操作，使得当所述第二电压电平与所述第一电压电平基本相似时，所述多个功率多路复用器瓦片能够执行所述功率多路复用操作。

19.根据权利要求17所述的集成电路，进一步包括：

电压控制装置，用于控制多个片上电压，所述电压控制装置被配置为：响应于发出用以改变在所述第二功率轨上的所述第二电压的命令而提供所述电压电平指示信号。

20.一种用于利用有源负载进行功率多路复用的方法，所述方法包括：

使用第一功率轨来向负载功率轨供应功率；

将所述第一功率轨的第一电压与第二功率轨的第二电压相比较；

基于所述比较来生成相对电压信号；

获得电压电平指示信号，所述电压电平指示信号指示用以改变所述第二功率轨的所述第二电压的命令的发出；

基于所述相对电压信号和所述电压电平指示信号来生成功率轨切换信号；

基于所述功率轨切换信号来执行功率多路复用操作，以与所述第一功率轨断开连接，并且连接至所述第二功率轨；以及

使用所述第二功率轨来向所述负载功率轨供应功率。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述生成所述功率轨切换信号包括：

确定所述相对电压信号指示所述第二电压大于所述第一电压；以及

确定所述电压电平指示信号指示用以将所述第二电压增加到大于所述第一电压的所述命令的所述发出。

22.根据权利要求20所述的方法，进一步包括：滤除影响所述第一电压或所述第二电压的噪声。

23.根据权利要求20所述的方法，进一步包括：在所述功率多路复用操作的所述执行期间：

向被耦合至所述负载功率轨的电路负载提供振荡时钟信号；以及

响应于所述振荡时钟信号而继续所述电路负载的有效操作。

24.根据权利要求20所述的方法，其中所述功率多路复用操作的所述执行包括：

沿着多个功率多路复用器瓦片的链式布置来传播所述功率轨切换信号；以及

在每个功率多路复用器瓦片处，

响应于接收到所述功率轨切换信号而将所述负载功率轨与所述第一功率轨断开连接；以及

响应于接收到所述功率轨切换信号而将所述负载功率轨连接至所述第二功率轨。

25.根据权利要求24所述的方法，其中所述断开连接和所述连接在沿着所述多个功率复用器瓦片的所述链式布置的单次顺序进行中被执行。

26.一种集成电路，包括：

第一功率轨，被配置为被保持处于第一电压；

第二功率轨，被配置为被保持处于第二电压；

负载功率轨；

多个功率多路复用器瓦片，被耦合在所述第一功率轨与所述负载功率轨之间、以及所述第二功率轨与所述负载功率轨之间，所述多个功率多路复用器瓦片被配置为：基于功率轨切换信号，在将所述负载功率轨耦合至所述第一功率轨与将所述负载功率轨耦合至所述第二功率轨之间进行切换；以及

功率多路复用器控制电路系统，被耦合至所述第一功率轨和所述第二功率轨，并且被配置为基于至少一个触发信号来生成所述功率轨切换信号，所述功率多路复用器控制电路系统包括：

功率多路复用器触发电路系统，被配置为响应于所述第二电压的第二电压电平与所述第一电压的第一电压电平相交而生成所述至少一个触发信号。

27.根据权利要求26所述的集成电路，进一步包括：

电压控制器，被配置为提供电压电平指示信号，所述电压电平指示信号指示用以改变在所述第二功率轨上的所述第二电压的所述第二电压电平的命令的发出，其中

所述功率多路复用器控制电路系统包括比较器，所述比较器被配置为基于所述第二电压电平与所述第一电压电平的比较来产生相对电压信号；以及

所述功率多路复用器触发电路系统被配置为基于所述电压电平指示信号和所述相对电压信号，来检测所述第二电压电平与所述第一电压电平相交。

28.根据权利要求26所述的集成电路，其中所述多个功率多路复用器瓦片中的一个功率多路复用器瓦片包括：

第一开关电路，被耦合在所述第一功率轨与所述负载功率轨之间；

第二开关电路，被耦合在所述第二功率轨与所述负载功率轨之间；以及

瓦片控制电路系统，被配置为：

从前一功率多路复用器瓦片接收传入功率轨切换信号；

响应于接收到所述传入功率轨切换信号，使得所述第一开关电路将所述负载功率轨与所述第一功率轨断开连接；

响应于接收到所述传入功率轨切换信号，使得所述第二开关电路将所述负载功率轨连接至所述第二功率轨；以及

向后一功率多路复用器瓦片转发传出功率轨切换信号。

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