CN113126735A - 一种芯片电源管理电路及电压补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种芯片及电压补偿方法，在芯片的测试阶段，PMU控制PCM对芯片上受电功能器件的工艺进行监测，然后控制电源电压转换器基于PCM的工艺监测结果对输出给受电功能器件的电压进行补偿，并确定出电压基础补偿值。在芯片测试结束投入正式使用时，不用PCM再实时对受电功能器件的工艺进行监测来并确定工艺补偿电压，而是由电源电压转换器直接基于测试阶段确定出的电压基础补偿值对输出给受电功能器件的电压进行工艺电压补偿。因此，本发明实施例提供的电压补偿方案中，芯片上的PCM只需要保证测试阶段正常使用即可，所以，对PCM的要求不高，换言之，PCM可以是“一次性”的，因此，PCM的电路更简单，所占用的设置空间也更小，有利于降低芯片的体积。

Description

一种芯片电源管理电路及电压补偿方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种芯片电源管理电路及电压补偿方法。

背景技术

对于芯片性能的关注，很大程度聚焦于芯片上CPU的频率是否能达到目标要求，而芯片上电源电压转换器对CPU的供电对CPU频率的影响显著，如果CPU从电源电压转换器处获取到的工作电压低于额定范围，则CPU的频率也无法达到目标要求。现有技术中电源电压转换器通常是在芯片工作的时候基于CPU的温度以及工艺对输出给CPU的电压进行实时补偿，以便使CPU的工作电压处于其额定范围内。

不过，上述电压补偿方案要求在芯片上设置能够长期使用的工艺监测器与温度监测器来分别监测CPU的工艺与温度，这就势必导致芯片上电源管理电路复杂，占用空间大，从而影响芯片的体积与集成度。

发明内容

本发明实施例提供的芯片电源管理电路及电压补偿方法，主要解决的技术问题是：现有应用于芯片上的电压补偿方案电路复杂，占用空间大，导致芯片的集成度低或者大的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种芯片电源管理电路，包括电源管理单元PMU、电源电压转换器、工艺监测器PCM以及受电功能器件；

电源电压转换器的电压输出端与受电功能器件的电压输入端连接，以向受电功能器件提供工作电压；PMU分别与PCM、电源电压转换器通信连接；PMU用于控制PCM在芯片测试阶段对受电功能器件的工艺进行监测，并控制电源电压转换器根据工艺监测结果对输出给受电功能器件的电压进行补偿，确定电压基础补偿值，电压基础补偿值用于电源电压转换器在芯片的使用阶段直接对输出给受电功能器件的电压进行工艺电压补偿。

可选地，受电功能器件为芯片的CPU。

可选地，电压基础补偿值为工艺补偿电压与裕量电压之和，工艺补偿电压为基于PCM的工艺监测结果进行电压补偿的补偿电压值，裕量电压为额外增加的补偿电压值，

可选地，裕量电压能够保证电源电压转换器的基准电压上浮+10％后，输出给受电功能器件的电压依旧处于额定范围内。

可选地，裕量电压能够保证电源电压转换器的基准电压下浮-10％后，输出给受电功能器件的电压依旧处于额定范围内。

本发明实施例还提供一种芯片电源管理电路，包括PMU、电源电压转换器以及受电功能器件；

电源电压转换器的电压输出端与受电功能器件的电压输入端连接，以向受电功能器件提供工作电压；PMU与电源电压转换器通信连接；PMU用于控制电源电压转换器基于电压基础补偿值对输出给受电功能器件的电压进行补偿，电压基础补偿值由PMU此前通过控制电源电压转换器根据受电功能器件的工艺对输出给受电功能器件的电压进行补偿时确定。

可选地，PMU用于控制电源电压转换器基于受电功能器件的温度以及电压基础补偿值对输出给受电功能器件的电压进行补偿。

可选地，电压基础补偿值为工艺补偿电压与裕量电压之和，工艺补偿电压为基于PCM的工艺监测结果进行电压补偿的补偿电压值，裕量电压为额外增加的补偿电压值。

可选地，裕量电压能够保证电源电压转换器的基准电压上浮+10％以及下浮-10％后，输出给受电功能器件的电压依旧处于额定范围内。

本发明实施例还提供一种电压补偿方法，包括：

在芯片测试阶段，控制PCM对芯片上受电功能器件的工艺进行监测；

控制电源电压转换器根据工艺监测结果对芯片上电源电压转换器提供给受电功能器件的电压进行补偿，并确定电压基础补偿值，电压基础补偿值用于电源电压转换器在芯片的使用阶段直接对输出给受电功能器件的电压进行工艺电压补偿。

本发明的有益效果是：

本发明实施例提供的芯片及电压补偿方法，在芯片的测试阶段，PMU控制PCM对芯片上受电功能器件的工艺进行监测，然后控制电源电压转换器基于PCM的工艺监测结果对输出给受电功能器件的电压进行补偿，并确定出电压基础补偿值。在芯片测试结束投入正式使用时，不用PCM再实时对受电功能器件的工艺进行监测来并确定工艺补偿电压，而是由电源电压转换器直接基于测试阶段确定出的电压基础补偿值对输出给受电功能器件的电压进行工艺电压补偿。因此，本发明实施例提供的电压补偿方案中，芯片上的PCM只需要保证测试阶段正常使用即可，所以，对PCM的要求不高，换言之，PCM可以是“一次性”的，因此，PCM的电路更简单，所占用的设置空间也更小，有利于降低芯片的体积。

本发明其他特征和相应的有益效果在说明书的后面部分进行阐述说明，且应当理解，至少部分有益效果从本发明说明书中的记载变的显而易见。

附图说明

图1为本发明实施例一中提供的芯片电源管理电路的一种原理示意图；

图2为本发明实施例一中提供的电压补偿方法的一种流程图；

图3为本发明实施例一中提供的芯片电源管理电路的另一种原理示意图；

图4为本发明实施例二中提供的芯片电源管理电路的一种原理示意图；

图5为本发明实施例三中提供的芯片电源管理电路的一种原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本发明实施例作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一：

为了解决现有针对芯片的电压补偿方案电路复杂度高，导致芯片电源管理电路对设置空间要求高，影响芯片体积与集成度的问题，本实施例提供一种芯片电源管理电路，请参见图1示出的该芯片电源管理电路的原理示意图，其中细实线表示供电电路，带箭头的粗实线表示控制信号传输通路：

芯片电源管理电路10包括PMU 11、电源电压转换器12、受电功能器件13以及PCM14以及。其中，电源电压转换器12的电压输出端与受电功能器件13的电压输入端连接，以向受电功能器件13提供工作电压。PMU 11分别与PCM 14、电源电压转换器12通信连接。

在本实施例的一些示例当中，受电功能器件13可以是指芯片上的CPU，不过，本领域技术人员可以理解的是，受电功能器件13也可以是其他器件，例如芯片的存储器(SRAM、EFLASH)。应当明白的是，电源电压转换器12也还会向PMU 11等器件供电。

PCM 14可以用于对受电功能器件13的工艺进行监测，然后将工艺监测结果传输给电源电压转换器12，以便电源电压转换器12基于PCM13的工艺监测结果对提供给受电功能器件13的电压基于工艺进行补偿。

请参见图2示出的电压补偿方法的流程图：

S202：在芯片测试阶段，控制PCM对芯片上受电功能器件的工艺进行监测；

S204：控制电源电压转换器根据工艺监测结果对芯片上电源电压转换器提供给受电功能器件的电压进行补偿，并确定电压基础补偿值。

在芯片的测试阶段，PMU 11可以控制PCM 14对受电功能器件13的工艺进行监测，PCM 14得到对受电功能器件的工艺监测结果之后，可以根据PMU 11的控制将工艺监测结果传输给电源电压转换器12，电源电压转换器12接收到工艺监测结果之后，将根据工艺监测结果对提供给受电功能器件13的电压进行补偿，确定出电压基础补偿值。电压基础补偿值主要用于电源电压转换器12在芯片的使用阶段直接对输出给受电功能器件13的电压进行工艺电压补偿。例如，假定基于工艺监测结果确定出的电压基础补偿值为v1，则当芯片投入正式使用后，电源电压转换器12在向受电功能器件13输出工作电压的时候，可以在原本要输出的值的基础上增加v1，这样，尽管芯片使用阶段中并没有利用PCM 14对受电功能器件13的工艺进行实时监测，但因为在测试阶段已经得到了电压补偿基础值，所以电源电压转换器12还是可以直接根据电压补偿基础值对输出给受电功能器件13进行工艺补偿。

通常情况下，在对芯片进行测试的时候，是处于常温状态下的，因此，在芯片测试阶段，电源电压转换器12不需要对输出给受电功能器件13的电压基于温度进行补偿，所以，在电压基础补偿值中，不包含基于温度进行补偿的电压。

在本实施例的一些示例当中，电压基础补偿值是直接根据PCM 14在芯片测试阶段对受电功能器件13的工艺监测结果确定，也即电压基础补偿值等于工艺补偿电压。

考虑到电源电压转换器12中基准电压源的变动和IR drop(电源网络电阻压降)会影响到电源电压转换器12输出的电压值，因此，在本实施例的一些示例当中，电源电压转换器12不仅会对输出给受电功能器件13的电压基于工艺进行补偿，而且还会在工艺补偿电压的基础上增加裕量电压进行电压裕量补偿，以尽量消除基准电压源的变动以及IR drop所带来的影响。所以，在这些示例当中，电压基础补偿值等于工艺补偿电压与裕量电压之和。

在本实施例的一些示例当中，电压裕量补偿过程中增加的裕量电压能够保证+10％的电压上浮后，电源电压转换器12向受电功能器件13提供的工作电压依旧处于额定范围内。在本实施例的另外一些示例当中，电压裕量补偿过程中增加的裕量电压能够保证基准电压-10％的电压下浮后，电源电压转换器12向受电功能器件13提供的工作电压依旧处于额定范围内。毫无疑义的是，在一些示例当中，裕量电压能够同时满足基准电压+10％的电压上浮以及-10％的电压下浮，其中，下浮范围考虑了3％的电阻压降的影响。

在本实施例的部分示例当中，基准电压源可以包括带隙基准电压源(BANDGAPVREF)和低功耗基准电压源(LOW POWER VREF)中的至少一种，PMU 11可以根据为电源电压转换器12需要选择基准电压源。

在本实施例中的一些示例中，芯片电源管理电路10还包括时钟发生器，如图3所示，在图3当中，细实线表示电路，细虚线表示时钟频率输出线路。时钟发生器15用于向电源电压转换器12输出时钟频率。在本实施例中，时钟发生器15可以向电源电压转换器12提供多种不同的时钟频率，例如，在部分示例中，时钟发生器15可以根据电源电压转换器12电源轨的负载条件调整向电源电压转换器12输出的时钟频率。

本实施例提供的芯片电源管理电路以及电压补偿方法，在芯片测试阶段就先基于PCM对受电功能器件的工艺监测结果对输出给受电功能器件的电压进行补偿，并确定出电压基础补偿值，使得在芯片使用阶段不必再实时进行工艺监测，只需要根据电压基础补偿值进行输出电压补偿即可，从而不再要求芯片上的PCM在芯片使用阶段实时工作，简化了电源管理电路，有利于减小电源管理电路的体积，为芯片上其他器件的集成提供空间，增加芯片集成度。

更进一步地，因为电压基础补偿值中还包括额外的裕量电压，能够抵消基准电压源的变动和IR drop带来的影响。

实施例二：

应当理解的是，图1提供的芯片是处于测试阶段的芯片，图2提供的电压补偿方法也是适用于在芯片测试阶段应用的。当芯片测试结束之后，芯片中的电源管理电路就会有所不同，下面请参见图4示出的另一种芯片电源管理电路：

芯片电源管理电路40包括PMU 41、电源电压转换器42以及受电功能器件43，和图1中类似，PMU 41与电源电压转换器42通信连接，电源电压转换器42的电压输出端与受电功能器件43的电压输入端连接，为受电功能器件43提供工作电压。

不过，图4中示出的芯片电源管理电路40中，PCM可能处于不工作的状态，甚至是不存在的。在本实施例中，PMU 41可以直接控制电源电压转换器42基于电压基础补偿值对输出给受电功能器件43的电压进行补偿，而不必先控制PCM进行工艺监测了。其中电压基础补偿值是由PMU 41之前控制PCM对受电功能器件43，例如CPU的工艺进行监测，然后控制电源电压转换器42基于工艺监测结果对输出给受电功能器件43的电压进行补偿从而确定出电压补偿值。

在本实施例的一些示例当中，电压基础补偿值是直接根据PCM在芯片测试阶段对受电功能器件43的工艺监测结果确定，也即电压基础补偿值等于工艺补偿电压。但在另外一些示例当中，电压基础补偿值等于工艺补偿电压与裕量电压之和。也即，在芯片测试阶段，PMU 41不仅控制电源电压转换器42对输出给受电功能器件43的电压进行工艺补偿，而且还会对该电压进行电压裕量补偿，以应对电阻压降与基准电压源浮动的影响。

在本实施例的一些示例当中，电压裕量补偿过程中增加的裕量电压能够保证+10％的电压上浮后，电源电压转换器42向受电功能器件43提供的工作电压依旧处于额定范围内。在本实施例的另外一些示例当中，电压裕量补偿过程中增加的裕量电压能够保证基准电压-10％的电压下浮后，电源电压转换器42向受电功能器件43提供的工作电压依旧处于额定范围内。毫无疑义的是，在一些示例当中，裕量电压能够同时满足基准电压+10％的电压上浮以及-10％的电压下浮，其中，下浮范围考虑了3％的电阻压降的影响。

在一些示例当中，芯片使用阶段中，PMU 41不仅会控制电源电压转换器42根据电压基础补偿值对输出给受电功能器件43的电压进行补偿，同时，也会控制电源电压转换器42基于受电功能器件43的温度对提供给该受电功能器件43的电压进行补偿。

所以，在这些示例当中，芯片上电源电压转换器42进行电压补偿时，基于温度补偿的电压是通过实时监测受电功能器件43的温度确定的，而基于工艺补偿的电压值则是预先已经确定好的，不需要实时再对受电功能器件43进行工艺监测，有利于降低芯片电源管理电路的复杂度，减小芯片电源管理电路的体积。

实施例三：

本实施例将结合示例继续对前述芯片电源管理电路以及电压补偿方法做进一步阐述：

假定本实施例中的受电功能器件为CPU，请参见图5示出的芯片电源管理电路的一种原理示意图：芯片电源管理电路50中包括PMU 51、基准电压源52、DCDC(电压转换器)53、PCM 54、时钟发生器55以及CPU 56。

基准电压源52用于向DCDC 53提供基准电压，DCDC 53的电压输入端与基准电压源52的电压输出端连接。DCDC 53用于将基准电压源52所提供的电压转换成可供CPU 56工作使用的工作电压并输出给CPU 56。

PMU 51分别与基准电压源52、DCDC 53、PCM 54以及时钟发生器55通信连接。时钟发生器55可以向DCDC 53提供多种不同的时钟频率，例如，在部分示例中，时钟发生器55可以根据DCDC 53电源轨的负载条件调整向DCDC 53输出的时钟频率。PMU 51用于控制PCM 54在芯片测试阶段对CPU 56的工艺进行监测，并控制DCDC 53根据工艺监测结果对输出给CPU56的电压进行补偿，确定电压基础补偿值，电压基础补偿值用于DCDC 53在芯片的使用阶段直接对输出给CPU 56的电压进行工艺电压补偿。所以，在芯片的使用阶段中，PMU 51直接控制DCDC 53基于电压基础补偿值对输出给CPU 56的电压进行补偿。

在本实施例的一些示例当中，电压基础补偿值为工艺补偿电压与裕量电压之和，工艺补偿电压为基于PCM 54的工艺监测结果进行电压补偿的补偿电压值，裕量电压为额外增加的补偿电压值。

可选地，一些示例中裕量电压能够保证DCDC 53的基准电压上浮+10％后，输出给CPU 56的电压依旧处于额定范围内。另一些示例中，裕量电压能够保证DCDC 53的基准电压下浮-10％后，输出给CPU 56的电压依旧处于额定范围内。

在另外一些示例当中，PMU 51还用于控制DCDC 53基于CPU 56的温度以及电压基础补偿值对输出给CPU 56的电压进行补偿。

在本实施例的部分示例当中，基准电压源52可以包括带隙基准电压源和低功耗基准电压源中的至少一种，PMU 51可以根据为DCDC 53需要选择基准电压源。

本实施例提供的电压补偿方案中，芯片上的PCM只需要保证测试阶段正常使用即可，所以，对PCM的要求不高，换言之，PCM可以是“一次性”的，因此，PCM的电路更简单，所占用的设置空间也更小，有利于降低芯片的体积。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在计算机存储介质(ROM/RAM、磁碟、光盘)中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。所以，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明实施例所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种芯片电源管理电路，其特征在于，包括电源管理单元PMU、电源电压转换器、工艺监测器PCM以及受电功能器件；

所述电源电压转换器的电压输出端与所述受电功能器件的电压输入端连接，以向所述受电功能器件提供工作电压；所述PMU分别与所述PCM、电源电压转换器通信连接；所述PMU用于控制所述PCM在芯片测试阶段对所述受电功能器件的工艺进行监测，并控制所述电源电压转换器根据工艺监测结果对输出给所述受电功能器件的电压进行补偿，确定电压基础补偿值，所述电压基础补偿值用于所述电源电压转换器在所述芯片的使用阶段直接对输出给所述受电功能器件的电压进行工艺电压补偿。

2.如权利要求1所述的芯片电源管理电路，其特征在于，所述受电功能器件为所述芯片的CPU。

3.如权利要求1或2所述的芯片电源管理电路，其特征在于，所述电压基础补偿值为工艺补偿电压与裕量电压之和，所述工艺补偿电压为基于所述PCM的工艺监测结果进行电压补偿的补偿电压值，所述裕量电压为额外增加的补偿电压值。

4.如权利要求3所述的芯片电源管理电路，其特征在于，所述裕量电压能够保证所述电源电压转换器的基准电压上浮+10％后，所述输出给所述受电功能器件的电压依旧处于额定范围内。

5.如权利要求3所述的芯片电源管理电路，其特征在于，所述裕量电压能够保证所述电源电压转换器的基准电压下浮-10％后，所述输出给所述受电功能器件的电压依旧处于额定范围内。

6.一种芯片电源管理电路，其特征在于，包括PMU、电源电压转换器以及受电功能器件；

所述电源电压转换器的电压输出端与所述受电功能器件的电压输入端连接，以向所述受电功能器件提供工作电压；所述PMU与所述电源电压转换器通信连接；所述PMU用于控制所述电源电压转换器基于电压基础补偿值对输出给所述受电功能器件的电压进行补偿，所述电压基础补偿值由所述PMU此前通过控制所述电源电压转换器根据所述受电功能器件的工艺对输出给所述受电功能器件的电压进行补偿时确定。

7.如权利要求6所述的芯片电源管理电路，其特征在于，所述PMU用于控制所述电源电压转换器基于所述受电功能器件的温度以及所述电压基础补偿值对输出给所述受电功能器件的电压进行补偿。

8.如权利要求6或7所述的芯片电源管理电路，其特征在于，所述电压基础补偿值为工艺补偿电压与裕量电压之和，所述工艺补偿电压为基于所述PCM的工艺监测结果进行电压补偿的补偿电压值，所述裕量电压为额外增加的补偿电压值。

9.如权利要求8所述的芯片电源管理电路，其特征在于，所述裕量电压能够保证所述电源电压转换器的基准电压上浮+10％以及下浮-10％后，所述输出给所述受电功能器件的电压依旧处于额定范围内。

10.一种电压补偿方法，其特征在于，包括：

在芯片测试阶段，控制PCM对所述芯片上受电功能器件的工艺进行监测；

控制电源电压转换器根据工艺监测结果对所述芯片上电源电压转换器提供给所述受电功能器件的电压进行补偿，并确定电压基础补偿值，所述电压基础补偿值用于所述电源电压转换器在所述芯片的使用阶段直接对输出给所述受电功能器件的电压进行工艺电压补偿。

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