CN114726192B - 电位维持器和芯片组件 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电位维持器和芯片组件。该电位维持器包括：自适应脉冲波发生器，其包括：温度波动感测器，其被配置成响应于温度变化而提供延迟；脉冲波发生器，其被配置成生成周期性脉冲波，其中所生成的脉冲波的周期至少部分地基于温度波动感测器所提供的延迟；以及升压器电路，其被配置成提升自适应脉冲波发生器所生成的脉冲波的摆幅以输出维持器电压。

Description

电位维持器和芯片组件

技术领域

本申请涉及电源门控技术，且更具体地涉及电源门控技术中的电位维持器装置以及包含该电位维持器装置的芯片组件。

背景技术

系统级芯片（System on Chip, SoC）在待机/休眼模式中常常使用电源门控（Power Gating）技术来关闭功率晶体管。然而，严重的漏电流往往造成待机/休眠模式下的严重功率损耗。为此，业内通常将电源门控技术搭配动态电压调整技术来降低电压，以达到降低待机/休眠模式下的漏电流。此外，可以使用电位维持器来输出升压电位，以进一步抑制功率晶体管上的漏电流。

然而，现存的电位维持器，均需要包含一外部脉冲波发生器提供周期性脉冲波的升压电路。脉冲波发生器所产生的脉冲波的周期往往是固定的，无法根据工艺环境条件的变化而动态自适应。

发明内容

鉴于上述问题，本申请提供了一种包含自适应脉冲波发生器的电位维持器，其中的脉冲波发生器能够根据工艺环境条件的变化而自适应所生成的脉冲波的周期，从而来调节电位维持器抑制漏电流的能力。本申请还提供了一种包含上述电位维持器的芯片组件。

根据第一方面，本申请提供了一种电位维持器，其包括：自适应脉冲波发生器，其包括：温度波动感测器，其被配置成响应于温度变化而提供延迟；脉冲波发生器，其被配置成生成周期性脉冲波，其中所生成的脉冲波的周期至少部分地基于温度波动感测器所提供的延迟；以及升压器电路，其被配置成提升自适应脉冲波发生器所生成的脉冲波的摆幅以输出维持器电压。

在一些实施例中，该电位维持器被耦合至功率晶体管。

在一些实施例中，该温度波动感测器由晶体管与另一脉冲波发生器构成。

在一些实施例中，该温度波动感测器中的晶体管被配置成当功率晶体管被控制以在截止区内操作时在截止区内操作。

在一些实施例中，该脉冲波发生器由频率发生器和占空比调节器组成。

根据第二方面，本申请提供了一种包括根据第一方面所描述的电位维持器的芯片组件。

在本申请实施例的技术方案中，在电位维持器中提供自适应脉冲波发生器。该自适应脉冲波发生器能够因变于所处环境的工艺条件而产生具有不同周期的脉冲波，从而调节电位维持器抑制漏电流的能力。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中：

图1是系统级芯片布局的示意图。

图2是数字型电源稳压器的示图。

图3是功率晶体管的前级控制器的框图。

图4是现有技术中的一种动态待机控制器的示意图。

图5是现有技术中的一种电位维持器的示意图。

图6是根据本申请的一些实施例的电位维持器的框图。

图7是根据本申请的一些实施例的自适应脉冲波发生器的框图。

图8是根据本申请的一些实施例的温度波动感测器的电路示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

随着系统级芯片的规模越来越大，其复杂性也越来越高，因此往往采用分布式功率晶体管布置。参见图1，其例示了由各种宏模块（Macro）组成的系统级芯片。各个宏模块包括其各自的功率管理模块（PMU）。功率管理模块被配置成向宏模块提供稳定且高效的功率并控制提供给宏模块的功率。

数字型电源稳压器是功率管理模块的一个示例。随着工艺技术的发展进步，数字型电源稳压器在数字合成电路或是在扩充性上等具备优势，在电源稳压器的供应占比逐日提高。参见图2，其例示了一种示例性数字型电源稳压器。如图2所示，数字型电源稳压器由比较器、数字前级控制器以及分布式功率晶体管等组件组成。在操作模式下，数字型电源稳压器利用稳定回路来控制功率晶体管，使之在不用输出电流的情况下提供稳定的电压输出；而在待机或休眠模式下，功率晶体管的前级控制电路将会关闭功率晶体管，使得功率晶体管操作在截止区，也就是所谓的次临界区，从而实现对功率晶体管的操作模式的控制。进一步参见图3，其示出了功率晶体管的前级控制器的框图。在图3中，在操作模式下由数字控制器来控制功率晶体管；而在待机或休眠模式下则由电压维持器来提供控制器输出。换言之，功率晶体管的前级控制器实质上是一个多任务器，以控制功率晶体管的操作模式（即在操作模式下工作还是在待机或休眠模式下工作）。

传统的电源门控技术采用源极、栅极之间电位差为零来关闭功率晶体管上的电流。然而，即便是功率晶体管的源极、栅极之间电位差为零，在组件的通道上依旧存在着次临界区的漏电电流。参考图4，其示出了现有技术中的一种动态待机控制器的示意图。图4中的电源门控包括一栅极升压电路（例如，图4中示出的NOG），该栅极升压电路被配置成升高在待机或休眠模式下功率晶体管的栅极电位，使得源极、栅极之间电位差为负电位，从而进一步抑制功率晶体管上的次临界漏电流。此类栅极升压电路通常是包括电容组件的储能电路。换言之，在实际的应用中，非理想电容的漏电现象会造成该升压电路的升压效率下降。为解决这一问题，通常在该升压电路外部提供一脉冲波发生器（例如，图4中示出的DCA）以向升压电路提供一周期性短频率波来对该升压电路中的电容充电以补充该升压电路输出的电位。在采用电位保持器的电源门控技术中，如图5所示，除了包括升压电路（与图4中所示的NOG类似），代替通过外部脉冲波发生器对升压电路中的电容进行周期性充电，而是包括一电位保持器来直接对升压电路的输出提供电位保持。在该实施方式中，同样在电位保持器外部提供一脉冲波发生器来向电位保持器提供周期性脉冲波以对电位保持器中的电容进行充电。

无论是采用图4中所示出的动态待机控制器还是图5中所示出的电位保持器，其中的升压电路均需由一外部脉冲波发生器来提供周期性脉冲波。该脉冲波发生器所生成的脉冲波的周期是固定的，因而无法适配功率晶体管在休眠/待机模式下随着不同工艺电压温度而波动的漏电流。

为了达到较佳的电位维持器的整体效能，期望脉冲波发生器所生成的脉冲波能够随着不同工艺电压温度波动而变化。本申请提供了一种包含自适应脉冲波发生器的电位维持器以及包含该电位维持器的芯片组件，其中的脉冲波发生器能够根据工艺环境条件的变化而调整所生成的脉冲波的周期，从而来调节电位维持器抑制漏电流的能力。

本申请提供了一种电位维持器，如图6和图7所示，其包括：自适应脉冲波发生器，其包括：温度波动感测器，其被配置成响应于温度变化而提供延迟；脉冲波发生器，其被配置成生成周期性脉冲波，其中所生成的脉冲波的周期至少部分地基于温度波动感测器所提供的延迟；以及升压器电路，其被配置成提升自适应脉冲波发生器所生成的脉冲波的摆幅以输出维持器电压。在一些示例中，该电位维持器被耦合至功率晶体管。在一些示例中，该温度波动感测器可以包括例如晶体管与由多个反相器电路单元构成的脉冲波发生器，如图8所示。本领域技术人员应当明白，图8仅仅示出了可用来以低成本实现本公开中的温度波动感测器的一个示例，并且能够实现对温度波动的感测的任何其他合适的温度波动感测器均可被用来实现本公开的实施例。在一些示例中，该温度波动感测器中的晶体管被配置成当功率晶体管被控制以在截止区内操作时在截止区内操作。在一些示例中，该晶体管包括P型晶体管、N型晶体管、和/或任何其他合适类型的晶体管，这取决于晶体管的架构设计和所使用的功率稳压器。在一些示例中，自适应脉冲波发生器可由频率发生器加上占空比调节器组成。由于脉冲波发生器本身存在功率消耗，而脉冲波发生器产生的功率大小与其生成的波的周期的大小相关。这也就意味着脉冲波周期越短，脉冲波发生器电路的功率越大。即，可以通过调整脉冲波发生器所生成的脉冲波的周期来调整其输出功率，从而匹配不同工艺电压温度下电位维持器所需的电位输出。在本申请实施例的技术方案中，功率晶体管上的漏电随着不同工艺电压温度波动条件而改变。一般来说，当漏电越多时，电位维持器装置所需提供的抑制能力要越强，也就意味着脉冲波发生器所产生的脉冲波的周期应该要越短。如图7和图8所示，脉冲波发生器可产生初始周期为T的脉冲波，其占空比可根据实际要求来设计。温度波动传感器可根据工艺电压温度的波动来将脉冲波发生器的周期改变为（T+ΔT）。如图8示例中所示，温度波动传感器可由一个P型晶体管与多个反相器电路构成。其中，一组反相器电路构成脉冲波发生器，而P型晶体管为脉冲波发生器的电流源电路提供延迟。在一些示例中，当功率晶体管处于待机/休眠模式中（即功率晶体管被关闭以在截止区中工作时），温度波动传感器中的P型晶体管亦被控制在截止区中工作，以与功率晶体管的漏电处于同一物理特性区中。图8在P型晶体管的上下文中对本公开的实施例进行了描述，然而本领域技术人员应当明白，本公开中的晶体管不限于P型晶体管，并且可采用P型晶体管、N型晶体管、和/或任何其他合适类型的晶体管，这取决于晶体管的架构设计和所使用的功率稳压器。

在本申请实施例的技术方案中，自适应脉冲波发生器能够因变于所处环境的工艺条件而产生具有不同周期的脉冲波，使脉冲波发生器所生成的脉冲波的周期趋向能够与功率晶体管上的漏电的工艺电压温度波动保持一致，即功率晶体管上的漏电较多时，自适应脉冲波发生器会自主消耗较多功率去提升电位维持器装置所提供的电位，从而提升漏电抑制能力，进而节省功率晶体管上的漏电功率，达到较低的整体功率消耗。

本申请还提供了一种包括上述电位维持器的芯片组件。在一些示例中，上述电位维持器可与功率晶体管一起被包括在该芯片组件中。在一些示例中，上述电位维持器可与功率晶体管被包括在分开的芯片组件中。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (3)

1.一种电位维持器，包括：

自适应脉冲波发生器，其包括：

温度波动感测器，所述温度波动感测器由晶体管与另一脉冲波发生器构成并被配置成响应于温度变化而提供延迟；

脉冲波发生器，其被配置成生成周期性脉冲波，其中所生成的脉冲波的周期至少部分地基于温度波动感测器所提供的延迟；以及

升压器电路，其被配置成提升自适应脉冲波发生器所生成的脉冲波的摆幅以输出维持器电压，其中所述电位维持器被耦合至功率晶体管，并且其中所述晶体管被配置成当所述功率晶体管被控制以在截止区内操作时在截止区内操作。

2.如权利要求1所述的电位维持器，其特征在于，所述脉冲波发生器由频率发生器和占空比调节器组成。

3.一种包括如权利要求1-2中任一项所述的电位维持器的芯片组件。

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