CN1987735A - 使用分层式性能监视器来控制电源电压的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种使用分层式性能监视器控制电源电压的设备和方法，包括：信号生成器，生成工作频率和目标工作频率；电源电压生成器，生成电源电压；多个本地性能监视器；及全局性能监视器。在不同的区域内实现的多个本地性能监视器分别基于提供给预定系统的不同区域的电源电压电平和在所述区域内实现的预定电路的工作速度之间的关系进行设计。多个本地性能监视器分别连续监视提供给所述区域的电源电压电平是否适合目标工作频率，输出本地反馈信号。全局性能监视器基于多个本地性能监视器的本地反馈信号生成全局反馈信号，电源电压生成器基于全局反馈信号调节电源电压电平，当所述电源电压电平与目标工作频率对应时，信号生成器将工作频率改变到目标工作频率。

Description

使用分层式性能监视器来控制电源电压的设备和方法
技术领域
本公开涉及使用分层式性能监视器(hierarchical performance monitor)来控制电源电压的设备和方法，具体而言，涉及这样的使用分层式性能监视器来控制电源电压的设备和方法，该设备和方法通过使用所述分层式性能监视器来连续监视提供给系统的电源电压的电平是否适合目标工作频率，并能够基于监视结果来控制电源电压的电平。
背景技术
硬件性能监视器(此后称为“HPM”)是基于提供给电路或系统的电源电压以及由该电源电压所改变的所述电路或系统的工作速度(即目标工作频率)之间的关系。这可能是应用于可变电源电压方案(诸如动态电压定标或动态可调电源电压等)的一个关键因素。
在使用可变电源电压方案的系统中，HPM连续监视提供给系统的电源电压的电平是否适合于提供给或将提供给系统的目标工作频率，并根据监视结果来控制该电源电压的电平。
可变电源电压方案的成功或失败依赖于基于HPM的准确的监视结果而寻找适合于系统的目标工作频率的电源电压电平，并寻找哪个电源电压电平可以最小化系统的能量消耗或功耗。
然而，在半导体芯片的设计中，根据芯片尺寸和复杂度、各种芯片功能以及CMOS技术定标增加的趋势，芯片的每个区域(domain)的内部在电源电压-目标工作速度方面可能具有略微不同的特性。
同样，由于制造工艺的不同，芯片的每个区域的内部在电源电压-目标工作速度方面具有略微不同的特性。在包括半导体芯片的系统工作时，会出现下列情况：在半导体芯片或系统的每个区域之间存在多少个动作(activity)和/或泄漏电流，每个区域就工作在多少个不同的温度中。因此，包括半导体芯片的内部部分的系统的每个区域或每个半导体芯片在电源电压-目标生成速度方面具有略微不同的特征。
发明内容
本发明的示范性实施例提供了一种用于准确地监视提供给系统的电源电压的电平(而不管半导体芯片的内部部分的不同特性如何)是否适合于目标工作频率的结构，并提供了一种用于控制电源电压的设备和方法，其基于监视结果而控制电源电压的电平。
根据本发明的实施例，通过使用分层式性能监视器而控制电源电压的设备包括：信号生成器，生成工作频率和目标工作频率；电源电压生成器，生成电源电压；多个本地性能监视器；以及全局性能监视器。在每个不同的区域内实现的多个本地性能监视器分别基于提供给预定系统的每个不同区域的电源电压的电平和由该电压电平所改变的在所述区域内实现的预定电路的工作速度(或工作频率)之间的关系而进行设计。所述多个本地性能监视器分别连续监视提供给所述区域的电源电压的电平是否适合目标工作频率，并生成本地反馈信号。所述全局性能监视器基于所述多个本地性能监视器的本地反馈信号而生成全局反馈信号，且电源电压生成器基于该全局反馈信号而控制电源电压的电平。当所述电源电压的电平与目标工作频率对应时，所述信号生成器将工作频率改变到目标工作频率。
根据本发明的实施例，使用分层式性能监视器来控制电源电压的设备包括：电源电压生成器，生成具有可调电平的电源电压；信号生成器，生成具有第一频率的第一信号和具有第二频率的第二信号；多个本地性能监视器，分别接收具有第二频率的第二信号和从电源电压生成器输出的电源电压，基于所述第二频率和电源电压之间的函数关系而监视电源电压的电平是否与第二频率相对应，并根据监视结果生成本地反馈信号；以及全局性能监视器，分别接收具有第二频率的第二信号、从电源电压生成器输出的电源电压以及从多个本地性能监视器输出的本地反馈信号，基于那些所接收的信号而监视所述电源电压是否与第二频率相对应，并根据监视结果生成全局反馈信号。
所述电源电压生成器基于具有第二频率的第二信号和全局反馈信号来控制电源电压，并基于所控制的电源电压的电平而生成指示信号。所述信号生成器基于从电源电压生成器输出的指示信号而生成具有第一频率和第二频率之一的第一信号。
根据本发明的实施例，使用分层式性能监视器来控制电源电压的设备包括：电源电压生成器，分别生成其每个具有不同的电压电平的多个电源电压；信号生成器，分别生成其每个具有不同的目标频率的多个目标信号；多个本地性能监视器；以及全局性能监视器。
所述多个本地性能监视器分别接收多个目标信号之中的相应的目标信号和多个电源电压之中的相应的电源电压，基于所接收的目标信号的目标频率和所接收的电源电压之间的函数关系来监视所接收的电源电压的电平是否与所接收的目标信号的目标频率相对应，并根据监视结果输出本地反馈信号。
所述全局性能监视器分别接收多个目标信号之中的相应的目标信号、多个电源电压之中的相应的电源电压以及从多个本地性能监视器中输出的本地反馈信号，基于所接收的信号，监视多个本地性能监视器的电源电压的各个电平、提供给全局性能监视器的电源电压的电平是否与提供给多个本地性能监视器的目标信号的各个目标频率、提供给全局性能监视器的目标信号的目标频率相对应，并根据监视结果生成多个全局反馈信号。
电源电压生成器接收多个目标信号和从全局性能监视器中输出的多个全局反馈信号，基于所接收的信号调节所述多个电源电压的电平中的每个，并分别输出多个电平受控的电源电压。
所述函数关系定义如下：当目标信号的目标频率增加时，电源电压的电平升高，或者当目标信号的目标频率增加时，电源电压的电平降低。
附图说明
通过下面参照附图进行的描述，可以更加详细地理解本发明的示范性实施例，其中：
图1是根据本发明实施例的使用分层式性能监视器来控制电源电压的设备的框图。
图2是根据本发明实施例的使用分层式性能监视器来控制电源电压的设备的框图。
图3是用于安排如图1或2中所示的分层式性能监视器的方法的示例。
图4是根据本发明实施例的使用分层式性能监视器来控制电源电压的设备的框图。
图5是根据本发明实施例的使用分层式性能监视器来控制电源电压的设备的框图。
图6是用于解释根据本发明实施例的安排分层式性能监视器的方法的布置平面图。
具体实施方式
图1是根据本发明实施例的使用分层式性能监视器来控制电源电压的设备的框图。图3是用于安排如图1中所示的分层式性能监视器的方法的示例。
参照图1和图3，用于控制电源电压的设备10包括信号生成器20、电源电压生成器30、全局HPM 40以及多个本地HPM 111到11n，其中n是自然数。可以将包括分层式性能监视器40和111到11n的用于控制电源电压的设备10实现为片上系统(SOC)。
信号生成器20生成具有目标频率f-tar的目标信号。此处，将具有目标频率f-tar的目标信号分别提供给全局HPM 40、本地HPM 111到11n中的每个、以及从101到106的每个区域中实现的其他设备(未示出)。
电源电压生成器30生成具有预定电平的电源电压SVDD。将该电源电压SVDD提供给全局HPM 40、本地HPM 111到11n中的每个、以及从101到106的每个区域中实现的其他设备(未示出)。
多个本地HPM111到11n中的每个接收具有目标频率f-tar的目标信号和从电源电压生成器30中输出的电源电压SVDD，基于目标频率f-tar和电源电压SVDD之间的预定的函数关系来连续监视电源电压SVDD的电平是否与目标频率f-tar对应，并基于监视结果分别生成相应的本地反馈信号LFS1到LFSn。
这里，优选的是，使得所述预定的函数关系是这样的函数关系：即电源电压SVDD的电平随着目标频率f-tar的增加而升高，或者电源电压SVDD的电平随着目标频率f-tar的增加而降低。但是本发明不限于此。
同样，作为指示升高、保持或降低电源电压SVDD的电平的信号，本地反馈信号LFS1到LFSn的每个可以具有不同的电平，但是本发明不限于此。
例如，指示升高电源电压SVDD的电平的本地反馈信号可以是值为“1”，指示保持电源电压SVDD的电平的本地反馈信号的值可以被赋予为“0”的值，而指示降低电源电压SVDD的电平的本地反馈信号的值可以被赋予为“-1”的值。
即，在第一区域101中实现的第一本地HPM1 111对提供给第一区域101的电源电压SVDD的电平是否与目标频率f-tar对应进行连续监视，并根据监视结果向全局HPM 40输出第一本地反馈信号LFS1。
在第二区域102中实现的第二本地HPM2 112对提供给第二区域102的电源电压SVDD的电平是否与目标频率f-tar对应进行连续监视，并根据监视结果向全局HPM 40输出第二本地反馈信号LFS2。
在第三区域103中实现的第三本地HPM3 113对提供给第三区域103的电源电压SVDD的电平是否与目标频率f-tar对应进行连续监视，并根据监视结果向全局HPM 40输出第三本地反馈信号LFS3。
在第四区域104中实现的第四本地HPM4 114或在第五区域105中实现的第五本地HPM5 115对提供给第四区域104或第五区域105的电源电压SVDD的电平是否与目标频率f-tar对应进行连续监视，并根据监视结果向全局HPM 40输出第四本地反馈信号LFS4或第五本地反馈信号LFS5。
在第n区域106中实现的第n本地HPMn 11n对提供给第n区域106的电源电压SVDD的电平是否与目标频率f-tar对应进行连续监视，并根据监视结果向全局HPM 40输出第n本地反馈信号LFSn。
在第一区域101中实现的全局HPM 40接收具有目标频率f-tar的目标信号、从电源电压生成器30中输出的电源电压SVDD和分别从多个本地监视器111到11n中输出的本地反馈信号LFS1到LFSn，基于所接收的这些信号对电源电压SVDD的电平是否与目标频率f-tar对应进行连续监视，并根据监视结果生成全局反馈信号GFS。
例如，全局HPM 40可以使用分别从多个本地监视器111到11n中输出的本地反馈信号LFS1到LFSn的算术平均值或最大值等，但是本发明不限于此。
电源电压生成器30基于具有目标频率f-tar的目标信号和全局反馈信号GFS来控制电源电压SVDD的电平，并向全局HPM 40和本地HPM 111到11n中的每个输出电平受控的电源电压SVDD。
电源电压生成器30包括电压控制器32和电压调节器34。电压控制器32接收具有目标频率f-tar的目标信号和从全局HPM 40中输出的全局反馈信号GFS，基于所接收的那些信号而控制电源电压SVDD的电平，并输出电平受控的电源电压SVDD。电压调节器34基于从电压控制器32中输出的电源电压SVDD的电平来生成经调节的电源电压。
参照图1和图3，可以如下详细解释本发明的控制电源电压的方法。首先，基于目标频率f-tar和电源电压SVDD之间的函数关系，假设当目标频率f-tar为100MHz时，电源电压SVDD的电平应为1.0V，而当目标频率f-tar为200MHz时，电源电压SVDD的电平应为1.8V。
即，当目标频率f-tar是100MHz时，电源电压生成器30可以分别向全局HPM 40和多个本地HPM 111到11n提供1.0V电平的电源电压SVDD。
然而，当目标频率f-tar从100MHz增加到200MHz时，提供给全局HPM40和多个本地HPM 111到11n的每个的电源电压SVDD的电平(例如1.0V)将不再适合200MHz的目标频率。因此，应当将从电源电压生成器30中输出的电源电压SVDD的电平(例如1.0V)升高以适合200MHz的目标频率。
多个本地HPM 111和11n接收具有200MHz的目标频率f-tar的目标信号和从电源电压生成器30中输出的具有1.0V电平的电源电压SVDD，并基于目标频率f-tar和电源电压SVDD之间的函数关系而分别生成指示升高电源电压SVDD的电平的本地反馈信号LFS1到LFSn。
全局HPM 40分别接收具有200MHz的目标频率f-tar的目标信号、从电源电压生成器30中输出的例如1.0V电平的电源电压SVDD以及从多个本地监视器111到11n中输出的本地反馈信号LFS1到LFSn，基于那些所接收的信号而对电源电压SVDD的电平是否与200MHz的目标频率f-tar对应进行监视，并根据监视结果生成相应的全局反馈信号GFS。
当本地反馈信号LFS1到LFSn中的一个是指示升高电源电压SVDD的电平的信号时，全局HPM 40向电源电压生成器30输出指示升高电源电压SVDD的电平的全局反馈信号GFS。因此，电源电压生成器30响应于该全局反馈信号GFS而将电源电压SVDD的电平(例如1.0V)升高到预定的电平(例如1.2V)。
多个本地HPM 111到11n分别连续接收具有200MHz的目标频率f-tar的目标信号和从电源电压生成器30中输出的具有1.2V电平的电源电压SVDD，并基于目标频率f-tar和电源电压SVDD之间的函数关系生成指示升高电源电压SVDD的电平的本地反馈信号LFS1到LFSn。
响应于该具有200MHz的目标频率f-tar的目标信号、从电源电压生成器30中输出的电源电压SVDD的电平(例如1.2V)和指示升高电源电压SVDD的电平的每个本地反馈信号LFS1到LFSn，全局HPM 40向电源电压生成器30输出指示升高电源电压SVDD的电平的全局反馈信号GFS。因此，电源电压生成器30响应于该全局反馈信号GFS而将电源电压SVDD的电平(例如1.2V)升高到预定的电平(例如1.4V)。
根据本发明的实施例，当电源电压SVDD的电平升高到差不多1.8V时，多个本地HPM 111到11n分别接收具有200MHz的目标频率f-tar的目标信号和从电源电压生成器30中输出的1.8V电平的电源电压SVDD，并输出指示升高、维持和降低电源电压SVDD的电平中的一个的本地反馈信号。
例如，当本地HPM 111和112的每个输出指示升高电源电压SVDD的电平的本地反馈信号LFS1和LFS2时，当本地HPM 113和114的每个输出指示维持电源电压SVDD的电平的本地反馈信号LFS3和LFS4时，并且当本地HPM 115和11n的每个输出指示降低电源电压SVDD的电平的本地反馈信号LFS5和LFSn时，全局HPM 40可以响应于具有200MHz的目标频率f-tar的目标信号、从电源电压生成器30中输出的电源电压SVDD的电平(例如1.8V)和每个本地反馈信号LFS1到LFSn而向电源电压生成器30输出指示保持电源电压SVDD的电平的全局反馈信号GFS。
在这种情况下，电源电压生成器30分别向多个本地HPM 111到11n输出具有1.8V电平的电源电压SVDD。也就是说，用于控制电源电压的设备10对电源电压SVDD的电平保持控制，使之适合于具有200MHz的目标频率f-tar的目标信号。
图2是根据本发明的实施例的包括分层式性能监视器的用于控制电源电压的设备的框图，图3是用于安排如图2中所示的分层式性能监视器的方法的示例。
参照图2和图3，用于控制电源电压的设备10包括信号生成器22、电源电压生成器30、全局HPM 40和多个本地HPM 111到11n。
信号生成器22生成具有第一频率f-sys的第一信号和具有第二频率f-tar的第二信号。最初，虽然并未在图2中示出，但是将具有第一频率f-sys的第一信号提供给全局HPM 40、每个本地HPM 111到11n和在每个区域101到106中实现的预定设备(未示出)。第二频率f-tar用作目标工作频率。
电源电压生成器30生成具有可控电平的电源电压SVDD。电源电压SVDD被提供给全局HPM 40、每个本地HPM 111到11n和在每个区域101到106中实现的预定设备(未示出)。
多个本地HPM 111到11n分别接收具有第二频率f-tar的第二信号和从电源电压生成器30中输出的电源电压SVDD，基于第二频率f-tar和电源电压SVDD之间的函数关系而对电源电压SVDD的电平是否与第二频率f-tar对应进行监视，并根据监视结果生成本地反馈信号LFS1到LFSn。
全局HPM 40接收具有第二频率f-tar的第二信号、从电源电压生成器30中输出的电源电压SVDD的电平以及从多个本地监视器111到11n中输出的本地反馈信号LFS1到LFSn，基于那些所接收的信号而对电源电压SVDD的电平是否与第二频率f-tar对应进行连续监视，并根据监视结果生成全局反馈信号GFS。
电源电压生成器30基于具有第二频率f-tar的第二信号和全局反馈信号GFS来控制电源电压SVDD的电平，并基于所控制的电源电压SVDD的电平来生成指示信号DONE。
例如，当电源电压SVDD的电平与第二频率f-tar对应时，电源电压生成器30可以生成激活的指示信号DONE，而当电源电压SVDD的电平与第二频率f-tar不对应时，电源电压生成器30可以生成去激活的指示信号DONE。
信号生成器22基于从电源电压生成器30中输出的指示信号DONE而生成具有第一频率f-sys和第二频率f-tar中的一个的第一信号。
例如，信号生成器22响应于去激活的指示信号DONE而生成具有第一频率f-sys的第一信号，或者响应于激活的指示信号DONE而生成具有第二频率f-tar的第一信号。
参照图2和3，可以如下详细解释根据本发明的实施例的用于控制电源电压的设备。在该解释中做出如下假设，即基于第二频率f-tar和电源电压SVDD之间的函数关系，假设当第二频率f-tar为100MHz时，电源电压SVDD的电平应为1.0V，而当第二频率f-tar为200MHz时，电源电压SVDD的电平应为1.8V。
换句话说，当第一和第二信号具有诸如100MHz的相同频率时，电源电压生成器30可以分别向全局HPM 40和多个本地HPM 111到11n提供具有1.0V电平的电源电压SVDD。
然而，当第二频率f-tar从100MHz增加到200MHz时，分别提供给全局HPM 40和多个本地HPM 111到11n的电源电压SVDD的电平(例如1.0V)将不再适合200MHz的第二频率。因此，应当将从电源电压生成器30中输出的电源电压SVDD的电平(例如1.0V)升高以适合200MHz的第二频率。
如参照图1和图3所解释的，当电源电压的电平升高到差不多1.8V时，全局HPM 40和多个本地HPM 111到11n分别接收具有200MHz的第二频率f-tar的第二信号和从电源电压生成器30中输出的1.8V的电源电压SVDD，并输出指示升高、维持或降低电源电压SVDD的电平的本地反馈信号。
在这种情况下，电源电压生成器30分别向全局HPM 40和多个本地HPM111到11n输出1.8V电平的电源电压SVDD，并向信号生成器20输出激活的指示信号DONE。因此，信号生成器20响应于激活的指示信号DONE而输出具有200MHz的第二频率的第一信号。也就是说，用于控制电源电压的设备10连续控制电源电压SVDD的电平，以获得具有200MHz的第二频率的第一信号。
图4是根据本发明的实施例的包括分层式性能监视器的用于控制电源电压的设备的框图。参照图4，用于控制电源电压的设备200包括信号生成器210、多个本地HPM 211到21n、电源电压生成器220和全局HPM 250。
信号生成器210生成分别具有不同目标频率f0-tar、f1-tar、f2-tar...fn-tar的多个目标信号。
可以在每个不同的半导体设备中和/或在SOC内的不同区域内实现所述多个本地HPM 211到21n。
第一本地HPM1 211接收具有第一目标频率f1-tar的目标信号和第一电源电压SVDD1，基于第一目标频率f1-tar和第一电源电压SVDD1之间的预定函数关系对第一电源电压SVDD1的电平是否与第一目标频率f1-tar对应进行监视，并根据监视结果生成第一本地反馈信号LFS1。
第二本地HPM2 212接收具有第二目标频率f2-tar的目标信号和第二电源电压SVDD2，基于第二目标频率f2-tar和第二电源电压SVDD2之间的预定函数关系对第二电源电压SVDD2的电平是否与第二目标频率f2-tar对应进行监视，并根据监视结果生成第二本地反馈信号LFS2。
第n本地HPMn 21n接收具有第n目标频率fn-tar的目标信号和第n电源电压SVDDn，基于第n目标频率fn-tar和第n电源电压SVDDn之间的预定函数关系对第n电源电压SVDDn的电平是否与第n目标频率fn-tar对应进行监视，并根据监视结果生成第n本地反馈信号LFSn。
全局HPM 250分别接收具有第n+1目标频率f0-tar的目标信号、第n+1电源电压SVDD0以及从多个本地HPM 211到21n中输出的本地反馈信号LFS1到LFSn，基于第n+1目标频率f0-tar和第n+1电源电压SVDD0之间的预定函数关系对第n+1电源电压SVDD0的电平是否与第n+1目标频率f0-tar对应进行监视，并根据监视结果生成多个全局反馈信号GFS0到GFSn。
电源电压生成器220接收从信号生成器210中输出的具有不同目标频率f0-tar到fn-tar的多个目标信号和从全局HPM 250中输出的多个全局反馈信号GFS0到GFSn，基于那些所接收的信号来控制每个电源电压SVDD0到SVDDn的电平，并输出具有受控电平的每个电源电压SVDD0到SVDDn。
电源电压生成器220包括电压控制器230和电压调节器240。电压控制器230接收具有不同目标频率f0-tar到fn-tar的多个目标信号和多个全局反馈信号GFS0到GFSn，基于那些所接收的信号来控制每个电源电压SVDD0到SVDDn的电平，并输出具有受控电平的每个电源电压SVDD0到SVDDn。
电压调节器240生成基于从电压控制器230中输出的每个电源电压SVDD0到SVDDn的电平而调节的每个电源电压SVDD0到SVDDn。
图5是根据本发明的实施例的包括分层式性能监视器的用于控制电源电压的设备的框图。参照图5，用于控制电源电压的设备200包括信号生成器500、多个本地HPM 211到21n、电源电压生成器220和全局HPM 250。
信号生成器500生成其每个具有不同系统频率f0-sys到fn-sys的多个系统信号和其每个具有不同目标频率f0-tar到fn-tar的多个目标信号。
可以将其每个具有不同系统频率f0-tar到fn-tar的多个系统信号提供给各个相应的设备或系统。可以在每个不同的半导体设备或SOC内的每个不同的区域内分别实现多个本地HPM 211到21n。
第一本地HPM1 211接收具有第一目标频率f1-tar的目标信号和第一电源电压SVDD1，基于第一目标频率f1-tar和第一电源电压SVDD1之间的预定函数关系对第一电源电压SVDD1的电平是否与第一目标频率f1-tar对应进行监视，并根据监视结果生成第一本地反馈信号LFS1。
第二本地HPM2 212接收具有第二目标频率f2-tar的目标信号和第二电源电压SVDD2，基于第二目标频率f2-tar和第二电源电压SVDD2之间的预定函数关系对第二电源电压SVDD2的电平是否与第二目标频率f2-tar对应进行监视，并根据监视结果生成第二本地反馈信号LFS2。
第n本地HPMn 21n接收具有第n目标频率fn-tar的目标信号和第n电源电压SVDDn，基于第n目标频率fn-tar和第n电源电压SVDDn之间的预定函数关系对第n电源电压SVDDn的电平是否与第n目标频率fn-tar对应进行监视，并根据监视结果生成第n本地反馈信号LFSn。
全局HPM 250接收具有第n+1目标频率f0-tar的目标信号、第n+1电源电压SVDD0以及分别从多个本地HPM 211到21n中输出的本地反馈信号LFS1到LFSn，基于第n+1目标频率f0-tar和第n+1电源电压SVDD0之间的预定函数关系对第n+1电源电压SVDD0的电平是否与第n+1目标频率f0-tar对应进行监视，并根据监视结果生成多个全局反馈信号GFS0到GFSn。
电源电压生成器220接收从信号生成器中输出的其每个具有不同目标频率f0-tar到fn-tar的多个目标信号和从全局HPM 250中输出的多个全局反馈信号GFS0到GFSn，基于那些所接收的信号来控制每个电源电压SVDD0到SVDDn的电平，并输出具有受控电平的每个电源电压SVDD0到SVDDn。
电源电压生成器220基于具有受控电平的第一电源电压SVDD1生成第一指示信号DONE1，基于具有受控电平的第二电源电压SVDD2生成第二指示信号DONE2，基于具有受控电平的第n电源电压SVDDn生成第n指示信号DONEn，并基于具有受控电平的第n+1电源电压SVDD0生成第n+1指示信号。
例如，当电源电压SVDD0到SVDDn的受控电平分别与每个目标频率f0-tar到fn-tar对应时，电源电压生成器220生成每个激活的指示信号DONE0到DONEn，否则电源电压生成器220生成每个去激活的指示信号DONE0到DONEn。
换句话说，当第一电源电压SVDD1的受控电平与第一目标频率f1-tar对应时，电源电压生成器220生成激活的第一指示信号DONE1，或者电源电压生成器220生成去激活的第一指示信号DONE1。同样，当第n电源电压SVDDn的受控电平与第n目标频率fn-tar对应时，电源电压生成器220生成激活的第n指示信号DONEn，或者电源电压生成器220生成去激活的第n指示信号DONEn。
电源电压生成器220包括电压控制器230和电压调节器240。电压控制器230接收从信号生成器210中输出的具有不同目标频率f0-tar到fn-tar的多个目标信号和从全局HPM 250中输出的多个全局反馈信号GFS0到GFSn，基于那些所接收的信号来控制每个电源电压SVDD0到SVDDn的电平，并输出具有受控电平的每个电源电压SVDD0到SVDDn。
电压调节器240生成基于从电压控制器230中输出的每个电源电压SVDD0到SVDDn的电平而调节的每个电源电压SVDD0到SVDDn。
这里，信号生成器500响应于第一指示信号DONE1生成具有第一系统频率f1-sys的第一系统信号或具有第一目标频率f1-tar的第一系统信号。例如，信号生成器500响应于第一激活的指示信号DONE1生成具有第一目标频率f1-tar的第一系统信号，且信号生成器500响应于第一去激活的指示信号DONE1生成具有第一系统频率f1-sys的第一系统信号。
同样，信号生成器500响应于第n+1指示信号DONE0生成具有第n+1系统频率f0-sys的第n+1系统信号或具有第n+1目标频率f0-tar的第n+1系统信号。
当每个电源电压SVDD0到SVDDn的电平分别与每个目标频率f0-tar到fn-tar对应时，电源电压生成器220生成每个激活的指示信号DONE0到DONEn。因此，信号生成器500响应于每个激活的指示信号DONE0到DONEn而将每个系统频率f0-sys到fn-sys改变到每个目标频率f0-tar到fn-tar。
图6是用于解释根据本发明的实施例安排分层式性能监视器的方法的布置平面图。如图1至图5中所示，分层次地布置第一级的每个本地HPM(从311到31n、从321到32I(n＝I或者n≠I)、从331到33k(I＝k或者I≠k))和全局HPM(从341到34m)以及第二级的全局HPM 351。
在该详细描述中，为了便于解释而将分层式性能监视器示出为以总共3级来实现，但是根据本发明实施例的用于控制电源电压的设备和方法不限于此，可以将分层式性能监视器实现为b级，其中“b”为自然数。
基于输入电源电压与输入目标信号的目标频率之间的函数关系，在每个不同的区域中实现的从311到31n、从321到32I、从331到33k的每个本地HPM连续监视输入电源电压的电平是否与输入目标信号的目标频率对应，并根据监视结果输出相应的本地反馈信号。
在每个不同区域中实现的从341到34m的全局HPM分别接收输入电源电压、输入目标信号的目标频率以及从311到31n、从321到32I、从331到33k的本地HPM中的至少一个输出的本地反馈信号，监视输入电源电压的电平是否与输入目标信号的目标频率对应，并根据监视结果生成第一全局反馈信号。
例如，第一级的第一全局HPM 341分别接收输入电源电压、输入目信号的目标频率和从多个本地HPM 311到31n中输出的本地反馈信号，并基于所接收的信号而生成第一全局第一反馈信号。
第一级的第二全局HPM 342分别接收输入电源电压、输入目标信号的目标频率和从多个本地HPM 321到32I中输出的本地反馈信号，并基于所接收的信号而生成第一全局第二反馈信号。
第二级的全局HPM 351基于输入电源电压、输入目标信号的目标频率和分别从第一级的全局HPM 341到34m中输出的第一全局第一反馈信号而生成至少一个第二全局反馈信号。
根据本发明的示范性实施例，包括分层式性能监视器的用于控制电源电压的设备将提供给或将要提供给半导体设备或系统的电源电压的电平准确地控制到适合于目标工作频率，并最小化半导体设备或系统的功耗或能量消耗，而不管半导体设备或系统的内部部分的不同特性。
虽然已经参照其示范性实施例具体示出并描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应当明白，在不背离由所附权利要求书所定义的本发明的精神和范围的情况下，可以对其做出各种形式上和细节上的变化。
优先权声明
本申请要求于2005年12月21日向韩国知识产权局(KIOP)提交的韩国专利申请No.10-2005-0126751的优先权，其全部内容通过参照而被合并于此。

Claims (17)

1.一种通过使用分层式性能监视器而控制电源电压的设备，包括：
电源电压生成器，生成具有可调电平的电源电压；
信号生成器，生成具有目标频率的目标信号；
多个本地性能监视器，所述多个本地性能监视器的每个接收具有目标频率的目标信号和从电源电压生成器中输出的电源电压，基于所接收的目标频率和所接收的电源电压之间的预定的函数关系对所接收的电源电压的电平是否与所接收的目标频率对应进行监视，并基于监视结果生成本地反馈信号；以及
全局性能监视器，分别接收具有目标频率的目标信号、从电源电压生成器中输出的电源电压和从多个本地性能监视器中输出的本地反馈信号，基于所接收的信号对所接收的电源电压是否与所接收的目标频率对应进行监视，并基于监视结果生成全局反馈信号，
其中，所述电源电压生成器基于所述目标信号和所述全局反馈信号而控制电源电压的电平，并输出具有可调电平的电源电压。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述预定的函数关系是当目标信号的目标频率增加时，所述电源电压的电平上升。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述预定的函数关系是当目标信号的目标频率增加时，所述电源电压的电平下降。
4.一种使用分层式性能监视器来控制电源电压的设备，包括：
电源电压生成器，生成具有可控电平的电源电压；
信号生成器，生成具有第一频率的第一信号和具有第二频率的第二信号；
多个本地性能监视器，多个本地性能监视器的每个接收具有第二频率的第二信号和从电源电压生成器输出的电源电压，基于所接收的第二频率和所接收的电源电压之间的预定的函数关系而对所接收的电源电压的电平是否与所接收的第二频率相对应进行监视，并根据监视结果生成本地反馈信号；以及
全局性能监视器，分别接收具有第二频率的第二信号、从所述电源电压生成器中输出的电源电压以及从所述多个本地性能监视器输出的本地反馈信号，基于所接收的信号而对所接收的电源电压是否与所接收的第二频率相对应进行监视，并根据监视结果生成全局反馈信号，
其中，所述电源电压生成器基于所述具有第二频率的第二信号和所述全局反馈信号来控制电源电压的电平，并基于所控制的电源电压的电平而生成指示信号，
其中，所述信号生成器基于从所述电源电压生成器输出的指示信号而生成具有第一频率和第二频率之一的第一信号。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，在使用分层式性能监视器来控制电源电压的设备内，在每个不同的区域中实现所述多个本地监视器中的每个。
6.根据权利要求4所述的设备，其中，所述设备被实现为片上系统SOC。
7.根据权利要求4所述的设备，其中，所述预定的函数关系是当第二频率增加时，所述电源电压的电平上升。
8.根据权利要求4所述的设备，其中，所述预定的函数关系是当第二频率增加时，所述电源电压的电平下降。
9.一种使用分层式性能监视器来控制电源电压的设备，包括：
电源电压生成器，分别生成具有不同的电压电平的多个电源电压；
信号生成器，分别生成具有不同的目标频率的多个目标信号；
多个本地性能监视器；以及
全局性能监视器，
其中，所述多个本地性能监视器的每个接收多个目标信号之中的相应的目标信号和多个电源电压之中的相应的电源电压，基于所接收的目标信号的目标频率和所接收的电源电压之间的预定的函数关系对所接收的电源电压的电平是否与所接收的目标信号的目标频率相对应进行监视，并根据监视结果输出本地反馈信号，
其中，所述全局性能监视器接收多个目标信号之中的相应的目标信号、多个电源电压之中的相应的电源电压以及从多个本地性能监视器中输出的本地反馈信号，基于所接收的信号，对多个本地性能监视器的电源电压的各个电平、提供给全局性能监视器的电源电压的电平是否与提供给多个本地性能监视器的目标信号的各个目标频率、提供给全局性能监视器的目标信号的目标频率相对应进行监视，并根据监视结果生成多个全局反馈信号，并且
其中，所述电源电压生成器接收多个目标信号和从全局性能监视器中输出的多个全局反馈信号，基于所接收的信号控制所述多个电源电压的电平中的每个，并分别输出多个电平受控的电源电压。
10.一种使用分层式性能监视器来控制电源电压的设备，包括：
电源电压生成器，分别生成具有不同的电压电平的多个电源电压；
信号生成器，分别生成具有不同的系统频率的多个系统信号和具有不同的目标频率的多个目标信号；
多个本地性能监视器；以及
全局性能监视器，
其中，所述多个本地性能监视器的每个接收多个目标信号之中的相应的目标信号和多个电源电压之中的相应的电源电压，基于所接收的目标信号的频率和所接收的电源电压之间的预定的函数关系对所接收的电源电压的电平是否与所接收的目标信号的目标频率相对应进行监视，并根据监视结果输出本地反馈信号，
其中，所述全局性能监视器接收多个目标信号之中的相应的目标信号、多个电源电压之中的相应的电源电压以及从多个本地性能监视器中输出的本地反馈信号，基于所接收的信号，对多个本地性能监视器的电源电压的各个电平、提供给全局性能监视器的电源电压的电平是否与提供给多个本地性能监视器的目标信号的各个目标频率、提供给全局性能监视器的目标信号的目标频率相对应进行监视，并根据监视结果生成多个全局反馈信号，
其中，所述电源电压生成器接收多个目标信号和从全局性能监视器中输出的多个全局反馈信号，基于所接收的信号控制所述多个电源电压的电平中的每个，并基于所述多个电平受控的电源电压而分别生成多个指示信号，并且
其中，所述信号生成器基于从电源电压生成器中输出的多个指示信号中的每个而将多个系统信号中的至少一个系统信号的系统频率改变到多个目标信号中的至少一个目标信号的目标频率。
11.一种具有包括各自相应的本地性能监视器的多个半导体设备的系统，该系统包括：
电源电压生成器，分别生成具有不同的电压电平的多个电源电压；
信号生成器，分别生成具有不同的目标频率的多个目标信号；以及
全局性能监视器，
其中，在所述多个半导体设备中实现的每个本地性能监视器接收多个目标信号之中的相应的目标信号和多个电源电压之中的相应的电源电压，基于所接收的目标信号的目标频率和所接收的电源电压之间的预定的函数关系对所接收的电源电压的电平是否与所接收的目标信号的目标频率相对应进行监视，并根据监视结果输出本地反馈信号，
其中，所述全局性能监视器分别接收多个目标信号之中的相应的目标信号、多个电源电压之中的相应的电源电压以及从在所述多个半导体设备上实现的所述多个本地性能监视器中输出的本地反馈信号，基于所接收的信号，对分别提供给多个半导体的电源电压的电平、提供给全局性能监视器的电源电压的电平是否与分别提供给多个半导体的目标频率、提供给全局性能监视器的目标信号的目标频率相对应进行监视，并根据监视结果生成多个全局反馈信号，并且
其中，所述电源电压生成器接收多个目标信号和从全局性能监视器中输出的多个全局反馈信号，基于所接收的信号分别控制提供给所述多个半导体设备的每个电源电压的电平，并分别输出多个电平受控的电源电压。
12.一种具有包括多个各自相应的本地性能监视器的多个半导体设备的系统，该系统包括：
电源电压生成器，分别生成具有不同的电压电平的多个电源电压；
信号生成器，分别生成具有不同的系统频率的多个系统信号和具有不同的目标频率的多个目标信号；以及
全局性能监视器，
其中，所述相应的本地性能监视器接收多个目标信号之中的相应的目标信号和多个电源电压之中的相应的电源电压，基于所接收的目标信号的目标频率和所接收的电源电压之间的预定的函数关系对所接收的电源电压的电平是否与所接收的目标信号的目标频率相对应进行监视，并根据监视结果输出本地反馈信号，
其中，所述全局性能监视器分别接收多个目标信号之中的相应的目标信号、多个电源电压之中的相应的电源电压以及从在多个半导体设备中的每个内实现的本地性能监视器中输出的本地反馈信号，基于所接收的信号，对分别提供给多个半导体设备的电平、提供给全局性能监视器的电源电压的电平是否与分别提供给半导体设备的目标频率、提供给全局性能监视器的目标频率相对应进行监视，并根据监视结果生成多个全局反馈信号，
其中，所述电源电压生成器接收多个目标信号和从全局性能监视器中输出的多个全局反馈信号，基于所接收的信号分别控制提供给多个半导体设备的所述多个电源电压的电平，并基于所述多个电平受控的电源电压而分别生成多个指示信号，并且
其中，所述信号生成器基于从电源电压生成器中输出的多个指示信号中的每个而将多个系统信号中的至少一个系统信号的系统频率改变到多个目标信号中的至少一个目标信号的目标频率。
13.一种通过使用分层式性能监视器而控制电源电压的方法，包括：
生成具有可调电平的电源电压；
生成具有目标频率的目标信号；
多个本地性能监视器的每个接收具有目标频率的目标信号和电源电压，基于所述目标频率和所述电源电压之间的预定的函数关系对所述电源电压的电平是否与所述目标频率对应进行监视，并输出本地反馈信号；
全局性能监视器分别接收具有目标频率的目标信号、电源电压和从多个本地性能监视器中输出的本地反馈信号，基于所接收的信号对所述电源电压的电平是否与所述目标频率对应进行监视，并基于监视结果生成全局反馈信号；以及
基于具有目标频率的所述目标信号和所述全局反馈信号而调节电源电压的电平，并输出该电平调节的电源电压。
14.一种使用分层式性能监视器来控制电源电压的方法，包括：
生成具有可调电平的电源电压；
生成具有第一频率的第一信号和具有第二频率的第二信号；
多个本地性能监视器的每个接收具有第二频率的第二信号和电源电压，基于所述第二频率和所述电源电压之间的预定的函数关系而对所述电源电压的电平是否与所述第二频率相对应进行监视，并根据监视结果生成本地反馈信号；
全局性能监视器分别接收具有第二频率的第二信号、电源电压以及从所述多个本地性能监视器输出的本地反馈信号，基于所接收的信号而对所述电源电压的电平是否与所述第二频率相对应进行监视，并根据监视结果生成全局反馈信号；
基于所述具有第二频率的第二信号和所述全局反馈信号来调节所述电源电压的电平，并基于所调节的电源电压的电平而生成指示信号；以及
基于所述指示信号而生成具有第一频率或第二频率的第一信号。
15.一种使用分层式性能监视器来控制电源电压的设备，包括：
电源电压生成器，分别生成其每个具有不同的电压电平的多个电源电压；
信号生成器，分别生成具有不同的目标频率的多个目标信号；
多个本地性能监视器，每个本地性能监视器接收多个目标信号之中的相应的目标信号和多个电源电压之中的相应的电源电压，基于所接收的目标信号的目标频率和所接收的电源电压之间的预定的函数关系对所接收的电源电压的电平是否与所接收的目标信号的目标频率相对应进行监视，并根据监视结果输出本地反馈信号；以及
全局性能监视器，分别接收多个目标信号之中的相应的目标信号、多个电源电压之中的相应的电源电压以及从多个本地性能监视器中输出的本地反馈信号，基于所接收的信号，对提供给多个本地性能监视器的每个电源电压的电平、提供给全局性能监视器的电源电压的电平是否与提供给多个本地性能监视器的目标信号的每个目标频率、提供给全局性能监视器的目标信号的目标频率相对应进行监视，并根据监视结果生成多个全局反馈信号，
其中，所述电源电压生成器接收多个目标信号和从全局性能监视器中输出的多个全局反馈信号，基于所接收的信号调节所述多个电源电压的电平中的每个，并分别输出多个电平调节的电源电压。
16.一种使用分层式性能监视器来控制电源电压的设备，包括：
电源电压生成器，生成其每个具有不同的电压电平的多个电源电压；
信号生成器，生成其每个具有不同的系统频率的多个系统信号和其每个具有不同的目标频率的多个目标信号；
多个本地性能监视器，每个本地性能监视器接收多个目标信号之中的相应的目标信号和多个电源电压之中的相应的电源电压，基于所接收的目标信号的频率和所接收的电源电压之间的预定的函数关系对所接收的电源电压的电平是否与所接收的目标信号的目标频率相对应进行监视，并根据监视结果输出本地反馈信号；
全局性能监视器，分别接收多个目标信号之中的相应的目标信号、多个电源电压之中的相应的电源电压以及从多个本地性能监视器中输出的本地反馈信号，基于所接收的信号，对提供给多个本地性能监视器的多个电源电压的电平、提供给全局性能监视器的电源电压的电平是否分别与提供给多个本地性能监视器的目标信号的目标频率的每一个、提供给全局性能监视器的目标信号的目标频率相对应进行监视，并根据监视结果生成多个全局反馈信号；
所述电源电压生成器接收多个目标信号和从全局性能监视器中输出的多个全局反馈信号，基于所接收的信号来调节所述多个电源电压的电平中的每个，并基于所述多个经电平调节的电源电压的每个而输出相应的指示信号；并且
所述信号生成器基于从电源电压生成器中输出的多个指示信号中的每个而将多个系统信号中的至少一个系统信号的系统频率改变到多个目标信号中的至少一个目标信号的目标频率。
17.一种使用分层式性能监视器来控制电源电压的方法，包括：
多个本地性能监视器的每个基于输入电源电压和输入目标信号的频率之间的预定的函数关系对输入电源电压的电平是否与输入目标信号的频率相对应进行监视，并根据监视结果产生本地反馈信号；
第一级的多个全局性能监视器的每个接收输入电源电压、输入目标信号的目标频率以及从多个本地性能监视器中的至少一个内输出的本地反馈信号，基于所接收的信号对输入电源电压的电平是否与输入目标信号的目标频率相对应进行监视，并生成与监视结果对应的第一全局反馈信号；
第二级的多个全局性能监视器的每个接收输入电源电压、输入目标信号的目标频率以及从第一级的多个本地性能监视器中的至少一个内输出的本地反馈信号，基于所接收的信号对输入电源电压的电平是否与输入目标信号的目标频率相对应进行监视，并生成与监视结果对应的第二全局反馈信号；以及
接收输入电源电压、输入目标信号的目标频率和从第二级的全局性能监视器的至少一个中输出的第二全局反馈信号，基于所接收的信号而分别调节提供给所述多个本地性能监视器中的每个、提供给所述第一级的多个全局性能监视器中的每个以及提供给所述第二级的多个全局性能监视器中的每个的电源电压的电平，并输出经电平调节的电源电压。
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