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Stromversorgungs- bzw. Stromverteilungsnetze (power delivery/distribution networks; PDN) müssen normalerweise eine stabile Gleichspannung liefern. Um eine stabile Spannung in einzelne Logikgatter einzuspeisen, kann das PDN die Stromversorgung über ein Motherboard, Bauelement-Verbindungen, ein Bauelement, IC-Verbindungen (IC: integrated circuit; integrierter Schaltkreis), Schaltkreise auf einem Chip und schließlich bis zu den einzelnen Logikgattern und Transistoren verwalten müssen. PDNs müssen auf jeder Ebene bestimmte Randbedingungen erfüllen, um einen einwandfreien Betrieb zu gewährleisten.
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Halbleiter und Signal-Schnittstellen sowie zahlreiche andere Schaltungen, die Gleichstrom verbrauchen, können sich in Zeiten, in denen sie nicht oder nur eingeschränkt genutzt werden, selbst abschalten. Das Power Management für den Gleichstrom der Schaltungen kann dazu führen, dass das PDN in einem Resonanzzustand arbeitet. Dieser Resonanzzustand könnte zu unerwünschtem Rauschen führen und Auswirkungen auf das Zeit- und Spannungsbudget der assoziierten Schaltungen haben, wodurch die Systemleistung eingeschränkt wird.
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Im Allgemeinen kann einer PDN-Resonanz durch Reduzieren des Impedanzprofils des PDN-Netzwerks entgegengewirkt werden. Das Impedanzprofil kann durch Modifizieren der Motherboard-Entkopplung, Bauelement-Entkopplung, Entkopplung auf dem Chip, durch zusätzliche Verwendung von Power-Pins usw. reduziert werden. Durch Reduzieren des Impedanzprofils kann das Rauschen, das bei einer bestimmten Resonanzspitze auftritt, in zulässigen Grenzen gehalten werden.
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Die Reduzierung des Impedanzprofils eines PDN-Netzwerks geht jedoch auf die vorgenannten Kosten. Beispielsweise müsste ein Drahtbond-Bauelement in ein Flip-Chip-Bauelement umgewandelt werden, um die Induktivität zu verringern, in einer Halbleiteranordnung könnte zusätzlich eine Entkopplung auf dem Chip auf Kosten der Fläche erfolgen, usw.
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In
US 2004/0076025 A1 ist eine Resonanzkompensationstechnik für eine Spannungsversorgung eines verteilten Netzwerkes offenbart. Dabei wird zunächst die Datenübertragung überwacht und wenn ein bestimmtes Bitmuster in der Übertragung festgestellt wird, wird unter Nutzung eines Dämpfungselementes eine Dämpfung der Spannungsversorgung aktiviert.
US 2004/0245963 A1 offenbart ein weiteres System, bei dem ebenfalls eine Dämpfung einer integrierten Schaltung durch Änderung der Eigenimpedanz durchgeführt wird, wenn die integrierte Schaltung in Resonanz mit dem System gelangen sollte.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen der Erfindung sind am besten durch Lesen der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zu verstehen.
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1 zeigt eine Vorrichtungs-Ausführungsform zum Ausgleichen der Resonanz durch Steuern der Betriebsfrequenz.
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2 zeigt eine System-Ausführungsform zum Ausgleichen der Resonanz durch Steuern der Betriebsfrequenz.
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3 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Verfahrens-Ausführungsform zum Ausgleichen der Resonanz durch Steuern der Betriebsfrequenz zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zu schaffen, das eine Resonanz des Stromverteilungsnetzes auch bei hohen Datenraten vermeidet.
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In der nachfolgenden Beschreibung werden zahlreiche spezielle Einzelheiten dargelegt. Es ist jedoch klar, dass Ausführungsformen der Erfindung auch ohne diese speziellen Einzelheiten genutzt werden können. In anderen Fällen sind bekannte Schaltkreise, Strukturen und Verfahren nicht näher dargestellt worden, um das Verständnis dieser Beschreibung nicht zu beeinträchtigen.
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Ein Hinweis in der Beschreibung auf „eine (bestimmte) Ausführungsform” oder „eine Ausführungsform” bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft, das/die in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einem Aspekt der Erfindung enthalten ist. Die an verschiedenen Stellen in der Beschreibung vorkommende Wendung „in einer Ausführungsform” braucht sich nicht unbedingt jeweils auf ein und dieselbe Ausführungsform zu beziehen.
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Im Allgemeinen kann eine Resonanz durch Steuern der Betriebsfrequenz ausgeglichen werden. Die Steuerung der Betriebsfrequenz zum Ausgleichen der Resonanz ist eine kostengünstige Lösung, mit der Rauschsollwerte eingehalten werden können, und sie kann mit einer nur geringen Leistungsbeeinträchtigung implementiert werden, d. h. einer erhöhten Verzögerungszeit, die dadurch verursacht wird, dass ein Steuergerät dazu gezwungen wird, bestimmte Frequenzen zu meiden.
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Beispielsweise kann eine Ausführungsform eine Hochgeschwindigkeits-Differentialschnittstelle verwenden, die Gleichstrom bei Nichtgebrauch verbraucht und regelmäßig abgeschaltet werden kann, um Strom zu sparen, Wärme zu reduzieren, usw. Wenn die Differentialschnittstelle auf einer Resonanzfrequenz eines PDN ein- oder ausgeschaltet wird, kann es zu erheblichem Rauschen kommen.
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Daher kann die vorliegende Ausführungsform das Ein- und Abschalten des Stroms so begrenzen, dass es nicht bei Resonanzfrequenzen eines PDN geschieht. In diesem Beispiel haben neue Busgestaltungen neue Gestaltungsmöglichkeiten geschaffen, beispielsweise haben Datenraten physikalische Veränderungen der Schaltung ermöglicht, die wiederum neue Lösungen ermöglichen. Denn die PDN-Resonanz ist bei etwa 10–100 MHz geblieben, da sich die physischen Abmessungen nicht so schnell ändern, während die Datenraten mit dem Moore-Gesetz weiter gestiegen sind.
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Herkömmliche Lösungswege dämpften den Zeit-/Spannungseinfluss der PDN-Resonanz. Da die Datenraten wesentlich steigen, ist das Dämpfen des Zeit-/Spannungseinflussses der PDN-Resonanz zunehmend problematisch. Ausführungsformen können im Allgemeinen dazu verwendet werden, die Resonanz in einem breiten Bereich von Schaltungen, Verbindungen usw. einfach dadurch einzuschränken, dass der Betrieb bei Resonanzfrequenzen der Schaltungen, Verbindungen usw. vermieden wird.
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Eine Ausführungsform kann eine Digitalsteuerung eines Funktionsblocks dazu verwenden, ein PDN daran zu hindern, in Resonanz zu geraten. Außerdem könnte die vorliegende Ausführungsform dazu verwendet werden, die Kapazität auf dem Chip zu verringern, und sie kann außerdem eine relativ kostengünstige Lösung bereitstellen, um die Resonanz zu steuern, ohne zu vermeiden, dass wertvolle Siliciumfläche für ein Funktionsziel, d. h. für Schaltfunktionen, verwendet wird.
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1 zeigt eine Ausführungsform 100 zum Ausgleichen der Resonanz durch Steuern der Betriebsfrequenz. In 1 ist eine Logik 110 mit einem Zähler 120 und einem Funktionseinheitsblock (functional unit block; FUB) 140 verbunden. Außerdem ist gezeigt, dass der Zähler 120 und die Logik 110 mit einem Qualifikatorblock 130 verbunden sind, der Ausgangssignale von dem Zähler 120 und der Logik 110 empfängt. Bei einer Ausführungsform kann der Qualifikatorblock 130 ein zweiter Logikblock sein. Der Qualifikatorblock 130 empfängt ein Ausgangssignal von dem Logikblock 110 und qualifiziert es mit dem Ausgangssignal des Zählers 120 und steuert den FUB 140 entsprechend.
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Der FUB 140 kann weitere Eingänge und Ausgänge zum Senden oder Empfangen von Daten-, Strom- oder anderen elektronischen Signalen haben. Die verschiedenen Blöcke von 1 sind zwar getrennt dargestellt, aber eine Kombination aus diesen kann sich in ein und derselben Anordnung, Schaltung usw. befinden. Beispielsweise können der Zähler 120 und die Logik 110 Bestandteil ein und desselben IC, in ein und demselben Bauelement, auf ein und derselben Leiterplatte, usw. sein.
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Ein PDN-Netzwerk kann so verwaltet werden, dass ein Resonanzpunkt durch Ändern der passiven Komponenten des Netzwerks erniedrigt und verschoben wird. Ausführungsformen können eine einfache Logik zum Eliminieren bestimmter Betriebsbereiche verwenden.
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In 1 ist die Logik 110 so betreibbar, dass sie eine Schaltung so aktiviert oder deaktiviert, dass die Resonanz eingeschränkt wird, die durch das Ein- oder Ausschalten der Schaltung verursacht wird. Resonanz kann in einem PDN beispielsweise dadurch auftreten, dass die Schaltung bei einer Resonanzfrequenz des PDN ein- und ausgeschaltet wird. Ausführungsformen sind nicht auf 1 beschränkt, sondern können zum Einschränken des Rauschens in jedem Stromnetz verwendet werden.
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Bei der Ausführungsform von 1 kann der Zähler 120 eine „Power-Management”-Zeit angeben, die für eine Schaltung eine „Nichteinschaltzone” festlegt. Die „Nichteinschaltzone” kann ein Bereich von Zählwerten sein, die eine Resonanzbandbreite für eine Schaltung angeben. Außerdem weist die Ausführungsform von 1 die Logik 110 auf, die eine Schaltung, beispielsweise den FUB 140, aktivieren oder deaktivieren kann. In diesem Zusammenhang können der Zähler 120 und die Logik 110 die Resonanz dadurch ausgleichen, dass sie den Zeitpunkt einschränken, zu dem eine Schaltung ein- oder ausgeschaltet werden kann, um Resonanz in einem Stromnetz zu vermeiden.
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In 1 kann der Zähler 120 dazu verwendet werden, zu verfolgen, wie viel Zeit seit dem Einschalten des FUB 140 vergangen ist. Wenn der Zähler 120 eine festgelegte Zeit erreicht oder einen bestimmten Wert liefert, kann der FUB 140 ein- oder wieder ausgeschaltet werden. Ausführungsformen können auch in Verbindung mit passiven Komponenten verwendet werden, die die Impedanz bei einer Resonanzfrequenz auf einem annehmbaren Niveau halten.
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Eine Vorrichtung 100 einer Ausführungsform kann einen Zähler 120 zum Liefern eines Zählwerts, eine mit dem Zähler 120 verbundene Aktivierungslogik 110 und eine mit der Aktivierungslogik 110 verbundene Schaltung 140 aufweisen, die ein- oder ausgeschaltet wird, wenn ein Zählwert außerhalb einer Resonanzbandbreite für die ein- oder auszuschaltende Schaltung 140 liegt. Bei einer Ausführungsform kann eine Qualifikatorlogik 130 ein Ausgangssignal von der Aktivierungslogik 110 und dem Zähler 120 empfangen und kann aufgrund der Ausgangssignale des Zählers 120 und der Aktivierungslogik 110 bestimmen, ob die Schaltung 140 ein- oder ausgeschaltet werden soll.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Zähler 120 so betreibbar, dass er eine Ausregelzeit zählt und die Schaltung 140 ausschalten lässt, wenn sie nicht in Gebrauch ist. Eine Ausführungsform ist so betreibbar, dass sie den Zähler 120 einen bestimmten Wert erreichen lässt, bevor die Schaltung 140 ausgeschaltet wird, wenn die Schaltung nicht in Gebrauch ist. Bei Ausführungsformen können der Zähler 120 und/oder die Aktivierungslogik 110 programmierbar sein.
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2 zeigt eine System-Ausführungsform zum Ausgleichen der Resonanz durch Steuern der Betriebsfrequenz. Bei einer Ausführungsform 200 sind ein erstes Gerät 210 und ein zweites Gerät 220 durch Verbindungen 230, 240, 250 und 260 verbunden. Die Verbindung 230 ist eine Datenverbindung von dem Gerät 220 zu dem Gerät 210 und hat eine Breite von n Kanälen. Die Verbindung 240 überträgt Takt-Informationen für die Verbindung 230. Die Verbindung 250 ist eine Datenverbindung von dem Gerät 210 zu dem Gerät 220 und hat eine Breite von n Kanälen und ist angrenzend an die Verbindung 260 dargestellt, die Takt-Informationen für die Verbindung 250 überträgt.
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Die vorliegende Ausführungsform zeigt zwei unidirektionale Busse mit den Verbindungen 230, 240, 250 und 260, aber sie muss nicht hierauf beschränkt sein. Die Verbindungen können beispielsweise im Differential-/Current-Mode angesteuerte Verbindungen oder im Single-Ended-/Voltage-Mode angesteuerte Verbindungen, unidirektionale oder bidirektionale Verbindungen usw. sein. Bei den Verbindungen können die Takt-Informationen sogar innerhalb des Bands der Datensignale liegen, usw. Im Allgemeinen sind Ausführungsformen nicht auf einen Typ einer Verbindung zwischen den Geräten beschränkt.
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Wenn bei der vorliegenden Ausführungsform die PDN-Resonanz eines oder mehrerer Geräte, wie etwa des Geräts 210 oder des Geräts 220, bekannt ist, kann die PDN-Lösung reduziert werden (Bauelement-Verbesserungen, Entkopplungskondensatoren auf dem Chip usw.), was auf Kosten der Einschränkung des Betriebs der Netzwerkumgebung geht. Ausführungsformen können für jedes Stromnetz verwendet werden, wo ein Zeit-/Spannungsbudget für den ungünstigsten Fall bei einer PDN-Resonanz eines oder mehrerer Geräte vorliegt.
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Bei der Ausführungsform von 2 können die Datenverbindungen 230 und 250 bei Nichtgebrauch ausgeschaltet werden, um Strom zu sparen. Das Gerät-/Kanal-Zeit- und Spannungsbudget für den ungünstigsten Fall kann vorliegen, wenn die Datenverbindungen bei einer Resonanz des PDN des Geräts 210 oder des Geräts 220 ein-/ausgeschaltet werden. Daher kann entweder das Gerät 210 oder das Gerät 220 eine Schaltung zum Ausgleichen der Resonanz durch Steuern der Betriebsfrequenz enthalten.
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Eine System-Ausführungsform kann Folgendes aufweisen: ein Gerät 210 mit einem PDN zum Bereitstellen von Strom (das PDN ist nicht dargestellt, befindet sich aber in dem Gerät 210); eine mit dem Gerät 210 verbundene Verbindung 250 zum elektrischen Kommunizieren mit dem Gerät 210; und eine mit der Verbindung 250 verbundene Steuerschaltung zum Einschränken des Ein- oder Ausschalten der Verbindung bei einer Resonanzfrequenz des PDN.
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In 2 ist die Steuerschaltung nicht dargestellt, aber sie könnte sich in dem Gerät 210 oder an einer anderen Stelle befinden. Beispielsweise kann sich die Ausführungsform der Vorrichtung 100 von 1 in dem Gerät 210 befinden und verhindern, dass die Verbindung bei einer Resonanzfrequenz des PDN des Geräts 210 ein- oder ausgeschaltet wird. Ausführungsformen müssen jedoch nicht hierauf beschränkt sein, sondern können sich in einem der Geräte von 2 oder in separaten Geräten befinden oder können unabhängige Schaltungen sein.
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Bei einer Ausführungsform kann die Steuerschaltung einen Zähler 120 und eine Aktivierungslogik 110 aufweisen, wie sie bei der Ausführungsform der Vorrichtung 100 gezeigt sind. Bei dieser Ausführungsform kann der Zähler 120 einen Zählwert zum Verfolgen der Dauer liefern, die eine Verbindung 250 ein- oder ausgeschaltet gewesen ist, und die Aktivierungslogik 110 kann das Ein- oder Ausschalten der Verbindung 250 einschränken, wenn der Zählwert darauf hinweist, dass eine resultierende Resonanz durch Ein- oder Ausschalten der Verbindung 250 entstehen würde.
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Die vorliegende Ausführungsform kann weiterhin ein zweites Gerät 220 mit einem PDN aufweisen, wobei das zweite Gerät mit einer Verbindung, wie etwa der Verbindung 230 oder 250, verbunden ist und die Steuerschaltung das Ein- oder Ausschalten der Verbindung bei einer Resonanzfrequenz des PDN des Geräts 210 oder des Geräts 220 einschränkt. Bei einer Ausführungsform ist der Zähler oder die Aktivierungslogik programmierbar.
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3 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Verfahrens-Ausführungsform zum Ausgleichen der Resonanz durch Steuern der Betriebsfrequenz zeigt. Bei dieser Ausführungsform kann ein Zähler initialisiert werden, während eine Schaltung im Standby-Betrieb ist, wie in einem Block 310 gezeigt. Der Zähler kann in einem Block 320 abgelesen werden, und die Schaltung kann eingeschaltet werden, wenn der Zähler keine Resonanzbandbreite anzeigt.
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Eine Ausführungsform kann weiterhin das Ausschalten der Schaltung nach einer Ausregelzeit, wenn die Schaltung nicht aktiv ist, umfassen. Die vorliegende Ausführungsform kann weiterhin das Warten, bis der Zähler einen Wert erreicht, und das Einschalten der Schaltung, wenn die Schaltung seit der Initialisierung des Zählers nicht eingeschaltet worden ist, umfassen.
