JP6103783B2

JP6103783B2 - 電力制御装置

Info

Publication number: JP6103783B2
Application number: JP2015202868A
Authority: JP
Inventors: 日龍兪; 宇周
Original assignee: 上海兆芯集成電路有限公司
Priority date: 2015-09-02
Filing date: 2015-10-14
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2035-10-14
Also published as: CN105204602B; EP3139244A1; TW201710832A; TWI605331B; EP3139244B1; CN105204602A; US9772670B2; JP2017049964A; US20170060221A1

Description

この出願は、２０１５年９月２日に出願された中国特許出願番号201510557148.Xから、優先権を主張するものであり、その内容は引用によって本願に援用される。

本発明は、電力制御装置に関するものであって、特に、標的処理モジュールの動作状態を監視することにより、供給電圧をその動作電圧として働くための標的処理モジュールに生成することができるパフォーマンスモニタ回路を有する電力制御装置に関するものである。

プロセッサが動作を実行するとき、電子装置は電力を消耗するので、電力制御は、特に、モバイル装置で重要である。プロセッサが特定の動作を実行するとき、供給電圧を低下させて、電力消費を減少させることが期待される。一般に、１つの動的電圧−周波数スケーリング (ＤＶＦＳ)表は、複数の動作周波数と対応する複数の動作電圧とから構成される。１バッチ分のチップにとって、特定の動作周波数で、この１バッチ分のチップに加えられる動作電圧が、１つのＤＶＦＳ表により見つけられる。しかしながら、１バッチ分のチップ中で、各チップは異なる周波数−電圧特性を有し、且つ、異なる動作状態下で、１つのチップの周波数−電圧特性も変化する。よって、固定のＤＶＦＳ表が同一バッチ中の全チップに供給されるとき、さらに低い電圧で、同じように期待される動作周波数を達成することができるチップにとって、電力消費をさらに減少させることができない。

本発明は、供給電圧を生成し、制御する電力制御装置を提供する。

例示の実施態様は、供給電圧を生成し、制御する電力制御装置を提供する。電力制御装置は、遅延長さを有する可変遅延チェーンと、サンプリング回路と、比較回路と、電源管理器とを有する。可変遅延チェーンは初期信号を受信すると共に、遅延長さにしたがって初期信号に対して遅延操作を実行して、遅延信号を生成する。サンプリング回路は遅延信号を受信すると共に、遅延信号に対してサンプリング操作を実行して、サンプルされた信号を生成する。比較回路は、サンプルされた信号を受信すると共に、サンプルされた信号と基準信号とを比較して、比較結果信号を生成する。電源管理器は比較結果信号を受信すると共に、比較結果信号にしたがって供給電圧を調整する。

添付図面を参照して、以下の実施態様を詳細に説明する。

本発明の本質及び範囲の理解を更に完全にするために、次の詳細な説明を添付に図面と併せて参考にすることができる。

電子システムの一実施態様を示す図である。パフォーマンスモニタの一実施態様を示す図である。可変遅延チェーンの一実施態様を示す図である。可変遅延チェーンの遅延長さを調整する方法の一実施態様のフローチャートである。電子システムの別の実施態様を示す図である。

以下の記述は、本発明を達成するベストモードである。この記述は本発明の一般的な原理を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。本発明の保護範囲は、特許請求の範囲基準として最もよく決定される。

図１は、電子システムの一実施態様を示す図である。図１に示される電子システム１は、モバイル装置、たとえば、スマートフォン、タブレット型ＰＣやデジタルカメラである。図１を参照すると、電子システム１は、電力制御装置１０と、処理モジュール１１と、クロック発生器１２と、中央処理装置 (ＣＰＵ)１３とを有する。電力制御装置１０は、パフォーマンスモニタ１００と電源管理器１０１とを有する。パフォーマンスモニタ１００は、可変遅延チェーン１０００と、サンプリング回路１００１と、比較回路１００２と、初期信号生成回路１００３と、基準信号生成回路１００４と、温度センサ１００５とを有する。電源管理器１０１は、電源管理ユニット (ＰＭＵ)１０１０と電源管理集積回路 (ＰＭＩＣ)１０１１とを有する。図１の実施態様において、電源管理集積回路１０１１と電源管理ユニット１０１０とは、二個の別々のコンポーネント、または、装置であり、電源管理集積回路１０１１は、電源管理ユニット１０１０により制御される。別の実施態様において、電源管理集積回路１０１１は、電源管理ユニット１０１０中に組み入れられる。つまり、電源管理集積回路１０１１は、電源管理ユニット１０１０の一部分である。これらの実施態様中、電源管理ユニット１０１０は、電源制御管理器１０１として機能する。

電源管理ユニット１０１０は、１つの動的電圧−周波数スケーリング (dynamic voltage-frequency scaling 、ＤＶＦＳ)表を保存するストレージユニット１０１２を有する。ＤＶＦＳは、複数の動作周波数と対応する複数の動作電圧とから構成される。電子システム１が、初めに動作するとき、中央処理装置１３は、まず、処理モジュール１１の期待されるパフォーマンスにしたがって、電源管理ユニット１０１０を制御して、ＤＶＦＳ表から、期待される動作周波数と対応する動作電圧とを選択する。電源管理ユニット１０１０は、それぞれ、選択された動作周波数と選択された動作電圧とにしたがって、制御信号Ｓ１０１ＡおよびＳ１０１Ｂを、電源管理集積回路１０１１およびクロック発生器１２に生成する。電源管理集積回路１０１１は、初めに、制御信号Ｓ１０１Ａにしたがって、所定レベル (所定レベルは、電源管理ユニット１０１０により選択される動作電圧に対応する)の供給電圧 Vsupply を生成する。クロック発生器１２は、制御信号Ｓ１０１Ｂにしたがって、クロック信号ＣＬＫを生成する。この態様において、クロック発生器１２は、位相同期ループ構造によって実現される。

処理モジュール１１は、その動作電圧として働くために供給電圧 Vsupplyを受信し、さらに、動作のクロックベースとして働くためにクロック信号ＣＬＫを受信する。パフォーマンスモニタ１００は、その動作電圧として働くために供給電圧Vsupply を受信し、さらに、クロック信号ＣＬＫを受信する。つまり、処理モジュール１１とパフォーマンスモニタ１００とは、供給電圧 Vsupply とクロック信号ＣＬＫとを共有する。パフォーマンスモニタ１００は、処理モジュール１１の動作性能を監視するために動作すると共に、その監視結果は、電源管理器１０１を、供給電圧 Vsupplyを調整するかしないかを制御するために印加される。以下の記述において、パフォーマンスモニタ１００の監視動作を説明する。パフォーマンスモニタ１００において、初期信号生成回路１００３は、クロック信号ＣＬＫを受信すると共に、クロック信号ＣＬＫにしたがって初期信号Ｓ１００３を生成する。可変遅延チェーン１０００は、初期信号Ｓ１００３を受信すると共に、現在の遅延長さを用いることにより、初期信号Ｓ１００３に遅延操作を実行して、遅延信号Ｓ１０００を生成する。この実施態様において、可変遅延チェーン１０００は、処理モジュール１１の臨界経路を模倣するために用いられ、可変遅延チェーン１０００の遅延長さは、臨界経路のタイミングに対応する。したがって、パフォーマンスモニタ１００は、可変遅延チェーン１０００により、処理モジュール１１の臨界経路と臨界経路のタイミングとを判断することができる。この実施態様において、可変遅延チェーン１０００は、初期信号Ｓ１００３のタイミングだけを遅延させて、遅延信号Ｓ１０００を生成するが、可変遅延チェーン１０００は、出力のために初期信号Ｓ１００３を反転させない。つまり、遅延信号Ｓ１０００のレベル変動は、初期信号Ｓ１００３のレベル変動と同じである。サンプリング回路１００１は遅延信号Ｓ１０００を受信すると共に、遅延信号Ｓ１０００にサンプリング操作を実行して、サンプルされた信号Ｓ１００１を生成する。基準信号生成回路１００４も、初期信号Ｓ１００３を受信して、クロック信号ＣＬＫにしたがって初期信号Ｓ１００３にサンプリング操作を実行し、基準信号Ｓ１００４を生成する。

比較回路１００２は、サンプリング回路１００１から出力されるサンプルされた信号Ｓ１００１と、基準信号生成回路１００４から出力される基準信号Ｓ１００４とを受信する。比較回路１００２は、サンプルされた信号Ｓ１００１と基準信号Ｓ１００４とを比較すると共に、比較結果にしたがって比較結果信号Ｓ１００２を生成する。比較結果信号Ｓ１００２は電源管理ユニット１０１０に送信される。比較回路１００２が、比較操作によってサンプルされた信号Ｓ１００１が基準信号Ｓ１００４と同じであると判断する場合、可変遅延チェーン１０００は正常に動作する。可変遅延チェーン１０００は、処理モジュール１１の臨界経路を模倣するので、比較回路１００２が、比較操作によってサンプルされた信号Ｓ１００１が基準信号Ｓ１００４と同じであると判断する場合、処理モジュール１１は、現在の動作電圧 (つまり、現在の供給電圧 Vsupply)で正常に動作することができる。このような場合、比較結果信号Ｓ１００２にしたがって、電源管理ユニット１０１０は、現在生成される供給電圧Vsupplyが処理モジュール１１を正常に動作させるのに十分であると判断する。よって、電源管理ユニット１０１０は、電源管理集積回路１０１１を制御して、供給電圧 Vsupplyを低下させる(つまり、電圧レベルを下げる)。一方、比較回路１００２が、比較操作によってサンプルされた信号Ｓ１００１が基準信号Ｓ１００４と異なると判断する場合、可変遅延チェーン１０００は正常に動作せず、且つ、処理モジュール１１は、現在の動作電圧 (つまり、現在の供給電圧 Vsupply)で、正常に動作することができない。このような場合、比較結果信号Ｓ１００２にしたがって、電源管理ユニット１０１０は、現在生成される供給電圧 Vsupply が処理モジュール１１を正常に動作させるのに十分ではないと判断する。よって、電源管理ユニット１０１０は、電源管理集積回路１０１１を制御して、供給電圧 Vsupplyを調整せず (つまり、電圧レベルを調整しない)、たとえば、供給電圧 Vsupplyのレベルを低下させない。つまり、電源管理ユニット１０１０が、絶え間なく低下する供給電圧 Vsupplyが処理モジュール１１を正常に動作させるのに適さないと判断するとき、供給電圧は、現在のレベルで維持されるか、または、少し引き上げられる。

上述の説明によると、電源管理器１０１が、初めに、ＤＶＦＳ表に基づいて初期レベルの供給電圧 Vsupplyを生成した後、電力制御装置１０は、パフォーマンスモニタ１００中の可変遅延チェーン１０００により、処理モジュール１１の臨界経路を模倣し、これにより、処理モジュール１１が現在の動作電圧で動作するときの動作性能を監視すると共に、監視結果に応答して供給電圧 Vsupplyを動的に調整する。パフォーマンスモニタ１００が、処理モジュール１１が現在の動作電圧で正常に動作することができると判断するとき、電源管理器１０１は、処理モジュール１１に提供される供給電圧 Vsupplyを低下させ、よって、処理モジュール１１の電力消費を減少させることができる。さらに、本実施態様によると、１つのＤＶＦＳ表が同一バッチ内の全チップに採用されても、電力制御装置１０の電圧調整により、各チップは、周波数−電圧特性にさらに適合する動作電圧で動作することができる。よって、よいパフォーマンスと低電力消費とが達成される。

図２は、パフォーマンスモニタ１００の一実施態様を示す図である。図２を参照すると、初期信号生成回路１００３は、インバータ２０とフリップフロップ２１とを有する。インバータ２０の入力端子は、フリップフロップ２１の出力端子Ｑに結合され、その出力端子は、フリップフロップ２１の入力端子Ｄに結合される。フリップフロップ２１は、出力端子Ｑで、初期信号Ｓ１００３を生成する。可変遅延チェーン１０００は、初期信号Ｓ１００３を受信すると共に、遅延信号Ｓ１０００を生成する。サンプリング回路１００１は、フリップフロップ２２および２３を有する。フリップフロップ２２の入力端子Ｄは、遅延信号Ｓ１０００を受信する。フリップフロップ２３の入力端子Ｄは、フリップフロップ２２の出力端子Ｑに結合される。サンプリング回路１００１は、フリップフロップ２２および２３の動作により、遅延信号Ｓ１０００にサンプリング操作を実行して、フリップフロップ２３の出力端子Ｑでサンプルされた信号Ｓ１００１を生成する。基準信号生成回路１００４は、フリップフロップ２４および２５を有する。フリップフロップ２４の入力端子Ｄは初期信号Ｓ１００３を受信する。フリップフロップ２５の入力端子Ｄは、フリップフロップ２４の出力端子Ｑに結合される。基準信号生成回路１００４は、フリップフロップ２４および２５の動作により、初期信号Ｓ１００３にサンプリング操作を実行して、フリップフロップ２５の出力端子Ｑで基準信号Ｓ１００４を生成する。比較回路１００２はＸＯＲゲート２６から成る。ＸＯＲゲート２６の二個の入力端子は、それぞれ、サンプルされた信号Ｓ１００１と基準信号Ｓ１００４とを受信する。サンプルされた信号Ｓ１００１が基準信号Ｓ１００４と同じであるとき、ＸＯＲゲート２６は、低レベルの比較結果信号Ｓ１００２を生成する。このとき、電源管理ユニット１０１０は、低レベルの比較結果信号にしたがって、電源管理集積回路１０１１を制御して、供給電圧 Vsupplyを低下させる。サンプルされた信号Ｓ１００１が参照信号Ｓ１００４と異なるとき、ＸＯＲゲート２６は、高レベルの比較結果信号Ｓ１００２を生成する。このとき、電源管理ユニット１０１０は、高レベルの比較結果信号にしたがって、電源管理集積回路１０１１を制御して、供給電圧 Vsupplyを調整せず、供給電圧 Vsupplyのレベルを低下させない。

図３は、可変遅延チェーン１０００の一実施態様を示す図である。図３に示されるように、可変遅延チェーン１０００は、直列に結合された複数のマルチプレクサ３０−０〜３０−Ｎから成る。マルチプレクサ３０−０を除いて、マルチプレクサ３０-１〜３０−Ｎ中の各１つの一入力端子(０)は、前のマルチプレクサの出力端子に結合され、別の入力端子(1) は初期信号Ｓ１００３を受信する。マルチプレクサ３０−０の二個の入力端子は共に、初期信号Ｓ１００３を受信する。マルチプレクサ３０−Ｎの出力端子は遅延信号Ｓ１０００を生成する。この実施態様において、可変遅延チェーン１０００の遅延長さは調整可能である。図１および図３を参照すると、可変遅延チェーン１０００は、電源管理ユニット１０１０により制御される。電源管理ユニット１０１０は、複数の選択信号ＳＥＬ-１〜ＳＥＬ-Ｎを、可変遅延チェーン１０００に生成して、それぞれ、マルチプレクサ３０−０〜３０−Ｎを制御する。電源管理ユニット１０１０は、選択信号ＳＥＬ-０〜ＳＥＬ-Ｎにより、可変遅延チェーン１０００の遅延長さを調整すなわち変更する。

図２および図３の実施態様において、可変遅延チェーン１０００、サンプリング回路１００１、比較回路１００２、初期信号生成回路１００３、および参照信号生成回路１００４の構造が例として用いられる。実際には、上記回路は、システム要求と仕様にしたがって、異なる構造を有する。

図１を参照すると、一実施態様において、可変遅延チェーン１０００の遅延長さは、電力制御装置１０の周囲温度 (つまり、処理モジュール１１の周囲温度)にしたがって、調整すなわち変更され得る。以下の段落において、周囲温度にしたがった可変遅延チェーン１０００の遅延長さの調整動作を図１および図４を参照して記述する。パフォーマンスモニタ１００の温度センサ１００５は、温度センサ１００５の周囲温度を感知して、温度信号Ｓ１００５を生成する(ステップＳ４０)。温度センサ１００５は、感知された周囲温度にしたがって温度信号Ｓ１００５を生成すると共に、温度信号Ｓ１００５を電源管理ユニット１０１０に提供する。電源管理ユニット１０１０は、温度信号Ｓ１００５にしたがって周囲温度を判断する(ステップＳ４１)。電源管理ユニット１０１０は、感知された周囲温度が上限に達するかを判断する (ステップＳ４２)。電源管理ユニット１０１０が、感知された周囲温度が上限に達すると判断するとき、電源管理ユニット１０１０は、割り込み信号を中央処理装置１３に発行する。このとき、中央処理装置１３は、割り込み信号に応答して命令信号を電源管理ユニット１０１０に送信し、電源管理ユニット１０１０は、電源管理集積回路１０１１を制御して、供給電圧 Vsupply を低下させ (ステップＳ４３)、これにより、処理モジュール１１のチップが損傷するのを防止する。ステップＳ４３の別の実施態様において、電源管理ユニット１０１０が、感知された周囲温度が上限に達すると判断するとき、電源管理ユニット１０１０は、直接、電源管理集積回路１０１１を制御して、供給電圧 Vsupplyを低下させる。このような場合、電源管理ユニット１０１０は、割り込み信号を中央処理装置１３に発行しない。

電源管理ユニット１０１０が、感知された周囲温度がまだ上限に達していないと判断するとき、電源管理ユニット１０１０は、割り込み信号を中央処理装置１３に発行する。このとき、中央処理装置１３は、処理モジュール１１の以前の、および、現在の動作状態にしたがって、命令信号を電源管理ユニット１０１０に送信し、よって、遅延長さの調整が必要である場合、電源管理ユニット１０１０は、可変遅延チェーン１０００の遅延長さを調整することができる(ステップＳ４４)。上の記述によれば、電源管理ユニット１０１０は、選択信号ＳＥＬ-０〜ＳＥＬ-Ｎにより、可変遅延チェーン１０００の遅延長さを調整する。ステップＳ４４のその他の実施態様において、電源管理ユニット１０１０が、感知された周囲温度がまだ上限に到達していないと判断するとき、電源管理ユニット１０１０は、直接、選択信号ＳＥＬ-０〜ＳＥＬ-Ｎにより、可変遅延チェーン１０００の遅延長さを調整する。このような場合、電源管理ユニット１０１０は、割り込み信号を中央処理装置１３に発行しない。

上記の実施態様において、パフォーマンスモニタ１００により監視される処理モジュール１１は、グラフィックスプロセッシングユニット (ＧＰＵ)、マイクロコントローラ、または、専用制御装置である。いくつかの実施態様において、図５に示されるように、パフォーマンスモニタ１００により監視される処理モジュール５０は中央処理装置である。図５の実施態様において、中央処理装置１３が排除される。図４の実施態様のステップＳ４３およびＳ４４において、電源管理ユニット１０１０は、割り込み信号を処理モジュール５０に発行し、処理モジュール５０は、割り込み信号に応答して命令信号を電源管理ユニット１０１０に送信する。つまり、図５の実施態様において、図１の実施態様に示される中央処理装置１３により実行される動作は、処理モジュール５０により実行される。

本発明では好ましい実施態様を一例として記載したが、本発明は決して本実施形態に限定するものではない。当該技術を熟知する者なら誰でも、各種の設計変更や同様の配置を加えることができる。従って本発明の保護範囲は、そのような設計変更や同様の配置の全てを包含するように、最も広い解釈に一致されるべきである。

Claims

供給電圧を生成し、制御する電力制御装置であって、
遅延長さを有し、初期信号を受信すると共に、前記遅延長さにしたがって前記初期信号に対して遅延操作を実行して、遅延信号を生成する可変遅延チェーンと、
前記遅延信号を受信すると共に、前記遅延信号に対してサンプリング操作を実行して、サンプルされた信号を生成するサンプリング回路と、
前記サンプルされた信号を受信すると共に、前記サンプルされた信号と基準信号とを比較して、比較結果信号を生成する比較回路と、
前記比較結果信号を受信すると共に、前記比較結果信号にしたがって前記供給電圧を調整する電源管理器と、
を有する電力制御装置。
前記比較回路が、前記サンプルされた信号が前記基準信号と同じであると判断するとき、前記電源管理器は、前記比較結果信号にしたがって前記供給電圧のレベルを下げる請求項１に記載の電力制御装置。
前記比較回路が、前記サンプルされた信号が前記基準信号と異なると判断するとき、前記電源管理器は、前記比較結果信号にしたがって前記供給電圧のレベルを調整しない請求項１に記載の電力制御装置。
周囲温度を感知すると共に、前記感知された周囲温度にしたがって温度信号を生成する温度センサを更に有し、
前記電源管理器は、前記温度信号にしたがって前記周囲温度が上限に到達するかどうか判断し、
前記電源管理器が、前記温度信号にしたがって前記周囲温度が前記上限に到達しないと判断するとき、前記電源管理器は、前記可変遅延チェーンの前記遅延長さを調整することができる請求項１に記載の電力制御装置。
前記電源管理器が、前記温度信号にしたがって前記周囲温度が前記上限に達すると判断するとき、前記電源管理器は、前記供給電圧のレベルを下げる請求項４に記載の電力制御装置。
クロック信号にしたがって前記初期信号を生成する初期信号生成回路と、
前記初期信号を受信すると共に、前記クロック信号と前記初期信号とにしたがって前記基準信号を生成する基準信号生成回路と、
を更に有する請求項１に記載の電力制御装置。
前記電源管理器は、
前記供給電圧を生成する電源管理集積回路と、
前記比較結果信号を受信すると共に、前記比較結果信号にしたがって前記電源管理集積回路を制御して、前記供給電圧を調整する電源管理ユニットと、
を有する請求項１に記載の電力制御装置。
前記電源管理器は、前記供給電圧を動作電圧として働くための処理モジュールに生成し、前記可変遅延チェーンは、前記遅延長さにより、前記処理モジュールの臨界経路のタイミングを模倣する請求項１に記載の電力制御装置。
前記処理モジュールは、中央処理装置、グラフィックスプロセッシングユニット（ＧＰＵ)、マイクロコントローラ、または、専用制御装置である請求項８に記載の電力制御装置。
前記電源管理器は、初めに、動作周波数にしたがって初期レベルの前記供給電圧を生成し、その後、前記供給電圧のレベルを調整する請求項１に記載の電力制御装置。
前記電源管理器は、前記供給電圧を動作電圧として働くための処理モジュールに生成し、前記動作電圧の所定レベルは、前記処理モジュールの期待される動作周波数に対応する請求項１に記載の電力制御装置。