JP6509904B2 - 電荷保存及び直列抵抗のための切替え可能なパッケージキャパシタ - Google Patents

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Description

[0001]本開示の態様は一般に、パッケージキャパシタに関し、より具体的には、切替え可能なパッケージキャパシタに関する。
[0002]配電ネットワーク(PDN:power distribution network)は、電源(power supply)(例えば、バッテリ)からダイ上の様々な回路に配電するために使用され得る。PDNにおけるインダクタンス及びキャパシタンスは、ダイ上の回路からみた、PDNのインピーダンスを、PDNの共振周波数においてピークにさせ得る。ピークインピーダンスは、回路がPDNの共振周波数を励起するとき、ダイの電力レール上に大きな電圧リップルを出現させ得る。このリップルは、ダイ上の回路素子を、正常に機能しなくさせる可能性がある。
[0003]以下に、1つ又は複数の実施形態の基本的な理解を提供するために、そのような実施形態の簡略化された概要を提示する。この概要は、想定される全ての実施形態の広範囲の概観ではなく、全ての実施形態のキー又は不可欠な要素を識別することも、任意又は全ての実施形態の範囲を線引きすることも意図しない。その唯一の目的は、後に提示されるより詳細な説明への前置きとして、簡略化された形式で1つ又は複数の実施形態の幾つかの概念を提示することである。
[0004]第1の態様によれば、装置が本明細書で説明される。装置は、キャパシタ及びダイを備える。ダイは、電力線とキャパシタとの間に結合された抵抗器スイッチを備え、この抵抗器スイッチは、調節可能な抵抗(adjustable resistance)を有し、電力線及びキャパシタは両方とも、ダイの外部にある。ダイはまた、電力線から電力を受けるように構成された回路を備える。
[0005]第2の態様は、ダイ上の抵抗を調節するための方法に関し、この抵抗は、外部電力線と外部キャパシタとの間にある。方法は、ダイ上の第1の回路がアクティブであり、ダイ上の第2の回路が非アクティブである場合、抵抗を第1の抵抗値に設定することと、第1の回路が非アクティブであり第2の回路がアクティブである場合、抵抗を第2の抵抗値に設定することとを備える。
[0006]第3の態様は、ダイ上の抵抗を調節する(adjusting)ための装置に関し、この抵抗は、外部電力線と外部キャパシタとの間にある。装置は、ダイ上の第1の回路がアクティブであり、ダイ上の第2の回路が非アクティブである場合、抵抗を第1の抵抗値に設定するための手段と、第1の回路が非アクティブであり、第2の回路がアクティブである場合、抵抗を第2の抵抗値に設定するための手段とを備える。
[0007]第4の態様は、ダイ上の抵抗器スイッチの抵抗を調整する(tune)ための方法に関し、この抵抗器スイッチは、外部電力線と外部キャパシタとの間に結合される。方法は、抵抗器スイッチの抵抗を複数の抵抗値の1つ1つに連続的に設定することと、抵抗値ごとに、その抵抗値についてのピークインピーダンスを決定することとを備える。方法はまた、決定されたピークインピーダンスに基づいて、抵抗値のうちの1つを選択することを備える。
[0008]前述した目的及び関連する目的を達成するために、1つ又は複数の実施形態は、以下に十分に説明され、かつ特許請求の範囲において具体的に示される特徴を備える。以下の説明及び添付の図面は、1つ又は複数の実施形態の特定の例示的な態様を詳細に示す。しかしならが、これらの態様は、様々な実施形態の原理が用いられ得る様々な方法のほんの一部しか示さず、説明される実施形態は、そのような態様及びそれらの同等物を全て含むことが意図される。
[0009]図1は、本開示の実施形態に係る、ダイ上の1つ又は複数の回路に配電するための配電ネットワーク(PDN)の例を示す。 [0010]図2は、本開示の実施形態に係る、ダイ及びパッケージの例を示す。 [0011]図3は、本開示の実施形態に係る、多層パッケージキャパシタの例を示す。 [0012]図4は、本開示の実施形態に係る、周波数の関数としてインピーダンスを示すプロットである。 [0013]図5は、本開示の実施形態に係る、2つの異なる抵抗値について、周波数の関数としてインピーダンスを示すプロットである。 [0014]図6は、本開示の実施形態に係る、切替え可能なパッケージキャパシタを備えるPDNの例を示す。 [0015]図7は、本開示の実施形態に係る、切替え可能なパッケージキャパシタを有するパッケージ及びダイを示す。 [0016]図8は、本開示の実施形態に係る、抵抗器スイッチの例示的な実装形態を示す。 [0017]図9は、本開示の実施形態に係る、3つの異なるスイッチ抵抗について、周波数の関数としてインピーダンスを示すプロットである。 [0018]図10は、本開示の実施形態に係る、抵抗器スイッチの抵抗を調整するための回路を示す。 [0019]図11は、本開示の実施形態に係る、スイッチ抵抗の関数として最小測定電圧を示すプロットである。 [0020]図12は、本開示の実施形態に係る、抵抗器スイッチの抵抗を調整するための方法を例示するフロー図である。 [0021]図13は、本開示の実施形態に係る、切替え可能なパッケージキャパシタを備えるパッケージ及び2つの回路を備えるダイを示す。 [0022]図14は、本開示の実施形態に係る、異なるユースケースについて、スイッチ抵抗の関数として最小測定電圧を示すプロットである。 [0023]図15は、本開示の実施形態に係る、ダイ上の抵抗を調節するための方法を例示するフロー図である。 [0024]図16は、本開示の実施形態に係る、2つの異なるスイッチ抵抗についての電圧ドループを示す。 [0025]図17は、本開示の実施形態に係る、回路のパワーアップ中に抵抗器スイッチの抵抗を動的に調節するための回路を示す。 [0026]図18は、本開示の実施形態に係る、電圧検出器の例示的な実装形態を示す。
発明の詳細な説明
[0027]添付の図面に関連して以下に示される詳細な説明は、様々な構成の説明を意図しており、本明細書で説明される概念が実施され得る唯一の構成を表すことを意図するものではない。詳細な説明は、これら様々な概念の完全な理解を提供するために特定の詳細を含む。しかしながら、これらの概念がこれらの特定の詳細なしに実施され得ることは当業者には明らかとなるであろう。幾つかの事例では、そのような概念を曖昧にしないために、周知の構造及び構成要素がブロック図の形式で示される。
[0028]配電ネットワーク(PDN)は、電源(例えば、バッテリ)から、ダイ上の様々な回路へ配電するために使用される。図1は、電源110からダイ120上の回路145に電力を供給するためのPDNの例を示す。PDNは、プリント基板(PCB)114及びパッケージ117を横断する電源線112を介してダイ120に電力を供給する。例示を容易にするために、接地線は図1には示されていない。PCB114に対応するPDNの一部分は、基板インダクタLPCBとして模倣化される基板インダクタンスと、基板抵抗器RPCBとして模倣化される基板抵抗とを含み得る。PDNはまた、基板キャパシタCPCBを含み得、それは、インダクタ126及び抵抗器124としてそれぞれ模倣化される少量のインダクタンス及び抵抗を有し得る。
[0029]パッケージ117に対応するPDNの一部分は、パッケージインダクタンス及びパッケージ抵抗を含み得る。PDNはまた、パッケージキャパシタCpkgを含み得、それは、インダクタ134及び抵抗器132としてそれぞれ模倣化される少量のインダクタンス及び抵抗を有し得る。一実施形態では、パッケージキャパシタCPkgは、パッケージ117内に位置する。結果として、インダクタ128として模倣化されるパッケージインダクタンスの一部分は、電源110とパッケージキャパシタCpkgとの間に位置し、インダクタ138として模倣化されるパッケージインダクタンスの別の部分は、パッケージキャパシタCpkgとダイ120との間に位置する。同様に、抵抗器130として模倣化されるパッケージ抵抗の一部分は、電源110とパッケージキャパシタCpkgとの間に位置し、抵抗器136として模倣化されるパッケージ抵抗の別の部分は、パッケージキャパシタCpkgとダイ120との間に位置する。
[0030]ダイ120は、電源110から回路145に電力を供給するパワーグリッドを含む。パワーグリッドは、図1におけるグリッド抵抗器Rgridとして模倣化される抵抗を含む。ダイ120はまた、回路145をパワーゲーティングするためのパワーゲーティングスイッチ(power-gating switch)140を含む。例えば、パワーゲーティングスイッチ140は、回路145がアクティブであるとき回路145をパワーグリッドに接続し、回路145が非アクティブ(例えば、アイドル)であるとき、電力を温存するために、回路145をパワーグリッドから切断するように構成され得る。回路145は、図1に示されるように、ダイキャパシタCdieとして模倣化されるキャパシタンスと、ダイ抵抗器Rdieとして模倣化される抵抗とを有する。回路145のキャパシタンスは、回路145におけるトランジスタ(例えば、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET))のキャパシタンスと、回路145における寄生配線キャパシタンス(parasitic-wire capacitance)とを含み得る。回路145の抵抗は、回路145における寄生配線抵抗(parasitic-wire resistance)を含み得る。
[0031]図1が、PDNに存在し得るキャパシタンス、インダクタンス、及び/又は抵抗を全て示すことを意図しないことは認識されるべきである。むしろ、図1は、以下で説明される本開示の実施形態の理解を容易にするPDN内のキャパシタンス、インダクタンス、及び抵抗を示すことを意図する。
[0032]図2は、本開示の実施形態に係る、ダイ120、パッケージ117、及びPCB114の簡略化された断面図を示す。パッケージ117は、PCB114上に取り付けられ、ダイ120は、パッケージ117上に取り付けられる。PCB114とパッケージ117との間の電気的な接続は、はんだボール220によって提供され、パッケージ117とダイ120との間の電気的な接続は、バンプ215によって提供される。
[0033]図2に示される例では、パッケージ117は、最上層222、最下層226、及び最上層222と最下層226との間の中心層224を備える。最上層222及び最下層226は各々、1つ又は複数のガラスエポキシ材料(例えば、FR4)を備え得、中心層224は、1つ又は複数のセラミック材料を備え得る。中心層224は、最上層222及び最下層226の各々の厚さよりも大きな厚さを有し得る。例えば、中心層224は、最上層222及び最下層226の各々の厚さ(例えば、20μm)よりも2〜4倍大きい厚さ(例えば、60μm)を有し得る。
[0034]図2に示されるように、パッケージキャパシタCpkgは、パッケージ117の中心層224内に位置し得る。例えば、パッケージキャパシタCpkgは、中心層224に埋め込まれた多層セラミックキャパシタを備え得る。この関連で、図3は、パッケージキャパシタCpkgに使用され得る多層セラミックキャパシタ305の例を示す。キャパシタ305は、キャパシタ305の第1の金属端子310に結合された第1の複数の金属板320−1〜320−4と、キャパシタ305の第2の金属端子315に結合された第2の複数の金属板322−1〜322−4を備える。金属板は、銅、ニッケル、銀、タンタル、及び/又は他のタイプの金属を備え得る。図3に示されるように、第1の複数の金属板320−1〜320−4は、第2の複数の金属板322−1〜322−4とインターレスされる。隣接した金属板の各対は、金属板間の絶縁体層として機能するセラミック層(図示せず)によって分離され得る。各セラミック層は、X5R、X7、Y5V、及び/又は他のセラミック材料を備え得る。
[0035]図2に戻り、パッケージ117はまた、パッケージ117を通る伝導経路を提供するためのビア232〜237を含む。ビア232〜237の各々は、パッケージ117の1つ又は複数の層に正孔を作り、その正孔を金属で充填することで形成され得る。ビア232〜237は、上述したパッケージインダクタンス及びパッケージ抵抗に寄与するインダクタンス及び抵抗を有する。
[0036]図2に示される例では、ビア232、233、及び234は、それぞれパッケージ117の最下層226、中心層224、及び最上層222を通る第1の伝導経路を形成する。第1の伝導経路は、PCB114上の電源線112(例えば、金属トレース)をダイ120に結合する。第1の伝導経路のビア232は、はんだボール220のうちの1つによって電源線112に結合され得る。ビア232が、それぞれのはんだボールと整列される(aligned)必要がないことは認識されるべきである。例えば、ビア232がそれぞれのはんだボールと整列されない場合、ビア232は、パッケージ117の底面上の又はその近くの金属トレース(図示せず)によってそれぞれのはんだボールに結合され得る。第1の伝導経路のビア234は、バンプ215のうちの1つによってダイ120に結合され得る。ビア234がそれぞれのバンプと整列されない場合、ビア234は、パッケージ117の上面上の又はその近くの金属トレース(図示せず)によってそれぞれのバンプに結合され得る。
[0037]ビア235、236、及び237は、それぞれパッケージ117の最下層226、中心層224、及び最上層222を通る第2の伝導経路を形成する。第2の伝導経路は、PCB114上の接地線212(例えば、金属トレース)をダイ120に結合する。第2の伝導経路のビア235は、はんだボール220のうちの1つによって接地線に結合され得る。ビア235が、それぞれのはんだボールと整列される必要がないことは認識されるべきである。例えば、ビア235がそれぞれのはんだボールと整列されない場合、ビア235は、パッケージ117の底面上の又はその近くの金属トレース(図示せず)によってそれぞれのはんだボールに結合され得る。第2の伝導経路のビア237は、バンプ215のうちの1つによってダイ120に結合され得る。ビア237がそれぞれのバンプと整列されない場合、ビア237は、パッケージ117の上面上の又はその近くの金属トレース(図示せず)によってそれぞれのバンプに結合され得る。
[0038]第1の伝導経路は、パッケージキャパシタCpkgの端子の一方に結合され得、第2の伝導経路は、パッケージキャパシタCpkgのもう一方の端子に結合され得る。パッケージキャパシタCPkgが、多層セラミックキャパシタ305が実装される例について、第1の伝導経路は、キャパシタ305の第1の金属端子310及び第2の金属端子315の一方に結合され、第2の伝導経路は、キャパシタ305の第1の金属端子310及び第2の金属端子315のうちのもう一方に結合され得る。図2に示される例では、パッケージキャパシタCpkgは、電源110とダイ120との間に結合される。
[0039]PDNにおけるインダクタンス及びキャパシタンスは、回路145からみた、PDNのインピーダンスを、特定の周波数においてピークにさせ得る。例えば、図1に示されるように、抵抗器−インダクタ−キャパシタ(RLC)ループ152(RLCタンクとも呼ばれる)は、パッケージキャパシタCpkg、パッケージインダクタ138、パッケージ抵抗器136、グリッド抵抗器Rgrid、ダイキャパシタCdie、及びダイ抵抗器Rdieによって形成され得る。図1では、RLCループ152は、電流がRLCループ152内で両方向に流れ得ることを示す2つの矢印を有する。RLCループ152は、下記によって与えられる共振周波数においてPDNを共振させる:
Figure 0006509904
ここで、ωは、共振角周波数(resonant angular frequency)であり、Lは、RLCループ152のインダクタンスであり、Cは、RLCループ152のキャパシタンスである。回路145からみたPDNのインピーダンスは、以下で更に説明されるように、RLCループ152の共振周波数においてピークになり得る。
[0040]図4は、周波数の関数としての、回路145からみたPDNのインピーダンス410を示す。図4に示されるように、インピーダンス410は、RLCループ152の共振周波数(Fresと表される)においてピークになる。インピーダンスは、回路145がPDNから電流を引き込むとき、パワーグリッド上で電圧リップルを引き起こす。このリップルの振幅は、ピークインピーダンス412において最大であり、これは、回路145が、RLCループ152の共振周波数である周波数を有する時変電流(time-varying current)を引き込むときに生じ得る。パワーグリッドに接続されている論理回路が適切に機能することを確実にするために、パワーグリッド上でのリップルの振幅を最小化すること、従って、ピークインピーダンス412を最小化することが望ましい。インピーダンス410はまた、基板キャパシタCPCBに関連付けられたRLCループによる小規模なローカルピーク415を含み得る。
[0041]ピークインピーダンス412は、RLCループ152のQ係数によって制御され、これは、RLCループ152によって消散されるエネルギに対する、RLCループ152によって貯蔵されるエネルギの比である。Q係数が低いほど、ピークインピーダンスは低くなる。Q係数は、RLCループ152の抵抗に反比例する。故に、Q係数(そして、ピークインピーダンス412)は、RLCループ152の抵抗を増加させることで低減されることができる。RLCループ152の抵抗を増加させる1つのアプローチは、グリッド抵抗器Rgridの抵抗を増加させることである。この関連で、図5は、図4のインピーダンス410と比べてグリッド抵抗器Rgridの抵抗が増加されているPDNのインピーダンス510を示す。図5に示されるように、より高いグリッド抵抗を有するインピーダンス510は、共振周波数においてより低いピーク512を有する。しかしながら、グリッド抵抗を増加させることは、グリッド抵抗器Rgridにわたる電流抵抗器(IR)電圧低下を増加するという望ましくない影響を有し、これは、回路145においてDC電源電圧を低減させる。結果として、電源110は、回路145において所与の電源電圧を達成するためにより高い電源電圧を出力する必要がある。
[0042]本開示の実施形態は、以下で更に説明されるように、電源110と回路145との間でIR低下を増加させることなくPDNのピークインピーダンスを低減するようにRLCループの抵抗が制御されることを可能にする切替え可能なパッケージキャパシタを提供する。
[0043]図6は、本開示の実施形態に係るPDNを示す。この実施形態では、ダイ620は、パッケージキャパシタCpkgと回路145との間に抵抗器スイッチ615(例えば、PMOSトランジスタスイッチ)を備える。抵抗器スイッチ615は、パッケージキャパシタCpkgに関連付けられたRLCループ652に含まれる。結果として、抵抗器スイッチ615の抵抗は、RLCループ652の抵抗に寄与し、従って、RLCループ652の抵抗を制御するために使用されることができる。この関連で、抵抗器スイッチ615は、プログラマブル抵抗を有し得、ダイ620は、抵抗器スイッチ615の抵抗、そしてRLCループ652の抵抗を制御するための抵抗コントローラ625を更に含み得る。例えば、抵抗コントローラ625は、RLCループ652のQ係数を低くし、従って、回路145からみたピークインピーダンスを低減するように、抵抗器スイッチ615の抵抗を調節し得る。
[0044]抵抗器スイッチ615の抵抗は、電源110と回路145との間のIR低下を増加させることなくピークインピーダンスを低減するためにRLCループ652の抵抗を増加するように調節され得る。これは、抵抗器スイッチ615が、電源110と回路145との間の経路から離れている経路617に位置しているためである。結果として、抵抗器スイッチ615の抵抗は、電源110と回路145との間の抵抗に寄与しない。故に、抵抗器スイッチ615は、RLCループ652の抵抗が、電源110と回路145との間のIR低下に悪影響を及ぼすことなく、故に、回路145においてDC電源電圧を低減することなく、調節されることを可能にする。
[0045]図6では、電源110とダイ620との間のパッケージインダクタンスは、パッケージインダクタLpkgとして模倣化され、電源110とダイ620との間のパッケージ抵抗は、パッケージ抵抗器Rpkgとして模倣化される。ダイ620とパッケージキャパシタCpkgとの間のパッケージインダクタンス及びパッケージ抵抗は、例示を容易にするために、図6には示されていない。抵抗器スイッチ615のための経路617は、異なる位置においてパワーグリッドに接続されるため、図6に示される例示的な位置に制限されないことは認識されるべきである。
[0046]図7は、本開示の実施形態に係る、ダイ620、パッケージ617、及びPCB114の簡略化された断面図を示す。パッケージ617は、PCB114上に取り付けられ、ダイ620は、パッケージ617上に取り付けられる。PCB114とパッケージ617との間の電気的な接続は、はんだボール220によって提供され、パッケージ617とダイ620との間の電気的な接続は、バンプ215によって提供される。
[0047]この実施形態におけるパッケージ617は、パッケージキャパシタCpkgが、電力線112及び接地線212をダイ620に結合する第1及び第2の伝導経路によってダイ620に結合されていない点で、図2におけるパッケージ117とは異なる。代わりに、パッケージキャパシタCpkgは、パッケージ617内の別個の伝導経路によってダイ620に結合される。
[0048]この関連で、パッケージは、パッケージキャパシタCpkgをダイ620に結合するためのビア733〜746を含み得る。ビア733及び734は、それぞれパッケージ617の中心層224及び最上層222を通る第3の伝導経路を形成する。第3の伝導経路は、パッケージキャパシタCpkgの第1の端子をダイ620に結合するために使用される。この関連で、ビア733は、パッケージキャパシタCpkgの第1の端子に結合され得、ビア734は、バンプ215のうちの1つによってダイ620に結合され得る。ビア734がそれぞれのバンプと整列されない場合、ビア734は、パッケージ617の上面上の又はその近くの金属トレース(図示せず)によってそれぞれのバンプに結合され得る。
[0049]ビア735及び736は、それぞれパッケージ617の中心層224及び最上層222を通る第4の伝導経路を形成する。第4の伝導経路は、パッケージキャパシタCpkgの第2の端子をダイ620に結合するために使用される。この関連で、ビア735は、パッケージキャパシタCpkgの第2の端子に結合され得、ビア736は、バンプ215のうちの1つによってダイ620に結合され得る。ビア736がそれぞれのバンプと整列されない場合、ビア736は、パッケージ617の上面上の又はその近くの金属トレース(図示せず)によってそれぞれのバンプに結合され得る。
[0050]この実施形態では、パッケージ167内の第3の伝導経路は、パッケージキャパシタCpkgの第1の端子をダイ620上の抵抗器スイッチ615に結合するために使用され得、パッケージ167内の第4の伝導経路は、パッケージキャパシタCpkgの第2の端子をダイ620上の接地線に結合するために使用され得る。代替的に、第3の伝導経路は、パッケージキャパシタCpkgの第1の端子をダイ620上の接地線に結合するために使用され得、第4の伝導は、パッケージキャパシタCpkgの第2の端子をダイ620上の抵抗器スイッチ615に結合するために使用され得る。別の例では、パッケージキャパシタCpkgの第1の端子及び第2の端子のうちの1つは、パッケージ117の最下層226とはんだボール220のうちの1つとを通るビア(図示せず)によってPCB114の接地線212に接続され得る。
[0051]パッケージキャパシタCpkgは、パッケージ617の中心層224に埋め込まれる多層セラミックキャパシタ及び/又は他のタイプのキャパシタを備え得る。例えば、パッケージキャパシタCpkgは、図3に示される多層セラミックキャパシタ305が実装され得る。パッケージキャパシタCpkgが、パッケージ617内に位置すると制限されないことは認識されるべきである。例えば、パッケージキャパシタCpkgは、ダイ620の隣のパッケージ617の上に取り付けられ得る。この例では、パッケージキャパシタCpkgは、パッケージ617上の金属トレースによってダイに結合され得る。
[0052]上述したように、抵抗器スイッチ615は、RLCループ652の抵抗を制御するためのプログラマブル抵抗を有し得る。この関連で、図8は、本開示の実施形態に係る、抵抗器スイッチ615の例示的な実装形態を示す。この実施形態では、抵抗器スイッチ615は、並列に結合される複数のスイッチ815−1〜815−nを備える。抵抗コントローラ625は、オンにされるスイッチ815−1〜815−nの数を制御することで、抵抗器スイッチ615の抵抗を制御する。例えば、抵抗コントローラ625は、より多くの数のスイッチ815−1〜815−nをオンにすることで、抵抗器スイッチ615の抵抗を低減し得、より少ない数のスイッチ815−1〜815−nをオンにすることで抵抗器スイッチ615の抵抗を増加し得る。図8では、スイッチ615の端子822は、回路145に結合され得、抵抗器スイッチ615の端子825は、パッケージキャパシタCpkgに結合され得る。
[0053]抵抗コントローラ625が抵抗器スイッチ615の抵抗を制御することができる粒度(granularity)は、抵抗器スイッチ615内のスイッチ815−1〜815−nの数に依存し得る。例えば、抵抗器スイッチ615内のスイッチ815−1〜815−nの数が多いほど、抵抗コントローラ625が抵抗器スイッチ615の抵抗を制御することができる粒度は高くなる。
[0054]一実施形態では、各スイッチ815−1〜815−nは、図8に示されるように、PMOSトランジスタを備え得る。この実施形態では、抵抗コントローラ625は、論理ゼロ(低電圧)をスイッチのゲートに入力することで、スイッチ815−1〜815−nのうちの1つをオンにし得、論理1(高電圧)をスイッチのゲートに入力することで、スイッチ815−1〜815−nのうちの1つをオフにし得る。
[0055]図9は、抵抗器スイッチ615の3つの異なる抵抗設定について、周波数の関数としての、回路145からみたインピーダンスを示す。具体的には、インピーダンス410は、抵抗器スイッチ615の抵抗が低いときの、周波数の関数としての、回路145からみたインピーダンスであり、インピーダンス910は、抵抗器スイッチ615の抵抗が高いときの、周波数の関数としての、回路145からみたインピーダンスである。インピーダンス510は、抵抗器スイッチ615の抵抗が低い抵抗と高い抵抗の間にあるときの周波数の関数としての、回路145からみたインピーダンスである。
[0056]図9に示されるように、抵抗器スイッチ615の抵抗が低いとき、回路145からみたインピーダンス410は、RLCループ652の共振周波数において比較的大きなピーク412を有する。抵抗器スイッチ615の抵抗が、低い抵抗と高い抵抗との間にあるとき、回路145からみたインピーダンス510は、共振周波数においてより小さいピーク512を有する。これは、抵抗スイッチ615の抵抗を増加することが、RLCループ652の抵抗を増加するためである。増幅された抵抗は、上述したように、RLCループ652のQ係数を低減し、それは次に、共振周波数におけるピークインピーダンス512を低減する。
[0057]共振周波数におけるインピーダンスは、抵抗器スイッチ615の抵抗を増加することで、更に低減され得る。しかしながら、抵抗器スイッチ615の抵抗を増加すると、回路145からみたインピーダンスが、より低い周波数において増加することになり得る。これは、抵抗器スイッチ615の抵抗を増加すると、パワーグリッド上での電圧ドループを低減するためにパワーグリッドに電荷を供給するパッケージキャパシタCpkgの能力を低減するためである。結果として、抵抗器スイッチ615の抵抗が高いとき、回路145からみたインピーダンス910は、より低い周波数においてより大きなピーク912を有し、これは、より低い周波数におけるパワーグリッド上でのより高い電圧リップルを引き起こし得る。従って、ピークインピーダンスにおいて所望の低減を達成するために抵抗器スイッチ615の抵抗を調整することが望まれ得る。
[0058]この関連で、図10は、本開示の実施形態に係る、抵抗器スイッチ615の抵抗を調整するための回路を示す。回路は、電圧検出器1030及びテスト回路1040を含む。電圧検出器1030は、回路145における電源電圧を測定するように構成される。これを行うために、電圧検出器1030は、パワーゲーティングスイッチ140と回路145との間に結合され得る。代替的に、電圧検出器1030は、パワーゲーティングスイッチ140とパワーグリッドとの間に結合され得る。
[0059]テスト回路1040は、抵抗器スイッチ615の抵抗を調整するための手順を実行するように構成される。この関連で、回路145は、パワーゲーティングスイッチ140によって電源110に結合され得る。テスト回路1040は、次に、抵抗器スイッチ615の抵抗を、複数の異なる抵抗値の1つ1つに連続的に設定するように抵抗コントローラ625に命令し得る。抵抗値ごとに、テスト回路1040は、電圧検出器1030からの電圧測定値に基づいて、周波数範囲にわたってピークインピーダンスを決定し得る。テスト回路1040は、次に、最も低いピークインピーダンスに対応する抵抗値を選択し得る。代替的に、テスト回路1040は、ピークインピーダンス閾値以下であるピークインピーダンスに対応する抵抗値のうちの任意の1つを選択し得る。ピークインピーダンス閾値は、以下で更に説明されるように、ダイ上の1つ又は複数の回路が適切に機能するのに必要とされる最小電源電圧に対応するインピーダンスであり得る。テスト回路1040は、次に、スイッチ抵抗器615の抵抗を、選択された抵抗値に設定するように抵抗コントローラ625に命令し得る。
[0060]抵抗値ごとに決定されたピークインピーダンスが、必ずしも、その抵抗値についての絶対ピークインピーダンスではないことは認識されるべきである。例えば、特定の抵抗値についてのインピーダンスは、複数の異なる周波数の1つ1つについて決定され得る。この例では、その抵抗値についての絶対ピークインピーダンスが生じる周波数は、複数の周波数のうちの1つに厳密には一致していない可能性があり、このケースでは、決定されたピークインピーダンスは、絶対ピークインピーダンスの近似値である。
[0061]テスト回路1040は、以下の手順に従って、特定の抵抗値についてのピークインピーダンスを決定し得る。この関連で、回路145は、パワーゲーティングスイッチ140によって電源110に結合され、関心周波数範囲にわたって動作し得る。回路145が周波数範囲にわたって動作されると、電圧検出器1030は、回路145における電源電圧を測定し、結果として得られた電圧測定値をテスト回路1040に出力し得る。テスト回路1040は、電圧検出器1030から受けた最小(最も小さい)測定電圧を追跡し得る。回路145が周波数範囲にわたって動作を完了した後、テスト回路1040は、その抵抗値についての最小測定電圧を記録し得る。最小測定電圧は、その抵抗値についてのピークインピーダンスを示す指標を提供し、ここで、より高い最小測定電圧は、より低いピークインピーダンスを示し、より低い最小測定電圧は、より高いピークインピーダンスを示す。
[0062]テスト回路1040は、各抵抗値についての最小測定電圧を決定するために、抵抗値ごとに上記手順を繰り返し得る。テスト回路1040は、次に、最も高い最小測定電圧に対応する抵抗、そして最も低いピークインピーダンスを選択し得る。代替的に、テスト回路1040は、最小電圧閾値以上の最小測定電圧に対応する抵抗値のうちの任意の1つを選択し得る。最小電圧閾値は、ダイ620上の1つ又は複数の回路が適切に機能するのに必要とされる最小電源電圧に対応し得る。テスト回路1040は、次に、抵抗器スイッチ615の抵抗を、選択された抵抗値に設定するように抵抗コントローラ625に命令し得る。
[0063]図11は、抵抗器スイッチ615の抵抗の関数としての最小測定電圧の例示的なプロットを示す。例えば、プロットは、抵抗コントローラ625に、抵抗器スイッチ615の抵抗を、複数の異なる抵抗値の1つ1つに連続的に設定させることと、各抵抗についての最小測定電圧を記録することとによって生成され得る。図11に示される例では、抵抗器スイッチ615の抵抗は、低い抵抗と高い抵抗とによって境界が示された範囲にわたって変化する。最も高い最小測定電圧(そして、最も低いピークインピーダンス)は、低い抵抗と高い抵抗との間の最適な抵抗において生じる。図11では、低い抵抗、最適な抵抗、及び高い抵抗に対応する最小測定電圧は、それぞれ、低い、最適、及び高いと表される。
[0064]電圧検出器1030及びテスト回路1040は両方とも、図10に示される例ではダイ1020上に位置しているが、電圧検出器1030及びテスト回路1040のうちの1つがダイ1020の外部にあり得ること、又は電圧検出器1030及びテスト回路1040の両方がダイ1020の外部にあり得ることは認識されるべきである。
[0065]図12は、本開示の実施形態に係る、抵抗器スイッチの抵抗を調整するための方法1200を例示するフロー図である。抵抗器スイッチ(例えば、抵抗器スイッチ615)は、ダイ(例えば、ダイ620)上にあり得、外部電力線(例えば、電力線112)と外部キャパシタ(例えば、パッケージキャパシタCpkg)との間に結合され得る。方法1200は、電圧検出器1030及びテスト回路1040によって実行され得る。
[0066]ステップ1210では、抵抗器スイッチの抵抗は、複数の抵抗値の1つ1つに連続的に設定される。これは、例えば、抵抗器スイッチ(例えば、抵抗器スイッチ615)の抵抗を制御するする抵抗コントローラ(例えば、抵抗コントローラ625)に、抵抗器スイッチの抵抗を抵抗値の1つ1つに連続的に設定するよう命令することで、行われ得る。
[0067]ステップ1220では、ピークインピーダンスが、抵抗値の1つ1つについて決定される。例えば、各抵抗器値についてのピークインピーダンスは、周波数範囲にわたって外部電力線に結合された回路(例えば、回路145)を動作すること、回路が周波数範囲にわって動作されると回路の電源電圧を測定すること、最小測定電圧を記録することで、決定され得る。この例では、各抵抗値についての最小測定電圧は、その抵抗値についてのピークインピーダンスに対応し得る。
[0068]ステップ1230では、抵抗値のうちの1つが、決定されたピークインピーダンスに基づいて選択される。例えば、決定されたピークインピーダンスのうちの最も低いものに対応する抵抗値が選択され得る。各抵抗値についてのピークインピーダンスが、その抵抗値についての最小測定電圧に基づいて決定される例について、最も高い最低測定電圧に対応する抵抗値が選択され得る。代替的に、最小電圧閾値以上の最小測定電圧に対応する、抵抗値のうちの任意の1つが選択され得る。方法は、抵抗器スイッチの抵抗を、選択された抵抗値に設定することを更に含み得る。
[0069]故に、本開示の実施形態は、抵抗器スイッチ615の抵抗が、特定のダイ向けに調整されることを可能にする。スイッチ抵抗器615の抵抗を調整する能力は、RLCループ652の抵抗を制御するために固定の抵抗器(例えば、金属抵抗器)を使用することに優る利点を提供する。これは、固定の抵抗器の抵抗が典型的に、製造前に決定されなければならないためである。例えば、金属抵抗器の抵抗は、金属抵抗器の寸法を特定するために製造前に決定される必要がある。しかしながら、特定のダイについてのピークインピーダンスにおける所望の低減を達成するのに必要とされる抵抗は、プロセス変動及び/又は他の要因により、ダイが製造されるまで分からないだろう。結果として、固定の抵抗器の抵抗は、ピークインピーダンスにおける所望の低減を達成しないだろう。本開示の実施形態は、固定の抵抗器を使用することの上記欠点を克服する。これは、抵抗器スイッチ615の抵抗が、製造後に特定のダイ向けに、ピークインピーダンスにおける所望の低減を達成する抵抗値に調整されることができるためである。
[0070]図6は、例示を容易にするために、1つのパワーゲーティングされた回路(power-gated circuit)415を示すが、ダイが2つ以上のパワーゲーティングされた回路を含み得ることは認識されるべきである。この関連で、図13は、本開示の実施形態に係る、第1のパワーゲーティングされた回路1345a及び第2のパワーゲーティングされた回路1345bを備えるダイ1320を示す。例えば、第1の回路1345a及び第2の回路1345bは、マルチコアシステムオンチップ(SoC)の第1及び第2のプロセッサ(例えば、中央処理装置(CPU))を備え得る。第1の回路1345aは、ダイキャパシタCadieとして模倣化されるダイキャパシタンスと、ダイ抵抗器Radieとして模倣化される抵抗とを有し、第2の回路1345bは、ダイキャパシタCbdieとして模倣化されるキャパシタンスと、ダイ抵抗器Rbdieとして模倣化される抵抗とを有する。
[0071]ダイ1320はまた、電力マネジャ1325、並びに、第1のパワーゲーティングスイッチ1340a及び第2のパワーゲーティングスイッチ1340bを含む。第1のパワーゲーティングスイッチ1340aは、パワーグリッドと第1の回路1345aとの間に結合され、第2のパワーゲーティングスイッチ1340bは、パワーグリッドと第2の回路1345bとの間に結合される。電力マネジャ1325は、それぞれのパワーゲーティングスイッチ1340a及び1340bを制御することで、第1の回路1345a及び第2の回路1345bの各々への電力を管理するように構成される。例えば、電力マネジャ1325は、第1の回路1345aがアクティブであるとき、第1のパワーゲーティングスイッチ1340aをオンにすることで第1の回路1345aをパワーグリッドに接続し得、第1の回路1345aが非アクティブ(例えば、アイドル)であるとき、第1のパワーゲーティングスイッチ1340aをオフにすることでパワーグリッドから第1の回路1345aを切断し得る。同様に、電力マネジャ1325は、第2の回路1345bがアクティブであるとき、第2のパワーゲーティングスイッチ1340bをオンにすることで第2の回路1345bをパワーグリッドに接続し得、第2の回路1345bが非アクティブ(例えば、アイドル)であるとき、第2のパワーゲーティングスイッチ1340bをオフにすることでパワーグリッドから第2の回路1345bを切断し得る。
[0072]電力マネジャ1325は、第1のパワーゲーティングスイッチ1345a及び第2のパワーゲーティングスイッチ1345bを独立して制御し、従って、第1の回路1345a及び第2の回路1345bを独立してパワーゲーティングし得る。例えば、電力マネジャ1325は、第1の回路1345a及び第2の回路1345bの使用に基づいて、第1の回路1345a及び第2の回路1345bを独立してパワーゲーティングし得る。図13に示される例では、各パワーゲーティングスイッチ1345a及び1345bは、PMOSトランジスタを備える。この例では、電力マネジャ1325は、スイッチのゲートをローに駆動することで、パワーゲーティングスイッチ1345a及び1345bのうちの1つをオンにし得、スイッチのゲートをハイに駆動することでパワーゲーティングスイッチ1345a及び1345bのうちの1つをオフにし得る。
[0073]ダイ1320は、パワーグリッドとパッケージキャパシタCpkgとの間の抵抗器スイッチ615を含む。図13に示される例では、第1の回路1345a、抵抗器スイッチ615、及びパッケージキャパシタCpkgは、第1のRLCループ1352aを形成し、第2の回路1345b、抵抗器スイッチ615、及びパッケージキャパシタCpkgは、第2のRLCループ1352bを形成する。第1のRLCループ1352a及び第2のRLCループ1352bは、抵抗器スイッチ615を共有する。故に、抵抗器スイッチ615は、各RLCループ1352a及び1352bの抵抗を調節するために使用され得る。
[0074]第1のRLCループ1352a及び第2のRLCループ1352bは抵抗器スイッチ615を共有するが、第1のRLCループ1352a及び第2のRLCループ1352bは、異なる抵抗を有し得る。これは、第1の回路1345a及び第2の回路1345bが、異なるロケーションでパワーグリッドに接続するためである。結果として、各RLCループにおけるグリッド抵抗の量は異なる。図13では、第1の回路1345aと第2の回路1345bとの間のグリッド抵抗は、グリッド抵抗器Rgridとして模倣化される。第1の回路1345aと抵抗器スイッチ615との間のグリッド抵抗並びに第2の回路1345bと電源110との間のグリット抵抗は、例示を容易にするために、図13には示されていない。
[0075]第1のRLCループ1352a及び第2のRLCループ1352bが異なる抵抗を有するため、第1の回路1345a及び第2の回路1345bの各々からみたピークインピーダンスは、抵抗器スイッチ615の異なる抵抗設定において最小化され得る。この関連で、抵抗器スイッチ615の抵抗は、各回路についての抵抗値を決定するために、第1の回路1345a及び第2の回路1345bの各々について別々に調整され得る。
[0076]例えば、第1の回路1345aは、第1のパワーゲーティングスイッチ1340aによってパワーグリッドに接続され、第2の回路1345bは、パワーグリッドから切断され得る。次に、抵抗器スイッチ615の抵抗は、第1の回路1345aについての抵抗値を決定するために、上述された調整手順のうちの何れか1つを実行することで調整され得る。同様に、第2の回路1345bは、第2のパワーゲーティングスイッチ1340bによってパワーグリッドに接続され、第1の回路1345aは、パワーグリッドから切断され得る。次に、抵抗器スイッチ615の抵抗は、第2の回路1345bについての抵抗値を決定するために、上述された調整手順のうちの何れか1つを実行することで調整され得る。第1の回路1345a及び第2の回路1345bについての抵抗値は、ダイ1320上のメモリに記憶され得る。
[0077]一実施形態では、各回路1345a及び1345bについての抵抗値は、各回路1345a及び1345bについての最も高い最小測定電圧(そして、最も低いピークインピーダンス)に対応する抵抗値に基づいて決定され得る。この関連で、図14は、第1の回路1345aについての抵抗の関数としての最小測定電圧1410aと、第2の回路1345bについての抵抗の関数としての最小測定電圧1410bとを示す。図14に示されるように、第1の回路1345aについての最も高い最小測定電圧(そして、最も低いピークインピーダンス)は、抵抗値Rにおいて生じ、第2の回路1345bについての最も高い最小測定電圧(そして、最も低いピークインピーダンス)は、抵抗値Rにおいて生じる。故に、この例では、第1の回路1345aについての抵抗値はRであり、第2の回路1345bについての抵抗値はRである。図14では、抵抗値R及びRに対応する最小測定電圧は、それぞれ最適(a)及び最適(b)と表される。
[0078]両方の回路1345a及び1345bがアクティブであるケースについての抵抗値も、決定され得る。例えば、このケースについての抵抗値は、第1の回路1345aについての抵抗値と第2の回路1345bについての抵抗値との間の(例えば、中間の)抵抗値であり得る。図14を参照すると、別の例では、このケースについての抵抗値は、両方の回路1345a及び1345bについての最小測定電圧が最も高くなる抵抗値Rabであり得る。図14では、抵抗値Rabに対応する最小測定電圧は、最適(ab)と表される。
[0079]異なるユースケースについての抵抗値が決定された後、抵抗コントローラ625は、回路1345a及び1345bのアクティビティに依存して、抵抗器スイッチ615の抵抗を設定し得る。例えば、第1の回路1345aがアクティブであり、第2の回路1345bが非アクティブであるとき、抵抗コントローラ625は、抵抗器スイッチ615の抵抗を抵抗値Rに設定し得る。第2の回路1345bがアクティブであり、第1の回路1345aが非アクティブであるとき、抵抗コントローラ625は、抵抗器スイッチ615の抵抗を抵抗値Rに設定し得る。両方の回路1345a及び1345bがアクティブであるとき、抵抗コントローラ625は、抵抗器スイッチ615の抵抗を抵抗値Rabに設定し得る。この例では、抵抗コントローラ625は、所与の時間に、どちらの回路1345a及び1345bがアクティブであるか示す信号を電力マネジャ1325から受け得る。
[0080]本開示の実施形態が、2つのパワーゲーティングされた回路を有するダイに限定されず、3つ以上のパワーゲーティングされた回路を有するダイ上に実装され得ることは認識されるべきである。例えば、本開示の実施形態は、回路A、回路B、及び回路Cとラベル付された3つのパワーゲーティングされた回路を有するダイ上に実装され得る。この例では、個別の回路ごとに抵抗値が決定され得る。抵抗値はまた、以下のケースの1つ1つについて決定され得る:回路A及びBがアクティブであり回路Cが非アクティブである、回路A及びCがアクティブであり回路Bが非アクティブである、回路B及びCがアクティブであり回路Aが非アクティブである、回路A、B、及びCが全てアクティブである。この例では、異なるケースについての抵抗値が決定された後に、抵抗コントローラ625は、回路のアクティビティに従って抵抗器スイッチ615の抵抗を調節し得る。例えば、回路A及びBがアクティブであり回路Cが非アクティブである場合、抵抗コントローラ625は、抵抗器スイッチ615の抵抗を、回路A及びBがアクティブであり回路Cが非アクティブであるケースについて決定された抵抗値に設定し得る。抵抗コントローラ625は、所与の時間に、回路のアクティビティを示す信号を電力マネジャ1325から受け得る。
[0081]一実施形態では、抵抗コントローラ625は、抵抗器スイッチ615を開けることで、電力線112からパッケージキャパシタCpkgを選択的に切断し得る。例えば、抵抗コントローラ625は、電力線112がパワーダウンされると、電力線112からパッケージキャパシタCpkgを切断し、電力線112が再びパワーオンされた後に、パッケージキャパシタCpkgを電力線112に再接続し得る。これは、電力線112がパワーダウンされたときに、パッケージキャパシタCpkgが電荷を保持することを可能にする。結果として、電力線112が再びパワーオンされると、パッケージキャパシタCpkgを再充電するのに必要とされる電源110からの電荷量は、大幅に低減され得る(パッケージキャパシタCpkgが低い漏れを有すると想定して)。対照的に、図1の電力線112がパワーダウンされると、パッケージキャパシタCpkgは放電される(パッケージキャパシタCPkgの電圧は衰弱する(collapse))。この実施形態では、抵抗コントローラ625は、電力線112がパワーアップ及びパワーダウンされるときを示す信号を電力マネジャ1325から受け得る。
[0082]図15は、本開示の実施形態に係る、ダイ上の抵抗を調節するための方法1500を例示するフロー図である。抵抗は、外部電力線(例えば、電力線112)と外部キャパシタ(例えば、パッケージキャパシタCpkg)との間にある。外部電力線はまた、電源110からの電力をダイ620に結合する、パッケージ617を通る1つ又は複数の伝導経路を指す。
[0083]ステップ1510において、抵抗は、ダイ上の第1の回路がアクティブでありダイ上の第2の回路が非アクティブである場合、第1の抵抗値に設定される。例えば、抵抗は、外部電力線(例えば、電力線112)と外部キャパシタ(例えば、パッケージキャパシタCpkg)との間に結合された抵抗器スイッチ(例えば、抵抗器スイッチ615)によって提供され得、抵抗器スイッチの抵抗は、第1の抵抗値に設定され得る。
[0084]ステップ1520において、抵抗は、第1の回路が非アクティブであり第2の回路がアクティブである場合、第2の抵抗値に設定される。例えば、抵抗は、抵抗器スイッチによって提供され得、抵抗器スイッチの抵抗は、第2の抵抗値に設定され得る。方法1500は、オプション的に、第1の回路及び第2の回路の両方がアクティブである場合、抵抗を第3の抵抗値に設定することを含み得る。
[0085]上述したように、電力マネジャ1325は、第1の回路1345aが非アクティブ(例えば、アイドル)であるとき、電力漏れを低減するために、パワーグリッドから第1の回路1345aを切断し得る。電力マネジャ1325は、第1のパワーゲーティングスイッチ1340aをオフにすることでこれを行う。非アクティブ状態では、第1の回路1345aのダイキャパシタCadieが放電される。第1の回路1345aが必要とされるとき、電力マネジャ1325は、第1のパワーゲーティングスイッチ1340aをオンにすることで、第1の回路1345aをパワーグリッドに再接続し得る。最初に第1のパワーゲーティングスイッチ1340aがオンにされると、第1の回路1345aは、ダイキャパシタCadieを充電するたにパワーグリッドからの大量の電荷を消費し得る。電荷の移動は、パワーグリッドにおける電源電圧をドループさせる。これは、電源110が、電源110とダイ1320との間のPDNインダクタンスによるドループを防ぐのに十分に速くパワーグリッドに電荷を供給することができないためである。電圧ドループは、ダイ1320上の回路素子を、正常に機能しなくさせる可能性がある。
[0086]パッケージキャパシタCpkgは、最初に第1のパワーゲーティングスイッチ1340aがオンにされとき、第1の回路1345aのダイキャパシタCadieを充電するのに必要とされる電荷の幾らかを供給することで電圧ドループを低減し得る。パッケージキャパシタCpkgは、抵抗器スイッチ615を通してダイキャパシタCadieに電荷を供給する。結果として、パッケージキャパシタCpkgがダイキャパシタCadieに電荷を移動することができるレート、そして電圧ドループを低減するパッケージキャパシタCpkgの能力は、抵抗スイッチ615の抵抗に依存する。
[0087]この関連で、図16は、2つの異なるスイッチ抵抗についてのパワーグリッドにおける2つの電圧カーブ1610及び1620を示し、ここで、電圧カーブ1610は、電圧カーブ1620よりも低いスイッチ抵抗に対応する。図16では、第1のパワーゲーティングスイッチ1340aが時間t0においてオンにされる。時間t0の前、パワーグリッドにおける電圧は、公称電源電圧Vddに略等しい。最初に第1のパワーゲーティングスイッチ1340aがオンにされると、パワーグリッドにおける電圧は、第1の回路1345aのダイキャパシタCadieによる電荷消費によりドループする。図16に示されるように、電圧カーブ1610のドループ1615は、電圧カーブ1620のドループ1625よりも小さい。これは、スイッチ抵抗が、電圧カーブ1610についてはより低いためである。結果として、パッケージキャパシタCpkgは、抵抗器スイッチ615を通してより速いレートでダイキャパシタCadieに電荷を供給することができ、従って、電圧ドループをより大量に低減することができる。
[0088]図16でも示されているように、両方の電圧カーブ1610及び1620は、RLCループ1352aの共振周波数において振動する。この振動は、抵抗器スイッチ615の抵抗によって減衰する。スイッチ抵抗が高いほど、振動は減衰する。結果として、振動は、電圧カーブ1620の場合、電圧カーブ1610と比べてより速く消滅する。
[0089]故に、各電圧カーブ1610及び1620は、所望のプロパティを有する。電圧カーブ1610は、電圧カーブ1620よりも小さい初期電圧ドループを有し、電圧カーブ1620の振動は、電圧カーブ1610よりも速いレートで減衰する。
[0090]一実施形態では、抵抗コントローラ625は、両方の電圧カーブ1610及び1620の所望のプロパティを有する電圧カーブを達成するために、第1の回路1345aのパワーアップ中、抵抗スイッチ615の抵抗を動的に調節する。より具体的には、最初にパワーゲーティングスイッチ1340aがオンにされると、抵抗コントローラ625は、抵抗スイッチ615の抵抗を第1の抵抗値に設定し得る。初期電圧ドループの後、抵抗コントローラ625は、抵抗スイッチ615の抵抗を第2の抵抗値に設定し得、ここで、第2の抵抗値は、第1の抵抗値よりも大きい。第1の抵抗値は、パッケージキャパシタCpkgが、ダイキャパシタCadieにより速く電荷を供給する(それにより、初期電圧ドループを大量に低減する)ことを可能にし、第2の抵抗値(これは、第1の抵抗値よりも大きい)は、より速いレートで振動を減衰させる。
[0091]一実施形態では、抵抗コントローラ625は、第1の回路1345aのパワーアップ中、パワーグリッドにおける電圧をモニタリングし、検出された電圧に基づいて抵抗器スイッチ615の抵抗を動的に調節し得る。例えば、抵抗コントローラ625は、次に、パワーグリッドにおける電圧が第1の電圧閾値よりも下に降下したとき、これは初期電圧ドループの開始を示す、スイッチ抵抗器615の抵抗を第1の抵抗器値に設定し得る。第1の電圧閾値は、公称電源電圧Vddを僅かに下回る電圧であり得る。次に、抵抗コントローラ625は、パワーグリッドにおける電圧が第2の電圧閾値よりも上に上昇したとき、これは初期電圧ドループが過ぎたことを示す、スイッチ抵抗器615の抵抗を第2の抵抗器値に設定し得る。第2の電圧閾値は、Vddに略等しいだろう。第1の電圧閾値及び第2の電圧閾値は、同じ値又は異なる値を有し得る。図16に示される例では、抵抗コントローラ625は、初期ドループを低減するために、t0からt1の間の時間期間中、抵抗器スイッチ615の抵抗を第1の抵抗値に設定し得る。
[0092]図17は、本開示の実施形態に係る、第1の回路1345aのパワーアップ中、抵抗器スイッチ615の抵抗を動的に調節するための例示的な回路を示す。この実施形態では、ダイ1720は、パワーグリッドに結合された電圧検出器1730を含む。電圧検出器1730は、パワーグリッドにおける電圧を測定することと、測定電圧を抵抗コントローラ625に出力することとを行うように構成される。
[0093]第1の回路1345aが、非アクティブ状態からアクティブ状態にパワーアップされるとき、電力マネジャ1325は、第1の回路1345aがパワーアップされそうであることを示す信号を抵抗コントローラ625に送り得る。それに応答して、抵抗コントローラ625は、電圧検出器1730からの測定電圧をモニタリングし得る。測定電圧が第1の電圧閾値よりも下に降下すると、抵抗コントローラ625は、抵抗器スイッチ615の抵抗を第1の抵抗値に設定し得る。抵抗コントローラ625は、測定電圧をモニタリングし続け、測定電圧が第2の電圧閾値よりも上に上昇すると、抵抗コントローラ625は、抵抗器スイッチ615の抵抗を第2の抵抗値に設定し得る。振動が、第1の回路1345aのアクティブ動作を開始するのに十分なほど低減された後、抵抗コントローラ625は、抵抗器スイッチ615の抵抗を、アクティブ状態について上で決定された抵抗値(例えば、図12の方法1200を使用して決定された抵抗値)に設定し得る。
[0094]代替的に、抵抗コントローラ625は、抵抗器スイッチ615の抵抗が第1の抵抗値に設定された時点から所定の時間遅延の後、抵抗器スイッチ615の抵抗を第2の抵抗値に設定し得る。時間遅延は、初期の電圧ドループの時間持続時間の推定に基づき得る。
[0095]図18は、本開示の実施形態に係る、電圧検出器1730の例示的な実装形態を示す。この実施形態では、電圧検出器1730は、直列に結合された奇数個のインバータ1830−1〜1830−3を備え、ここで、最後のインバータ1830−3の出力は、第1のインバータ1830−1の入力に結合される。結果として、インバータ1830−1〜1830−3は、リング発振器1835を形成し、ここで、リング発振器1835の発振周波数は、インバータ1830−1〜1830−3の遅延の関数である。
[0096]インバータ1830−1〜1830−3は、パワーグリッドに結合される電圧検出器1730の入力1810における電圧によってバイアスがかけられる。故に、インバータ1830−1〜1830−3は、パワーグリッドにおける電圧によってバイアスがかけられる。インバータ1830−1〜1830−3の遅延は、インバータ1830−1〜1830−3のバイアス電圧の関数であり、そしてパワーグリッドにおける電圧の関数である。リング発振器835の発振周波数がインバータ1830−1〜1830−3の遅延の関数であるため、リング発振器の発振周波数は、パワーグリッドにおける電圧の関数であり、従って、パワーグリッドにおける電圧を測定するために使用され得る。
[0097]この関連で、電圧検出器1730は、リング発振器1835に結合されたカウンタ1840を備える。カウンタ1840は、ある時間期間にわたってリング発振器1835の発振数をカウントすることと、出力1820において抵抗コントローラ625にカウント値を出力することとを行うように構成される。カウント値は、リング発振器の発振周波数の関数であり、そしてパワーグリッドにおける電圧の関数である。故に、カウンタ1840からのカウント値は、パワーグリッドにおける電圧の測定値を提供する。
[0098]抵抗器スイッチ615の抵抗が、第2の回路1345bのパワーアップ中、動的に調節され得ることは認識されるべきである。例えば、抵抗コントローラ625は、第2の回路1345bのパワーアップ中、パワーグリッドにおける電圧をモニタリングし、第1の回路1345aについて上述された方法と同様の方法で、検出された電圧に基づいて抵抗器スイッチ615の抵抗を動的に調節し得る。
[0099]当業者は、本明細書の開示に関連して説明された実例となる様々な論理ブロック、モジュール、回路、及びアルゴリズムステップが、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、又は両者の組み合わせとして実装され得ることを認識するだろう。このハードウェア及びソフトウェアの互換性を明確に例示するために、実例となる様々な構成要素、ブロック、モジュール、回路、及びステップが、概ねそれらの機能性の観点から上で説明されている。このような機能性がハードウェアとして実装されるかソフトウェアとして実装されるかは、特定の用途及びシステム全体に課せられる設計制約に依存する。当業者は、説明された機能性を特定の用途ごとに様々な方法で実装し得るが、このような実装の決定は、本開示の範囲からの逸脱を引き起こすものとして解釈されるべきでない。
[00100]本明細書の開示に関連して説明された実例となる様々な論理ブロック、モジュール、及び回路は、汎用プロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)又は他のプログラマブル論理デバイス、ディスクリートゲート又はトランジスタ論理、ディスクリートハードウェア構成要素、或いは本明細書で説明された機能を実行するように設計されたそれらの任意の組み合わせで実装又は実行され得る。汎用プロセッサは、マイクロプロセッサであり得るが、代替的に、プロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、又はステートマシンであり得る。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えば、DSPと、1つのマイクロプロセッサ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアに連結した1つ又は複数のマイクロプロセッサ、或いは任意の他のそのような構成との組み合わせとして実装され得る。
[00101]本明細書の開示に関連して説明されたアルゴリズム又は方法のステップは、直接ハードウェアで、プロセッサによって実行されるソフトウェアモジュールで、又は両者の組み合わせで具現化され得る。ソフトウェアモジュールは、RAMメモリ、フラッシュメモリ、ROMメモリ、EPROMメモリ、EEPROM(登録商標)メモリ、レジスタ、ハードディスク、リムーバブルディスク、CD−ROM、又は当技術分野において知られている任意の他の形式の記憶媒体内に存在し得る。例示的な記憶媒体は、プロセッサが記憶媒体から情報を読み取り、記憶媒体に情報を書き込むことができるように、プロセッサに結合される。代替的に、記憶媒体は、プロセッサに一体化され得る。プロセッサ及び記憶媒体は、ASIC内に存在し得る。ASICはユーザ端末内に存在し得る。代替的に、プロセッサ及び記憶媒体は、ユーザ端末においてディスクリート構成要素として存在し得る。
[00102]1つ又は複数の例示的な設計では、説明された機能は、ハードウェアで、ソフトウェアで、ファームウェアで、又はそれらの任意の組み合わせで実装され得る。ソフトウェアで実装される場合、これら機能は、コンピュータ可読媒体において、1つ又は複数の命令又はコードとして、記憶又は送信さ得る。コンピュータ可読媒体は、ある箇所から別の箇所へのコンピュータプログラの移送を容易にする任意の媒体を含むコンピュータ通信媒体及びコンピュータ記憶媒体の両方を含む。記憶媒体は、汎用コンピュータ又は専用コンピュータによりアクセスされることができる任意の利用可能な媒体であり得る。限定ではなく例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、RAM、ROM、EEPROM、CD−ROM又は他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置又は他の磁気記憶デバイス、或いは、命令又はデータ構造の形式で所望のプログラムコード手段を搬送又は記憶またするために使用されることができ、かつ、汎用コンピュータ又は専用コンピュータ或いは汎用プロセッサ又は専用プロセッサによってアクセスされることができる任意の他の媒体を備え得る。また、任意の接続は、送信信号の非一時的な記憶を伴う限り、厳密にはコンピュータ可読媒体と称され得る。例えば、ソフトウェアが、ウェブサイト、サーバ、又は他の遠隔ソースから、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線(DSL)、又は赤外線、電波、及びマイクロ波のような無線技術を使用して、送信される場合、この同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、DSL、又は赤外線、電波、及びマイクロ波のような無線技術は、信号が任意の非一時的な長さの時間の間、記憶媒体又はデバイス上の送信チェーン内に保たれる限り、媒体の定義に含まれる。本明細書で使用される場合、ディスク(disk)及びディスク(disc)は、コンパクトディスク(CD)、レーザーディスク(登録商標)、光ディスク、デジタル多用途ディスク(DVD)、フロッピー(登録商標)ディスク、及びブルーレイディスクを含み、ディスク(disk)は、通常磁気的にデータを再生し、ディスク(disc)は、レーザーを用いて光学的にデータを再生する。上記の組み合わせもまた、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。
[00103]本開示の先の説明は、当業者が本開示を実行又は使用することを可能にするために提供される。本開示に対する様々な修正は当業者には容易に明らかとなり、本明細書で定義された包括的な原理は、本開示の精神又は範囲から逸脱することなく、他の変形に適用され得る。故に、本開示は、本明細書で説明された例に制限されることを意図せず、本明細書に開示された原理及び新規な特徴に合致する最も広い範囲が与えられるべきである。
以下に本願発明の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[C1]
装置であって、
キャパシタと、
ダイと
を備え、前記ダイは、
電力線と前記キャパシタとの間に結合された抵抗器スイッチと、ここにおいて、前記抵抗器スイッチは、調節可能な抵抗を有し、前記電力線及び前記キャパシタは両方とも、前記ダイの外部にあり、
前記電力線から電力を受けるように構成された回路と
を備える、装置。
[C2]
パッケージを更に備え、前記ダイは、前記パッケージ上に取り付けられており、前記キャパシタは、前記パッケージ内にある、C1に記載の装置。
[C3]
前記キャパシタは、前記パッケージに埋め込まれた多層セラミックキャパシタを備える、C2に記載の装置。
[C4]
パッケージを更に備え、前記ダイ及び前記キャパシタは、前記パッケージ上に取り付けられる、C1に記載の装置。
[C5]
前記ダイは、前記回路と前記電力線との間に接続されたパワーゲーティングスイッチを更に備え、前記パワーゲーティングスイッチは、前記回路をパワーゲーティングするように構成される、C1に記載の装置。
[C6]
前記ダイは、
前記電力線から電力を受けるように構成された第2の回路と、
抵抗コントローラと
を更に備え、前記抵抗コントローラは、前記第1の回路がアクティブであり前記第2の回路が非アクティブである場合、前記抵抗器スイッチの前記抵抗を第1の抵抗値に設定し、前記第1の回路が非アクティブであり前記第2の回路がアクティブである場合、前記抵抗器スイッチの前記抵抗を第2の抵抗値に設定するように構成される、
C1に記載の装置。
[C7]
前記抵抗コントローラは、前記第1の回路及び前記第2の回路の両方がアクティブである場合、前記抵抗器スイッチの前記抵抗を第3の抵抗値に設定するように構成される、C6に記載の装置。
[C8]
前記第1の回路は、第1のプロセッサを備え、前記第2の回路は、第2のプロセッサを備える、C6に記載の装置。
[C9]
前記ダイは、抵抗コントローラを更に備え、非アクティブ状態からアクティブ状態への前記回路のパワーアップ中、前記抵抗コントローラは、前記抵抗器スイッチの前記抵抗を動的に調節するように構成される、C1に記載の装置。
[C10]
前記ダイは、前記ダイのパワーグリッド上の電圧を検出するように構成された電圧検出器を更に備え、前記回路のパワーアップ中、前記抵抗コントローラは、前記検出された電圧が第1の電圧閾値よりも下に降下すると、前記抵抗器スイッチの前記抵抗を第1の抵抗に設定し、前記検出された電圧が第2の電圧閾値よりも上に上昇すると、前記抵抗器スイッチの前記抵抗を第2の抵抗値に設定するように構成される、C9に記載の装置。
[C11]
前記電力線がパワーダウンされた場合、前記抵抗器スイッチを開けるように構成されたコントローラを更に備える、C1に記載の装置。
[C12]
ダイ上の抵抗を調節するための方法であって、前記抵抗は、外部電力線と外部キャパシタとの間にあり、前記方法は、
前記ダイ上の第1の回路がアクティブであり前記ダイ上の第2の回路が非アクティブである場合、前記抵抗を第1の抵抗値に設定することと、
前記第1の回路が非アクティブであり前記第2の回路がアクティブである場合、前記抵抗を第2の抵抗値に設定することと
を備える方法。
[C13]
前記第1の回路及び前記第2の回路の両方がアクティブである場合、前記抵抗を第3の抵抗値に設定すること
を更に備える、C12に記載の方法。
[C14]
前記ダイは、パッケージ上に取り付けられ、前記外部キャパシタは、前記パッケージ内にある、C12に記載の方法。
[C15]
前記外部キャパシタは、前記パッケージに埋め込まれた多層セラミックキャパシタを備える、C14に記載の方法。
[C16]
前記ダイ及び前記外部キャパシタは、パッケージ上に取り付けられる、C12に記載の方法。
[C17]
ダイ上の抵抗を調節するための装置であって、前記抵抗は、外部電力線と外部キャパシタとの間にあり、前記装置は、
前記ダイ上の第1の回路がアクティブであり、前記ダイ上の第2の回路が非アクティブである場合、前記抵抗を第1の抵抗値に設定するための手段と、
前記第1の回路が非アクティブであり、前記第2の回路がアクティブである場合、前記抵抗を第2の抵抗値に設定するための手段と
を備える装置。
[C18]
前記第1の回路及び前記第2の回路の両方がアクティブである場合、前記抵抗を第3の抵抗値に設定するための手段
を更に備える、C17に記載の装置。
[C19]
前記ダイは、パッケージ上に取り付けられ、前記外部キャパシタは、前記パッケージ内にある、C17に記載の装置。
[C20]
前記外部キャパシタは、前記パッケージに埋め込まれた多層セラミックキャパシタを備える、C19に記載の装置。
[C21]
前記ダイ及び前記外部キャパシタは、パッケージ上に取り付けられる、C17に記載の装置。
[C22]
ダイ上の抵抗器スイッチの抵抗を調整するための方法であって、前記抵抗器スイッチは、外部電力線と外部キャパシタとの間にあり、前記方法は、
前記抵抗器スイッチの前記抵抗を、複数の抵抗値の1つ1つに連続的に設定することと、
抵抗値ごとに、前記抵抗値についてのピークインピーダンスを決定することと、
前記決定されたピークインピーダンスに基づいて、前記抵抗値のうちの1つを選択することと
を備える方法。
[C23]
前記抵抗値のうちの1つを選択することは、決定された前記ピークインピーダンスのうちの最小ものに対応する抵抗値を選択することを備える、C22に記載の方法。
[C24]
前記抵抗値のうちの1つを選択することは、閾値以下である決定されたピークインピーダンスに対応する抵抗値を選択することを備える、C22に記載の方法。
[C25]
前記閾値は、前記ダイ上の1つ以上の回路が適切に機能するのに必要とされる最小電源電圧に基づく、C24に記載の方法。

Claims (15)

  1. 装置であって、
    キャパシタと、
    ダイと
    を備え、前記ダイは、
    電力線と前記キャパシタとの間に結合された抵抗器スイッチと、ここにおいて、前記抵抗器スイッチは、調節可能な抵抗を有し、前記電力線及び前記キャパシタは両方とも、前記ダイの外部にあり、
    前記電力線から電力を受けるように構成された第1の回路と
    前記電力線から電力を受けるように構成された第2の回路と、
    抵抗コントローラと
    を備え、前記抵抗コントローラは、前記第1の回路がアクティブであり、前記第2の回路が非アクティブである場合、前記抵抗器スイッチの前記抵抗を第1の抵抗値に設定し、前記第1の回路が非アクティブであり、前記第2の回路がアクティブである場合、前記抵抗器スイッチの前記抵抗を第2の抵抗値に設定するように構成される、装置。
  2. パッケージを更に備え、前記ダイは、前記パッケージ上に取り付けられており、前記キャパシタは、前記パッケージ内にある、請求項1に記載の装置。
  3. 前記キャパシタは、前記パッケージに埋め込まれた多層セラミックキャパシタを備える、請求項2に記載の装置。
  4. パッケージを更に備え、前記ダイ及び前記キャパシタは、前記パッケージ上に取り付けられる、請求項1に記載の装置。
  5. 前記ダイは、前記第1の回路と前記電力線との間に結合されたパワーゲーティングスイッチを更に備え、前記パワーゲーティングスイッチは、前記第1の回路をパワーゲーティングするように構成される、請求項1に記載の装置。
  6. 前記抵抗コントローラは、前記第1の回路及び前記第2の回路の両方がアクティブである場合、前記抵抗器スイッチの前記抵抗を第3の抵抗値に設定するように構成される、請求項1に記載の装置。
  7. 前記第1の回路は、第1のプロセッサを備え、前記第2の回路は、第2のプロセッサを備える、請求項1に記載の装置。
  8. 非アクティブ状態からアクティブ状態への前記第1の回路のパワーアップ中、前記抵抗コントローラは、前記抵抗器スイッチの前記抵抗を動的に調節するように構成される、請求項1に記載の装置。
  9. 前記ダイは、前記ダイのパワーグリッド上の電圧を検出するように構成された電圧検出器を更に備え、前記第1の回路のパワーアップ中、前記抵抗コントローラは、検出された前記電圧が第1の電圧閾値よりも下に降下すると、前記抵抗器スイッチの前記抵抗を第の抵抗に設定し、検出された前記電圧が第2の電圧閾値よりも上に上昇すると、前記抵抗器スイッチの前記抵抗を第の抵抗値に設定するように構成される、請求項8に記載の装置。
  10. 前記電力線がパワーダウンされた場合、前記抵抗器スイッチを開けるように構成されたコントローラを更に備える、請求項1に記載の装置。
  11. ダイ上の抵抗器スイッチの抵抗を調整するための方法であって、前記抵抗器スイッチは、外部電力線と外部キャパシタとの間にあり、前記方法は、
    前記抵抗器スイッチについての第1の抵抗値を決定することと、ここにおいて、前記第1の抵抗値を決定することは、
    前記ダイ上の第2の回路が前記電力線から切断された状態で、前記ダイ上の第1の回路を前記電力線に接続することと、
    前記抵抗器スイッチの前記抵抗を、複数の抵抗値の1つ1つに連続的に設定することと、
    抵抗値ごとに、前記抵抗値についてのピークインピーダンスを決定することと、
    決定された前記ピークインピーダンスに基づいて、前記抵抗値のうちの1つを前記第1の抵抗値として選択することと
    を備える、
    前記抵抗器スイッチについての第2の抵抗値を決定することと、ここにおいて、前記第2の抵抗値を決定することは、
    前記ダイ上の第1の回路が前記電力線から切断された状態で、前記ダイ上の第2の回路を前記電力線に接続することと、
    前記抵抗器スイッチの前記抵抗を、複数の抵抗値の1つ1つに連続的に設定することと、
    抵抗値ごとに、前記抵抗値についてのピークインピーダンスを決定することと、
    決定された前記ピークインピーダンスに基づいて、前記抵抗値のうちの1つを前記第2の抵抗値として選択することと
    を備える、
    を備える方法。
  12. 前記第1の抵抗値及び前記第2の抵抗値の各々ついて、前記抵抗値のうちの1つを選択することは、決定された前記ピークインピーダンスのうちの最小ものに対応する抵抗値を選択することを備える、請求項11に記載の方法。
  13. 前記第1の抵抗値及び前記第2の抵抗値の各々ついて、前記抵抗値のうちの1つを選択することは、閾値以下であると決定されたピークインピーダンスに対応する抵抗値を選択することを備える、請求項11に記載の方法。
  14. 前記閾値は、前記ダイ上の前記第1の回路及び前記第2の回路のそれぞれの回路が適切に機能するのに必要とされる最小電源電圧に基づく、請求項13に記載の方法。
  15. ダイ上の抵抗器スイッチの抵抗を調節するための方法であって、前記抵抗器スイッチは、外部電力線と外部キャパシタとの間にあり、前記方法は、
    前記ダイ上の第1の回路がアクティブであり、前記ダイ上の第2の回路が非アクティブである場合、前記抵抗を前記第1の抵抗値に設定することと、
    前記第1の回路が非アクティブであり、前記第2の回路がアクティブである場合、前記抵抗を前記第2の抵抗値に設定することと、ここにおいて、前記第1の抵抗値及び前記第2の抵抗値は、請求項11の方法によって決定される、
    を備える方法。
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