集成电路装置、电压调节电路和调节电压供应信号的方法与流程

集成电路装置、电压调节电路和调节电压供应信号的方法描述技术领域本发明涉及一种集成电路装置、一种电压调节电路和一种在集成电路装置内调节电压供应信号的方法。

背景技术：
在集成电路装置领域中，特别是在应用处理器集成电路装置领域中，要求现代集成电路装置提供越来越高的性能，同时也要求现代集成电路装置满足日益严格的功率消耗和热能量耗散的要求。为了优化功率消耗和性能，众所周知的是，使用取决于电流的性能/功率要求来调节相应集成电路装置内的电压和频率设置的片上功率管理技术。这种功率管理技术包括功率门控和动态电压频率缩放（DVFS）等等。为了实现这种功率管理，就需要电压调节器。然而，使用这种电压调节器所产生的问题是，它们的物理片上使用通常会引起高频装置的集成电路装置封装的功率耗散需要的增加的热功率预算。这将引起集成电路封装的成本和大小（显着地）的增加。调节器所耗散的功率可以通过下面的公式1来近似：Pdis≈Ireg*(Vin-Vout)[公式1]这个问题的已知解决方案是，提供位于集成电路装置外部充当预调节器的简单调节器，并且然后提供更复杂的片上调节器以提供最终的所需电压。以这种方式，可以降低对片上电压调节器的要求，从而实现更严格的热功率预算。然而，这样一种解决方案仍然需要仔细控制片上电压调节器以满足严格的热功率预算。这通常要求将片上电压调节器在最高频率保持“旁路”模式以最小化其功率消耗，其中外部电压调节器在这样的高频率提供电压调节。首先参照图1和图2，集成电路（IC）装置的已知热预算由热限制110定义，该热限制是IC装置的封装能够有效耗散热功率的限制。IC装置的热预算的相当一部分被SoC（片上系统）内部模块等等消耗的动态的和泄漏的功率占用，如在120所说明的。如在图1中的130所说明的剩余可用热功率预算因此可用于内部电压调节器等等的热功率耗散。通常，为了将封装成本等等保持在最小值，剩余可用功率预算通常是非常有限的。如果在高操作频率执行内部电压调节，通常的情况是，内部电压调节器的所需热功率预算将超过可用功率预算。因此，IC装置的整体功率预算可能会超过如在图2中所说明的IC封装的热限制110。因此，为了避免在高频率操作期间IC装置过热，内部电压调节器被配置为旁路模式，其中外部电压调节器执行所需电压调节。然而，使用外部电压调节器的问题是，为了避免高成本，通常只能够提供粗调节的简单的电压调节器被使用。结果，通过使用这种外部电压调节器实现最大结电压的能力是非常困难的，其限制IC装置的可实现的操作频率。因此，期望最小化对这种外部电压调节器的依赖的需要。

技术实现要素：
本发明提供一种集成电路装置、电压调节电路以及一种在集成电路装置内调节电压供应信号的方法，如在所附权利要求中描述的。在从属权利要求中阐述了本发明的具体实施例。在参考以及根据下文所描述的实施例，本发明的这些和其他方面将明显。附图说明根据附图，仅仅通过举例的方式，本发明的进一步细节、方面和实施例将被描述。在附图中，类似的附图标记被用于表示相同的或功能相似的元素。为了简便以及清晰，附图中的元素不一定按比例绘制。图1-图4说明了集成电路装置的热功率预算的例子。图5说明了电压调节电路的例子。图6说明了一种在集成电路装置内调节电压供应信号的方法的例子的简化流程图。具体实施方式现在将参考集成电路装置的电压调节体系结构的例子描述本发明的例子。然而，应了解，本发明不限于参考附图在此描述的特定电压调节体系结构，并且可以同样地被应用于替代体系结构。例如，集成电路装置被描述为包括单个内部电压调节器。或者，本发明可以被应用于包括多个内部电压调节器的集成电路装置。而且，由于本发明所说明的示例实施例可以大部分通过使用本领域所属技术人员所熟知的电子组件和电路被实施，为了理解和了解本发明的基本概念并且为了不混淆或偏离本发明所教之内容，不会在比以下所说明的认为有必要的程度大的任何程度来解释细节。内部SoC模块的功率消耗根据IC装置的各种条件发生变化。例如，这种内部SoC模块的功率消耗（具体地，泄漏功率消耗）可以根据条件，例如，仅仅通过举例的方式，工艺角、环境温度、每个结温度、系统活动水平、系统配置等等发生变化。因此，发明人认识到，内部电压调节器等等的可用功率预算也根据这些条件发生变化（与内部SoC模块的功率消耗相比较相反地）。例如，图3说明了在例如由于包括具有更高功率泄漏的快速工艺角组件的SoC模块，IC装置的内部SoC模块的泄漏功率较高的情况下（如在320所说明的）的IC装置的热预算。在这种情况下，由于SoC模块包括高功率泄漏，用于内部电压调节等等的剩余可用热功率预算相对小，如在330所说明的。相反，图4说明了在例如由于包括具有较低功率泄漏的缓慢工艺角组件的SoC模块，IC装置的内部SoC模块的泄漏功率较低的情况下（如在420所说明的）的等同IC装置的热预算。在这种情况下，由于SoC模块包括低功率泄漏，用于内部电压调节等等的剩余可用热功率预算相对大（与图3中所说明的相比较），如在430所说明的。使用内部电压调节器所产生的问题是，它们的使用通常会引起高操作频率的集成电路装置封装的功率耗散所需的增加的热功率预算。因此，为了在高频率操作期间避免IC装置过热，内部电压调节器被配置为旁路模式，其中较不精确的外部电压调节器执行所需电压调节。常规地，在较高频率的旁路模式和较低频率的电压调节模式之间的内部电压调节器的配置在等同的IC装置内（以及其上）实质上是通用的。因此，这种配置不考虑等同IC装置内的内部电压调节器等等的可用功率预算的变化，而是假定内部电压调节器的可用功率预算的基本上极端的情况，如在图3中所说明的。而且，这种常规的技术不能考虑可能会造成可用功率预算内的变化的其它条件，例如环境温度、每个结温度、系统活动水平、系统配置等等。同样地，通常的情况是，在不必要地低操作频率将内部电压调节旁路，因为大多数IC装置将不包括内部电压调节器等等的可用功率预算的极端情况，例如如在图4中所说明的。现在参照图5，说明了根据本发明的一些示例实施例的、IC装置505的电压调节电路500的例子。在IC装置505内，电压调节电路500包括至少一个内部电压调节器，例如以510所说明的低压差（LDO）调节器。LDO调节器510被设置为在其第一输入端512接收电压供应信号525，在其第二输入端514接收控制信号535，根据接收的控制信号535调节接收的电压供应信号525，以及在其输出端516提供调节的电压供应信号515。还在对于所说明的例子的IC装置505内，电压调节电路500还包括可操作地耦合于至少一个内部电压调节器510的第二输入端514并且被设置为向其提供控制信号535的至少一个电压调节功率控制模块530。电压调节功率控制模块530还被设置为接收至少一个总体以540所说明的IC装置条件指示，以及至少部分地基于与至少一个IC装置条件指示540对应的IC装置505的可用热功率预算来生成用于内部电压调节器510的控制信号535。以这种方式，通过基于IC装置505的这样的可用热功率预算来生成用于内部电压调节器510的控制信号535，可以根据接收的至少一个IC装置条件指示540来适配例如在较高频率的旁路模式和较低频率的电压调节模式之间的内部电压调节器510的配置。因此，这种配置可以考虑等同IC装置内的内部电压调节器的可用热功率预算的变化，从而与常规的技术相比较实现内部电压调节器510的更合适的配置。而且，这种配置也可以实质上动态地考虑在起因于例如环境温度、每个结温度、系统活动水平、系统配置等等内的变化的IC装置内的内部电压调节器的热功率预算的变化。在一些例子中，至少一个IC装置条件指示540可以包括任何适当的指示。例如，接收的至少一个IC装置条件指示540可以包括一个或多个IC装置特定条件的指示，例如工艺角等等。此外和/或替代地，在一些例子中，接收的至少一个IC装置条件指示540可以包括一个或多个环境条件的指示，例如环境温度、和/或一个或多个可变的装置/系统条件的指示，例如每个结温度、系统活动水平、系统配置等等。因此，可以设想至少一个IC装置条件指示540可以包括包含以下内容的组中的至少一个：IC装置的工艺角的指示；IC装置的环境温度的指示；IC装置的每个结温度的指示；IC装置内的系统活动水平的指示；IC装置内的系统配置的指示。在一些例子中，电压调节功率控制模块530可以被设置为以任何合适的方式生成用于内部电压调节器510的控制信号535。例如，在本发明的一些实施例中，电压调节功率控制模块530可以被设置为访问如在537所说明的存储在存储器元件内的一个或多个预定义查找表（LUT）。在一些例子中，LUT可以包括由至少部分地基于接收的至少一个IC装置条件指示540生成控制信号535的适当的值的算法所输出的值。以这种方式，电压调节功率控制模块可以被设置为至少部分地基于接收的至少一个IC装置条件指示540从一个或多个LUT检索控制信号535的适当的值。或者，在本发明的一些另外的示例实施例中，电压调节功率控制模块530可以被设置为实现用于至少部分地基于接收的至少一个IC装置条件指示540生成控制信号535的适当的值的算法。例如，电压调节功率控制模块530可以被设置为在一个或多个专用硬件块内实现这样的算法。或者，电压调节功率控制模块530可以被设置为在软件内实现这样的算法，例如通过微控制器或被设置为执行存储在存储元件内的指令的其它可编程逻辑模块，该存储元件例如以图5中的537所说明的存储器。或者，电压调节功率控制模块530可以被设置为在软件和一个或多个专用硬件块的组合内实现这样的算法。电压调节功率控制模块530被设置为至少部分地基于与至少一个IC装置条件指示540相对应的IC装置505的可用热功率预算生成用于内部电压调节器510的控制信号535。可以至少部分地基于例如以图1-图4中的110所说明的IC装置505的热功率限制110以及例如以图1-图4中的120所说明的IC装置505的内部片上系统(SoC)（未显示）模块的所确定的功率消耗120来确定IC装置505的可用热功率预算。因此，可以使用在IC装置505的开发期间开发的内部SoC模块的功率消耗模型，基于接收的这种条件540的指示，来估计这种内部SoC模块的功率消耗。根据一些例子，如果IC装置505的可用热功率预算小于阈值，电压调节功率控制模块530可以被设置为生成控制信号535以使内部电压调节器510进入旁路模式，从而内部电压调节器510在其输出端516提供未调节的接收的电压供应信号525。因此，当内部电压调节器510在这样的旁路模式操作的时候，调节的电压供应信号515有效地包括由内部电压调节器510接收的电压供应信号525。而且，对于所说明的例子，电压调节功率控制模块530可以还可操作地耦合于至少一个外部电压调节器520，该至少一个外部电压调节器520用于生成由内部电压调节器510接收的电压供应信号525。如果IC装置505的可用热功率预算小于这样的阈值，电压调节功率控制模块530可以配置至少一个外部电压调节器520以输出被调节到大约所需电压电平的电压供应信号525。相反，如果IC装置505的可用热功率预算大于阈值，电压调节功率控制模块530可以被设置为生成控制信号535以使内部电压调节器510调节由此接收的电压供应信号525，以便输出被调节到大约至少一个所需电压电平的调节的电压供应信号515。对于所说明的例子，如果IC装置505的可用热功率预算大于阈值，电压调节功率控制模块530可以进一步被设置为配置至少一个外部电压调节器520输出将被内部电压调节器520调节的合适的电压供应信号525。如上面所提到的，IC条件指示540的一个例子是IC装置的工艺角，其中IC装置505的可用热功率预算可以对应于该IC条件指示540，从而电压调节器510、520的配置可以至少部分地基于该IC条件指示540。对于这样的IC条件指示540，在IC装置505的快速工艺角的情况下，由于快速工艺角组件的较高功率泄漏，IC装置的可用热功率预算通常较低。因此，电压调节功率控制模块530很可能使内部电压调节器510更容易地进入旁路模式，其中电压调节由外部电压调节器520来提供。如技术人员所了解的，通常不需要给高速工艺角组件提供最大结电压以实现IC装置505的所需操作频率。因此，在快速工艺角的情况下，通过使用低成本外部电压调节器520提供的粗电压调节通常是足够的。相反，在缓慢工艺角的情况下，为了实现IC装置505的所需高操作频率，通常要求电压供应信号能够更准确地实现最大结电压。值得注意的是，在IC装置505的这样的缓慢工艺角的情况下，由于缓慢工艺角组件的较低功率泄漏，IC装置的可用热功率预算通常会较高。因此，电压调节功率控制模块530很可能不使内部电压调节器510容易地进入旁路模式，其中更精确的内部电压调节器520能够提供电压调节。根据一些例子，这样的阈值可以对应于内部电压调节器510的所需热功率预算。以这种方式，如果IC装置505的可用热功率预算大于阈值，例如大于内部电压调节器510的所需热功率预算，然后配置内部电压调节器以执行电压调节，将不会引起IC装置的热功率限制被超过。相反，如果IC装置505的热功率预算小于阈值，例如小于内部电压调节器510的所需热功率预算，然后配置内部电压调节器执行电压调节，将引起IC装置的热功率限制被超过。使用这种内部电压调节器所产生的问题是，它们的片上使用通常会引起较高操作频率的增加的热功率预算。因此，在一些例子中，可以至少部分地基于IC装置505的操作频率来确定内部电压调节器510的所需热功率预算，以及由此确定阈值。因此，对于所说明的例子，电压调节功率控制模块530可以还被设置为接收IC装置505的操作频率545的指示，以及至少部分地基于IC装置505的操作频率545的指示来确定内部电压调节器510的所需热功率预算。对于图5中所说明的例子，电压调节功率控制模块530还被设置为接收电压供应信号515要被调节到的所需电压电平的指示550。因此，电压调节功率控制模块530可以被设置为使调节的电压供应信号515根据接收的电压电平指示550被调节到所需电压电平，这种调节通过内部电压调节器515和/或外部电压调节器520来提供。在一些例子中，这样的所需电压电平指示550可以还被用于确定内部SoC模块的功率消耗，从而确定内部电压调节器510的可用热功率预算。对于所说明的例子，内部电压调节器包括低压差（LDO）电压调节器，从而当在旁路模式下的时侯有利地实现低压差。然而，本发明的一些例子不限于使用这样的内部LDO电压调节器，但可以同样地通过使用任何适当的替代类型的内部电压调节器被应用。现在参照图6，说明了一种在集成电路(IC)装置内调节电压供应信号的方法的简化流程图600，例如可以至少部分地在图5的IC装置505内实施的例子。该方法从步骤610开始，并且移至步骤620，其中至少一个IC装置条件指示被接收。接下来，在步骤630，IC装置的可用热功率预算被确定。至少一个内部电压调节器的所需热功率预算然后在步骤640被确定。然后，例如，在步骤650通过比较确定的可用和所需热功率预算，确定是否有足够的可用热功率预算。如果确定有足够的可用热功率预算，例如，如果在步骤630确定的IC装置的可用热功率预算大于在步骤640确定的所需热功率预算，该方法移至步骤660，其中所述至少一个内部电压调节器被配置为调节由此接收的电压供应信号，以及输出被调节到大约所需电压电平的调节的电压供应信号。然后，该方法在步骤670结束。相反，如果在步骤650确定没有足够的可用热功率预算可用，例如，如果在步骤630确定的IC装置的可用热功率预算小于在步骤640确定的所需热功率预算，该方法移至步骤680，其中所述至少一个内部电压调节器被配置为进入旁路模式。然后，该方法在步骤670结束。因此，如技术人员所了解的，通过基于如上文所描述的IC装置的可用热功率预算配置内部电压调节器，可以根据接收的至少一个IC装置条件指示来适配在例如较高频率的旁路模式和较低频率的电压调节模式之间的内部电压调节器的配置。因此，这种配置可以考虑等同IC装置内的内部电压调节器的可用功率预算的变化等等，从而与常规的技术相比较实现内部电压调节器的更加合适的配置。而且，这种配置也可以实质上动态地考虑在起因于例如环境温度、每个结温度、系统活动水平、系统配置等等内的变化的IC装置内的内部电压调节器的热功率预算的变化等等。以这种方式，可更准确地确定内部电压调节器需要被配置为旁路模式的点，以防止IC装置的热功率限制被超过。结果，与常规的技术相比较，一种不太谨慎的内部电压调节方法可以被采用，从而降低了依赖不太准确的电压调节器的需要，并且从而使得IC装置内的较高结电压经常被实现。本发明可以至少部分地实现在计算机程序中，该计算机程序用于在计算机系统上运行，至少包括代码部分，该代码部分用于当在例如计算机系统的可编程的装置上运行时执行根据本发明的方法的步骤或者使得可编程的装置能够执行根据本发明的设备或系统的功能。计算机程序可内在地存储在计算机可读存储介质上或通过计算机可读传输介质传送到计算机系统。所有或者一些计算机程序可被永久地、可移除地提供在计算机可读介质上或远程地耦合于信息处理系统。计算机可读介质可以包括，例如但不限于任何数量的以下的：包括磁盘和磁带存储介质的磁存储介质；例如光盘介质（例如，CD-ROM、CD-R等等）以及数字视盘存储介质的光学存储介质；包括例如FLASH存储器、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、电可编程只读存储器（EPROM）、只读存储器（ROM）的基于半导体的存储器单元的非易失性存储器存储介质；铁磁数字存储器；磁随机存取存储器（MRAM）；包括寄存器、缓冲器或高速缓存、主存储器、随机存取存储器（RAM）等等的易失性存储介质；包括计算机网络、点对点通信设备、以及载波传输介质的数据传输介质，仅举几例。计算机处理通常地包括执行（运行）程序或程序的部分，当前程序值和状态信息，以及通过操作系统用于管理处理的执行的资源。操作系统（OS）是管理一台计算机的资源共享以及提供给程序员用于访问这些资源的界面的软件。操作系统处理系统数据和用户输入，以及通过配置和管理任务以及内部系统资源作为对系统的用户和程序员的服务来进行响应。计算机系统可以，例如，包括至少一个处理单元、关联存储器和大量的输入/输出(I/O)装置。当执行计算机程序时，计算机系统根据计算机程序处理信息并且通过I/O装置产生生成的输出信息。在前面的说明中，参照本发明实施例的特定例子已经对本发明进行了描述。然而，很明显各种修改和变化可以在不脱离所附权利要求中所陈述的本发明的宽范围精神及范围的情况下被做出。本发明所讨论的连接可以是任何类型的连接，该连接适于例如通过中间设备传送来自相应节点、单元或设备的信号，或者将信号传送到相应节点、单元或设备。因此，除非暗示或另外说明，连接例如可以是直接连接或间接连接。可以参考单一连接、多个连接、单向连接、或双向连接来说明或描述连接。然而，不同实施例可以改变连接的实现。例如，可以使用单独单向连接而不是双向连接，反之亦然。此外，多个连接可以被替换为串行地或以时间多路复用方式传输多个信号的单一连接。同样地，携带多个信号的单一连接可被分离成携带这些信号的子集的各不同的连接。因此，存在传输信号的许多选择。本文所描述的每一个信号可以被设计为正逻辑或负逻辑。在负逻辑信号的情况下，信号是低有效，其中逻辑真状态对应于逻辑电平0。在正逻辑信号的情况下，信号是高有效，其中逻辑真对应于逻辑电平1。注意，本文所描述的任何信号可以被设计为负逻辑信号或正逻辑信号。因此，在替代实施例中，那些被描述为正逻辑信号的信号可以被实施为负逻辑信号，以及那些被描述为负逻辑信号的信号可以被实施为正逻辑信号。本领域所属技术人员将认识到，逻辑块之间的界限仅仅是说明性的并且替代实施例可以合并逻辑块或电路元件，或在各个逻辑块或电路元件上强加替代的分解功能。因此，应了解，本发明描述的架构仅仅是示范的，并且事实上实现相同功能的很多其它架构可以被实现。例如，对于图5中所说明的例子，电压调节功率控制模块530被说明为单个、独立的逻辑块。然而，应了解这样电压调节功率控制模块530的功能可以同样地被分散在多个逻辑块中。为实现相同功能的组件的任何排列是有效“关联”的，以便所需的功能得以实现。因此，本发明中结合在一起以实现特定功能的任何两个元件可以被看作彼此“相关联”以便所需的功能得以实现，不论架构或中间元件如何。同样地，如此关联的任何两个组件还可以被认为是彼此被“可操作连接”或“可操作耦合”以实现所需的功能。此外，本领域所属技术人员将认识到上述描述的操作功能之间的界限只是说明性的。所述多个操作可合并成单一的操作，单一的操作可以分布在额外操作中以及可在至少部分重叠的时间内执行操作。而且，替代实施例可以包括特定操作的多个实例，并且操作的顺序在各种其它实施例中会改变。又如，在实施例中，说明的例子可以被作为位于单个集成电路上的电路或在相同装置内的电路被实现。例如，如图5中所说明的，本发明通过被设置为给单个内部电压调节器510提供控制信号的单个电压调节功率控制模块530来实现；该电压调节功率控制模块530和内部电压调节器510位于相同集成电路装置505内。然而，可以设想电压调节功率控制模块530不需要与内部电压调节器510位于相同集成电路装置505内。而且，可以设想单个电压调节功率控制模块530可以被设置为给多个内部电压调节器提供控制信号；所述内部电压调节器位于相同和/或不同集成电路装置内。又如，例子或其的多个部分可以作为物理电路的软或代码表征被实现，或作为能够转化成物理电路的逻辑表征，例如在任何合适类型的硬件描述语言中被实现。此外，本发明不限于非程序化硬件中被实现的物理设备或单元，而是也可以应用在可编程设备或单元中，这些可编程设备或单元通过根据合适的程序代码操作能够执行所需的设备功能，例如，主机、微型计算机、服务器、工作站、个人电脑、笔记本、个人数字助理、电子游戏、汽车和其它嵌入式系统、手机和各个其他无线设备，它们在本申请中被共同表示“计算机系统”。然而，其它修改、变化和替代也是可能的。说明书和附图相应地被认为是说明性的而不是限制意义的。在权利要求中，放置在括号之间的任何附图标记不得被解释为限制权利要求。词语“包括”不排除存在权利要求中所列出的那些之外的其它元素或步骤。此外，本发明所用的“一”被定义为一个或多个。并且，即使当相同权利要求包括介绍性短语“一个或多个”或“至少一个”以及诸如“一”的不定冠词，权利要求中的诸如“至少一个”和“一个或多个”的介绍性短语的使用不应当被理解为暗示由不定冠词“一”介绍另一个权利要求元素是将包含该所介绍的权利要求元素的任何特定权利要求限制到仅包含一个此类元素的发明。使用定冠词也是如此。除非另有说明，使用术语如“第一”以及“第二”是用于任意区分这些术语描述的元素。因此，这些术语不一定表示时间或这些元素的其它优先次序。某些措施在相互不同的权利要求中被列举的事实并不表示这些措施的组合不能被用于获取优势。