专利名称：管理半导体器件功耗的方法和装置的制作方法
背景技术：
半导体器件在本领域中通常被称作“芯片”。一些半导体器件可能包括微电子系统。例如，系统芯片(SOC)可能包括图形控制器、处理器、调制解调器、一个或多个无线通信单元、输入/输出接口单元、显示控制器、数字信号处理器、一个或多个存储器等。系统芯片可以用在例如电池驱动的设备中和/或低功率设备中，并且可能包括动态电压管理(DVM)机制，用来对电池驱动的设备和/或低功率设备的片上系统或其他元件的功耗进行控制。
发明内容
在说明书的结论部分具体指出并且明确要求了本发明的主题。但是，在结合附图阅读下面的详细描述时，可以最好地理解本发明的操作方法和组织，以及本发明的目的、特征和优点，在附图中
图1是根据本发明示例性实施例的无线通信设备的示意图；图2是根据本发明示例性实施例的功率管理系统的示意框图；图3是根据本发明一个示例性实施例的用于改变半导体器件的工作电压的方法的示意性流程图；图4是根据本发明另一个示例性实施例的用于改变半导体器件的工作电压的方法的示意性流程图；应当理解，为了图示简化和清楚，图中示出的元件不是按比例绘制的。例如，为了清楚起见，一些元件的尺寸相对于其他元件可能被放大了。此外，在认为合适的地方，在多幅图中可以重复使用标号来指示相应或类似的元件。
具体实施例方式
在下面的详细描述中阐述了很多具体细节，以便于充分理解本发明。但是，本领域技术人员将理解，没有这些具体细节也可以实施本发明。在另外一些例子里，没有对公知的方法、过程、部件和电路进行详细的描述，以避免喧宾夺主、淡化了本发明的主要内容。
详细描述中的下面一些部分以对计算机存储器中的数据位或二进制数字信号进行的操作的算法和符号表示给出。这些算法描述和表示可以是数据处理领域的技术人员用来向本领域其他技术人员表达它们的工作的主旨的技术。
除非另外详细陈述，从下面的讨论可以清楚地意识到，在整个说明书的讨论中，利用诸如“处理”、“计算”、“运算”、“确定”之类的术语指代计算机或计算系统或类似的电子计算设备的动作和/或处理，这些动作和/或处理将计算系统的寄存器和/或存储器中的表示为物理(例如电子)量的数据进行操纵和/或变换成类似地表示为计算系统的存储器、寄存器或其他这种信息存储、传输和显示设备中的物理量的其他数据。另外，术语“多个”可以在整个说明书中用于描述两个或更多个组件、设备、元件、参数等。例如，“多个移动台”描述两个或更多个移动台。
应当理解，本发明可以用在各种应用中。尽管本发明不限于这里所述的，这里公开的电路和技术可以被用在多种装置中，例如手持设备、电池驱动设备、无线电系统的无线通信设备等。要包括在本发明范围内的无线通信设备例如包括无线局域网(WLAN)设备、双向无线电设备、数字无线电设备、模拟无线电设备、蜂窝无线电话设备等。
要包括在本发明的范围内的手持设备的类型包括但不限于平板电脑、个人数字助理(PDA)、便携式电子邮件(Email)设备等。
本发明的一些实施例可以例如利用机器可读介质或制品实现，机器可读介质或制品可以存储指令或指令集合，指令或指令集合由机器(例如，由无线通信系统的台站和/或由其他适当的机器)执行来使该机器根据本发明的实施例执行方法和/或操作。这种机器可以包括例如任何适当的处理平台、计算平台、计算设备、处理设备、计算系统、处理系统、计算机、处理器等，并且可以利用硬件和/或软件的任何适当的组合实现。机器可读介质或制品可以包括例如任何适当类型的存储器单元、存储器器件、存储器制品、存储器介质、存储设备、存储制品、存储介质和/或存储单元，例如，存储器、可移动或不可移动介质、可擦或者非可擦介质、可写或者可重写介质、数字或模拟介质、硬盘、软盘、致密盘只读存储器(CD-ROM)、可记录致密盘(CD-R)、可重写致密盘(CD-RW)、光盘、磁介质、各种类型的数字通用盘(DVD)、磁带、盒带等。指令可以包括任何适当类型的代码，例如，源代码、编译代码、解释代码、可执行代码、静态代码、动态代码等，并且可以利用任何适当语言实现，所述语言包括高级、低级、面向对象、可视、编译和/或解释编程语言，例如，C、C++、Java、BASIC、Pascal、Fortran、Cobol、汇编语言、机器码等。
转到图1，示出了根据本发明示例性实施例的无线通信设备100。尽管本发明的范围不限于这里所述的，但是无线通信设备100可以是蜂窝移动设备、无线局域网(WLAN)和/或无线城域网(WPAN)的无线设备，例如，接入点、无线个人数字助理(PDA)、移动计算机、移动数据终端等。
根据图1所示的示例性实施例，无线通信设备100可以包括天线110、半导体器件120、显示屏130、扬声器140、麦克风150、电压稳压器160、电源170和键盘180，但是本发明的范围绝不限于本发明的该示例性实施例。
尽管本发明的范围不限于这里所述的，但是在本发明的一些实施例中，半导体器件120可以包括片上系统(SOC)，其能够执行移动通信设备的至少一些任务。例如，半导体器件120可以包括无线通信单元121，无线通信单元121能够在蜂窝无线电话系统和/或WLAN和/或WPAN和/或个人域网络(Piconet)和/或其他类似的系统或网络中工作。另外，半导体器件120可以包括处理器122、存储器123、输入/输出(I/O)接口单元124、功率管理单元125、音频/视频单元126、显示控制器127和频率发生器128。
尽管本发明的范围不限于这里所述的，但是天线110可以包括一个或多个天线，并且天线可以包括内部天线、天线阵列、双极天线、多极天线、多向天线等。在本发明的一些实施例中，天线110可以可操作地耦合到无线通信单元121，并且可以接收和/或发送经调制的射频(RF)信号。处理器122可以包括数字信号处理器(DSP)和/或其他类型的处理器，并且如果希望的话可由总线129可操作地连接到半导体器件120的其他单元。
在本发明的一些示例性实施例中，I/O接口单元124可被可操作地耦合到键盘180，并且如果希望的话可以将键盘敲击传送到处理器122。存储器123可以包括闪存和/或任何其他希望类型的存储器，并且能够存储应用程序、操作系统、临时数据值等。音频/视频单元126可以被耦合到扬声器140和麦克风150，并且可以处理音频信号。另外，在本发明的一些实施例中，音频/视频单元126可以包括图形处理器，并且可以被耦合到照相机或录像机(未示出)，并且如果希望的话能够对可以在显示屏130上显示的图像和/或视频进行处理。显示控制器127可以控制显示屏130，显示屏130可以包括液晶显示屏和/或任何其他类型的图形或字符显示屏，如果希望的话。
尽管本发明的范围不限于这里所述的，但是频率发生器128可以生成半导体器件120所需的时钟频率。根据本发明一些实施例，时钟频率被改变以控制半导体器件120的功耗。功率管理单元125可以从总线129接收参考数，参考数可以与时钟频率相关，并且可以被用作通过将参考数转换成电压值来改变半导体器件120的工作电压的基础。功率管理单元125可以将电压值提供给电压稳压器160，如果希望的话，电压稳压器160可以根据该值设置半导体器件120的电压。
尽管本发明的范围不限于这里所述的内容，但是根据本发明的一些实施例，半导体器件120可以包括软件和/或硬件和/或硬件和软件的任意组合，它们可以将半导体器件120所要求的工作频率转换成与该半导体器件所要求的工作频率和/或所要求的工作电压电平相关的对应参考数。如果希望的话，参考数可由软件和/或硬件和/或硬件和软件的任意组合进一步操纵来提供所要求的电压值。
转到图2，示出了根据本发明示例性实施例的功率管理系统200的一部分的框图。尽管本发明的范围不限于这里所述的，但是功率管理系统200能够控制半导体器件120的功耗。在本发明的该示例性实施例中，功率管理系统200可以被实现在半导体器件120内。应当理解，功率管理系统200可由硬件和/或软件和/或硬件和软件的组合实现。
尽管本发明的范围不限于此，但是功率管理系统200可以包括一个或多个可以控制半导体器件120的工作频率的频率控制寄存器220；一个或多个可以将频率范围映射到电压电平的映射寄存器230；一个或多个可以将电压电平设置到某个电压值的电压设置寄存器240；电压电平译码器250；电压值译码器260；以及功率管理单元270。
尽管本发明的范围不限于这里所述的，但是应当理解，在本发明的一些实施例中，存储器和/或查找表和/或软件函数和/或硬件单元等可以被用来实现频率控制寄存器220、映射寄存器230和电压设置寄存器240的功能，尽管本发明的范围不限于这里所述的。
尽管本发明的范围不限于这里所述的，但是在本发明的一些实施例中，总线280可以将来自半导体器件120的不同单元的值提供给寄存器220、230和240。例如，图1的处理器122可以将所要求的工作频率值提供给频率控制寄存器220。频率控制寄存器220可以将所要求的工作频率值提供给频率发生器128，频率发生器128可以设置半导体器件120的所要求的工作频率。另外，频率控制寄存器220可以将所要求的工作频率值提供给功率管理单元270和译码器250。
另外或者可替换地，半导体器件可以包括可能要求不同的工作频率的两个或更多个处理器和/或其他单元，如果希望的话这些不同的工作频率可以被提供给频率控制寄存器220。
根据本发明一个示例性实施例，处理器122可以提供一定范围内的频率值到映射寄存器230。映射寄存器230可以将一定范围内的频率值映射到所要求的电压电平。例如，所要求的电压电平值可以是与电压电平相关的参考数，例如，高、中或低电压电平。在另一个示例性实施例中，参考数可以被与第一、第二、第三、第四电压电平等相关。如果希望的话，映射寄存器230可以在一定范围内的频率和与电压电平相关的参考数之间匹配。电压电平译码器250可以根据所要求的工作频率将参考数分配给所要求的电压电平。
尽管本发明的范围不限于这里所述，但是电压设置寄存器240可以将一个或多个电压值与所要求的电压电平相匹配，并且如果希望的话，可以将匹配的电压值提供给电压值译码器260。电压值译码器260可以从参考数(例如，所要求的电压电平)和匹配的电压值译码出所要求的电压值。根据本发明一些实施例，功率管理单元270可以接收所要求的电压和所要求的工作频率，并且可以设置外部电压稳压器(例如，电压稳压器160)来将所要求的电压提供给半导体器件120。
尽管本发明的范围不限于这里所述的，但是，例如，半导体器件的工作电压范围可以包括0.5V到1.8V范围的子范围。如果希望的话，工作频率范围可以例如从几MHz变化到约1G赫兹。在本发明的一些实施例中，可以根据公式1/2*C*V2*F计算功率，其中C可以是在半导体器件120的门的每个翻转上被充电的电容，V可以代表半导体器件120的电源电压，F可以代表工作频率，尽管本发明的范围不限于这里所述的。
根据本发明的一些其他实施例，频率控制器290可以将所要求的频率值提供给频率控制寄存器220(虚线示出的)。频率控制器290可以包括硬件单元，可以对半导体器件120的单元和/或组件和/或核心的功耗进行监控，并且可以将那些单元和/或组件和/或核心的频率改变到所要求的频率，尽管本发明不限于这里所述的。
另外，监控器295(虚线示出的)可以对半导体器件的温度、处理偏斜或例如可由半导体器件的电路自动确定的任何其他属性进行监控。监控器295可以向译码器260提供对所监控的属性的指示，译码器260可以根据所要求的电压电平针对所要求的电压值进行译码。电压值译码器260能够利用一个或多个被监控的属性对参考数进行操纵，尽管本发明的范围不限于这里所述的。
转到图3，示出了根据本发明示例性实施例用来改变半导体器件的工作电压的方法的流程图。尽管本发明的范围不限于这里所述的，例如，功率管理系统200可以采用一种或多种方法和/或算法和/或机制来改变半导体器件120的工作电压，如果希望的话。
根据本发明一个实施例，功率管理系统200可以例如从译码器250接收所要求的电压电平(文字框300)。例如，当工作频率已被改变，或者一个或多个环境参数例如温度已被改变时可以接收请求(文字框310)。所要求的电压值可以例如由译码器260确定(文字框320)，并且功率管理单元270可以驱动要由外部电压稳压器(例如，图1的电压稳压器160)执行的电压改变序列，如果希望的话(文字框330)。
转到图4，示出了根据本发明另一个示例性实施例的用于改变半导体器件的工作电压的方法的流程图。尽管本发明的范围不限于这里所述的，但是半导体器件可以包括片上系统，例如图1的半导体器件120上的系统。此外，半导体器件可以包括可以操作软件应用程序来对半导体器件(例如，半导体器件120)的功耗特性进行控制的处理器(例如，处理器122)。在本发明的一个实施例中，软件应用程序可以请求频率改变，并且在本发明的一些实施例中，频率改变请求可由硬件作出，如果希望的话(文字框400)。半导体器件的功率管理系统可以确定所要求的频率改变是否可能比半导体器件的工作频率高(文字框410)。例如，在本发明的一些实施例中，软件可以使用频率控制寄存器(例如，频率控制寄存器220)来改变频率，如果希望的话。
根据本发明的一些实施例，功率管理系统可以确定所要求的电压电平(文字框420)，以及是否所要求的电压电平比当前电压电平高(文字框430)，软件和硬件可以调用电压改变任务(文字框430)。例如，在本发明的一些实施例中，电压改变任务可以对功率管理单元(例如，功率管理单元270)进行控制来改变半导体器件的电压。在本发明的该示例性实施例中，可以通过将半导体器件的工作频率改变到所要求的频率从而结束该方法(文字框450)。例如，软件应用程序可以将图1的频率发生器128设置到所要求的频率，如果希望的话。
尽管本发明的范围不限于本发明的该示例性实施例，所要求的频率可以比工作频率低(文字框410)，并且软件可以将工作频率改变到所要求的频率(文字框460)。根据本发明的该实施例，所要求的频率水平可以比当前频率水平低(文字框480)，并且软件可以调用电压改变任务来根据所要求的电压电平改变半导体器件的电压(文字框490)。在本发明的一些实施例中，电压改变任务可以等待来自功率管理单元(例如，功率管理单元220)的确认(ACK)信号，如文字框440和450所示，尽管本发明的范围不限于这里所述的。
尽管这里已示出并描述了本发明的一些特征，但是对于本领域技术人员，可以作出许多修改、替换、改变和等同。因此，应当理解，所附权利要求书是要覆盖落入本发明真实精神范围内的所有修改和改变。
权利要求
1.一种方法，包括生成与一个或多个电压电平相关的参考数；以及通过根据基于所述参考数的所要求的电压值改变半导体器件的工作电压，来管理所述半导体器件的功耗。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述生成操作包括根据一定范围的频率值映射所要求的电压电平；以及对所述半导体器件的工作频率和所要求的电压电平进行译码来提供所述参考数。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述生成操作包括对所述半导体器件的两个或更多个单元的工作频率和所要求的电压进行译码来提供所述参考数。
4.如权利要求1所述的方法，包括根据所要求的电压电平对所述参考数进行译码来产生所要求的电压值。
5.如权利要求4所述的方法，其中，对所述电压电平进行译码包括利用所述半导体器件的属性对所述参考数进行操纵来提供所要求的电压值。
6.一种半导体器件，包括功率管理单元，其能够通过根据基于参考数的所要求的电压值改变所述半导体器件的工作电压，来管理所述半导体器件的功耗，其中，所述参考数与一个或多个电压电平相关。
7.如权利要求6所述的半导体器件，包括映射寄存器，其根据一定范围的频率值映射所要求的电压电平；以及电压电平译码器，其对所述半导体器件的工作频率和所要求的电压电平进行译码来提供所述参考数。
8.如权利要求7所述的半导体器件，其中所述电压电平译码器能够对所述半导体器件的两个或更多个单元的工作频率和所要求的电压电平进行译码来提供所述参考数。
9.如权利要求6所述的半导体器件，包括电压值译码器，其根据所要求的电压电平对所述参考数进行译码并产生所要求的电压值。
10.如权利要求7所述的半导体器件，其中所述电压电平译码器能够利用所述半导体器件的属性对所述参考数进行操纵来提供所要求的电压值。
11.一种装置，包括功率管理单元，其能够根据与基于所要求的电压电平的参考数相关的所要求的电压值来改变所述装置的电压，其中，所要求的电压电平与所述装置的所要求的工作频率相关。
12.如权利要求11所述的装置，包括一个或多个频率控制寄存器，其提供所要求的工作频率值；一个或多个映射寄存器，其将一定范围的频率值映射到所要求的电压电平；以及电压电平译码器，其根据所要求的工作频率值将所述参考数分配给所要求的电压电平。
13.如权利要求11所述的装置，包括一个或多个设置寄存器，其将一个或多个电压值与所要求的电压电平匹配来提供匹配的电压值；以及电压值译码器，其从所述参考数和所述匹配的电压值译码出所要求的电压值。
14.如权利要求13所述的装置，其中，所述电压值译码器能够利用所述装置的一个或多个属性对所述参考数进行操纵来产生所述电压值。
15.一种手持设备，包括电压稳压器，其提供半导体器件的电压值，其中，所述半导体器件包括功率管理单元，所述功率管理单元能够根据与基于所要求的电压电平的参考数相关的所要求的电压值，来改变所述电压稳压器的电压，其中，所要求的电压电平与所述装置的所要求的工作频率相关。
16.如权利要求15所述的手持设备，其中，所述半导体器件包括一个或多个频率控制寄存器，其提供所要求的工作频率值；一个或多个映射寄存器，其将一定范围的频率值映射到所要求的电压电平；以及电压电平译码器，其根据所要求的工作频率值将所述参考数分配给所要求的电压电平。
17.如权利要求15所述的手持设备，其中，所述半导体器件包括一个或多个设置寄存器，其将一个或多个电压值与所要求的电压电平匹配来提供匹配的电压值；以及电压值译码器，其从所述参考数和所述匹配的电压值译码出所要求的电压值。
18.如权利要求17所述的手持设备，其中，所述电压值译码器能够利用所述半导体器件的一个或多个属性对所述参考数进行操纵来产生所述电压值。
19.一种包括存储介质的制品，所述存储介质具有存储在其上的指令，所述指令在被执行时导致生成与一个或多个电压电平相关的参考数；以及通过根据基于所述参考数的所要求的电压值改变半导体器件的工作电压，来管理所述半导体器件的功耗。
20.如权利要求19所述的制品，其中，所述用于生成的指令在被执行时导致根据一定范围的频率值映射所要求的电压电平；以及对所述半导体器件的工作频率和所要求的电压电平进行译码来提供所述参考数。
21.如权利要求19所述的制品，其中，所述用于生成的指令在被执行时导致对所述半导体器件的两个或更多个单元的工作频率和所要求的电压电平进行译码来提供所述参考数。
22.如权利要求19所述的制品，其中，所述指令在被执行时导致根据所要求的电压电平对所述参考数进行译码来产生所要求的电压值。
23.如权利要求19所述的制品，其中，所述用于对电压电平进行译码的指令在被执行时导致利用所述半导体器件的属性对所述参考数进行操纵来提供所要求的电压值。
全文摘要
一种用于半导体器件的功率管理系统的方法和装置，能够通过根据基于参考数的电压值改变半导体器件的工作电压，来管理半导体器件的功耗。
文档编号G06F1/32GK101084479SQ200580043761
公开日2007年12月5日 申请日期2005年11月15日 优先权日2004年12月20日
发明者阿米特·多尔, 查尔斯·罗斯, 马克·福勒尔顿 申请人:马维尔国际贸易有限公司