專利名稱：用于管芯上的電壓微分器設計的下電方案的制作方法
技術領域：
本發明涉及集成電路，尤其涉及在集成電路上產生多種電源電壓。
背景近來，對于高性能計算機系統來說，功耗已變成重要的問題。結果，對現代超大規模集成(VLSI)系統來說，低功率設計已變得非常重要。降低集成電路(IC)中的功耗的最有效方式是降低IC處的電源電壓(Vcc)。
為了同時實現高性能和低功率，開發了各種技術，多Vcc設計。但是，由于較高的封裝和布線成本，通常很難使用常規片外(off-chip)穩壓器形成多Vcc設計。
附圖概述通過以下給出的詳細描述和本發明各種實施例的附圖將更完整地理解本發明。但是，不應用附圖將本發明限制成具體實施例，其僅用于說明和理解。
圖1是集成電路的一個實施例的框圖；圖2是電路塊的一個實施例的框圖；以及圖3示出電壓微分器的一個實施例。
具體實施例方式
描述使用管芯上(on-die)的電壓微分器將集成電路(IC)上的一個或多個電路塊下電的結構。在以下的描述中，闡述大量細節。但是，本技術領域內的熟練技術人員顯而易見的是，可以不用這些具體細節而實施本發明。在其它情況中，公知的結構和裝置以框圖形式而非詳細地示出，以避免模糊本發明。
說明書中對“一個實施例”或“一實施例”的參考表示聯系實施例描述的特定特點、結構或特性包含在本發明的至少一個實施例中。說明書中各處中短語“在一個實施例中”的出現不必都涉及同一實施例。
圖1是IC 100的一個實施例的框圖。根據一個實施例，IC 100被分成25個電路塊110。在進一步的實施例中，每個電路塊110包括電壓微分器120。每個電壓微分器120都從外部電源(Vcc_global)生成局部電源(Vcc_local)。在一個實施例中，只要包含微分器120的具體電路塊110在待機狀態下工作，微分器120就切斷Vcc_local。本技術領域內的普通技術人員將理解，IC 100內可采用其它數量的電路塊110。
圖2是電路塊110的一個實施例的框圖。電路塊110包括電壓微分器120、功能單元塊(FUB)230和控制模塊250。FUB230耦合到電壓微分器120。在一個實施例中，FUB230是邏輯電路，它具有IC 100內的各種元件(例如，微處理器邏輯、微控制器邏輯、存儲器邏輯等等)。FUB230由從電壓微分器120接收的Vcc_local供電。
控制模塊250耦合到電壓微分器120和FUB230。控制模塊根據FUB230電路的狀態確定電路塊110的工作模式。根據一個實施例，控制模塊250將待機信號(SLP)發送到電壓微分器120。SLP用于表示FUB230當前處于工作模式還是待機模式。
如果FUB230處于工作模式，則控制模塊250將高邏輯電平(例如，邏輯1)發送到電壓微分器120，表示將生成Vcc_local并將其傳送到FUB230。但是，如果FUB230空閑，則控制模塊250將低邏輯電平(例如，邏輯0)發送到電壓微分器120，表示將把FUB230下電。因此，不生成Vcc_local，并保存電能。
圖3示出電壓微分器120的一個實施例。電壓微分器120包括電阻R1和R2、比較器350、倒相器、與非(NAND)門電路、PMOS晶體管(P)和電容器。電阻R1和R2用于生成用于比較器350的基準電壓(VREF)。基準電壓由等式VREF＝R2*Vcc/(R1+R2)表示。在一個實施例中，VREF可通過改變電阻R1和R2的阻值在每個電路塊110處被調整為所需電壓。
在比較器350的一個輸入處接收VREF。比較器350在其第二輸入處接收來自晶體管P的Vcc_local的反饋。比較器350比較VREF和Vcc_local。如果Vcc_local落到VREF之下，則比較器350的輸出被激活到邏輯0。根據一個實施例，比較器350是運算放大器。但是，本技術領域內的普通技術人員之一將理解，其它比較邏輯電路也可用于實現比較器350。
倒相器耦合到比較器350的輸出并顛倒從比較器350接收的輸出值。倒相器的輸出耦合到NAND門電路的一個輸入。NAND門電路在其第二輸入處接收SLP信號。只要NAND門電路的輸入和SLP信號都是邏輯1，則NAND門電路被激活到邏輯0。在其它實施例中，倒相器可不包括在電壓微分器120內。在這種實施例中，NAND門電路可由與門電路(and-gate)代替。
晶體管P的柵極耦合到NAND門電路的輸出。晶體管P的源極耦合到Vcc_global，而漏極耦合到比較器350的輸入、電容器和FUB230。只要NAND門電路被激活到邏輯0，就激活晶體管P。
在FUB230工作模式(例如，SLP＝邏輯1)期間，只要Vcc_local落到VREF之下，就激活晶體管P。具體地，比較器350檢測到這種情況并被激活到邏輯0。倒相器將邏輯0信號轉換為邏輯1。因此，NAND門電路被激活到邏輯0，激活晶體管P的柵極。晶體管P給去耦電容器充電，增加Vcc_local。如果Vcc_local大于VREF，則晶體管P被切斷。結果，Vcc_local總是接近于VREF。
在待機模式期間，由于接收到的SLP值是邏輯0，NAND門電路被去激活。因此，晶體管P被切斷。Vcc_local將下降并明顯減少給電路塊110的泄漏功率。
管芯上的電壓微分器的使用使得在IC內產生用于每個電路塊的局部電源電壓，其降低功率耗散。此外，與管芯上的電壓微分器組合的下電(或待機)控制機構顯著減少空閑時間內電路塊的泄漏功率。
在閱讀以上描述之后，本發明的許多變換和修改將無疑變成是本技術領域內的普通技術人員顯見的，可以理解，所示和通過說明描述的任何特定實施例決非旨在被理解成限制。因此，各種實施例的詳細參考不旨在限制權利要求書的范圍，其中僅敘述被認為是本發明的那些特點。
權利要求
1.一種集成電路，其特征在于，包括多個電路塊，每個電路塊都具有一電壓微分器，它生成用于電路塊的局部電源。
2.如權利要求1所述的集成電路，其特征在于，所述多個電路塊中的每一個都工作于正常功率模式和待機模式，它使得電路塊能夠切斷局部電源。
3.如權利要求2所述的集成電路，其特征在于，進一步包括第一電路塊，它包括第一電壓微分器；第一功能單元塊(FUB)，它耦合到所述第一電壓微分器；以及第一控制模塊，它耦合到第一電壓微分器和第一FUB，它確定第一電路塊的工作模式。
4.如權利要求3所述的集成電路，其特征在于，所述控制模塊生成待機信號，它被發送到第一電壓微分器并表示第一電路塊工作于正常功率模式還是待機模式。
5.如權利要求3所述的集成電路，其特征在于，所述第一電壓微分器包括電壓基準發生器，它生成基準電壓；以及比較器，它耦合到所述電壓基準發生器并比較基準電壓和局部電源電壓。
6.如權利要求5所述的集成電路，其特征在于，第一電壓微分器進一步包括倒相器，它耦合到比較器的輸出；NAND門電路，其第一輸入耦合到倒相器的輸出而第二輸入耦合到控制模塊用于接收待機信號；PMOS晶體管，其柵極耦合到NAND門電路的輸出而漏極耦合到FUB和比較器；以及電容器，它耦合到PMOS晶體管的漏極。
7.如權利要求5所述的集成電路，其特征在于，所述比較器包括運算放大器。
8.如權利要求5所述的集成電路，其特征在于，電壓基準發生器包括第一電阻，它耦合到全局電壓電源和所述比較器；以及第二電阻，它耦合到所述第一電阻、所述比較器和接地。
9.如權利要求3所述的集成電路，其特征在于，進一步包括第二電路塊，該第二電路塊包括第二電壓微分器；第二FUB，它耦合到第二電壓微分器；以及第二控制模塊，它耦合到所述第二電壓微分器和所述第二FUB并確定第二電路塊的工作模式。
10.一種集成電路內的電路塊，其特征在于，該電路塊包括電壓微分器，它生成用于電路塊的局部電源；功能單元塊(FUB)，它耦合到第一電壓微分器；以及第一控制模塊，它耦合到第一電壓微分器和FUB并確定電路塊是否工作于正常功率模式和待機模式，它使得電路塊切斷局部電源。
11.如權利要求10所述的電路塊，其特征在于，控制模塊生成待機信號，它被發送到電壓微分器并表示第一電路塊工作于正常功率模式還是待機模式。
12.如權利要求10所述的集成電路，其特征在于，所述電壓微分器包括電壓基準發生器，它生成基準電壓；以及比較器，它耦合到電壓基準發生器并將基準電壓和局部電源電壓進行比較。
13.如權利要求12所述的集成電路，其特征在于，電壓微分器進一步包括倒相器，它耦合到比較器的輸出；NAND門電路，其第一輸入耦合到倒相器的輸出而第二輸入耦合到控制模塊用于接收待機信號；PMOS晶體管，其柵極耦合到NAND門電路的輸出而漏極耦合到FUB和比較器；以及電容器，它耦合到PMOS晶體管的漏極。
14.如權利要求12所述的集成電路，其特征在于，比較器包括運算放大器。
15.如權利要求12所述的集成電路，其特征在于，電壓基準發生器包括第一電阻，它耦合到全局電壓電源和比較器；以及第二電阻，它耦合到第一電阻、比較器和接地。
16.一種電壓微分器，其特征在于，包括電壓基準發生器，它從全局電源生成基準電壓；以及比較器，它耦合到電壓基準發生器并將基準電壓與電壓微分器處生成的局部電源電壓進行比較。
17.如權利要求16所述的電壓微分器，其特征在于，電壓微分器工作于正常功率模式和待機模式，它切斷局部電源。
18.如權利要求16所述的集成電路，其特征在于，電壓微分器進一步包括倒相器，它耦合到比較器的輸出；NAND門電路，其第一輸入耦合到倒相器的輸出而第二輸入耦合到控制模塊用于接收待機信號；PMOS晶體管，其柵極耦合到NAND門電路的輸出而漏極耦合到功能單元塊(FUB)和比較器；以及電容器，它耦合到PMOS晶體管的漏極。
19.如權利要求16所述的集成電路，其特征在于，比較器包括運算放大器。
20.如權利要求16所述的集成電路，其特征在于，所述電壓基準發生器包括第一電阻，它耦合到全局電壓電源和比較器；以及第二電阻，它耦合到第一電阻、比較器和接地。
全文摘要
根據一個實施例，揭示了一種集成電路。該集成電路包括多個電路塊。每個電路塊都包括電壓微分器，它生成用于該電路塊的局部電源。
文檔編號G05F1/10GK1647014SQ03808305
公開日2005年7月27日 申請日期2003年2月14日 優先權日2002年3月11日
發明者K·張, L·偉 申請人:英特爾公司