功率管理方法及其系統與流程

本申請要求申請日為2015年8月4日的美國臨時申請號為62/201,054的專利申請的優先權。上述專利申請的全部內容被合并引用到本申請中。

技術領域

本發明實施例涉及功率管理，更具體地，涉及一種功率管理方法及其系統，用于通過執行功率控制操作來防止過流事件。

背景技術：

隨著先進集成芯片制造技術的演進，芯片上設置的元件的數量及電路復雜度也在增加，因此片上系統(System-on-Chip，SoC)方案是切實可行的。還逐漸地將供給SoC芯片的操作電壓降低到更低的級別，以實現更有競爭力的產品規格。當需求功耗實質上保持不變時，操作電壓的降低使得難以保證SoC芯片的輸出電壓的穩定性，尤其是當消耗(draw)大的操作電流時。芯片消耗的大操作電流所引起的輸出電壓的不穩定性是一種過流事件(over current event)。本領域需要一種防止過流事件的系統性解決方案。

技術實現要素：

本發明的一個實現方式公開了一種功率管理方法。該功率管理方法包含：生成相關功率值；向功率管理控制器通知相關功率值是否已超過閾值；以及當相關功率值超過閾值時，通過功率管理控制器執行功率控制操作，其中功率控制操作用于防止過流事件。

本發明的另一實現方式公開了一種功率管理系統。該功率管理系統包含：功能單元；功率計，耦接至功能單元，用于生成功能單元對應的相關功率值；以及功率管理控制器，耦接至功率計，用于在被功率計通知時執行功率控制操作，功率控制操作用于防止過流事件，其中當相關功率值已超過閾值時，功率計通知功率管理控制器。

基于以上技術方案，在本發明實施例中，在相關功率值超過閾值時，功率管理控制器執行功率控制操作，因而本發明實施例可以防止過流事件。

在閱讀下面的顯示在不同附圖中的優選實現方式的詳細描述后，對于本領域普通技術人員來說，本發明的這些和其它目的將變得顯而易見。

附圖說明

圖1是根據本發明一個實現方式的功率管理系統的示意圖。

圖2是根據本發明一個實現方式的功率計及功能單元的概要示意圖。

圖3是根據本發明另一實現方式的功率計及功能單元的概要示意圖。

圖4是根據本發明再一實現方式的功率計及功能單元的概要示意圖。

圖5是根據圖4及本發明一個實現方式的生成前述轉換率的示意圖。

圖6是根據圖4及本發明另一實現方式的生成前述轉換率的另一動態示意圖。

圖7是根據本發明另一實現方式的功率管理系統的示意圖。

圖8是根據本發明一個實現方式的功率控制操作對應的波形圖的示意圖。

圖9是根據本發明另一實現方式的功率控制操作對應的波形圖的示意圖。

圖10是根據本發明再一實現方式的功率控制操作對應的波形圖的示意圖。

圖11是根據本發明一個實現方式的功率管理方法的示意性流程圖。

具體實施方式

圖1是根據本發明一個實現方式的功率管理系統100的示意圖。功率管理系統100可包括功能單元110、功率計120及功率管理控制器130。功率計120可耦接至功能單元110，用于生成功能單元110的操作對應的相關功率值Pv。功率管理控制器130可耦接至功率計120，用于在被功率計120通知時，執行功率控制操作以防止過流事件。根據本發明的實現方式，功率計120可通過發送通知信號S1，來通知功率管理控制器130。當相關功率值Pv已超過閾值TH時，功率計120可通知功率管理控制器130。功率計120可包括比較器單元1220，用于檢查相關功率值Pv是否已超過閾值TH，以及生成前述通知信號S1。

圖2是根據本發明一個實現方式的功率計120及功能單元110的概要示意圖。在圖2中，功率計120可通過對功能單元110進行采樣來得到相關功率值Pv。也就是說，可從功能單元110采樣及獲得相關功率值Pv。圖2中所示的相關功率值Pv可包括功能單元110消耗的操作電流所對應的電流電平和/或電壓電平。可用電子的數字功率計或設計用于采樣電流值和/或電壓值的檢測器，來采樣相關功率值Pv。

圖3是根據本發明另一實現方式的功率計120及功能單元110的概要示意圖。在圖3中，功率指標Pd可被采樣及收集至相關功率值生成器(power related value generator)1210以被后續處理，用以生成相關功率值Pv。例如，當已采樣的功率指標Pd是檢測到的電壓值時，相關功率值生成器1210可執行模數轉換操作、功耗計算操作及電平確定操作，以確定對應的相關功率值Pv。在該過程中可使用一組查找表。接著，可將相關功率值Pv與閾值TH作比較。在圖2-3中，根據本發明實現方式，相關功率值Pv可以為與功耗成正比的指標，諸如(但不限于)電流電平、電壓電平、數據速率及激活周期參數(active duty parameter)。

圖4是根據本發明再一實現方式的功率計120及功能單元110的概要示意圖。在圖4中，功率計120用于從功能單元110采樣多個功率指標Pdi-Pdj，從該多個功率指標Pdi-Pdj生成轉換率(slew rate)，來生成相關功率值Pv。在圖4中，功率指標Pdi-Pdj可以為與功耗成正比的指標，諸如根據本發明實現方式的電流電平、電壓電平、數據速率及激活周期參數。相關功率值Pv可以為已生成的轉換率。在圖4中，相關功率值生成器1210a從已采樣的功率指標Pdi-Pdj生成轉換率。功率指標Pdi-Pdj可包括功能單元110消耗的操作電流所對應的多個電流電平和/或多個電壓電平。可用電子的數字功率計或設計用于采樣電流值和/或電壓值的檢測器，來對功率指標Pdi-Pdj進行采樣。本文中的轉換率可以為每個時間單位的變化率。例如，假設第一功率指標被采樣為5.2伏特，第二功率指標被采樣為5.8伏特，以及兩次采樣之間的時間間隔為500毫秒，那么轉換率為1.2伏特/秒。

在該例子中，已獲得的轉換率1.2伏特/秒可以作為相關功率值Pv，用以與閾值TH比較，或者被后續處理以生成相關功率值Pv。

如上所述，圖1-4中示出的功率計120可以為或者包括電流檢測器、電壓檢測器、帶寬檢測器、激活周期檢測器或功率指標檢測器，用于對相應于功能單元110的功耗狀態的至少一個功率指標或相關功率值(例如，電流電平或電壓電平)進行采樣。

圖5是根據圖4及本發明一個實現方式的生成前述轉換率的示意圖。以功率指標Pd0-Pd5為例(其中Pd0-Pd5可以為Pdi-Pdj中的一組)，功率指標Pd0-Pd5可以由功率計120順序采樣。由于Pwr1-Pwr5中的每個功率值可以與功率指標Pd0-Pd5中的每個成正比，可使用功率指標Pd0-Pd5計算功率值Pwr1-Pwr5。相關功率值Pv1-Pv5中的每個可對應于圖1-4中示出的相關功率值Pv。接著通過執行轉換率計算，可以獲得相關功率值Pv1-Pv5。例如，相關功率值Pv1可對應于功率值Pwr1及Pwr2的轉換率。每個功率指標Pd可以為相關功率事件對應的參數，相關功率事件諸如使用中的已采樣的數據速率或觀察到的帶寬。每個功率指標Pd可以與實際的功耗正相關。根據功率指標Pd及經驗值，可獲得功率指標Pd對應的功率值Pwr。每個相關功率值Pv可以與功率值Pwr的變化有關。例如，當參數t1(如圖5所示)為預定時間間隔，相關功率值Pv1可以與Pwr0及Pwr1的變化正相關。相似地，可以使用功率值Pwr1及Pwr2計算相關功率值Pv2，可以使用功率值Pwr2及Pwr3計算相關功率值Pv3，等等。相關功率值Pv不限于由上述轉換率計算生成，在本發明其它實現方式中可使用查找表獲得相關功率值Pv。在圖5所示的例子中，相關功率值Pv1及Pv2沒有超過閾值TH，使得不需要將通知信號S1設為激活。然而，相關功率值Pv3已超過閾值TH(例如，相關功率值Pv3≥閾值TH)，使得出現過流事件的風險增大，將通知信號S1設為激活，用以通知功率管理控制器130執行功率控制操作。在圖5中，以通知信號S1的激活狀態表示為高態脈沖(high state pulse)為例。圖5中執行的操作可由圖4中的相關功率值生成器1210a執行。根據本發明的一個實現方式，可以以預定頻率周期性地采樣功率指標。例如，功率指標Pd0-Pd5可以為每隔50毫秒從功能單元110采樣獲得的電壓電平。圖5中的時間間隔ts是用于描述采樣時間間隔。預定頻率可以為可編程的。當將頻率編程為更高時，敏感度會增加。

在圖5中，每個相關功率值(例如，相關功率值Pv1-Pv5中的任一個)對應于使用兩個功率值(例如，功率值Pwr1-Pwr2)計算的轉換率。然而，如圖6所示，根據本發明另一實現方式，可直接計算兩個已采樣的功率指標的轉換率來獲得相關功率值，而不用先計算功率值。圖6是根據圖4及本發明另一實現方式的生成前述轉換率的另一動態示意圖。在圖6中，相關功率值Pv1可以為從已采樣的功率指標Pd0及Pd1計算而來的轉換率，相關功率值Pv2可以為從已采樣的功率指標Pd1及Pd2計算而來的轉換率，等等。因為操作原理與圖5的例子相似，這里不再重復描述。圖6中執行的操作可以由圖4中的相關功率值生成器1210a執行。

圖7是根據本發明另一實現方式的功率管理系統700的示意圖。功率管理系統700可以與圖1中示出的功率管理系統100相似，但是還包括存儲器140。存儲器140可以耦接至功率計120，以及用于存儲閾值TH及相關功率值Pv。相關功率值Pv及使用的閾值TH可存儲在存儲器140中用以統計或調試分析。在另一例子中，可在存儲器140中存儲一組數值，以及存儲的其中一個數值可被選為閾值TH。

功能單元110可包括電子單元，電子單元由數字電路、模擬電路和/或用于執行特定功能的存儲單元組成。特別地，功能單元110可以為一些場景中消耗更高功率以及需要消耗大的操作電流的功能模塊。根據本發明的實現方式，功能單元110可以為(但不限于)SoC的中央處理單元(central processing unit，CPU)、圖形處理單元(Graphics Processing Unit，GPU)或總線單元。例如，當功能單元為GPU時，功能單元110要處理一組復雜的圖像，那么功能單元110會在短時間內消耗大的操作電流使得相關功率值Pv可能會超過閾值TH，以及功率管理控制器130會執行功率控制操作，以防止過流事件及穩定輸出電壓。根據本發明的一個實現方式，功率管理控制器130可以實現為集成電路(Integrated Circuit，IC)或者芯片中的特定功能硬件模塊，IC可為諸如功率管理IC(Power Management IC，PMIC)。根據本發明的另一實現方式，功率管理控制器130可包括控制模塊及電源模塊，用于控制功率并向功能單元110供電。

上述功率控制操作可包括以下操作：

(i)通過從第一模式進入第二模式，功率管理控制器130向功能單元110輸出更高功率的輸出；

(ii)功率管理控制器130在脈沖寬度調制(Pulse Width Modulation，PWM)模式中調節操作頻率；或者

(iii)功率管理控制器130在預定時間間隔減小(throttle)系統時鐘，用以降低電流消耗。

根據本發明的一個實現方式，在操作(i)中，第一模式可以為脈沖頻率調制(Pulse Frequency Modulation，PFM)模式，以及第二模式可以為PWM模式。因為在PWM模式比起在PFM模式，功率管理控制器130可支持更高功率的輸出以及更好的驅動能力，從PFM模式進入PWM模式可防止過流事件及相關的電阻壓降(IR-drop)(即，電流(I)經過阻值(R)的電阻產生的壓降)。關于操作(ii)，圖8可以作為例子。圖8是根據本發明一個實現方式的功率控制操作對應的波形圖的示意圖。在圖8中示出了功率管理控制器130的操作時鐘的波形圖。如圖8所示，當將通知信號S1設為激活時，功率管理控制器130可將功率管理控制器130的操作頻率從頻率f1調節至頻率f2，其中頻率f2可高于頻率f1。通過使用更高的操作頻率，功率管理控制器130可增加功能單元110的供電能力，處理更繁重的任務時，發生過流事件的風險更低。關于操作(iii)，圖9及10可以作為例子。圖9是根據本發明另一實現方式的功率控制操作對應的波形圖的示意圖。在圖9中，當將通知信號S1設為激活時，功率管理控制器130可以在預定時間間隔tg減小系統時鐘以至停止系統時鐘，以及在時間間隔tg中可降低功能單元110消耗的操作電流。圖10是根據本發明再一實現方式的功率控制操作對應的波形圖的示意圖。在圖10中，當將通知信號S1設為激活時，功率管理控制器130可在預定時間間隔tg減小系統時鐘，使得在預定時間間隔tg中系統時鐘的頻率從頻率f3改變為頻率f4。頻率f4可以低于頻率f3，用以降低消耗的電流。例如，頻率f3可以為頻率f4的多倍，使得頻率f3為頻率f4的m倍，其中m為正數但不限于整數。

在圖5-10中，以通知信號S1的激活狀態表示為高態脈沖為例。然而，根據其它實現方式，通知信號S1的激活狀態可以為恒定的高態或恒定的低態，以及前述功率控制操作可僅在通知信號被設為激活的時間間隔執行。在所有情況中，需要合理的狀態轉換時間及響應時間。

圖11是根據本發明一個實現方式的功率管理方法1100的示意性流程圖。圖11可以結合圖1及7來說明。功率管理方法1100可包括以下步驟：

步驟1120：生成相關功率值Pv；

步驟1130：確定相關功率值Pv是否已超過閾值TH？如果超過，進入步驟1140；如果沒超過，進入步驟1120；

步驟1140：通知功率管理控制器130；

步驟1150：功率管理控制器130執行功率控制操作，轉去步驟1120。

如上所示，相關功率值Pv可以為從功能單元110采樣而來的功率指標，或使用從功能單元110采樣而來的至少兩個功率指標獲得的轉換率，以及可以使用前述操作(i)-(iii)中的一個實現功率控制操作。因此，這里不再重復描述。

總結地說，使用根據本發明實現方式揭露的功率管理方法及功率管理系統，可以生成相關功率值Pv以及將其與閾值TH比較，用以檢測對應于高消耗電流及高過流事件風險的場景，以及可執行功率控制操作以有效地防止過流事件以及過流事件引起的不想要的電阻壓降。穩定SoC系統的功能性能及輸出電壓的效果很顯著。

本領域技術人員將容易地看到，可在保留本發明教導的同時，做出裝置和方法的許多修改和替換。因此，上述公開內容應理解為僅由所附權利要求書的界限和范圍限制。