[发明专利]功率控制集成电路单元

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路领域。更具体来说，本发明涉及集成电路单元(cell)，它们是组成集成电路的构件块。

背景技术

已知的是提供集成电路单元，它们提供预定功能，并且用它们可组成完整的集成电路。这些单元的设计通常是单元库的组成部分，计算机化工具在整个集成电路设计中选择和布置适当的单元，以便实现指定功能性。随着集成电路变得更为复杂，用于组成那些集成电路的集成电路单元的数量迅速增加，并且在集成电路中布置和路由信号的任务变得更加困难。

集成电路设计中的另一个趋势是构成集成电路单元的半导体组件的物理尺寸的减小。还存在使用低阈值电压元件的趋势，因为可使它们更迅速地转换。特别是由于泄漏电流的增加，这些趋势以不利的方式增加了集成电路的功耗。为了解决功耗的这种不利的增加，已经提出和采用一些技术，这些技术在集成电路的若干部分不需要使用时，将那些部分与电源绝缘。这可减少那些部分的泄漏电流。还可提供关联技术，它们用于在断电之前保存将要断电的集成电路的一部分中的任何状态，使得该状态可在稍后恢复而不会丢失。这种状态保持机制有时采用所谓的“气球式锁存(balloon latches)”。另一种关联技术是在设计中在元件之间采用隔离门电路，以防止当集成电路的若干部分断电时出现的浮动输入或输出，否则它们可能产生不可预测或不正确的操作。

虽然以上所述的技术在减小泄漏电流方面是有效的，但是，它们在支持这种附加功能性所需的电路元件、电路复杂度以及特别是控制路由选择方面具有关联开销。附图的图1示意说明控制电路元件，它们可额外地在集成电路设计中提供用于支持以上所述的“睡眠”、“保存”和“启用”类型的操作。这些控制信号需要在集成电路设计上广泛地路由，并且还包括需要永久电源的缓冲器元件，使得这些缓冲器即使在它们所关联的电路元件的电源断开时也可继续驱动所需控制信号。

因此，这类功率控制机制的提供预计将解决一组问题，但它本身引入新的一组复杂度和开销。可能出现的一个具体问题是在集成电路的多个部分再次加电时不利的功率骤增。为了降低功率要求中的这类尖峰信号的可能性，需要对功率控制信号的分配进行仔细且费时的设计。为了满足这些定时要求而进行的功率控制信号的路由选择可表示工程人员以及设计工具的一个难题。

Philip Lang的论文“The practice of power gating comes with its ownproblems(功率门控的实践伴随其自身问题发生)”(New Electronics，2005年5月10日，第27-28页)描述了一种采用双行程接通机制的电源开关设计。每个电源开关包括弱和强晶体管，在第一行程中，各电源开关的弱晶体管接通，然后，确认信号在第二行程中用来接通各电源开关的强晶体管。这种方法通过使用在不同时间接通的弱和强晶体管来减小每个电源开关中的峰值电流，因而在某种程度上缓解了前述的、在集成电路的多个部分再次加电时出现的功率需求骤增的问题。但是，仍然存在由于快速依次接通每个电源开关的弱晶体管而引起的相当大的整体峰值电流，其结果可能使许多弱晶体管同时接通。

因此，希望提供一种用于减小在集成电路中采用功率控制机制时的功率骤增的改进技术。

发明内容

从一个方面来看，本发明提供一种功率控制集成电路单元，用于组成集成电路的一部分并且具有无开关(unswitched)电源输入端、带开关(switched)电源输出端、功率控制信号输入端和功率控制信号输出端，所述功率控制集成电路单元包括：

电源转换电路(power switching circuit)，响应在所述功率控制信号输入端上所接收的功率控制输入信号而有选择地将所述带开关电源输出端连接到所述无开关电源输入端；以及

功率控制信号缓冲器电路，至少部分由所述无开关电源输入端供电，并响应所述带开关电源输出端而驱动来自所述功率控制信号输出端的功率控制输出信号。