[发明专利]使用选择性反向偏置的动态泄露控制

说明书

技术领域

本发明的实施例通常涉及电子电路，并且尤其涉及减少晶体管电路中 的泄露功率。

背景技术

微处理器电路通常在两种主要的工作状态下工作，即工作模式和待机 模式。在工作模式下，电路执行处理或者任务，并且通常以该电路的指定 工作频率运行。在工作模式期间，大多数晶体管栅极处于切换中并且需要 相对高的工作频率。在待机或者睡眠模式期间，处理任务通常空闲并且相 对较少的栅极处于切换中，因而需要较低的工作频率。晶体管电路中消耗 的功率是切换功率和泄露功率二者的函数。即使在电路处于待机模式时， 由于晶体管中的功率泄露，也会潜在地消耗大量的功率。因此，运行在工 作模式下的电路的功率是动态(切换)功率和泄露功率的结合，其中动态 功率是主要因素，然而，在很少的栅极处于切换中的待机模式下，功率消 耗很大程度上取决于泄露功率。

随着器件设计按比例缩减到更加精细的几何尺寸(例如，从90nm到 65nm或者更小)，对于给定的工作频率，电路可以较低的电压运行，因而 减小了动态功率消耗。然而，随着器件几何尺寸降低，泄露功率呈指数增 加。这是由于以下事实：随着尺寸变化，晶体管的工作特性也发生变化， 尤其是对于阈值电压V_TH的影响，该阈值电压V_TH是晶体管切换状态时的 电压。通常，晶体管的尺寸减小使阈值电压V_TH相对于供电电压产生变化， 这会导致泄露功率的增加。由于在待机模式期间，泄露功率是功率消耗中 的主要因素，随着电路尺寸向下缩减，对于该工作模式，泄露功率的影响 变得更加明显。该影响对于具有有限电源容量的移动电话或者电池供电设 备会是很大的问题，并且会在待机或者睡眠模式下花费大量的时间，例如 移动电话、个人数字助理(PDA)、笔记本计算机以及类似设备。

当前使用的用于降低由于泄露功率导致的功率消耗的简单方法是减少 电路本身的工作电压，但是这明显地降低了电路的性能并且与日益增加的 处理器和电路运行速度的趋势逆向而行。降低待机功率消耗的另一公知方 法是改变晶体管的阈值电压电平。通常，增加阈值电压将降低泄露功率， 并且因而降低待机功率消耗。然而，增加阈值电压也会降低晶体管的切换 速度，因而在电路工作在工作模式时会降低电路性能。因而，用于降低泄 露功率的现有方法通常是不利的并且没有充分考虑电路的工作模式以根据 电路的工作模式和其它相关参数来动态而灵活地改变晶体管的阈值电压。

附图说明

通过作为示例而非限制的附图来详细地说明本发明的实施例，附图中 类似的附图标记表示类似的元件。在附图中：

图1A示出了根据一实施例的实现用于降低泄露电流的反向偏置方法 的MOS(金属氧化物半导体)晶体管。

图1B示出了根据一实施例使用反向偏置电压技术来降低图1A中的晶 体管的泄露电流。

图2A示出了根据一实施例的包括体偏置电压源以动态地改变电路的 阈值电压的晶体管电路的示意图。

图2B示出了所制造的图2A示意图的晶体管电路的侧视图。

图3是示出根据一实施例的用于基于状态电路条件来改变晶体管电路 的阈值电压的电压控制电路的电路图。

图4是示出根据一实施例的用于基于屏幕显示的状态来动态地降低泄 露电流的方法的流程图。

图5是示出根据一实施例的用于基于屏幕显示的状态来控制到图形处 理器的漏极电压的电压控制电路的电路图。

图6是示出根据一实施例的用于基于屏幕显示的状态触发反向偏置的 方法的流程图。

图7是示出根据一实施例的用于基于屏幕显示的状态来控制向图形处 理器施加反向偏置电压的电压控制电路的电路图。

具体实施方式

下面描述用于与图形处理器一起使用的动态泄露控制电路的实施例。 该动态泄露控制电路在特定的工作模式期间选择性地启用包括图形处理器 电路的晶体管的反向偏置。通过两个单独的电源轨来控制反向偏置电平。 第一电源轨耦合到现有的电源并且第二电源轨耦合到单独的可调电压调节 器。也可以为第一电源轨提供单独的电压调节器。对基于硬件的状态机或 者软件过程进行编程以检测一个或多个工作模式的发生，并且调节用于第 一和第二电源轨的电压调节器以启用或者禁用电路的反向偏置状态，或者 在指定的电压范围内改变电路的阈值电压。