[发明专利]一种电源门控电路

说明书

技术领域

本发明涉及电路领域，尤其涉及一种电源门控电路。

背景技术

随着半导体集成电路工艺技术的发展，电路功耗问题成了困扰散热、封装和便携的难题，并且，片上系统(SoC，System on Chip)系统的功耗在未来不断的增长。

动态电压频率调整(DVFS，Dynamic Voltage and frequency scaling)技术是一种最有效的节能方法。如今，多核中央处理器(CPU，Central Processing Unit)架构应用应成为主流。同时，每个CPU核的低功耗技术应用也是变成普遍的DVFS的技术，为了将低功耗技术推动到另一个精细化的层面，片上电源供电要求日益趋向于，精细化，多供电电压域，快速响应等特点。

以前的供电电源都被默认为片外，由于工艺和集成封装能力的问题，随着工艺技术以及封装技术的提高，供电电源越来越多的被集中到片上。除此之外，片上电源的供电系统，不仅从以前的单一电压输出，到如今的多个电压域，来满足不同的片上系统的供电需求。

另外，随着应用场景不同，片上供电需求也随之变化。在半导体工艺进入到28nm技术节点，马上要跨入14nm/16nm技术节点时，在集成度越高，以及供电电压越低的前提下，对片上电源供电需求更趋向于快速电压跟踪，以便于更好的靠精细化DVFS，以及进一步降低片上系统功耗。

如图1所示，传统的电源门控(power gating)技术框架图。主要包括两部分组成，开关(Switches)和控制单元(Controller)。负载(Load)的供电由开关输出，而控制单元完成对开关的开启或关断控制。开关的个数不受限制，可因具体的应用场景而制定。同时，开关的连接方式也不受限制，可以是全部并联的形式于电源V_DD和负载两端，也可以是串联并联结合的方式，或串联的方式。具体来说，开关可以是常用的功率开关管(power switches)，也可以是传统的互补金属氧化物半导体(CMOS，Complementary Metal Oxide Semiconductor)工艺下的晶体管，也可以是，在电源门控技术中使用最频繁的多阈值电压CMOS。而控制电路根据外部输入的参考电压V_ref输出相应的开关控制信号“Sw_1，Sw_2，....，Sw_n”给相应的开关。

电源门控技术开关的实现方式大多都采用多阈值电压(MTCMOS Multi-Threshold CMOS)，以减小开关的静态功耗。当负载工作时，电源门控则关闭，负载工作电压为其所需电压。当负载不工作时，电源门控开启，从而使得负载的供电低于正常电压。当负载的应用不同时，如负载是内存时，电源门控开启还可以将负载供电电压调制到其所需的电压值(如，维持内存数据不丢失的最低电压值)。

由于实际应用需求，如负载为处理器时，需要的电源门控的频率增加，如2GHz主频的处理器，需要电源门控的响应时间理论上要达到纳秒级或十纳秒级，从而使得动态调压调频技术能更好的动态降低功耗，且满足性能需求。同时，对负载的电压供电需求，从单一的工作电压和低于阈值电压两者之间拓宽到了更多电压域，也即是说，一般的芯片供电技术会涉及到负载的正常工作电压或者使负载不工作低于阈值电压的供电。但是随着半导体工艺的进步，芯片在不同供电电压之下，其性能可以在不同状态下进行切换，从而满足不同应用场景，不同工作模式下的需求。并且，由于负载受更方面因素的影响如工艺不确定性(process variation)，温度影响，及电源波动等，负载的供电电压实时的需要作出改变。

传统的电源门控电路仅是对开关在时间点上进行控制，无法实现快速的电压跟踪，不能满足在实际应用中，动态电压频率调整以及动态调压技术的需求。

发明内容

本发明实施例提供了一种电源门控电路，用于在片上系统的供电电路中实现快速电压跟踪。

本发明实施例第一方面提供的电源门控电路，包括：

电压输出模块和电压控制模块；

所述电压输出模块包括：电源和至少两个开关；所述至少两个开关用于将所述电源输出的电源电压(V_DD)调制为负载所需的供电电压(V_o)；

所述电压控制模块包括：第一信号调制单元；所述第一信号调制单元用于根据脉宽调制频率(F_sw)生成第一控制信号，所述第一控制信号为经脉宽调制的多相位控制信号；