用于受控的谐振功率传输的方法和电路技术

提供了用于受控的谐振功率传输的方法和电路。更具体而言，提供了在时钟分布网络中再循环能量。一种电路包括：与时钟信号相关联并具有连接到第一负载电容的输出的时钟驱动器。该电路还包括与第一负载电容并联连接的第二负载电容。该电路进一步包括功率传输电路，功率传输电路包括在第一负载电容和第二负载电容之间串联连接的电感器和传输门。功率传输电路基于时钟信号控制第一负载电容和第二负载电容之间的能量流动。

【技术实现步骤摘要】
用于受控的谐振功率传输的方法和电路
本专利技术涉及集成电路中的时钟分布，更具体而言，涉及降低由集成电路中的时钟分布系统消耗的功率。
技术介绍
用于驱动集成电路芯片中的时钟分布系统的功率代表系统总功率的一大部分。谐振钟控是通过用谐振时钟网络再循环能量，而可用于降低驱动时钟分布系统所需功率，从而降低系统总功率的技术。可使用耦合的LC振荡器电路获得谐振钟控，其中，电感器（由电感L表示）使功率再循环用于钟控被驱动电路（由电容C表示）。然而，基于LC的谐振钟控具有以下缺点：它仅限于窄工作频率范围；它提供时钟波形的慢转换速率（例如正弦波而不是方波）；它需要大的片上面积以容纳LC振荡器的电感器。因此，本领域中存在克服上文所述的不足和限制的需要。
技术实现思路
在本专利技术的第一方面中，存在一种用于在时钟分布网络中再循环能量的电路。该电路包括：与时钟信号相关联并具有连接到第一负载电容的输出的时钟驱动器。该电路还包括与第一负载电容并联连接的第二负载电容。该电路进一步包括功率传输电路，该功率传输电路包括在第一负载电容和第二负载电容之间串联连接的电感器和传输门。该功率传输电路基于时钟信号控制在第一负载电容和第二负载电容之间的能量流动。在本专利技术的另一方面中，存在一种用于在时钟分布网络中再循环能量的电路。该电路包括：与第一时钟信号相关联的第一时钟驱动器，以及与第二时钟信号相关联的第二时钟驱动器。该电路还包括第一负载电容，该第一负载电容包括由第一时钟驱动器驱动的第一元件。该电路进一步包括第二负载电容，该第二负载电容包括由第二时钟驱动器驱动的第二元件。该电路另外包括功率传输电路，当第一时钟信号在第一状态时，该功率传输电路从第一负载电容到第二负载电容传输能量，而当第一时钟信号在第二状态时，该功率传输电路从第二负载电容到第一负载电容传输能量。在本专利技术的另一方面中，存在一种在时钟分布网络中再循环能量的方法。该方法包括提供时钟信号到时钟分布网络。该方法还包括：基于时钟信号的状态，控制时钟分布网络中的第一负载电容和时钟分布网络中的第二负载电容之间的能量传输。在本专利技术的另一方面中，提供了一种有形地体现在机器可读存储介质中的用于设计、制造或测试集成电路的设计结构。该设计结构包括本专利技术的结构。在进一步的实施例中，在机器可读数据存储介质上编码的硬件描述语言（HDL）设计结构包含元件，当在计算机辅助设计系统中被处理时，该元件生成用于在包括本专利技术结构的时钟分布网络中再循环能量的电路的机器可执行表示。在再一实施例中，提供了一种计算机辅助设计系统中的方法，用于生成用于在时钟分布网络中再循环能量的电路的功能设计模型。该方法包括生成用于在时钟分布网络中再循环能量的电路的结构元件的功能表示。附图说明参照多个注释的附图，以本专利技术示例性实施例的非限制性实例方式，在下面详细说明中描述本专利技术。图1显示用于谐振时钟分布电路的电路的示意图；图2显示根据本专利技术各方面的在两个电容器之间提供电感器辅助的功率传输的电路的示意图；图3显示根据本专利技术各方面的在差分钟控中提供谐振功率传输辅助的功率降低的电路的示意图；图4显示根据本专利技术各方面的在差分钟控中提供谐振功率传输辅助的功率降低的另一电路的示意图；图5显示根据本专利技术各方面的在图4的电路的各个节点处的仿真数据；图6显示根据本专利技术各方面的用于单端时钟分布的电路的示意图；以及图7是半导体设计、制造和/或测试中使用的设计过程的流程图。具体实施方式本专利技术涉及集成电路中的时钟分布，更具体而言，涉及降低由集成电路中的时钟分布系统消耗的功率。根据本专利技术的各方面，通过在两个电容元件之间而不是电容元件和电感器之间使功率再循环来获得钟控中的功率降低。在实施例中，开关和/或二极管用于功率传输电路中，用以控制两个电容元件之间能量传输的定时和方向，这允许功率传输电路用于宽频带操作中。在特定实施例中，开关和二极管用于控制两个差分时钟相位之间的功率传输，其中电荷在两个时钟之间传输而不是被直接放电到地。本专利技术的实施方式在宽频率范围内节省功率，这是因为功率传输电路不受固有的LC谐振频率控制。此外，本专利技术的实施方式产生像方形的轨到轨数字脉冲而不是正弦波。本专利技术的实施方式还利用比基于LC的谐振时钟电路较少的芯片面积，这是因为创新的功率传输电路中使用的电感元件比在基于LC的谐振时钟电路中所使用的电感元件小，由于在本专利技术的实施例中没有谐振要求。图1显示用于谐振时钟分布电路5的电路的示意图，该谐振时钟分布电路5包括时钟驱动器10、负载电容15、电感器20以及去耦电容器25。时钟驱动器10与时钟信号相关联，并提供电源电流（例如时钟驱动器电流）到由负载电容15表示的器件。负载电容15表示耦合到时钟驱动器10的输出的所有钟控器件（例如由时钟分布网络中的时钟驱动器10驱动）的总电容。电感器20与负载电容15并联连接并被偏置在电源电压的一半（例如VDD/2）。电路5的谐振频率是电感器20的值（L）和负载电容15的值（C）的函数。实际上，电感器20被定尺寸为使得电路5的谐振频率匹配时钟频率，在这种情况下发生谐振，其中存储在负载电容15中的无功功率被传输到电感器20并在下一个时钟周期上被再循环回到负载电容15。功率的这种再循环降低了由时钟驱动器10提供给负载电容15的总功率。仍然参照图1，时钟驱动器10必须比负载电容15相对弱，例如扇出>>10，以便实现显著的功率节省。此外，电感器20必须足够大，用以存储从负载电容15接收的功率，而电感器20的这个相对大的尺寸导致大面积的不利后果，例如增加芯片尺寸。此外，电路5仅当时钟频率匹配或超过LC系统的谐振频率时提供功率节省，这导致电路具有窄频带操作。图2显示根据本专利技术的各方面的在两个电容器之间提供电感辅助的功率传输的电路40的示图。电路40包括在两个电容器C1和C2之间连接的电感器45和开关50（例如传输门）。在实施例中，经由电感器45在两个电容器C1和C2之间传输（例如再循环）无功能量。开关50可用于控制电容器C1和C2之间能量传输的定时和方向，而电感器45被定尺寸为相对较小，以辅助电容器C1和C2之间的快速能量传输。以这种方式，与在基于LC的谐振时钟电路中的电容器和电感器之间再循环功率相比，电路40可用于在两个电容器C1和C2之间再循环功率。由电路40提供的功率传输不依赖于LC电路的谐振频率，因此可用于在比传统的基于LC的谐振时钟电路更宽的频带上再循环功率。图3显示根据本专利技术的各方面的在差分钟控中提供谐振功率传输辅助的功率降低的电路100的示图。在实施例中，电路100包括提供各自的相对彼此异相180°的时钟信号“C0”和“C180”的第一时钟驱动器105（例如驱动反相器）和第二时钟驱动器110（例如驱动器反相器）。电路100还包括：表示由第一时钟驱动器105驱动的器件（例如触发器等）的第一负载电容115，以及表示由第二时钟驱动器110驱动的器件（例如触发器等）的第二负载电容120。第一时钟驱动器105与第一时钟信号C0相关联，并提供电源电流（例如时钟驱动器电流）到由第一负载电容115表示的器件。第二时钟驱动器110与第二时钟信号C180相关联，并提供电源电流（例如时钟驱动器电流）到由第二负载电容120表示的器件。在实施例中，第一负载本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在时钟分布网络中再循环能量的电路，包括：与时钟信号相关联并具有连接到第一负载电容的输出的时钟驱动器；与所述第一负载电容并联连接的第二负载电容；以及包括在所述第一负载电容和第二负载电容之间串联连接的电感器和传输门的功率传输电路，其中所述功率传输电路基于所述时钟信号控制在所述第一负载电容和第二负载电容之间的能量流动。

【技术特征摘要】
2013.01.03 US 13/733,4941.一种用于在时钟分布网络中再循环能量的电路，包括：与时钟信号相关联并具有连接到第一负载电容的输出的时钟驱动器；与所述第一负载电容并联连接的第二负载电容；包括在所述第一负载电容和第二负载电容之间串联连接的电感器和传输门的功率传输电路，其中所述功率传输电路由控制信号基于所述时钟信号控制在所述第一负载电容和第二负载电容之间的能量流动，以及XOR逻辑元件，并且其中所述时钟信号是所述XOR逻辑元件的第一输入，所述XOR逻辑元件的输出是所述控制信号。2.如权利要求1所述的电路，其中所述传输门由源自所述时钟信号的所述控制信号断开和闭合。3.如权利要求2所述的电路，其中所述控制信号的脉冲宽度对应于所述时钟信号的上升时间和下降时间。4.如权利要求2所述的电路，其中所述控制信号的脉冲宽度跨工艺变化跟踪所述时钟信号的上升时间和下降时间。5.如权利要求2所述的电路，其中由一系列缓冲器延迟后的时钟信号是所述XOR逻辑元件的第二输入。6.如权利要求2所述的电路，其中：所述传输门包括晶体管；以及所述控制信号被提供到所述晶体管的栅极。7.如权利要求1所述的电路，其中：当所述时钟信号在第一状态时，所述功率传输电路允许从所述第一负载电容到第二负载电容的能量放电；并且当所述时钟信号在不同于所述第一状态的第二状态时，所述功率传输电路允许从所述第二负载电容到第一负载电容的能量放电。8.如权利要求1所述的电路，其中所述第一负载电容包括由所述时钟驱动器驱动的多个器件。9.如权利要求8所述的电路，其中所述多个器件是所述时钟分布网络中的时钟器件。10.如权利要求1所述的电路，其中所述第二负载电容是虚设负载电容。11.如权利要求1所述的电路，还包括第二时钟驱动器，其中：所述时钟驱动器包括第一时钟驱动器；所述第一负载电容包括由所述第一时钟驱动器驱动的多个器件；以及所述第二负载电容包括由所述第二时钟驱动器驱动的多个器件。12.如权利要求11所述的电路，其中：所述时钟信号是第一时钟信号；以及所述第二时钟驱动器与相对于所述第一时钟信号异相的第二时钟信号相关联。13.如权利要求1所述的电路，其中所述功率传输电路在所述第一负载电容和第二负载电容之间再循环能量...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·R·伯纳可，邓京东，金祯荣，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US