剧烈温变环境的集成电路电压自适应调节装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种剧烈温变环境的集成电路电压自适应调节装置，包括：抗温度影响的延迟测量器，用于对用电逻辑模块中的所有时序紧张路径进行测量，得到各时序紧张路径在测量时刻受工作负载、工作频率和工作温度下影响的路径延迟；时钟频率测量器，用于对用电逻辑模块中各条时序紧张路径对应的时钟频率进行测量；路径排序电路，用于对各该时序紧张路径进行时序紧张度分析，识别出时序紧张度最大的路径；参数设定电路，根据改时序紧张度最高的路径的时钟频率计算出，上调整磁滞延迟和下调整磁滞延迟；磁滞PID运算电路，根据该上调整磁滞延迟和该下调整磁滞延迟，计算输出控制量；数字脉宽调制器，用于根据该输出控制量产生脉宽调制波形；以及DC-DC电压转换器，将输入电压转换成该脉宽调制波形对应的电压，并输出给该用电逻辑模块。

【技术实现步骤摘要】
剧烈温变环境的集成电路电压自适应调节装置
本专利技术涉及一种集成电路电压调节装置，特别是一种面向剧烈温变环境的集成电路电压自适应调节装置。
技术介绍
集成电路电压调节装置是高性能处理器类集成电路功耗管理的主要功能单元，它根据集成电路的工作频率、负载情况、外部环境或者使用者的意图调节集成电路的供电电压，以达到提高性能、降低功耗等目的。现有的多种集成电路电压调节装置在国内外高性能处理器中得到应用，现有集成电路电压调节装置包括：调节决策器、电压控制器、数字脉宽调制器(digitalPulsewidthmodulator,DPWM)、直流-直流(directcurrenttodirectcurrent,DC-DC)转换器和用电逻辑模块，其中调节决策器与电压控制器连接，电压控制器与数字脉宽调制器连接，脉宽调制器与DC-DC变换器连接，DC-DC电压转换器与用电逻辑模块连接。现有集成电路电压调节装置实现了对用电逻辑模块电压调节的功能，但是现有集成电路电压调节装置定位于常温应用，而有些集成电路应用在温度范围为-55℃～125℃，变化速度在35℃/s的剧烈温变环境中，现有集成电路电压调节装置在剧烈温变环境中有可能发生电压失调故障；此外现有集成电路电压调节装置的调节决策和电压控制需要软件参与，增大了应用复杂度，并且降低了可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种剧烈温变环境的集成电路电压自适应调节装置，用于解决现有集成电路电压调节装置不适用于剧烈温度变化环境及其运行需要软件参与的问题。本专利技术的一种剧烈温变环境的集成电路电压自适应调节装置，包括：抗温度影响的延迟测量器，用于对用电逻辑模块中的所有时序紧张路径进行测量，得到各时序紧张路径在测量时刻受工作负载、工作频率和工作温度下影响的路径延迟；时钟频率测量器，用于对用电逻辑模块中各条时序紧张路径对应的时钟频率进行测量；路径排序电路，用于对各该时序紧张路径进行时序紧张度分析，识别出时序紧张度最大的路径；参数设定电路，用于接收该时序紧张度最大的路径，并根据该时序紧张度最大的路径的时钟频率计算出，上调整磁滞延迟和下调整磁滞延迟；磁滞PID运算电路，根据该上调整磁滞延迟和该下调整磁滞延迟，计算输出控制量；数字脉宽调制器，用于根据该输出控制量产生脉宽调制波形；以及DC-DC电压转换器，将输入电压转换成该脉宽调制波形对应的电压，并输出给该用电逻辑模块。根据本专利技术的剧烈温变环境的集成电路电压自适应调节装置的一实施例，其中，该路径排序电路识别出时序紧张度最大的路径包括：计算每条该时序紧张路径系数Ki＝Di·fi，K取值最大的时序紧张路径即为时序紧张度最大的路径，Di为该时序紧张路径的延迟，fi为该时序紧张路径的时钟频率。根据本专利技术的剧烈温变环境的集成电路电压自适应调节装置的一实施例，其中，该参数设定电路根据时序紧张度最大的路径的时钟频率，并按照时序余量百分比，计算出最大允许延迟值和安全延迟值，并根据该最大允许延迟值和安全延迟值，计算出上调整磁滞延迟Ds1和下调整磁滞延迟Ds2。根据本专利技术的剧烈温变环境的集成电路电压自适应调节装置的一实施例，其中，该磁滞PID运算电路根据该上调整磁滞延迟和该下调整磁滞延迟计算输出控制量，包括：Ds＝Ds1-Ds2(2)e(n)＝Dn-Dref(3)其中，Ds1为上调整磁滞延迟，Ds2为下调整磁滞延迟,Dn表示第n次测量的该时序紧张度最大的路径的路径延迟，d(n)以及d(n-1)分别表示磁滞PID运算电路第n次的输出和n-1次的输出值，a、b和c是参数。根据本专利技术的剧烈温变环境的集成电路电压自适应调节装置的一实施例，其中，a、b和c通过Matlab/Simulink确定，包括：建立抗温度影响的延迟测量器、数字脉宽调制器和DC-DC电压转换器的数学模型，并导入到Matlab/Simulink工具中；然后设置三种临界条件①e(n)＝0，e(n-1)＝0，e(n-2)≠0；②e(n)＝0，e(n-1)≠0，e(n-2)＝0；③e(n)≠0，e(n-1)＝0，e(n-2)＝0，最后在Matlab/Simulink中由公式(4)计算参数a、b、c的取值。综上，本专利技术剧烈温变环境的集成电路电压自适应调节装置，实现了面向剧烈温度变化环境的集成电路电压自适应调节装置，在该装置的调节作用下，集成电路时序紧张路径的时序余量保持在较小的数值上，即保证了电路的时序稳定性，又有利于实现低功耗。附图说明图1所示为本专利技术剧烈温变环境的集成电路电压自适应调节装置的示意图；图2所示为本专利技术剧烈温度变化环境的集成电路电压自适应调节装置的调节原理示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。图1所示为本专利技术剧烈温变环境的集成电路电压自适应调节装置的示意图，图2所示为本专利技术剧烈温度变化环境的集成电路电压自适应调节装置的调节原理示意图，如图1以及图2所示，剧烈温变环境的集成电路电压自适应调节装置包括：数字脉宽调制器8、DC-DC电压转换器9、时钟频率测量器3、抗温度影响的延迟测量器2和磁滞PID控制器4。磁滞PID控制器4包括参数设定电路5、路径排序电路6和磁滞PID运算电路7。参考图1，用电逻辑模块1的输出端与抗温度影响的延迟测量器2的输入端相连，抗温度影响的延迟测量器2的输出端与磁滞PID控制器4的路径排序电路6输入端连接，磁滞PID控制器4的输出端与数字脉宽调制器8的输入端连接，数字脉宽调制器8的输出端与DC-DC电压转换器9的输入端连接，DC-DC电压转换器9的输出端与用电逻辑模块1的输入端连接。时钟频率测量器3的输出端分别与参数设定电路5的输入端以及路径排序电路6的输入端连接，参数设定电路5的输出端与磁滞PID运算电路7的输入端连接，路径排序电路6的输出端与磁滞PID运算电路7的输入端连接。操作人员可以先采用静态时序分析工具对用电逻辑模块进行静态时序分析，找出用电逻辑模块中的时序紧张路径。分别记为时序紧张路径1、时序紧张路径2、…、时序紧张路径N，其中N为时序紧张路径的数目。参考图1，本专利技术的剧烈温变环境的集成电路电压自适应调节装置由数字脉宽调制器8、DC-DC电压转换器9、时钟频率测量器3、抗温度影响的延迟测量器2和磁滞PID控制器4构成一条电压闭环控制系统，在工作过程中实时对用电模块1的输入电压进行调整。在一个调整周期，抗温度影响的延迟测量器2对用电逻辑模块1中的所有时序紧张路径进行在线测量，得到时序紧张路径在测量时刻受工作负载、工作频率和工作温度下影响的路径延迟，记为路径延迟D1、路径延迟D2、…、路径延迟DN。路径延迟测量结果发送给磁滞PID控制器4。时钟频率测量器3对用电逻辑模块1中各条时序紧张路径对应的时钟频率进行测量，得到时钟频率f1、时钟频率f2、…、时钟频率fN，并将时钟频率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种剧烈温变环境的集成电路电压自适应调节装置，其特征在于，包括：抗温度影响的延迟测量器，用于对用电逻辑模块中的所有时序紧张路径进行测量，得到各时序紧张路径在测量时刻受工作负载、工作频率和工作温度下影响的路径延迟；时钟频率测量器，用于对用电逻辑模块中各条时序紧张路径对应的时钟频率进行测量；路径排序电路，用于对各该时序紧张路径进行时序紧张度分析，识别出时序紧张度最大的路径；参数设定电路，用于接收该时序紧张度最大的路径，并根据改时序紧张度最高的路径的时钟频率计算出，上调整磁滞延迟和下调整磁滞延迟；磁滞PID运算电路，根据该上调整磁滞延迟和该下调整磁滞延迟，计算输出控制量；数字脉宽调制器，用于根据该输出控制量产生脉宽调制波形；以及DC‑DC电压转换器，将输入电压转换成该脉宽调制波形对应的电压，并输出给该用电逻辑模块。

【技术特征摘要】
1.一种剧烈温变环境的集成电路电压自适应调节装置，其特征在于，包括：抗温度影响的延迟测量器，用于对用电逻辑模块中的所有时序紧张路径进行测量，得到各时序紧张路径在测量时刻受工作负载、工作频率和工作温度下影响的路径延迟；时钟频率测量器，用于对用电逻辑模块中各条时序紧张路径对应的时钟频率进行测量；路径排序电路，用于对各该时序紧张路径进行时序紧张度分析，识别出时序紧张度最大的路径；参数设定电路，用于接收该时序紧张度最大的路径，并根据该时序紧张度最大的路径的时钟频率计算出，上调整磁滞延迟和下调整磁滞延迟；磁滞PID运算电路，根据该上调整磁滞延迟和该下调整磁滞延迟，计算输出控制量；数字脉宽调制器，用于根据该输出控制量产生脉宽调制波形；以及DC-DC电压转换器，将输入电压转换成该脉宽调制波形对应的电压，并输出给该用电逻辑模块。2.如权利要求1的剧烈温变环境的集成电路电压自适应调节装置，其特征在于，该路径排序电路识别出时序紧张度最大的路径包括：计算每条该时序紧张路径系数Ki＝Di·fi，K取值最大的时序紧张路径即为时序紧张度最大的路径，Di为该时序紧张路径的延迟，fi为该时序紧张路径的时钟频率。3.如权利要求1的剧烈温变环境的集成电路电压自适应调节装置，其特征在于，该参数设定电路根据时序紧张度最大的路径的时钟频率，并按照时序余量百分比，计算出最大允许延迟值和安全延迟值，并根据该最大允许延迟值和安全延迟值，计算出上调整磁滞延迟Ds1和下调整磁滞...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱吉冰，蒋志翔，孔雷，
申请(专利权)人：中国航天科工集团第二研究院七〇六所，
类型：发明
国别省市：北京;11