低功率架构制造技术

本文涉及低功率架构，其中描述了用于在阈下区域附近或阈下区域中操作晶体管以降低功耗的系统和方法。在一个实施例中，一种用于低功率操作的方法包括经由包括多个晶体管的时钟路径(225)将时钟信号(Ck)发送到触发器(150)，其中该时钟信号具有与高于时钟路径(225)中的晶体管的阈值电压的高电压(VH)相对应的高状态。该方法还包括经由包括多个晶体管的数据路径(135)将数据信号(D)发送到该触发器(150)，其中该数据信号具有与低于数据路径(135)中的晶体管的阈值电压的低电压(VL)相对应的高状态。该方法还包括在触发器(150)处使用时钟信号(Ck)来锁存数据信号(D)。

Low power architecture

This paper deals with low power architectures, which describe systems and methods for operating transistors to reduce power consumption near or below a subthreshold region. In one embodiment, a method for low power operation comprises a clock path including a plurality of transistors (225) clock signal (Ck) sent to the trigger (150), the clock signal with higher clock path (225) in the transistor threshold voltage of the high voltage (VH state corresponding to the high). The method also includes the data path includes a plurality of transistors (135) data signal (D) sent to the trigger (150), wherein the data signal has lower data path (135) low voltage threshold voltage of the transistor (VL) corresponding to the high state. The method also includes the use of a clock signal (Ck) to latch the data signal (D) at the trigger (150).

【技术实现步骤摘要】
低功率架构本申请是申请日为2014年3月14日申请号为第201480013290.1号专利技术名称为“低功率架构”的中国专利申请的分案申请。相关申请本申请依据35U.S.C.§119(e)要求于2013年3月15日提交的美国临时申请No.61/800,116的优先权，其整个说明书通过援引纳入于此。背景领域本公开的各方面一般涉及低功率设备，且更具体地涉及其中晶体管在阈下区域附近或阈下区域中操作以降低功耗的低功率设备。
技术介绍
设备中的晶体管可以在阈下区域附近或阈下区域中操作以显著降低该设备的功耗。例如，阈下操作使每周期的能耗被最小化。概述以下给出对一个或多个实施例的简化概述以提供对此类实施例的基本理解。此概述不是所有构想到的实施例的详尽综览，并且既非旨在标识所有实施例的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有实施例的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或更多个实施例的一些概念以作为稍后给出的更加具体的说明之序。根据一方面，本文中描述了一种低功率设备。该低功率设备包括：用于传播时钟信号的时钟路径，其中时钟路径包括多个晶体管；以及配置成生成时钟信号的时钟源，该时钟信号具有与高于时钟路径中的晶体管的阈值电压的高电压相对应的高状态。该低功率设备还包括：用于传播数据信号的数据路径，其中该数据路径包括多个晶体管；以及配置成生成数据信号的数据源，该数据信号具有与低于数据路径中的晶体管的阈值电压的低电压相对应的高状态。该设备还包括触发器，其配置成接收来自时钟路径的时钟信号，接收来自数据路径的数据信号，以及使用时钟信号来锁存数据信号。第二方面涉及一种用于低功率操作的方法。该方法包括经由包括多个晶体管的时钟路径将时钟信号发送到触发器，其中该时钟信号具有与高于时钟路径中的晶体管的阈值电压的高电压相对应的高状态。该方法还包括经由包括多个晶体管的数据路径将数据信号发送到该触发器，其中该数据信号具有与低于数据路径中的晶体管的阈值电压的低电压相对应的高状态。该方法还包括在触发器处使用时钟信号来锁存数据信号。第三方面涉及一种用于调谐电压的设备。该设备包括：用于传播数据信号的数据路径；配置成接收来自数据路径的数据信号、接收时钟信号、以及使用时钟信号来锁存数据信号的第一触发器；以及配置成接收来自数据路径的数据信号、接收时钟信号的经延迟版本、以及使用时钟信号的经延迟版本来锁存数据信号的第二触发器。该设备还包括：配置成检测第一和第二触发器的输出之间的失配的电路；以及基于检测到的失配来调整电压的电压调整器。第四方面涉及一种用于调谐电压的方法。该方法包括：经由数据路径将数据信号发送到第一和第二触发器；在第一触发器处使用时钟信号来锁存数据信号；以及在第二触发器处使用时钟信号的经延迟版本来锁存数据信号。该方法还包括：检测第一和第二触发器的输出之间的失配；以及基于检测到的失配来调整电压。为能达成前述及相关目的，这一个或多个实施例包括在下文中充分描述并在权利要求中特别指出的特征。以下说明和所附插图详细阐述了这一个或更多个实施例的某些解说性方面。但是，这些方面仅仅是指示了可采用各个实施例的原理的各种方式中的若干种，并且所描述的实施例旨在涵盖所有此类方面及其等效方案。附图简述图1A示出了根据本公开的一实施例的高电压时钟信号。图1B示出了根据本公开的一实施例的时钟树。图2A示出了根据本公开的另一实施例的高电压时钟信号。图2B示出了根据本公开的另一实施例的时钟树。图3示出了CMOS传输门的示例。图4示出了单NFET传输门的示例。图5示出了具有CMOS传输门的触发器的示例。图6示出了具有单NFET传输门的触发器的示例。图7示出了根据本公开的一实施例的在时钟树的末端具有电压转换器的时钟树的示例。图8A示出了根据本公开的一实施例的至转换器的时钟信号输入的示例。图8B示出了根据本公开的一实施例的从转换输出的经转换时钟信号的示例。图9示出了根据本公开的一实施例的转换器的示例性实现。图10示出了低压差(LDO)调节器的示例。图11示出了根据本公开的一实施例的开关电容器DC-DC转换器。图12示出了根据本公开的一实施例的用于调整低功率电源电压的调谐电路。图13示出了反相器的示例性实现。图14示出了反相器的另一示例性实现。图15是解说根据本公开的一实施例的用于低功率操作的方法1500的流程图。图16是解说根据本公开的一实施例的用于调谐电压的方法1600的流程图。详细描述以下结合附图阐述的详细描述旨在作为各种配置的描述，而无意表示可实践本文中所描述的概念的仅有的配置。本详细描述包括具体细节以便提供对各种概念的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，没有这些具体细节也可实践这些概念。在一些实例中，以框图形式示出众所周知的结构和组件以避免湮没此类概念。在一系统中，时钟信号可以在时钟源处生成并经由时钟树分发给该系统中的不同设备(例如，触发器)。时钟树可以分支到用于将时钟信号分发给不同设备的多个时钟路径。时钟树可包括沿每一时钟路径的一个或多个缓冲器(例如，反相器)。数据信号可以从该系统中的数据源发起，并沿数据路径向下传播到该系统中的设备(例如，触发器)。该系统可包括沿数据路径的一个或多个缓冲器(例如，反相器)和/或其他类型的逻辑。对于触发器的示例，触发器可以接收来自数据路径的数据信号和来自时钟树的时钟信号。触发器可以使用时钟信号来定时该数据信号在触发器处的锁存。例如，触发器可以在时钟信号的每一上升沿或下降沿处锁存数据信号的逻辑值。为了使触发器正确地锁存数据信号的逻辑值，逻辑值应当在时钟的上升沿或下降沿之后稳定(不改变)达一段时间(称为置留时间)。未能满足这一定时条件造成置留违反，这可使触发器进入亚稳状态。在常规系统中，时钟树和数据路径中的传播延迟被调整(例如，使用缓冲器)以确保这一定时条件被满足。然而，控制数据和时钟传播延迟的定时对于其中晶体管故意在阈下区域中操作的系统(即，其中提供给晶体管的旨在导通晶体管的最大栅极电压小于该晶体管的阈值电压的系统)而言非常困难。这是因为当晶体管在阈下区域中操作时，晶体管的电流与栅极电压呈指数相关，从而使得晶体管的电流对晶体管的阈值电压(Vt)和/或电源电压呈指数地敏感。因而，在阈下区域中操作的晶体管之间的阈值电压和/或电源电压的甚至非常小的变化也可能导致其电流的很大变化。这进而导致缓冲器和/或用晶体管实现的其他逻辑之间的延迟的很大变化，并且因此导致时钟树和数据路径中的传播延迟的很大变化。传播延迟的很大变化使得非常难以控制触发器处时钟信号相对于数据信号的定时以满足置留条件。例如，具有相同数量的缓冲器的两个路径可能由于Vt和/或电源电压变化而具有非常不同的延迟。本公开的实施例使用高电压时钟信号来解决以上问题，同时仍然使用低电压数据信号来降低功耗(例如，数据信号具有与阈下电压相对应的高状态)。就此，图1A示出了根据一个实施例的高电压时钟信号110的电压-时间图。高电压时钟信号110的电压可以在高电压(VH)与接地之间摆动，其中VH可以大于时钟树中的晶体管的阈值电压。例如，VH可以比阈值电压高几百毫伏，且可以是用来对其中使用高电压时钟信号110的便携式设备供电的电池的电压。图1B示出了对应时钟源120和时钟树125的示例。时钟源120生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于调谐电压的设备，包括：用于传播数据信号的数据路径；配置成接收来自所述数据路径的所述数据信号、接收时钟信号、以及使用所述时钟信号来锁存所述数据信号的第一触发器；配置成接收来自所述数据路径的所述数据信号、接收所述时钟信号的经延迟版本、以及使用所述时钟信号的经延迟版本来锁存所述数据信号的第二触发器；配置成检测所述第一和第二触发器的输出之间的失配的电路；以及基于检测到的失配来调整所述电压的电压调整器。

【技术特征摘要】
2013.03.15 US 61/800,1161.一种用于调谐电压的设备，包括：用于传播数据信号的数据路径；配置成接收来自所述数据路径的所述数据信号、接收时钟信号、以及使用所述时钟信号来锁存所述数据信号的第一触发器；配置成接收来自所述数据路径的所述数据信号、接收所述时钟信号的经延迟版本、以及使用所述时钟信号的经延迟版本来锁存所述数据信号的第二触发器；配置成检测所述第一和第二触发器的输出之间的失配的电路；以及基于检测到的失配来调整所述电压的电压调整器。2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述数据路径包括多个晶体管，并且所述电压被用来对所述数据路径中的晶体管供电。3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述电压低于所述数据路径中的晶体管的阈值电压。4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述电路被配置成接收包括所述第一和第二触发器的多个触发器对的检测到的失配，以及对接收到的失配的数量进行计数以产生计数值，并且所述电压调整器被配置成基于所述计数...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·J·布鲁诺利，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US