电压陡降监测电路的零延迟预测电路制造技术

本发明专利技术公开了一种电压陡降监测电路的零延迟预测电路，具体是解决了片上高速高精度电压陡降监测电路存在若干周期响应时间导致输出结果滞后的问题，属于电子电路技术领域。本发明专利技术联合短周期响应电压监测单元和长周期响应电压监测单元，使用预测因子计算单元得到电压陡降的斜率信息，从斜率信息中可推出若干周期之后的电压值，从而实现电压监测单元预测输出值能够无延迟的跟随实际片上电压；使用短周期响应电压监测单元码值跳变瞬间的电压值作为锚点值，从而提高监测的精度；自适应预测调节单元通过记录两个相邻刷新时刻的输出码值来计算衰减幅度，从而可以适应电压下降过程中的斜率变化。的斜率变化。的斜率变化。

【技术实现步骤摘要】
电压陡降监测电路的零延迟预测电路


[0001]本专利技术属于电子电路
，尤其涉及电压陡降监测电路的零延迟预测电路。

技术介绍

[0002]集成电路的快速发展，使处理器需要承担更复杂多变的任务，剧烈的负载变化给供电网络的稳定性带来挑战。负载变化直接导致供电电流的变化，进而产生电压陡降现象。这意味着时序余量不足甚至不满足最低需求，进而导致计算错误，通常电压陡降现象可以划分为三个阶段，其中一阶电压陡降最难以监测，其频率和幅度取决于封装电感和片上电容，频率范围从几十到几百兆赫兹，幅度范围从几十到上百毫伏。当出现电压陡降时需要通过LDO、DC
‑
DC等多种手段来调回电压，避免系统出错。
[0003]为了快速高精度的监测片上电源电压陡降，通常采用基于数字环振或反相器链的监测电路，它们往往需要多个周期来进行采样、量化和校准等操作，这就导致其当前输出码值与当前的实际电压不匹配，且总是落后于实际电压。若直接使用当前输出码值来调节电压，很容易误判电压并错误地控制电源管理。因此，需要一种电压陡降监测电路的零延迟预测电路，从而快速、精准的监测电压陡降输出值。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对上述
技术介绍
的不足和主要设计挑战，提供了一种电压陡降监测电路的零延迟预测电路，解决了片上高速高精度电压陡降监测电路存在若干周期响应时间导致输出结果滞后的问题。该电路以一个高速高精度的长周期响应电压监测单元为主，增加一个响应时间更短的短周期响应电压监测单元来辅助完成预测功能，其中使用预测因子计算单元得到电压陡降的斜率信息，从斜率信息中可推出若干周期之后的电压值，从而实现零延迟的电压检测；使用短周期响应电压监测单元码值跳变瞬间的电压值作为锚点值，从而提高监测的精度；自适应预测调节单元通过记录两个相邻刷新时刻的输出码值计算衰减幅度，从而可以适应电压下降过程中的斜率变化。
[0005]本专利技术的具体技术方案如下：
[0006]电压陡降监测电路的零延迟预测电路，包括短周期响应电压监测单元、长周期响应电压监测单元、预测因子计算单元、自适应预测调节单元和电压预测输出单元；短周期响应电压监测单元用于产生快响应速度的电压码值，长周期响应电压监测单元用于产生慢响应速度的电压码值；预测因子计算单元用于接收短周期响应电压监测单元和长周期响应电压监测单元的输出，计算出电压下降的斜率，产生预测因子；自适应预测调节单元用于接收预测因子计算单元的输出，自适应调整预测因子以适应电压下降过程中的斜率变化；电压预测输出单元用于接收自适应预测调节单元的输出，使用预测因子计算单元得到电压陡降的斜率信息，从斜率信息中可推出若干周期之后的电压值。
[0007]优选的，短周期响应电压监测单元由反相器链组成，使用触发器对其进行采样，对电压监测的响应时间为a个时钟周期，其中a为大于等于1的正整数，当输出码值发生变化时
记录为锚点电压。
[0008]优选的，长周期响应电压监测单元利用环形振荡器将电压变化映射为器件延迟变化，由寄存器采样环形振荡器的翻转位置，在一个采样周期内，量化逻辑结合粗量化和细量化的结果计算最终的电压量化结果，并通过电压校准得到最终的电压输出码值。长周期响应电压监测单元对电压监测的响应时间为b个时钟周期，其中b为大于等于2的正整数且b大于a。
[0009]优选的，对于预测因子的产生，包括如下步骤：
[0010]步骤101：读取短周期响应电压监测单元的输出码值，记为FF；若FF发生变化则进入步骤102，否则进入步骤101；
[0011]步骤102：将FF记录为锚点值FH，读取长周期响应电压监测单元的输出码值，记为S，进入步骤103；
[0012]步骤103：计算预测因子PF＝[(a+b)/b]*(S
‑
FH)。
[0013]自适应预测调节单元记录相邻刷新时刻的长周期响应电压监测单元输出码值以计算差值，记为衰减幅度，根据衰减幅度下降的比例，等比例下调预测因子以适应电压下降过程中的斜率变化。如果预测因子长时间不刷新，其值将逐周期衰减到0。这种情况只发生在系统已经运行在正常电压或低功耗模式下，而不是在降压或电压调节过程中。
[0014]电压预测输出单元输出最终的电压码值V＝S
‑
PF。
[0015]本专利技术提出的一种电压陡降监测电路的零延迟预测电路，具有以下优点：
[0016](1)本专利技术联合短周期响应电压监测单元和长周期响应电压监测单元，使用预测因子计算单元得到电压陡降的斜率信息，从斜率信息中可推出若干周期之后的电压值，从而实现零延迟的电压检测；
[0017](2)本专利技术使用短周期响应电压监测单元码值跳变瞬间的电压值作为锚点值，从而提高监测的精度；
[0018](3)本专利技术自适应预测调节单元通过记录两个相邻刷新时刻的输出码值计算衰减幅度，从而可以适应电压下降过程中的斜率变化，避免码值的过预测现象。
附图说明
[0019]图1为本专利技术电压陡降监测电路的零延迟预测电路的流程图；
[0020]图2为本专利技术短周期响应电压监测单元的示意图；
[0021]图3为本专利技术长周期响应电压监测单元的示意图；
[0022]图4为本专利技术短周期响应电压监测单元输出、长周期响应电压监测单元输出、当前实际电压示意图；
[0023]图5为本专利技术预测因子计算单元获取预测因子的示意图；
[0024]图6为本专利技术自适应预测调节单元计算衰减幅度的示意图；
[0025]图7为本专利技术电压陡降监测电路的零延迟预测电路的预测效果示意图。
具体实施方式
[0026]为了更好地了解本专利技术的目的、结构及功能，下面结合附图，对本专利技术电压陡降监测电路的零延迟预测电路做进一步详细的描述。
[0027]如图1所示，电压陡降监测电路的零延迟预测电路，包括短周期响应电压监测单元、长周期响应电压监测单元、预测因子计算单元、自适应预测调节单元和电压预测输出单元；短周期响应电压监测单元用于产生快响应速度的电压码值，长周期响应电压监测单元用于产生慢响应速度的电压码值；预测因子计算单元用于接收短周期响应电压监测单元和长周期响应电压监测单元的输出，计算出电压下降的斜率，产生预测因子；自适应预测调节单元用于接收预测因子计算单元的输出，自适应调整预测因子以适应电压下降过程中的斜率变化；电压预测输出单元用于接收自适应预测调节单元的输出，根据预测因子预测出下一周期的电压。
[0028]如图2所示，短周期响应电压监测单元由反相器链组成，使用触发器对其进行采样，对电压监测的响应时间为1个时钟周期，其中信号select[4:0]用于配置其检测范围。它的输出只需要1个周期，标记为P[7:0]，它被处理成4bit的输出码值FF。FF用于将短周期响应电压监测单元的检测电压范围从700mV到900mV分成16级，当输出码值发生变化时记录为锚点电压。例如当电压大于900mV时输出码值为15，当电压处于875mV到900mV时输出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电压陡降监测电路的零延迟预测电路，其特征在于，包括短周期响应电压监测单元、长周期响应电压监测单元、预测因子计算单元、自适应预测调节单元和电压预测输出单元；所述的短周期响应电压监测单元用于产生快响应速度的电压码值；所述的长周期响应电压监测单元用于产生慢响应速度的电压码值；所述的预测因子计算单元用于接收短周期响应电压监测单元和长周期响应电压监测单元的输出，计算出电压下降的斜率，产生预测因子；所述的自适应预测调节单元用于接收预测因子计算单元的输出，自适应调整预测因子以适应电压下降过程中的斜率变化；所述的电压预测输出单元用于接收自适应预测调节单元的输出，使用预测因子计算单元得到电压陡降的斜率信息，从斜率信息中推出若干周期之后的电压值。2.根据权利要求1所述的电压陡降监测电路的零延迟预测电路，其特征在于，所述短周期响应电压监测单元对电压监测的响应时间为a个时钟周期，其中a为大于等于1的正整数。3.根据权利要求2所述的电压陡降监测电路的零延迟预测电路，其特征在于，所述长周期响应电压监测单元对电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈正国，杜宇轩，钱俊逸，陈琢，单伟伟，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：