一种芯片低功耗电源管理模块设计方法技术

本发明专利技术提供一种芯片低功耗电源管理模块设计方法，属于集成电路下芯片低功耗设计领域，本发明专利技术为解决芯片工作时电压冗余造成的功耗浪费问题。所述设计方法包括：通过获取实际电路中的时序裕量信息来反映工作电压与工作频率的冗余，将时序偏差信息转换为可供计算的时序裕量信息；基于初始时序裕量值或上一轮时序裕量值对工作电压进行优化，设置时序保护阈值防止电压调整导致功能失常，最后经过迭代电压逐渐收敛。本申请从芯片供电源头上动态调整电压，低功耗操作效率更高，在相同功耗指标下，可减少芯片内部插入的特殊低功耗单元数量，有助于优化时序与面积，降低设计复杂度。降低设计复杂度。降低设计复杂度。

【技术实现步骤摘要】
一种芯片低功耗电源管理模块设计方法


[0001]本专利技术属于芯片设计领域，尤其涉及一种芯片低功耗电源管理模块设计方法。

技术介绍

[0002]随着芯片技术的不断发展以及消费者对产品功能的需求，高集成度、高工作频率越来越成为芯片设计时不可或缺的因素，这为便携式设备的迅猛发展开辟了前提。但由此带来的高功耗导致便携式设备面临许多问题，电池体积大、待机时长短，严重影响产品竞争力。因此对便携和无线通讯设备的低功耗设计越来越不可或缺，芯片的功耗指标已经成为很多产品的重要考察点。
[0003]现有的低功耗技术主要采用以下几种方法：时钟门控技术；multiVoltageArea(多电压域)技术；powergating(电源关断技术)；多阈值电压技术。前两种方法主要优化动态功耗，后两者主要解决静态功耗。所以低功耗设计的优化重点在于如何最小化供电电压与工作频率，减少两者的冗余。
[0004]然而，上述方法主要借助于在芯片设计中插入低功耗单元，并设计信号控制脚本(UPF技术)，复杂度高，设计周期长，且由于插入了不同的低功耗器件，存在功能一致性的风险，对芯片的验证工作提出了更高的要求。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提出一种低功耗电源管理模块设计方法，旨在减少芯片工作电压冗余导致的功耗、降低设计复杂度、减少设计周期，同时此设计方法适合于大多数低功耗芯片电源管理设计中，具有普遍适用性。
[0006]本申请提出了一种低功耗电源模块设计方法，在芯片内部集成一个PM电源管理模块，此模块包含LDO_R模块、TMCP(TimingMarginConversionPath)电路、同步电路、时序裕量生成模块、信息预处理模块。由于判断电压与工作频率是否冗余体现在时序裕量的大小上，此模块通过实时采集芯片关键路径的时序裕量信息，判断时序裕量大小是否达到调整电压的阈值，继而调整供电电压使其逐渐收敛，由此使得关键路径的时序裕量冗余最小化，达到降低功耗最优化的目的。
[0007]首先，TMCP电路，电源管理模块通过总线与芯片内部各模块相连接，实时监测实际工作电路中不同PVT(工艺、电压、温度)偏差信息，TMCP电路将实际电路中的PVT偏差以及老化效应转化为对应的时序偏差信息。
[0008]进一步地，同步电路将TMCP电路采集到的时序偏差信息同步到时序裕量生成模块相同的时钟域下，方便后续模块计算。
[0009]进一步地，时序裕量生成模块将采集到的时序信息进行处理，生成可供计算的时序裕量编码信息。
[0010]进一步地，生成的裕量信息以编码形式传输给信息预处理模块。在此模块中，首先判断由前置模块获得的时序裕量信息是否为首次获取，对比提前设置的初始时序裕量值或
上一轮时序裕量值，通过获取两者差值，以此差值为电压调整依据，为了保证电压调整过程不影响芯片的功能正常性，设置时序保护阈值，如果大于此值则对工作电压进行减小操作，否则为保证芯片功能正常，不进行工作电压的调整操作。
[0011]所述LDO_R模块，通过在LDO挂载外部电阻达到调整电压的目的，并将供电电压转换为芯片实际使用电压，同时避免电压压降变化过大造成的消极功耗，挂载适当阻值的电阻对于LDO模块本身也可以降低功耗。
[0012]随着此流程的不断迭代，时序裕量差值将会越来越小，工作电压的调整将趋于收敛，即可达到在保证芯片时序与功能正常的前提下对芯片动态功耗进行最小化的目的。
[0013]本申请提供的一种芯片低功耗电源管理模块设计方法，通过一种简单的控制方式，由于该模块通过总线与芯片内部核心模块相连接，实时获取芯片工作时关键路径的时序裕量冗余值，判断冗余时序裕量的大小决定是否进行工作电压的调整，由于加入了提前计算好的最小时序裕量值作为判断的阈值，避免了工作电压不断调整导致时序突然恶化，继而导致芯片功能失常。由于此模块设计理念独立于芯片核心逻辑功能模块，对芯片性能影响较小，对有低功耗需求的芯片具有普遍适用性。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对本申请实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0015]图1为PM低功耗电源管理单元与芯片内部模块连接关系图。
[0016]图2为PM低功耗电源管理单元模块组成与流程图。
[0017]图3为PM低功耗电源管理单元模块原理步骤图。
[0018]图4为动态电压频率调整电路组成关系图。
[0019]图5为信息预处理模块工作原理图。
具体实施方式
[0020]为了使本申请的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本专利技术。
[0021]为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
[0022]请参阅图1，本申请提供的低功耗电源管理模块PM与CPU、内存、外设等通过总线进行通信连接，以实现对芯片的电源管理。在供电模块与芯片内部工作模块之间插入PM电源管理模块，监测供电电源提供给各个模块不同的供电电压与电流，以及芯片的温度、工作频率。PM模块将监测到的芯片工作电压、频率等信息通过处理得出的电压调整参数传递给电源控制模块，继而控制供电电压，使工作电压不断向最有利于当前工作状态的方向收敛，同时为了避免因时序裕量过小但仍然继续降低工作电压导致时序违例、逻辑功能失常的情况出现，通过设置时序裕量保护阈值，在时序裕量低于阈值时拒绝降低工作电压，保证芯片正常工作的前提下使功耗最小化。
[0023]请参阅图2和图3，本申请对低功耗电源管理模块的设计方法包括以下步骤与组成：包括LDO_R模块105、TMCP(TimingMarginConversionPath)电路101、同步电路102、时序
裕量生成模块103、信息预处理模块105。
[0024]所述TMCP电路101通过测量电路中导致时序问题的因素(包括信号传输延迟、时钟偏移、数据锁定等)来确定系统的时序裕量偏差，该电路包括比较器、延时线、参考时钟源和控制逻辑等组件。比较器负责测量输入信号和参考时钟的延迟差异。延时线则用于调整延迟时间，以确保信号到达目的地的正确时刻，参考时钟源提供稳定的参考时钟信号，控制逻辑负责获取延迟线和比较器的参数，以实现对时序裕量偏差的计算。
[0025]为了确保TMCP电路与信息处理模块的数据交互不出现同步问题，继而导致数据出错。通过同步电路102解决异步时钟域之间的时序问题，同步电路102将异步信号转化为同步信号，确保数据的正确传输。保证TMCP电路101提供的时序裕量偏差与后续的时序裕量生成模块103在同一时钟域下完成时序数据交互，提高该电源管理模块的可靠性和稳定性。
[0026]获得了时序裕量偏差，还需要通过时序裕量生成模块103将时序偏差信息生成为可供计算的时序裕量编码。
[0027]处理后的时序裕量码信息传输到动态电压频率调整电路的信息预处理模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种芯片低功耗电源管理模块设计方法，其特征在于，包括以下步骤：电源管理模块实时获取不同工作条件下芯片的PVT信息；获取芯片工作状态下不同的PVT信息，将所述PVT信息转换为时序裕量偏差；提取关键路径时序裕量信息，同步到裕量生成模块对应的时钟域下，基于时序裕量大小判断工作电压是否冗余；设置保护阈值，在不影响芯片功能正常的前提下判断是否进行电压调整操作；基于初始时序裕量值或上一轮时序裕量值判断电压冗余。2.如权利要求1所述的芯片低功耗电源管理模块设计方法，其特征在于，所述电源管理模块通过总线与所述芯片的内部模块相连接，监测供电电源提供给所述芯片的内部各模块不同的供电电压、电流，以及相应模块的温度、工作频率信息。3.如权利要求1所述的芯片低功耗电源管理模块设计方法，其特征在于，所述电源管理模块通过总线监测电路在不同工作条件中的信号传输延迟、时钟偏移以及PVT信息，并通过TMCP时序裕量转换电路转化为实际系统的时序裕量偏差。4.如权利要求1所述的芯片低功耗电源管理模块设计方法，其特征在于，提取关键路径时序裕量信息，同步到裕量生成模块对应的时钟域下，根据时序裕量大小判断工作电压是否冗余，包括：提取到的...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓洪高，曹荀，孙希延，纪元法，白杨，孙少帅，
申请(专利权)人：南宁桂电电子科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：