用于片上系统的衬底偏置控制电路技术方案

一种衬底偏置控制电路包括响应ＰＶＴ效应的工艺电压温度（ＰＶＴ）效应传感器。ＰＶＴ效应计量器与ＰＶＴ效应传感器相连接。ＰＶＴ效应计量器将ＰＶＴ效应进行量化并且提供输出。ＰＶＴ效应计量器包括至少一个计数器和周期信号发生器。周期信号发生器为计数器提供时间周期。偏置控制器与ＰＶＴ效应计量器相连接，偏置控制器配置为接受ＰＶＴ效应计量器的输出。偏置控制器配置为提供偏置电压。偏置控制器包括偏置电压比较器。

【技术实现步骤摘要】

本公开总体上涉及集成电路，更具体地，涉及衬底偏置控制电路。
技术介绍
传统的衬底偏置控制电路使用鉴相器电路对工艺电压温度(PVT)效应进行测量。 然而，因为这种电路通常是数字电路和模拟电路的结合体，所以难以将这样的电路集成在 片上系统(SOC)设计中。另外，随着集成电路尺寸的减小，这样的电路难以转换到其他技术 节点。因此，大家期望得到新式的衬底偏置控制电路。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种衬底偏置控制电路，包括工艺电压温度 (PVT)效应传感器，用于响应PVT效应；PVT效应计量器，与PVT效应传感器相连接，用于量 化PVT效应以提供输出，PVT效应计量器包括至少一个计数器，以及周期信号发生器，用于 为至少一个计数器提供时间周期；以及偏置控制器，配置为接收PVT效应计量器的输出并 提供第一偏置电压，偏置控制器包括第一偏置电压比较器。其中，偏置控制器配置为提供第二偏置电压。其中，偏置控制器进一步包括第二偏置电压比较器。其中，第二偏置电压比较器配置为将从PVT效应计量器接收到的输出与第一阈值 进行比较，偏置控制器配置为当输出高于第一阈值时降低第二偏置电压，其中，第二偏置电 压被提供至NMOS晶体管的衬底。其中，第二偏置电压比较器配置为将从PVT效应计量器接收到的输出与第二阈值 进行比较，第二阈值低于第一阈值，偏置控制器配置为当输出低于第二阈值时增加第二偏 置电压。其中，偏置控制器进一步包括至少一个偏置电压查找表，偏置电压查找表包括PVT 效应计量器的输出的参考值以及与参考值对应的第一偏置电压的目标值。此外，还提供了一种集成电路，包括PM0S晶体管；NMOS晶体管；衬底偏置控制电 路，用于为PMOS晶体管提供第一偏置电压，以及为NMOS晶体管提供第二偏置电压，衬底偏 置控制电路包括工艺电压温度(PVT)效应传感器，用于响应PVT效应；PVT效应计量器，与 PVT效应传感器相连接，用于量化PVT效应以提供输出，PVT效应计量器包括至少一个计数 器，以及周期信号发生器，用于为至少一个计数器提供时间周期；以及偏置控制器，配置为 接收PVT效应计量器的输出并提供第一偏置电压和第二偏置电压，偏置控制器包括第一偏 置电压比较器和第二偏置电压比较器。其中，PVT效应传感器包括第一环形振荡器，并且第一环形振荡器与至少一个计数 器中的第一计数器相连接，第一计数器在时间周期内提供第一环形振荡器的第一计数值。其中，PVT效应传感器进一步包括第二环形振荡器，与至少一个计数器的第二计数 器相连接，第二计数器在时间周期内提供第二环形振荡器的第二计数值，PVT效应计量器进 一步包括计数比较器，用于比较第一计数值和第二计数值，并且用于选择第一计数值或者 第二计数值作为PVT效应计量器的输出。其中，第一偏置电压比较器配置为将从PVT效应计量器接收到的输出与第一阈值 进行比较，偏置控制器配置为当输出高于第一阈值时增加第一偏置电压。其中，第一偏置电压比较器配置为将从PVT效应计量器接收到的输出与第二阈值 进行比较，第二阈值低于第一阈值，偏置控制器配置为当输出低于第二阈值时降低第一偏 置电压。其中，第二偏置电压比较器配置为将从PVT效应计量器接收到的输出与第一阈值 进行比较，偏置控制器配置为当输出高于第一阈值时降低第二偏置电压。其中，第二偏置电压比较器配置为将从PVT效应计量器接收到的输出与第二阈值 进行比较，第二阈值低于第一阈值，偏置控制器配置为当输出低于第二阈值时增加第二偏 置电压。其中，偏置控制器进一步包括至少一个偏置电压查找表，偏置电压查找表包括PVT 效应计量器的输出的参考值以及与参考值对应的第一偏置电压的目标值。此外，还提供了一种集成电路，包括PM0S晶体管；NMOS晶体管；衬底偏置控制电 路，用于为PMOS晶体管提供第一偏置电压，以及为NMOS晶体管提供第二偏置电压，衬底偏 置控制电路包括工艺电压温度(PVT)效应传感器，用于响应PVT效应，其中，PVT效应传感 器包括第一环形振荡器；PVT效应计量器，与PVT效应传感器相连接，用于量化PVT效应以 提供输出，PVT效应计量器包括至少一个计数器，周期信号发生器，用于为至少一个计数 器提供时间周期；以及比较器，其中，第一环形振荡器与至少一个计数器中的第一计数器相 连接，第一计数器在时间周期内提供第一环形振荡器的第一计数值；以及偏置控制器，配置 为接收PVT效应计量器的输出并提供第一偏置电压和第二偏置电压，偏置控制器包括第一 偏置电压比较器和第二偏置电压比较器，其中，第一偏置电压比较器配置为将从PVT效应 计量器接收到的输出与第一阈值和第二阈值进行比较以提供第一偏置电压，第二偏置电压 比较器配置为将从PVT效应计量器接收到的输出与第一阈值和第二阈值进行比较以提供 第二偏置电压。其中，PVT效应传感器进一步包括第二环形振荡器，与至少一个计数器中的第二计 数器相连接，第二计数器在时间周期内提供第二环形振荡器的第二计数值，PVT效应计量器 进一步包括计数比较器，其中，计数比较器配置为比较第一计数值和第二计数值，并选择第 一计数值或者第二计数值作为PVT效应计量器的输出。附图说明为了更完整地理解本公开以及所披露的实施例的优点，现结合附图对下面的内容 进行描述，其中图1示出了示例性的衬底偏置控制电路的示意图2示出了衬底偏置控制电路的示例性实施例；图3示出了衬底偏置控制电路的另一示例性实施例；图4示出了与图3中的衬底偏置控制电路的示例性实施例相关的示例性的偏压查 找表；图5A示出了在SOC芯片上的衬底偏置控制电路的示例性实施例的示意图；图5B示出了在SOC芯片上的衬底偏置控制电路的另一示例性实施例的示意图。具体实施例方式下面，详细讨论本专利技术优选实施例的制造和使用。然而，应该理解，本专利技术提供了 许多可以在各种具体环境中实现的可应用的概念。所讨论的具体实施例仅仅示出制造和使 用本专利技术的具体方式，而不用于限制本公开的范围。将本公开中描述的示例性电路配置成用于提供适宜的衬底偏压(基于PVT变化)， 以调节芯片性能和功耗。该电路可以很容易地集成在SOC设计中。如果金属氧化物半导体 场效应晶体管(MOSFET)器件的衬底反向偏置，就可以节约该器件的功耗。如果MOSFET器 件的衬底正向偏置，该器件的速度就能得到提升。图1示出了一种示例性的衬底偏置控制电路的示意图。该衬底偏置控制电路100 包括PVT效应传感器(transducer) 102,PVT效应计量器104、以及偏置控制器106。PVT效 应传感器102对于PVT环境变化进行响应并且示出能够测量的对应的物理特性变化，例如， 环形振荡器的频率改变。PVT效应传感器102与PVT效应计量器104相连接。PVT效应计量器104将由PVT效应传感器102检测出的物理特性变化进行量化。 例如，在特定时间内记录下来自环形振荡器的脉冲数量，从而显示出由于PVT改变而带来 的频率变化。该PVT效应计量器104与偏置控制器106相连接。偏置控制器106接收来自PVT效应计量器104的量化输出，并且分别控制P型沟道 MOSFET (PMOS)晶体管108和N型沟道MOSFET (匪OS)晶体管110的偏置电压Vpp和VBB。该 偏置控制器106本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种衬底偏置控制电路，包括：工艺电压温度（ＰＶＴ）效应传感器，用于响应ＰＶＴ效应；ＰＶＴ效应计量器，与所述ＰＶＴ效应传感器相连接，用于量化所述ＰＶＴ效应以提供输出，所述ＰＶＴ效应计量器包括：至少一个计数器，以及周期信号发生器，用于为所述至少一个计数器提供时间周期；以及偏置控制器，配置为接收所述ＰＶＴ效应计量器的输出并提供第一偏置电压，所述偏置控制器包括第一偏置电压比较器。

【技术特征摘要】
US 2009-10-22 61/254,055;US 2010-6-4 12/793,8841.一种衬底偏置控制电路，包括工艺电压温度(PVT)效应传感器，用于响应PVT效应；PVT效应计量器，与所述PVT效应传感器相连接，用于量化所述PVT效应以提供输出，所 述PVT效应计量器包括至少一个计数器，以及周期信号发生器，用于为所述至少一个计数器提供时间周期；以及偏置控制器，配置为接收所述PVT效应计量器的输出并提供第一偏置电压，所述偏置 控制器包括第一偏置电压比较器。2.根据权利要求1所述的电路，其中，所述PVT效应传感器包括第一环形振荡器，并且 所述第一环形振荡器与所述至少一个计数器的第一计数器相连接，所述第一计数器在所述 时间周期内提供所述第一环形振荡器的第一计数值。3.根据权利要求2所述的电路，其中，所述PVT效应传感器进一步包括第二环形振荡 器，与所述至少一个计数器的第二计数器相连接，所述第二计数器在所述时间周期内提供 所述第二环形振荡器的第二计数值，所述PVT效应计量器进一步包括计数比较器，用于比 较所述第一计数值和所述第二计数值，并且用于选择所述第一计数值或者所述第二计数值 作为所述PVT效应计量器的输出。4.根据权利要求1所述的电路，其中，所述第一偏置电压比较器配置为将从所述PVT 效应计量器接收到的输出与第一阈值进行比较，所述偏置控制器配置为当所述输出高于所 述第一阈值时增加所述第一偏置电压，其中，所述第一偏置电压被提供至PMOS晶体管的衬 底。5.根据权利要求4所述的电路，其中，所述第一偏置电压比较器配置为将从所述PVT效 应计量器接收到的输出与第二阈值进行比较，所述第二阈值低于所述第一阈值，所述偏置 控制器配置为当所述输出低于所述第二阈值时降低所述第一偏置电压。6.根据权利要求1所述的电路，其中，所述偏置控制器配置为提供第二偏置电压。7.根据权利要求6所述的电路，其中，所述偏置控制器进一步包括第二偏置电压比较ο8.根据权利要求7所述的电路，其中，所述第二偏...

【专利技术属性】
技术研发人员：汲世安，沈学聪，李芷岩，李云汉，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]