温度补偿自适应电压按比例调整器(avs)、系统和方法专利名称：温度补偿自适应电压按比例调整器(avs)、系统和方法技术领域：本发明的技术涉及用于优化功能电路中的功率消耗的温度补偿自适应电压按比例调整器(AVS)、系统和方法背景技术：例如中央处理单元(CPU)或数字信号处理器(DSP)等同步数字电路需要时钟信号以协调电路中的逻辑的定时时钟信号的频率控制逻辑的切换速度或速率，且因此控制电路的性能在操作频率与向电路供电的电压电平之间存在一关系操作频率的增加会增加向电路供电以用于适当操作所需要的最小电压电平因此，操作频率的增加通常会导致更多功率消耗可通过降低电压电平来缩减功率消耗然而，电压电平的缩减会缩减电路的可能最大操作频率可缩减电压电平，直到达到适当操作所必要的电路的最小阈值电压电平为止虽然通常需要通过最大化操作频率来最大化电路的性能，但可能存在不需要或不想要最大化操作频率的时候在此情况下，可减小向电路供电的电压电平以节约功率在此方面，可使用动态电压按比例调整器(DVS)DVS可控制时钟产生器以在所要操作频率下产生用于电路的时钟信号DVS可在给定操作频率下将电压调整到最小电压电平以节约功率，同时维持适当的电路操作。
其它因素可提高在给定操作频率下向电路供电所需要的最小电压电平举例来说，用以制造同步数字电路及其组件的纳米集成电路(IC)工艺的可变性可导致延迟变化 例如晶体管的操作温度和老化效应等环境条件可影响传播延迟通过电压供应器供应的电压电平可归因于电流汲取的变化而瞬间地降低，因此瞬间地降低性能在此方面，DVS可经配置以根据最坏状况延迟情境来控制电路的最小电压电平以确保适当的电路操作，而实际上并不总是存在最坏状况延迟情境当不存在最坏状况延迟情境时，可降低电压电平，且电路适当地进行操作最坏状况最小电压电平与在给定时间针对给定操作频率向电路供电所需要的实际最小电压电平之间的差被称为电压或功率裕度(margin)电压裕度表示不必为使电路在给定操作频率下适当地进行操作而消耗的所消耗功率发明内容具体实施方式中所揭示的实施例包括自适应电压按比例调整器(AVS)、AVS系统， 以及相关电路和方法AVS以及AVS系统、电路和方法经配置以基于目标操作频率和延迟变化条件而自适应地调整向功能电路供电的电压电平以避免或减小电压裕度避免或减小电压裕度可节约功率，同时维持适当的功能电路操作延迟变化可包括对于每一 AVS和功能电路为特定的一个或一个以上制造变化，和/或由环境条件的变化导致的操作变化。
延迟变化条件可变动操作频率与功能电路的适当操作所必要的最小电压电平之间的关系作为一实例，功能电路可为同步数字电路还可包括AVS以作为对动态电压按比例调整器(DVS) 的额外电压按比例调整器，以设定功能电路的操作频率和电压电平在一个实施例中，所述AVS包含经配置以接收输入信号的至少一个延迟电路所述输入信号被延迟与功能电路的至少一个延迟路径相关的延迟量以产生延迟输出信号提供于所述AVS中的AVS模块对所述延迟输出信号作出响应所述AVS模块还耦合到数据库 (或AVS数据库)所述数据库可经配置以存储针对功能电路的各种操作频率的电压电平以避免或减小电压裕度所述所存储的电压电平基于用以在给定操作频率下适当地操作所述功能电路的电压电平，其考量所述功能电路中的其它延迟变化条件所述AVS模块经配置以基于所述延迟输出信号中的延迟信息和添加到存储于所述数据库中的电压电平的电压偏移而产生电压电平设定信号，所述电压电平与所述功能电路的目标操作频率相关联 以此方式，所述功能电路针对所述目标操作频率在与先前存储于所述数据库中的所述电压电平相比增加的电压电平下进行操作先前存储于所述数据库中的所述电压电平在所述功能电路的先前条件下可能已经是充足的，但在当前条件下可能不再是充足的。
所述AVS模块可随后在操作期间降低所述电压电平(如果有可能)，同时维持所述功能电路的适当操作所述AVS模块可响应于应将新操作频率提供到所述功能电路的指示或温度水平改变而产生所述电压电平设定信号在另一实施例中，所述AVS包含经配置以接收输入信号的至少一个延迟电路所述输入信号被延迟与功能电路的至少一个延迟路径相关的延迟量以产生延迟输出信号提供于所述AVS中的AVS模块对所述延迟输出信号作出响应所述AVS模块还耦合到数据库 (或AVS数据库)所述数据库可经配置以存储针对功能电路的各种操作频率的电压电平以避免或减小电压裕度所述所存储的电压电平基于用以在给定操作频率下适当地操作所述功能电路的电压电平，其考量所述功能电路中的其它延迟变化条件所述AVS模块经配置以基于存储于所述数据库中的电压电平和所述延迟输出信号中的延迟信息而产生电压电平设定信号，所述电压电平与所述功能电路的操作频率和所述功能电路的温度电平相关联所述AVS模块可从温度传感器接收温度水平以此方式，提供到所述功能电路的所述电压电平考量操作频率和温度水平两者的变化，同时避免或减小电压裕度所述数据库提供在允许由所述AVS模块用以作出电压电平决策的参数的配置和/ 或改变方面的灵活性。
可将所述数据库提供于非易失性存储器中，使得遍及功率循环保持所存储的电压电平所述AVS模块可部分地或完全地通过在所述电路中执行的软件控制 所述AVS模块可包括基于软件的模块，其执行软件指令以查阅所述数据库且作出电压电平决策将所述AVS模块提供为基于软件的模块允许在配置所述AVS方面的灵活性举例来说，所述AVS和/或所述功能电路的制造工艺的变化可变动所述最小电压电平以用于针对给定操作频率适当地操作所述功能电路所述AVS模块和/或所述数据库可能需要基于这些变化而在制造之后加以配置或重新配置在另一实施例中，提供一种按比例调整功能电路的电压电平的方法所述方法包含在至少一个延迟电路中接收输入信号所述方法进一步包含将所述输入信号延迟与功能电路的至少一个延迟路径相关的延迟量以产生延迟输出信号；以及基于添加到存储于数据库中的电压电平的电压偏移和所述延迟输出信号中的延迟信息而产生电压电平设定信号，所述电压电平与所述功能电路的操作频率相关联在另一实施例中，提供一种按比例调整功能电路的电压电平的方法所述方法包含在至少一个延迟电路中接收输入信号所述方法进一步包含将所述输入信号延迟与功能电路的至少一个延迟路径相关的延迟量以产生延迟输出信号；以及基于存储于数据库中的电压电平和所述延迟输出信号中的延迟信息而产生电压电平设定信号，所述电压电平与所述功能电路的操作频率和所述功能电路的温度电平相关联。
在另一实施例中，提供一种计算机可读媒体，其具有存储于其上的计算机可执行指令提供所述指令以致使AVS模块基于添加到存储于数据库中的电压电平的电压偏移和延迟输出信号中的延迟信息而产生电压电平设定信号，所述电压电平与功能电路的操作频率相关联，且所述延迟输出信号表示与所述功能电路的至少一个延迟路径相关的延迟量在另一实施例中，提供一种计算机可读媒体，其具有存储于其上的计算机可执行指令提供所述指令以致使AVS模块基于存储于数据库中的电压电平和延迟输出信号中的延迟信息而产生电压电平设定信号，所述电压电平与功能电路的操作频率和所述功能电路的温度电平相关联，且所述延迟输出信号表示与所述功能电路的至少一个延迟路径相关的延迟量图1为示范性自适应电压按比例调整器(AVS)、AVS系统和功能电路的示意图；图2为存储于AVS数据库中的示范性AVS频率/电压电平表；图3为说明功能电路的操作区域的示范性操作频率与电压电平图；图4为说明用于功能电路的示范性动态电压按比例调整器(DVS)和自适应电压按比例调整器(AVS)区域的示范性操作频率与电压电平图；图5为提供用于利用AVS数据库以自适应地存储和使用所获悉的电压电平以用于基于操作频率来设定功能电路的电压电平从而避免或减小电压裕度的示范性过程的流程图；图6为在图1中的AVS的控制下通过时钟产生器产生的时钟信号的示范性操作频率时序图； 图7A为在图1中的AVS的控制下通过电压调节器产生的电压信号的示范性电压电平时序图；图7B为在AVS必须等待新操作频率稳定才可设定新电压电平的情况下的电压信号的示范性电压电平时序图；图8为可包括于AVS数据库中以存储用于通过AVS探测的操作频率的所获悉的电压电平的示范性AVS获悉值表；图9为说明遍及示范性温度水平带在给定操作频率下功能电路的示范性最小电压电平的示范性操作温度与电压电平图；图10为用于将偏移电压添加到提供到功能电路的对应于操作频率的电压电平的示范性过程的流程图；图11为用于在功能电路的温度水平带改变时将偏移电压添加到提供到功能电路的对应于操作频率的电压电平的示范性过程的流程图；图12为提供随功能电路的每一可能操作频率温度水平而变的电压电平值的示范性AVS频率/电压电平表；图13为提供随功能电路的操作频率和温度水平带而变的电压电平值的示范性 AVS频率/电压电平表；图14为提供使AVS确定和设定随功能电路的温度水平带而变的对应于操作频率的新电压电平的示范性过程的流程图；图15为提供使AVS确定和设定功能电路的对应于在给定操作频率下针对给定温度水平带的最高电压电平的新电压电平的示范性过程的流程图；图16为提供随操作频率和可调整温度水平带而变的电压电平的另一示范性AVS 频率/电压电平表；图17为提供对应于功能电路的不同操作频率的最小电压电平的示范性最小电压电平极限表；图18为另一示范性AVS系统的示意图；以及图19为使用AVS的示范性中央处理单元(CPU)功能电路和相关系统的框图。
具体实施例方式现参看图式，描述本发明的若干示范性实施例词语“示范性”在本文中用以表示 “充当实例、例项或说明”本文中描述为“示范性”的任何实施例未必被解释为比其它实施例优选或有利具体实施方式中所揭示的实施例包括自适应电压按比例调整器(AVS)、AVS系统， 以及相关电路和方法AVS以及AVS系统、电路和方法经配置以基于目标操作频率和延迟变化条件而自适应地调整向功能电路供电的电压电平以避免或减小电压裕度避免或减小电压裕度可节约功率，同时维持功能电路的适当操作延迟变化可包括对于每一 AVS和功能电路为特定的一个或一个以上制造变化，和/或由环境条件的变化导致的操作变化延迟变化条件可变动操作频率与功能电路的适当操作所必要的最小电压电平之间的关系作为一实例，功能电路可为同步数字电路还可包括AVS以作为对动态电压按比例调整器(DVS) 的额外电压按比例调整器，以设定功能电路的操作频率和电压电平在此方面，图1中示意性地说明示范性自适应电压按比例调整器(AVS)系统10 AVS系统10包括AVS 11，其经配置以确定和设定由时钟产生器14产生的时钟信号12的操作频率以用于控制功能电路15中的逻辑的切换速度或速率。
可将AVS 11提供于一电路中 作为一实例，功能电路15可为同步数字电路AVS 11产生操作频率设定信号16以作为到时钟产生器14中的输入以控制时钟信号12的操作频率时钟产生器14可提供常规时钟信号、无故障时钟信号，或所要的任何其它类型的时钟信号AVS 11还控制电压信号18的电压电平，其提供到功能电路15以向功能电路15 供电AVS 11产生电压电平设定信号20以作为到电压调节器22中的输入以控制电压信号18的电压电平基于通过AVS 11确定的操作频率和延迟变化条件来确定电压电平在功能电路15的操作频率与用以向功能电路15供电以用于适当操作的最小电压电平之间存在一关系操作频率的增加可增加用以向功能电路15供电以用于适当操作的最小电压电平操作频率的缩减可缩减用以向功能电路15供电以用于适当操作的最小电压电平，至少直到达到向功能电路15供电所必要的最小阈值电压为止继续参看图1，AVS 11在调谐回路M中随着时间的过去重复地(周期性地或非周期性地)自适应地确定功能电路15的操作频率和电压电平自适应地。