專利名稱：使用選擇性反向偏置的動態(tài)泄露控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例通常涉及電子電路，并且尤其涉及減少晶體管電路中 的泄露功率。
背景技術(shù)：
微處理器電路通常在兩種主要的工作狀態(tài)下工作，即工作模式和待機 模式。在工作模式下，電路執(zhí)行處班或者任務(wù)，并且通常以該電路的指定 工作頻率運行。在工作模式期間，大多數(shù)晶體管柵極處于切換中并且需要 相對高的工作頻率。在待機或者睡眠模式期間，處理任務(wù)通?？臻e并且相 對較少的柵極處于切換中，因而需要較低的工作頻率。晶體管電路中消耗 的功率是切換功率和泄露功率二者的函數(shù)。即使在電路處于待機模式時， 由于晶體管中的功率泄露，也會潛在地消耗大量的功率。因此，運行在工 作模式下的電路的功率是動態(tài)(切換)功率和泄露功率的結(jié)合，其中動態(tài) 功率是主要因素，然而，在很少的柵極處于切換中的待機模式下，功率消 耗很大程度上取決于泄露功率。
隨著器件設(shè)計按比例縮減到更加精細的幾何尺寸(例如，從90nm到 65nm或者更小)，對于給定的工作頻率，電路可以較低的電壓運行，因而 減小了動態(tài)功率消耗。然而，隨著器件幾何尺寸降低，泄露功率呈指數(shù)增 加。這是由于以下事實隨著尺寸變化，晶體管的工作特性也發(fā)生變化， 尤其是對于閾值電壓VTH的影響，該閾值電壓Vm是晶體管切換狀態(tài)時的
電壓。通常，晶體管的尺寸減小使閾值電壓VTH相對于供電電壓產(chǎn)生變化，
這會導(dǎo)致泄露功率的增加。由于在待機模式期間，泄露功率是功率消耗中 的主要因素，隨著電路尺寸向下縮減，對于該工作模式，泄露功率的影響 變得更加明顯。該影響對于具有有限電源容量的移動電話或者電池供電設(shè) 備會是很大的問題，并且會在待機或者睡眠模式下花費大量的時間，例如 移動電話、個人數(shù)字助理(PDA)、筆記本計算機以及類似設(shè)備。當(dāng)前使用的用于降低由于泄露功率導(dǎo)致的功率消耗的簡單方法是減少 電路本身的工作電壓，但是這明顯地降低了電路的性能并且與日益增加的 處理器和電路運行速度的趨勢逆向而行。降低待機功率消耗的另一公知方 法是改變晶體管的閾值電壓電平。通常，增加閾值電壓將降低泄露功率， 并且因而降低待機功率消耗。然而，增加閾值電壓也會降低晶體管的切換 速度，因而在電路工作在工作模式時會降低電路性能。因而，用于降低泄 露功率的現(xiàn)有方法通常是不利的并且沒有充分考慮電路的工作模式以根據(jù) 電路的工作模式和其它相關(guān)參數(shù)來動態(tài)而靈活地改變晶體管的閾值電壓。


通過作為示例而非限制的附圖來詳細地說明本發(fā)明的實施例，附圖中 類似的附圖標記表示類似的元件。在附圖中
圖1A示出了根據(jù)一實施例的實現(xiàn)用于降低泄露電流的反向偏置方法
的MOS (金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管。
圖1B示出了根據(jù)一實施例使用反向偏置電壓技術(shù)來降低圖1A中的晶 體管的泄露電流。
圖2A示出了根據(jù)一實施例的包括體偏置電壓源以動態(tài)地改變電路的 閾值電壓的晶體管電路的示意圖。
圖2B示出了所制造的圖2A示意圖的晶體管電路的側(cè)視圖。
圖3是示出根據(jù)一實施例的用于基于狀態(tài)電路條件來改變晶體管電路 的閾值電壓的電壓控制電路的電路圖。
圖4是示出根據(jù)一實施例的用于基于屏幕顯示的狀態(tài)來動態(tài)地降低泄 露電流的方法的流程圖。
圖5是示出根據(jù)一實施例的用于基于屏幕顯示的狀態(tài)來控制到圖形處 理器的漏極電壓的電壓控制電路的電路圖。
圖6是示出根據(jù)一實施例的用于基于屏幕顯示的狀態(tài)觸發(fā)反向偏置的 方法的流程圖。
圖7是示出根據(jù)一實施例的用于基于屏幕顯示的狀態(tài)來控制向圖形處 理器施加反向偏置電壓的電壓控制電路的電路圖。下面描述用于與圖形處理器一起使用的動態(tài)泄露控制電路的實施例。 該動態(tài)泄露控制電路在特定的工作模式期間選擇性地啟用包括圖形處理器 電路的晶體管的反向偏置。通過兩個單獨的電源軌來控制反向偏置電平。 第一電源軌耦合到現(xiàn)有的電源并且第二電源軌耦合到單獨的可調(diào)電壓調(diào)節(jié) 器。也可以為第一電源軌提供單獨的電壓調(diào)節(jié)器。對基于硬件的狀態(tài)機或 者軟件過程進行編程以檢測一個或多個工作模式的發(fā)生，并且調(diào)節(jié)用于第 一和第二電源軌的電壓調(diào)節(jié)器以啟用或者禁用電路的反向偏置狀態(tài)，或者 在指定的電壓范圍內(nèi)改變電路的閾值電壓。
在下面的描述中，介紹了各種具體細節(jié)以提供對動態(tài)泄露控制電路的 實施例的全面理解和描述。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將意識到，可以 在缺少一個或者多個這些具體細節(jié)的情況下或者使用其它組件、系統(tǒng)等來 實施這些實施例。在其它實例中，沒有示出或者詳細描述公知的結(jié)構(gòu)或者 工作以避免模糊所公開的實施例的一些方面。
在一個實施例中，使用反向偏置方案來增大電路中的一個或多個晶體 管的閾值電壓以切斷或者降低通過所述一個或多個晶體管的泄露電流。在 一個實施例中，通過電壓調(diào)節(jié)器來提供一個或多個電源軌以啟用或者禁用 晶體管的反向偏置，或者通過沿著指定的電壓范圍改變晶體管電路的有效 閾值電壓來提供一定程度的反向偏置。
圖1A說明了根據(jù)一實施例的實現(xiàn)用于降低泄露電流的反向偏置方法 的MOS (金屬氧化物半導(dǎo)體)晶體管。晶體管100代表通用的MOS晶體 管，其包括柵極(G) 102、源極(S) 104和漏極(D) 106。晶體管100可 以是工作在任何模式(即，增強模式，耗盡模式)下的任何類型的MOS晶 體管(即，N型、P型)，或者是晶體管器件的任何等同物或者類似類型。 將晶體管100的柵極-源極電壓表示為V(3s，并且通過改變所述電壓來調(diào)制 在源極106與漏極104之間流動的電流。在諸如晶體管100的晶體管中的 一個主要泄露機制是子閾值(或者溝道)泄露，將其表示為Isubth。子閾值 泄露功率是在柵極電壓低于閾值電壓時由源極106與漏極104之間的電流
Isubth產(chǎn)生的功率。
已經(jīng)研究了幾種技術(shù)來降低晶體管中的泄露電流，盡管大多數(shù)技術(shù)涉及關(guān)于性能、成本、復(fù)雜性等的平衡。 一種這種技術(shù)是將電路內(nèi)的晶體管 反向偏置以降低晶體管的有效閾值電壓。反向偏置(也被稱為"體偏置") 是指將晶體管的體端子連接到小的負電壓以有效地增加體-源極電壓的技 術(shù)。源極與體之間的差值改變了閾值電壓，并且被稱為晶體管的體效應(yīng)。
圖1B示出了根據(jù)一實施例使用反向偏置技術(shù)以降低泄露電流。圖B示出 了對于諸如圖1A所示的晶體管100的晶體管的漏極-源極電流相對于柵極-源極電壓的曲線圖。如I-V(轉(zhuǎn)移特性)曲線122所示，閾值電壓V.m代表 晶體管導(dǎo)通或者改變狀態(tài)時的電壓。直線120代表子閾值斜率，其確定當(dāng) Vcs降低到VTH以下時晶體管能夠被如何有效地截止。I-V曲線122代表在 禁用反向偏置吋電路的轉(zhuǎn)移特性曲線，而I-V曲線124代表在啟用反向偏置 吋電路的轉(zhuǎn)移特性曲線。兩條曲線22和124沿著Isubth軸的差值126代表 在啟用反向偏置時電路的泄露電流的減少。因而，引入反向偏置增加了閾
值電壓(將I-V曲線向右移動)并且切斷或者減小了泄露電流Isubth。
在一個實施例中，基于晶體管的電路包括兩個單獨的電源軌，被表示 為BBP (正的反向偏置)和BBN (負的反向偏置)以提供電壓電平來改變 閾值電壓。正的反向偏置電壓電源軌BBP提供表示為vbp的正電壓，而負 的反向偏置電壓電源軌BBN提供表示為VBN的負電壓。將這些電壓電平施 加到晶體管的合適的體端子以啟用電路的反向偏置。
圖2A示出了根據(jù)一實施例的包括反向偏置電壓源以動態(tài)地改變電路 的閾值電壓的晶體管電路的示意圖。電路200示出了包括耦合到N-溝道 CMOS晶體管212的P-溝道CMOS晶體管210的CMOS逆變電路。將漏極 電壓Vdd施加到稱合到晶體管210的漏極的電源軌204，并且將源極電壓 Vss施加到耦合到晶體管212的源極的電源軌206。將晶體管210的體端子 耦合到通過BBP電源軌202施加的正的反向偏置電壓VBP。如電路200中 所示，vbp電平的范圍在待機電平和工作電平之間。晶體管212的體端子耦 合到通過BBN電源軌203施加的負的反向偏置電壓VBN。 VBN的值的范圍 也在工作電平和待機電平之間。
圖2B示出了所制造的圖2A的示意圖的晶體管電路的側(cè)視圖。晶體管 電路250包括其中形成有N-隔離區(qū)域224的P-襯底226。圖2A的P型晶 體管210通過包括P-摻雜的漏極D和源極S區(qū)域以及柵極221的N阱區(qū)域
9220形成。圖2A的N型晶體管22通過包括N-摻雜的漏極D和源極區(qū)域 以及柵極223的P阱區(qū)域222形成。將正的反向偏置電壓源Vbp稱合到晶 體管20的N阱體區(qū)域220，并且將負的反向偏置電壓源V^耦合到晶體 管212的P阱體區(qū)域222。
如圖2A和2B所示，將反向偏置電壓電平Vbp和VBN施加到逆變電路 200以反向偏置晶體管20和2〗2，從而如圖1B所示提高閾值電壓Vth并 且降低通過晶體管的泄露電流。如圖2B所示，反向偏置機制的包含物 (inclusion)需要添加單獨的偏置電壓網(wǎng)、晶體管面積的細微增加以及用于 隔離的深n阱區(qū)域224的添加。然而，對于以極大地降低柵極尺寸為特征 的新一代設(shè)備來說，在不需要顯著減小工作頻率的情況下，降低泄露功率 帶來的優(yōu)點可以超過增加的尺寸以及制造需求。
如圖2A和2B所示，通過兩個單獨的電源軌來提供反向偏置晶體管所 需的電壓。在一個實施例中，將一個或多個可調(diào)電壓調(diào)節(jié)器耦合到電源軌 以調(diào)節(jié)由該反向偏置電壓電源軌提供的電壓。這允許沿著通過一個或多個 電壓調(diào)節(jié)器的電壓范圍定義的電壓等級(scale)來改變閾值電壓。在一個 實施例中，電壓調(diào)節(jié)器電路由可編程電路或者軟件過程控制，該可編程電 路或者軟件過程基于與晶體管電路的相關(guān)工作特性相關(guān)的多個參數(shù)來控制 反向偏置電壓軌。用于正負反向偏置電壓電平的實際值取決于與實際電路 實現(xiàn)和需求相關(guān)的各種因素，例如電源電壓電平、工作頻率、電路配置、 晶體管類型等等。在一個示例性實施例中，VBP電平可以在1.0V的最小值 與2.0V的最大值之間變化，而VBN電平可以在-1.0V的最小值與0V的最大 值之間變化。根據(jù)晶體管類型以及其它因素，許多其它的范圍也是可能的， 例如V朋可以是1.5V到l.SV，而Vbn可以是-0.5V到0V。
在一個實施例中，諸如圖2A的逆變器200的晶體管電路是專用集成電 路(ASIC)的一部分，該專用集成電路在圖形處理單元(GPU)或者作為 對于個人計算機、工作站或者游戲控制臺的專用圖形呈現(xiàn)設(shè)備的視覺處理 單元(VPU)中使用或者作為其中的一部分。GPU通常實現(xiàn)用于生成2D 和3D計算機圖形以及執(zhí)行其它數(shù)字視頻相關(guān)處理的多個圖形原始操作。對 于該實施例，指示用于控制反向偏置電壓電平的電壓調(diào)節(jié)器電路的控制的 參數(shù)基于與圖形圖像的生成以及圖形處理的執(zhí)行相關(guān)的功率需求。在工作模式下，圖形處理器在生成圖形元素和描述運動以及執(zhí)行3D處理等時，通
常執(zhí)行許多存儲密集以及算法/邏輯密集的任務(wù)。在這種情況下，GPU的大 多數(shù)柵極活動地切換并且使用GPU的最大頻率。在待機模式期間，顯示屏 幕可以是靜態(tài)的并且相對少的柵極處于切換中，并且諸如3D呈現(xiàn)的復(fù)雜處 理處于空閑。
對于該實施例，描述控制電壓調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括期望的性能等級、工 作頻率、電源電壓、啟用的電路類型、工作模式以及其它類似的因素。期
望的性能等級可以涉及需要最大時鐘頻率操作而不考慮功率消耗的高性 能；需要對性能與功率消耗進行均衡的中間性能；以及需要以性能作為交 換的最小功率消耗的低性能，例如在電路由電池供電工作時。被反向偏置 電壓啟用的電路類型可以包括處理器或者ASIC中模塊的任何部件。例如， 對于GPU，被啟用的電路可以包括2D或3D圖形管、板上高速緩存等。這 也與工作模式相關(guān)，其可以包括2D或3D模式、高分辨率/低分辨率、灰度 級/彩色等等。
在一個實施例中，配置片上狀態(tài)機以基于電路的一個或多個參數(shù)和/或 工作條件來控制向晶體管電路施加反向偏置電壓電平。圖3是示出根據(jù)一 實施例的用于基于狀態(tài)電路條件來改變晶體管電路的閾值電壓的電壓控制 電路的電路圖。如系統(tǒng)300中所示，待控制的晶體管電路312包括在ASIC 302中。在片外并且在板304上提供反向偏置電壓源。對于圖3的實施例， 通過電壓調(diào)節(jié)器306控制正的反向偏置電壓源305以提供Vbp，并且通過電 壓調(diào)節(jié)器308控制負的反向偏置電壓源307以提供VBN。將V朋和Vbn電壓 通過通用輸入/輸出(GPIO)端口 312和314輸入到ASIC。如系統(tǒng)300中 所示，ASIC包括從GPIO端口接收Vbp和V^電壓的片上狀態(tài)機。配置狀 態(tài)機310以將Vbp和Vbn電壓傳輸?shù)骄w管312，以便啟用晶體管的反向偏 置，從而降低晶體管的泄露功率。由于持久地反向偏置晶體管的某些內(nèi)在 缺陷，通常不期望向晶體管312持久施加反向偏置電壓。配置狀態(tài)機310 以在降低泄露電流的優(yōu)點超過反向偏置晶體管的缺點的條件下啟用反向偏 置。該條件的通常示例是在ASIC 302處于待機模式時。對于圖3所示的實 施例，條件檢測器部件309監(jiān)視該條件的狀態(tài)并且向狀態(tài)機310提供該信 息。在檢測到條件的情況下，狀態(tài)機310將反向偏置電壓傳輸?shù)骄w管312以啟用反向偏置。
盡管將條件檢測器309表示為單獨的功能組件，但是也可以將其結(jié)合 作為狀態(tài)機310的整體部分。類似地，盡管將電壓調(diào)節(jié)器306和308表示 在系統(tǒng)300中為片外并且在板304上，但是根據(jù)電路限制和實現(xiàn)細節(jié)，也 可以將其直接設(shè)置在ASIC 302上。同樣，狀態(tài)機電路310可以設(shè)置在板304 上而非直接設(shè)置在ASIC 302上。
在一個實施例中，將狀態(tài)機310實施為基于參數(shù)來控制功率狀態(tài)改變 的軟件過程。該軟件過程直接控制改變Vbp和Vbn電壓電平的一個或多個 電壓調(diào)節(jié)器。在替代實施例中，采用硬件電路代替軟件過程來基于電路或 者ASIC操作以改變功率曲線圖。對于該實施例，將狀態(tài)機310實施在一個 或多個相連的電路或者專用片上邏輯器件中。
對于圖300的系統(tǒng)，通過條件檢測器309監(jiān)視操作的各種條件或者指 示器以通過狀態(tài)機310觸發(fā)偏置電壓電平的變化。用于啟用晶體管312的 反向偏置的條件可以是ASIC 302進入到待機模式，盡管其它條件也是可能 的。對于進入到待機模式，可以使用操作(或者非操作)的各種指示器以 觸發(fā)反向偏置電壓的啟用。這些指示器包括靜態(tài)屏幕顯示、無電路占線信 號、降低的FIFO緩沖程度、生成睡眠信號、降低的電源汲入(draw)的顯 示以及從工作模式到待機模式的切換的任何其它適合的指示器。在這種情 況下，條件檢測舉309將檢測這樣的條件并且向狀態(tài)機310發(fā)送適當(dāng)?shù)男?號，然后該狀態(tài)機310將所述反向偏置電壓傳遞到晶體管312以啟用反向 偏置。觸發(fā)晶體管的反向偏置的條件的使用引入了動態(tài)處理元素以降低泄 露電流，并且使得能夠基于實際工作條件或者預(yù)編程的參數(shù)進行泄露控制。
如上所述，可以使用各種指示器來檢測進入待機模式的AS1C的存在。 在一個實施例中，主要的指示器是靜態(tài)屏幕顯示的存在。這樣的條件通常 指明在部分用戶上不存在工作，并且在一定時間段(超時時間段)之后配 置許多設(shè)備進入睡眠模式，以便節(jié)約能量。在電路進入待機模式時動態(tài)地 降低泄露功率的簡單方法是在電路處于空閑的時間段期間降低電源電壓 (漏極電壓)。圖4是示出根據(jù)一實施例的基于屏幕顯示的狀態(tài)動態(tài)地降低 泄露電流的方法的流程圖。在方框402，該過程檢測是否檢測到了靜態(tài)屏幕 條件。可以使用各種指示器來檢測該條件，例如作為整個屏幕顯示的整體或者對于整個屏幕顯示的重要部分的相同屏幕顯示元件對于指定數(shù)量的幀
是否是靜態(tài)的。在方框404，在檢測到靜態(tài)屏幕條件時，該過程將當(dāng)前時鐘 工作頻率降低預(yù)定的倍數(shù)，諸如降低該頻率的一半或者四分之一?？梢酝?過任何合適的處理來降低吋鐘頻率，例如免故障后PLL (鎖相環(huán))分割處 理等。在方框406，該處理觸發(fā)GPIO接口 (或者其它I/O接口 )以降低VDD 電壓(電源電壓)電平。漏極電壓的減少有效地降低了通過晶體管的泄露 電流，因而在待機模式期間降低了 ASIC的泄露功率。應(yīng)該選擇電壓降低的 量以使得充足的功率開銷可用于確保晶體管能夠仍然工作在待機模式下。
在一個實施例中，將晶體管保持在降低的電源電壓條件下，直到檢測 到ASIC從待機模式變化到工作模式。因而，如在方框408中所示，該處理 判斷芯片是否進入到工作模式。如果是，則將晶體管設(shè)置回到初始的電源 電壓電平，以使得它們能夠以其最大的可能吋鐘速度工作。如在方框410 中所示，觸發(fā)GPIO接口以增大VDD電壓電平，以將工作電壓恢復(fù)到其正常 電平。然后，在方框412，將時鐘頻率增大到其正?；蛘咦畲蠊ぷ黝l率，以 啟用ASIC在工作模式下最理想地工作。
如在圖4的方框402中所示，該處理首先檢測靜態(tài)屏幕。在一個實施 例中，配置該電路以檢測也可以被顯示處理器使用進行時鐘選通的占線或 者空閑信號。使用滯后延遲進入和退出該靜態(tài)屏幕模式以降低在性能臨界 時間期間電路落入(drop in)和回落(dropout)的機會，并且消除電壓調(diào) 節(jié)器在這些時間段期間切換回到全性能模式所需的斜坡上升時間。
圖5是示出根據(jù)一實施例的用于基于屏幕顯示的狀態(tài)來控制到圖形處 理器的漏極電壓的電壓控制電路的電路圖。圖5的電路500可以用于實現(xiàn) 圖4所說明的處理的一個或多個方面。如在系統(tǒng)500中所示的，ASIC 502 被安裝到板504上，并且包含耦合到核心時鐘發(fā)生器514的靜態(tài)屏幕檢測 組件512。核心時鐘發(fā)生器控制ASIC時鐘信號的頻率并且允許在圖4的方 框404和412中說明的時鐘頻率的降低或者增加。該靜態(tài)屏幕檢測電路512 通過GPIO端口 510向板504上的切換電路511提供信號。將該檢測信號傳 遞到電壓調(diào)節(jié)器506的Vs,輸入端。響應(yīng)于該信號，電壓調(diào)節(jié)器通過GPIO 端口 508向ASIC 502提供適當(dāng)?shù)腣DD電壓電平。因而，通過由靜態(tài)屏幕檢 測組件512檢測的條件來控制漏極電壓電平，并且該電壓調(diào)節(jié)器觸發(fā)GPIO接口 508以提高或者降低該電壓，如圖4的方框406和410所示。選擇VDD 的最小值以使得該晶體管能夠工作在待機模式下，然而要足夠低以在該待 機模式期間在泄露電流方面提供基本足夠的降低。
圖4示出了一種方法，其中使用漏極電壓VDD的電平來降低在ASIC的 待機或者睡眠模式期間的所述泄露電流?；蛘?，方框406可以由結(jié)合從BBP 和BBN電壓軌向晶體管的體端子施加反向偏置電壓電平以通過有效地減小 品體管的閾值電壓來降低泄露電流的步驟來代替。
圖6是示出根據(jù)一實施例基于屏幕顯示的狀態(tài)來觸發(fā)反向偏置的方法 的流程圖。在方框602，該處理檢測是否檢測到靜態(tài)屏幕條件。如上述參照 圖4所示的，可以使用各種指示器來檢測該條件，例如作為整個屏幕顯示 的整體或者對于整個屏幕顯示的重要部分的相同屏幕顯示元素是否對于指 定數(shù)量的幀是靜態(tài)的。在方框604，在檢測到靜態(tài)屏幕條件之后，該處理將 當(dāng)前的時鐘工作頻率降低預(yù)定的倍數(shù)，例如降低該頻率的一半或者四分之 一。在方框606，該處理觸發(fā)GPIO接口 (或者其它I/0接口)以啟用晶體 管的反向偏置。在一個實施例中，這通過向晶體管的體端子施加由反向偏 置電壓軌，例如BBP禾QBBN，提供的正或負反向偏置電壓或者正和負反向 偏置電壓來實現(xiàn)，反向偏置電壓的施加有效地降低了晶體管的閾值電壓， 因而消除或者降低了通過該晶體管的泄露電流。
在一個實施例中，將晶體管保持在反向偏置模式，直到檢測到從ASIC 的待機模式到工作模式的變化為止。因而，如在方框608中所示，該處理 判斷芯片是否進入到工作模式。如果是，則使晶體管脫離反向偏置條件以 使得它們能夠以最大的可能時鐘速度工作。如在方框610中所示，觸發(fā)GPIO 接口以禁用晶體管的反向偏置條件，以將閾值電壓恢復(fù)到其正常電平。然 后，在方框612，將時鐘頻率增加到其正?；蛘咦畲蠊ぷ黝l率，以啟用ASIC 在工作模式下最優(yōu)選地工作。
圖7是示出根據(jù)一實施例用于基于屏幕顯示的狀態(tài)來控制向圖形處理 器施加反向偏置電壓的電壓控制電路的電路圖。圖5的電路700可以用于 實現(xiàn)圖6所示出的處理的一個或多個方面。如在系統(tǒng)700中所示的，ASIC 702被安裝在板704上并且包含耦合到核心時鐘發(fā)生器714的靜態(tài)屏幕檢測 部件712。該核心時鐘發(fā)生器控制ASIC時鐘信號的頻率并且允許降低或者增加圖6的方框604和612中說明的時鐘頻率。該靜態(tài)屏幕檢測電路712 通過GPIO端口 710向板704上的切換電路711提供信號。將該檢測信號傳 輸?shù)诫妷赫{(diào)節(jié)器706的輸入端Vs^e。響應(yīng)于該信號，電壓調(diào)節(jié)器706通過 GPIO端口 708向AS1C 702提供適當(dāng)?shù)姆聪蚱秒妷篤BN電平。靜態(tài)屏幕 檢測部件712還向偏置生成器部件714提供信號。該部件714通過GPIO端 口 709向端口 708提供反向偏置發(fā)生器信號以啟用或者禁用從電壓調(diào)節(jié)器 706提供到端口 708的反向偏置電壓VBN。因而，通過電壓調(diào)節(jié)器生成反向 偏置電壓，并且通過在經(jīng)過偏置生成器714時由靜態(tài)屏幕檢測部件512檢 測的條件來控制該反向偏置電壓。
圖7示出了其中反向偏置電壓包括由BBN電源軌提供的負電壓的實施 例?；蛘撸部梢酝ㄟ^BBP電源軌提供正的反向偏置電壓VBP。對于該實 施例，可以提供單獨的偏置生成器和電壓調(diào)節(jié)器組件以生成并且控制向 ASIC施加VBP，或者可以配置偏置生成器714和電壓調(diào)節(jié)器706以處理VBP 和VBN。
在一個實施例中，將反向偏置電壓Vbp和/或Vbn固定在某一最大但并 且通過由偏置發(fā)生器714生成的二進制信號來啟用或者禁用該反向偏置電 壓。這導(dǎo)致閾值電壓20從第一值到第二值的有效改變。在替代實施例中， 可以配置電壓調(diào)節(jié)器以沿著多個離散的中間電壓值來提供Vbp和/或V柳的 電壓范圍，或者為正負反向偏置電壓值提供位于最大值和最小值范圍之間 的連續(xù)集(continuum)。這允許閾值電壓120改變至第一值和第二值之間的 多個中間電壓，并且因而允許將泄露電流降低到一定級別?？梢詫﹄妷赫{(diào) 節(jié)器進行編程以基于按照ASIC的工作條件和需求的一個或者多個參數(shù)來 提供合適的反向偏置電壓電平。
本發(fā)明的實施例包括控制電路中的泄露電流的方法，該方法包括響 應(yīng)于器件中從第一狀態(tài)到第二狀態(tài)的變化，將通過系統(tǒng)時鐘向該電路提供 的工作頻率從第一頻率降低至第二頻率；以及響應(yīng)于器件的所述變化沿著
第一閾值電壓到索二電壓值之間的電壓范圍向該電路提供反向偏置電壓以 有效地降低該電路的閾值電壓。
在一實施例中，所述第一狀態(tài)包括所述電路的工作狀態(tài)而所述第二狀 態(tài)包括所述電路的待機狀態(tài)。在一實施例中，通過一個或者多個指示器的存在來檢測所述待機狀態(tài)。 在一實施例中，所述一個或者多個指示器中的一個包括檢測靜態(tài)屏幕顯示。
一個實施例還包括檢測在系統(tǒng)吋鐘的指定數(shù)量的時鐘周期耦合到所述 電路的顯示設(shè)備上所顯示的圖像的持續(xù)性。
在一實施例中，從基本由下述構(gòu)成的組中選擇一個或者多個指示器 一個或者多個返回的占線信號、睡眠模式標志激活、功率汲入的降低以及 減少的緩沖操作。
在一實施例中，所述反向偏置電壓包括施加到所述電路的至少一個晶 體管的體端子的負電壓。
在一實施例中，通過耦合到負的反向偏置電壓電源軌的第一電壓調(diào)節(jié) 器電路向至少一個晶體管提供反向偏置電壓，響應(yīng)于所檢測到的狀態(tài)變化 所述第一電壓調(diào)節(jié)器由偏置生成器電路控制。
在一實施例中，所述反向偏置電壓還包括施加到所述電路的至少一個 晶體管的體端子的正電壓。
在一實施例中，通過耦合到正的反向偏置電壓電源軌的第二電壓調(diào)節(jié) 器電路向至少一個晶體管提供所述反向偏置電壓，響應(yīng)于所檢測到的狀態(tài) 變化所述第二電壓調(diào)節(jié)器由偏置生成器電路控制。
在一實施例中，配置所述第二電壓調(diào)節(jié)器電路以沿著從第三值到第四 值的電壓范圍切換所述反向偏置電壓。
一些實施例還包括一種電路，所述電路包括條件檢測器，檢測所述 電路從第一狀態(tài)到第二狀態(tài)的變化；耦合到所述條件生成器的狀態(tài)機，響 應(yīng)于所述狀態(tài)的變化生成控制信號；耦合到所述狀態(tài)機的電壓調(diào)節(jié)器，將 工作頻率從第一頻率降低到第二頻率；以及耦合到所述電壓調(diào)節(jié)器的偏置 生成器，響應(yīng)于所述控制信號沿著第一閾值電壓值到第二電壓值之間的電 壓范圍向所述電路提供反向偏置電壓以有效地降低所述電路的閾值電壓。
在一實施例中，所述第一狀態(tài)包括所述電路的工作狀態(tài)，而所述第二 狀態(tài)包括所述電路的待機狀態(tài)，并且通過一個或者多個指示器的存在來檢 測所述待機狀態(tài)。
在一實施例中，所述電路包括至少一個晶體管，并且其中從由下述構(gòu)成的組中選擇所述反向偏置電壓施加到所述電路的至少一個晶體管的體 端子的負電壓，以及施加到所述電路的至少一個晶體管的體端子的正電壓。 在一實施例中，所述電路包括安裝到印刷電路板上的專用集成電路器 件內(nèi)的電路。
在一實施例中，所述電路包括圖形處理單元的至少一部分。 一些實施例還包括控制電路中的泄露電流的方法，所述方法包括響 應(yīng)于電路中第一狀態(tài)到第二狀態(tài)的變化，將由系統(tǒng)時鐘提供到所述電路的 工作頻率從第一頻率降低到第二頻率；以及響應(yīng)于所述電路中的所述變化 沿著從第一電源電壓值到第二電源電壓值的范圍降低到所述電路的電源電 壓以有效地降低流經(jīng)所述電路的泄露電流。
在一實施例中，所述第一狀態(tài)包括所述電路的工作狀態(tài)，而所述第二 狀態(tài)包括所述電路的待機狀態(tài)。
在一實施例中，通過一個或者多個指示器的存在來檢測所述待機狀態(tài)。 在一實施例中，所述一個或者多個指示器中的一個包括檢測靜態(tài)屏幕 顯示。
一實施例還包括檢測在系統(tǒng)時鐘的指定數(shù)量的時鐘周期在耦合到所述 電路的顯示設(shè)備上所顯示的圖像的持續(xù)性。
在一實施例中，所述一個或者多個指示器從基本由下述構(gòu)成的組中選 擇 一個或者多個返回的占線信號、睡眠模式標志激活、功率汲入的降低 以及減少的緩沖操作。
在一實施例中，所述第一 電源電壓值包括向所述電路的至少一個晶體 管的漏極端子提供的最大電源電壓。
在一實施例中，響應(yīng)于所檢測到的狀態(tài)變化通過條件檢測電路控制的 電壓調(diào)節(jié)器將所述第一電源電壓值提供到所述至少一個晶體管。
在一實施例中，所述電路包括安裝在印刷電路板上的專用集成電路器 件內(nèi)的電路。
在一實施例中，所述電路包括圖形處理單元的至少一部分。 盡管上述實施例描述了電路的具體類型，例如圖形處理單元，但是應(yīng) 該注意到，所描述的方法和系統(tǒng)能夠用于任何類型的基于晶體管的邏輯電 路，例如微處理器，協(xié)處理器，算術(shù)邏輯單元等等。這里描述的動態(tài)泄露控制電路的一些方面可以實現(xiàn)為被編程到各電路中的功能塊，包括諸如現(xiàn)
場可編程門陣列(FPGA)、可編程陣列邏輯(PAL)器件、電可編程邏輯和 存儲器件以及標準基于單元的器件的可編程邏輯器件(PLD)，以及專用集
成電路。實現(xiàn)這些方面的一些其它可能包括具有存儲器的微控制器(例
如EEPROM)、嵌入式微處理器、固件、軟件等。而且，所述動態(tài)泄露控制 系統(tǒng)的一些方面可以實施在具有基于軟件的電路仿真的微處理器、離散邏 輯(時序和組合)、定制器件、模糊(神經(jīng))邏輯、量子器件，以及上述器 件類型的任意混合中。潛在的器件技術(shù)可以提供在各種組件類型中，例如， 諸如互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 (MOSFET)技術(shù)、諸如發(fā)射極耦合邏輯(ECL)的雙極技術(shù)、聚合物技術(shù) (例如，硅共軛聚合物和金屬共軛聚合物-金屬結(jié)構(gòu))、混合的模擬和數(shù)字，
還應(yīng)該注意到，按照其行為、寄存器傳輸、邏輯組件和/或其它特性， 可以使用硬件、固件和/或作為在各種機器可讀或者計算機可讀介質(zhì)上實施 的數(shù)據(jù)和/或指令的任何數(shù)量的組合來描述這里公開的各種功能?？梢栽谄?中實施這樣格式化的數(shù)據(jù)和/或指令的計算機可讀介質(zhì)包括但不限于各種 形式的非易失性存儲介質(zhì)(例如，光、磁或者半導(dǎo)體存儲介質(zhì))以及可以 用于通過無線、光或者有線信令介質(zhì)或者其任何組合傳輸這樣格式化的數(shù) 據(jù)和/或指令的載波。通過載波傳輸這樣格式化的數(shù)據(jù)和/或指令的示例包括 但不限于經(jīng)由一個或者多個數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議(例如HTTP、 FTP、 SMTP等等) 在互聯(lián)網(wǎng)和/或其它計算機網(wǎng)絡(luò)上的傳輸(上傳、下載、e-mail等)。
除非以其它方式清楚地表明，在整個說明書和權(quán)利要求書中，詞語"包 括"等應(yīng)該被理解為是包括的意義，其與排除或者窮盡的意義相對；也就 是說，意味著是"包括但不限于"。使用單數(shù)或者復(fù)數(shù)的單詞也分別包括復(fù) 數(shù)或者單數(shù)。此外，詞語"這里"，"以下"，"以上"，"下面"以及具有類 似意思的詞語是指該申請作為一個整體，而非指該申請的任何特定部分。 當(dāng)參照兩個或者更多項目的列表來使用詞語"或者"時，該詞語覆蓋該詞 語的所有下面解釋該列表中項目中的任意一項，該列表中的所有項目， 以及該列表中項目的任何組合。
對動態(tài)泄露控制系統(tǒng)的實施例的上述說明性描述并不意欲將該實施例窮盡或者限制到所公開的精確形式或者指令。盡管這里為了說明目的描述
了圖形處理單元或者ASIC中的處理的具體實施例和示例，但是如本領(lǐng)域的
普通技術(shù)人員將意識到的，在本公開的方法和結(jié)構(gòu)的范圍內(nèi)，可以進行各 種等同的修改。
可以組合上述各種實施例的要素和動作以提供其他的實施例。參照上 面的詳細描述，可以對該動態(tài)泄露控制系統(tǒng)進行這些和其它改變。
通常，在所附的權(quán)利要求中，所使用的術(shù)語不應(yīng)該被理解為將所公開 的方法限制到說明書和權(quán)利要求書中所公開的具體實施例，而是應(yīng)該被理 解為包括在該權(quán)利要求下工作的所有操作或者處理。因此，所公開的結(jié)構(gòu) 和方法并非局限于本公開，所描述的方法的范圍完全由權(quán)利要求來確定。
盡管下面以一定權(quán)利要求形式提供了所公開實施例的一些方面，但是 本發(fā)明人期望任何數(shù)量權(quán)利要求形式的方法學(xué)的各種方面。例如，盡管只 有一個方面被描迷為實施在機器可讀介質(zhì)中，但是其它方面同樣也可以實 施在機器可讀介質(zhì)中。因此，本發(fā)明人保留在遞交本申請之后增加附加的 權(quán)利要求的權(quán)利，以尋求對于其它方面的這樣附加的權(quán)利要求形式。
權(quán)利要求
1、一種控制電路中的泄露電流的方法，包括響應(yīng)于器件中從第一狀態(tài)到第二狀態(tài)的變化，將系統(tǒng)時鐘向所述電路提供的工作頻率從第一頻率降低到第二頻率；以及響應(yīng)于所述器件中的所述變化，向所述電路提供反向偏置電壓，以沿著第一閾值電壓值到第二電壓值之間的電壓范圍有效地降低所述電路的閾值電壓。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述第一狀態(tài)包括所述電路的工 作狀態(tài)，并且所述第二狀態(tài)包括所述電路的待機狀態(tài)。
3、 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，通過一個或者多個指示器的存在 來檢測所述待機狀態(tài)。
4、 如權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述一個或者多個指示器中的一 個包括檢測靜態(tài)屏幕顯示。
5、 如權(quán)利要求4所述的方法，還包括在所述系統(tǒng)時鐘的指定數(shù)量的時 鐘周期檢測耦合到所述電路的顯示設(shè)備上所顯示的圖像的持續(xù)性。
6、 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述一個或者多個指示器從基本 由下述構(gòu)成的組中選擇 一個或者多個返回的占線信號、睡眠模式標志激 活、功率汲入的降低以及減少的緩沖操作。
7、 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述反向偏置電壓包括施加到所 述電路的至少一個晶體管的體端子的負電壓。
8、 如權(quán)利要求7所述的方法，其中，通過耦合到負的反向偏置電壓電 源軌的第一電壓調(diào)節(jié)器電路向所述至少一個晶體管提供所述反向偏置電壓，由偏置生成器電路響應(yīng)于所檢測到的狀態(tài)變化而控制所述第一電壓調(diào)節(jié)哭 lJ *。
9、 如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述反向偏置電壓還包括施加到 所述電路的所述至少一個晶體管的所述體端子的正電壓。
10、 如權(quán)利要求9所述的方法，其中，通過耦合到正的反向偏置電壓 電源軌的第二電壓調(diào)節(jié)器電路將所述反向偏置電壓提供到所述至少一個晶 體管，由所述偏置生成器電路響應(yīng)于所檢測到的狀態(tài)變化而控制所述第二 i乜壓調(diào)節(jié)器。
11、 如權(quán)利要求IO所述的方法，其中，配置所述第二電壓調(diào)節(jié)器電路， 以沿著從第三值到第四值的電壓范圍切換所述反向偏置電壓。
12、 一種電路，包括條件檢測器，檢測所述電路從第一狀態(tài)到第二狀態(tài)的狀態(tài)變化； 耦合到所述狀態(tài)生成器的狀態(tài)機，響應(yīng)于所述狀態(tài)變化生成控制信號； 耦合到所述狀態(tài)機的電壓調(diào)節(jié)器，將工作頻率從第一頻率降低到第二 頻率；以及耦合到所述電壓調(diào)節(jié)器的偏置生成器，響應(yīng)于所述控制信號向所述電 路提供反向偏置電壓，以沿著第一閾值電壓值到第二電壓值之間的電壓范 圍有效地降低所述電路的閾值電壓。
13、 如權(quán)利要求12所述的電路，其中，所述第一狀態(tài)包括所述電路的 工作狀態(tài)并且所述第二狀態(tài)包括所述電路的待機狀態(tài)，并且通過一個或者 多個指示器的存在來檢測所述待機狀態(tài)。
14、 如權(quán)利要求11所述的電路，其中，所述電路包括至少一個晶體管， 并且其中從由下述構(gòu)成的組中選擇所述反向偏置電壓施加到所述電路的 所述至少一個晶體管的體端子的負電壓，以及施加到所述電路的所述至少一個晶體管的所述體端子的正電壓。
15、如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述電路包括處于安裝在印刷 電路板上的專用集成電路器件內(nèi)的電路。
16、如權(quán)利要求15所述的電路，其中，所述電路包括圖形處理單元的 至少一部分。
17、 一種控制電路中的泄露電流的方法，包括響應(yīng)于所述電路中從第一狀態(tài)到第二狀態(tài)的變化，將系統(tǒng)時鐘向所述電路提供的工作頻率從第一頻率降低到第二頻率以及響應(yīng)于所述電路中的所述變化，沿著從第一電源電壓值到第二電源電 壓值的范圍降低所述電路的電源電壓，以有效地降低流經(jīng)所述電路的泄露 電流。
18、 如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述第一狀態(tài)包括所述電路的 工作狀態(tài)并且所述第二狀態(tài)包括所述電路的待機狀態(tài)。
19、 如權(quán)利要求18所述的方法，其中，通過一個或者多個指示器的存 在來檢測所述待機狀態(tài)。
20、 如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述一個或者多個指示器中的 一個包括檢測靜態(tài)屏幕顯示。
21、 如權(quán)利要求20所述的方法，還包括在所述系統(tǒng)時鐘的指定數(shù)量的 時鐘周期檢測耦合到所述電路的顯示設(shè)備上所顯示的圖像的持續(xù)性。
22、 如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述一個或者多個指示器從基 本由下述構(gòu)成的組中選擇 一個或者多個返回的占線信號、睡眠模式標記 激活、功率汲入的降低以及減少的緩沖操作。
23、 如權(quán)利婆求2所述的方法，其中，所述第一電源電壓值包括向所 述電路的至少一個晶體管的漏極端子提供的最大電源電壓。
24、 如權(quán)利要求23所述的方法，其中，響應(yīng)于所檢測到的狀態(tài)變化通 過由條件檢測電路所控制的電壓調(diào)節(jié)器電路向所述至少一個晶體管提供所 述第一電源電壓值。
25、 如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述電路包括處于安裝在印刷 電路板上的專用集成電路內(nèi)的電路。
26、 如權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述電路包括圖形處理單元的至少一部分。
全文摘要
描述了一種與圖形處理器電路一起使用的動態(tài)泄露控制電路的實施例。該動態(tài)泄露控制電路選擇性地在特定工作模式期間啟用包括該圖形處理器電路的晶體管的反向偏置。通過兩個單獨的電源軌來控制反向偏置電平。第一電源軌耦合到現(xiàn)有的電源而第二電源軌耦合到單獨的可調(diào)電壓調(diào)節(jié)器。也可以為第一電源軌提供單獨的電壓調(diào)節(jié)器。對基于硬件的狀態(tài)機或者軟件過程進行編程以檢測一個或者多個工作模式的發(fā)生并且調(diào)節(jié)用于第一和第二電源軌的電壓調(diào)節(jié)器，以啟用或者禁用該電路的反向偏置狀態(tài)，或者在指定的電壓范圍內(nèi)改變該電路的閾值電壓。
文檔編號H03K19/00GK101689856SQ200880012112
公開日2010年3月31日 申請日期2008年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月15日
發(fā)明者D·清水, D·王, Q·陳 申請人:先進微裝置公司