自适应电压定标 相关申请案
本申请案主张来自 2009 年 3 月 30 日申请的第 61/164,882 号美国临时专利申请 案和 2009 年 7 月 2 日申请的第 61/222,779 号美国临时专利申请案的优先权以及所述两个 美国临时专利申请案的权益， 所述两个美国临时专利申请案中的每一者的全部内容以引用 的方式并入到本文中。
技术领域 本申请案的技术涉及用于控制对给定操作频率下的电路供电的电压电平的自适 应电压定标器 (AVS) 以及相关系统。
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 来协调电路中逻辑的时序。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。在操作频率与电压电平之间存在关系。操作频率的增加使对电路供电以供适当操 作所要求的最小电压电平增加。因此， 操作频率的增加通常导致更多的电力消耗。可通过 降低对电路供电的电压电平来减少电力消耗。然而， 电压电平的减少使可能用于电路的最
大操作频率减少。 可减少电压电平直到达到对于电路适当操作所必需的最小阈值电压电平 为止。
尽管通常希望通过使电路的操作频率最大化来使电路的性能最大化， 但有时候并 不要求或希望使操作频率最大化。在此情况下， 在不影响电路的适当操作的情况下可减少 对电路供电的电压电平， 以保存电力。在这点上， 可使用动态电压定标器 (DVS)。DVS 可确 定电路的所要操作频率， 并控制时钟产生器以在所要操作频率下产生用于所述电路的时钟 信号。DVS 还可使用确定的操作频率来确定用于电路的最小电压电平。DVS 可随后控制调 压器来产生所要最小电压电平。以此方式， DVS 可在给定操作频率下将电压调整为最小电 压电平， 以保存电力， 同时维持适当的电路操作。
其它因素可提高对给定操作频率下的电路供电所要求的最小电压电平。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) 工艺的变化性可导致延迟变化。 例如晶体管的操作温度以及老化效应等环境条件可影响传播延迟。 由于电流汲取的变化的 缘故可瞬时降低由电压源供应的电压电平， 因此瞬时降低性能。在这点上， DVS 可经配置以 根据最坏情况下的延迟情景来控制用于电路的最小电压电平以确保适当的电路操作， 在现 实中时， 最坏情况下的延迟情景不会总是出现。 当没有出现最坏情况下的延迟情景时， 电压 电平可降低且电路适当地操作。 在具体时间针对给定操作频率对电路供电所要求的最坏情 况下的最小电压电平与实际最小电压电平之间的差被称为电压或电力裕量。 电压裕量表示 针对在给定操作频率下适当地操作的电路在理想情况下无需消耗的所消耗的电力。 发明内容具体描述中所揭示的实施例包含自适应电压定标器 (AVS)、 AVS 系统以及相关电 路和方法。所述 AVS 和 AVS 系统、 电路以及方法经配置以基于功能电路的目标操作频率和 延迟变化条件来自适应地调整对功能电路供电的电压电平， 以避免或减少电压裕量。避免 或减少电压裕量可节省电力， 同时维持功能电路的适当操作。延迟变化可包含一个或一个 以上特定于每一 AVS 和功能电路的制造变化和 / 或由环境条件的变化引起的操作变化。延 迟变化条件可变换对于功能电路的适当操作必需的操作频率与最小电压电平之间的关系。 举例来说， 功能电路可为同步数字电路。还可包含 AVS 以作为除了动态电压定标器 (DVS) 之外的电压定标器， 以设置功能电路的操作频率和电压电平。
在一个实施例中， AVS 包括经配置以接收输入信号的至少一个延迟电路。AVS 以与 功能电路的至少一个延迟路径有关的延迟量来延迟输入信号， 以产生延迟输出信号。 AVS 还 包括耦合到 AVS 数据库的 AVS 电路。AVS 电路响应于延迟输出信号。AVS 电路经配置以基 于数据库中的与功能电路的操作频率相关联的电压电平和延迟输出信号中的延迟信息而 产生电压电平设置信号。AVS 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， 以避免或减少电压裕量。
在另一实施例中， AVS 数据库可经配置以存储先前已由 AVS 针对功能电路的给定 操作频率而探测到的习得的电压电平设置。 以此方式， AVS 电路可在提供了功能电路的新的 操作频率之后在无需等待在功能电路中新的操作频率稳定的情况下快速地确定电压电平。 AVS 数据库可经配置以继续用习得的电压电平来进行更新。AVS 电路可在 AVS 数据库中更 新习得的电压电平。AVS 数据库可用针对所有操作频率的不能违背的最小电压电平设置来 配置。在此情况下， 将不会使用低于用于使功能电路适当操作的最小电压电平设置的习得 的确定的电压电平来设置电压电平。 AVS 数据库中的最小电压电平设置可经配置以给电压电平提供容限电压裕量， 以 避免在无效操作区域中操作功能电路的风险。然而， 在另一实施例中， AVS 电路经配置以在 运行时间操作期间探测功能电路的无效操作区域， 以进一步避免或减少容限电压裕量。在 此实施例中， AVS 可包括至少一个延迟电路， 所述延迟电路经配置以接收输入信号， 并以与 功能电路的至少一个延迟路径有关的量来延迟输入信号， 以产生延迟输出信号。 AVS 还可包 括响应于延迟输出信号的 AVS 电路。AVS 电路可经配置以基于功能电路的目标操作频率和 延迟输出信号中的延迟信息来产生电压电平设置信号。AVS 电路还可经配置以增加至少一 个延迟路径的延迟， 以模拟功能电路的增加的操作频率， 从而探测功能电路的无效操作区 域。AVS 电路可使用转变到无效操作区域的点来确定针对当前操作频率的修正电压电平设 置， 以进一步避免或减少容限电压裕量。
在另一实施例中， AVS 电路可经配置以加速用针对给定操作频率的电压电平设置 来填充 AVS 数据库。一旦 AVS 电路习得了针对当前操作频率的电压电平， AVS 电路就在 AVS 数据库中咨询针对较低操作频率的电压电平。 如果针对较低操作频率而存储的电压电平大 于针对当前操作频率的习得的电压电平， 那么 AVS 电路便可在 AVS 数据库中用习得的较低 电压电平来替换针对较低操作频率的电压电平。 已知功能电路能够在针对较低操作频率的 习得的电压电平下适当地操作。以此方式， 在可能的情况下用较低的电压设置来更快速地 填充 AVS 数据库， 以使得在操作期间更快速地避免或减少电压裕量。
在另一实施例中， 将温度传感器并入到 AVS 中， 以提供功能电路的当前操作温度
等级。 功能电路的操作温度可变换针对功能电路的给定操作频率的最小电压电平设置。 AVS 电路使用操作温度等级而随操作温度等级而变来存储和更新 AVS 数据库中的电压电平。 AVS 电路还可在操作期间使用从温度传感器接收到的操作温度等级来选择对应于当前操作 频率和操作温度等级的电压电平。以此方式， 可考虑基于操作温度的针对给定操作频率的 电压电平的任何变换， 以避免或减少电压裕量， 同时还避免在无效操作区域中操作功能电 路。AVS 电路还可在 AVS 数据库中随操作温度等级而变来存储电压电平。举例来说， AVS 数 据库可含有多个习得的电压电平设置表， 其各自对应于不同的操作温度区域。
在另一实施例中， AVS 可经配置以习得何时电压电平致使功能电路在无效操作区 域中操作。 在此实施例中， 可提供 AVS， 其包括至少一个延迟电路， 所述延迟电路经配置以接 收输入信号， 并以与功能电路的至少一个延迟路径有关的量来延迟输入信号， 以产生延迟 输出信号。AVS 可包含 AVS 电路， 所述 AVS 电路响应于延迟输出信号， 且经配置以基于延迟 输出信号中的延迟信息而产生电压电平设置信号。所述 AVS 电路可进一步经配置以在电压 电平致使功能电路在无效操作区域中操作的情况下向电压电平设置信号添加电压裕量。 以 此方式， AVS 电路可经配置以通过增加针对当前操作频率的电压电平设置而在 AVS 数据库 中 “收回” 当前电压电平设置。 在另一实施例中， AVS 可经配置以为电压电平补偿负偏置温度不稳定性 (NBTI)。 在此实施例中， AVS 可包括至少一个延迟电路， 所述延迟电路经配置以接收输入信号， 并以 与功能电路的至少一个延迟路径有关的量来延迟输入信号， 以产生延迟输出信号。AVS 还 可包括 AVS 电路， 所述 AVS 电路响应于延迟输出信号， 且经配置以基于延迟输出信号中的延 迟信息而产生电压电平设置信号， 且基于功能电路的老化指示符而产生电压电平校正。以 此方式， AVS 可经配置以通过随着时间的推移而提高针对操作频率的最小电压电平来补偿 NBTI。AVS 可经配置以在 AVS 数据库中随着时间的推移而提高最小电压电平。AVS 可随后 经配置以在针对任何操作频率的确定的电压电平低于最小的经补偿的电压电平的情况下 加强经补偿的最小电压电平设置。可在 AVS 数据库中用经补偿的电压电平来更新习得的电 压电平。
在另一实施例中， 提供了一种对功能电路的电压电平进行定标的方法。所述方法 包括在至少一个延迟电路中接收输入信号。 所述方法进一步包括以与功能电路的至少一个 延迟路径有关的延迟量来延迟输入信号， 以产生延迟输出信号， 以及基于数据库中的与功 能电路的目标操作频率相关联的电压电平和延迟输出信号中的延迟信息来产生电压电平 设置信号。
在另一实施例中， 提供了一种其上存储有计算机可执行指令的计算机可读媒体。 提供所述指令以致使 AVS 模块基于数据库中的与功能电路的目标操作频率相关联的电压 电平和延迟输出信号中的表示与功能电路的至少一个延迟路径有关的延迟量的延迟信息 而产生电压电平设置信号。
附图说明
图 1 是示范性自适应电压定标器 (AVS)、 AVS 系统以及功能电路的示意图 ； 图 2 是存储于 AVS 数据库中的示范性 AVS 频率 / 电压电平表 ； 图 3 是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 是提供用于利用 AVS 数据库来自适应地存储和使用习得的电压电平以供基于 操作频率而设置功能电路的电压电平以避免或减少电压裕量的示范性过程的流程图 ；
图 5 是在图 1 中的 AVS 控制下由时钟产生器产生的时钟信号的示范性操作频率时 序图 ；
图 6A 是在图 1 中的 AVS 控制下由调压器产生的电压信号的示范性电压电平时序 图；
图 6B 是在 AVS 无法在无需等待新的操作频率稳定的情况下设置新的电压电平的 情况下的电压信号的示范性电压电平时序图 ；
图 7 是可包含在 AVS 数据库中的用以存储针对探测到的操作频率的习得电压电平 的示范性 AVS 习得值表 ；
图 8 是说明功能电路的不同操作区域的示范性操作频率与电压电平图 ；
图 9 是提供用于探测给定操作频率下的功能电路的无效操作区域并基于此类探 测来存储修正电压电平的示范性过程的流程图 ；
图 10 是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 11 是存储于 AVS 数据库中的示范性 AVS 频率 / 电压电平表 ；
图 12 是存储于 AVS 数据库中的示范性电压电平差表 ；
图 13 是提供用于针对给定操作频率而在 AVS 数据库中加速电压电平的填充的示 范性过程的流程图 ；
图 14 是 AVS 数据库中电压电平的加速填充的实例 ；
图 15 是存储于 AVS 数据库中的针对不同操作温度的示范性 AVS 操作频率 / 电压 电平表 ；
图 16 是提供用于在功能电路进入无效操作区域中时向电压电平添加电压裕量的 示范性过程的流程图 ；
图 17 是存储于 AVS 数据库中的对应于不同操作频率的示范性最小电压电平极限 表；
图 18 是说明功能电路的不同操作区域的示范性操作频率与电压图 ；
图 19 是提供用于基于负偏置温度不稳定性 (NBTI) 效应而向 AVS 数据库中的电压 电平添加电压电平校正的示范性过程的流程图 ；
图 20 是另一示范性 AVS 系统的示意图 ； 以及
图 21 是使用 AVS 的示范性中央处理单元 (CPU) 功能电路和相关系统的框图。 具体实施方式
现在参考图示， 其描述了本发明的若干示范性实施例。词 “示范性” 在本文中用以 指 “充当实例、 例子或说明” 。本文中被描述为 “示范性” 的任何实施例不必解释为比其它实 施例优选或有利。
具体描述中所揭示的实施例包含自适应电压定标器 (AVS)、 AVS 系统以及相关电 路和方法。 所述 AVS 和 AVS 系统、 电路以及方法经配置以基于功能电路的目标或所要操作频 率和延迟变化条件来自适应地调整对功能电路供电的电压电平， 以避免或减少电压裕量。 避免或减少电压裕量可节省电力， 同时维持适当的功能电路操作。延迟变化可包含一个或一个以上特定于每一 AVS 和功能电路的制造变化和 / 或由环境条件的变化引起的操作变 化。 延迟变化条件可变换对于功能电路的适当操作必需的操作频率与最小电压电平之间的 关系。举例来说， 功能电路可为同步数字电路。还可包含 AVS 以作为除了动态电压定标器 (DVS) 之外的电压定标器， 以设置功能电路的操作频率和电压电平。
在这点上， 在图 1 中示意性地说明了示范性自适应电压定标器 (AVS) 系统 10。 AVS 系统 10 包含 AVS 11， AVS 11 经配置以确定和设置由时钟产生器 14 产生的时钟信号 12 的 操作频率以用于控制功能电路 15 中逻辑的切换速度或速率。举例来说， 功能电路 15 可为 同步数字电路。AVS 11 产生操作频率设置信号 16 以作为进入时钟产生器 14 中的输入， 从 而控制时钟信号 12 的操作频率。时钟产生器 14 可提供常规时钟信号、 无干扰时钟信号或 任何其它类型的所要时钟信号。
AVS 11 还控制提供给功能电路 15 以对功能电路 15 供电的电压信号 18 的电压电 平。AVS 11 产生电压电平设置信号 20 以作为进入调压器 22 中的输入， 从而控制电压信号 18 的电压电平。基于由 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 的操作频率与用以对功能电路 15 供电以供适当操作的最小电压电平之间存在关 系。操作频率的增加使得用以对功能电路 15 供电以供适当操作的最小电压电平增加。操 作频率的减少使得用以对功能电路 15 供电以供适当操作的最小电压电平减少， 至少直到 达到对功能电路 15 供电所必需的最小阈值电压为止。 继续参考图 1， AVS 11 在调谐环路 24 中周期性或非周期性地随着时间的推移而重 复自适应地确定功能电路 15 的操作频率和电压电平。自适应地控制操作频率设置信号 16 以避免或减少功能电路 15 的性能裕量， 同时不超出性能能力。还自适应地控制电压电平设 置信号 20 以避免或减少电压裕量， 从而节省用于功能电路 15 的电力， 同时维持目标操作频 率。电压信号 18 由调压器 22 根据由 AVS 11 中的 AVS 模块 28 产生的电压电平设置信号 20 而产生。AVS 模块 28 为电路。AVS 11 响应于工作负荷估计 27 而产生操作频率设置信号 16 和电压电平设置信号 20。
在 AVS 11 中提供一个或一个以上延迟电路 25， 以基于提供于功能电路 15 中的延 迟变化条件而产生延迟。功能电路 15 中的延迟由于制造过程和 / 或操作条件的变化的缘 故而可变化。延迟电路 25 包含将由时钟产生器 14 产生的时钟信号 12 接收作为输入信号 的延迟线路时钟逻辑 26， 以作为调谐环路 24 的一部分。延迟线路时钟逻辑 26 产生进入延 迟线路 30 中的表示时钟信号 12 的延迟的输出信号 29 以及进入时钟周期延迟 34 中的表示 时钟信号 12 的延迟的输出信号 32。延迟线路 30 具有经配置以对应于功能电路 15 中的一 个或一个以上选定延迟路径的多个延迟路径 ( 未图示 )。选定延迟路径具有经配置以在操 作期间基于延迟变化条件来以相同或相似的方式对功能电路 15 中的选定延迟路径进行模 拟和调整的相关联的延迟。举例来说， 延迟路径可包含门主导、 线主导和 / 或扩散电容主导 的延迟路径， 其中所述延迟路径中的一者将根据功能电路 15 的目前的操作条件而产生较 大的延迟。选定延迟路径还可对应于功能电路 15 中的一个或一个以上关键路径。延迟线 路 30 可经编程以允许其中的选定延迟路径调谐到耦合到 AVS 11 的特定功能电路 15。
在此实施例中， 延迟电路 25 中的延迟线路 30 产生输入到比较器 38 中的延迟线路 输出 36。举例来说， 比较器 38 可为比较触发器。比较器 38 在接收到来自时钟周期延迟 34 的时钟周期延迟信号 40 后即刻产生延迟输出信号 42。从延迟电路 25 接收延迟输出信号
42 以作为进入到 AVS 模块 28 中的输入。延迟输出信号 42 表示对延迟线路 30 中的最长延 迟路径的选择， 且因此表示功能电路 15 中的延迟或时序裕量。 AVS 模块 28 使用时序裕量信 息来估计用以维持适当的功能电路 15 操作同时避免或减少电压裕量的下一操作频率。AVS 模块 28 选择功能电路 15 的下一操作频率。更明确地说， AVS 模块 28 产生操作频率设置信 号 16， 以控制时钟产生器 14 来根据下一操作频率而改变时钟信号 12。在此实施例中， AVS 模块 28 为软件控制的处理器或控制器。然而， AVS 模块 28 还可由没有处理器或软件的离 散逻辑提供， 或者可部分地受在电路中执行的软件控制。
AVS 模块 28 接着基于新的操作频率请求而确定用于对功能电路 15 供电的新的电 压电平。新的电压电平是针对用以适当地操作功能电路 15 同时还避免或减少电压裕量的 操作频率的安全最小电压电平。AVS 模块 28 可基于可变换功能电路 15 中操作频率与电压 电平之间的关系的延迟变化条件而调整电压电平。 本文揭示了说明针对新的操作频率而确 定新的电压电平的 AVS 模块 28 的实例的各种实施例。一旦 AVS 模块 28 针对新的操作频率 确定新的电压电平， AVS 模块 28 就应用新的电压电平。AVS 模块 28 产生电压电平设置信 号 20， 以将新的电压电平提供给调压器 22。 调压器 22 产生新的电压电平下的电压信号 18， 以对功能电路 15 供电。时钟信号 12 和电压信号 18 还是调谐环路 24 的下一反复期间进入 AVS 11 中的输入， 以基于功能电路 15 中的操作频率和延迟变化条件来提供对功能电路 15 的电压电平的自适应控制。 AVS 模块 28 可另外使用从任选地包含在 AVS 11 中的温度传感器 48 接收的操作温 度等级信号 46 来针对下一操作频率而进一步调整电压电平。温度等级可变换用于在给定 操作频率下维持适当的功能电路 15 操作的最小电压电平。在本申请案中将稍后描述关于 由 AVS 11 使用操作温度等级来确定下一电压电平设置的更多信息。
如上文所论述， AVS 模块 28 针对给定的新的确定的操作频率而确定用于对功能电 路 15 供电的新的电压电平。 AVS 模块 28 确定新的电压电平的一个实例提供于图 2 中的 AVS 频率 / 电压电平表 50 中。AVS 频率 / 电压电平表 50 可存储于 AVS 数据库 44 中， 且由 AVS 模块 28 存取以用于确定新的电压电平。如本文将描述， AVS 模块 28 还可更新在 AVS 频率 / 电压电平表 50 中习得的电压电平。AVS 模块 28 可为执行软件指令以存取 AVS 频率 / 电压 电平表 50 中的电压电平从而确定下一电压电平的软件控制的模块或处理器。或者， AVS 模 块 28 可部分地受由 AVS 模块 28 执行的软件控制。AVS 模块 28 还可执行软件指令以确定下 一操作频率和电压电平。将 AVS 模块 28 提供为基于软件的模块允许其中所含的用于确定 操作频率和电压电平的参数和算法以及存储于 AVS 数据库 44 中的信息易于在设计和 / 或 制造了 AVS 11 和功能电路 15 之后经配置或经重新配置。然而， AVS 模块 28 还可在不使用 基于软件的模块或装置的情况下提供于电路中。
图 2 中的 AVS 频率 / 电压电平表 50 表示针对各种给定操作频率的用于功能电路 15 的用以避免或减少电压裕量同时维持适当的功能电路 15 操作的安全的、 预先选定的最 小电压电平。因此， AVS 频率 / 电压电平表 50 特定于功能电路 15。此实施例中的 AVS 频率 / 电压电平表 50 含有有限数目个操作频率和电压电平对 52。举例来说， 如图 2 中所说明， 存储于 AVS 频率 / 电压电平表 50 中的针对 1.0 千兆赫 (GHz) 操作频率的最小电压电平为 1.32 伏 (V)。最小电压电平随着操作频率的降低而降低。AVS 频率 / 电压电平表 50 可经设 计以含有在 AVS 数据库 44 中所要的任何数目个操作频率和电压电平对。在此实施例中可
由 AVS 模块 28 来内插针对未含在 AVS 频率 / 电压电平表 50 中的操作频率点的电压电平。 如果不希望假设为线性的， 那么 AVS 模块 28 便可针对未含在 AVS 频率 / 电压电平表 50 中 的操作频率而将电压电平设置为含在 AVS 频率 / 电压电平表 50 中的下一最高操作频率的 电压电平。
在 AVS 11 的复位时， 尚未反复调谐环路 24， 以允许 AVS 模块 28 自适应地确定电压 电平。因此， 在一个实施例中， AVS 频率 / 电压电平表 50 可以针对其中所含的每一操作频 率点的已知的安全电压电平而初始化， 直到习得自适应电压电平为止。或者， AVS 频率 / 电 压电平表 50 可最初将其中所含的所有操作频率点登记为未初始化。AVS 模块 28 可在其中 所含的每一新的操作频率由 AVS 模块 28 进行探测且针对新的操作频率确定新的电压电平 时将电压电平填充 AVS 频率 / 电压电平表 50 中。
尽管图 2 中的 AVS 频率 / 电压电平表 50 含有有限数目个操作频率和电压电平对 52， 但此表示仅随着沿功能电路 15 的操作频率与电压电平特性曲线的点的数字存储而变。 在图 3 中， 功能电路 15 的示范性操作频率、 电压电平特性曲线 54( 在本文中也被称为 “特 性曲线 54” ) 的实例说明于提供于其中的操作频率与电压电平图 55 中。特性曲线 54 表示 功能电路 15 针对可能的操作频率范围上的给定操作频率所要求的最小电压电平。特性曲 线 54 下方的任一操作频率、 电压电平点均处于功能电路 15 的无效操作区域 56 中。特性曲 线 54 上或上方的任一操作频率、 电压电平点均处于功能电路 15 的有效操作区域 58 中。注 意， 特性曲线 54 还说明用以适当地操作功能电路 15 的最小操作电压 ( 其在图 3 的实例中 为 0.85V)， 而与操作频率无关。 作为对 AVS 频率 / 电压电平表 50 的替代， 操作频率和电压电平对 52 可由提供于 AVS 数据库 44 或 AVS 模块 28 中的对特性曲线 54 进行近似的多项式来确定。特性曲线 54 还可由多个多项式表示， 所述多个多项式各自表示特性曲线 54 中的操作频率的子范围， 所 述子范围可允许使用较低阶的多项式来表示特性曲线 54。
尽管操作频率、 电压电平特性曲线 54 表示针对功能电路 15 的操作频率的理想最 小电压电平， 但在此实例中， 延迟变化条件可使特性曲线 54 偏离理想条件。延迟变化条件 可为可改变功能电路中的给定延迟路径中的延迟的任何条件。举例来说， 延迟变化条件可 包含在集成电路 (IC) 的制造期间所得的个别 IC 上的过程变化。例如晶体管的操作温度和 老化效应等环境条件也可影响功能电路 15 中的传播延迟。由于电流汲取的变化的缘故， 由 电压源供应的电压电平可瞬时降低， 因此瞬时降低功能电路 15 的性能。因此， 根据其它实 施例， AVS 11 可包含若干个额外特征和装置以提供额外的益处和性能来进一步自适应地优 化对电压裕量的避免或减少， 同时维持适当的功能电路 15 操作。现在将描述这些额外特征 和装置实施例。
在一个实施例中， 可利用 AVS 数据库 44 来存储已由 AVS 11 针对一个或多个给定 操作频率探测到的习得的、 最优电压电平设置。 以此方式， AVS 模块 28 可产生电压电平设置 信号 20， 以使功能电路 15 在无需等待新的操作频率稳定的情况下针对先前已探测到的新 的操作频率而迅速返回到特定的最优电压电平设置。可避免或减少呈现在 AVS 模块 28 设 置新的操作频率与新的操作频率稳定的时间之间的任一额外电压裕量， 以进一步节省功能 电路 15 的总电力消耗。
在这点上， 图 4 提供可由 AVS 11 中的 AVS 模块 28 执行以基于存储于 AVS 数据库
44 中的存储的习得的电压电平设置而自适应地确定和设置功能电路 15 的操作频率和电压 电平的示范性过程的流程图。在此实施例中， 图 4 中的过程由作为调谐环路 24 的一部分的 AVS 模块 28 执行。通过 AVS 模块 28 接收对功能电路 15 的新的操作频率请求 ( 框 60) 而开 始过程 ( 框 59)。如图 1 中所说明， AVS 模块 28 接收新的操作频率请求以作为工作负荷估 计 27。在此实施例中， 如下文将更详细描述， 在设置新的操作频率和电压电平之前， AVS 模 块 28 接着针对当前操作电压而确定电压电平并相应地更新 AVS 数据库 44( 步骤 61)。或 者， AVS 模块 28 可经配置以在已设置功能电路 15 的新的操作频率和电压电平之后执行和更 新 AVS 数据库 44。如下文也将更详细描述， AVS 模块 28 可执行其它特征和功能。AVS 模块 28 随后确定新的操作频率是否大于当前操作频率 ( 框 62)。如果新的操作频率不大于当前 操作频率， 那么 AVS 模块 28 便可立刻前进， 在无需确定是否应该调整功能电路 15 的电压电 平的情况下针对新的操作频率设置操作频率设置信号 16( 框 63)。 已知功能电路 15 能够在 针对当前电压电平设置的较低操作频率下适当地操作。然而， 仍然希望在可能的情况下减 少当前电压电平， 以避免或减少电压裕量。在这点上， AVS 模块 28 等待新的操作频率在功 能电路 15 中稳定 ( 框 64)， 以确定功能电路 15 的新的电压电平。这可能花费调谐环路 24 的若干个时钟循环和反复。
一旦新的操作频率已稳定， AVS 模块 28 就确定 AVS 模块 28 先前是否已在 AVS 数据 库 44 中探测到所述新的操作频率 ( 框 65)。如果没有， 那么 AVS 模块 28 便针对新的操作频 率将电压电平编程为已知的安全电压电平 ( 框 66)。安全电压电平可基于 DVS 设置。如果 AVS 模块 28 先前已在 AVS 数据库 44 中探测到新的操作频率 ( 框 65)， 那么 AVS 模块 28 便 基于存储于 AVS 数据库 44 中的习得的电压电平而将电压电平设置信号 20 设置为功能电路 15 的新的电压电平 ( 框 67)。如下文更详细描述， AVS 模块 28 经配置以将对应于探测到的 操作频率的习得的电压电平存储在 AVS 数据库 44 中， 以基于功能电路 15 的变化和操作条 件来避免或减少电压裕量。习得的电压电平通常将低于安全电压电平， 因此减少了功能电 路 15 的能量消耗。因此， 与通过使用 AVS 数据库 44 来存储习得的电压电平的情况相比， 电 压电平在功能电路 15 中可更迅速地降低。这由下文所论述的图 5 和图 6 中的实例来说明。
图 5 说明在图 1 中的 AVS 11 控制下由时钟产生器 14 产生的时钟信号 12 的示范 性操作频率时序图 80。图 6A 说明也在图 1 中的 AVS 11 控制下由调压器 22 产生的电压信 号 18 的对应的示范性电压电平时序图 82。如图 5 中所说明， 时钟信号 12 从时间 t3 到时间 t4 处于操作频率 f3 处。在时间 t4 处， AVS 模块 28 已针对时钟产生器 14 将新的操作频率设 置为 f1( 参见， 例如， 图 4， 框 63)。时钟信号 12 的操作频率在时间 t4 与时间 t5 之间开始从 f3 下降到 f1， 并在时间 t5 处稳定在频率 f1 处。一旦 AVS 模块 28 已确定在功能电路 15 中 新的操作频率已稳定 ( 参见， 例如， 图 4， 框 64)， AVS 模块 28 就咨询 AVS 数据库 44。AVS 模 块 28 咨询 AVS 数据库 44 以确定先前是否已探测到并习得针对新的操作频率 f1 的电压电平 ( 参见， 例如， 图 4， 框 65)。在此实例中， AVS 数据库 44 含有针对新的操作频率 f1 的先前探 测到并习得的电压电平 ( 参见， 例如， 图 4， 框 67)。因此， 如在图 6A 中的电压电平时序图 82 中所说明， AVS 模块 28 能够在一个时钟循环在无需等待新的操作频率稳定的情况下将电压 电平设置信号 20 设置成新的且先前习得的电压电平。否则， 如图 6B 的电压电平时序图 83 中所说明， AVS 模块 28 将不能够在一个时钟循环中将电压电平设置信号 20 设置成新的电 压电平。每当 AVS 模块 28 接收到新的操作频率请求， 所述过程便通过返回到开始 ( 框 59)来以循环方式重复图 4 中的步骤而继续。
如果新的操作频率大于当前操作频率 ( 框 62)， 如由图 6A 的电压电平时序图 82 中 的时间 t1 处的实例所说明， 那么 AVS 模块 28 便不立刻将操作频率设置信号 16 设置成新的 操作频率。这由图 5 的操作频率时序图 80 中的时间 t1 处的实例来说明。这是因为 AVS 模 块 28 在设置新的操作频率之前首先确定新的电压电平以确保功能电路 15 适当地操作。在 这点上， AVS 模块 28 确定 AVS 模块 28 先前是否已在 AVS 数据库 44 中探测到新的操作频率 ( 框 70)。如果没有， 那么 AVS 模块 28 便针对新的操作频率将电压电平编程为已知的安全 电压电平 ( 框 71)。安全电压电平可基于 DVS 设置。如果 AVS 模块 28 先前已在 AVS 数据库 44 中探测到新的操作频率 ( 框 70)， 那么 AVS 模块 28 便基于存储于 AVS 数据库 44 中的习 得的电压电平而将电压电平设置信号 20 设置为功能电路 15 的新的电压电平 ( 框 72)。此 外， AVS 模块 28 经配置以将对应于探测到的操作频率的习得的电压电平存储在 AVS 数据库 44 中， 以基于功能电路 15 的变化和操作条件来较快地降低电压电平避免或减少电压裕量。 习得的电压电平通常将低于安全电压电平， 因此减少了功能电路 15 的能量消耗。此后， AVS 模块 28 等待在功能电路 15 中新的电压电平稳定 ( 框 73)( 例如， t1-t2)。在可设置新的操 作频率之前在 AVS 模块 28 等待新的电压电平稳定时可能存在额外的频率裕量。在新的电 压电平已稳定之后， AVS 模块 28 可将功能电路 15 的新的操作频率安全地调整到较高的操 作频率 ( 框 74)( 例如， t1-t3)。每当 AVS 模块 28 接收到新的操作频率请求， 所述过程便通 过返回到开始 ( 框 59) 来以循环方式重复图 4 中的步骤而继续。
图 7 说明可存储和维持在 AVS 数据库 44 中作为习得针对先前探测到的操作频率 的电压电平的 AVS 11 的一部分的 AVS 习得值表 90 的实例。如先前所论述 ( 参见， 例如， 图 4， 框 65 和框 70)， AVS 11 中的 AVS 模块 28 可咨询 AVS 习得值表 90 以确定先前是否已针对 具体操作频率而探测并习得电压电平。AVS 模块 28 可更新 AVS 习得值表 90 作为 AVS 数据 库 44 的更新过程的一部分 ( 例如， 图 4， 框 69)。在此实施例中， 如图 7 中所说明， AVS 习得 值表 90 类似于图 2 中的 AVS 频率 / 电压电平表 50。然而， AVS 习得值表 90 含有习得的列 92， 所述习得的列 92 指示先前是否针对操作频率列 96 中的对应的操作频率而探测并习得 存储于电压电平列 94 中的对应的电压电平。举例来说， 习得的列 92 可经配置以存储对存 储于电压电平列 94 中的值是有效的先前探测到并习得的电压电平还是含有初始或无效数 据的指示符。举例来说， 指示符可为如图 7 中所说明的有效性位 98。逻辑 “1” 可表示有效 值， 且逻辑 “0” 可表示无效值， 或者反之亦然。如图 7 中所说明， 除了 400MHz 之外的操作频 率中的每一者均含有先前习得的电压电平。
AVS 模块 28 可以习得的电压电平设置来继续更新 AVS 数据库 44 中的 AVS 习得值 表 90。如先前所论述， AVS 模块 28 可以针对功能电路 15 的所有操作频率的不能违背的最 小电压电平设置来配置。 在此情况下， AVS 模块 28 可经配置以不将低于针对功能电路 15 的 所有操作频率的最小电压电平设置的习得的电压电平设置存储于 AVS 数据库 44 中。
在此实例中， 存储于图 7 的 AVS 习得值表 90 中的某些电压电平低于图 2 中的 AVS 频率 / 电压电平表 50 中的对应的电压电平。这可归因于 AVS 11 考虑了由 AVS 模块 28 在 功能电路 15 中的电压电平与操作频率之间的关系中确定的额外延迟变化。AVS 模块 28 可 经配置以最初用功能电路的安全电压电平 ( 例如， 图 2 的 AVS 频率 / 电压电平表 50 中的电 压电平 ) 来将电压电平填充 AVS 习得值表 90 中， 直到 AVS 模块 28 基于延迟变化条件而自适应地习得其它电压电平为止。 通常， 习得的电压电平在电压电平上将低于初始电压电平， 因为 AVS 11 的目的是基于功能电路 15 中的操作参数和延迟条件来减少电压裕量。
在另一实施例中， AVS 11 经配置以在运行时间期间探测功能电路 15 的无效操作 区域， 以进一步避免或减少电压裕量。在论述探测功能电路 15 的无效操作区域的实施例之 前， 首先描述图 8 中的示范性操作频率与电压图 100。如图 8 中所说明， 功能电路 15 具有两 个操作区域 ： 有效操作区域 102 和无效操作区域 104。功能电路 15 的一组特性曲线 106 是 由有效操作区域 102 中的操作频率和最小电压电平值对形成的线。特性曲线 106 使有效操 作区域 102 与无效操作区域 104 分离。存在用于功能电路 15 的适当操作而与操作频率无 关的最小电压电平 ( 其以实例的方式在图 8 中的操作频率与电压图 100 中说明为 0.85V)。 在界定的操作频率上方， 必须增加最小电压电平， 以维持在有效操作区域 102 中的适当功 能电路 15 操作。
动态电压定标器 (DVS) 线 108 指示假设使用 DVS 来控制功能电路 15 中的电压电 平的情况下的功能电路 15 的操作下界。DVS 线 108 提供用于功能电路 15 中的过程和操作 条件的所有可接受变化中的有效操作区域 102 的最小电压电平。AVS 线 110 说明功能电路 15 的低于 DVS 线 108 的操作边界。AVS 线 110 表示归因于 AVS 11 在确定和设置功能电路 15 中的电压电平时考虑了功能电路 15 中的过程和操作条件的延迟变化而带来的电压裕量 的减少。在图 8 中的操作频率与电压电平图 100 中存在表示来自图 1 中的 AVS11 的三个可 能决策的两条 AVS 线 112、 114。 这是归因于比较器 38 包含可具有一些内置磁滞的比较触发 器。所述三个可能决策如下 ： .“Vdown” 条件， 其意味着当前电压电平高于对于适当的功能电路 15 操作必需的 电压电平 ；
.“没有变化” 条件， 其意味着当前电压电平足以用于适当的功能电路 15 操作 ； 以 及
.“Vup” 条件， 其意味着当前电压电平低于对于适当的功能电路 15 操作必需的电 压电平。
从电力消耗角度来看， 操作功能电路 15 的合意的点是界定来自操作区域的从 “没 有改变” 到 “Vup” 的转变的 AVS 线 114。在此 AVS 线 114 上， 提供了可能用于维持功能电路 15 的适当操作的最小电压电平。 然而， 在 AVS 线 114 上提供了很少或者没有电压裕量容限。 如果 AVS 模块 28 使用 AVS 线 114 来控制电压电平， 那么归因于与 AVS 11 测量时钟信号 12 的操作频率相关联的时序延迟而可能出现 “Vup” 条件， 指示功能电路 15 的无效操作。 因此， AVS 模块 28 可在某些时间周期期间在无效操作区域 104 中设置电压电平。 “Vup” 条件可致 使 AVS 11 和功能电路 15 复位。因此， 在 AVS 11 的一个实施例中， 使用 AVS 线 112 来确定 针对给定操作频率的电压电平。AVS 线 112 减少 DVS 线 108 上方的电压裕量， 但包含 AVS 线 114 上方的电压裕量容限以避免在无效操作区域 104 中操作功能电路 15。本文进一步描述 的实施例进一步将来自 AVS 线 112 的电压裕量减少到 AVS 线 114 上的零电压裕量或尽可能 接近零电压裕量。
在这点上， AVS 11 的一个实施例经配置以在运行时间期间探测功能电路 15 的无 效操作区域， 以减少电压裕量容限 ( 例如， 在图 8 中从 AVS 线 112 到 AVS 线 114)。探测无效 操作区域允许 AVS 模块 28 确定在给定 AVS 11 的固有时间测量约束的情况下是否可进一步
减少电压裕量容限。参考图 8 作为一实例， 如果需要， 此实施例可允许 AVS 模块 28 将电压 电平设置成低于 AVS 线 112 和 / 或处于 AVS 线 112、 114 之间或在需要时设置成 AVS 线 114 以获得零电压裕量容限。 在这点上， 图 9 是说明可由 AVS 模块 28 执行来探测功能电路 15 的 无效操作区域的示范性过程的流程图。如本文所提供， AVS 模块 28 可周期性地启始无效操 作区域探测测试 ( 框 120)。AVS 模块 28 在 AVS 数据库 44 中将当前操作频率和电压电平记 录为第一点 ( 框 122)。在说明于图 10 中的示范性操作频率与电压电平图 138 中的 AVS 线 112 上将此第一点标示为 p1。图 10 中的示范性操作频率与电压电平图 138 类似于图 8 中的 图 100， 但不具有 DVS 线 108 且具有将在图 9 中的流程图中参考的所包含的一些额外信息。
AVS 模块 28 接着通过增加图 1 中 AVS 11 中的延迟线路 30 中的延迟来模拟增加操 作频率， 以确定无效操作区域 104( 即， 发生 “Vup” 条件之处 )( 框 124)。AVS 模块 28 随后 确定 “Vup” 条件是否由于增加的延迟而返回到延迟输出信号 42 上 ( 框 126)。AVS 模块 28 继续以增量方式增加提供于延迟线路 30 中的延迟的量 ( 框 128)， 直到 “Vup” 条件返回到 AVS 模块 28 为止 ( 框 126)。一旦返回 “Vup” 条件， AVS 模块 28 就在 AVS 数据库 44 中将当 前电压电平和模拟的增加的操作频率记录为第二点 ( 框 130)( 其以实例的方式在图 10 中 的 AVS 线 114 上说明为点 p2)。此 AVS 测试的目标是确定在当前操作频率下是否可减少电 压电平， 以进一步减少 AVS 线 114 上的或接近 AVS 线 114 的电压裕量， 但点 p2 处于 AVS 线 114 上的较高的、 模拟的操作频率处。因此， AVS 模块 28 使用 AVS 线 112 的斜率 ( 其可从存 储于 AVS 数据库 44 中的电压电平来确定 ) 来计算 AVS 线 114 上的第三点 p3( 框 132)。假 设 AVS 线 112、 114 具有相同的斜率， 因此使用 AVS 线 112 的斜率和点 p2 处的操作频率可允 许 AVS 模块 28 针对当前操作频率在 AVS 线 114 上的点 p3 处确定较低电压电平。
AVS 模块 28 可随后将新的操作频率和电压电平点 p3 存储于 AVS 数据库 44 中 ( 框 134)， 且 AVS 测试结束 ( 框 136)。举例来说， AVS 模块 28 可将点 p3 存储于 AVS 习得值表 90( 图 7) 或者 AVS 频率 / 电压电平表 50( 图 2) 中， 以用来设置当前操作频率下新的电压电 平。举例来说， 如在图 11 中的操作频率与电压电平表 140 中所说明， AVS 模块 28 可在 AVS 数据库 44 中的现有表中盖写高于针对操作频率的当前存储的电压电平 ( 例如， 点 p1) 的新 的电压电平 ( 例如， 点 p3)。作为另一实例， AVS 数据库 44 可经配置以在说明于图 12 中的 电压电平差表 142 中存储存储当前电压电平 ( 例如， 点 p1) 与针对此测试提供的给定操作 频率的减少的电压电平 ( 例如， 点 p3) 之间的差。AVS 模块 28 将咨询电压电平差表 142 以 确定是否可进一步减少在 AVS 线 112 上确定的电压电平。
在复位之后， AVS 模块 28 将仍未发现针对功能电路 15 的所有可能操作频率的电压 电平。AVS 模块 28 仅可在 AVS 数据库 44 中设置了每一给定操作频率时确定电压电平。因 此， 如先前所描述， 当 AVS 模块 28 设置先前未设置的操作频率时， AVS 模块 28 可针对所述 操作频率而选择存储于 AVS 数据库 44 中的初始电压电平。针对新的操作频率可能存在额 外的电压裕量， 因为初始电压电平值不是由 AVS 模块 28 自适应地习得的电压电平。然而， 一旦 AVS 模块 28 习得针对给定操作频率的电压电平， 那么 AVS 模块 28 就可加速将针对操 作频率的电压电平填充 AVS 数据库 44 中。AVS 模块 28 可经配置以将 AVS 数据库 44 中的电 压电平自动设置于较低操作频率 ( 其当前电压电平高于所发现的电压电平 )。这是有可能 的， 因为如果已知功能电路能够在针对较高操作频率的自适应地习得的电压电平下适当地 操作， 那么所述电压电平也足以用于在较低频率下的操作。在这点上， 图 13 是提供可由 AVS 模块 28 执行来加速将针对操作频率的电压电平 填充 AVS 数据库 44 中的示范性过程的流程图。可由 AVS 模块 28 在任何时候 ( 包含一旦设 置了新的操作频率或此后的任何时间 ) 来执行所述过程。如图 13 中所说明， 过程开始 ( 框 150)， 且 AVS 模块 28 咨询 AVS 数据库 44 以获得存储于其中的处于低于由 AVS 模块 28 设置 的当前操作频率的操作频率的电压电平 ( 框 152)。如果存储于 AVS 数据库 44 中的针对较 低操作频率中的任一者的电压电平高于当前电压电平 ( 框 154)， 那么 AVS 模块 28 便可用当 前电压电平来替换 AVS 数据库 44 中的针对较低操作频率的电压电平 ( 框 156)， 且过程结束 ( 框 158)。否则， 所述过程在不变更 AVS 数据库 44 中的针对较低操作频率的电压电平的情 况下结束 ( 框 158)。 以此方式， 可用已知用以维持功能电路 15 的适当操作的较低电压电平 来快速地填充 AVS 数据库 44 中的针对较低操作频率的电压电平， 包含 ( 例如 ) 初始电压电 平。
图 14 说明可存储于图 1 的 AVS 数据库 44 中的用以进一步说明电压电平的加速填 充的示范性 AVS 操作频率 / 电压电平表 160。针对此实例假设 AVS 模块 28 针对 1GHz 的操 作频率确定 1.0V 的电压电平， 如在 AVS 操作频率 / 电压电平表 160 中的条目 162 中所说明。 如果 AVS 操作频率 / 电压电平表 160 中的任何初始电压电平高于 1.0V( 例如条目 164)， 那 么 AVS 模块 28 便可用 1.0V 来替换条目 164 的电压电平， 如图 14 中所说明。在此实例中， 电压裕量在 AVS 模块 28 第一次将操作频率设置成处于条目 164 的频率时减少。
AVS 11 的另一实施例包含将温度传感器并入到 AVS 11 中。先前已将温度传感器 48 论述为图 1 中 AVS 11 中的任选组件。如果温度传感器 48 包含在 AVS 11 中， 那么 AVS 模块 28 便可基于当前操作温度而将确定的电压电平存储于 AVS 数据库 44 中。如先前所论 述， 操作温度等级可为适当的功能电路 15 操作而移位电压电平。因此， 通过进一步基于操 作温度等级而存储电压电平， AVS 模块 28 可避免或减少电压裕量， 同时确保功能电路 15 的 适当操作。在这点上， 图 15 提供多个示范性 AVS 操作频率 / 电压电平表 170， 其各自对应 于不同的操作温度 T0 到 TN。因此， 当 AVS 模块 28 咨询 AVS 数据库 44( 如提供于本文所揭 示的实施例中 ) 以确定针对给定操作频率的电压电平时， AVS 模块 28 可使用从自温度传感 器 48 接收到的温度等级信号 46 接收到的操作温度等级来确定要咨询 AVS 数据库 44 中的 哪个表 170。另外， 根据本文所揭示的实施例， AVS 模块 28 可使用从温度传感器 48 接收到 的操作温度等级来确定用初始的、 习得的、 探测到的、 加速的电压电平或所要的任何其它电 压电平来填充 AVS 数据库 44 中的哪个表 170。AVS 模块 28 可经配置以在 AVS 数据库 44 中 未针对从温度传感器 48 接收到的温度等级而提供 AVS 操作频率 / 电压电平表 170 的情况 下， 基于多个 AVS 操作频率 / 电压电平表 170 而内插或外推电压电平。通过操作温度等级 而将电压电平存储于 AVS 数据库 44 中可延长电压电平在 AVS 数据库 44 中的新鲜度， 因为 在不同的操作频率下可能不会经常发生某些操作温度。因此， 可将任选的时间元素并入到 AVS 数据库 44 中以允许 AVS 模块 28 使超出某一年限的电压电平条目无效和 / 或使其返回 到初始电压电平。
在前述实施例中的任一者的情况下， AVS 模块 28 有可能接收到 “Vup” 条件。AVS 模块 28 和 / 或 AVS 数据库 44 中的参数和 / 或算法可能不能完美地说明针对功能电路 15 的所有操作频率的所有延迟变化。因此， 在另一实施例中， AVS 11 经配置以在当前操作频 率下产生 “Vup” 条件的情况下 “退回” 或 “收回” 针对当前操作频率的先前存储的或习得的电压电平。 “收回” 或 “退回” AVS 数据库 44 中的电压电平包含在产生 “Vup” 条件的情况下 针对 AVS 数据库 44 中的给定操作频率增加电压电平以增加电压裕量。 “Vup” 条件指示负电 压裕量， 其中功能电路 15 的有效操作区域要求零或正电压裕量。
在这点上， 图 16 提供用于在检测到被认为由过低的电压电平引起的无意的硬件 复位时增加电压裕量的示范性过程的流程图。举例来说， 引起复位或错误的低电压电平的 特性可为可检测的高速缓冲存储器奇偶误差的产生。此硬件复位或错误可产生由图 1 的 AVS 11 中的 AVS 模块 28 接收的 “Vup” 条件。在此情况下， 如果此类误差在给定操作频率下 发生一次或一次以上， 那么 AVS 模块 28 便可增加对应于操作频率的电压电平以增加电压裕 量从而避免将来的复位。
在这点上， 举例来说， AVS 模块 28 可经配置以在接收到 “Vup” 条件时经由中断或 以其它方式跳转到异常处置器 ( 框 180)， 如在图 16 中所说明。在此情况下， AVS 模块 28 随 后向存储于 AVS 数据库 44 中的与当前操作频率相关联的电压电平添加电压裕量 ( 框 182)。 AVS 模块 28 设置电压电平设置信号 20 以致使调压器 22 向提供给功能电路 15 的电压电平 添加电压裕量 ( 框 184)。 AVS 模块 28 可随后在复位和此实施例中的进一步操作时即刻将处 于当前操作频率下的新的电压电平标记为 AVS 模块 28 不能穿透的最小电压电平 ( 框 186)， 且过程结束 ( 框 188)。换句话说， 一旦知道给定电压电平在 AVS11 中产生 “Vup” 条件， AVS 模块 28 就不应在未来减少针对当前操作频率的电压电平。或者， AVS 模块 28 可经配置以 在未来的正常操作期间确定了较低电压电平的情况下允许在 AVS 数据库 44 中盖写电压电 平。
AVS 数据库 44 可经配置以存储功能电路 15 的针对所有操作频率的最小电压电 平， 以确保由 AVS 模块 28 设置的电压电平不会下降到低于供功能电路 15 操作的最小电压 电平。在这点上， 图 17 说明可存储于 AVS 数据库 44 中的示范性最小电压电平极限表 190。 AVS 模块 28 可经配置以在设置电压电平之前针对给定当前操作频率咨询 AVS 数据库 44 中 的最小电压电平极限表 190。 如果由 AVS 模块 28 确定的电压电平低于最小电压电平极限表 190 中的针对当前操作频率的最小电压电平， 那么 AVS 模块 28 便将会将电压电平设置成最 小电压电平极限表 190 中的电压电平。最小电压电平极限表 90 最初可含有针对所有操作 频率的同一电压电平 ( 例如， 0.85V)。然而， 如果 AVS 模块 28 经配置以对于 “Vup” 条件而 添加针对给定操作频率的电压裕量， 那么便可向最小电压电平极限表 190 中的最小电压电 平添加所增加的电压裕量。举例来说， 如果在 600MHz 的操作频率下接收到 “Vup” 条件， 电 压电平为 0.90V， 且添加的电压裕量为 0.05V， 那么便可针对 600MHz 的操作频率而将 0.95V 的最小电压电平存储于最小电压电平极限表 190 中， 如图 17 中所说明。
在另一实施例中， AVS 11 可经配置以为电压电平补偿负偏置温度不稳定性 (NBTI)。 NBTI 效应随着时间的推移而缓慢提高对于一些半导体装置适当地操作所必需的最 小电压电平。 举例来说， 特定半导体工艺的特征可在于， NBTI 效应使最小电压电平在二十四 (24) 个月的通电操作后提高了 50mV， 如在图 18 中的示范性操作频率 / 电压电平图 192 中所 说明。如其中所说明， 功能电路 15 的初始最小电压电平 194 为 0.85V。然而， 归因于 NBTI 效应， 后续的最小电压电平 196 可随着时间的推移而提高到 0.9V。AVS 模块 28 可经配置以 通过跟踪总供电时间以及将校正因子应用于存储于 AVS 数据库 44 中的先前已知的电压电 平最小值来补偿 NBTI。可在 AVS 数据库 44 中 ( 例如， 在图 17 中所说明的最小电压电平极限表 190 中 ) 将校正因子应用于功能电路 15 的绝对最小电压电平。或者， 可将校正因子应 用于 AVS 表 ( 包含本文先前所描述的表中的任一者 ) 中的最小电压电平。AVS 模块 28 可经 配置以在针对存储于 AVS 数据库 44 中的操作频率中的任一者的电压电平设置低于最小电 压电平设置的情况下加强 AVS 数据库 44 中的经补偿的最小电压电平设置。
在这点上， 图 19 提供 AVS 11 归因于 NBTI 而补偿功能电路 15 的电压电平的示范 性过程的流程图。可在调谐环路 24 的每一反复上周期性地或者不那么频繁地执行所述过 程， 其中 AVS 模块 28 确定功能电路 15 的下一操作频率。可在老化指示符处启始所述过程， 所述老化指示符可为 ( 例如 ) 基于轮询计时器或中断处置器的预定时间值。AVS 模块 28 可 在复位后即刻在 AVS 数据库 44 中启始并维持计时器， 以跟踪通电时间 ( 框 200)。计时器可 被含在 AVS 数据库 44 中的非易失性存储器中， 以在若干个电力循环中得以维持。一旦 AVS 模块 28 确定应基于流逝的时间而应用功率电平校正 ( 框 201)， AVS 模块 28 就确定应在基 于 AVS 数据库 44 中的计时器值的总通电时间中应用电压电平校正 ( 框 202)。电压电平校 正可为 0V 或大于 0V。另外， 电压电平校正可为仅对功能电路 15 的最小电压电平的偏移或 者对存储于 AVS 数据库 44 中的所有 AVS 电压电平设置的偏移。另外， AVS 模块 28 还可经配 置以在不改变或盖写通过其它方式确定的且存储于 AVS 数据库 44 中的电压电平设置 ( 包 含先前上文所描述的电压电平设置 ) 的情况下， 在操作期间被应用之前补偿存储于 AVS 数 据库 44 中的电压电平。在任一种情况下电压电平校正均应用于 AVS 数据库 44( 框 204)。 所述过程进行重复 ( 框 200)。
图 20 说明另一示范性 AVS 系统 210。 所述 AVS 系统 210 包含类似于图 1 中的 AVS11 的 AVS 11’ 。共同的组件标示有共同的元件标号。AVS 11’ 类似于图 1 的 AVS 11 而包含 AVS 模块 28、 AVS 数据库 44、 延迟线路时钟逻辑 26、 可编程延迟线路 30、 时钟周期延迟 34、 比较器 38 以及温度传感器 48。用以设置最小电压电平的 AVS 操作可根据先前所描述的实 施例中的任一者而操作。然而， 图 20 中的 AVS 11’ 还包含动态电压定标器 (DVS) 模块 212 和 DVS 表 214。图 20 中的 AVS 11’ 可能已是经变更或更新的设计， 其中 AVS 模块 28 和 AVS 数据库 44 被添加到已包含 DVS 模块 212 和 DVS 表 214 的系统。DVS 模块 212 通过根据对功 能电路 15 的工作负荷估计 213 向调压器 22 传送电压电平设置信号 216 来执行动态电压定 标。然而， 在此实施例中， 还提供 AVS 模块 28 以基于功能电路 15 中的延迟变化条件而对电 压电平自适应地定标。AVS 模块 28 响应于 DVS 模块 212 对 AVS 模块 28 的请求而向 DVS 模 块 212 提供确定的 AVS 电压电平或电压电平调整。AVS 模块 28 基于从 DVS 模块 212 提供 给 AVS 模块 28 的当前和目标操作频率而咨询 AVS 数据库 44。DVS 模块 212 经配置以基于 存储于 DVS 表 214 中的电压电平而设置电压电平设置信号 20， 所述 DVS 表 214 含有对应于 通过从 AVS 模块 28 提供回到 DVS 模块 212 的电压电平或裕量进一步调整的操作频率的电 压电平。DVS 模块 212 还产生操作频率设置信号 218 以设置由时钟产生器 14 产生的时钟信 号 12 的操作频率， 从而控制功能电路 15 的切换。
由 AVS 模块 28 确定的电压电平在理想情况下应与由 DVS 模块 212 确定的电压电 平相同或低于所述电压电平， 因为 AVS 模块 28 经配置以自适应地进一步避免或减少电压裕 量。如先前所描述， AVS 模块 28 可如图 20 中所说明经由延迟线路设置信号 220 而设置延 迟电路 25 的延迟线路 (DL)30 中的延迟， 以找到功能电路 15 的无效操作区域。在此实施例 中， 延迟线路设置信号 220 是控制延迟的量的 32 位延迟寄存器 222。延迟设置可能是或者可能不是线性的。如先前所论述， 在多个 AVS 电路 2241-N 中向延迟线路 30 传送具有 32 位 延迟寄存器 222 的值的延迟线路设置信号 220。可提供多个延迟寄存器 222， 其各自控制给 定 AVS 电路 224 中的延迟的量。 尽管未图示， 但每一 AVS 电路 224 包含类似于图 1 的 AVS 11 中提供的组件的延迟线路时钟逻辑 26、 延迟线路 30、 比较器 38 以及时钟周期延迟 34。AVS 电路 224 包含延迟逻辑以模拟包含在功能电路 15 中的各种类型的电路中的延迟。可提供 所要的任何数目的 AVS 电路 224。还从分别由时钟产生器 14 和调压器 22 产生的时钟信号 12 和电压信号 18 来提供 AVS 电路 224 中的逻辑的操作频率和电力。比较器 38 在另一 32 位延迟寄存器 226 中提供将经由延迟输出信号 42 传送的时序裕量信息， 以向 AVS 模块 28 提供时序裕量信息。如先前所描述， 使用所述时序信息来确定下一操作频率和电压电平。
本文所描述的 AVS 系统和 AVS 以及相关方法可提供于离散的硬件或硬件和软件组 件两者中。可使用本文所描述的 AVS 系统和 AVS 以及相关方法来为任一电路或系统设置操 作频率和电压电平， 所述电路或系统包含 ( 但不限于 ) 同步数字电路、 中央处理单元 (CPU) 系统以及存储器电路或系统。如果被用于存储器电路或系统中， 那么所述存储器电路或系 统便可使用任何类型的存储器。 实例包含 ( 但不限于 ) 静态随机存取存储器 (RAM)(SRAM)、 动态 RAM(DRAM)、 同步 DRAM(SDRAM)、 双数据速率 (DDR)SDRAM、 双数据速率二 (DDR2)SDRAM、 双数据速率三 (DDR3)SDRAM、 移动 DDR(MDDR)SDRAM、 低功率 (LP)DDR SDRAM 以及 LP DDR2 SDRAM。如果存储器的技术和 / 或设计有要求， 那么只要存储器由提供充足的电压电平以保 持存储器单元的功能的电压域供电， 存储器电路或系统中的其操作频率和电压电平受 AVS 控制的组件中的任一者就可处于多个电压域中的任一电压域中。
根据本文所论述的设计和方法的 AVS 系统和 AVS 可包含在或集成在半导体裸片、 集成电路和 / 或装置中， 包含电子装置和 / 或基于处理器的装置或系统。 此类装置的实例包 含 ( 但不限于 ) 机顶盒、 娱乐单元、 导航装置、 通信装置、 个人数字助理 (PDA)、 固定位置数据 单元、 移动位置数据单元、 移动电话、 蜂窝式电话、 计算机、 便携式计算机、 桌上型计算机、 监 视器、 计算机监视器、 电视机、 调谐器、 无线电、 卫星无线电、 音乐播放器、 数字音乐播放器、 便携式音乐播放器、 视频播放器、 数字视频播放器、 数字视频盘 (DVD) 播放器以及便携式数 字视频播放器。
图 21 说明可使用 AVS 232 和上文所描述的相关电路的基于处理器的系统 230。 基 于处理器的系统 230 可包含在电子装置 234 中。AVS 232 可包含在 CPU 236 中， 以控制提 供给 CPU 236 中的处理器 238 的时钟信号的操作频率和电压信号的电压电平。CPU 236 耦 合到系统总线 240， 所述系统总线 240 使包含在基于处理器的系统 230 中的其它装置互连。 AVS 241 也可包含在耦合到系统总线 240 的图形处理器单元 (GPU)243 中。 如众所周知， CPU 236 和 / 或 GPU 243 可通过经由系统总线 240 交换地址、 控制和数据信息来与这些其它装 置通信。这些装置可包含任何类型的装置。如图 21 中所说明， 这些装置可包含 ( 例如 ) 系 统存储器 242、 一个或一个以上输入装置 244、 一个或一个以上输出装置 246、 网络接口装置 248 以及显示器控制器 250。
所述一个或一个以上输入装置 244 可包含任何类型的输入装置， 包含 ( 但不限于 ) 输入键、 开关、 话音处理器等。所述一个或一个以上输出装置 246 可包含任何类型的输出装 置， 包含 ( 但不限于 ) 音频、 视频、 其它视觉指示符等。所述网络接口装置 248 可为经配置 以允许数据交换到网络 252 和从网络 252 进行交换的任何装置。所述网络 252 可为任何类型的网络， 包含 ( 但不限于 ) 有线或无线网络、 专用或公用网络、 局域网 (LAN)、 广泛局域网 (WLAN) 以及因特网。所述网络接口装置 248 可支持所要的任何类型的通信协议。
CPU 236 还可经由系统总线 240 来对系统存储器 242 进行存取。所述系统存储器 242 可包含静态存储器和 / 或动态存储器。 系统存储器 242 可包含用于 CPU 236 的程序存储 装置 254 和数据存储装置 256。CPU 236 还可经由系统总线 240 来接入显示器控制器 250， 以控制发送给显示器 258 的信息。显示器控制器 250 可包含存储器控制器 260 和用以响应 于与 CPU 236 的通信而存储将发送给显示器 258 的数据的存储器 262。显示器控制器 250 经由视频处理器 264( 其将待显示的信息处理成适于显示器 258 的格式 ) 而向显示器 258 传 送显示信息。显示器 258 可包含任何类型的显示器， 包含 ( 但不限于 ) 阴极射线管 (CRT)、 液晶显示器 (LCD)、 等离子显示器等。
所属领域的技术人员将进一步理解， 结合本文所揭示的实施例而描述的各种说明 性逻辑块、 模块、 电路以及算法可实施为电子硬件、 存储于存储器或另一计算机可读媒体中 并由处理器或其它处理装置执行的指令， 或电子硬件与指令的组合。为了清楚地说明此可 互换性， 上文已大致关于其功能性而描述了各种说明性组件、 块、 模块、 电路以及步骤。 如何 实施此类功能性取决于具体应用、 设计选择和 / 或强加于整个系统的设计约束。熟练的技 术人员可针对每一具体应用以不同方式来实施所描述的功能性， 但此类实施决策不应被解 释为会导致脱离本文的范围。
可用处理器、 数字信号处理器 (DSP)、 专用集成电路 (ASIC)、 现场可编程门阵列 (FPGA) 或其它可编程逻辑装置、 离散门或晶体管逻辑、 离散硬件组件或其经设计以执行本 文所描述的功能的任何组合来实施或执行结合本文所揭示的实施例而描述的各种说明性 逻辑块、 模块和电路。 处理器可为微处理器， 但在替代方案中， 处理器可为任何常规处理器、 控制器、 微控制器或状态机。处理器还可实施为计算装置的组合， 例如， DSP 与微处理器的 组合、 多个微处理器、 一个或一个以上微处理器与 DSP 核心的联合， 或任何其它此类配置。
本文所揭示的实施例可体现于硬件以及存储于存储器中的指令中， 且可驻留在 ( 例如 ) 随机存取存储器 (RAM)、 快闪存储器、 只读存储器 (ROM)、 电可编程 ROM(EPROM)、 电 可擦除可编程 ROM(EEPROM)、 寄存器、 硬盘、 可装卸盘、 CD-ROM 或此项技术中已知的任何其 它形式的计算机可读媒体中。示范性存储媒体耦合到处理器， 使得处理器可从存储媒体读 取信息和将信息写入到存储媒体。在替代方案中， 存储媒体可与处理器成一体式。处理器 和存储媒体可驻留在 ASIC 中。ASIC 可驻留在远程站中。在替代方案中， 处理器和存储媒体 可作为离散组件而驻留在远程站、 基站或服务器中。
还应注意， 本文的示范性实施例中的任一者中描述的操作步骤经描述以提供实例 和论述。除了所说明的顺序之外， 可以众多不同顺序来实施所描述的操作。此外， 在单个操 作步骤中描述的操作实际上可执行于若干个不同步骤中。另外， 可组合示范性实施例中论 述的一个或一个以上操作步骤。 应了解， 所属领域的技术人员将易于明白， 流程图中说明的 操作步骤可经受众多不同的修改。所属领域的技术人员还将了解， 可使用多种不同技艺和 技术中的任一者来表示信息和信号。举例来说， 可通过电压、 电流、 电磁波、 磁场或磁粒子、 光场或光粒子或其任何组合来表示可能在以上描述中通篇参考的数据、 指令、 命令、 信息、 信号、 位、 符号以及码片。
提供本发明的先前描述以使所属领域的任何技术人员能够制造或使用本发明。 所属领域的技术人员将易于明白对本发明进行的各种修改， 且可在不脱离本发明的精神或范 围的情况下将本文中所界定的一般原理应用于其它变化。因此， 本发明不希望被限定于本 文中所描述的实例和设计， 而是应被赋予与本文所揭示的原理和新颖特征一致的最广范 围。