專利名稱：一種自適應門控電源控制器的制作方法
技術領域：
本發明涉 及集成電路設計領域，尤其涉及一種自適應門控電源控制器及自適應門控電源控制方法。
背景技術：
近幾十年來，集成電路技術不斷發展進步，工藝進步較快。隨著工藝的發展，器件特征尺寸縮小，電路集成度不斷提高，集成電路芯片的功耗密度不斷提高，芯片散熱和穩定性也隨之成為問題。在這種情況下，集成電路低功耗設計技術出現，并逐漸發展進步，集成電路芯片功耗得以使用低功耗技術降低，不僅有利于集成電路的集成度的提高，也利于能耗的下降。低功耗技術分為版圖級、電路級、邏輯門級、RTURegister Transfer Level，寄存器傳輸級)、結構級和系統級，門控電源技術是低功耗技術中的一種，屬于電路級低功耗技術。集成電路在穩態情況下，輸入輸出不再變化，電路的功耗主要由泄漏功耗和直通功耗構成，門控電源技術通過關閉電路的電源，有效的降低了在電路處于穩態時的靜態功耗。通常的門控電源設計包括高閾值門控管，開關Vdd (數字信號電源)或者Vss (數字電源地)，還有隔離單元和保持寄存器，以及控制器。通常情況下，對電源門控的管理通過軟件的方法實現，根據電路的工作狀態，以軟件的方式實現不同工作狀態之間的切換。

發明內容
本發明要解決的主要技術問題是，提供一種自適應門控電源控制器及自適應門控電源控制方法，通過對輸入輸出信號的檢測判斷電路的工作狀態，以硬件方式實現更精細的門控電源控制。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下一種自適應門控電源控制器，包括輸入輸出信號檢測單元，用于檢測受控電路的輸入輸出信號的活性狀態，并根據所述輸入輸出信號的活性狀態確定當前電路信號權重值；電路狀態計算單元，與所述輸入輸出信號檢測單元相連，用于根據所述權重值計算所述受控電路的當前狀態值，并根據所述當前狀態值判斷所述受控電路的是否處于休眠狀態，如是，則生成相應的關閉控制信號控制受控電路和電源門控開關。進一步地，所述輸入輸出信號的活性狀態即輸入輸出信號跳變的可能性。進一步地，所述自適應門控電源控制器還包括輸入請求檢測單元，與所述電路狀態計算單元相連，用于對所述電路狀態計算單元輸出的關閉控制信號進行延時，并檢測所述受控電路的輸入信號，根據所述輸入信號和所述關閉控制信號，判斷所述受控電路是否有輸入請求，如是，則生成相應的喚醒請求，并發送給所述電路狀態計算單元；所述電路狀態計算單元根據所述喚醒請求生成相應的喚醒控制信號控制所述受控電路和電源門控開關。 進一步地，所述輸入輸出信號檢測單元包括寄存器，用于寄存上一時鐘周期的信號；信號比較器，與所述寄存器相連，用于接收所述受控電路的輸入輸出信號，并將所述輸入輸出信號與所述上一時鐘周期對應的輸入和輸出信號進行對比，并輸出對比結果；優先級運算邏輯模塊，與所述信號比較器相連，用于接收所述信號比較器輸出的對比結果，并根據所述對比結果以及所述輸入輸出信號的優先級，生成相應的權重選擇控制信號，并輸出所述權重選擇控制信號；權重選擇模塊，與所述優先級運算邏輯相連，用于接收所述優先級運算邏輯輸出的權重選擇控制信號，并根據所述權重選擇控制信號選擇當前電路信號對應的權重，并輸出至所述電路狀態計算單元。進一步地，所述電路狀態計算單元包括電路狀態寄存器，用于保存當前電路狀態值；加法器，與所述電路狀態寄存器和輸入輸出信號檢測單元相連，用于將所述輸入輸出信號檢測單元輸出的權重與所述電路狀態寄存器中當前存儲的電路狀態值相加，并將相加后的結果保存在所述電路狀態寄存器中，作為當前電路狀態值；控制信號產生模塊，與所述電路狀態寄存器和輸入請求檢測單元相連，用于讀取所述電路狀態寄存器中存儲的所述當前電路狀態值，并根據所述當前電路狀態值產生相應的關閉控制信號控制受控電路和電源門控開關；當所述受控電路處于休眠狀態時，則用于接收所述輸入請求檢測單元輸出的喚醒請求，并根據所述喚醒請求生成相應的喚醒控制信號控制所述受控電路和電源門控開關。更進一步地，所述控制信號產生模塊包括閾值比較器，與所述電路狀態寄存器相連，用于讀取所述電路狀態寄存器內存儲的當前電路狀態值，并將其與所述閾值比較器內預先設置的閾值進行對比，并輸出對比結果；控制信號產生子模塊，與所述閾值比較器和輸入請求檢測單元相連，用于接收所述閾值比較器輸出的對比結果，并根據所述對比結果生成相應的控制信號，即當所述閾值比較器的對比結果為當前電路狀態值大于等于所述閾值時，則所述控制信號產生子模塊用于生成相應的關閉控制信號控制所述受控電路和電源門控開關；當所述受控電路處于休眠狀態時，則用于接收所述輸入請求檢測單元發送的喚醒請求，并根據所述喚醒請求生成相應的喚醒控制信號控制所述受控電路和電源門控開關。進一步地，所述輸入請求檢測單元包括延時模塊和輸入請求生成模塊，所述延時電路，與所述控制信號產生子模塊和信號比較器相連，用于接收所述控制信號產生子模塊輸出的關閉控制信號并對其延時，輸出延時后的關閉控制信號至所述信號比較器；所述輸入請求生成模塊與所述信號比較器和延時模塊相連，用于接收經過延時后的關閉控制信號和所述信號比較器輸出的比較結果，當所述關閉控制信號到來后，根據所述比較結果產生喚醒請求，并發送至所述控制信號產生子模塊。一種自適應門控電源控制方法，包括步驟輸入輸出信號檢測單元檢測當前時鐘周期的受控電路的輸入輸出信號的活性狀態，并根據該輸入輸出信號的活性狀態確定當前電路信號的權重值，并將該權重值發送給電路狀態計算單元；所述電路狀態計算單元根據所述權重值計算所述受控電路的當前狀態值，并判斷所述受控電路是否處于休眠狀態，如是，則生成相應的關閉控制信號，并發送給所述受控電路和門控電源開關；所述門控電源開關響應所 述關閉控制信號，即關閉門控電源，所述受控電路進入休眠狀態。進一步地，檢測當前時鐘周期的受控電路的輸入輸出活性狀態包括步驟輸入輸出信號檢測單元的信號比較器接收所述受控電路的輸入輸出信號；所述信號比較器將所述輸入輸出信號與存儲在寄存器中的上一時鐘周期的信號相比較，如果兩者相同，即所述輸入輸出信號沒有跳變，并輸出第一對比結果；否則，所述輸入輸出信號有跳變，輸出第二對比結果。進一步地，所述方法還包括步驟當所述受控電路經過最小休眠時間，輸入請求檢測單元判斷所述受控電路是否有輸入信號，如是，則所述輸入請求單元生成相應的喚醒請求，并發送至電路狀態計算單元， 否則所述受控電路繼續休眠；所述電路狀態計算單元根據所述喚醒請求生成相應的喚醒控制信號，并發送給所述受控電路和門控電源開關；所述門控電源開關響應所述喚醒控制信號，即開啟門控電源，所述受控電路恢復工作狀態。本發明的有益效果是本發明的自適應門控電源控制器，包括輸入輸出檢測單元， 以及與輸入輸出檢測單元相連的電路狀態計算單元，其中，輸入輸出檢測電路用于檢測受控電路的輸入輸出信號的活性狀態，并確定出當前電路信號權重值發送給電路狀態計算單元，而電路狀態計算單元則根據當前電路信號權重值計算受控電路的當前狀態值，從而判斷受控電路的工作狀態，當判斷為受控電路處于休眠狀態時，則輸出相應的關閉控制信號給電源門控開關和受控電路，進而關閉電源門控開關，關閉門控電源。本發明通過對當前輸入輸出信號的活性狀態檢測，并根據該信號活性狀態來生成對應信號的權重選擇控制信號來選擇相應的權重值，進而根據該權重值判斷的電路工作狀態，當處于休眠狀態時，則生成關閉控制信號關閉電源門控開關，從而實時地自適應控制電路的門控電源，進而減小受控電路在休眠狀態下，柵極漏電流和亞閾值漏電流引起的靜態泄露功耗。同時本發明的自適應門控電源控制器中，用戶可以通過對的信號權重和計數器閾值的調整實現對電路低功耗程度的控制，以一種硬件的方式實現了一種可配置的自適應門控電源控制器，降低電路非工作狀態下的靜態泄露功耗。


圖1為本發明的自適應門控電源控制器的一種實施例的結構示意圖；圖2為基于本發明的自適應門控電源控制器的一種實施例的數字電路的結構示意圖；圖3為本發明的自適應門控電源控制器的輸入輸出檢測單元的一種實施例的結構示意圖；圖4為本發明的自適應門控電源控制器的電路狀態計算單元的一種實施例的結構示意圖；圖5為本發明的自適應門控電源的控制信號產生模塊的一種實施例的結構示意圖；圖6為本發明的自適應門控電源的輸入請求檢測單元的一種實施例的結構示意圖；圖7為基于本發明的自適應門控電源控制器的自適應門控電源的控制方法的一種實施例的流程圖；圖8為本發明的自適應門控電源的步驟SlOl的一種實施例的流程
圖9為本發明的自適應門控電源的步驟S105的一種實施例的流程圖；圖10為本發明的自適應門控電源的步驟S201的一種實施例的流程圖
具體實施例方式下面通過具體實施方式
結合附圖對本發明作進一步詳細說明。請參考圖1和圖2，本實施方式的基于自適應門控電源控制器的數字電路包括受控電路1，電源門控開關2和自適應門控電源控制器3，其中受控電路1包括保持寄存器和輸出隔離單元4。該受控電路1為實施門控電源的電路，用于接收輸入信號，并輸出結果至自適應門控電源控制器3和隔離單元；該自適應門控電源控制器3用于檢測受控電路1的輸入輸出信號的活性狀態，判斷電路工作狀態，如果判斷受控電路1處于休眠狀態，則發送關閉控制信號至電源門控開關2和受控電路1，關閉門控電源，從而開啟隔離單元，并保存電路狀態。另一方面，當休眠狀態時，根據受控電路1的輸入信號判斷是否有輸入請求，如果是，則由該自適應門控電源控制器3生成喚醒控制信號，發送至電源門控開關2，受控電路1恢復工作。本實施方式中的受控電路1的輸入輸出信號的活性狀態指該輸入輸出信號跳變的可能性。請參考圖1，本實施方式的自適應門控電源控制器3包括輸入輸出信號檢測單元 31和電路狀態計算單元32。其中，輸入輸出信號檢測單元31用于檢測受控電路1的輸入輸出信號的活性狀態，即輸入輸出信號跳變的可能性，并根據該輸入輸出信號的活性狀態確定當前電路信號權重值，并發送給電路狀態計算單元32 ；電路狀態計算單元32，用于根據該權重值計算受控電路1的當前狀態值，并判斷該受控電路1的工作狀態，如果受控電路 1處于休眠狀態，則輸出相應的關閉控制信號給受控電路1和電源門控開關3。本實施方通過輸入輸出信號檢測單元31來檢測受控電路1的輸入輸出信號的活性狀態，并根據該輸入輸出信號的活性狀態來確定當前電路信號權重值，在由電路狀態計算單元32根據當前電路信號的權重值，計算出當前電路狀態值，并根據該狀態值判斷當前受控電路1的狀體，如果出于休眠狀態，則該電路狀態計算單元32生成相應的關閉控制信號控制電源門控開關關閉，即關閉門控電源，從而減少受控電路在休眠狀態下由柵極漏電流和亞閾值漏電流引起的靜態泄露功耗。請參考圖2，本實施方式的自適應門控電源控制器還包括與輸入輸出信號檢測單元31和電路狀態計算單元32相連的輸入請求檢測單元33。當電路狀態計算單元32判斷出受控電路1處于休眠狀態時，該輸入請求檢測單元33檢測受控電路1的輸入信號，并根據該輸入信號判斷休眠狀態下的該受控電路1是否有輸入請求，如是，則生成相應的喚醒請求，發送至電路狀態計算單元32，該電路狀態計算單元32再根據該喚醒請求輸出相應的喚醒控制信號，并發送給電源門控開關2，受控電路1恢復工作，如果檢測出沒有輸入請求， 則受控電路1繼續休眠，直到輸入請求檢測單元33檢測到輸入請求為止。 由于受控電路1的輸入輸出信號中的每個信號i跳變的可能性不同，因此每個信號i對應的權重Ai也不同，當前電路沒有任何輸入輸出信號活動，即輸入輸出信號i沒有跳變時，則整個電路對應一個固定權重B，本實施方式中該固定權重B和權重Ai的關系根據用戶需求設計。請參考圖3，本實施方式的輸入輸出信號檢測單元31包括寄存器311，與寄存器 311相連的信號比較器312，以及與信號比較器312相連的優先級運算邏輯313，與優先級運算邏輯313相連的權重選擇模塊314。寄存器311用于寄存上一時鐘周期的信號；比較器312用于接收受控電路1的輸入輸出信號，并將該受控電路1的輸入輸出信號與該寄存器311中存儲的上一時鐘周期的信號進行對比，若兩個信號相同，即輸入輸出信號沒有跳變，則輸出“0”，否則，輸入輸出信號有跳變，則輸出“ 1”;優先級運算邏輯313用于接收信號比較器312輸出的對比結果，并根據該對比結果以及輸入輸出信號的優先級，生成相應的權重選擇控制信號，即當所有的信號比較器312都輸出第一對比結果“0”時，即所有輸入輸出信號均沒有發生跳變，則優先級運算邏輯313產生對應于固定權重B的權重選擇控制信號；當存在一個或多個信號比較器312輸出第二對比結果“1”時，即有一個或多個信號發生跳變，則優先級邏輯運算邏輯313從發生跳變的信號中選擇優先級最高的信號，生成對應于該最高優先級的信號的權重，即對應于當前時鐘周期的最大權重Aimax的權重選擇信號，并輸出；權重選擇模塊314則用于接收優先級運算邏輯313輸出的權重選擇控制信號， 并根據該權重選擇控制信號選擇當前電路的信號的權重，即當優先級運算邏輯模塊313輸出對應于固定權重B的選擇控制信號，權重選擇模塊314選擇固定權重B，并輸出至電路狀態計算單元32 ；當優先級運算邏輯模塊313輸出對應于最大權重Aimax的權重選擇控制信號，則權重選擇模塊314選擇最大權重Aimax，并輸出至電路狀態計算單元32。請參考圖3，本實施方式的一種具體實施例中，權重選擇模塊314為多選器，用于根據輸入的權重選擇控制信號，選通對應的權重值輸出至電路狀態計算單元32。請參考圖4，本實施方式的電路狀態計算單元32包括用于保存當前電路狀態值的電路狀態寄存器321 ；與該電路狀態寄存器321和輸入輸出檢測單元31的權重選擇模塊 314相連的加法器322，與電路狀態寄存器321和輸入請求檢測單元33相連的控制信號產生模塊323，該加法器322則用于根據權重選擇模塊314輸出的權重與該電路狀態寄存器 321中當前存儲的電路狀態值計算當前電路狀態值，即當權重選擇模塊314輸出的為固定權重B，則該加法器222將其與電路狀態寄存器321中當前存儲的電路狀態值相加，并將結果保存在該電路狀態寄存器321中，作為當前電路狀態值，當權重選擇模塊314輸出的為最大權重值Aimax，則該加法器222用電路狀態寄存器321中當前存儲的電路狀態值減去該最大權重值Aimax，并將結果保存在該電路狀態寄存器321中，作為當前電路狀態值；控制信號產生模塊323用于讀取電路狀態寄存器321存儲的當前電路狀態值，并根據該當前電路狀態值產生相應的關閉控制信號，發送給受控電路1和電源門控開關2 ；而當受控電路1 處于休眠狀態時，則該控制信號產生模塊323用于接收輸入請求檢測單元33輸出的喚醒請求，并根據該喚醒請求生成相應的喚醒控制信號，并發送至受控電路1和電源門控開關2。請參考圖5，本實施方式的電路狀態計算單元32的控制信號產生模塊323包括 閾值比較器3231，用于讀取電路狀態寄存器321內存儲的當前電路狀態值，并將其與閾值比較器3231內預先設置的閾值進行對比，并輸出對比結果；與閾值比較器3231和輸入請求檢測單元33相連的控制信號產生邏輯3232，用于將接收閾值比較器3131輸出的對比結果，當閾值比較器3231的對比結果為當前電路狀態值大于等于閾值，則該控制信號產生邏輯3232生成相應的關閉控制信號，并發送至受控電路1和電源門控開關2 ；而當受控電路1 處于休眠狀態時，則用于接收輸入請求檢測單元33發送的喚醒請求，并根據該喚醒請求生成相應的喚醒控制信號，輸出至受控電路1和電源門控開關1。請參考圖6，本實施方式的輸入請求檢測單元33包括與控制信號產生邏輯3132和信號比較器312相連的延時模塊331，以及與信號比較器312和延時模塊331相連的輸入請求生成模塊332，延時模塊331用于接收控制信號產生邏輯3132輸出的關閉控制信號，并輸出延時之后的關閉控制信號至信號比較器312 ；輸入請求生成模塊332用于接收經過延時后的關閉控制信號和該信號比較器312輸出的比較結果，并根據該延時后的關閉控制信號和比較結果產生喚醒請求，并發送至控制信號產生邏輯3232。請參考圖7，基于上述的自適應門控電源控制器，本實施方式還提供一種自適應門控電源控制方法，包括步驟S101，輸入輸出信號檢測單元31檢測當前時鐘周期的受控電路1的輸入輸出信號的活性狀態，并根據該輸入輸出信號的活性狀態確定當前電路信號權重值，并發送給電路狀態計算單元32。請參考圖8，本實施方式中該步驟SlOl包括步驟S1011，輸入輸出信號檢測單元31的信號比較器312接收受控電路1的當前輸入
輸出信號。S1013，信號比較器312將該輸入輸出信號與上一時鐘周期的信號進行對比，如果當前輸入輸出信號與上一時鐘周期的信號相同，即輸入輸出信號沒有跳變時，則輸出第一比較結果“0”，并執行步驟S1015，否則輸出第二比較結果“1”，執行步驟S1017。本實施方式中的上一時鐘周期的信號寄存在寄存器311中。本實施方式中輸入輸出信號的活性狀態指輸入輸出信號跳變的可能性。由于每個信號i跳變的可能性不同，因此每個信號i對應的權重Ai也不同，即信號i發生跳變的可能性越小的，其對應的權重值Ai也越大，發生跳變的可能性越大，其對應的權重值Ai也越小；當前電路沒有任何輸入輸出信號活動，即輸入輸出信號i沒有跳變時，則整個電路對應一個固定權重B，本實施方式中該固定權重B和權重Ai的關系根據用戶需求設計。因此，本實施方式中，輸 入輸出信號檢測單元31的優先級邏輯運算邏輯313接收上述的比較結果，并根據輸入輸出信號的優先級，生成相應的的權重選擇控制信號，并輸出至輸入輸出信號檢測單元31的權重選擇模塊314的步驟，包括S1015，輸入輸出信號檢測單元31的優先級邏輯運算邏輯313接收到所有信號比較器312的輸出均為第一對比結果“0”，即輸入輸出信號沒有跳變，則優先級邏輯運算邏輯子模塊313，生成對應于固定權重B的權重選擇控制信號，并輸出至權重選擇模塊314，執行步驟S1019。S1017，輸入輸出信號檢測單元31的優先級邏輯運算邏輯313接收到存在一個或多個信號比較器312輸出第二對比結果“1”，即輸入輸出信號有跳變，則該優先級邏輯運算邏輯子模塊313從發生跳變的信號i中選擇優先級最高的信號，并根據該最高優先級信號生成對應于該信號i的權重值，即本時鐘周期最大權重值Aimax的權重選擇控制信號，輸出至權重選擇模塊314。

本實施方式中輸入輸出信號i的優先級，是根據每個信號i活性，即跳變的可能性，而設置的等級，其中最高優先級對應于活性最低的信號，其對應權重最大，最低優先級對應于活性最高的信號，其對應權重最小。由于本實施方式中的權重，根據信號i在電路工作中的活性設定，也可以根據不同的工作狀態下的工作分為不同的權重，信號i活性越大， 即信號i跳變的可能性越大，該信號i的權重Ai越小。因此當當前周期信號均沒有發生跳變，則直接生成對應于固定權重B的權重選擇控制信號，并輸出至權重選擇模塊314;當當前周期信號有跳變時，則根據跳變的信號中優先級最高的信號，生成對應于該最高優先級信號的值的權重選擇控制信號，即根據當前周期發生跳變的信號中，活性最低的信號i，生成對應于當前周期最大權重Aimax的權重選擇控制信號，并輸出至權重選擇模塊314。S1019，權重選擇模塊314根據該權重選擇控制信號選擇當前電路信號對應的權重，并輸出至電路狀態計算單元32的加法器322，并執行步驟S103。本實施方式中的采用多選器作為權重選擇模塊314。當優先級運算邏輯模塊313 輸出對應于固定權重B的權重選擇控制信號，則該多選器選通固定權重B輸出，并賦給電路狀態計算單元32的加法器322 ；當優先級運算邏輯模塊313輸出對應于最大權重Aimax的權重選擇控制信號，則該多選器選通最大權重Aimax輸出，并賦給電路狀態計算單元32的加法器322。S103,電路狀態計算單元32的加法器322根據該權重與電路狀態寄存器321中的當前存儲的電路狀態值，計算當前電路狀態值，并存儲在電路狀態寄存器321中，并執行步驟 S105。本實施方式中，如果輸入輸出信號無跳變，即權重選擇模塊314輸出的權重值為固定權重B，則步驟S103包括加法器322讀取電路狀態寄存器321中當前存儲的電路狀態；然后將該固定權重B與讀取的電路狀態值相加，得到當前電路狀態值；最后將其保存在電路狀態寄存器321 中。本實施方式中，當輸入輸出信號無跳變時，其對應的固定權重值，即B為負值，用于減小權重值的累加；當該加法器322由初始值to —直減小到0時，則說明受控電路1已經有一段時間輸入輸出信號都沒有跳變，則可以進入休眠狀態。本實施方式中，如果輸入輸出信號有跳變，即權重選擇模塊314輸出的權重值為最大權重Aimax，則步驟S103包括加法器322讀取電路狀態寄存器321中當前存儲的電路狀態；然后將其減去該最大權重Aimax，得到當前電路狀態值；最后將其保存在電路狀態寄存器中321。本實施方式中，當信號無變化時，由于在電路休眠狀態下，信號不跳變的幾率較大，因此加法器322增加的固定值B —般小于信號權重Ai。本實施方式中的加法器322在初始狀態下，其初始值置為零與閾值T之間的一個值，即為初始值to。本實施方式的一種具體實施例中，將該加法器的初始值置為閾值T的 1/2，即 t0 = Τ/2。S105，電路狀態單元32根據該當前狀態值判斷該受控電路是否處于休眠狀態，如是，則執行步驟S107，否則，執行步驟S207。請參考圖9，本實施方式中的步驟S105包括步驟S1051，控制信號產生模塊323的閾值比較器3231讀取電路狀態寄存器321中的當前電路狀態值。S1053,閾值比較器3231將當前電路狀態值與預先設置的閾值進行對比，從而判斷該當前電路狀態值是否大于等于該閾值，如是，即電路處于休眠狀態，則執行步驟S107， 否則，執行步驟S207。本實施方式中閾值體現了電路工作時，在何種情況下可以判斷為有較大幾率在一定時間內不會產 生請求，不會工作。S107,電路狀態單元32的控制信號產生模塊323生成相應的關閉控制信號，即該控制信號產生邏輯模塊323輸出一個有效電平，發送給受控電路1和電源門控開關2，并執行步驟S109。本實施方式中，當當前電路狀態值大于等于閾值時，該控制信號生成邏輯3232的輸出為有效電平，控制電源門控開關2和受控電路1關閉，即關閉門控電源，受控電路1進入休眠狀態；當當前電路狀態值小于閾值時，該控制信號生成邏輯3232的輸出為無效電平，電源門控開關2開啟，即門控電源開啟，受控電路正常工作。S109,門控電源開關2響應該關閉控制信號，關閉門控電源，從而受控電路1進入休眠狀態，并執行步驟S201。本實施方式中的受控電路1進入休眠時，其內部狀態通過內部的保存寄存器保存，并且休眠期間，發出該電路處于休眠狀態的指示信號。S201，經過最小休眠時間后，輸入請求檢測單元33檢測受控電路1的輸入信號，判斷是否有輸入信號，如是，則執行步驟S203，否則執行步驟S209。請參考圖10，本實施方式中的步驟S201包括步驟S2011，經過最小休眠時間，請求輸入檢測單元33的延時模塊331接收控制產生邏輯3232的關閉控制信號，即有效電平。本實施方式中，該最小休眠時間是用戶預先定義或者可配置的一個數值。由于受控電路1進入休眠狀態，或者從休眠狀態被喚醒都會消耗額外的能量，因此，本實施方式通過設置最小休眠時間，使得該受控電路1，在剛剛進入休眠狀態時，如果輸入信號有變化，也不會響應，而會等待最小休眠時間后再響應，從而避免受控電路1頻繁進入休眠狀態或從休眠狀態喚醒，進而避免額外能量的消耗。同樣地，當受控電路1進入休眠狀態時，輸入輸出信號不是立刻停止跳變，而時需要等待一段時間，該輸入輸出信號才不會變，并且當輸入輸出信號相應的權重值不斷減小到零，即輸入輸出信號不跳變時，該受控電路1才會進入休眠狀態。本實施方式中，當受控電路1處于休眠狀態下，外部模塊發送的輸入信號沒有被響應時，則外部模塊會等待或者重復發送，直到受控電路1響應輸入信號變化，從休眠狀態被喚醒，開始正常工作。 S2013，該延時模塊331將該有效電平進行延時，并將延時后的有效電平發送給輸入輸出檢測單元31的信號比較器312和輸入請求生成模塊332。S2015，該信號比較器312在延時后的有效電平的作用下，將當前輸入信號與上一時鐘周期的輸入信號進行比較，判斷輸入信號是否有跳變，如是，則輸出“ 1，，給輸入請求生成模塊332，即表明有輸入信號，并執行步驟S203，否則輸出“0”給輸入請求生成模塊332， 即表明無輸入信號，并執行步驟S209。S203，輸入請求生成模塊332根據該信號比較器312的對比結果和延時后的關閉控制信號，生成相應的喚醒請求，并發送給電路狀態計算單元32的控制信號生成邏輯 3232，并執行步驟S205。本實施方式中的輸入請求生成模塊332，在門控電源關閉信號到來之后根據信號比較器312的輸出產生相應的喚醒請求，若信號比較器312的輸出為“1”，即當前輸入信號中有變化，表明外部電路要求受控電路1工作，則輸入請求生成模塊332輸出一個脈沖，即生成輸入請求，給控制信號生成邏輯3232，表明電路需要開啟；若信號比較器312的輸出為 “0”，即當前輸入信號無變化，表明受控電路1不需要工作，輸入請求生成模塊332的輸出不變。S205，控制信號生成模塊3232根據該喚醒請求生成相應的喚醒控制信號，即該控制信號生成模塊3232輸出一個無效電平，并發送給受控電路1和門控電源開關2，并執行步驟 S207。本實施方式中，控制信號生成邏輯3232在該喚醒請求，即脈沖的上跳沿處復位， 控制信號生成邏輯3232的輸出恢復為無效電平，從而開啟電源門控開關2，喚醒受控電路
IoS207,開啟門控電源，受控電路1正常工作，結束操作。本實施方式中，當受控電路1被喚醒，則電路狀態計算單元32的加法器322也恢復初始值to。S209,受控電路1繼續休眠，結束操作。本實施方式中，設計人員可以依據電路輸入輸出信號的活性特點及工作/空閑時間的統計規律，同時結合設計者的需求來調節權重Ai、固定權重B和閾值，以及權重Ai和固定權重B之間的關系，從而實現對電路的低功耗程度的控制。本實施方式中的信號權重Ai、固定權重B、閾值T以及初始值t0四個值的選取體現了該電路的低功耗策略是偏向于速度優先還是功耗優先。若要求電路關閉次數較少，速度較快，則B需要取得較小，而A取得較大；若要求電路關閉次數較多，低功耗程度較好，則 B取得稍微大一些。閾值T和初始值t0、Ai、B值的選擇，應確保在加法器322的計數器達至IJ閾值T后，電路處于休眠狀態。本實施方式通過檢測受控電路輸入輸出信號的活性狀態，進而確定該信號對應的權重，并根據該權重來計算當前電路狀態值來判斷受控電路1的狀態，當受控電路1處于狀態時，則生成關閉控制信號控制電源門控開關關閉，從而關閉門控電源，減小電路非工作狀態下由柵極漏電流和亞閾值漏電流引起的靜態泄露功耗。同時當電路處于休眠狀態時，通過檢測輸入信號的活性狀態來確定是否由輸入信號，如果有輸入信號則生成相應的喚醒請求和喚醒控制信號來控制電源門控開關開啟，即開啟門控電源，喚醒受控電路。即本實施方式的方法根據受控電路1的輸入輸出信號的活性狀態實時地自適應控制受控電路1的門控電源，并且用戶可以通過對自適應門控電源控制器的信號權重和加法器322的計數器閾值的調整實現對電路低功耗程度的控制，從而從硬件方面實現了一種可配置的自適應門控電源控制器，降低電路非工作狀態下的靜態泄露功耗 以上內容是結合具體的實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種自適應門控電源控制器，其特征在于，包括輸入輸出信號檢測單元，用于檢測受控電路的輸入輸出信號的活性狀態，并根據所述輸入輸出信號的活性狀態確定當前電路信號權重值；電路狀態計算單元，與所述輸入輸出信號檢測單元相連，用于根據所述權重值計算所述受控電路的當前狀態值，并根據所述當前狀態值判斷所述受控電路的是否處于休眠狀態，如是，則生成相應的關閉控制信號控制受控電路和電源門控開關。
2.如權利要求1所述的自適應門控電源控制器，其特征在于，所述輸入輸出信號的活性狀態為所述輸入輸出信號跳變的可能性。
3.如權利要求1所述的自適應門控電源控制器，其特征在于，還包括輸入請求檢測單元，與所述電路狀態計算單元相連，用于對所述電路狀態計算單元輸出的關閉控制信號進行延時，并檢測所述受控電路的輸入信號，根據所述輸入信號和所述關閉控制信號，判斷所述受控電路是否有輸入請求，如是，則生成相應的喚醒請求，并發送給所述電路狀態計算單元；所述電路狀態計算單元根據所述喚醒請求生成相應的喚醒控制信號控制所述受控電路和電源門控開關。
4.如權利要求1所述的門控電源控制器，其特征在于，所述輸入輸出信號檢測單元包括寄存器，用于寄存上一時鐘周期的信號；信號比較器，與所述寄存器相連，用于接收所述受控電路的輸入輸出信號，并將所述輸入輸出信號與所述上一時鐘周期對應的輸入和輸出信號進行對比，并輸出對比結果；優先級運算邏輯模塊，與所述信號比較器相連，用于接收所述信號比較器輸出的對比結果，并根據所述對比結果以及所述輸入輸出信號的優先級，生成相應的權重選擇控制信號，并輸出所述權重選擇控制信號；權重選擇模塊，與所述優先級運算邏輯相連，用于接收所述優先級運算邏輯輸出的權重選擇控制信號，并根據所述權重選擇控制信號選擇當前電路信號對應的權重，并輸出至所述電路狀態計算單元。
5.如權利要求2所述的自適應門控電源控制器，其特征在于，所述電路狀態計算單元包括電路狀態寄存器，用于保存當前電路狀態值；加法器，與所述電路狀態寄存器和輸入輸出信號檢測單元相連，用于將所述輸入輸出信號檢測單元輸出的權重與所述電路狀態寄存器中當前存儲的電路狀態值相加，并將相加后的結果保存在所述電路狀態寄存器中，作為當前電路狀態值；控制信號產生模塊，與所述電路狀態寄存器和輸入請求檢測單元相連，用于讀取所述電路狀態寄存器中存儲的所述當前電路狀態值，并根據所述當前電路狀態值產生相應的關閉控制信號控制受控電路和電源門控開關；當所述受控電路處于休眠狀態時，則用于接收所述輸入請求檢測單元輸出的喚醒請求，并根據所述喚醒請求生成相應的喚醒控制信號控制所述受控電路和電源門控開關。
6.如權利要求4所述的門控電源控制器，其特征在于，所述控制信號產生模塊包括閾值比較器，與所述電路狀態寄存器相連，用于讀取所述電路狀態寄存器內存儲的當前電路狀態值，并將其與所述閾值比較器內預先設置的閾值進行對比，并輸出對比結果；控制信號產生子模塊，與所述閾值比較器和輸入請求檢測單元相連，用于接收所述閾值比較器輸出的對比結果，并根據所述對比結果生成相應的控制信號，即當所述閾值比較器的對比結果為當前電路狀態值大于等于所述閾值時，則所述控制信號產生子模塊用于生成相應的關閉控制信號控制所述受控電路和電源門控開關；當所述受控電路處于休眠狀態時，則用于接收所述輸入請求檢測單元發送的喚醒請求，并根據所述喚醒請求生成相應的喚醒控制信號控制所述受控電路和電源門控開關。
7.如權利要求5所述的門控電源控制器，其特征在于，所述輸入請求檢測單元包括 延時模塊和輸入請求生成模塊，所述延時電路，與所述控制信號產生子模塊和信號比較器相連，用于接收所述控制信號產生子模塊輸出的關閉控制信號并對其延時，輸出延時后的關閉控制信號至所述信號比較器；所述輸入請求生成模塊與所述信號比較器和延時模塊相連，用于接收經過延時后的關閉控制信號和所述信號比較器輸出的比較結果，當所述關閉控制信號到來后，根據所述比較結果產生喚醒請求，并發送至所述控制信號產生子模塊。
8.—種自適應門控電源控制方法，其特征在于，包括步驟輸入輸出信號檢測單元檢測當前時鐘周期的受控電路的輸入輸出信號的活性狀態，并根據該輸入輸出信號的活性狀態確定當前電路信號的權重值，并將該權重值發送給電路狀態計算單元；所述電路狀態計算單元根據所述權重值計算所述受控電路的當前狀態值，并判斷所述受控電路是否處于休眠狀態，如是，則生成相應的關閉控制信號，并發送給所述受控電路和門控電源開關；所述門控電源開關響應所述關閉控制信號，即關閉門控電源，所述受控電路進入休眠狀態。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，檢測當前時鐘周期的受控電路的輸入輸出活性狀態包括步驟輸入輸出信號檢測單元的信號比較器接收所述受控電路的輸入輸出信號；所述信號比較器將所述輸入輸出信號與存儲在寄存器中的上一時鐘周期的信號相比較，如果兩者相同，即所述輸入輸出信號沒有跳變，并輸出第一對比結果；否則，所述輸入輸出信號有跳變，輸出第二對比結果。
10.如權利要求8所述的方法，其特征在于，還包括步驟當所述受控電路經過最小休眠時間，輸入請求檢測單元判斷所述受控電路是否有輸入信號，如是，則所述輸入請求單元生成相應的喚醒請求，并發送至電路狀態計算單元，否則所述受控電路繼續休眠；所述電路狀態計算單元根據所述喚醒請求生成相應的喚醒控制信號，并發送給所述受控電路和門控電源開關；所述門控電源開關響應所述喚醒控制信號，即開啟門控電源，所述受控電路恢復工作狀態。
全文摘要
本發明公開了一種自適應門控電源控制器，包括用于檢測受控電路的輸入輸出信號的活性狀態，并確定出當前電路信號權重值的輸入輸出檢測電路，和與輸入輸出檢測電路相連的用于根據當前電路信號權重值，計算受控電路的當前狀態值，從而判斷受控電路的工作狀態，當判斷為受控電路處于休眠狀態時，則輸出相應的關閉控制信號給電源門控開關和受控電路的電路狀態計算單元。本發明通過對當前輸入輸出信號的活性狀態檢測，進而判斷的電路工作狀態，當處于休眠狀態時，則生成控制信號控制電源門控開關，從而實時地自適應控制電路的門控電源，進而減小受控電路在休眠狀態下由柵極漏電流和亞閾值漏電流引起的靜態泄露功耗。
文檔編號G05B19/04GK102183902SQ201110087949
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月8日 優先權日2011年4月8日
發明者張旭, 王新安, 王騰, 胡子一, 蘇昕東, 謝崢 申請人:北京大學深圳研究生院