專利名稱：：自動電壓控制電路與相關方法
技術領域：
：本發(fā)明相關于數(shù)字電路的電壓控制，尤其指一種可視電路運作狀況，動態(tài)地調(diào)整一供電電壓的自動電壓控制電路與相關方法。
背景技術：
：在數(shù)字電路的設計上，常會使用一個至數(shù)個時鐘來管理觸發(fā)器(例如D型觸發(fā)器(DFF))之間的同步。而在時鐘觸發(fā)觸發(fā)器的時候，觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端上的值必須已經(jīng)穩(wěn)定，如此一來，在時鐘觸發(fā)的時候觸發(fā)器才能夠取樣到正確的值。因此，數(shù)字電路所使用的時鐘的頻率會受限于觸發(fā)器之間信號傳遞的速度。換句話說，在數(shù)字電路的設計上，必須確保時鐘的周期不小于觸發(fā)器之間信號傳遞所需的時間。然而，在數(shù)字電路中，影響信號傳遞速度的因素有很多，包括制造工藝、環(huán)境溫度、供電電壓等等。受制造工藝變化的影響，數(shù)字電路中信號傳遞速度可能會變慢。而環(huán)境溫度升高、或供電電壓下降，也常會造成信號傳遞速度變慢。為了讓電路能在不同的環(huán)境的下都能正確地運作，在設計電路時，一般會將最糟的狀況考慮進去，此種電路設計方式?？煞Q為"最糟狀況分析法"(worstcaseanalysis)。然而，此種作法的代價是會讓電路的面積變大，運4乍時的功誄毛(powerconsumption)也會變高。而功耗的大小，對于電子產(chǎn)品而言是非常重要的，尤其是便攜式(portable)電子裝置，其電源主要來自于電池的供電，而過高的功耗會使可攜式電子裝置快速地消耗掉電池中的電能，并縮短可攜式電子裝置的待機/使用時間，導致使用者必須常常更換電池或為電池充電，而造成使用者的不便。因此，電子產(chǎn)品的設計者無不費心思考能降低功耗的方法。
發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的之一，在于提供一種可視電路運作狀況，動態(tài)地調(diào)整一供電電壓的自動電壓控制電路與相關方法。本發(fā)明的實施例公開一種自動電壓控制電路，用來控制一供電單元所提供的一供電電壓。該電路包含有一振蕩單元，耦接于該供電單元，用來產(chǎn)生一振蕩信號；一頻率比較單元，耦接于該振蕩單元，用來比較該振蕩信號的振蕩頻率與至少一預設閾值頻率；以及一控制單元，耦接于該頻率比較單元以及該供電單元，用來依據(jù)該頻率比較單元比較該振蕩頻率與該至少一預設閾值頻率的結果，控制該供電單元調(diào)整該供電電壓。本發(fā)明的實施例還公開一種自動電壓控制方法，用來控制一供電單元調(diào)整其所提供的一供電電壓。該方法包含有產(chǎn)生一振蕩信號；比較該振蕩信號的振蕩頻率與至少一預設閾值頻率；以及依據(jù)比較該振蕩頻率與該至少一預設閾值頻率的結果，控制該供電單元調(diào)整該供電電壓。圖1為本發(fā)明的自動電壓控制電路的一實施例示意圖。圖2為圖1所示的振蕩單元的一實施例示意圖。圖3為圖2所示的環(huán)形振蕩器中的反相器的三個例子。圖4為本發(fā)明的自動電壓控制電路的另一實施例示意圖。主要元件符號說明100、400芯片120、420供電單元122、422電源裝置124、424電壓調(diào)節(jié)器160、460自動電壓控制電路162、462a、462b、462c振蕩單元164、464a、464b、464c頻率比較單元165、465a、465b、465c計數(shù)器166、466a、466b、466c比較單元168、468控制單元210與非門220反相器310CM0S反相器320或非門330與非門具體實施例方式圖1所示為本發(fā)明的自動電壓控制電路的一實施例示意圖。本實施例中的自動電壓控制電路160設置于一芯片IOO之中，一供電單元120用來產(chǎn)生一供電電壓V,通過供電電壓L來提供芯片100內(nèi)部的元件(包含自動電壓控制電路160以及其他未表示的元件)運作所需的電能。而于本實施例中，供電單元120包含有位于芯片100外部的一電源裝置122以及位于芯片100內(nèi)部的一電壓調(diào)節(jié)器(regulator)124;自動電壓控制電5吝160則包含有一振蕩單元162、一頻率比較單元164、以及一控制單元168。振蕩單元162用來產(chǎn)生一振蕩信號S艦，由于振蕩單元162運作所需的電能由供電電壓Vdd所提供，因此，供電電壓L的大小將會影響振蕩信號S。sc的振蕩頻率f艦。一般而言，供電電壓V。d越大，芯片100內(nèi)部的元件的運作速度就會越快，故振蕩頻率f艦將會越大；供電電壓V。d越小，芯片100內(nèi)部的元件的運作速度就會越慢，故振蕩頻率f咖將會越小。因此，藉由檢測振蕩頻率f咖的大小，本實施例的自動電壓控制電路160將可據(jù)以控制電壓調(diào)節(jié)器124將供電電壓V。。調(diào)整至適當?shù)拇笮?，以于運作狀況允許時，適當?shù)亟档托酒?00運作時的功耗。頻率比較單元164用來比較振蕩頻率f。sc與至少一預設閾值頻率fTH以產(chǎn)生一比較結果；控制單元168則用來依據(jù)頻率比較單元164比較振蕩頻率fosc與至少一預設閾值頻率fTH的比較結果，控制電壓調(diào)節(jié)器124將供電電壓VDD調(diào)整至適當?shù)拇笮　榱俗岊l率比較單元164具有比較頻率的功能，本實施例中的頻率比較單元164包含有一計數(shù)器165以及一比較單元166,其中計數(shù)器165用來于一計數(shù)時段內(nèi)計算振蕩信號S艦振蕩的次數(shù)以產(chǎn)生一計數(shù)值CV;比較單元166則用來比較計數(shù)值CV與至少一預設閾值TH(此處所述的至少一預設閾值TH與前述的至少一預設閾值頻率fTH相互對應)。如此一來，控制單元168即可依據(jù)比較單元166比較計數(shù)值CV與至少一預設閾值TH的比較結果(此即相當于頻率比較單元164比較振蕩頻率f咖與至少一預設闊值頻率f^的比較結果)，來控制電壓調(diào)節(jié)器124將供電電壓V。。調(diào)整至適當?shù)拇笮　．斎?，供電電壓V。。的大小將不能超出一預設范圍之外。舉例來說，若計數(shù)值CV大于一第一預設閾值THl,可以得知振蕩信號S。sc的振蕩頻率f。sc大于一第一預設閾值頻率fTH1,表示芯片100的運作速度已比所需的運作速度更快，此時，控制單元168可控制電壓調(diào)節(jié)器124調(diào)降供電電壓V。。的大小，如此一來，于可允許的狀況內(nèi)，將可適度減低芯片100的功耗，且因芯片100運作所累積的熱能也會降低。若計數(shù)值CV小于一第二預設閾值TH2,則可以得知振蕩信號S股的振蕩頻率f。sG小于一第二預設閾值頻率f冊，表示芯片100的運作速度并未達到系統(tǒng)需求的運作速度，此時控制單元168則必須控制電壓調(diào)節(jié)器124調(diào)升供電電壓V。D的大小，以確保芯片100能正常運作。而前述的第一、第二預設閾值TH1、TH2是兩個可經(jīng)由實地測試(fieldtry)得出的值，其中，第一預設閾值TH1大于第二預設閾值TH2。圖2所示為振蕩單元162的一實施例示意圖。于圖2中，振蕩單元162由一環(huán)形振蕩器(ringoscillator)所實現(xiàn)，其包含有一與非門(NAND)210以及偶數(shù)個串聯(lián)的反相器220(inverter)。與非門210的一輸入端耦接于圖中最右側的反相器220的輸出端，與非門210的另一輸入端則耦接于一振蕩致能信號ENABLE。于振蕩單元162不需振蕩時，振蕩致能信號ENABLE處于1'的邏輯狀態(tài)，于計數(shù)器165需進行計數(shù)運作的該計數(shù)時段中，振蕩致能信號ENABLE則處于'1'的邏輯狀態(tài)。而與非門210以及任一反相器220的所輸出的信號，皆可提供作為圖l所示的振蕩信號S。sc。而實現(xiàn)環(huán)形振蕩器162中的反相器220的作法中，一個例子是圖3所示的互補金屬氧化物半導體(CMOS)反相器310。然而，對于CMOS反相器310而言，其運作受P型金屬氧化物半導體(PMOS)的影響與受N型金屬氧化物半導體(麗OS)的影響各半，換句話說，由CMOS反相器310所構成的環(huán)形振蕩器162的振蕩頻率f。sc,不見得能確實反應出芯片100中受PMOS所主導(dominate)的路徑的運作速度，也不見得能確實反應出芯片100中受麗0S所主導的路徑的運作速度。因此，實現(xiàn)環(huán)形振蕩器162中的各反相器220的作法中還可有其他的例子。舉例來說，圖3中兩輸入端相互耦接的或非門(NOR)320，以及兩輸入端相互耦接的與非門(NAND)330都可用來實現(xiàn)環(huán)形振蕩器162中的反相器220。由或非門320所構成的環(huán)形振蕩器162的振蕩頻率f咖將較能確實反應出芯片100中受PMOS所主導的路徑的運作速度；由與非門330所構成的環(huán)形振蕩器162的振蕩頻率f咖則較能確實反應出芯片100中受NMOS所主導的路徑的運作速度。圖4所示為本發(fā)明的自動電壓控制電路的另一實施例示意圖。本實施例中的自動電壓控制電路460設置于一芯片400之中，一供電單元420用來產(chǎn)生一供電電壓V。d,以通過供電電壓V。d來提供芯片400內(nèi)部的元件(包含自動電壓控制電路460以及其他未表示的元件)運作所需的電能。而于本實施例中，供電單元420包含有位于芯片400外部的一電源裝置422以及位于芯片400內(nèi)部的一電壓調(diào)節(jié)器424;自動電壓控制電路460則包含有三個振蕩單元462a、462b、與462c、三個頻率比較單元464a、464b、與464c、以及一控制單元468。舉例來說，振蕩單元462a為由CMOS反相器310所構成的環(huán)形振蕩器，用來產(chǎn)生一第一振蕩信號SQS。；振蕩單元462b為由或非門320所構成的環(huán)形振蕩器，用來產(chǎn)生一第二振蕩信號SQse2;振蕩單元462c則為由與非門330所構成的環(huán)形振蕩器，用來產(chǎn)生一第三振蕩信號S。SC3。關于三個頻率比較單元464a、464b、與464c，以頻率比較單元464a為例，其可包含有一計數(shù)器465a以及一比較單元466a，其中計數(shù)器465a用來于一計數(shù)時段內(nèi)計算第一振蕩信號S,振蕩的次數(shù)以產(chǎn)生一第一計數(shù)值CV1;比較單元466a則用來比較第一計數(shù)值CV1與一第一組預設閾值(此即相當于比較第一振蕩信號S,的第一振蕩頻率f。su與一第一組預設閾值頻率，其中第一組預設閾值頻率與第一組預設閾值相對應)。由于頻率、比較單元464b以及464c的功能與結構相似于頻率比較單元464a的功能與結構，故在此不多做贅述。而控制單元468可由一邏輯單元來實現(xiàn)。若第一計數(shù)值CV1大于一第一預設閾值TH1、且第二計數(shù)值CV2大于一第二預設閾值TH2、且第三計數(shù)值CV3大于一第三預設閾值TH3，則表示芯片100中，不論是一般的路徑、由PMOS所主導的路徑、或是由麗OS所主導的路徑，其運作速度都已經(jīng)夠快了，因此，控制單元468可控制電壓調(diào)節(jié)器424調(diào)降供電電壓V。d的大小，如此一來，于可允許的狀況內(nèi)，將可適度減低芯片400的功耗，且因芯片400運作所累積的熱能也會降低。若第一計數(shù)值CV1小于一第四預設閾值TH4、或第二計數(shù)值CV2小于一第五預設閾值TH5、或第三計數(shù)值CV3小于一第六預設閾值TH6,則表示芯片400中可能有特定的路徑的運作速度并未達到系統(tǒng)的需求，此時控制單元468則必須控制電壓調(diào)節(jié)器424調(diào)升供電電壓Vdd的大小，以確保芯片400能正常運作。而前述的第一、第四預設閾值TH1、TH4是比較單元466a所使用的兩個閾值，且TH1大于TH4;第二、第五預設閾值TH2、TH5是比較單元"6b所使用的兩個閾值，且TH2大于TH5;第三、第六預設閾值TH3、TH6是比較單元466c所使用的兩個閾值，且TH3大于TH6。而THl~TH6六個預設閾值都是可經(jīng)由實地測試(fieldtry)所得出的值。當然，圖1所示包含一個振蕩單元以及一個頻率比較單元的實施例，以及圖4所示包含三個振蕩單元以及三個頻率比較單元的實施例僅為舉例說明，在依據(jù)本發(fā)明所設計出的自動電壓控制電路中，亦可包含有其他數(shù)量的振蕩單元以及其他數(shù)量頻率比較單元。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明權利要求所進行的等效變化與修改，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。權利要求1.一種自動電壓控制電路，用來控制一供電單元所提供的供電電壓，該電路包含有一振蕩單元，耦接于該供電單元，用來產(chǎn)生一振蕩信號；一頻率比較單元，耦接于該振蕩單元，用來比較該振蕩信號的振蕩頻率與至少一預設閾值頻率以產(chǎn)生一比較結果；以及一控制單元，耦接于該頻率比較單元以及該供電單元，用來依據(jù)該比較結果，控制該供電單元調(diào)整該供電電壓。2.如權利要求1所述的電路，其中該頻率比較單元包含有一計數(shù)器，耦接于該振蕩單元，用來于一時段內(nèi)計算該振蕩信號振蕩的次數(shù)以產(chǎn)生一計數(shù)值；以及一比較單元，耦接于該計數(shù)器以及該控制單元，用來比較該計數(shù)值與至少一預設閾值，其中該預設閾值對應于該預設閾值頻率。3.如權利要求1所述的電路，其中若該振蕩頻率大于該多個預設閾值頻率中的一第一預設閾值頻率，該控制單元控制該供電單元調(diào)降該供電電壓。4.如權利要求1所述的電路，其中若該振蕩頻率小于該多個預設閾值頻率中的一第二預設閾值頻率，該控制單元控制該供電單元調(diào)升該供電電壓。5.如權利要求1所述的電路，其中該振蕩單元為一環(huán)型振蕩器。6.如權利要求5所述的電路，其中若該環(huán)型振蕩器中包含有多個反相器，該多個反相器中的至少一者由一或非門(N0R)所實現(xiàn)；若該環(huán)型振蕩器中包含有多個反相器，該多個反相器中的至少一者由一與非門(NAND)所實現(xiàn)。7.—種自動電壓控制方法，用來控制一供電單元所提供的一供電電壓，該方法包含有產(chǎn)生一振蕩信號；比較該振蕩信號的振蕩頻率與至少一預設閾值頻率；以及依據(jù)比較該振蕩頻率與該至少一預設閾值頻率的結果，控制該供電單元調(diào)整該供電電壓。8.如權利要求7所述的方法，其中比較該振蕩信號的振蕩頻率與該至少一預設閾值頻率的步驟包含有于一時段內(nèi)計算該振蕩信號振蕩的次數(shù)以產(chǎn)生一計數(shù)值；以及比專交該計數(shù)值與至少一預i殳閾值，其中該至少一預i殳閾值對應于該至少一預設閾值頻率。9.如權利要求7所述的方法，其中依據(jù)比較該振蕩頻率與該至少一預設閾值頻率的結果控制該供電單元調(diào)整該供電電壓的步驟包含有若該振蕩頻率大于該多個預設閾值頻率中的一第一預設闊值頻率，則控制該供電單元調(diào)降該供電電壓。10.如權利要求7所述的方法，其中依據(jù)比較該振蕩頻率與該至少一預設閾值頻率的結果控制該供電單元調(diào)整該供電電壓的步驟包含有若該振蕩頻率小于該多個預設閾值頻率中的一第二預設閣值頻率，該控制該供電單元調(diào)升該供電電壓。全文摘要本發(fā)明公開一種自動電壓控制電路，用來控制一供電單元所提供的一供電電壓。該電路包含有一振蕩單元，耦接于該供電單元，用來產(chǎn)生一振蕩信號；一頻率比較單元，耦接于該振蕩單元，用來比較該振蕩信號的振蕩頻率與至少一預設閾值頻率；以及一控制單元，耦接于該頻率比較單元以及該供電單元，用來依據(jù)該頻率比較單元比較該振蕩頻率與該至少一預設閾值頻率的結果，控制該供電單元調(diào)整該供電電壓。文檔編號G05F1/10GK101452299SQ200710196228公開日2009年6月10日申請日期2007年11月30日優(yōu)先權日2007年11月30日發(fā)明者翁啟舜,謝孟翰申請人:瑞昱半導體股份有限公司