專利名稱：用于掉電應(yīng)用的數(shù)據(jù)保持裝置及其方法
用于掉電應(yīng)用的數(shù)據(jù)保持裝置及其方法技術(shù)領(lǐng)域001本—公開一般涉及集成電路(IC);并且，更具體地講，涉及用 于以減少的功耗提供數(shù)據(jù)保持的裝置和方法。
背景技術(shù)：
002許多便攜式電子裝置，諸如蜂窩式電話，數(shù)字照相機(jī)/可攜式攝 像機(jī)，個人數(shù)字助理，膝上型計(jì)算機(jī)和電子游戲機(jī)用電池操作。在不 工作時段期間，這些裝置可能不進(jìn)行處理操作，所以可以被放置在掉 電或備用電源模式以省電。在電子裝置內(nèi)提供給IC的電力在備用電源 模式下可以被關(guān)斷。然而，在備用電源模式期間泄露電流的出現(xiàn)對于 設(shè)計(jì)便攜式電池操作的裝置提出了挑戰(zhàn)。裝置內(nèi)的數(shù)據(jù)保持電路，諸 如觸發(fā)器和/或鎖存器在裝置進(jìn)入備用電源模式之前可以用于存儲狀態(tài) 信息以便以后使用。數(shù)據(jù)保持鎖存器，也可以被稱作影子鎖存器(shadowlatch)或汽球鎖存器(balloon latch)—般是由單獨(dú)的"常開" 電源供電的。003用于減小不工作時段期間泄露電流的已知技術(shù)采用多閾值 CMOS (MTCOMS)技術(shù)來執(zhí)行影子鎖存。在這種方法中，影子鎖存 器采用厚的柵極氧化物晶體管和/或高闞值電壓(Vt)晶體管來降低備 用電源模式下的泄露電流。在正常工作期間(即，在有效電源模式下) 影子鎖存器一般與電路的剩余部分分離以保持性能。在"主-從"觸發(fā)器 布局技術(shù)中為了保持?jǐn)?shù)據(jù)，向主鎖存器和從鎖存器增加第三鎖存器， 如影子鎖存器，用于數(shù)據(jù)保持。004
一些基于MTCOMS技術(shù)的數(shù)據(jù)保持技術(shù)，諸如影子鎖存器在下述的技術(shù)文件和美國專利申請中作了進(jìn)一步的詳細(xì)描述，它們是1) Zyuban， et al" "Low powered Integrated Scan-Retention Mechanism," ISPLED 2002， August 12-14， 2002， Monterey, California; 2) Shigematsu et al.， "A 1-v High-Speed MTCOMS Circuit Scheme for Power-Down Application Circuits," IEEE Journal of Solid畫State Circuits, Volume 32，No.6， June 1997; 3) Ko Uming， et al.，美國專利申請公開號 2004-0051574，題目為"Retention Register With Normal Functionality Independent Of Retention Power Supply";和4) Ko Uming, et al.，美國 專利中請公開號2004-0008071 ，題lj為"Retention Register For System-Transparent State Retention"。005然而，已知的用于數(shù)據(jù)保持的技術(shù)，諸如使ffl影子鎖存器可以 導(dǎo)致每個鎖存器的面積增加，成本提高。當(dāng)可能使用大量的數(shù)據(jù)保持 觸發(fā)器(flip-fl叩)吋，每個觸發(fā)器的影乎鎖存器所需的附加面積在芯片 級上被放大。此外，影子鎖存器在低工作電壓下可能不能夠工作。由 于影子鎖存晶體管較高的閾值電壓(Vt)，當(dāng)電源電壓降低時，將觸發(fā) 器數(shù)據(jù)傳進(jìn)和傳出影子鎖存器可能變得較慢。006因此，存在對備用電源模式下以減少的功耗提供數(shù)據(jù)保持的需 要。此外，存在減小與數(shù)據(jù)保持觸發(fā)器相關(guān)的面積開銷的需要。而且， 存在用可縮放的電源電壓操作數(shù)據(jù)保持觸發(fā)器的需要。因此，希望提發(fā)明內(nèi)容007本發(fā)明提供改進(jìn)的數(shù)據(jù)保持裝置和方法，它們提供面積開銷減 少及其它益處。008根據(jù)一個實(shí)施例，在用于數(shù)據(jù)保持的方法和裝置中，數(shù)據(jù)輸入 被第一鎖存器鎖存。在備用電源模式下，耦連到所述第一鎖存器的第 二鎖存器接收用于保持的數(shù)據(jù)輸入，而所述第一鎖存器是不工作的。 所述第一鎖存器接收來自第一電源線的電力，在備用電源模式下，第 一電源線被關(guān)斷。第二鎖存器接收來自第二電源線的電力?？刂破鹘?收時鐘輸入和保持信號，并向所述第一鎖存器和所述第二鎖存器提供 時鐘輸出。保持信號中的變化表明轉(zhuǎn)變到備用電源模式。在備用電源 模式下，所述控制器繼續(xù)將所述時鐘輸出保持在預(yù)定的電壓水平，而 所述第二鎖存器繼續(xù)接收來自所述第二電源線的電力，從而保持所述 數(shù)據(jù)輸入。009在一個實(shí)施例中，數(shù)據(jù)保持裝置包括具有第一離子注入類型的 第一有源區(qū)和具有第二離子注入類型的第二有源區(qū)。所述第一有源區(qū)包括第一導(dǎo)電類型的第一組晶體管，在備用電源模式下，所述晶體管 中的毎一個晶休管由第一電源供電。所述第二有源區(qū)包括第二導(dǎo)電類 型的第二組晶體管，所述第二組晶體管中的每一個晶體管由第二電源 供電，在備用電源模式下所述第二電源被關(guān)斷。在一個特定的實(shí)施例中，所述第一有源區(qū)是單個N-阱區(qū)，而第一導(dǎo)電類型的晶體管是PMOS 品體管。與單個N-阱區(qū)相關(guān)的面積開銷比沒有數(shù)據(jù)保持的器件大約高 10%。010根據(jù)本說明書展示的說明性實(shí)施例的方法和裝置可以實(shí)現(xiàn)幾個優(yōu)點(diǎn)。這些實(shí)施例有利地提供一種改進(jìn)的數(shù)據(jù)保持技術(shù)，使用這種技 術(shù)可以減小面積開銷，降低功耗和成本，并可在可縮放的電源電壓環(huán) 境下操作。這有利地使制造商能夠減少具有數(shù)據(jù)保持的電路的管芯尺 寸，并延長便攜式電子裝置的電池壽命。


011圖1是根據(jù)并入了本發(fā)明的原理的一個實(shí)施例、具有數(shù)據(jù)保持 的一種改進(jìn)的便攜式電子裝置的方塊圖；012圖2圖解說明了根據(jù)一個實(shí)施例與類似圖1的數(shù)據(jù)保持電路相 關(guān)的波形；013圖3A是根據(jù)本發(fā)明用于執(zhí)行數(shù)據(jù)保持的具有分裂阱的單元的 說明性布置圖；014圖3B是根據(jù)本發(fā)明用于執(zhí)行數(shù)據(jù)保持的具有集成阱的單元的 說明性布置圖；015圖4是根據(jù)本發(fā)明說明保持?jǐn)?shù)據(jù)方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
016根據(jù)應(yīng)用需求，此處描述的各種電路，裝置或元件的功能性可 以用硬件(包括分離元件，集成電路和片上系統(tǒng)"SoC")，固件(包括 專用集成電路和可編程芯片)和/或軟件或其組合實(shí)現(xiàn)。017許多基于MTCMOS技術(shù)的傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)保持觸發(fā)器采用第三鎖 存器用于數(shù)據(jù)保持。這種技術(shù)導(dǎo)致每個觸發(fā)器的面積增加，并且取決 于芯片中使用的數(shù)據(jù)保持觸發(fā)器的數(shù)量，可以導(dǎo)致管芯面積的大大增加。此外，影子鎖存器可能不可以使用那些節(jié)電裝置中使用的可縮放 電壓源工作。采用每個觸發(fā)器的面積開銷減少并在可縮放低電壓環(huán)境 下工作的改進(jìn)的數(shù)據(jù)保持技術(shù)可以解決這些問題。在改進(jìn)的數(shù)據(jù)保持 系統(tǒng)和方法中，數(shù)據(jù)輸入被保存在從鎖存器中，在切換到備用電源模 式前該鎖存器用作影子鎖存器。在備用電源模式下從鎖存器繼續(xù)接收 電力，并且在備用電源模式下提供給從鎖存器的時鐘信號被保持在預(yù) 定電平以保持?jǐn)?shù)據(jù)輸入。018根據(jù)一個實(shí)施例，在用于數(shù)據(jù)保持的方法和系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)輸入 由第一鎖存器鎖存。在備用電源模式下，耦連到第一鎖存器的第二鎖 存器接收用于保持的數(shù)據(jù)輸入，而第一鎖存器是不工作的。第一鎖存 器接收來自第一電源線的電力，在備用電源模式下，第一電源線被關(guān) 斷。第二鎖存器接收來自第二電源線的電源?？刂破鹘邮諘r鐘輸入和 保持信號，并向第一鎖存器和第二鎖存器提供吋鐘輸出。保持信號中 的變化表明轉(zhuǎn)變到備用電源模式。在備用電源模式下，控制器繼續(xù)將 時鐘輸出保持在預(yù)定的電壓水平，第二鎖存器繼續(xù)接收來自第二電源 線的電源，從而保持?jǐn)?shù)據(jù)輸入。019圖1根據(jù)一個實(shí)施例說明具有數(shù)據(jù)保持的一種改進(jìn)的便攜式電 子裝置100的方塊圖。在所描述的實(shí)施例中，電子裝置100包括用于 執(zhí)行至少一個預(yù)定義功能的邏輯元件l卯和用于管理功耗的電力管理 控制器(PMC) 180。在一個特定實(shí)施例中，裝置100是數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)， 諸如蜂窩式電話，數(shù)字照相機(jī)/可攜式攝像機(jī)，個人數(shù)字助理，膝上型 計(jì)算機(jī)和電子游戲機(jī)，并且裝置100可以包括一個芯片，例如SoC， 和/或可以包括多個芯片，諸如微處理器，數(shù)字信號處理器，射頻電路， 存儲器，微控制器(諸如輸入/ll出控制器)和類似物。當(dāng)裝置100在 節(jié)電模式下工作時，數(shù)據(jù)保持電路110可操作用于保持?jǐn)?shù)據(jù)。數(shù)據(jù)保 持電路110包括主-從觸發(fā)器120和控制器130。主-從觸發(fā)器120包括 由第一對交叉耦連的反相器152和154形成的第一鎖存器112和由第 二對交叉耦連的反相器156和158形成的第二鎖存器114。第一鎖存器 112被耦連以接收數(shù)據(jù)輸入140。第二鎖存器114提供數(shù)據(jù)輸出192。 在一個特定的實(shí)施例中，邏輯元件l卯可以被耦連到主-從觸發(fā)器120以提供輸入數(shù)據(jù)140和/或以接收數(shù)據(jù)輸出192。020PMC 180監(jiān)控裝置100的活動。監(jiān)控活動可以包括監(jiān)控每個時間單位處理的操作的數(shù)目，輸入/lr出交易的數(shù)目和/或類型，及類似活動。PMC180可以包括硬刊鄰/或軟刊:。根據(jù)活動級別，PMC180可以 生成改變裝置100的工作模式的請求以節(jié)省功率。例如，PMC 180可 以監(jiān)控裝置100不工作的時段。如果裝置100保持不工作一預(yù)定的時 間段，則PMC180可以請求從第一電源模式改變到第二電源模式，如 從有效電源模式變成節(jié)電電源模式。類似地，PMC 180可以在備用電 源模式期間檢測新活動的出現(xiàn)，并請求從節(jié)電模式返回有效電源模式。 裝置00和域它的一些元件，諸如數(shù)據(jù)保持電路110可以在各種節(jié)電 工作模式下工作，諸如備用模式，靜止模式，休眠模式，深休眠模式， 掉電模式，保持模式和類似模式以節(jié)省功率。021在一個特定的實(shí)施例中，數(shù)據(jù)保持電路110在至少兩種工作模 式下工作。例如，數(shù)據(jù)保持電路110在用于正常工作的有效電源模式 下工作，并在節(jié)電模式下保持?jǐn)?shù)據(jù)。也就是，當(dāng)從有效電源模式轉(zhuǎn)變 到備用模式時，數(shù)據(jù)輸入140的一種狀態(tài)，如高或低電平被保持，當(dāng) 從備用電源模式轉(zhuǎn)變到有效電源模式時，數(shù)據(jù)輸出192被恢復(fù)到數(shù)據(jù) 輸入140所保持的狀態(tài)。022與常規(guī)的主-從觸發(fā)器(一般是由單個電源供電的，并且當(dāng)單個 電源從觸發(fā)器移去時，不保持?jǐn)?shù)據(jù))不同，主-從觸發(fā)器120是由第一 電源線160和第二電源線170供電的，第一電源線具有Voo電源電壓 162，第二電源線具有VoDc電源電壓164。電源線160和170也可以稱 作功率源或電源。在所描述的實(shí)施例中，第一鎖存器112是由第一電 源線160供電的，第二鎖存器114是由第二電源線170供電的。在一 個特定的實(shí)施例中，第一電源線160和第二電源線170兩者都可以來 源于單個系統(tǒng)級功率源。023在一個特定的實(shí)施例中，第一電源線160和第二電源線170兩 者都具有可縮放的電源電壓。也就是，第一電源線160的電壓水平VDD 162和第二電源線170的電壓水平VoDc 164可以被改變，如根據(jù)應(yīng)用 按比例增加或按比例減小。因此，在靜止時段期間，電壓水平可以按 比例減小以降低功耗。024在所描述的實(shí)施例中，第一電源線160可切換到開或關(guān)狀態(tài)。也就是，第一電源線160在備用電源模式下可以被關(guān)斷以降低功耗， 而在有效電源模式下可以被重新接通。由第一電源線160供電的任何 電路和/或裝置，如第一鎖存器112和/或邏輯元件l卯在備用電源模式 下可以變成不工作的。025在所描述的實(shí)施例中，第二電源線170提供獨(dú)立于節(jié)電工作模 式的電源。也就是，在全部電源模式期間，包括各用電源模式和有效 電源模式，第二電辦線170是工作的，如接通。在備用電源模式下， 由第二電源線170供電的任何電路和/或裝置，諸如第二鎖存器114和 PMC180繼續(xù)接收電力。026在所描述的實(shí)施例中，控制器130接收時鐘信號CLK132，在 保持輸入端134接收保持信號RET 136，并提供時鐘輸出信號C 150 和其反信號CZ 152以控制主-從觸發(fā)器120的工作。在一個特定的實(shí)施 例中，當(dāng)C 150被設(shè)定為低，CZ 152被設(shè)定為高時，第一鎖存器112 是使能的，第二鎖存器114是禁能的。第一鎖存器112監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)輸入 140并根據(jù)數(shù)據(jù)輸入140改變其輸出。第二鎖存器114被禁能，數(shù)據(jù)輸 入140的改變對數(shù)據(jù)輸出192沒有影響，數(shù)據(jù)輸出192被保持在數(shù)據(jù) 輸入140的最后被存儲的狀態(tài)。當(dāng)C 150—被設(shè)定為高，CZ 152被設(shè) 定為低時，第一鎖存器112就被禁能，而第二鎖存器114被使能。當(dāng)C 150被設(shè)定為高時，第一鎖存器112的輸出被設(shè)定為數(shù)據(jù)輸入140的最 后輸入狀態(tài)。數(shù)據(jù)輸出192被改變以反映第一鎖存器112的輸出。027在一個特定的實(shí)施例中，PMC180可以執(zhí)行各種節(jié)電功能，諸 如關(guān)斷電源，將時鐘選通(gate)為低以響應(yīng)改變裝置100的工作模式 的請求。例如，PMC 180可以將CLK132選通為低電平，并且可以通 過將RET信號136從在有效電源模式期間的低電平改變到表明轉(zhuǎn)變到 備用模式的高電平，提供對保持輸入134的改變。在一個實(shí)施例中， PMC 180還可以提供RETZ信號138,該信號是RET信號136的反信 號。在說明性非描述實(shí)施例中，RETZ信號138可以由控制器130響應(yīng) 在保持輸入134接收RET信號136而生成。在一個實(shí)施例中，PMC 180 可以改變RET信號136的狀態(tài)以指示電源模式的改變，如從備用模式 期間的高電平變成表明轉(zhuǎn)變到有效電源模式的低電平。CLK132，其在 備用電源模式下被選通(gated)到低電平，可以被釋放以返回有效電源模式。在一個特定的實(shí)施例中，保持輸入134可以在單獨(dú)的通道上 接收RET信號136和RETZ信號138，或者當(dāng)RETZ信號138在控制 器130內(nèi)內(nèi)部生成吋，可以接收RET信號136。028在所描述的實(shí)施例中，控制器130包括3個附加的晶體管M4 142 (第一開關(guān))，M5 144 (第二開關(guān))和M1 146 (第三開關(guān))以jfl于數(shù) 據(jù)保持，而傳統(tǒng)的沒有數(shù)據(jù)保持的觸發(fā)器包括4個晶體管M2 172， M3 174， M6 176和M7 178。在有效電源模式期間，RET信號136被保持 為低，而RETZ信號138被保持為高，標(biāo)準(zhǔn)的觸發(fā)器工作出現(xiàn)。029在說明性非描述實(shí)施例中，和沒有數(shù)據(jù)保持的常規(guī)觸發(fā)器相比， 兩個附加晶體管M4 142 (所述第一開關(guān))和M5 144 (所述第二開關(guān)) 用于數(shù)據(jù)保持。也就是，在此實(shí)施例中，可以不包括第三開關(guān)M1 146 以進(jìn)一步降低面積開銷并降低成本。M2 172的源極被耦連到第二電源 線170，而不是第一電源線160。因?yàn)榕c第一電源線160相比，第二電 源線170可能具有更高的阻抗，所以此實(shí)施例在活動工作模式下可能 具有較慢的響應(yīng)。030如上所述，當(dāng)從有效電源模式改變成備用模式時，CLK132被 選通為低。當(dāng)CLK132為低時，數(shù)據(jù)輸入140的狀態(tài)被保存/存儲在第 二鎖存器114。 RET信號136被設(shè)定為高，而RETZ信號138被設(shè)定為 低。結(jié)果，CZ152被設(shè)定為高，而C150被設(shè)定為低。由第二電源線 170供電的晶體管開關(guān)M5 144被RETZ信號138控制。在備用電源模 式下，RETZ信號138被設(shè)定為低，沒有電流施加到M5 144的柵極， 使PMOS開關(guān)導(dǎo)通。因此CZ152被設(shè)定為預(yù)定的電壓水平，如高。因 此，在備用電源模式下，CZ152繼續(xù)被保持在高電平，而第二電源線 170繼續(xù)向第二鎖存器114供電，從而能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)保持。在備用電源 模式下，數(shù)據(jù)輸出192不確定。031在備用電源模式下，第一電源線160被關(guān)斷,而第一鎖存器112， Ml 146， M2 172， M3 174， M4 142，M6 176和M7 178變成不工作的。 邏輯元件l卯由第一電源線160供電，也是不工作的。數(shù)據(jù)輸入140 和CLK 132處于不確定的狀態(tài)。第一電源線160的關(guān)斷對第二鎖存器 114中保持的數(shù)據(jù)沒有影響。032PMC 180可以觸發(fā)新的請求以響應(yīng)活動增加改變裝置100的工作模式。當(dāng)裝置100準(zhǔn)各在有效模式下工作吋，第一電源線160被接 通。這使得數(shù)據(jù)輸出192被恢復(fù)到第二鎖存器114中保持的數(shù)據(jù)輸入 140的狀態(tài)。在幾個納秒內(nèi)，數(shù)據(jù)保持電路110被恢復(fù)到與進(jìn)入備用電 源模式前相同的狀態(tài)。RET信號136被設(shè)定為低，而RETZ信號138 被設(shè)定為高。在各用模式下被選通為低的CLK 132在有效屯源模式下 被釋放，設(shè)備110恢復(fù)工作。數(shù)據(jù)保持電路110的另外細(xì)節(jié)，諸如吋 序方而將參考圖2幾行描述，布置方面將參考圖3A和3B進(jìn)行描述。033圖2根據(jù)本發(fā)明說明了與圖1的數(shù)據(jù)保持電路110相關(guān)的波形。 在此圖示中，在吋刻t^210時，CLK132被選通為低，表明從有效電 源模式轉(zhuǎn)變到備用電源模式。數(shù)據(jù)輸出192被保持為髙電平，高電平 是當(dāng)CLK 132被選通為低時，數(shù)據(jù)輸入140的狀態(tài)。第二鎖存器114 的節(jié)點(diǎn)N7 204和N8 206分別處于低電平和高電平。在1=181 212，RET 信號136被設(shè)定為高電平，RETZ信號138被設(shè)定為低電平。在M， 220， 第一電源線160被關(guān)斷，電源電壓VoD 162隨時間衰減。由第一電源 線160供電的數(shù)據(jù)輸出192是不確定的并隨時間衰減。數(shù)據(jù)保持電路 IIO工作在備用電源模式。在1=12 230，第一電源線160被接通，電源 電壓VDD162恢復(fù)到關(guān)斷前的正常值。數(shù)據(jù)輸出192被設(shè)定為高，這 是在進(jìn)入備用模式前所保持的狀態(tài)。在1=^2 232， RET信號136被設(shè) 定為低，而RETZ信號138被設(shè)定為高。在1=13240，在備用模式選通為 低的CLK 132被釋放，表明完成了從備用電源模式到有效電源模式的 轉(zhuǎn)變。034圖3A是根據(jù)一個實(shí)施例，用于執(zhí)行數(shù)據(jù)保持、具有分裂阱的 單元的說明性布置圖。在所描述的實(shí)施例中，用于實(shí)現(xiàn)芯片上的電子 裝置100的至少一部分的單元300包括在硅襯底上形成的兩個有源區(qū) 310和320，每個有源區(qū)具有第一類型離子注入或擴(kuò)散。在一個特定的 實(shí)施例中，第一有源區(qū)310是第一N-阱，而第二有源區(qū)320是不同的 并與第一N-阱分離的第二N-阱。包括在數(shù)據(jù)保持電路110內(nèi)的第一導(dǎo) 電類型的晶體管，如PMOS晶體管/開關(guān)，被包括在第一有源區(qū)310中， 并由第二電源線170供電。所有其它的晶體管，包括NMOS和其它 PMOS晶體管(不包括在數(shù)據(jù)保持電路110中)可以被包括在第二有 源區(qū)320，并且可以由第一電源線160供電。035在所描述的實(shí)施例中，第一有源區(qū)310被由第二電源線170供 應(yīng)的VDDC 164IH壓偏置用于降低備用電源模式中的泄露電流。在一個 特定的實(shí)施例屮，數(shù)據(jù)保持電路110的PMOS晶體管/開關(guān)包括第一開 關(guān)M4 142，第二開關(guān)M5 144，第三開關(guān)Ml 146以及包括在第二鎖存 器114的柵極的PMOS晶休管。這些晶體這中的毎一個晶休管的P+漏 極/源極區(qū)也由第二電源線170供電以降低泄露電流。036在所描述的實(shí)施例屮，第二有源區(qū)320由第一電源線160提供 的VDD162電壓偏置，在備用電源模式，第一電源線被關(guān)斷以降低功 耗。這些晶體管中的每一個晶體管的P+漏極/源極區(qū)也由第一電源線 160供電。與和單個集成N-阱實(shí)現(xiàn)方式相關(guān)的面積開銷相比，由于兩 個有源區(qū)之間的最小間隔370,和分裂N-阱(或兩個單獨(dú)的N-阱)實(shí) 現(xiàn)方式相關(guān)的面積開銷可能更高。單個N-阱實(shí)現(xiàn)方式的進(jìn)一步的細(xì)節(jié) 將參考圖3B進(jìn)行描述。037圖3B是根據(jù)一個實(shí)施例，具有集成阱以執(zhí)行數(shù)據(jù)保持的單元 的說明性布置圖。在所描述的實(shí)施例中，用于實(shí)現(xiàn)芯片上電子裝置100 的至少一部分的單元300包括第一有源區(qū)330，其具有第一類型離子注 入或擴(kuò)散，和第二有源區(qū)340，其具有第二類型離子注入或擴(kuò)散，第一 有源區(qū)330和第二有源區(qū)340是在硅襯底上形成的。在一個特定的實(shí) 施例中，第一有源區(qū)330是裝置100上所有PMOS晶體管所共有的單 個集成N-阱。這包括被包括在數(shù)據(jù)保持電路110中的PMOS晶體管/ 開關(guān)以及位于其它地方的PMOS晶體管，諸如邏輯元件l卯內(nèi)。包括 在第一有源區(qū)330內(nèi)的所有晶體管是由第二電源線170供電的。所有 包括在裝置100中的其它晶體管，包括NMOS晶體管但沒有PMOS晶 體管，可以被包括在第二有源區(qū)320內(nèi)，并且可以被第一電源線160 供電。038在所描述的實(shí)施例中，第一有源區(qū)330是由第二電源線170提 供的VDDC 164電壓偏置的。PMOS晶體管中每一個晶體管的P+漏極/ 源極區(qū)也是由第二電源線170供電的。在備用模式下，VDD 162比VDDC 164電壓低，從而導(dǎo)致到PMOS的源極/漏極的單個N-阱之間的附加電 流泄露源。這些泄露電流，通常稱作邊緣-泄露電流，與大多數(shù)技術(shù)的 子閾值和柵極泄露電流相比一般較小。039與和分裂N-別:實(shí)現(xiàn)方式相關(guān)的而積開銷相比，和單個N-阱實(shí) 現(xiàn)方式相關(guān)的面積開銷較低。在一個特定的實(shí)施例中，商業(yè)上可用的 芯片模擬模型程序和/或芯片布置設(shè)計(jì)工具可以用來計(jì)算電路的布置面 積。根據(jù)一種計(jì)算，具有3個附加晶體管M4 142(第一幵關(guān))，M5 144(第二開關(guān))和M1 146 (第三開關(guān))的數(shù)據(jù)保持電路110的布置而積 大約為13.27平方微米，而常規(guī)的沒有數(shù)據(jù)保持的觸發(fā)器的布置面積大 約為11.59平方微米。因此，與3個附加晶體管相關(guān)的面積開銷大約比 沒有3個附加的晶體管和沒有數(shù)據(jù)保持的常規(guī)觸發(fā)器高14.5%。同樣， 根據(jù)另一種計(jì)算，與基亍2個附加晶體管(M4 142和M5 144)的數(shù)據(jù)10%。040圖4是根據(jù)一個實(shí)施例的一種保持?jǐn)?shù)據(jù)的方法的流程圖。在步 驟410，數(shù)據(jù)輸入，例如數(shù)據(jù)輸入140在第一鎖存器，如第一鎖存器 112被接收。第一鎖存器由第一功率源供電，如第一電源線160。在步 驟420，切換電源模式的請求被接收，如從有效電源模式到備用電源模 式。在步驟430，數(shù)據(jù)輸入被保存在第二鎖存器中，如耦連到第一鎖存 器的第二鎖存器114，第二鎖存器由第二功率源供電，如第二電源線 170。在一個特定的實(shí)施例中，數(shù)據(jù)輸入通過選通時鐘信號(如，CLK 132)到一預(yù)定的電壓水平被保存到第二鎖存器中。在步驟440，保持 信號(如，RET 136)被接收，表明轉(zhuǎn)變到備用電源模式。在步驟450， 第一功率源被關(guān)斷，以響應(yīng)保持信號的有效(assertion)。在步驟460， 第二鎖存器在備用電源模式下保持?jǐn)?shù)據(jù)輸入。這是通過在備用電源模 式下維持時鐘信號在預(yù)定的電壓水平，并且在備用電源模式下使第二 功率源繼續(xù)向第二鎖存器提供電力來實(shí)現(xiàn)的。在步驟470，另一個請求 被接收以退出備用電源模式，如從備用電源模式切換回有效電源模式。 在步驟480，第一功率源被接通。在步驟4卯，第一功率源的恢復(fù)使得 在備用模式巳經(jīng)保存的數(shù)據(jù)輸入能恢復(fù)為第二鎖存器的輸出。在步驟 492，保持信號被改變，這表明從備用電源模式退出。在步驟494，選 通到預(yù)定電壓水平的時鐘信號被釋放，從而進(jìn)入有效電源模式。041以上描述的各種步驟可以被增加，省略，組合，改變或以不同 的次序執(zhí)行。042盡管已經(jīng)示出并描述了說明性實(shí)施例，但廣泛范圍的修改，變 化和替換被認(rèn)為在前述公開范圍內(nèi)，并且在一些情形中，各實(shí)施例的 一些特征可以被使用，而可以不使用其它相應(yīng)特征。本領(lǐng)域技術(shù)人員 會認(rèn)識到本文說明的硬件和方法可以根據(jù)實(shí)施方式而變化。例如，盡 管木公開的特定方面是在具有一個或更多個數(shù)據(jù)保持設(shè)備，諸如數(shù)據(jù) 保持電路110的裝置100的背景下描述的，但本領(lǐng)域技術(shù)人員會認(rèn)識 到所公開的過程能夠使用硬件，軟件和包括片上芯片系統(tǒng)(SoC)的固 件元件或其組合來實(shí)現(xiàn)。舉另一個例子，盡管數(shù)據(jù)保持電路110是在 使用PMOS晶體管的背景下描述的，但本領(lǐng)域技術(shù)人員會認(rèn)識到本文 所公開的系統(tǒng)和過程能夠使用任何導(dǎo)體器件來實(shí)現(xiàn)。043本文描述的方法和系統(tǒng)提供可修改的實(shí)現(xiàn)方式。盡管是使用具 體的示例描述特定實(shí)施例的，但對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，顯然本發(fā)明 不局限于這幾個示例。益處，優(yōu)點(diǎn)，問題的解決方案和可以帶來任何 益處，優(yōu)點(diǎn)或產(chǎn)生解決方案或變得更加顯著的任何要素(多個)不構(gòu) 成本公開的關(guān)鍵，所要求的或基本特征或要素。044本發(fā)明涉及領(lǐng)域的技術(shù)人員會認(rèn)識到可以對所公開的示例性實(shí) 施例進(jìn)行各種增加，刪除，替換和其它修改，而不偏離本發(fā)明所要求 保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)據(jù)保持裝置，包括用于鎖存數(shù)據(jù)輸入的第一鎖存器；用于保持所述數(shù)據(jù)輸入的耦連到所述第一鎖存器的第二鎖存器，而在備用電源模式下，所述第一鎖存器是不工作的；和控制器，其具有一個時鐘輸入端和一個保持輸入端，所述控制器向所述第一鎖存器和所述第二鎖存器提供時鐘輸出；其中在所述保持輸入端所接收的保持信號的變化表明到所述備用電源模式的轉(zhuǎn)變，其中在所述備用電源模式下，所述控制器將所述時鐘輸出保持在一預(yù)定的電壓水平。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的數(shù)據(jù)保持裝置，其中所述第一鎖存器從 第一電源線接收電力；其中所述第二鎖存器從不同于所述第一電源線 的第二電源線接收電力；并且其中所述第一電源線和所述第二電源線 中的每一個電源線具有可縮放的電源電壓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)據(jù)保持裝置，其中所述第一電源線響 應(yīng)所述保持信號的變化而被關(guān)斷；并且其中所述第一電源線的關(guān)斷使 所述第一鎖存器變成不工作的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的數(shù)據(jù)保持裝置，其中電源管理控制 器響應(yīng)改變電源模式的請求而改變所述保持信號；并且其中在所述備用電源模式下，所述第二電源線繼續(xù)向所述電源管理控制器提供電力。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)保持裝置，其中所述控制器包括 第一開關(guān)，其被所述保持信號的反信號所控制，其中所述第一開關(guān)在所述備用電源模式下是不工作的；和第二開關(guān)，其被所述保持信號的所述反信號所控制，其中所述第 二開關(guān)響應(yīng)所述保持信號的所述反信號將所述時鐘輸出保持在所述預(yù) 定的電壓水平。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的數(shù)據(jù)保持裝置，包括-第三開關(guān)，其被所述保持信號控制，其中所述第三開關(guān)在所述備 淋電源模式下是不工作的，其中在有效電源模式期間，所述第一開關(guān) 是閉合的，而所述第三開關(guān)是斷開的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所哮的數(shù)據(jù)保持裝置，其中所述時鐘輸出響應(yīng) 所述保持信號的另一個變化而從所述預(yù)定的電壓水平釋放。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)保持裝置，進(jìn)一步包括 提供所述數(shù)據(jù)輸入的邏輯元件；所述邏輯元件包括微處理器，數(shù)據(jù)信號處理器，射頻電路，存儲器和微控制器中的至少一個。
9. 一種數(shù)據(jù)保持裝置，包括具有第一離子注入類型的第一有源區(qū)，其中所述第一有源區(qū)包括第一組晶體管，其中所述第一組晶體管中的每一個晶體管是第一導(dǎo)電類型的，其中所述第一有源區(qū)被第一電源線偏置，其中所述第一組晶 體管中的每一個晶體管在備用電源模式下由所述第一電源線供電；和具有第二離子注入類型的第二有源區(qū)，其中所述第二有源區(qū)包括 第二組晶體管，其中所述第二組晶體管中的每一個晶體管是第二導(dǎo)電 類型的，其中所述第二有源區(qū)被不同于所述第一電源線的第二電源線 偏置，其中在備用電源模式下，由所述第二電源線提供給所述第二組 晶體管中的每一個晶體管的電力被關(guān)斷。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的數(shù)據(jù)保持裝置，其中所述第一組晶體管 中的每一個晶體管在所述備用電源模式下產(chǎn)生邊緣泄露電流，其中所 述邊緣泄露電流比所述備用電源模式下的門泄露電流小。
11. 一種數(shù)據(jù)保持的方法，其包括 利用第一鎖存器鎖存數(shù)據(jù)輸入；利用與所述第一鎖存器耦連的第二鎖存器，保持所述數(shù)據(jù)輸入； 而所述第一鎖存器在備用電源模式下是不工作的；以及禾IJ用一具有時鐘輸入端和保持輸入端的控制器，來提供時鐘輸出至所述第一鎖存器和所述第二鎖存器；響應(yīng)于在所述保持輸入端接收到的保持信號的變化，將所述時鐘 輸出保持在一預(yù)定電壓水平，該保持信號的變化表明至備用屯源模式 的轉(zhuǎn)變。
全文摘要
在所描述的示例性數(shù)據(jù)保持裝置和方法中，數(shù)據(jù)輸入被第一鎖存器(112)鎖存。耦連到所述第一鎖存器的第二鎖存器接收用于保持的所述數(shù)據(jù)輸入(140)，而所述第一鎖存器在備用電源模式下是不工作的。在所述備用電源模式期間，所述第一鎖存器接收來自第一電源線的電力，第一電源線在所述備用電源模式期間斷開。所述第二鎖存器(114)接收來自第二電源線的電力?？刂破?130)接收時鐘輸入和保持信號，并向所述第一鎖存器和所述第二鎖存器提供時鐘輸出。保持信號中的變化指示到備用電源模式的轉(zhuǎn)變。在備用電源模式下，所述控制器繼續(xù)將所述時鐘輸出保持在預(yù)定的電壓水平，而所述第二鎖存器繼續(xù)接收來自所述第二電源線的電力，從而保持所述數(shù)據(jù)輸入。
文檔編號H03K3/286GK101233687SQ200680027302
公開日2008年7月30日 申請日期2006年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月26日
發(fā)明者D·B·斯科特, H·T·邁爾, S·K·古魯拉賈拉奧, U·科 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司