[发明专利]具有叠置式电压域的电压转换和集成电路

说明书

技术领域

本发明主要地涉及电压转换技术并且更具体地涉及一种具有 叠置式电压域、电压电平移位和电压稳定性的可逆电压转换系统和 集成电路(IC)系统。

背景技术

功率管理已经变成高级计算架构(包括高端微处理器系统和移 动电子设备)的一个关键组成。然而，现有片上解决方案在同时实 现高输出电流和高功率转换效率时的成就有限。

具体而言，用于CMOS(互补金属氧化物半导体)技术的标称 电源电压(V_DD)值已经由于性能和功率升级而在过去数年内逐渐减 少。反之，维持功率递送系统中的效率又已经随着V_DD等比下降而 变得更困难。在V_DD＝1伏(V)处，从外部电源到在V_DD操作的电 路的能量损耗明显。由于在递送电网上的功率损耗与电压的平方 (V²)成反比，所以关于功率递送的效率问题对于所谓“低”V_DD电路 (例如约300-500毫伏(mV))而言进一步恶化。

因而期望能够提供用于集成电路设备的改进型电压转换系统 和改进型整体系统功率管理。

发明内容

在一个示例性实施例中，一种集成电路(IC)系统，包括：多 个IC，相对于外部电源电压被配置为叠置式电压域布置，使得多个 IC中的至少一个IC的低侧供电轨与多个IC中的至少另一IC的高侧 供电轨共用；可逆电压转换器，其耦合到多个IC中的每个IC的功 率轨，该电压转换器被配置用于稳定与每个IC对应的个体电压域； 以及一个或者多个数据电压电平移位器，其被配置成支持在操作于 不同电压域中的IC之间的数据通信，其中与第一电压域中的一个电 压对应的给定逻辑状态的输入信号移位为处于第二电压域中的另一 电压的相同逻辑状态的输出信号。

在另一实施例中，一种数据电压电平移位装置，包括：反相器， 其接收给定逻辑状态的输入信号，该输入信号源自在第一电压域中 操作的第一集成电路器件；交叉耦合锁存器器件，其产生相同逻辑 状态的输出信号，输出信号用于由在第二电压域中操作的第二集成 电路器件使用；以及电容器，其将输入信号的反相值动态耦合到锁 存器器件的第一节点，使得锁存器器件的第二互补节点对应于用于 在第二电压域中使用的移位输出数据。

在另一实施例中，一种可逆切换式电容器电压转换装置，包括： 相互分级耦合的多个单独单位单元，其中每个单位单元包括被配置 为叠置式配置的多组反相器器件，使得每组反相器器件在单独的电 压域中操作，其中在相邻电压域中的反相器器件的输出相互电容耦 合；并且其中多个个体单位单元中的至少一个单位单元的输出适于 作为用于多个个体单位单元中的至少另一单位单元的对应输入。

在另一实施例中，一种调节集成电路(IC)系统的电流、功率 和电压电平的方法，包括：相对于外部电源电压将多个IC配置为叠 置式电压域布置，使得多个IC中的至少一个IC的低侧供电轨与多 个IC中的至少另一IC的高侧供电轨共用；将可逆电压转换器耦合 到多个IC中的每个IC的功率轨，该电压转换器被配置用于稳定与 每个IC对应的个体电压域；以及设置可逆电压转换器的时钟频率以 便在IC系统中选择性地至少在不同于多个IC中的每个IC利用基本 上相同电流的第一功率模式的以下功率模式中操作：第二功率模式， 其中多个IC中的每个IC在基本上相同的电压处操作；以及第三功 率模式，其中多个IC耗散基本上相同数量的功率。

在又一实施例中，一种在集成电路器件之间实施的数据电压电 平移位的方法，包括：将给定逻辑状态的输入信号耦合到在第一电 压域中操作的反相器，输入信号源自在第一电压域中操作的第一集 成电路器件；从在第二电压域中操作的交叉耦合锁存器器件生成相 同逻辑状态的输出信号，输出信号用于由在第二电压域中操作的第 二集成电路器件使用；并且经过电容器将输入信号的反相值动态耦 合到锁存器器件的第一节点，使得锁存器器件的第二互补节点对应 于用于在第二电压域中使用的移位输出数据

附图说明

参照以下示例附图，其中在若干幅图中相似元件编号相似：

图1是根据本发明一个实施例的具有叠置式电压域、电压电平 移位和电压稳定性的集成电路(IC)系统的示意图；

图2是根据本发明又一实施例的可以在图1的数据电压电平移 位器中包括的示例电压电平移位器电路的示意图；