[发明专利]集成电路基板偏压动态调整装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子(microelectronics)领域，特别是涉及根据电源控制状态控制集成电路反偏压的装置以及方法。

背景技术

近年来，计算机性能与功能持续地发展且扩充。相对于四十年前占据一整个房间但仅能实现简单的运算电子装置，现今手机内的处理器可进行的是千倍复杂度的计算。此发展实在令人惊叹。

相关领域的发展，例如，装置微型化、工艺以及逻辑设计等，近年来逐渐微缩而发展出极小面积但极大功能的装置。例如，上世纪70年代所制作的微处理器使用的是10微米工艺且使用的内部晶体管数量为数千颗，但现今微处理器技术却是采用45奈米工艺制作且使用了超过二十亿颗的晶体管。

然而上述微型化以及处理技术的复杂化是需要付出相当成本的。近年来设计者所面临的多项挑战中，装置的电量耗损以及管理是持续受到关注的议题。由于便携式计算机的系统必须在有限的电源供应所供应的操作时间内有效执行极复杂且多样化的运算，所以便携式计算机即面临相当严苛的电量使用限制。因此，从数年前开始，计算机系统的设计者即开始发展电源管控技术，在有限电源供应下延长计算机系统的工作时间。最简单的方式是将不使用的装置关闭以避免无谓的电量消耗。此类概念已经被施行至子装置(sub-device)阶层。例如，常见的进阶组态电源管理接口(advanced configuration and power management interface，ACPI)，用以呼叫微处理器的处理能力渐进削减的多种状态，包括完全操作、具有不同运算能力的多种睡眠(sleep)状态以及完全关闭状态。上述状态通常是由操作系统的软件进行管理以及控制，而上述软件会感测运算输入以及目前作业环境，以引导中央处理单元(CPU)根据运算需求进入或离开上述的状态。本领域的技术人员可发现电源组态与管理方案-例如，ACPI技术-可使电池寿命远较先前延长一个数量级。因此，更进一步应用所述的省电概念，不仅可令中央处理器中的逻辑区块根据运算需求启动或关闭，还可根据运算需求改变处理器的频率以及核心电压。而且，使用者通常不会察觉到为了延长电池寿命而在运算期间内对操作状态、频率以及电压所作的改变。

电源管理的另一个重点-降低漏电流-也受到相当的关注，尽管与前述内容看似不相关。简单来说，漏电流指的是电源启动但不动作的装置所耗费的能量。以晶体管层级来说，漏电流是测量互补式金属氧化物半导体(CMOS)栅极不启动状态所消耗的能量。本领域技术人员可发现CMOS技术装置的微型化使得漏电流问题随着装置尺寸缩小而恶化，主因是通道长度缩短。漏电流通常占整体装置能量消耗一显著比例。

目前已有多种技术用于消除漏电流，其中一种是对晶体管的基板进行偏压(substrate biasing)。实质上说来，施加于集成电路晶体管的基板上的电压是为了降低晶体管于关闭状态下所汲取的电流量。基板偏压虽可有效控制漏电流，但其现今技术却存在一些问题。本领域技术人员可发现，增加基板偏压的同时亦会限制其功效。装置的速度反比于装置的核心操作电压以及基板偏压的差值。此反比关为非线性，且呈更高次幂。此外，装置所存在的漏电量并非仅受核心操作电压与基板偏压的差值影响，还与核心操作电压本身的大小有关(呈更高次幂)。

本申请的发明人注意到现今系统受限于为了所有操作电压与频率的漏电流问题所设计的单一、固定基板偏压。倘若操作于最高核心电压时处理器所汲取的能量是可适当地由所述固定偏压电压所控制，则操作系统控制电源状态降低核心运算电压时，处理器所能达到的效能会被限制。

因此，基板偏压技术不应限制于单一、固定值的基板偏压。此外，目前需要的设计是于处理器或集成电路中，于实现电源管理与控制的同时进行动态调整以使效能最佳化。此外，目前亦需要的是根据电源状态变化调整基板偏压的一种装置与方法，不仅使漏电流得以被妥善控制，也使得操作频率在各种电源状态下可为最大值。

发明内容

本发明用于解决传统技术所遭遇的上述问题、且克服传统技术的其他问题、缺点以及限制，所发展出的较佳解决实施方式用于精准控制集成电路的基板偏压。

本发明一实施方式供应一种集成电路基板偏压动态调整装置。所述装置包括一可选式偏压产生器以及一状态查表逻辑。所述可选式偏压产生器配置于一集成电路，用以根据自一偏压选择总线所接收的一数值产生多个偏压之一，以施加于该集成电路的一基板上。所述状态查表逻辑耦接该可选式偏压产生器，用以接收一种或多种电源管理状态，且用于供应该偏压选择总线上的该数值，其中，该数值包括状态查表逻辑所储存的多个偏压指示之一。