(57)【要約】  本発明は、一般的に、集積回路内の電流需要を制御するための方法および装置に関する。ある実施形態は、電源電圧のオーバーシュートまたはアンダーシュートが存在するか予測されるかの検出と、検出した場合には、電源電圧が許容できるレベル内に確実に維持されるように、電力消費回路が消費する電流の制御とを含む方法に関する。他の実施形態は、容量性減結合構造（１８）、電力消費回路（２０）および電力消費回路の少なくとも一部が消費する電流を制御するための電力消費制御回路（６２）を含む集積回路に関する。それ故、本発明の実施形態は、電源電圧の壊滅的なアンダーシュート、オーバーシュートおよび発振を防止するために、電力消費回路（集積回路など）の電力消費（すなわち、電流需要）の監視および制御に関する。
2005514800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力消費回路を有する集積回路内の電流需要を制御するための方法であって、
所定のオーバーシュートおよび所定のアンダーシュートのうちの少なくとも一方が、電源電圧に存在するか予想されるかを検出するためのステップと、
前記所定のオーバーシュートまたは所定のアンダーシュートの一方が、電源電圧で検出された場合に、前記電源電圧が、所定の電源電圧レベルの所定の限度内に確実に維持されるように、前記電力消費回路が消費する電流を制御するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記検出ステップが、
前記電源電圧を基準電圧と比較するステップを含み、該比較ステップが、
前記電源電圧を第１の基準電圧と比較するステップと、
前記電源電圧が前記第１の基準電圧より低かった場合に、前記所定のアンダーシュートが発生したことを検出するステップと、
前記電源電圧を第２の基準電圧と比較するステップと、
前記電源電圧が前記第２の基準電圧より高かった場合に、前記所定のオーバーシュートが発生したことを検出するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記制御ステップが、減結合コンデンサを使用する必要がない、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記制御ステップが、さらに、
電力消費回路内の電流の位相を選択的にシフトするステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記制御ステップが、さらに、
前記電力消費回路の少なくとも一部に供給されたクロックの停止およびスタートの一方を実行するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
集積回路であって、
前記電源電圧レベルが低減している場合に、電流を供給し、前記電源電圧が増大している場合に、電流を消費するための容量性減結合構造（１８）と、
電力を消費するための電力消費回路（２０）と、
前記電力消費回路の少なくとも一部が消費する電流を制御するための電力消費制御回路（６２）とを備え、該電力消費制御回路が前記電力消費回路に結合している集積回路。
【請求項７】
前記電力消費制御回路が、
前記電力消費回路の少なくとも一部が消費する電流を低減するための電力消費低減制御回路（６４）と、
前記電力消費回路の少なくとも一部が消費する電流を増大するための電力消費増大制御回路（８２）と、
電源電圧を所定の電圧と比較するための監視回路（６０）とを備え、該監視回路が前記電力消費低減制御回路と前記電力消費増大制御回路に結合している、請求項６に記載の集積回路。
【請求項８】
さらに、
前記電力消費増大制御回路から少なくとも１つの制御信号を受信するために結合している電力消散回路（８０）を備え、該電力消散回路が電力を選択的に消散する、請求項７に記載の集積回路。
【請求項９】
さらに、
前記電力消費増大制御回路から少なくとも１つの制御信号を受信するために結合しているクロック調整回路を備え、該クロック調整回路が、前記電力消費回路の少なくとも一部に供給されるクロック信号を調整し、前記クロック調整回路が、前記電力消費回路の少なくとも一部に供給される前記クロック信号を選択的に中断する、請求項６に記載の集積回路。
【請求項１０】
集積回路であって、
電力を消費するための電力消費回路（２０）と、
前記電力消費回路の少なくとも一部が消費する電流を制御するための電力消費制御回路（６２）とを備え、該電力消費制御回路が、前記電力消費回路に結合していて、電源電圧を所定の電圧と比較するための監視回路（６０）を備え、さらに、
前記電力消費制御回路に結合しているクロック調整回路（７８）を備え、該クロック調整回路が前記電力消費回路の少なくとも一部に供給されるクロック信号を調整する集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、集積回路に関し、特に集積回路内の電流需要の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、または任意の他のタイプの集積回路またはチップの電源電圧は、その電力需要の変動による電圧のアンダーシュートおよびオーバーシュートにより劣化する。集積回路が実行した異なる命令の流れが異なる電力需要を有している場合には、電力需要で変動が起こる恐れがあり、場合によっては、集積回路がスリープ状態から抜け出したり、スリープ状態になる場合のように変化は非常に大きい。これにより、電源電圧が許容できる限界を超えて変化した場合には、集積回路が機能しなくなるという問題が発生する。
【０００３】
電流の非常に大きい変化の際の大きな電圧の変動は、主としてパッケージ、ボンド・ワイヤ、オンチップ相互接続内の寄生インダクタによるものである。それ故、電源電圧のオーバーシュートまたはアンダーシュートの大きさは、  （ｄＩ／ｄｔ）・√（Ｌ／Ｃ）  に正比例する。ここで、Ｌは、パッケージおよびオンチップ相互接続のインダクタンスであり、Ｃは、集積回路（またはオンチップ）減結合キャパシタンスである。
【０００４】
この問題の１つの解決方法は、電圧オーバーシュートまたはアンダーシュートの大きさが低減するように集積回路の減結合キャパシタンスを増大する方法である。しかし、これらの減結合コンデンサを設置するには、集積回路に大きな面積が必要であるために、解決方法として大きな集積回路減結合コンデンサの使用できる実行可能性は制限される。また、減結合キャパシタンスのどんな増大量の効果も低減する。何故なら、電源電圧のオーバーシュートまたはアンダーシュートの大きさは、減結合キャパシタンスの増大の平方根に比例するからである。さらに、電源電圧のオーバーシュートおよびアンダーシュートの問題は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラまたは他の集積回路が高速になり、電流消費が増大するとますます悪化する。それ故、許容できる限界内に維持するために、電源電圧のオーバーシュートおよびアンダーシュートの監視および制御が必要になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
添付の図面は、本発明を示しているが、これは単に例示としてのものであって、本発明を制限するものではない。図面中、類似の参照番号は、類似の素子を示す。
当業者であれば、図面中の素子は簡単で分かり易い形になっていて、これらの素子が必ずしも正確に縮尺されていないことを理解することができるだろう。例えば、図面中の素子の中のあるものの寸法は、本発明の実施形態の理解を助けるために他の素子と比較した場合誇張されている。
【０００６】
本明細書においては、「バス」という用語は、データ、アドレス、制御または状態などの１つまたはそれ以上の異なるタイプの情報を転送するために使用することができる複数の信号または導体を意味する。「アサート」および「否定」（または「アサート解除」）という用語は、信号、信号状態ビットまたは類似の装置が、それぞれ論理的真または論理的偽の状態になることを意味する場合に使用される。論理的に真の状態が論理レベル１である場合には、論理的偽の状態は論理レベル０である。そして、論理的真の状態が論理レベル０の場合には、論理的偽の状態は論理レベル１である。
【０００７】
本発明の実施形態は、一般的に電源電圧のアンダーシュート、オーバーシュートおよび発振を防止するための電力消費回路（集積回路など）の電力消費（すなわち、電力需要）
の監視および制御に関する。例えば、本発明の１つの態様は、電力消費回路を有する集積回路内の電流需要を制御するための方法に関する。上記方法は、所定のオーバーシュートおよび所定のアンダーシュートのうちの少なくとも一方が、電源電圧に現在存在するか、または予想されるかどうかを検出するステップと、電源電圧に所定のオーバーシュートまたは所定のアンダーシュートの一方が検出された場合に、電源電圧が、所定の電源電圧レベルの所定の限界内に確実に維持されるように、電力消費回路が消費する電流を制御するステップとを含む。
【０００８】
本発明のもう１つの態様は、電源電圧レベルが低下した場合に、電流を供給し、電源電圧レベルが増大した場合に、電流を消費するための容量性減結合構造を備える集積回路に関する。集積回路は、また、電力を消費するための電力消費回路と、電力消費回路の少なくとも一部が消費する電流を制御するための電力消費制御回路とを備える。電力消費制御回路は、電力消費回路に結合している。
【０００９】
本発明のさらにもう１つの態様は、電力を消費するための電力消費回路と、電力消費回路の少なくとも一部が消費する電流を制御するための、電力消費回路に結合している電力消費制御回路とを備える集積回路に関する。電力消費制御回路は、電源電圧を所定の電圧と比較するための監視回路を備える。集積回路は、また、電力消費制御回路に結合しているクロック調整回路を備える。クロック調整回路は、電力消費回路の一部に供給されるクロック信号を調整する。
【００１０】
図１は、本発明のある実施形態によるシステム１０である。図１は、システム１０の簡単な近似回路モデルである。ある実施形態の場合には、システム１０は電源ＶＬＳＩシステムである。それ故、システム１０は、図１に示すような他のまたは異なる固有のまたは寄生構成部材を含むことができる。システム１０は、電源１２を含み、電源１２はボード・レベル回路４に結合していて、ボード・レベル回路４は、パッケージ６に結合していて、パッケージ６は、集積回路８に結合している。ボード・レベル回路４は、ボード電力相互接続１２を含み、ボード電力相互接続１２は、ボード減結合構造１６に結合している。パッケージ６は、パッケージ相互接続１４を含み、集積回路８は、集積回路電力相互接続２２を含み、集積回路電力相互接続２２は、集積回路の容量性減結合構造１８および電力消費回路２０に結合している。集積回路減結合構造１８および電力消費回路２０も、電源１２およびボード減結合構造１６に結合している。
【００１１】
システム１０は、電源１２から電力消費回路２０への電流を示す。電源１２は、定電圧を供給するためのものである。例えば、電源１２は、電力調整器、バッテリー等であってもよい。また、電源１２は、ボード・レベル回路４のような回路盤の一部として内蔵させることもできるし、または図１に示すように、外部電源（例えば、自動車用途など）とすることもできることに留意されたい。電流は、ボード・レベル回路４を通して電源１２から流れる。ボード・レベル回路４は、回路盤電力経路の固有の寄生インダクタンスを表すボード電力相互接続１２を含む。また、ボード・レベル回路４は、ボード減結合構造１６を含むことができる。このボード減結合構造は、ある実施形態（図１に示す）の場合には、個々のコンデンサ構成部材である。この個々のコンデンサ構成部材は、図１のボード減結合構造１６に示すように、固有の抵抗とインダクタンスを有する。次に、電流は、ボード・レベル回路４からパッケージ６内のパッケージ・リード線を通って流れる。これらのパッケージ・リード線も、パッケージ相互接続インダクタンス１４で示すように、固有の寄生インダクタンスを有する。次に、電流は、電力消費回路２０内のデバイスに到着する前に、集積回路電力相互接続２２を通る。集積回路電力相互接続２２は、システム１０内の抵抗およびインダクタによりモデル化される。
【００１２】
集積回路相互接続２２を通過した後で、電流は図１０に可変抵抗（すなわち、可変負荷
）として示す電力消費回路２０に到着する。例えば、電力消費回路２０は、マイクロプロセッサ・コアの論理ゲートなどの動作回路を含むことができる。しかし、他の実施形態の場合には、電力消費回路２０は、集積回路８の動作および必要な電流に関連する任意の回路を含むことができる。すなわち、電力消費回路２０は、一般的に、単に電流を供給したり受け取ったりする以外の機能を実行する。
【００１３】
電力消費回路２０に並列に、集積回路容量性減結合構造１８が接続している。これらの減結合構造１８は、種々の方法で形成することができる。例えば、ある実施形態の場合には、これらの減結合構造は、コンデンサなどの受動素子であってもよい。または、他の実施形態の場合には、これらの減結合構造は、容量性素子として構成されたＭＯＳトランジスタなどの能動素子であってもよい。集積回路容量性減結合構造１８は、電力消費回路２０にかなりの電流を供給し、一方、電源電圧レベルは低減し、同様に、電源電圧レベルが上昇中、電流を消費する。それ故、集積回路容量性減結合構造１８の機能は、電源電圧に応じて電源１２から電流を供給するか消費することである。（また、集積回路容量性減結合構造１８は、一般的に、システム１０内で、電流を供給または消費する以外の他の機能は行わないことに留意されたい。）
図１のシステム１０は、関連する固有の寄生または実際の構成部材の近似に過ぎない。それ故、当業者であれば、回路盤に結合しているパッケージされた集積回路を種々の方法で表すことができることを理解することができるだろう。例えば、システム１０は、もっと複雑なまたはもっと簡単な表現を使用することができる。
【００１４】
ボード・レベル減結合構造１６が十分なキャパシタンスを供給する場合には、ボード・レベル減結合構造１６は、名目上定電圧がノード２４に供給されるように、ボード電力相互接続１１によるインダクタンスからパッケージ６を効果的にシールドする。しかし、ボード・レベル回路４のインダクタンスを十分高いボード減結合構造１６によりシールドすることができても、パッケージ相互接続１４により、寄生インダクタンスがノード２４の後に導入される。それ故、電源電圧オーバーシュートおよびアンダーシュートは、方向において、  （ｄＩ／ｄｔ）・√（Ｌ／Ｃ）  に比例する。ここで、Ｌは、パッケージ６（すなわち、パッケージ相互接続１４）のインダクタンスであり、集積回路電力相互接続２２のインダクタンスであり、Ｃは、集積回路容量性減結合構造１８によるキャパシタンスであり、ｄＩ／ｄｔは、電力消費回路２０が要求する電流の変化の速度である。
【００１５】
それ故、すでに説明したように、電源電圧のオーバーシュートおよびアンダーシュートの大きさを低減するために、パッケージ・インダクタンス（Ｌ）を低減することもできるし、または集積回路減結合キャパシタンス（Ｃ）を増大することもできる。しかし、すでに説明したように、Ｃの値を増大するにしても、Ｌの値を低減するにしても限度がある。例えば、すでに説明したように、Ｃを増大するためには、集積回路８内にもっと広い面積が必要になる。また、技術が改善され、もっと複雑な集積回路が製造されると、パッケージの寄生インダクタンスが低減する可能性が低い。例えば、パッケージ相互接続１４の寄生インダクタンスおよび集積回路電力相互接続２２の寄生インダクタンスは、集積回路およびパッケージの物理的寸法に関連しているので、Ｌをあるレベルを超えて低減するにしても限界がある。さらに、Ｃの増大またはＬの減少の効果は低減する。何故なら、Ｌ／Ｃが平方根の根号内にあるからである（例えば、Ｃを増大しおよび／またはＬを減少して９だけ低減したとしても、実際には減少は３だけである）。それ故、本発明の実施形態は、電源電圧オーバーシュートまたはアンダーシュートの量を低減するために、ｄＩ／ｄｔの低減に焦点を当てる解決方法を提供する。例えば、ｄＩ／ｄｔを低減する目的で、電源電圧のオーバーシュートおよびアンダーシュートを容易に制御するためにｄＩを低減することもできるし、またはｄｔを増大することもできるし、両方の任意の組合わせを使用することもできる。それ故、電源電圧を監視し、電力消費回路２０の電流需要を制御するための方法は、以下にさらに説明するように、効果的にｄＩ／ｄｔを低減することができる。
（また、本発明の実施形態は、また、電流需要を低減するためにクロックを調整する場合に、実効減結合キャパシタンス（Ｃ）を増大することができることに留意されたい。）
図２〜図４は、種々の電流（Ｉ）および電圧（Ｖｄｄ）の波形を示す。ここで、Ｉは電力消費回路２０が消費する電流であり、Ｖｄｄは電力消費回路２０のデバイスから見た電源電圧である。電圧波形が時間の点で、電流波形に対応していて、電力消費回路２０の電流消費が変動した場合に、電流に対するＶｄｄの応答を示すことに留意されたい。図２〜図４の波形は、電源電圧をオーバーシュートしたり、アンダーシュートしたりする電流の変動の例を示す一助になる。
【００１６】
図２は、電力管理遷移に対応する電流および電圧波形を示す。例えば、図２の波形は、低い電力状態から全電力動作に遷移する電力消費回路２０に対応する。（図２には示していないが、電力管理遷移は、全電力動作から低電力状態に遷移する場合にも発生することに留意されたい。）それ故、電力管理状態の場合、電力消費回路２０は低い電力状態で動作し、電源電圧（Ｖｄｄ）は低い電力公称レベルにある。電力管理状態は、オフ状態、低電力状態（スリープまたはナップモードなど）等にある電力消費回路２０を参照することができる。電力を上げたり、リセットしたり、スリープ・モード等からウエイク（ｗａｋｅｕｐ）したりした場合には、全電力動作への遷移時間中に電流が急上昇し、この電流の急上昇は、Ｖｄｄ電圧レベルに影響を与える（少なくとも一部は、低電力状態と全電力動作との間に存在する大きなｄＩのため）。
【００１７】
例えば、電力管理状態中、電流レベルが低電力状態レベルに留まっていた場合には、Ｖｄｄはその低電力公称Ｖｄｄレベルに留まる。遷移時間中、電流が低電力状態から全電力動作に遷移すると（例えば、リセットまたは電力供給の場合のように）、Ｖｄｄは、低電力公称Ｖｄｄレベル以下にアンダーシュートする。次に、Ｖｄｄは、全電力公称Ｖｄｄレベル（全電力動作に対応する）で安定する前に、（アンダーシュートしまたオーバーシュートしながら）発振を続ける。同じことが、全電力動作から低電力状態（図示せず）に遷移する際にも発生する。この場合、Ｖｄｄは、最初、全電力公称Ｖｄｄをオーバーシュートし、次に、低電力公称Ｖｄｄで安定するまで、引き続き発振またはリンギングを続ける。
【００１８】
電源電圧のオーバーシュートおよびアンダーシュートの両方とも、電力消費回路２０を損傷する恐れがある。例えば、アンダーシュートは、速度経路に悪影響を与える恐れがあり、その結果、性能が低下する恐れがある。アンダーシュートも、電力消費回路２０が状態を維持するのを妨害し、電力消費回路２０を損傷する恐れがある。同様に、オーバーシュートが起こると、いくつかの経路があまりに急速に動作し、それにより電力消費回路２０に定義された保持時間を守ることができない恐れがあり、またはトランジスタの薄い酸化物の劣化のような信頼性の問題が発生する恐れもある。それ故、電力消費回路２０の損傷を防ぎ、電力消費回路２０が確実に正しい動作をするようにするために、すべてのレベルのアンダーシュートおよびオーバーシュートを制御しなければならない。
【００１９】
図３は、ストリーム内電力トランジェントに対応する電流および電圧波形である。例えば、低い量の電力を消費するリソースを必要とする命令を実行している場合は、電力消費回路２０は、部分電力動作状態にある。しかし、命令のストリーム内において、電力消費回路２０は、もっと大量の電力を消費するリソースを要求するこれらの命令である高電力命令を実行することができる。これらの高電力命令中、電力消費回路２０は高電力または全電力で動作している。部分電力動作と全電力動作の間の電流遷移は、低電力状態と全電力動作の間の図２の電流遷移より少ない（それ故、ｄＩはもっと少なくなる）。しかし、低電力命令ストリームと高電力命令ストリーム間の遷移時間の方が速いということは、ｄｔがもっと小さいことを意味する。それ故、Ｖｄｄは、時間の経過中の電流の変化の速度（ｄＩ／ｄｔ）に比例するので、短い遷移時間はもっと低いｄｔ値に対応し、そのことは
、同様に、全電力公称Ｖｄｄでまたはその付近で安定する前に、その部分電力公称ＶＤＤの付近でＶｄｄを発振（すなわち、リンギング）させる。この場合も、このリンギングは、電源電圧のアンダーシュートおよびオーバーシュートを引き起こし、このアンダーシュートおよびオーバーシュートにより電力消費回路２０を破損する恐れがある。
【００２０】
図４は、サイクリック電力トランジェントに対応する電流および電圧波形である。例えば、電力消費回路２０は、高電力命令および低電力命令の両方を含むことができる一連の命令を反復して実行することができる。これらの命令は、全電力で動作する高電力命令と一部の電力で動作する低電力命令との間で交互に変化する反復循環パターンを生じる恐れがある。それ故、図４に示すように、循環電流消費波が発生することになる。この循環パターンは、システム１０の電源ネットワークの共振周波数と一致する場合があり、Ｖｄｄを各サイクル周期で連続増大速度でオーバーシュートおよびアンダーシュートさせる。これにより、図４に示すように、電力消費回路２０内で電圧の壊滅的オーバーシュートおよびアンダーシュートが発生する。（システム１０の電源ネットワークは、電源１２、ボード電力相互接続１１、ボード減結合構造１６、パッケージ相互接続１４、集積回路容量性減結合構造１８、および集積回路電力相互接続２２が形成する電気的ネットワークであることに留意されたい。他の実施形態の場合には、電源ネットワークは、上記よりも多いまたは少ない素子を含むことができる。）
図２〜図４の各問題は、電力消費回路２０に壊滅的な影響を及ぼす恐れがあり、このような各状況の解決が求められている。さらに、多くの問題を起こす遷移は、電力消費回路２０内での発生が予測できず、そのため、事前に防止することができない。例えば、図３および図４の状態は、予告なしで発生する恐れがある命令ストリーム内の特定の一連の命令により発生する場合がある。また、種々の異なる命令ストリームが、これらの問題を引き起こす恐れがあるので、誰でも意図的にこのような命令ストリームを設計することができ、それにより壊滅的なコンピュータ・ウイルスを生成する恐れがある。さらに、壊滅的な命令ストリームを生成するのに特定の命令を必要としないということは、すべてのタイプの電力消費回路２０を攻撃することができるウイルスを生成するのに、非常に種々の様々な設計選択を行うことができることを意味する。それ故、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、またはこのような電源電圧のアンダーシュートおよびオーバーシュート（両方とも予測できるものであり、または予測できないものである）に対応したり、それらを制御したりすることができない他の集積回路は、これらの危険なコンピュータ・ウイルスの被害を受けやすい。
【００２１】
例えば、これらのウイルス（すなわち、コードの危険な部分）をパーソナル・コンピュータ（ＰＣ）のプロセッサに送ることができる。このプロセッサ内で、ウイルスは、反復して破壊を試み、最終的にＰＣプロセッサの共振周波数で電流を発振させることに成功し、その結果、ＰＣプロセッサを破壊する壊滅的なオーバーシュートまたはアンダーシュートが発生する。別の方法としては、これらのウイルスを高速または大規模の電力遷移を発生させるために書き込むことができ、電源電圧の危険なオーバーシュートまたはアンダーシュートが起こり、ＰＣプロセッサを修理不能な程度にまで破壊する。それ故、一人の人間が、インターネットに結合しているすべてのコンピュータに修理不能な破壊をもたらす恐れがあるコンピュータ・ウイルスを世界規模でばらまくことができる。さらに、このような電源のオーバーシュートおよびアンダーシュートが引き起こす問題の規模は、クロックの速度が速くなるにつれて増大する。（例えば、クロックの速度が速くなると、もっと多くの減結合デバイスの使用により共振周波数は一般的に低減する。このことにより、命令ストリーム内の電力遷移は、オーバーシュート、アンダーシュートおよび共振周波数発振の影響を受けやすくなる。）
図２に示す問題を解決する目的で、ｄｔを増大することによりｄＩ／ｄｔを低減するために、電力消費回路２０の電力消費を間欠的に中断することができる。電力消費は、グローバルなクロックまたは任意のローカル・クロックを停止し、電力消費回路２０内のプロ
セッサ・パイプラインを停止し、新しい命令の発行を中断し、または電力消費回路２０の一部の電力を低減することにより中断することができる。それ故、電力消費を中断し、電力消費回路２０の電流需要を制御するために、電力消費を低減する任意の手段を使用することができる。
【００２２】
図５は、電力消費の中断を含む、低電力状態から全電力動作への遷移を示す。電流の変化によりＶｄｄが変化する。電流波形３０および電圧波形３４は、図２の電力管理遷移に対応する。電力消費回路２０の電力消費を中断する本発明の実施形態を使用すれば、結果として得られる電流波形は、波形３２であり、対応する電圧波形は３８である。電圧波形３８は、もはや、電圧波形３４と同じ大きさのアンダーシュートおよびオーバーシュートを含んでいないことに留意されたい。すなわち、電圧波形３８は、電力消費回路２０が許容するような所定の許容範囲内に留まる制御されたリンギングになる。
【００２３】
図５は、また、Ｖｄｄに対する高い方の低減しきい値および低い方の低減しきい値を示す。それ故、Ｖｄｄが、低い方の低減しきい値以下に下がった場合（Ｉの増大に応じて）、何時でも、電圧波形３８が低電力公称Ｖｄｄから低い方の低減しきい値に下がると（点３６で）、図５に示すように、電力消費が中断される（それにより、電流需要が低減する）。電圧波形が増大し、（点３７で）高い方の低減しきい値に達するまで、波形３２の平らな部分（部分３１）が示すように、電力は中断状態のままに維持される。高い方の低減しきい値に達すると、波形３２の上昇部分（直後の部分３１）が示すように、正常な電力消費が回復し、全電力動作への遷移が、電力消費中断の直前に離れた同じ電力レベルから継続して行われる。電力消費が再度中断する点（部分３３）において、（点３９で）低い方の低減しきい値に達するまで、Ｖｄｄは再度低減する。最終的には、Ｖｄｄは、もはや低減しないでしきい値を超え、電圧波形が最終的に全電力公称Ｖｄｄレベル付近で安定する。それ故、電力消費が中断すると、各中断中に、遷移がシフトし、全ｄｔ４３は、現在中断していないｄｔ４１より大きく、そのため、ｄＩ／ｄｔは減少し、電源のアンダーシュートは制御される。
【００２４】
図６は、全電力動作から低電力状態に戻る遷移の電力消費回路２０である。波形が図５の波形を単に倒置したものであることに留意されたい。電流波形６９および電圧波形６５は、上記の電力管理遷移問題に対応する（波形６９および６５は、図２の電流および電圧波形を倒置したものであることに留意されたい）。電力消費回路２０の電力消費を間欠的に増大する本発明の実施形態を使用すれば、結果として得られる電流波形は波形７９であり、対応する電圧波形は波形６７である。それ故、以下にさらに説明するように、ｄＩ／ｄｔを低減するために、電力消費を間欠的に増大することができる。電力消費回路２０の電力消費（すなわち、電流需要）は、電力消費回路２０内のアイドル・ブロックをオンにし（すなわち、電力供給し）、また高電力命令を発行し、電力消散負荷等をオンにすることにより増大することができる。それ故、ｄＩ／ｄｔは、ｄｔを増大することにより増大し、それにより電圧のリンギングの制御が容易になる。
【００２５】
図６は、また、Ｖｄｄに対する高い方の増大しきい値および低い方の増大しきい値を示す。それ故、Ｖｄｄが、高い方の増大しきい値以上に上昇した場合（Ｉの低減に応じて）、何時でも、電圧波形６７が高電力公称Ｖｄｄから高い方の増大しきい値に上昇すると（点５７で）、図６に示すように、電力消費が増大する（それにより、電流需要が増大する）。電圧波形６７が減少し、（点５９で）低い方の増大しきい値に達するまで、波形７９の上昇部分（部分５１）が示すように、電力は上昇した状態のままに維持される。低い方の増大しきい値に達すると、波形７９の減少部分（直後の部分５１）が示すように、間欠的な増大なしで継続した場合には、通常の電力消費が再び始まり、前の電力消費点から低電力状態への遷移が継続する。電力消費が再度増大する点（部分５３）において、（点６１で）高い方の増大しきい値に達するまでＶｄｄは再度増大する。最終的には、Ｖｄｄは
、もはや増大しないで高い方の増大しきい値を超え、電圧波形６７は最終的に低電力公称Ｖｄｄレベル付近で安定する。それ故、電力の間欠的な増大は、全遷移時間を増大し、その結果、全ｄｔ８３は、電力の間欠的増大なしでｄｔ８１より大きくなり、そのため、ｄＩ／ｄｔは減少し、電源のオーバーシュートが制御される。
【００２６】
同様に、図３の問題を解決するために、図５および図６のところで説明したように、電流遷移が部分電力動作から全電力動作への電流の遷移か、または全電力動作から部分電力動作への遷移かにより、電力消費を間欠的に中断したり、または間欠的に増大したりすることができる。電力消費を間欠的に中断したり、増大することにより、それぞれ、低電力命令ストリームおよび高電力命令ストリーム間、または高電力命令ストリームおよび低電力命令ストリーム間の遷移時間（すなわち、ｄｔ）が増大し、それ故、全ｄＩ／ｄｔが低減する。図５および図６に示すように、これにより、電力レベル間のもっと高速な電流遷移からのＶｄｄのリンギング効果が制御される。
【００２７】
図７は、図４の問題を解決するための電力消費回路の間欠的中断を示す。システム１０の電源ネットワークの共振周波数と一致する高電力命令および低電力命令の循環的反復による壊滅的な電圧のオーバーシュートまたはアンダーシュートを防止するために、電力消費を中断することができ（例えば、部分４８および５２）、それにより、電力消費回路２０の共振周波数と一致しないように、結果として得られる循環パターンの位相がシフトする。さらに、電力消費を間欠的に増大することができ（部分５０および５４）、この増大は、間欠的な中断（部分４８および５２）と一緒に、Ｖｄｄの任意のリンギングを制御する。Ｖｄｄが対応するしきい値に達する度に、電力は、低減するか、増大するか、または正常な電力消費に戻る。部分電力動作から全電力動作へ電流が遷移すると（すなわち、低電力命令の実行から高電力命令へ遷移すると）、電力消費が中断する点（例えば、部分４８）において、（点７１で）低い方の低減しきい値に達するまでＶｄｄは低減する。次に、電力消費回路２０の正常な電力消費が回復する点において、（点７３で）高い方の低減しきい値に達するまでＶｄｄは増大する。電流が引き続き全電力動作の方向に遷移すると、高い方の増大しきい値または低い方の低減しきい値のうちの一方に達するまで、Ｖｄｄは、電力消費回路２０が消費する電流に対して引き続き正常に応答する。
【００２８】
図７の実施形態の場合には、電流需要で変化を起こすＶｄｄが達した次のしきい値は、電力消費が増大する点（部分５０）において、（点７５で）高い方の増大しきい値である。正常なＶｄｄ応答が回復する点において、（点７７で）低い方の増大しきい値にＶｄｄが達すると、電力の増大が終わる。電力消費が中断している間（例えば、部分４８および５２）は、結果として得られる波形４２は、中断期間に等しい時間だけシフトし、そのため、波形４２の位相は引き続きシフトすることに留意されたい。電力消費が増大している期間（例えば、部分５０および５４）は、波形の位相はそれ以上シフトしない。しかし、この期間は波形４６で示すように、電圧リンギング効果の制御が容易になる。それ故、電力中断部分４８および５２、および電力増大部分５０および５４を結合すると、電流波形が、延長した期間の間共振周波数と決して一致しないようにするのが容易になり、レベルが確実に許容レベル内に留まるようにすることにより、Ｖｄｄのリンギング効果を制御するのが容易になる。図７は各部分電力遷移／全電力遷移中の１回の中断または増大しか示していないが、電力消費を任意の数だけ中断し、または増大するように電圧しきい値を設計することができることに留意されたい。
【００２９】
図８は、電力消費制御回路６２を含む電力消費回路２０の一部のブロック図である。この電力消費制御回路６２は、監視回路６０、電力消費低減制御回路６４、電力消費増大制御回路６６を含む。電力消費制御回路６２は、（図５〜図７を参照しながらすでに説明したように）必要に応じて電力消費を中断または増大するために、高い方の低減しきい値、低い方の低減しきい値、高い方の増大しきい値、および低い方の増大しきい値を受信する
。それ故、監視回路６０内のコンパレータ６８，７０，７２および７４は、それぞれ、Ｖｄｄおよびしきい値を受信し、電力消費低減制御回路６４または電力消費増大制御回路６６に制御信号を供給する。例えば、コンパレータ６８および７０は、それぞれ、低減制御回路６４に制御信号を供給し、コンパレータ７２および７４は、それぞれ、増大制御回路６６に制御信号を供給する。それ故、これらの制御信号は、対応するしきい値に達するとアサートする。
【００３０】
低減制御回路６４は、クロック調整回路７８に制御信号８４を供給する。制御信号８４は、低減制御回路６４への入力に応じてアサートされる。例えば、制御信号８４は、低い方の低減しきい値に達するとアサートされる。クロック調整回路７８は、またＣＬＫ（クロック信号）を受信し、ＡＤＪＵＳＴＥＤ  ＣＬＫ（調整済みクロック信号）を出力する。例えば、ある実施形態の場合には、クロック調整回路７８は、ＡＤＪＵＳＴＥＤ  ＣＬＫがゲート制御されるクロック信号であるクロック・ゲート制御回路であってもよい。ＣＬＫは、電力消費回路２０内の任意のクロック信号であってもよい。例えば、グローバル・クロックでもローカル・クロックでもよい。また、クロック調整回路７８は、電力消費回路２０のさらに下流の任意のクロック信号を調整することができる。例えば、クロック調整回路７８は、クロックを調整するために、電力消費回路２０内の現在の電力管理回路を動作できるようにすることができる。別の方法としては、クロック調整回路７８の代わりに、例えば、任意のクロック信号を電力消費回路内のパイプラインを中断するのではなく停止させるパイプ停止回路のような他の電力中断回路を使用することができる。さらに、パイプライン以外の任意の他の使用できるタイプのアーキテクチャ回路を遅延させ、または停止させる他の電力中断回路を使用することもできる。他の実施形態の場合には、クロック調整回路７８の代わりに、電力消費回路２０の電力消費（すなわち、電流需要）を中断する任意の他の回路を使用することができる。
【００３１】
増大制御回路６６は、電力消散回路８０に制御信号８２を供給する。電力消散回路８０は、Ｖｄｄとアースとの間に結合していて、抵抗としてモデル化されている。制御信号８２は、例えば、高い方の増大しきい値に達した場合、制御回路６６を増大するために、入力に応じてアサートされる。制御信号８２がアサートされると、電力消費回路２０内の電力消費（すなわち、電流需要）を増大する電力消散回路８０が動作可能になる。電力消散回路８０は、必要に応じて電力を消散するために使用することもできる電力消費回路２０の現在の一部であってもよい。例えば、電力消散回路８０は、電力消費を増大するために、電力が供給される回路のアイドル・ブロックを含むことができる。他の実施形態の場合には、電力消散回路８０は、電力消費を増大する機能のためだけに使用される電力消費回路２０上で使用することができる回路であってもよい。
【００３２】
図８は、図５〜図７を参照すればさらによく理解することができる。例えば、図５〜図７に示すように、Ｖｄｄが低い方の低減しきい値に達した場合、コンパレータ７０は、コンパレータ７０からのアサートされた制御信号の受信に応じて、制御信号８４をアサートする低減制御回路６４にその制御信号をアサートする。クロック調整回路７８は、次に、コンパレータ６８が、高い方の低減しきい値に達したことを検出するまで電力消費中断を動作可能にする。この時点で、制御信号８４がアサート解除され、正常な電力消費が回復する。同様に、図５〜図７に示すように、Ｖｄｄが高い方の増大しきい値に達すると、コンパレータ７２は、増大制御回路６６にその制御信号をアサートし、増大制御回路は、それに応じて、制御信号８２をアサートする。電力消散回路８０は、次に、コンパレータ７４が、低い方の増大しきい値に達したことを検出するまで、電力消費の増大を可能にする。この時点で、制御信号８２は、アサート解除され正常な電力消費が回復する。
【００３３】
図には２組の高い方のしきい値および低い方のしきい値を使用する４点制御システムが示されているが、一般的な制御理論に基づく別の方法も使用することができる。例えば、
電力消費制御回路６２を、絶対電圧レベルを監視するばかりではなく、電圧の変化の速度を監視するようにも設計することができる。別の方法としては、別の制御システムは、電力消散回路８０のような任意の電力消散回路の電力の消散を増大するように変化させることができ、同様に、電力消費回路２０などの電力消費回路による電力消費を増大するように低減することができる。それ故、制御をもっと増強するためにもっとインテリジェントな制御システムを使用することができる。別の方法としては、図８の電流制御を、いくつかのしきい値電圧レベルを組み合わせ、１つの値を使用して、簡単なものにすることもできる。例えば、別々の高い方の低減しきい値および低い方の低減しきい値を使用するのではなく、それらを１つの低減しきい値にすることができる。同様に、高い方の増大しきい値および低い方の増大しきい値を１つの増大しきい値にすることもできる。それ故、図８のブロック図は、ある実施形態の一例にすぎず、消耗の制御量により、もっと簡単にすることもできるし、もっと複雑にすることもできる。また、他の実施形態の場合には、電力消費回路２０で使用する任意のしきい値を、固定しきい値ではなく、ユーザがプログラムすることができるしきい値にすることができる。そうすることにより、ユーザに対してもっと大きな柔軟性を与えることができる。
【００３４】
上記説明においては、特定の実施形態を参照しながら本発明を説明してきたが、通常の当業者であれば、下記の特許請求の範囲に記載する本発明の範囲から逸脱することなしに種々の変形および変更を行うことができることを理解することができるだろう。例えば、総体的にマイクロプロセッサを参照しながら本発明の実施形態を説明してきたが、電力消費制御回路を、任意の集積回路の電流需要を制御するために使用することができるし、電力消費制御回路はマイクロプロセッサに限定されない。また、図８の場合には、電力消費制御回路６２は、電源電圧を直接検出しているが、例えば、電源電流、電力、信号遅延および信号周波数のうちの少なくとも１つを感知することにより、電源電圧（Ｖｄｄ）を測定するための他の手段を使用することができる。従って、本明細書および図面は単に例示としてのものであり、本発明を制限するものではないと見なすべきであり、上記変形は本発明の範囲内に含まれる。
【００３５】
特定の導電率タイプ、または電位の極性について本発明を説明してきたが、当業者であれば導電率タイプおよび電位の極性は反対にすることができることを理解することができるだろう。
【００３６】
特定の実施形態を参照しながら、利益、他の利点および問題の解決方法を説明してきたが、利益、利点および問題の解決方法、および任意の利益、利点または解決方法をもっとはっきりしたり、させたりすることができる任意の要素は、任意のまたはすべての特許請求の範囲の重要な、必要なまたは本質的な機能または要素として解釈すべきではない。本明細書で使用する場合には、「備える」、「備えている」またはその任意の他の派生語は、一連の要素を備えるプロセス、方法、物品または装置が、これらの要素だけを含まないで、上記プロセス、方法、物品または装置に明示していないまたは固有の他の要素も含むことができるように、排他的でない含有をカバーするためのものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一つの実施形態によるシステムを部分的にブロック図形態かつ部分的に概略図形態で示す図。
【図２】電力管理トランジェントに対応する電流および電圧波形図。
【図３】ストリーム内電力トランジェントに対応する電流および電圧波形図。
【図４】サイクリック電力トランジェントに対応する電流および電圧波形図。
【図５】本発明の実施形態による電流および電圧波形図。
【図６】本発明の実施形態による電流および電圧波形図。
【図７】本発明の実施形態による電流および電圧波形図。
【図８】本発明の一つの実施形態による、図１の電力消費回路の一部のブロック図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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