电路和偏压温度不稳定性损耗均衡方法与流程

1.本公开涉及一种电路和偏压温度不稳定性损耗均衡方法。


背景技术：

2.偏压温度不稳定性(bti)属于金属氧化物半导体场效晶体管(mosfet)中的可靠性问题。bti通过改变开启mosfet中的沟道所需的阈值电压v
t
以及降低空穴迁移率、漏极电流、跨导和关断电流来影响mosfet。bti是由温度升高和mosfet长时间处于导通状态所引起的(这会随着时间的推移产生栅极偏压)。bti在p沟道mosfet中表现为引起阈值电压v
t
升高的负偏压温度不稳定性(nbti)，而在n沟道mosfet中表现为引起阈值电压v
t
降低的正偏压温度不稳定性(pbti)。


技术实现要素：

3.本文描述的广泛发明原理的示例性实施方式通过提供一种电路和方法，该电路和方法通过对mosfet组进行再分，并正交控制再分的mosfet组，由此管理mosfet，使其暂停使用并从bti恢复，从而保持数字低压差稳压器的长期可靠性和鲁棒性。
4.可以通过使mosfet暂停使用来有效地消除mosfet的bti。换言之，通过使mosfet保持在关断状态，从而逆转bti的影响，当mosfet下一次转为导通状态时，它将再次在其设计规范内运行。
5.例如在处理器晶粒上，电路具有电压总线、负载、多个开关、控制器和编码器。多个开关包括第一开关组和第二开关组。第一开关组电连接于电压总线与负载之间，第一开关组包括n个并联的开关，其中n为大于或等于1的整数。第二开关组也电连接于电压总线与负载之间，第二开关组包括m个并联的开关，其中m是n的整数倍。控制器配置为提供指示为了满足负载的功率需求需要导通的开关数量的第一输出信号。编码器与控制器、第一开关组及第二开关组电连接。编码器用于基于(i)控制器的第一输出信号和(ii)第一开关组及第二开关组的通/断状态的第二组合来选择第一开关组及第二开关组的通/断状态的第一组合，和响应于选择第一组合，发送开关信号以实现第一组合。
6.上述电路减缓了由于bti的影响造成大量mosfet在统计上不均匀损耗造成的老化问题。此外，它还提高了长期良率、功能鲁棒性和整体芯片可靠性。这些益处使得通过减少时序和功率的变化紧缩设计裕度。
7.此外，这些益处可以通过对制造工艺进行最小调整来获得，从而使总体产品成本和用于实施的投资最小化。如上所述，上述电路使得能够正交控制再分的mosfet组。该电路是正交的，因为在相关技术中使用的控制器中实现的现有控制方法无需修改即可实现，如下文将更详细地说明。
8.应当理解，以下公开不限于仅针对微处理器暂停使用并从bti恢复。相反，该电路和方法在dldo中有许多不同的应用，下文将更详细地说明。
附图说明
9.为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
10.图1a是相关电路的示意图。
11.图1b是相关开关组的示意图。
12.图2是示例性实施方式的示意图。
13.图3是示例性方法的流程图。
14.图4是第二示例性电路的示意图。
15.图5是第三示例性电路的示意图。
具体实施方式
16.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
17.除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
18.下面通过几个具体的实施例对本公开进行说明。为了保持本发明实施例的以下说明清楚且简明，可省略已知功能和已知部件的详细说明。
19.管理bti的相关办法是通过设计超大系统。在超大系统中，mosfet上的电压信号可以大于开启沟道所需的电压，以解决bti引起的阈值电压变化，和/或mosfet的规定通量可以大于负载所需的通量，以解决bti引起的漏极电流降低。
20.bti在微处理器技术领域尤其是一个日益重要的问题。微处理器可以在内核上使用mosfet来为处理器内核(负载)供电。即使在空闲状态下，现代微处理器内核通常也需要50％以上接通的mosfet来提供电压(v
ddcore
)，以满足处理器内核的功率需求。根据mosfet的相关分组，这导致最大的mosfet组几乎总是处于导通状态，从而导致bti。
21.对微处理器设计的需求加剧了bti的问题。微处理器可以结合包括mosfet的片上数字低压差稳压器(dldo)来为处理内核供电。dldo可以通过导通多组开关来调节功率，其数量可以提供大于或等于处理内核等负载的功率需求的功率。微处理器晶粒的空间限制限制了dldo的尺寸，这意味着mosfet的数量受到空间限制，从而限制了可用mosfet相对于负载的最大通量。此外，降低功耗的需求导致了较低的工作电压，这反过来又限制了可供作为阈值电压v
t
的最大电压信号。微处理器设计中这些新兴现实限制了设计超大电路以解决
bti的相关方法。
22.举例来说，图1a和1b是在微处理器中实现的简化的相关dldo的示意图。相关dldo包括电压总线、控制器以及连接到负载的多组开关。如图1a所示，简化相关dldo的多组开关包括开关组a、开关组b、开关组c和开关组d。开关组a、b、c和d并联在电压总线和负载(处理内核)之间，由控制器控制。
23.图1b示意性地示出了各个开关组a、b、c和d的基本结构。各个开关组a、b、c和d的大小是二进制加权的。换言之，开关组b的mosfet数量是开关组a的两倍，开关组c的mosfet数量是开关组b的两倍，开关组d的mosfet数量是开关组c的两倍。因此，开关组b可提供的功率是开关组a的两倍，开关组c可提供的功率是开关组b的两倍，开关组d可提供的功率是开关组c的两倍。
24.控制器结合数字补偿器来计算所需的开关强度以匹配系统的目标功率需求。控制器确定功率需求并通过导通满足功率需求的最少数量的开关组a、b、c和d来控制开关组a、b、c和d满足该功率需求。通常情况下，处理器内核的功率需求等于或大于dldo功率容量的一半，即使在空闲状态下也是如此。因此，开关组d几乎总是导通。随着时间的推移，开关组d的mosfet的阈值电压v
t
变得不稳定，且开关组d的mosfet的漏极电流减小。当漏极电流低于处理器内核的功率需求时，处理器内核会变得不稳定。因此，需要在微处理器设计的要求内解决bti。
25.下面详细描述一种管理偏置温度不稳定性(bti)并从中恢复的电路和方法的示例性实施方式。
26.(1)第一实施方式
27.如图2所示，根据第一实施方式的电路1包括电压总线3、第一开关5、第二开关7、控制器9、编码器11和负载13。电压总线3与第一开关5和第二开关7电连接，可为第一开关5及第二开关7提供电源电压r
vdd
。控制器9与编码器11电连接，为编码器11提供控制信号15a和15b。编码器11与第一开关5和第二开关7电连接，可以为第一开关5提供栅信号17a，为第二开关7提供栅信号17b。第一开关5可以根据栅信号17a转为导通和关断状态，第二开关7可以根据栅信号17b转为导通和关断状态。当第一开关5处于导通状态时，负载13自第一开关5接收内核电压v
ddcore
。当第二开关7处于导通状态时，负载13自第二开关7接收内核电压v
ddcore
。当第一开关5处于关断状态时，负载13不能自第一开关5接收内核电压v
ddcore
。当第二开关7处于关断状态时，负载13不能自第二开关7接收内核电压v
ddcore
。现在以电路1实现为下拉栈为例对电路1进行描述，然而本领域普通技术人员应理解，电路1还可以实现为上拉栈，用于基于相同的原理管理bti并从中恢复。负载13例如是一个处理器内核、多个处理器内核或其他需要提供电源电压的电子元件。
28.总线3
29.总线3可与至少一个电源电连接以接收电力，并与开关5和7电连接以为第一开关5和第二开关7提供电源电压r
vdd
。电源电压r
vdd
是第一开关5和第二开关7能够接受的电压，用于提供给负载13作为内核电压v
ddcore
。总线3可以由例如将至少一个电源与第一开关5和第二开关7电连接的导电材料(例如铝、铜、金等)制成。
30.开关5和7
31.第一开关5和第二开关7是与总线3、编码器11和负载13电连接的开关。第一开关5
和第二开关7通过总线连接器4接收总线3的电源电压r
vdd
。总线连接器4是由导电材料(例如，铝、铜、金等)制成的电连接器。当第一开关5接收到编码器11的栅信号17a且栅信号17a大于或等于阈值电压v
t
时，使第一开关5处于导通状态，并通过负载连接器8为负载13提供内核电压v
ddcore
。同样，当第二开关7接收到编码器11的栅信号17b且栅信号17b大于或等于阈值电压v
t
时，使第二开关7处于导通状态，并通过负载连接器8为负载13提供内核电压v
ddcore
。负载连接器8是由导电材料(例如，铝、铜、金等)制成的电连接器。
32.在第一实施方式中，第一开关5和第二开关7结构相同。第一开关5和第二开关7均包括一个或多个mosfet。第一开关5中的每个mosfet均可以在栅极输入端接收编码器11的栅信号17a，在源极输入端接收电压总线3的电源电压r
vdd
，并在mosfet处于上述导通状态时将内核电压v
ddcore
从漏极输出到负载13。同样，第二开关7中的每个mosfet均可以在栅极输入端接收编码器11的栅信号17b，在源极输入端接收电压总线3的电源电压r
vdd
，并在mosfet处于上述导通状态时将内核电压v
ddcore
从漏极输出到负载13。在本实施方式中，第一开关5和第二开关7各自具有相同数量和类型的mosfet。因此，第一开关5和第二开关7可以分别为负载13提供等量的功率。因此，电路1可以提供给负载13的总功率通量是第一开关5和第二开关7的功率通量之和。
33.控制器9
34.控制器9确定为了满足负载13的功率需求需要导通的开关数量。控制器9包括电源监控器以测量电源电压。电源监控器例如是电压传感器。控制器9包括用于将测量的电源电压与系统管理单元10通过电源信号10a提供的目标值相匹配的数字补偿器。数字补偿器是电子电路，例如逻辑门或处理器，实现为控制器的一部分。控制器9实现为电子电路，例如逻辑门或处理器。
35.控制器9自系统管理单元10接收负载13的功率需求，确定第一开关5和第二开关7中满足该需求应导通的开关数量。然后，控制器9产生指示第一开关5中包括的该数量的开关应处于导通还是关断状态的控制信号15a和指示第二开关7中包括的该数量的开关应处于导通还是关断状态的控制信号15b。将控制信号15a和15b发送至编码器11。其本质上是控制器9确定满足负载13的功率需求应导通的开关数量并输出指示该开关数量的控制信号15a和15b。尽管图2示出了控制信号15a的第一电连接和控制信号15b的第二电连接，但是控制信号15a和15b可以通过一个电连接发送。尽管将控制信号15a和15b描述和示出为不同的信号，但是也可以将控制信号15a和15b视为是一个控制信号的分量。
36.编码器11
37.编码器11位于控制器9与第一开关5和第二开关7之间。编码器11例如可以由一个或多个逻辑门构成。编码器11执行特定的损耗均衡策略。损耗均衡策略是为减轻一组开关中的bti损耗而执行的协议。例如，编码器11可以基于通过无监督(即，机器)学习的状态机来执行损耗均衡策略。
38.编码器11接收控制器9的控制信号15a和15b。编码器11包括损耗计数器。然后，编码器11基于控制信号15a和15b确定需要导通的开关数量。
39.在第一实施方式中，编码器11执行循环损耗均衡策略。在电路1的情况下，循环损耗策略循环实现开关的不同通/断状态组合。例如，第一通/断状态组合为第一开关5处于导通状态，第二开关7处于关断状态。第二通/断状态组合为第一开关5处于关断状态，第二开
关7处于导通状态。因此，第一组合和第二组合均指示相同数量的处于导通状态的开关和相同数量的处于关断状态的开关。通过执行循环损耗均衡策略，当控制信号15a和15b所指示的开关数量等于第一开关5和第二个开关7其中之一的开关数量时，编码器11可以在第一状态和第二状态之间循环。换言之，通过执行循环损耗均衡策略，当连续的控制信号要求导通相同数量的开关时，可以通过交替导通第一开关5和第二开关7来减轻bti损耗。
40.如果控制器9的控制信号15a和15b指示不导通任何开关，则编码器11向第一开关5输出栅信号17a，指示第一开关5应处于关断状态，向第二开关7输出栅信号17b，指示第二开关7应处于关断状态。如果控制信号15a和15b所指示的开关数量之和等于第一开关5和第二开关7中存在的开关数量之和，则编码器向第一开关5输出栅信号17a，指示第一开关5应处于导通状态，向第二开关7输出栅信号17b，指示第二开关7应处于导通状态。
41.当控制信号15a和15b不同时，意味着控制信号15a和15b指示的开关数量等于第一开关5和第二开关7中每一个中的开关数量，编码器参阅损耗计数器。对于任何给定的功率需求，损耗计数器可以根据第一开关5和第二开关7的最多的不同通/断状态组合来指示若干不同状态，这些不同状态中的每一个均使用唯一的指示符。损耗计数器用于在第一开关5和第二开关7的最多的不同通/断状态组合之间循环以匹配任何给定的功率需求。例如，在功率需求为1时，开关5和开关7的不同通/断状态组合最多有2种。换言之，在第一实施方式中，损耗计数器必须包括当功率需求为1时开关5和开关7的2个不同通/断状态组合的指示符。如上文关于循环损耗均衡策略所述，编码器11通过每次收到触发(如下所述)时使损耗计数器加1来循环这些状态。损耗计数器可以实现为内部时钟电路，该电路可以存储和循环损耗计数器的值。
42.损耗计数器的指示符、控制信号15a和15b的状态以及栅信号17a和17b可以组织成下表。
43.表1：
44.损耗计数器控制信号15a控制信号15b栅信号17a栅信号17b0000000101010010111110000101101101011111
45.表1中，关于控制信号15a和15b以及栅信号17a和17b，值“0”表示导通状态，值“1”表示关断状态。第一开关5接收栅信号17a，并转为栅信号17a所指示的导通状态或关断状态。第二开关7接收栅信号17b，并转为栅信号17b所指示的导通状态或关断状态。在该实施方式中，每当控制信号15a和15b中只有一个指示导通状态时，损耗计数器递增一次。
46.如表1所示，当控制信号15a和15b中只有一个指示导通状态时，编码器可以通过使得第一开关5和第二开关7交替处于导通状态来实现损耗均衡。这防止了当控制器9确定为满足负载13的功率需求仅有第一开关5和第二开关7的总功率容量的一半应处于导通状态
时，开关5和7中只有一个始终处于导通状态的情况。编码器11基于损耗计数器的输入、控制信号15a和控制信号15b确定栅信号17a和17b；然后输出栅信号17a和17b。
47.第一开关5接收编码器11的栅信号17a，第二开关7接收编码器11的栅信号17b。当栅信号17a指示导通状态时，使第一开关5导通，当栅信号17a指示关断状态时禁止第一开关5导通。当栅信号17b指示导通状态时，使第二开关7导通，当栅信号17b指示关断状态时禁止第二开关7导通。
48.(2)通过损耗均衡减轻bti应力的方法
49.如图3所示，下面描述通过bti应力损耗均衡减轻不均匀bti应力损耗的方法。
50.控制器9接收触发(步骤s100)。触发指示负载13的功率需求更新了。触发例如可以是当负载13的系统电压、频率或功能模式改变时，其由控制器9自唤醒总线(未示出)接收的唤醒信号的指示。或者，当根据预定事件(例如，每月、每季度、每半年等)，累积损耗信息超过开关或开关组的预定阈值时，或当损耗均衡固件更新时，可以接收到该触发。
51.在步骤s100中接收到触发后，在步骤s200中，控制器9通过电源信号10a接收负载13的功率需求，并在步骤s300中，基于开关5和7确定满足该功率应导通的开关数量。
52.在步骤s300中，如果功率需求为0，例如当负载13处于非运行模式时，控制器9确定控制信号15a和控制信号15b两者均指示关断状态。如果功率需求是第一开关5和第二开关7的总功率通量的一半，则控制器9确定控制信号15a和15b指示0个开关处于导通状态。如果功率需求大于第一开关5和第二开关7中总数开关的总功率通量的一半，则控制器9确定控制信号15a和15b指示第一开关5和第二开关7的开关数量之和。在确定控制信号15a和15b后，在步骤s400中，控制器9将控制信号15a和15b发送至编码器11。
53.在步骤s500中，编码器11接收控制器9的控制信号15a和15b。然后，继续进行该方法至步骤s600，基于控制信号15a和15b选择要导通的开关。如果控制信号15a和15b均指示关断状态(0个开关处于导通状态)，则编码器11不选择第一开关5和第二开关7中的任何一个导通，并确定两个栅信号17a和17b均指示关断状态，如表1所示。如果控制信号15a和15b中只有一个指示导通状态，则编码器11递增损耗计数器，并基于损耗计数器、第一控制信号15a和第二控制信号16b选择开关5和7的通/断状态组合其中之一。编码器11确定栅信号17a和17b的状态，如表1所示。由于循环损耗均衡策略的性质，编码器11通过参阅损耗计数器，基于先前选择的组合来选择通/断状态组合其中之一。同样，如果控制信号15a和15b均指示导通状态，则编码器11确定栅信号17a和17b均为导通状态，如表1所示。
54.在确定栅信号17a和17b指示的状态后，编码器11向开关5和7输出栅信号17a和17b，然后在步骤s700中，开关5和7转为栅信号17a和17b指示的状态。
55.(3)第二实施方式
56.在第二实施方式中，如图4所示的电路201包括多个与如图2所示的电路1的基本相同的元件。
57.在电路201中，除了与三个n开关组207a、207b和207c相连接之外，总线连接器204与总线连接器4基本相同。每个n开关组207a、207b、207c均与总线3、编码器211和负载13电连接。每个n开关组207a、207b、207c均通过总线连接器204接收总线3的电源电压r
vdd
。当n开关组207a接收到编码器211的栅信号217a且栅信号217a大于或等于阈值电压v
t
时，使n开关组207a处于导通状态，并通过负载连接器8为负载13提供内核电压v
ddcore
。同样，当n开关组
207b接收到编码器211的栅信号217b且栅信号217b大于或等于阈值电压v
t
时，使n开关组207b处于导通状态，并通过负载连接器8为负载13提供内核电压v
ddcore
。当n开关组207c接收到编码器211的栅信号217c且栅信号217c大于或等于阈值电压v
t
时，使n开关组207c处于导通状态，并通过负载连接器8为负载13提供内核电压v
ddcore
。
58.在电路201中，每个n开关组207a、207b、207c结构都相同。每个n开关组207a、207b、207c均包括相同整数n的一个或多个mosfet。n开关组207a中的每个mosfet均可以在栅极输入端接收编码器211的栅信号217a，在源极输入端接收电压总线3的电源电压r
vdd
，并在mosfet处于上述导通状态时将内核电压v
ddcore
从漏极输出到负载13。同样，n开关组207b中的每个mosfet均可以在栅极输入端接收编码器211的栅信号217b，在源极输入端接收电压总线3的电源电压r
vdd
，并在mosfet处于上述导通状态时将内核电压v
ddcore
从漏极输出到负载13。n开关组207c中的每个mosfet均可以在栅极输入端接收编码器211的栅信号217c，在源极输入端接收电压总线3的电源电压r
vdd
，并在mosfet处于上述导通状态时将内核电压v
ddcore
从漏极输出到负载13。因此，各n开关组207a、207b和207c可以分别提供等量的功率。因此，电路201可以提供给负载13的总功率通量是n开关组207a、207b和207c的功率通量之和。
59.电路201包括控制器209。控制器209与控制器9类似。控制器209自系统管理单元10接收负载13的功率需求，确定为了满足该功率需求应导通哪些开关。与控制器9不同，控制器209未映射为输出对应于每个n开关组207a、207b、207c的控制信号。控制器209运行以向编码器211输出第一控制信号215a和第二控制信号215b，将在下文对其进行描述。第一控制信号215a可以指示导通等于每个n开关组207a、207b、207c中的开关数量n的两倍数量的开关。第二控制信号215b可以指示导通与n开关组207a、207b和207c中任何一组的数量n相等数量的开关。换言之，由于每个n开关组207a、207b、207c都具有n个开关，控制器209可以通过第一控制信号215a和第二控制信号215b输出二进制加权信号，指示导通n的任何倍数(0、1、2或3)个开关。
60.将控制信号215a和215b发送至编码器211。尽管图4示出了控制信号215a的第一电连接和控制信号215b的第二电连接，但是控制信号215a和215b可以通过一个电连接发送。尽管将控制信号215a和215b描述和示出为不同的信号，但是也可以将控制信号215a和215b视为是一个控制信号的分量。
61.编码器211位于控制器209与n开关组207a、207b和207c之间。与编码器11一样，编码器211执行特定的损耗均衡策略。例如，编码器211可以基于通过无监督学习的状态机来执行损耗均衡策略。在第二实施方式中，与第一实施方式中的编码器11一样，编码器211执行循环损耗均衡策略。在电路201的情况下，循环损耗策略循环实现开关的不同通/断状态组合。例如，第一通/断状态组合为n开关组207a处于导通状态，n开关组207b处于导通状态，n开关组207c处于关断状态。第二通/断状态组合为n开关组207a处于关断状态，n开关组207b处于导通状态，n开关组207c处于导通状态。第三通/断状态组合为n开关组207a处于导通状态，n开关组207b处于关断状态，n开关组207c处于导通状态。因此，第一组合，第二组合和第三组合均指示相同数量的处于导通状态的开关和相同数量的处于关断状态的开关。通过执行循环损耗均衡策略，编码器211可以在第一状态、第二状态和第三状态之间顺序地周期性循环。通过执行循环损耗均衡策略，当控制信号215a和215b所指示的开关数量等于2
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n个开关数量时，编码器211可以在第一状态、第二状态和第三状态之间循环。换言之，通过执行循环损耗均衡策略，当连续的控制信号要求导通2
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n个开关时，可以通过循环第一到第三组合来减轻bti损耗。
62.编码器211接收控制器209的控制信号215a和215b。编码器211还包括损耗计数器。编码器211随后基于控制信号215a和215b确定需要导通的开关数量，如上所述，每个控制信号215a、215b都指示n的倍数个开关。因为控制器209可以通过第一控制信号215a和第二控制信号215b输出二进制加权信号，所以编码器211能够实现相关的依赖于二进制加权的开关组的确定功率需求的方法。
63.如果控制器209的控制信号215a和215b指示n的0倍个开关应处于导通状态(即，控制信号215a指示关断，控制信号215b也指示关断)，则编码器211向n开关组207a输出栅信号217a，指示n开关组207a应处于关断状态，输出栅信号217b，指示n开关组207b应处于关断状态，输出栅信号217c，指示n开关组207c应处于关断状态。
64.如果控制器209的控制信号215a和215b指示n的1倍个开关应处于导通状态(控制信号215a指示关断，控制信号215b指示导通)，则编码器211仅选择栅信号217a、217b和217c其中之一为导通状态，并输出栅信号217a、217b和217c中为关断状态的其余两个。选择的一个栅信号217a、217b、217c是基于损耗均衡策略(如上述循环策略)而选择的，以通过避免响应于控制信号215a和215b连续指示n的1倍个开关应处于导通状态而仅有n开关组207a、207b、207c中的其中一个处于导通状态，从而减轻bti损耗。
65.如果控制器209的控制信号215a和215b指示n的2倍个开关应处于导通状态(控制信号215a指示导通，控制信号215b指示关断)，则编码器211选择栅信号217a、217b和217c中的两个指示导通状态，并输出栅信号217a、217b和217c中剩下的一个指示关断状态。选择的两个栅信号217a、217b和217c是基于损耗均衡策略(如上述循环策略)而选择的，以通过避免根据控制信号215a和215b连续指示n的2倍个开关应处于导通状态而在n开关组207a、207b、207c中有两个一直处于导通状态，从而减轻bti损耗。
66.如果控制器209的控制信号215a和215b指示n的3倍个开关应处于导通状态(控制信号215a指示导通，控制信号215b也指示导通)，则编码器211输出所有的栅信号217a、217b和217c指示导通状态。
67.当控制信号215a和215b不同时，意味着控制信号215a和215b其中之一指示导通状态而另一个指示关断状态，编码器211参阅损耗计数器。对于任何给定的功率需求，损耗计数器可以根据n开关组207a、207b和207c的最多的不同通/断状态组合来指示若干不同状态，这些不同状态中的每一个均使用唯一的指示符。损耗计数器用于在n开关组207a、207b和207c的最多的不同通/断状态组合之间循环以匹配任何给定的功率需求。例如，当控制信号215a和215b指示应导通n个开关时或当控制信号215a和215b指示应导通2
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n个开关时，n开关组207a、207b和207c的不同通/断状态组合最多有3种。换言之，在第二实施方式中，损耗计数器包括多个不同的指示符，使得在控制信号指示n个开关或2
×
n个开关时，n开关组207a、207b和207c的3种不同通/断状态组合各自对应唯一的指示符。在该第二实施方式中，损耗计数器需要指示三种状态，编码器211通过每次收到触发时使损耗计数器加1来循环这些状态。控制信号215a和215b的状态以及栅信号217a、217b和217c可以组成下表。
68.表2：
[0069][0070]
表2中，关于控制信号215a和215b以及栅信号217a、217b和217c，值“0”表示导通状态，值“1”表示关断状态。在该实施方式中，编码器211根据表2基于损耗计数器的输入、控制信号215a和控制信号215b确定栅信号217a、217b和217c。
[0071]
在接收到信号217a时，如果信号217a指示导通状态，则n开关组207a转为导通状态，如果信号217a指示关断状态，则其转为关断状态。同样，在接收到信号217b时，如果信号217b指示导通状态，则n开关组207b转为导通状态，如果信号217b指示关断状态，则其转为关断状态。在接收到信号217c时，如果信号217c指示导通状态，则n开关组207c转为导通状态，如果信号217c指示关断状态，则其转为关断状态。
[0072]
图3所示的通过bti损耗均衡减轻不均匀bti应力损耗的方法同样可以应用于第二实施方式。
[0073]
在步骤s100中，控制器209接收触发。触发指示负载13的功率需求改变了。触发例如可以是，当负载13的系统电压、频率或功能模式改变时，其由控制器209自唤醒总线(未示出)接收的唤醒信号的指示。或者，当根据预定事件(例如，每月、每季度、每半年等)，累积损耗信息超过开关或开关组的预定阈值时，或当损耗均衡固件更新时，可以接收到该触发。
[0074]
在第二实施方式中，在步骤s100中接收到触发器后，在步骤s200中，控制器209通过电源信号10a接收负载13的功率需求，并在步骤s300中，确定满足该功率需求应导通的n的倍数个开关。
[0075]
在步骤s300中，控制器209确定应导通的开关的最小数量为n的倍数。例如，如果功率需求为0，比如当负载13处于非运行模式时，控制器209确定控制信号215a和控制信号215b两者均指示关断状态。如果功率需求大于0且小于n个开关的总功率通量，则控制器209确定控制信号215a指示关断状态，控制信号215b指示导通状态。如果功率需求大于n个开关的总功率通量且小于2
×
n个开关的总功率通量，则控制器209确定控制信号215a指示导通
状态，控制信号215b指示关断状态。如果功率需求大于2
×
n个开关的总功率通量，则控制器209确定控制信号215a指示导通状态，控制信号215b也指示导通状态。在确定控制信号215a和215b后，在步骤s400中，控制器209将控制信号215a和215b发送至编码器211。
[0076]
在步骤s500中，编码器211接收控制器209的控制信号215a和215b。然后，在步骤s600，编码器211基于控制信号215a和215b选择栅信号217a、217b和217c中用于指示导通状态的栅信号，如上述表2所示。由于循环损耗均衡策略的性质，编码器211通过参阅损耗计数器，基于先前选择的通/断状态组合进行通/断状态组合的选择。
[0077]
在确定栅信号217a、217b和217c指示的状态后，编码器211向n开关组207a、207b和207c输出栅信号217a、217b和217c，然后，在步骤s700中，相应的n开关组207a、207b和207c转为相应的栅信号217a、217b和217c指示的状态。
[0078]
(4)第三实施方式
[0079]
在第三实施方式中，如图5所示的电路301包括多个与如图4所示的电路201的基本相同的元件。
[0080]
在电路301中，除了与另外三个m开关组307a、307b和307c相连接之外，总线连接器304与总线连接器204基本相同。每个m开关组307a、307b、307c和每个n开关组207a、207b、207c均与总线3、编码器311和负载13电连接。每个m开关组307a、307b、307c均通过总线连接器304接收总线3的电源电压r
vdd
。当m开关组307a接收到编码器311的栅信号317a且栅信号317a大于或等于阈值电压v
t
时，使m开关组307a处于导通状态，并通过负载连接器8为负载13提供内核电压v
ddcore
。同样，当m开关组307b接收到编码器311的栅信号317b且栅信号317b大于或等于阈值电压v
t
时，使m开关组307b处于导通状态，并通过负载连接器8为负载13提供内核电压v
ddcore
。当m开关组307c接收到编码器311的栅信号317c且栅信号317c大于或等于阈值电压v
t
时，使m开关组307c处于导通状态，并通过负载连接器8为负载13提供内核电压v
ddcore
。
[0081]
在电路301中，每个m开关组307a、307b、307c结构都相同。每个m开关组307a、307b、307c均包括相同整数n的一个或多个mosfet。m与n不同，因此每个n开关组内的mosfet数量与每个m开关组内的mosfet数量不同。如下文所述，在本实施方式中，m是n的四倍(即，m＝4
×
n)。m开关组307a中的每个mosfet均可以在栅极输入端接收编码器311的栅信号317a，在源极输入端接收电压总线3的电源电压r
vdd
，并在mosfet处于上述导通状态时将内核电压v
ddcore
从漏极输出到负载13。同样，m开关组307b中的每个mosfet均可以在栅极输入端接收编码器311的栅信号317b，在源极输入端接收电压总线3的电源电压r
vdd
，并在mosfet处于上述导通状态时将内核电压v
ddcore
从漏极输出到负载13。m开关组307c中的每个mosfet均可以在栅极输入端接收编码器311的栅信号317c，在源极输入端接收电压总线3的电源电压r
vdd
，并在mosfet处于上述导通状态时将内核电压v
ddcore
从漏极输出到负载13。因此，各m开关组307a、307b和307c可以分别提供等量的功率。因此，电路301可以提供给负载13的总功率通量是n开关组207a、207b和207c以及m开关组307a、307b和307c的功率通量之和。
[0082]
电路301包括控制器309。控制器309与控制器209类似。控制器309自系统管理单元10接收负载13的功率需求，确定为了满足该功率需求应导通哪些开关。与控制器209不同，控制器309运行以向编码器311输出第一控制信号215a、第二控制信号215b、第三控制信号315a和第四控制信号315b，将在下文对其进行描述。第三控制信号315a可以指示导通等于
每个m开关组307a、307b、307c中的开关数量n的两倍数量的开关。第四控制信号315b可以指示导通与m开关组307a、307b和307c中任何一组的数量m相等数量的开关。换言之，由于m开关组307a、307b、307c各自具有m个开关，因此控制器209可以通过第三控制信号315a和第四控制信号315b输出二进制加权信号，指示导通m的任何倍数(0、1、2或3)个开关。如下文所述，在第二实施方式中，m是n的四倍(即，m＝4
×
n)。然而，应当理解，m可以是不同于n的任何数，并不限于该示例性实施方式。
[0083]
将控制信号215a、215b、315a和315b发送至编码器311。尽管图5示出了每个控制信号215a、215b、315a、315b的单独电连接，但是控制信号215a、215b、315a和315b可以通过任何数量的电连接发送。尽管将控制信号215a、215b、315a和315b描述和示出为不同的信号，但是也可以将控制信号215a、215b、315a和315b视为是一个控制信号的分量。
[0084]
编码器311位于控制器309与n开关组207a、207b和207c以及m开关组307a、307b和307c之间。编码器311与前述实施方式中的编码器一样执行特定的损耗均衡策略。例如，编码器311可以基于通过无监督学习的状态机来执行损耗均衡策略。在第三实施方式中，如同在其他实施方式中，编码器311执行循环损耗均衡策略。
[0085]
编码器311接收控制器309的控制信号215a、215b、315a和315b。编码器311还包括损耗计数器。编码器311包括子编码器211a和211b。子编码器211a和211b在结构上和功能上等同于第二实施方式中的编码器211。在第三实施方式中，子编码器211a接收控制信号215a和215b，输出栅信号217a、217b和217c。子编码器211b接收控制信号315a和315b，输出栅信号317a、317b和317c。编码器311随后基于控制信号215a、215b、315a和315b确定需要导通的开关数量，如上所述，每个控制信号215a、215b都指示n的倍数个开关，每个控制信号315a和315b都指示m的倍数个开关。因为控制器309可以通过第一控制信号215a、第二控制信号215b、第三控制信号315a和第四控制信号315b输出二进制加权信号，所以编码器311能够实现相关的依赖于二进制加权的开关组的确定功率需求的方法。
[0086]
如果控制器309的控制信号215a和215b指示n的0倍个开关应处于导通状态(控制信号215a指示关断，控制信号215b也指示关断)，则编码器311向n开关组207a输出栅信号217a，指示n开关组207a应处于关断状态，输出栅信号217b，指示n开关组207b应处于关断状态，输出栅信号217c，指示n开关组207c应处于关断状态。
[0087]
如果控制器309的控制信号315a和315b指示m的0倍个开关应处于导通状态(控制信号315a指示关断，控制信号315b也指示关断)，则编码器311向m开关组307a输出栅信号317a，指示m开关组307a应处于关断状态，输出栅信号317b，指示m开关组307b应处于关断状态，输出栅信号317c，指示m开关组307c应处于关断状态。
[0088]
如果控制器309的控制信号215a和215b指示n的1倍个开关应处于导通状态(控制信号215a指示关断，控制信号215b指示导通)，则编码器311仅选择栅信号217a、217b和217c其中之一为导通状态，并输出栅信号217a、217b和217c中为关断状态的其余两个。选择的一个栅信号217a、217b、217c是基于损耗均衡策略(如循环策略)而选择的，以通过避免根据控制信号215a和215b连续指示n的1倍个开关应处于导通状态而仅有n开关组207a、207b、207c中的其中一个导通，从而减轻bti损耗。
[0089]
如果控制器309的控制信号315a和315b指示m的1倍个开关应处于导通状态(控制信号315a指示关断，控制信号315b指示导通)，则编码器311仅选择栅信号317a、317b和317c
其中之一为导通状态，并输出栅信号317a、317b和317c中为关断状态的其余两个。选择的一个栅信号317a、317b、317c是基于损耗均衡策略(如循环策略)而选择的，以通过避免根据控制信号315a和315b连续指示m的1倍个开关应处于导通状态而仅有m开关组307a、307b、307c中的其中一个导通，从而减轻bti损耗。
[0090]
如果控制器309的控制信号215a和215b指示n的2倍个开关应处于导通状态(即，控制信号215a指示导通，控制信号215b指示关断)，则编码器311选择栅信号217a、217b和217c中的两个指示导通状态，并输出栅信号217a、217b和217c中剩下的一个指示关断状态。选择的两个栅信号217a、217b和217c是基于损耗均衡策略(如循环策略)而选择的，以通过避免根据控制信号215a和215b连续指示n的2倍个开关应处于导通状态而同样有两个n开关组207a、207b、207c导通，从而减轻bti损耗。
[0091]
如果控制器309的控制信号315a和315b指示m的2倍个开关应处于导通状态(即，控制信号315a指示导通，控制信号315b指示关断)，则编码器311选择栅信号317a、317b和317c中的两个指示导通状态，并输出栅信号317a、317b和317c中剩下的一个指示关断状态。选择的两个栅信号317a、317b和317c是基于损耗均衡策略(如循环策略)而选择的，以通过避免根据控制信号315a和315b连续指示m的2倍个开关应处于导通状态而在m开关组307a、307b、307c中有两个一直处于导通状态，从而减轻bti损耗。
[0092]
如果控制器209的控制信号215a和215b指示n的3倍个开关应处于导通状态(控制信号215a指示导通，控制信号215b也指示导通)，控制信号315a和315b指示m的3倍个开关应处于导通状态(控制信号315a指示导通，控制信号315b也指示导通)，则编码器311输出所有的栅信号217a、217b、217c、317a、317b和317c指示导通状态。
[0093]
当控制信号315a和315b不同时，意味着控制信号315a和315b其中之一指示导通状态而另一个指示关断状态，编码器311参阅损耗计数器。对于任何给定的功率需求，损耗计数器可以根据m开关组307a、307b和307c的最多的不同通/断状态组合来指示若干不同状态，这些不同状态中的每一个均使用唯一的指示符。损耗计数器用于在m开关组307a、307b和307c的最多的不同通/断状态组合之间循环以匹配任何给定的功率需求。例如，当控制信号315a和315b指示应导通m个开关时或当控制信号315a和315b指示应导通2
×
m个开关时，m开关组307a、307b和307c的不同通/断状态组合最多有3种。换言之，在第三实施方式中，损耗计数器包括多个不同的指示符，使得在控制信号指示m个开关或2
×
m个开关时，m开关组307a、307b和307c的3种不同通/断状态组合各自对应唯一的指示符。在该第三实施方式中，损耗计数器需要指示三种状态，并通过每次收到触发器时使损耗计数器加1来循环这些状态。控制信号315a和315b的状态以及栅信号317a、317b和317c可以组成下表。
[0094]
表3：
[0095][0096]
表3中，关于控制信号315a和315b以及栅信号317a、317b和317c，值“0”表示导通状态，值“1”表示关断状态。在该实施方式中，编码器311根据表2基于损耗计数器的输入、控制信号215a和控制信号215b确定栅信号217a、217b和217c。在该实施方式中，编码器311根据表3基于损耗计数器的输入、控制信号315a和控制信号315b确定栅信号317a、317b和317c。
[0097]
在接收到信号217a时，如果信号217a指示导通状态，则n开关组207a转为导通状态，如果信号217a指示关断状态，则其关断。同样，在接收到信号217b时，如果信号217b指示导通状态，则n开关组207b转为导通状态，如果信号217b指示关断状态，则其关断。在接收到信号217c时，如果信号217c指示导通状态，则n开关组207c转为导通状态，如果信号217c指示关断状态，则其关断。
[0098]
在接收到信号317a时，如果信号317a指示导通状态，则m开关组307a转为导通状态，如果信号317a指示关断状态，则其关断。同样，在接收到信号317b时，如果信号317b指示导通状态，则m开关组307b转为导通状态，如果信号317b指示关断状态，则其关断。在接收到信号317c时，如果信号317c指示导通状态，则m开关组307c转为导通状态，如果信号317c指示关断状态，则其关断。
[0099]
图3所示的通过bti损耗均衡减轻不均匀bti应力损耗的方法同样可以应用于第三实施方式。
[0100]
在步骤s100中，控制器309接收触发。触发指示负载13的功率需求改变了。触发例如可以是，当负载13的系统电压、频率或功能模式改变时，其由控制器209自唤醒总线(未示出)接收的唤醒信号指示。或者，触发可以是，当根据预定事件(例如，每月、每季度、每半年等)，累积损耗信息超过预定阈值时，或当损耗均衡固件更新时。
[0101]
在第三实施方式中，在步骤s100中接收到触发后，在步骤s200中，控制器309通过电源信号10a接收负载13的功率需求(，并在步骤s300中，确定满足该功率需求应导通的n的
倍数个开关以及m的倍数个开关。
[0102]
在步骤s300中，控制器309确定应导通的开关的最小数量为n的倍数。因为m是n的四倍，所以控制器309可以确定哪些控制信号215a、215b、315a和315b应指示导通状态，以指示0和11之间的n的任何倍数个开关。在确定控制信号215a、215b、315a和315b后，在步骤s400中，控制器309将控制信号215a、215b、315a和315b发送至编码器311。
[0103]
在步骤s500中，编码器311接收控制器309的控制信号215a、215b、315a和315b。然后，在步骤s600，编码器311基于控制信号215a、215b、315a和315b选择栅信号217a、217b、217c、317a、317b和317c中用于指示导通状态的栅信号，如上述表2和表3所示。由于循环损耗均衡策略的性质，编码器311通过参阅损耗计数器，基于先前选择的通/断状态组合来选择通/断状态组合其中之一。
[0104]
在确定栅信号217a、217b、217c、317a、317b和317c指示的状态后，编码器311向n开关组207a、207b和207c输出栅信号217a、217b和217c，向m开关组307a、307b和307c输出栅信号317a、317b和317c。在步骤s700中，使相应的n开关组207a、207b和207c转为相应的栅信号217a、217b和217c指示的状态，相应的m开关组307a、307b和307c转为相应的栅信号317a、317b和317c指示的状态。
[0105]
(5)替代方案
[0106]
尽管在第一实施方式中为了简洁起见当前仅描述了两个开关，但是可以添加另外的开关。同样，虽然当前将第一开关5和第二开关7中的每一个描述为具有相同数量的mosfet，因此能够分别提供等量的功率，但是第一开关5和第二开关7中的每一个的数量和功率通量在替代实施方式中可以不同。
[0107]
虽然将编码器11、211和311描述为执行循环损耗均衡策略，但是也可以执行任何其他适当的策略，例如基于阈值的损耗均衡策略、基于时间的损耗均衡策略、基于占空比的损耗均衡策略和基于机器学习的损耗均衡策略。
[0108]
编码器11、211和311各自实现为控制器9和相应开关或开关组之间的独立逻辑电路，然而编码器11、211和311可以是开机过程中加载到寄存器的固件中的损耗转换层，可以轻松更新。
[0109]
尽管第三实施方式描述了m是不同于n的数，但在替代实施方式中，m可以等于n。同样，n和m可以是任意整数。
[0110]
如上所述，上述示例性实施方式不限于本文的实施例和描述，并且可以包括在本领域技术人员的普通技术范围内的附加特征和修改。例如，也可以组合示例性实施方式的替代或其他方面。提供示例性实施方式的前述公开内容用于说明和描述的目的。本公开并非旨在穷举或限于上述确实形式。显然，许多修改和变化对于本领域技术人员来说是显而易见的。选择和描述实施方式是为了最好地解释原理和实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本公开的各种实施方式以及适合于预期的特定用途的各种修改。