自适性电压定比测量方法及相关的电子装置
阅读说明：本技术 自适性电压定比测量方法及相关的电子装置 (Adaptive voltage scaling measurement method and related electronic device ) 是由 赖照民 王鸿玮 张堂洪 谢瀚颉 郭俊仪 于 2020-04-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种自适性电压定比测量方法及相关的电子装置,所述方法包含有以下步骤：将一系统芯片安装至一印刷电路板上,并连接至一存储元件；致能该系统芯片以自该存储元件读取一启动程序码,并执行该启动程序码以对该系统芯片进行自适性电压定比测量,以决定出该系统芯片分别在多个操作频率下的多个目标供应电压值,并据以建立出一自适性电压定比查找表；以及将该自适性电压定比查找表存储在该系统芯片或是该存储元件中。(The invention discloses an adaptive voltage scaling measurement method and a related electronic device, wherein the method comprises the following steps: mounting a system chip on a printed circuit board and connecting to a memory element; enabling the system chip to read a start-up program code from the storage element, executing the start-up program code to perform adaptive voltage scaling measurement on the system chip so as to determine a plurality of target supply voltage values of the system chip under a plurality of operating frequencies respectively, and establishing an adaptive voltage scaling lookup table according to the target supply voltage values; and storing the adaptive voltage scaling look-up table in the system-on-chip or the storage device.)
技术领域
本发明涉及自适性电压定比测量方法。
背景技术
在一般的消费性电子产品中，系统芯片中的中央处理器(Central ProcessingUnit，CPU)以及图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)通常是效能的重要指标，而中央处理器以及图形处理器的最高操作频率越高则代表性能越好。然而，操作频率越高也需要越高的供应电压，因而导致更高的功耗且也会影响到电子产品的寿命。此外，因为芯片的工艺分布的问题，速度越快的芯片可以使用较低的供应电压来完成操作，而速度越慢的芯片则需要使用较高的供应电压来完成操作。
然而，考虑到工艺分布以及芯片的良率问题，传统方法中决定供应电压的方法是迁就速度最慢的芯片，亦即不管是速度慢或是速度快的芯片，在相同的操作频率下都使用相同的供应电压。然而，如此一来虽然速度较慢的芯片可以因此而正常的操作，但是速度较快的芯片则会因为操作在不需要的高供应电压而导致漏电流的增加，而增加了功耗。因此，为了解决上述问题以让芯片操作在适合的供应电压，自适性电压定比(Adaptive VoltageScaling，自适应电压调节，AVS)技术被发展出来以针对每一个芯片建立出一个自适性电压定比查找表(AVS查找表)，以供电子产品在实际操作过程中可以AVS查找表来决定出最适合的供应电压。然而，由于在量产测试过程中进行AVS的测量会需要较多的时间而影响到了生产线的运行，再加上在量产过程中芯片的测试机台与最终电子产品的环境差异很大(例如，印刷电路板上电路布局的差异)，且测试机台与最终电子产品要建立环境相关性上有困难，故在量产测试过程所建立的AVS查找表可能不适合最终电子产品的使用。
发明内容
因此，本发明的目的之一在于提供一种AVS测量方法，其可以在系统芯片安装至最终产品的印刷电路板上之后，再进行AVS测量以建立出AVS查找表，以解决现有技术中所述的问题。
在本发明的一个实施例中，公开了一种自适性电压定比测量方法，其包含有以下步骤：将一系统芯片安装至一印刷电路板上，并连接至一存储元件；致能该系统芯片以自该存储元件读取一启动程序码，并执行该启动程序码以对该系统芯片进行自适性电压定比测量，以决定出该系统芯片分别在多个操作频率下的多个目标供应电压值，并据以建立出一自适性电压定比查找表；以及将该自适性电压定比查找表存储在该系统芯片或是该存储元件中。
在本发明的另一个实施例中，公开了一种包含一系统芯片以及一存储元件的电子装置，其中当该系统芯片致能时，该系统芯片自该存储元件读取一启动程序码，并执行该启动程序码以对该系统芯片进行自适性电压定比测量，以决定出该系统芯片分别在多个操作频率下的多个目标供应电压值，并据以建立出一自适性电压定比查找表；以及该系统芯片将该自适性电压定比查找表存储在该系统芯片中的一存储器或是该存储元件中。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的电子装置的示意图。
图2为感测器的示意图。
图3为根据本发明一实施例的中央处理器的示意图。
图4为根据本发明一实施例的一种AVS测量方法的流程图。
符号说明
100：电子装置
102：印刷电路板
110：电源管理芯片
120：系统芯片
122：中央处理器
123：感测器
124：图形处理器
125：感测器
130：存储元件
132：作业系统
134：启动程序码
210：时钟与测试数据产生电路
220：可程序化延迟电路
230：判断电路
310_1～310_4：核心电路
312_1～312_5：感测器
400～406：步骤
CLK,CLK’：时钟信号
DATA,DATA’：测试数据
VDD_1～VDD_N：供应电压
具体实施方式
图1为根据本发明一实施例的电子装置100的示意图。如图1所示，电子装置100包含了一印刷电路板102，印刷电路板102包含了一电源管理芯片110、一系统芯片120以及一存储元件130，其中系统芯片120包含了一中央处理器122以及一图形处理器124，中央处理器122以及图形处理器124分别包含了感测器123、125以供AVS测量，且存储元件130包含了一作业系统132以及一启动程序码134。在一实施例中，系统芯片120及存储元件130可整合在同一个系统芯片中。在本实施例中，电子装置100可以是任何电子产品，例如机顶盒(set-top box)、移动电话、平板电脑、笔记本电脑、台式电脑、电视….等等，且电子装置100可以是上述电子产品的最终产品或是半成品(例如，尚未安装上外壳)。
在本实施例中，系统芯片120是在安装至印刷电路板102上之后才开始进行AVS测量，例如印刷电路板102于工厂内的一测试阶段进行AVS测量，以建立出AVS查找表。因此，由于系统芯片120是在电子产品100的最终产品或是半成品上才进行AVS测量，故可以反映出系统芯片120在操作时受到印刷电路板102上其他元件布局的影响，故决定出的AVS查找表可以确实反映出系统芯片120的真实操作状态，具有较高的准确性。
具体来说，假设系统芯片120已安装至印刷电路板102上并与电源管理芯片110及存储元件130连结，且存储元件130上已写入了作业系统132以及启动程序码134，此时，当电子装置100第一次开机时，系统芯片120中的中央处理器122会自存储元件130中读取启动程序码134，并执行启动程序码134以控制/指示电源管理芯片110产生多个不同的供应电压值至系统芯片120，以供中央处理器122通过感测器123来进行AVS测量以决定出中央处理器122分别在多个第一操作频率下的多个第一目标供应电压值；此外，图形处理器124也通过感测器125来进行AVS测量以决定出图形处理器124分别在多个第二操作频率下的多个第二目标供应电压值；最后，再分别根据所决定出的中央处理器122分别在多个第一操作频率下的多个第一目标供应电压值、以及所决定出的图形处理器124分别在多个第二操作频率下的多个第二目标供应电压值，来建立出AVS查找表，并将AVS查找表存储至系统芯片120内的存储器或是存储元件130中，以供后续使用。其中，存储器及存储元件130可以是但不限于非易失性存储器，例如：一次可编程存储器(One-time programmable memory，OTP memory)、电子熔断金属熔丝(eFUSE)、快闪存储器(flash)等。
详细来说，参考图2所示的感测器200的示意图，其中感测器200可以用来实现图1所示的感测器123、125中的任一者，且感测器200包含了一时钟与测试数据产生电路210、一可程序化延迟电路220以及一判断电路230。以感测器200作为中央处理器122内的感测器123来作为说明，首先，中央处理器122可以控制时钟与测试数据产生电路210产生具有第一操作频率(例如，1GHz)的时钟信号CLK及测试数据DATA，时钟与测试数据产生电路210输出时钟信号CLK及测试数据DATA至可程序化延迟电路220。且此时中央处理器122通知电源管理芯片110以按序产生由低至高的多个供应电压VDD_1～VDD_N至中央处理器122，以使得可程序化延迟电路220输出分别对应到多个供应电压VDD_1～VDD_N的多笔时钟信号CLK’以及测试数据DATA’，其中每一笔时钟信号CLK’可以是时钟信号CLK经过可程序化延迟电路220所产生的一延迟后时钟信号，同样的，每一笔测试数据DATA’可以是测试数据DATA经过可程序化延迟电路220所产生的一延迟后测试数据。接着，判断电路230根据多笔测试数据DATA’、及/或多笔时钟信号CLK’来判断出在1GHz操作频率下的目标供应电压(最适合供应电压)，例如判断电路230可以先判断出多笔测试数据DATA’中具有合格信号品质的部分测试数据DATA’，并选择部分测试数据DATA’所对应到的供应电压中的最小供应电压来作为最适合的供应电压，举例来说，假设在可程序化延迟电路220具有供应电压VDD_4～VDD_N时所产生的测试数据DATA’都具有合格的信号品质(例如，测试数据DATA’的型样符合一预期型样)，则判断电路230会选择VDD_4来作为目标供应电压。接着，中央处理器122可以控制时钟与测试数据产生电路210产生具有另一第一操作频率(例如，1.1GHz)的时钟信号CLK及测试数据DATA，且通过上述操作来决定出在1.1GHz操作频率下的目标供应电压，….以此类推可以得到分别对应到多个第一操作频率的多个第一目标供应电压。同理，图像处理器124也可以通过上述操作来得到分别对应到多个第二操作频率的多个第二目标供应电压。
需注意的是，图2所示的感测器200的电路架构以及操作细节仅是作为范例说明，而非是本发明的限制。在其他的实施例中，感测器200亦可有其他的设计与不同的操作方式，只要中央处理器122以及图形处理器125可以分别通过感测器123、125来得到对应到不同操作频率的最适合供应电压即可。
在AVS查找表建立完成并存储在系统芯片120内部或是存储元件130之后，后续当使用者使用电子产品100时，中央处理器122及图形处理器124便可以根据本身的操作频率以自AVS查找表得到相关信息，并将此信息传送至电源管理芯片110，以使得电源管理芯片110可以提供对应到中央处理器122及图形处理器124的操作频率的供应电压。
在上述实施例中，系统芯片120可以只建立一个AVS查找表来同时供中央处理器122及图形处理器124使用，或是可以建立两个AVS查找表以分别供中央处理器122及图形处理器124使用，亦即其中一个AVS查找表包含了中央处理器122的多个第一操作频率及对应的多个第一目标供应电压，且另一个AVS查找表包含了图形处理器124的多个第二操作频率及对应的多个第二目标供应电压。
在图1所示的实施例中，系统芯片120是包含了中央处理器122以及图形处理器124，然而，在其他的实施例中，系统芯片120可以仅包含一个处理器，例如仅包含中央处理器122。
在图1所示的实施例中，电源管理芯片110是位于系统芯片120之外，然而，在其他的实施例中，电源管理芯片110与系统芯片120可以整合在同一个封装内，或是电源管理芯片110可以被整合为系统芯片120的一部分。
在图1所示的实施例中，中央处理器122以及图形处理器124都只包含一个感测器，然而，在其他实施例中，中央处理器122以及图形处理器124可以包含多个感测器以供产生AVS查找表。举例来说，参考图3所示的中央处理器122的示意图，其中中央处理器122包含了四个核心电路310_1～310_4，核心电路310_1～310_4分别包含了感测器312_1～312_4，且中央处理器122另外在四个核心电路310_1～310_4的中间设置了一个感测器312_5。在图3所示的实施例中，当电子装置100第一次开机时，每一个感测器312_1～312_5都会根据上述感测器200的操作来到多个操作频率的多个目标供应电压，而由于每一个感测器312_1～312_5所对应到的核心电路并不相同，且所在的位置并不相同，因此所决定出的多个目标供应电压也不一定相同。此时，为了确保中央处理器122可以顺利操作，当感测器312_1～312_5针对一操作频率得到两个或以上的目标供应电压时，中央处理器122在这些目标供应电压中选择最高目标供应电压，以供建立AVS查找表。举例来说，假设在1.1GHz的操作频率下，感测器312_1～312_5所决定出的目标供应电压分别是VDD_2、VDD_2、VDD_3、VDD_2、VDD_2，则中央处理器122会选择目标供应电压VDD_3，以供在AVS查找表中对应到1.1GHz的操作频率。
需注意的是，在以上的实施例中，系统芯片120是在电子装置100第一次开机时进行AVS测量以建立AVS查找表，以供后续使用者使用电子装置100时使用。然而，考虑到内部电路元件老化以及其他系统问题，AVS查找表可能随着时间而变得不再适用。因此，在本实施例中，中央处理器122及/或图形处理器124可以周期性地或是根据一排程来进行AVS测量，以更新存储在系统芯片120或是存储元件130内的AVS查找表。
图4为根据本发明一实施例的一种AVS测量方法的流程图。参考以上实施例所述的内容，AVS测量方法的流程如下所述。
步骤400：流程开始。
步骤402：将一系统芯片安装至一印刷电路板上，并连接至一存储元件。
步骤404：致能该系统芯片以自该存储元件读取一启动程序码，并执行该启动程序码以对该系统芯片进行AVS测量，以决定出该系统芯片分别在多个操作频率下的多个目标供应电压值，并据以建立出一AVS查找表。
步骤406：将该AVS查找表存储在该系统芯片或是该存储元件中。
简要归纳本发明，在本发明的AVS测量方法中，是在系统芯片安装至最终产品的印刷电路板上之后，再进行AVS测量以建立出AVS查找表以供使用者后续操作电子产品时使用。因此，AVS测量时由于系统芯片已经位于最终产品中，且其周边元件也不会再有变动，因此所决定出的AVS查找表最有效地供系统芯片得到最适合的供应电压。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。