自适应控制运行频率的电路

摘要

本发明公开了一种自适应控制运行频率的电路，包括：一降频判断逻辑电路，根据输入的电压指示信号，判断降频条件是否满足，输出降频条件判断结果；一保持频率判断逻辑电路，根据输入的电压指示信号，判断保持频率条件是否满足，输出保持频率条件判断结果；一升频判断逻辑电路，根据输入的电压指示信号，判断升频条件是否满足，输出升频条件判断结果；一判断结果选择电路，与所述降频判断逻辑电路，保持频率判断逻辑电路，升频判断逻辑电路相连接，根据上述判断结果，产生频率控制信号，用于控制所述主功能电路的时钟频率。本发明能够根据供电能力与主功能电路的功耗情况，自适应调整主功能电路的运行时钟频率。

权利要求

1.一种自适应控制运行频率的电路，其特征在于，包括：

一降频判断逻辑电路，根据输入的反映主功能电路工作电压的电压指示信号，判断降频条件是否满足，输出降频条件判断结果；

一保持频率判断逻辑电路，根据输入的反映主功能电路工作电压的电压指示信号，判断保持频率条件是否满足，输出保持频率条件判断结果；

一升频判断逻辑电路，根据输入的反映主功能电路工作电压的电压指示信号，判断升频条件是否满足，输出升频条件判断结果；

一判断结果选择电路，与所述降频判断逻辑电路，保持频率判断逻辑电路，升频判断逻辑电路相连接，根据上述判断结果，产生频率控制信号，用于控制所述主功能电路的时钟频率；

所述升频判断逻辑电路由短期条件判断逻辑电路和长期条件判断逻辑电路构成；所述短期条件判断逻辑电路判断升频的短期条件是否满足，所述长期条件判断逻辑电路判断升频的长期条件是否满足，当这两个升频条件同时满足时，升频判断逻辑电路才认为升频条件满足；

所述短期条件判断逻辑电路以Ts为采样周期，采样N个电压指示信号用于判断短期条件是否满足，短期条件是指，在N个电压指示信号中，有大于等于M个采样值为高档，并且在N个采样值中没有一个为低档，其中Ts为正数，N为大于0的整数，并且Ts乘以N的结果小于等于主功能电路的当前工作周期，M为大于0且小于等于N的整数；

所述长期条件是指，连续L个短期条件的判断结果都为满足，其中L为大于0的整数。

2.如权利要求1所述的自适应控制运行频率的电路，其特征在于：所述电压指示信号分为高，中，低3档；每一档的具体数值范围，根据具体的应用进行设置。

3.如权利要求2所述的自适应控制运行频率的电路，其特征在于：所述保持频率判断逻辑电路，当电压指示信号为中档时，则认为保持频率条件满足。

4.如权利要求2所述的自适应控制运行频率的电路，其特征在于：所述降频判断逻辑电路，当电压指示信号为低档时，则认为降频条件满足。

5.如权利要求1所述的自适应控制运行频率的电路，其特征在于：所述判断结果选择电路，首先判断降频条件是否满足，如果满足，则产生使主功能电路运行时钟频率降低的频率控制信号；接着判断保持频率条件是否满足，如果满足，则产生使主功能电路运行时钟频率保持不变的频率控制信号；最后判断升频条件是否满足，如果满足，则产生使主功能电路运行时钟频率升高的频率控制信号。

说明书

自适应控制运行频率的电路

技术领域

[0001] 本发明涉及一种自适应控制运行频率的电路。

背景技术

[0002] 电路运行时，其功耗与电路中工作部分的规模以及工作频率成正比。由于不同操作对应的工作电路规模和频率不同，电路的功耗就不同。另外，当电路是无源工作时，即电路工作所需的能量不是由其自带的电源，而是从接收到的电磁场中获得的时候，因为电磁场强度随距离变化很大，所以当距离随时间变化时，电路的供电就会随时间变化。

[0003] 电路的电源上一般有储能电容，当电路的供电大于耗电时，储能电容会存储一定量的电能；当电路的供电小于耗电时，不够的电能就从储能电容中获得。随着电源上的储能电容的充放电，电源的电压会有所变化，当充电时，电压会升高，放电时，电压会降低。如果一段时间内，供电始终不足以负担电路消耗的功耗，造成储能电容一直在放电，那么电源电压就会一直降低，当电压低到一定程度时，电路就会掉电，不能正常工作。

[0004] 电源电压的值可以用一个检测电压的电路来检测，从而给出电压指示信号，由于检测电压的电路有一定的延迟，所以电压指示信号相对当前的电源电压会有一定滞后，并且这个滞后根据工艺，温度，待检测的电压值等因素的不同而不同。

[0005] 电路，特别是电路中的数字电路部分，它运行时的功耗一般集中在工作时钟的单沿附近，而在此工作周期的其它时间段内，功耗会很低。实际设计的电路里，一般情况下，在工作时钟单沿附近的时间段内，供电是不足以负担耗电的。这时，电源上的电压就会呈现周期性的变化。其周期性表现为，在工作时钟的单沿附近，电源电压会降低，而在工作周期的其它时间段内，电源电压会因为电路功耗的降低而升高。

发明内容

[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种自适应控制运行频率的电路，能够根据供电能力与主功能电路的功耗情况，自适应调整主功能电路的运行时钟频率。

[0007] 为解决上述技术问题，本发明的自适应控制运行频率的电路，包括：

[0008] 一降频判断逻辑电路，根据输入的反映主功能电路工作电压的电压指示信号，判断降频条件是否满足，输出降频条件判断结果；

[0009] 一保持频率判断逻辑电路，根据输入的反映主功能电路工作电压的电压指示信号，判断保持频率条件是否满足，输出保持频率条件判断结果；

[0010] 一升频判断逻辑电路，根据输入的反映主功能电路工作电压的电压指示信号，判断升频条件是否满足，输出升频条件判断结果；

[0011] 一判断结果选择电路，与所述降频判断逻辑电路，保持频率判断逻辑电路，升频判断逻辑电路相连接，根据上述判断结果，产生频率控制信号，用于控制所述主功能电路的时钟频率；

[0012] 所述升频判断逻辑电路由短期条件判断逻辑电路和长期条件判断逻辑电路构成；所述短期条件判断逻辑电路判断升频的短期条件是否满足，所述长期条件判断逻辑电路判断升频的长期条件是否满足，当这两个升频条件同时满足时，升频判断逻辑电路才认为升频条件满足；

[0013] 所述短期条件判断逻辑电路以Ts为采样周期，采样N个电压指示信号用于判断短期条件是否满足，短期条件是指，在N个电压指示信号中，有大于等于M个采样值为高档，并且在N个采样值中没有一个为低档，其中Ts为正数，N为大于0的整数，并且Ts乘以N的结果小于等于主功能电路的当前工作周期，M为大于0且小于等于N的整数；

[0014] 所述长期条件是指，连续L个短期条件的判断结果都为满足，其中L为大于0的整数。

[0015] 本发明可以附加在主功能电路上，通过主功能电路上的电压指示信号(即电压指示标志)来反映供电能力与主功能电路功耗的对比情况，电压指示信号的值构成升频条件，保持频率条件以及降频条件；判断结果选择电路实时根据这三个条件是否满足的判断结果来调整主功能电路的运行频率。

[0016] 本发明能够根据供电能力与主功能电路的功耗情况，自适应调整主功能电路的运行时钟频率；当供电能力不足以负担主功能电路功耗的情况下，降低其运行时钟频率，从而降低它的功耗，防止主功能电路由于供电不足而下电；当供电能力足够后，再恢复主功能电路的运行时钟频率。

[0017] 本发明特别适用于电路的供电或消耗的功耗随时间或操作变化的场合。

附图说明

[0018] 下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

[0019] 图1是所述自适应控制运行频率的电路一实施例结构图；

[0020] 图2是图1所示的电路在系统中的连接示意图。

具体实施方式

[0021] 参见图1，并结合图2所示，所述自适应控制运行频率的电路，包括：一降频判断逻辑电路，一保持频率判断逻辑电路，一升频判断逻辑电路，与所述降频判断逻辑电路、保持频率判断逻辑电路和升频判断逻辑电路相连接的一判断结果选择电路。图1中的电压指示标志(即电压指示信号)来自于图2中的电压检测电路，反映主功能电路工作电压的大小；在具体实施时可以将电压指示信号分为高，中，低3档；每一档的具体数值范围，可以根据具体的应用进行设置。

[0022] 所述自适应控制运行频率的电路根据主功能电路的电压指示信号，自动调整其工作频率，当电压指示信号低时，降低主功能电路的运行时钟频率，从而降低它的功耗，使电源上的储能电容可以充电，电源电压可以升高；当电压指示信号为高时，再提升主功能电路的工作频率。这样就可以使主功能电路在不掉电的前提下，工作在最快的工作频率上。

[0023] 当电压指示信号为低档时，此时已经接近主功能电路能正常工作所需的最低电压了，为了使电路不掉电，需要立刻降低工作频率。这个功能由所述降频判断逻辑电路实现，对应的降频条件就是电压指示信号为低档。

[0024] 电压指示信号设置中档，这是为了防止这样一种情况：如果没有中档，只有高，低两档的话，当电压在高，低两档的边界附近时，电压指示信号频繁在高，低档变化，这会造成工作频率的频繁升降。为了避免这种情况，设置了中档，当电压指示信号在中档时，保持工作频率不变，起迟滞作用。这个功能由所述保持频率判断逻辑电路实现，对应的保持条件就是电压指示信号为中档。

[0025] 当电压指示信号为高档时，可以尝试升频。但由于升频后，电路的功耗增加有可能会造成电压的加速降低，再加上电压指示信号相对于当前电源电压有一定滞后，有可能造成电压检测电路还来不及产生低档标志，电压就已经降低到电路不能正常工作了。所以不能贸然升高工作频率，升高频率需要经过更加严格的条件检查。所述自适应控制运行频率的电路采用了长期和短期两个条件。

[0026] 具体实施时，所述升频判断逻辑电路采用短期条件判断逻辑电路和长期条件判断逻辑电路来构成；所述短期条件判断逻辑电路判断升频的短期条件是否满足，所述长期条件判断逻辑电路判断升频的长期条件是否满足，当这两个升频条件同时满足时，升频判断逻辑电路才认为升频条件满足；

[0027] 所述短期条件判断逻辑电路以Ts为采样周期，采样N个电压指示信号用于判断短期条件是否满足，短期条件是指，在N个电压指示信号中，有大于等于M个采样值为高档，并且在N个采样值中没有一个为低档，其中Ts为正数，N为大于0的整数，并且Ts乘以N的结果小于等于主功能电路的当前工作周期，M为大于0且小于等于N的整数；

[0028] 所述长期条件是指，连续L个短期条件的判断结果都为满足，其中L为大于0的整数。

[0029] 由于一般情况下，电路的功耗集中在工作时钟的单沿，所以电源电压值随工作频率周期性地变化。所述短期条件就检查这样的一个变化周期内，电压是否能恢复。由于电压指示信号有一定滞后，并且这个滞后根据工艺，温度，电压值等因素的不同而不同，无法确切知道周期开始的时间点，所以检测电压能否恢复这个功能在设计时就用检测一个变化周期所含的时间段内，是否有足够多的电压指示为高档这样的逻辑来实现。具体实施可由升频判断逻辑电路中的短期条件判断逻辑电路实现。

[0030] 由于电路的供电和其消耗的功耗会随时间以及具体操作而变化，所以所述升频判断逻辑电路还检查了长期条件，来防止短时间内的低功耗操作或高供电造成的错误升频。所述升频判断逻辑电路采用的长期条件就是要求一定时间段内的所有短期条件判断结果都为满足条件。

[0031] 最后，根据降频，保持频率和升频条件的判断结果，选择得到最后输出的频率控制信号。由于降频条件满足时，对应可能马上就要掉电的情况，所以它最紧急，优先级排在最高；由于升频有风险，所以升频应该最谨慎，于是它的优先级就排在最低。所述判断结果选择电路实现的就是这个逻辑。

[0032] 如果降频条件满足，所述判断结果选择电路产生使主功能电路运行时钟频率降低的频率控制信号；如果保持频率条件满足，所述判断结果选择电路产生使主功能电路运行时钟频率保持不变的频率控制信号；如果满足升频条件，所述判断结果选择电路则产生使主功能电路运行时钟频率升高的频率控制信号。

[0033] 以上通过具体实施方式对本发明进行了详细的说明，在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。