集成電路、時鐘門控電路和方法
2023-08-09 06:59:51 1
專利名稱：集成電路、時鐘門控電路和方法
技術領域：
本發明涉及集成電路領域。更具體地，本發明涉及減少在集成電路中分發時鐘信號時所消耗的電能量。
背景技術：
集成電路可以包括響應於時鐘信號進行操作的至少一個功能電路。時鐘分發樹可被提供來向功能電路分發時鐘信號。時鐘信號驅動時鐘分發樹中的高電容線，並且因此時鐘分發樹往往消耗較大量的電能。時鐘頻率越高，時鐘信號在高低狀態之間的切換越頻繁， 因此時鐘分發樹所消耗的電能量越多。如果使用較低頻率時鐘信號，則可以節省電能，儘管這將限制功能電路所實現的功能和性能水平。功能電路實際上響應於時鐘信號的上升沿而操作。已提議將功能電路的配置修改為使得其響應於時鐘信號的上升沿和下降沿兩者。因此，可以通過具有一半頻率的時鐘信號來獲得現有性能水平。然而，許多現有電路設計被設計為僅響應於上升沿操作，因此與這種技術不兼容。在包括數百個功能電路的集成電路中，修改每個功能電路以改變其響應於時鐘信號的方式可能需要大量設計和製造花費。本技術尋求以如下方式來減少分發時鐘信號所消耗的電能使得現有功能電路能夠被使用，而仍然維持功能電路的現有功能和性能水平。
發明內容
從一個方面看，本發明提供了一種集成電路，包括功能電路，被配置為響應於具有操作時鐘頻率的操作時鐘信號而操作；時鐘分發電路，被配置為以分發時鐘頻率在所述集成電路中分發分發時鐘信號，所述分發時鐘頻率比所述操作時鐘頻率低；以及時鐘轉換器，被配置為將由所述時鐘分發電路分發的所述分發時鐘信號轉換為用於控制所述功能電路的操作的所述操作時鐘信號。集成電路包括時鐘分發電路和功能電路。功能電路被設計為響應於具有給定操作時鐘頻率的時鐘信號而操作。然而，本技術認識到，與直覺相反，可以以與操作時鐘頻率不同的頻率來在集成電路中分發時鐘信號。時鐘分發電路被布置為以低於操作時鐘頻率的分發時鐘頻率來在集成電路中分發分發時鐘信號。時鐘轉換器被提供來將分發時鐘信號轉換為用於控制功能電路的操作的操作時鐘信號。通過分發較低頻率的時鐘信號，與分發操作時鐘信號的情況相比，時鐘分發電路將消耗較少的電能。然而，功能電路的功能和性能水平得到了維持，並且實現了節能而無需重新設計功能電路，這是因為提供給功能電路的操作時鐘信號具有與功能電路被設計來操作的時鐘信號相同的頻率。通常，如果使時鐘轉換器靠近集成電路上的功能電路則可以獲得電力連接的最大節省，因為這將縮小操作時鐘信號在電路中被分發的廣度。然而，一些實施例可以可選地包括用於從時鐘轉換器向功能電路分發操作時鐘信號的其它時鐘分發電路。功能電路可以是在時鐘信號的控制下提供功能的任何種類的電路。例如，功能電路可以為處理器、圖形處理器、協同處理器、緩存、存儲器、緩存或存儲器控制器、寄存器組寸。在一個示例中，時鐘分發電路可以包括時鐘輸入端，用於接收來自外部時鐘發生器的所述分發時鐘信號。替代地，所述時鐘分發電路可以包括用於生成所述分發時鐘信號的時鐘發生器。因此，分發時鐘信號可以按照需要在片上或片外生成。由於時鐘分發電路分發具有比操作時鐘頻率低的分發時鐘頻率的分發時鐘信號， 因此時鐘分發電路的能耗比操作時鐘信號被分發時小。分發時鐘頻率可以是比操作時鐘頻率低的任何頻率。例如，操作時鐘頻率可以是分發時鐘頻率的整數倍(例如，兩倍或更多倍)。然而，將分發時鐘頻率布置為是操作時鐘頻率的一半是有用的。如果分發時鐘頻率是操作時鐘頻率的一半，則時鐘轉換器配置可被簡化，因為時鐘轉換器可以響應於分發時鐘信號的上升沿和下降沿來觸發操作時鐘信號的每個周期。時鐘轉換器的複雜度越低， 時鐘轉換器消耗的電能量越小，因此本技術可實現的節能越多。分發時鐘頻率不需要精確地是操作時鐘頻率的一半一是操作時鐘頻率的頻率的大約一半的頻率就足夠。在本申請中，對「一半」的頻率的引用應當被解釋為「基本上一半」 的頻率。所述時鐘轉換器可以包括脈衝發生器，該脈衝發生器被配置為響應於所述分發時鐘信號的每個時鐘轉變而生成時鐘脈衝，以使得所述操作時鐘信號可以包括由所述脈衝發生器生成的時鐘脈衝的序列。當分發時鐘信號在高低狀態之間轉變時，脈衝發生器可以生成包括至少一個上升沿和至少一個下降沿的脈衝，以便生成具有比分發時鐘信號高的時鐘頻率的操作時鐘信號。時鐘轉換器可以位於集成電路中時鐘信號沿著其被分發給功能電路的任何部分上。例如，時鐘轉換器可以在時鐘分發電路本身內，或者可以位於時鐘分發電路與功能電路之間。為了實現進一步減少由時鐘分發所消耗的電能，分發時鐘信號的信號電壓可以低於操作時鐘信號的信號電壓。即，分發時鐘信號可以以分發電壓電平被分發，並且操作時鐘信號可以以操作電壓電平被提供，分發電壓電平低於操作電壓電平。時鐘轉換器可以包括電壓轉換器，用於在從分發時鐘信號生成操作時鐘信號時，將電壓電平從分發電壓電平轉換為操作電壓電平。因此，可以根據需要協同(in tandem)使用頻率轉換和電壓轉換。還可以將本技術與其它節能技術一起使用，例如動態電壓/頻率縮放(其中，整個集成電路的操作電壓或頻率被減小以節能)或者上面所述的將功能電路修改為響應於時鐘信號的兩個沿的技術。此外，本技術可被用在包括時鐘門的集成電路中，時鐘門用於控制時鐘信號中的信號轉變是否被傳播給功能電路。時鐘門可被用來在特定功能電路不被使用時節省電能。 時鐘門選擇性地允許或阻止時鐘轉變被傳播給功能電路。當時鐘門阻止時鐘轉變傳播給功能電路時，由於功能電路的電容元件將不再被切換狀態的時鐘信號驅動，因此可以節省電能。當本技術與時鐘門共同使用時，可以與時鐘門控電路分開地提供時鐘轉換器。因此，集成電路可以包括用於將分發時鐘信號轉換為操作時鐘信號的時鐘轉換器以及用於控制時鐘信號的信號轉變是否被傳播到功能電路的時鐘門控電路兩者。然而，將時鐘轉換器提供作為時鐘門控電路本身的一部分可能更高效。在使用時鐘門的電路中，時鐘門通常被設置在去往集成電路內的每個功能電路的時鐘分發路徑上， 因此時鐘門的位置通常與時鐘路徑中希望從分發時鐘信號轉換為操作時鐘信號的點相對應。因此，時鐘轉換和時鐘門控功能可以高效地被提供作為單個電路的一部分。通過將時鐘轉換功能包括在時鐘門控電路內，只需要對時鐘分發電路的其餘部分進行極小的修改。在一個示例中，時鐘門控電路可被配置為接收來自時鐘分發電路的分發時鐘信號，利用時鐘轉換器將所述分發時鐘信號轉換為所述操作時鐘信號，並且向所述功能電路輸出響應於所述操作時鐘信號和使能信號生成的門控操作時鐘信號。所述時鐘門控電路可以取決於所述使能信號來控制所述操作時鐘信號的時鐘轉變是否觸發所述門控操作時鐘信號的時鐘轉變。使能信號通常由以操作時鐘頻率被鍾控的集成電路的一部分來生成，或者以可以按與操作時鐘頻率相等的速率改變的值被輸入集成電路，並且因此在基於使能信號對操作時鐘信號進行門控之前將分發時鐘信號轉換為操作時鐘信號是有用的。在一個示例中，如果使能信號具有第一狀態，則時鐘門控電路可以響應於操作時鐘信號的時鐘轉變允許經門控操作時鐘信號的時鐘轉變被傳播給功能電路，而如果使能信號具有第二狀態，則時鐘轉變將不被傳播給功能電路，並且替代地，具有恆定信號電平的經門控操作時鐘信號將被輸出給功能電路。當經門控操作時鐘信號的時鐘轉變被時鐘門控電路禁用時，可以在該功能電路中節省電能。在一個示例中，所述時鐘門控電路可以包括邏輯門，被配置為通過向所述操作時鐘信號和所述使能信號應用邏輯運算來生成門控時鐘信號。例如，邏輯門可以是用於以與運算來組合操作時鐘信號與使能信號的與門。替代地，可以使用與非門。用於取決於使能信號來允許操作時鐘信號的信號轉變有選擇地被傳播或被阻止的任何類型的邏輯門可被使用。所述時鐘門控電路可以包括透明鎖存器，被配置為取決於所述操作時鐘信號的當前狀態將所述使能信號有選擇地提供給所述邏輯門。使能信號中的雜信(glitch)可能偶爾會導致門控操作時鐘信號在狀態間不正確地轉變。通過提供基於操作時鐘信號的當前狀態來選擇將使能信號提供給邏輯門或阻止使能信號被提供給邏輯門的透明鎖存器，使能信號中的這樣的雜信不太可能被傳送給邏輯門，因此從邏輯門輸出的門控操作時鐘信號不易受錯誤影響。時鐘門控電路可以位於集成電路內的不同位置。在一個示例中，功能電路可被提供有用於以細粒度級來對各功能電路加電和斷電的相應時鐘門。時鐘門還可以被設置在時鐘分發樹的更高層級處，用於控制時鐘信號被提供給一組關聯電路。例如，時鐘分發電路可以包括上遊分發部分，用於以所述分發時鐘頻率在所述集成電路中分發所述分發時鐘信號；中間時鐘門控電路，用於從所述上遊分發部分接收所述分發時鐘信號；以及下遊分發部分，用於以所述分發時鐘頻率將所述分發時鐘信號從所述中間時鐘門控電路分發給至少所述時鐘轉換器；其中所述中間時鐘門控電路被配置為控制所述分發時鐘信號的時鐘轉變是否被傳播給所述下遊分發部分。因此，中間時鐘門控電路位於時鐘分發電路內的中間點處，並且因此可被用來控制時鐘轉變是否被傳播給位於中間時鐘門控電路下遊的電路。相比於與特定功能電路相關聯的各個時鐘門，該中間時鐘門控電路允許以較粗粒度來將集成電路的各部分置於節能狀態中。如果知道位於該中間時鐘門控電路下遊的電路不需要特定操作，則該中間時鐘門控電路可被用來以高效方式將該下遊電路斷電。中間時鐘門控電路位於時鐘分發電路的中間點處。因此，中間時鐘門控電路從上遊分發部分接收分發時鐘信號並且將該分發時鐘信號分發給下遊分發部分。因此，可以預期到，在中間時鐘門控電路內不需要時鐘轉換。然而，對中間時鐘門控電路是否允許時鐘轉變被傳播給下遊分發部分進行控制的使能信號通常具有可能以與操作時鐘頻率相等的速率變化的值。例如，可以從以操作時鐘頻率被鍾控的諸如寄存器之類的集成電路的另一部分來接收使能信號。由於使能信號可能以操作時鐘頻率的速率來切換狀態，因此中間時鐘門控電路的門控功能應當也能夠以操作時鐘頻率來作出響應。因此，中間時鐘門控電路包括中間時鐘轉換器可以是有用的，該中間時鐘轉換器用於將從上遊分發部分接收的分發時鐘信號轉換為具有操作時鐘頻率的中間操作時鐘信號。中間操作時鐘信號隨後可基於使能信號被門控，被轉變回分發時鐘頻率，並以分發時鐘頻率被輸出給下遊分發部分。在一些實施例中，中間時鐘門控電路可以具有用於基於使能信號來對中間操作時鐘信號進行門控以及用於將經門控的中間操作時鐘信號轉換為具有操作時鐘頻率的經門控分發時鐘信號的分開的電路。然而，提供執行時鐘信號的門控以及從操作時鐘頻率到分發時鐘頻率的頻率轉換兩者的共用電路可能更高效。例如，可以使用反轉觸發器。反轉觸發器可以基於由中間時鐘轉換器生成的中間操作時鐘信號來生成經門控分發時鐘信號。反轉觸發器可被布置為使得當使能信號具有第一狀態時，該反轉觸發器響應於中間操作時鐘信號的每個時鐘周期來反轉門控分發時鐘信號的值，並且當使能信號具有第二狀態時，則該反轉觸發器將門控分發時鐘信號保持在其當前值。這種形式的反轉觸發器以高效方式實現了中間時鐘門控電路的門控功能和頻率轉換功能。雖然本技術可被應用於包括單個功能電路的集成電路，然而集成電路可以包括多個功能電路，這多個功能電路被配置為響應於具有操作時鐘頻率的操作時鐘信號而操作。 至少一個時鐘轉換器可被提供來將由時鐘分發電路分發的分發時鐘信號轉變為用於控制至少一個關聯功能電路的操作的操作時鐘信號。在一些實施例中，每個功能電路可被提供有其自己的關聯時鐘轉換器。替代地，可以在功能電路之間共享至少一個時鐘轉換器以使得由時鐘轉換器提供的操作時鐘信號被發送給兩個或更多個關聯功能電路。響應於如上所述從較低頻率的分發時鐘信號轉換來的操作時鐘信號來操作並非是對於集成電路的每個功能電路都必要的。可能存在不能響應於從分發時鐘信號轉換來的操作時鐘信號進行操作的一些種類的功能電路，例如負沿觸發存儲器或鎖存器。因此，在一些實施例中，集成電路可以包括至少一個其它功能電路，該其它功能電路響應於由其它時鐘分發電路分發的其它操作時鐘信號而操作。該其它操作時鐘信號具有可以與該操作時鐘頻率相同或不同的其它操作時鐘頻率。因此，對於不能利用本技術進行操作的其它功能電路，單獨的時鐘分發網絡可被提供用於以該其它功能電路被設計來進行操作的頻率來分發其它操作時鐘信號。即使一個或多個功能電路不使用時鐘轉換技術，仍然可以通過將時鐘轉換技術用於至少一個其它功能電路來減少集成電路的總體能耗。時鐘轉換器可以包括用於對提供給功能電路的操作時鐘信號進行反相的反相器。 由於時鐘信號的反相使得上升沿變為下降沿並且下降沿變為上升沿，因此反相使得操作時鐘信號內的上升沿和下降沿的相對定時被調節。因此，其操作在操作時鐘信號的上升沿或下降沿被激發的功能電路可以使其定時被調節。這對於例如對功能電路內的工藝變化的靜態補償可以是有用的。通過利用反相器來調諧操作時鐘信號的時鐘沿的相對定時，可以提高集成電路的產率、可靠性和性能。操作時鐘信號不需要總是被反相器反相。時鐘轉換器可以包括選擇性反相能力以使得反相器取決於反相控制信號來有選擇地對操作時鐘信號反相。通過有選擇地對操作時鐘信號反相或不反相，操作時鐘信號的邊沿的相對定時可被調節，例如用於動態補償諸如溫度和電壓之類的效應。反相技術在集成電路包括兩個不同時鐘轉換器時特別有用。兩個時鐘轉換器可以向兩個不同功能電路或同一功能電路的兩個不同部分提供各自的操作時鐘信號。如果兩個時鐘信號都不被反相，或者兩者都被反相，則在一個時鐘信號的上升沿與另一時鐘信號在下一時鐘周期的上升沿之間將存在給定時間段。通過將時鐘信號之一相對於另一個反相， 上升沿之間的該時段可以方便地被調節。這在例如以下情況中可以是有用的被第一時鐘轉換器所生成的時鐘信號鍾控的功能電路獲取由另一功能電路(或同一功能電路的不同部分)在前一時鐘周期中生成的數據值，該另一功能電路(或同一功能電路的不同部分)被第二時鐘轉換器所生成的時鐘信號鍾控。通過將第一時鐘轉換器的時鐘信號反相，但繼續供應來自第二時鐘轉換器的非反相時鐘信號，開始生成數據值與捕獲該數據值之間的時間段可被增加，從而降低數據值過早被獲取的可能性。因此，錯誤發生概率可被降低。從另一方面看，本發明提供了一種集成電路，包括功能電路裝置，用於響應於具有操作時鐘頻率的操作時鐘信號而操作；時鐘分發裝置，用於以分發時鐘頻率在所述集成電路中分發分發時鐘信號，所述分發時鐘頻率比所述操作時鐘頻率低；以及時鐘轉換裝置， 用於將由所述時鐘分發裝置分發的所述分發時鐘信號轉換為用於控制所述功能電路裝置的操作的所述操作時鐘信號。從又一方面看，本發明提供了一種用於操作集成電路的方法，該集成電路包括響應於具有操作時鐘頻率的操作時鐘信號而操作的功能電路，所述方法包括在所述集成電路中分發分發時鐘信號，所述分發時鐘信號具有分發時鐘頻率，所述分發時鐘頻率比所述操作時鐘頻率低；將所述分發時鐘信號轉換為具有所述操作時鐘頻率的所述操作時鐘信號；以及響應於具有所述操作時鐘頻率的所述操作時鐘信號來操作所述集成電路。從另一方面看，本發明提供了一種用於控制向關聯電路提供輸出時鐘信號的時鐘門控電路，所述時鐘門控電路包括時鐘輸入端，被配置為接收具有分發時鐘頻率的分發時鐘信號；時鐘轉換器，被配置為將所述分發時鐘信號轉換為具有操作時鐘頻率的操作時鐘信號，所述操作時鐘頻率比所述分發時鐘頻率高；門控電路，被配置為基於使能信號和由所述時鐘轉換器生成的所述操作時鐘信號來生成所述輸出時鐘信號；以及時鐘輸出端，被配置為向所述關聯電路輸出所述輸出時鐘信號；其中所述門控電路被配置為取決於所述使能信號來控制所述操作時鐘信號的時鐘轉變是否觸發所述輸出時鐘信號中的時鐘轉變。
如上所述，可在時鐘門控電路中設置時鐘轉換能力。時鐘門控電路可被用在集成電路的不同部分中。例如，時鐘門控電路可以是用在時鐘分發樹的較下端處(即，時鐘分發樹中的更靠近被提供時鐘信號的功能電路的那部分)的時鐘門。因此，時鐘門控電路可以以操作時鐘頻率來輸出輸出時鐘信號以用於控制至少一個關聯功能電路的操作。時鐘門控電路可以包括上面所述的邏輯門和透明鎖存器。替代地，可以打算將時鐘門控電路用在時鐘分發樹的較上部分(例如，時鐘分發樹的中間點處)。在此情況中，可能希望時鐘門控電路以分發時鐘頻率來輸出輸出時鐘信號以進一步在集成電路中進行分發。在此示例中，時鐘門控電路可以包括如上所述的反轉觸發器。從另一方面看，本發明提供了一種用於控制向關聯電路提供輸出時鐘信號的時鐘門控電路，所述時鐘門控電路包括時鐘輸入裝置，用於接收具有分發時鐘頻率的分發時鐘信號；時鐘轉換裝置，用於將所述分發時鐘信號轉換為具有操作時鐘頻率的操作時鐘信號， 所述操作時鐘頻率比所述分發時鐘頻率高；門控裝置，用於基於使能信號和由所述時鐘轉換裝置生成的所述操作時鐘信號來生成所述輸出時鐘信號；以及時鐘輸出裝置，用於向所述關聯電路輸出所述輸出時鐘信號；其中所述門控裝置被配置為取決於所述使能信號來控制所述操作時鐘信號的時鐘轉變是否觸發所述輸出時鐘信號中的時鐘轉變。從另一方面看，本發明提供了一種存儲數據結構的計算機可讀存儲介質，所述數據結構包括用於控制計算機生成並驗證集成電路的電路元件的電路布圖的標準元件電路定義，所述電路元件包括如上所述的時鐘門控電路。標準元件電路定義可以指定時鐘門控電路的特性，包括時鐘門控電路的定時特性、邏輯功能、物理接口特性以及電接口特性中的至少一者。數據結構可以是單個數據結構或者分布式數據結構。存儲介質(在分布式數據結構的情況中其可以包括多個存儲介質) 可以是非暫時性的。數據結構例如可以是用來生成並驗證包含該時鐘門控電路的集成電路的電路布圖的標準元件庫的一部分。標準元件庫定義了廣泛的不同種類標準元件的特性。例如，包括在該庫中的標準元件可以包括不同種類的邏輯門(例如，與非門、與門、或門等)、用於執行算術功能的電路(例如，加法器、乘法器)、鎖存器、觸發器、電能控制電路等的標準元件表示。每個標準元件表示一個「構建塊」。集成電路布圖可以作為該庫中所定義的構建塊的組合而被生成。通過將低層邏輯(例如電晶體)的集合封裝到標準元件的較高層抽象體內， 可以從標準元件來構建出集成電路而無需設計者知道每個標準元件內存在的實際邏輯。在開發集成電路時，電路設計者可以指定該庫中的標準元件的所需要組合和布置。替代地，設計者可以指定集成電路應當滿足的約束，並且綜合工具可以生成包含有滿足這些約束的標準元件的給定布置的集成電路布圖。利用標準元件庫開發出的集成電路布圖可被用來控制集成電路的製造。標準元件庫可以包括時鐘門控電路的標準元件定義。工具本技術，時鐘門控電路的標準元件定義可被修改為包括時鐘頻率轉換功能，以使得可以在對集成電路的其餘部分進行少量再設計的情況下在集成電路上實現時鐘轉換技術。從又一方面看，本發明提供了一種用於控制向關聯電路提供輸出時鐘信號的方法，所述方法包括以下步驟接收具有分發時鐘頻率的分發時鐘信號；將所述分發時鐘信號轉換為具有操作時鐘頻率的操作時鐘信號，所述操作時鐘頻率比所述分發時鐘頻率高； 基於使能信號和所述操作時鐘信號來生成所述輸出時鐘信號；以及向所述關聯電路輸出所述輸出時鐘信號；其中所述生成步驟包括取決於所述使能信號來控制所述操作時鐘信號的時鐘轉變是否觸發所述輸出時鐘信號中的時鐘轉變。從結合附圖閱讀的下面對說明性實施例的詳細描述中將清楚本發明的以上以及其它目的、特徵和優點。
圖1示意性地圖示出了包括時鐘轉換器的集成電路，該時鐘轉換器用於將由時鐘分發電路分發的分發時鐘信號轉換為用於控制功能電路的操作的操作時鐘信號；圖2示意性地圖示出了用於將分發時鐘信號轉換為操作時鐘信號的脈衝發生器的示例；圖3圖示出了圖2的脈衝發生器的信號時序的示例；圖4圖示出了用於操作集成電路的方法；圖5圖示出了包括用於控制時鐘信號中的信號轉變是否被傳播給功能電路的時鐘門的集成電路；圖6示出了包括時鐘轉換器的時鐘門控電路的示例；圖7圖示出了圖6的時鐘門的輸入信號與輸出信號之間的關係；圖8圖示出了圖6的時鐘門的信號時序的示例；圖9示意性地圖示出了用在時鐘分發電路的中間點處的中間時鐘門的示例；圖10圖示出了圖9的中間時鐘門的示例信號時序；圖11圖示出了包括如下功能電路的集成電路被提供有從以分發時鐘頻率被分發的分發時鐘信號生成的操作時鐘信號的功能電路，以及被提供有以其它操作時鐘頻率被分發的其它操作時鐘信號的其它功能電路；圖12圖示出了在時鐘轉換器內使用選擇性反相以調節操作時鐘信號內的上升沿和下降沿的相對定時；圖13A圖示出了具有用於對時鐘信號反相的反相器的時鐘門的示例；以及圖13B示出了具有用於有選擇地對操作時鐘信號反相的反相器的時鐘門的示例。
具體實施例方式圖1圖示出了包括功能電路4、6的集成電路2。在此示例中，功能電路包括處理單元(CPU)4和圖形處理單元(GPU)6。功能電路4、6響應於具有操作時鐘頻率的操作時鐘信號而操作。將理解，功能電路可以包括其他種類的功能電路來替代CPU或GPU或者也包括 CPU 或 GPU。集成電路2包括用於向功能電路4、6分發時鐘信號的時鐘分發電路8。分發電路 8不分發具有與功能電路4、6被設計來操作的操作頻率相同頻率的時鐘信號。而是，分發電路8分發具有比操作時鐘頻率小的分發時鐘頻率的分發時鐘信號。時鐘轉換器10被提供來將分發電路8所分發的分發時鐘信號轉換為用於以操作時鐘頻率來控制功能電路4、6的操作時鐘信號。時鐘分發電路8將分發時鐘信號從共同的時鐘源分發給與需要時鐘信號的各個功能電路相關聯的時鐘轉換器10。在此示例中，時鐘源是從外部時鐘發生器14接收分發時鐘信號的時鐘輸入端12。在其它實施例中，時鐘源可以包括片上時鐘發生器。時鐘分發電路8可以包括在樹的較高端處從時鐘源扇出的時鐘分發樹，其中分發電路8的分支延伸到位於樹的較下端的功能電路4、6。雖然圖1示出了包括用於分別向功能電路4、6提供時鐘信號的兩個分支的時鐘分發樹8，然而包括更多數目功能電路的集成電路通常將包括具有用於向關聯功能電路分發時鐘信號的更多數目的分支和子分支的時鐘分發樹8。時鐘分發樹8包括用於在集成電路2中分發時鐘信號的緩衝器16和配線的網絡。緩衝器16用來中繼時鐘信號以便在時鐘信號在集成電路2中傳遞時維持時鐘信號的信號電平。在此示例中，時鐘轉換器10接收來自時鐘分發電路8的分發時鐘信號並且將操作時鐘信號提供給關聯功能電路4、6。在其它示例中，時鐘轉換器10可被設置在時鐘分發電路8內以使得某些進一步的分發電路被設置在時鐘轉換器10與關聯功能電路之間。此外， 向每個功能電路4、6提供其自己單獨的時鐘轉換器10並不是必要的。在其它示例中，兩個或更多個功能電路可以共享同一時鐘轉換器10。時鐘轉換器10可以包括脈衝發生器，用於響應於分發時鐘信號的每個信號轉變而生成脈衝。這樣的脈衝的序列可以形成用於控制一個或多個關聯功能電路4、6的操作的操作時鐘信號。可以使用各種不同種類的脈衝發生器。圖2示出了脈衝發生器20的具體示例，但是也可以將其它種類的脈衝發生器用於時鐘轉換器10。圖2所示的脈衝發生器20接收時鐘分發電路8所分發的分發時鐘信號SCK。脈衝發生器20包括延遲元件，其產生分發時鐘信號SCK的經延遲形式DSCK。在圖2的示例中， 延遲元件包括一系列反相級M，這些反相級M接連地將分發時鐘信號SCK反相併將經反相的信號再反相回來。如圖3所示，反相級M的輸出DSCK相當於被延遲了給定時間段Tdelay 的分發時鐘信號SCK。脈衝發生器20包括邏輯門26，邏輯門沈基於分發時鐘信號SCK和經延遲分發時鐘信號DSCK來生成操作時鐘信號FCK。在圖2的示例中，邏輯門沈是以異或 (OR)運算來組合輸入信號的M)R門。因此，操作時鐘信號FCK在分發時鐘信號SCK和經延遲分發時鐘信號DSCK彼此不同的時段期間為高，並且在時鐘周期的其餘部分期間為低。結果得到了包括脈衝30的操作時鐘信號FCK，脈衝30對應於分發時鐘信號SCK的每個信號轉變。因此，分發時鐘信號SCK的時鐘周期Td基本上是操作時鐘信號FCK的時鐘周期T。的兩倍，而分發時鐘頻率fd基本上是操作時鐘頻率f。的一半。圖3示出了操作時鐘信號FCK的佔空比可能不是50%。在此示例中，操作時鐘信號FCK具有比低信號電平短的時間的高信號電平。例如，佔空比可能為20%這麼小。信號脈衝30的脈衝寬度ρ對應於脈衝發生器20的反相級M所提供的延遲Tdelay。通過改變反相級M的數目，可以根據需要來縮短或延長延遲Tdelay (因此，脈衝寬度ρ)，以確保脈衝寬度 P充分長從而使得關聯功能電路4、6能夠執行其關聯功能操作。例如，如果特定功能電路需要70皮秒的最小脈衝寬度，則脈衝發生器20可被布置為提供至少70皮秒的延遲Tdelay。脈衝發生器20可被用在如圖1所示的時鐘轉換器10內。典型的集成電路2可被預期包括許多功能電路。如果像先前已知技術中那樣以操作時鐘頻率來分發用於這些功能電路的時鐘信號，則集成電路2將消耗給定量的電能。當應用本技術時，如果通過以較低時鐘頻率在集成電路中分發時鐘信號所獲得的電能節省比時鐘轉換器10所消耗的電能多，則集成電路2所消耗的總體電能量將被減少。例如，典型集成電路2可以具有在以操作時鐘頻率來分發時鐘信號時消耗50mW電能的時鐘分發電路。通過將時鐘分發電路8布置來分發具有為操作時鐘頻率一半的分發時鐘頻率的時鐘信號，分發電路8的能耗大致可被減半，從而可預期到電能節省為25mW。如果假設該電路需要2500個時鐘轉換器，則假若每個時鐘轉換器10消耗不多於10 μ W的電能，則將獲得能耗的總體減少。在對圖2所示的脈衝發生器20所消耗的電能進行建模時，發現在32nm CMOS工藝下脈衝發生器20的動態能耗為5. 2 μ W。這表示每個時鐘轉換器10的估計電能節省為4. 8 μ W，從而在整個集成電路 2中產生了 12mW的電能節省(如果時鐘信號以操作時鐘頻率被分發，則這是所消耗電能的 24% )0因此，本技術可被用來減少集成電路2的總體能耗。期望通過生產更高效的脈衝發生器來進一步減少能耗。圖2所示的脈衝發生器20將分發時鐘信號SCK轉換為是分發時鐘信號SCK的頻率的兩倍的更快操作時鐘信號FCK。即，可以以功能電路4、6所需的操作時鐘頻率的大約一半來分發分發時鐘信號SCK，功能電路4、6通過該操作時鐘信號FCK被鍾控。然而，分發時鐘頻率是操作時鐘頻率的一半並非必要的。例如，脈衝發生器20可被設計為響應於分發時鐘信號SCK的每個時鐘轉換生成包含兩個上升沿和兩個下降沿的雙時鐘脈衝。這將產生為是發時鐘信號SCK的頻率的大約四倍的操作時鐘信號FCK，S卩，分發時鐘信號可以以是(對功能電路4、6進行操作所需的)操作頻率的四分之一的分發時鐘頻率被分發。其它形式的脈衝發生器20可被用來以分發時鐘頻率與操作時鐘頻率之間的不同比率實現頻率轉換。圖4圖示出了操作集成電路2的方法。在步驟40，分發時鐘信號以分發時鐘頻率在集成電路2中被分發。在步驟42中，分發時鐘信號被轉換為具有操作時鐘頻率的操作時鐘信號。操作時鐘頻率高於分發時鐘頻率。接下來，在步驟44，響應於在步驟42中生成的操作時鐘信號來對功能電路進行操作。圖5圖示出了集成電路50的另一示例。集成電路50包括與圖1類似的功能電路 54、56、58、60以及時鐘分發電路。在圖5的示例中，功能電路包括寄存器組58、60以及處理單元M和圖形處理單元56。將理解，還可以使用其它類型的功能電路。集成電路50還包括時鐘門64、66，其控制是否將時鐘信號轉變傳播到位於時鐘門64、66下遊的電路。圖5示出了不同種類的時鐘門。時鐘門64被設置用於以細粒度級來對時鐘信號轉變是否被傳播給關聯功能電路進行控制。例如，功能電路M、56、58、60的每個被提供有關聯時鐘門64。每個時鐘門64響應於使能信號來向各個功能電路提供各自的時鐘控制。當使能信號處於第一狀態時，則時鐘門64允許時鐘信號轉變被傳播給關聯功能電路M、56、 58,60,以使得關聯功能電路可以執行其功能操作。當使能信號具有第二狀態時，時鐘門64 阻止信號轉變傳播給功能電路，從而節省功能電路中的電能。因此，當在一時間段中不需要功能電路的操作時，關聯時鐘門64可被用來防止功能電路被鍾控，從而節省電能。每個功能電路具有其自己的時鐘門64並非必要的。在一些實施例中，兩個或更多個功能電路可以共享時鐘門64。圖5的集成電路50還包括位於時鐘樹的更上端的中間時鐘門66。中間時鐘門66可被用來以沒有時鐘門64那麼細的粒度級來控制時鐘門控。每個中間時鐘門66控制分發時鐘信號轉變是否能傳播給位於時鐘門66以遠的下遊電路。例如，在圖5中，中間時鐘門 66-1位於時鐘分發電路的上遊分發部分70與時鐘分發電路的下遊部分72之間。中間時鐘門66-1接收來自上遊分發部分70的分發時鐘信號，並且控制分發時鐘信號的時鐘轉變是否被傳播給下遊分發部分72。因此，中間時鐘門66-1控制時鐘門66-1下遊的電路是否被鍾控。在此示例中，中間時鐘門66下遊的電路包括處理單元M和寄存器組58。如果處理單元M或寄存器組58都不需要給定的處理操作，則中間時鐘門66可被用來防止處理單元M和寄存器組58被鍾控，從而減少集成電路50消耗的電能。類似地，圖5所示的其它中間時鐘門66位於分發網絡的相應上遊分發部分與對應下遊分發部分之間，並且控制分發時鐘信號的時鐘轉變是否被傳播給集成電路50的關聯區域。當將上述時鐘轉換技術應用於具有時鐘門的集成電路50時，圖1所示的時鐘轉換器10可以與時鐘門64、66分開地被提供。然而，將時鐘轉換器10的時鐘轉換功能包括在時鐘門64、66中的一個或多個內可能更高效。例如，在圖5中，時鐘門64(而非時鐘門66) 包括用於將由時鐘分發電路分發的分發時鐘信號轉換為用來鍾控關聯功能電路M、56、58、 60的操作時鐘信號的時鐘轉換器。圖6示出了圖5所示的時鐘門64的示例。時鐘門64 —般被用在時鐘分發樹的較下端，在時鐘分發樹的較下端中，分發時鐘信號被轉換為用於提供給至少一個關聯功能電路的操作時鐘信號。然而，時鐘門64也可以被用在時鐘分發樹的更上端，以使得分發時鐘信號在時鐘分發樹的中間點處被轉換為操作時鐘信號並且然後以操作頻率在集成電路80 中被進一步分發給功能電路。時鐘門64接收來自時鐘分發電路的分發時鐘信號(慢時鐘)， 將該分發時鐘信號轉換為具有更高時鐘頻率的操作時鐘信號，取決於使能信號(使能)來對操作時鐘信號進行門控，並且輸出經門控的操作時鐘信號(快時鐘)供一個或多個關聯功能電路使用。在此示例中，時鐘門64包括脈衝發生器80、邏輯門82和透明鎖存器(transparent latch) 840脈衝發生器80例如可如圖2所示那樣被配置，或者可以是不同種類的脈衝發生器。脈衝發生器80接收來自時鐘分發電路的具有分發時鐘頻率的分發時鐘信號，並且將該時鐘信號轉換為操作時鐘信號A。操作時鐘信號A被提供給邏輯門82的輸入之一。脈衝發生器80所產生的操作時鐘信號A的反相形式還被提供給透明鎖存器84的使能輸入EN。透明鎖存器84在其數據輸入D處接收使能信號(使能)，並且取決於從脈衝發生器80接收的操作時鐘信號A的當前狀態來有選擇地將使能信號提供給邏輯門82。如圖7的表所示，當操作時鐘信號A為低信號狀態時，則透明鎖存器84處於透明狀態並且因此鎖存器84的輸出Q具有與使能信號相同的信號狀態。此時，使能信號的改變將被傳播通過邏輯門82。反之，當操作時鐘信號A為高信號狀態時，則透明鎖存器84不透明，因此鎖存輸出Q保持其當前狀態，而不管使能信號的改變。在此示例中為與(AND)門的邏輯門82利用與運算來將從透明鎖存器84有選擇地輸出的使能信號與從脈衝發生器80接收的操作時鐘信號A相組合，並且將邏輯運算結果輸出作為具有操作時鐘頻率的門控操作時鐘。雖然在圖6中邏輯門82為與門，然而邏輯門還可以是另外種類的邏輯門，例如與非(NAND)門。圖7示出了使能信號、脈衝發生器80輸出的操作時鐘信號A、透明鎖存器84的鎖存輸出Q以及時鐘門控電路64輸出的門控操作時鐘信號之間的關係。當脈衝發生器80輸出的操作時鐘信號具有低信號值時，則無論使能信號的值如何，邏輯門82輸出的門控操作時鐘信號都將具有低信號值。否則，由於當操作時鐘信號A為低時鎖存器84是透明的，因此使能信號的改變將被傳播通過邏輯門82。反之，當操作時鐘信號A為高時，鎖存器84變為非透明的，因此鎖存器84將防止使能信號的改變傳播給邏輯門82。鎖存輸出Q將被保持為其先前值。如果鎖存輸出的先前值Q[n]為高，則門控操作時鐘也將為高，而如果鎖存輸出Q的先前值Q[n]為低，則門控操作時鐘將也為低。當操作時鐘信號A為高時使能信號狀態的任何改變都不被傳播給邏輯門 82，直到操作時鐘信號A切換回低信號狀態為止。圖8示出了圖6所示的時鐘門64內的各個信號的信號時序的示例。分發(慢) 時鐘信號以給定的分發時鐘頻率被輸入時鐘門64。脈衝發生器80具有比分發時鐘信號高的頻率的操作時鐘信號A。當使能信號保持為高時，操作時鐘信號「A」的信號轉變觸發門控操作時鐘信號中的相應信號轉變，因此時鐘轉變能傳播給位於時鐘門64下遊的電路。反之，當使能信號為低時，操作時鐘信號A的信號轉變被阻止傳送給下遊電路。圖8示出了透明鎖存器84如何能夠保護門控操作時鐘信號不受使能信號中的雜信幹擾。如果使能信號中的雜信在門控操作時鐘信號中觸發出尖峰，則由於門控操作時鐘信號中的尖峰可能錯誤地觸發時鐘門64下遊的電路中的處理，因此這可能在下遊電路中引起錯誤。透明鎖存器84有助於降低集成電路80對這樣的雜信的易感性。如果雜信88 在操作時鐘信號A處於低信號狀態時發生，則雜信88將不會在時鐘門64輸出的門控操作時鐘信號中觸發出尖峰。即使使能信號的狀態改變將被傳播給邏輯門82，與門82的輸出也將保持為低，這是因為操作時鐘信號A處於低信號狀態。此外，如果另一雜信90在操作時鐘信號A處於高信號狀態時發生，則該改變將不被傳播到與門82，這是因為鎖存器84在時鐘信號A為高時是不透明的。因此，鎖存輸出Q將保持其先前(低)狀態並且因此門控操作時鐘信號將保持為低。因此，透明鎖存器84有助於降低使能信號中的雜信在門控操作時鐘信號中引起尖峰的可能性。圖9示出了適合用在時鐘分發樹的更上端(例如，如在圖5所示的時鐘門66中) 的中間時鐘門控電路66的示例。中間時鐘門控電路66可用於以沒有時鐘門控電路64那麼細的粒度級來控制時鐘門控。中間時鐘門控電路66接收來自分發電路的上遊時鐘分發部分的分發時鐘信號(慢時鐘)，取決於使能信號(使能)對該分發時鐘信號進行門控，並且向分發電路的下遊部分輸出門控分發時鐘信號(門控慢時鐘)。中間時鐘門66的輸入和輸出時鐘信號兩者都為分發時鐘頻率。因此，可預期到在中間時鐘門66內無需時鐘轉換能力。然而，對時鐘門66是否使能分發時鐘信號中的時鐘轉變作為門控分發時鐘信號的時鐘轉變被傳播到下遊電路進行控制的使能信號可能以操作時鐘頻率來切換狀態。這是因為使能信號可能是由集成電路50中的元件產生的，該元件本身以操作時鐘頻率被鍾控。 例如，用於時鐘門66的使能可能是從寄存器組58、66中的寄存器之一接收的。由於使能信號可能以操作時鐘頻率轉變，因此可能希望以操作時鐘頻率來執行中間時鐘門66的門控功能。為了使得時鐘門控能夠以操作時鐘頻率被執行，中間時鐘門66被提供有時鐘轉換器(例如，脈衝發生器)100，用於將從分發網絡的上遊部分接收的分發時鐘信號轉換為具有操作時鐘頻率的中間操作時鐘信號A。中間時鐘門66響應於使能信號控制中間操作時鐘信號中的信號轉變是否允許傳播到中間時鐘門66以遠。中間時鐘門66還將門控時鐘信號轉換為具有分發時鐘頻率的門控分發時鐘信號。在一些實施例中，分離的電路可被提供用於對該中間操作時鐘信號進行門控，以及將經門控中間操作時鐘信號轉換回具有分發時鐘頻率的分發時鐘信號。然而，在圖9的示例中，反轉觸發器(toggle flip-flop) 104被提供來執行門控功能和時鐘轉換功能兩者。反轉觸發器104在使能輸入EN處接收使能信號，並且由時鐘轉換器100所生成的中間操作時鐘信號A進行鍾控。反轉觸發器104的輸出Q被反相併作為輸入D被反饋進反轉觸發器104。當使能信號具有第一狀態(例如，高信號電平)時，反轉觸發器104的輸出響應於中間操作時鐘信號A的每個周期而被反轉。另一方面，當使能信號具有第二電平(例如，低信號電平)時，則反轉觸發器104的輸出被維持為其當前電平。圖10圖示出了圖9所示的中間時鐘門66內的信號時序的示例。中間時鐘門66 從分發樹的上遊分發部分接收具有分發時鐘頻率的分發時鐘信號。時鐘轉換器100將分發時鐘信號轉換為中間操作時鐘信號A。當使能信號處於高狀態時，則反轉觸發器104響應於中間操作時鐘信號A的每個時鐘周期來切換經門控分發時鐘信號Q的值。例如，經門控分發時鐘信號Q響應於中間操作時鐘信號A的每個上升沿而被切換。當使能信號被切換為低狀態時，反轉觸發器104將經門控的分發時鐘信號Q維持其當前狀態，而不管中間操作時鐘信號A的轉變如何。圖10示出了可以通過選擇使能信號從高值和從低值被切換的定時來按需要將經門控分發時鐘信號維持在高信號狀態或低信號狀態。在圖10中由實線所示的示例中，使能信號在經門控分發時鐘信號為低時從高電平被切換為低電平，因此經門控分發時鐘信號隨後仍保持為低信號電平。替代地，在圖10中由虛線所示示例中，使能信號在在經門控分發時鐘信號為高的時刻被切換為低信號電平之前，維持高信號電平達一個以上的中間操作時鐘信號A的周期，因此此時，經門控分發時鐘信號在使能信號轉變為低信號電平之後保持高邏輯狀態。如圖10所示，反轉觸發器104生成具有中間操作時鐘信號A—半頻率的經門控分發時鐘信號Q。因此，反轉觸發器104提供了時鐘門控功能和時鐘轉換功能兩者，時鐘門控功能用於控制時鐘轉變是否被傳播給下遊電路，時鐘轉換功能將具有操作時鐘頻率的中間時鐘信號A轉換為具有(更低)分發時鐘頻率的經門控分發時鐘信號。標準元件庫可被修改為包括用於定義如圖6和9所示的時鐘門配置的元件定義數據。這樣的標準元件庫提供用於控制電路布圖的生成和驗證的數據。先前已知的標準元件庫包括時鐘門的設計，這些時鐘門的設計不具有上述時鐘轉換功能。通過將時鐘門的標準元件定義修改為使得時鐘門也包括時鐘轉換能力(例如，包括如圖6或圖9所示的脈衝發生器的電路元件定義)，則可以在對集成電路的其餘部分進行微小修改的情況下來將時鐘轉換技術應用於集成電路。這有主用於減少實現節能技術所需的電路設計量。並不需要所有功能電路都與本技術兼容。如圖3所示，一些類型的時鐘轉換器10 可以產生具有較窄脈衝寬度P和50%以外的佔空比的操作時鐘信號。這在一些功能電路中可能是不恰當的。例如，基於時鐘信號的上升沿和下降沿兩者被觸發的一些電路可能需要具有接近50 %的佔空比的時鐘信號。
即使一個或多個功能電路與上述時鐘轉換技術不兼容，仍可以將該時鐘轉換技術用於與利用時鐘轉換器產生的操作時鐘信號兼容的任何功能電路，以便減少向這些功能電路分發時鐘信號所消耗的電能。不能使用操作時鐘信號的任何其它功能電路可被提供有用於分發其它操作時鐘信號的單獨時鐘分發網絡。圖11示出了被有效地劃分為兩個部分202、203的集成電路200。集成電路200 的第一部分202類似於以上所示示例，並且包括由操作時鐘信號進行鍾控的功能電路204、 206，該操作時鐘信號是由時鐘轉換器210從以較低頻率被分發的分發時鐘信號生成的。相比而言，部分203包括不與時鐘轉換器210所產生的操作時鐘信號兼容的其它功能電路 220 (在此示例中，為存儲器控制器)。因此，其它時鐘分發網絡2M被提供來向功能電路 220提供其它操作時鐘信號。該其它操作時鐘信號例如可以具有比在集成電路200的另一部分202中所使用的操作時鐘信號更均稱的佔空比。該其它操作時鐘信號可以具有與該操作時鐘頻率相同的時鐘頻率，或者可以具有不同頻率。因此，通過將上述時鐘轉換技術應用於可以支持這樣的時鐘轉換的那些功能電路 204、206，能耗可被減小。不能支持這樣的時鐘轉換的功能電路220可以繼續響應於為它們設計的操作時鐘信號來操作。在圖11的示例中，分發時鐘信號不像如圖1所示的在片外生成的。而是，片上時鐘發生器230可被提供用於生成分發時鐘信號。以類似方式，在以上示例的任何示例中，片上時鐘發生器230可被用來取代時鐘輸入端。類似地，對於集成電路200中不使用始終轉換技術的部分203，可由片上時鐘發生器240或者替代地可由外部時鐘發生器來生成其它操作時鐘信號。圖12示出了時鐘轉換器10的變體。時鐘轉換器10可以在將所生成的操作時鐘信號提供給關聯功能電路之前將操作時鐘信號反相。例如，如圖12所示，脈衝發生器20的輸出可被提供給反相器250，反相器250用於在將時鐘信號提供給功能電路之前將該時鐘信號反相。雖然一些種類的時鐘轉換器10可被布置為始終對時鐘信號反相，然而提供選擇性反相的能力是有用的。例如，多路復用器260可被提供來取決於反相選擇控制信號在操作時鐘信號的經反相的形式與操作時鐘信號的非反相形式之間進行選擇。圖12的底部的時序圖示出了為什麼提供這樣的選擇反相能力是有用的。當時鐘信號被反相時，時鐘信號的上升沿變為下降沿並且反之下降沿變為上升沿(參見圖12所示的GPU操作時鐘的非反相形式和經反相形式之間的關係)，因此出現上升沿和下降沿的定時可以被調節。如果關聯功能電路例如僅由上升沿觸發，則有選擇地反相時鐘信號會改變功能電路被時鐘信號觸發的定時。這在存在由不同時鐘轉換器10所產生的不同時鐘信號來觸發的兩個功能電路或者同一功能電路的兩個不同部分時是有用的。例如，在圖12中，圖形處理單元(GPU)6由第一時鐘轉換器10_1所生成的操作時鐘信號來鍾控，處理單元(CPU)4由第二時鐘轉換器10-2所生成的操作時鐘信號來鍾控。 圖12的底部的信號圖示出了這樣的示例，其中，與CPU相關聯的第二時鐘轉換器10-2的多路復用器260被設置為使得CPU時鐘信號未被反相，而與GPU 6相關聯的第一時鐘反相器 10-1的多路復用器260被設置為有選擇地反相或不反相GPU時鐘信號。當時鐘轉換器10-1、10-2都不應用反相時，則輸出給CPU 4和GPU 6的操作時鐘信號是相同的。因此，CPU 4和GPU 6同時被觸發。如圖12所示，CPU操作時鐘和未經反相的GPU操作時鐘的上升沿在相同時刻、、t2出現。相比而言，如果GPU時鐘相對於CPU時鐘被反相，則各時鐘的上升沿在不同時刻出現。例如，CPU操作時鐘的上升沿在時刻t2時出現，而經反相的GPU時鐘的上升沿直到時刻 t3時才出現。這可以是有用的，因為由CPU操作時鐘控制的事件與由GPU操作時鐘控制的事件之間的延遲從而可以基於反相是否被應用而得到調節。例如，考慮圖12所示的GPU 6獲取由CPU 4生成的數據值的情形。CPU 4響應於 CPU時鐘的一個處理周期的上升沿(例如，時刻、處)開始生成數據值，並且GPU 6響應於 GPU時鐘的下一處理周期的上升沿來獲取該數據值。如果時鐘信號都不被反相，則未經反相的GPU時鐘的下一周期的上升沿在時刻t2處出現，因此在數據值被GPU 6獲取之前可由 CPU4用來生成數據值的時間段為Ta (、-、)。相比之下，如果GPU操作時鐘信號被反相，則經反相的GPU操作時鐘信號的下一周期的上升沿直到時刻、才出現。因此，在數據值被GPU 6獲取之前可由CPU 4用來生成該值的時段現在增加為Tb (、、)。因此，GPU時鐘信號的反相可被用來減小由於GPU 6在CPU 4完成生成數據值之前獲取該數據值而導致發生錯誤的可能性。以類似方式，由時鐘轉換器10相對於被提供給集成電路其它部分的時鐘信號來對時鐘信號的反相可被用來靜態地補償在集成電路的不同部分之間不同的工藝變化。此夕卜，選擇性反相可被用來對抗溫度和電壓依賴效應。因此，將反相器包含在時鐘轉換器內可被用來提高產率、可靠性和性能。以類似方式，可將反相器包括作為上述時鐘門的一部分來提供反相能力。圖13A 和圖1 示出了上述時鐘門64、66可被提供有用於對時鐘門的輸出進行反相的反相器250 的示例。時鐘門可以被提供有如圖13A所示的永久性反相功能或者如圖1 所示的選擇性反相功能。總之，時鐘信號可以以比操作頻率低的頻率在集成電路中被分發，功能電路被設計為以該操作頻率進行操作。在以較低頻率被分發之後，分發時鐘信號可被轉換為具有操作頻率的合適操作時鐘信號，並被用來控制功能電路的操作。由於時鐘信號以較低頻率被分發，因此集成電路消耗較少的能量。除了轉換時鐘信號的頻率以外，時鐘轉換器10還可以包括用於轉換時鐘信號的信號電壓的電壓轉換器。在此情況中，可以通過以比功能電路所需的操作電壓電平低的分發電壓電平來分發時鐘信號並且將時鐘信號轉換為操作電壓電平以供應給功能電路，來進一步實現節能。雖然這裡已參考附圖詳細描述了本發明的說明性實施例，然而將明白，本發明不限於這些確切實施例，並且本領域技術人員可以在不脫離如所附權利要求限定的本發明的範圍的情況下在其中實現各種改變和修改。
權利要求
1.一種集成電路，包括功能電路，被配置為響應於具有操作時鐘頻率的操作時鐘信號而操作；時鐘分發電路，被配置為以分發時鐘頻率在所述集成電路中分發分發時鐘信號，所述分發時鐘頻率比所述操作時鐘頻率低；以及時鐘轉換器，被配置為將由所述時鐘分發電路分發的所述分發時鐘信號轉換為用於控制所述功能電路的操作的所述操作時鐘信號。
2.根據權利要求1所述的集成電路，其中，所述時鐘分發電路包括用於接收來自外部時鐘發生器的所述分發時鐘信號的時鐘輸入端。
3.根據權利要求1所述的集成電路，其中，所述時鐘分發電路包括用於生成所述分發時鐘信號的時鐘發生器。
4.根據權利要求1所述的集成電路，其中，所述時鐘分發頻率基本上為所述操作時鐘頻率的一半。
5.根據權利要求1所述的集成電路，其中，所述時鐘轉換器包括脈衝發生器，該脈衝發生器被配置為響應於所述分發時鐘信號的每個時鐘轉變而生成時鐘脈衝，所述操作時鐘信號包括由所述脈衝發生器生成的一系列時鐘脈衝。
6.根據權利要求1所述的集成電路，包括時鐘門控電路，所述時鐘門控電路用於控制所述操作時鐘信號的時鐘轉變是否傳播給所述功能電路。
7.根據權利要求6所述的集成電路，其中，所述時鐘門控電路包括用於將所述分發時鐘信號轉換為所述操作時鐘信號的所述時鐘轉換器。
8.根據權利要求7所述的集成電路，其中，所述時鐘門控電路被配置為接收來自所述時鐘分發電路的所述分發時鐘信號，利用所述時鐘轉換器將所述分發時鐘信號轉換為所述操作時鐘信號，並且向所述功能電路輸出響應於所述操作時鐘信號和使能信號而生成的門控操作時鐘信號；以及所述時鐘門控電路取決於所述使能信號來控制所述操作時鐘信號的時鐘轉變是否觸發所述門控操作時鐘信號的時鐘轉變。
9.根據權利要求8所述的集成電路，其中，所述時鐘門控電路包括邏輯門，該邏輯門被配置為通過向所述操作時鐘信號和所述使能信號應用邏輯運算來生成所述門控操作時鐘信號。
10.根據權利要求9所述的集成電路，其中，所述時鐘門控電路包括透明鎖存器，該透明鎖存器被配置為取決於所述操作時鐘信號的當前狀態來有選擇地將所述使能信號提供給所述邏輯門。
11.根據權利要求1所述的集成電路，其中，所述時鐘分發電路包括上遊分發部分，用於以所述分發時鐘頻率在所述集成電路中分發所述分發時鐘信號；中間時鐘門控電路，用於從所述上遊分發部分接收所述分發時鐘信號；以及下遊分發部分，用於以所述分發時鐘頻率將所述分發時鐘信號從所述中間時鐘門控電路至少分發給所述時鐘轉換器；其中，所述中間時鐘門控電路被配置為控制所述分發時鐘信號的時鐘轉變是否傳播給所述下遊分發部分。
12.根據權利要求11所述的集成電路，其中，所述中間時鐘門控電路包括中間時鐘轉換器，該中間時鐘轉換器被配置為將從所述上遊分發部分接收的所述分發時鐘信號轉換為具有所述操作時鐘頻率的中間操作時鐘信號；並且所述中間時鐘門控電路被配置為響應於所述中間操作時鐘信號和使能信號，生成門控分發時鐘信號，並且以所述分發時鐘頻率將所述門控分發時鐘信號輸出給所述下遊分發部分。
13.根據權利要求12所述的集成電路，其中，所述中間時鐘門控電路包括反轉觸發器， 該反轉觸發器被配置為生成所述門控分發時鐘信號，所述反轉觸發器被配置為使得當所述使能信號具有第一狀態時，所述反轉觸發器響應於所述中間操作時鐘信號的每個時鐘周期來反轉所述門控分發時鐘信號的值；以及當所述使能信號具有第二狀態時，所述反轉觸發器將所述門控分發時鐘信號保持在其當前值。
14.根據權利要求1所述的集成電路，包括多個功能電路，所述多個功能電路被配置為響應於具有所述操作時鐘頻率的所述操作時鐘信號而操作；以及至少一個時鐘轉換器，被配置為將由所述時鐘分發電路分發的所述分發時鐘信號轉變為用於控制至少一個相關功能電路的操作的所述操作時鐘信號。
15.根據權利要求1所述的集成電路，包括另外的時鐘分發電路，被配置為以另外的操作時鐘頻率在所述集成電路中分發另外的操作時鐘信號；以及至少一個另外的它功能電路，被配置為響應於由所述另外的時鐘分發電路所分發的所述另外的操作時鐘信號而操作。
16.根據權利要求1所述的集成電路，其中，所述時鐘轉換器包括用於對提供給所述功能電路的所述操作時鐘信號進行反相的反相器。
17.根據權利要求16所述的集成電路，其中，所述時鐘轉換器被配置為取決於反相控制信號來有選擇地反相所述操作時鐘信號。
18.根據權利要求16所述的集成電路，包括第二時鐘轉換器，所述第二時鐘轉換器被配置為將由所述時鐘分發電路分發的所述分發時鐘信號轉換為用於控制相關功能電路的操作的所述操作時鐘信號；其中當所述時鐘轉換器對提供給所述功能電路的所述操作時鐘信號進行反相時，所述第二時鐘轉換器將經反相的操作時鐘信號提供給所述相關功能電路。
19.一種集成電路，包括功能電路裝置，用於響應於具有操作時鐘頻率的操作時鐘信號而操作；時鐘分發裝置，用於以分發時鐘頻率在所述集成電路中分發分發時鐘信號，所述分發時鐘頻率比所述操作時鐘頻率低；以及時鐘轉換裝置，用於將由所述時鐘分發裝置分發的所述分發時鐘信號轉換為用於控制所述功能電路裝置的操作的所述操作時鐘信號。
20.一種用於操作集成電路的方法，該集成電路包括響應於具有操作時鐘頻率的操作時鐘信號而操作的功能電路，所述方法包括在所述集成電路中分發分發時鐘信號，所述分發時鐘信號具有分發時鐘頻率，所述分發時鐘頻率比所述操作時鐘頻率低；將所述分發時鐘信號轉換為具有所述操作時鐘頻率的所述操作時鐘信號；以及響應於具有所述操作時鐘頻率的所述操作時鐘信號來操作所述集成電路。
21.一種用於控制向相關電路提供輸出時鐘信號的時鐘門控電路，所述時鐘門控電路包括時鐘輸入端，被配置為接收具有分發時鐘頻率的分發時鐘信號；時鐘轉換器，被配置為將所述分發時鐘信號轉換為具有操作時鐘頻率的操作時鐘信號，所述操作時鐘頻率比所述分發時鐘頻率高；門控電路，被配置為基於使能信號和由所述時鐘轉換器生成的所述操作時鐘信號來生成所述輸出時鐘信號；以及時鐘輸出端，被配置為向所述相關電路輸出所述輸出時鐘信號；其中所述門控電路被配置為取決於所述使能信號來控制所述操作時鐘信號的時鐘轉變是否觸發所述輸出時鐘信號中的時鐘轉變。
22.根據權利要求21所述的時鐘門控電路，其中，所述分發時鐘頻率是所述操作時鐘頻率的一半。
23.根據權利要求21所述的時鐘門控電路，其中，所述時鐘轉換器包括脈衝發生器，所述脈衝發生器被配置為響應於所述分發時鐘信號的每個時鐘轉變來生成時鐘脈衝，所述操作時鐘信號包括由所述脈衝發生器生成的一系列時鐘脈衝。
24.根據權利要求21所述的時鐘門控電路，其中，所述時鐘輸出端以所述操作時鐘頻率輸出所述輸出時鐘信號。
25.根據權利要求21所述的時鐘門控電路，其中，所述門控電路包括邏輯門，所述邏輯門被配置為通過向所述操作時鐘信號和所述使能信號應用邏輯運算來生成所述輸出時鐘信號。
26.根據權利要求25所述的時鐘門控電路，其中，所述門控電路包括透明鎖存器，所述透明鎖存器被配置為取決於所述操作時鐘信號的當前狀態來有選擇地將所述使能信號提供給所述邏輯門。
27.根據權利要求21所述的時鐘門控電路，其中，所述時鐘輸出端以所述分發時鐘頻率輸出所述輸出時鐘信號。
28.根據權利要求27所述的時鐘門控電路，其中，所述門控電路包括反轉觸發器，所述反轉觸發器被配置為響應於所述操作時鐘信號和所述使能信號生成所述輸出時鐘信號，其中所述反轉觸發器被配置為使得當所述使能信號具有第一狀態時，所述反轉觸發器響應於所述操作時鐘信號的每個時鐘周期來反轉所述輸出時鐘信號的值；以及當所述使能信號具有第二狀態時，所述反轉觸發器將所述輸出時鐘信號保持在其當前值。
29.根據權利要求21所述的時鐘門控電路，包括反相器，所述反相器用於對由所述門控電路生成的所述輸出時鐘信號進行反相，並且將經反相的輸出時鐘信號提供給所述時鐘輸出端。
30.根據權利要求四所述的時鐘門控電路，其中，所述時鐘門控電路被配置為取決於反相控制信號來有選擇地反相所述輸出時鐘信號。
31.一種用於控制向相關電路提供輸出時鐘信號的時鐘門控電路，所述時鐘門控電路包括時鐘輸入裝置，用於接收具有分發時鐘頻率的分發時鐘信號； 時鐘轉換裝置，用於將所述分發時鐘信號轉換為具有操作時鐘頻率的操作時鐘信號， 所述操作時鐘頻率比所述分發時鐘頻率高；門控裝置，用於基於使能信號和由所述時鐘轉換裝置生成的所述操作時鐘信號來生成所述輸出時鐘信號；以及時鐘輸出裝置，用於向所述相關電路輸出所述輸出時鐘信號；其中所述門控裝置被配置為取決於所述使能信號來控制所述操作時鐘信號的時鐘轉變是否觸發所述輸出時鐘信號中的時鐘轉變。
32.一種用於控制向相關電路提供輸出時鐘信號的方法，所述方法包括以下步驟 接收具有分發時鐘頻率的分發時鐘信號；將所述分發時鐘信號轉換為具有操作時鐘頻率的操作時鐘信號，所述操作時鐘頻率比所述分發時鐘頻率高；基於使能信號和所述操作時鐘信號來生成所述輸出時鐘信號；以及向所述相關電路輸出所述輸出時鐘信號；其中所述生成步驟包括取決於所述使能信號來控制所述操作時鐘信號的時鐘轉變是否觸發所述輸出時鐘信號中的時鐘轉變。
33.一種存儲數據結構的計算機可讀存儲介質，所述數據結構包括用於控制計算機生成並驗證集成電路的電路元件的電路布圖的標準元件電路定義，所述電路元件包括根據權利要求21所述的時鐘門控電路。
全文摘要
一種集成電路、時鐘門控電路和方法。集成電路(2)包括被布置為響應於具有操作時鐘頻率的操作時鐘信號而操作的功能電路(4，6)。為了節能，時鐘信號以低於操作時鐘頻率的分發時鐘頻率在集成電路(2)中被分發。時鐘轉換器(10)被提供來將分發時鐘信號轉換為用於控制功能電路(4，6)操作的操作時鐘信號。
文檔編號H03K5/135GK102487272SQ201110409390
公開日2012年6月6日 申請日期2011年12月1日 優先權日2010年12月1日
發明者埃德蒙德·約翰·西蒙·阿什費爾德, 詹姆斯·愛德華·邁爾斯 申請人:Arm有限公司