使用动态电压和频率调节来节省系统电池电量需求

图 1：实心黑色曲线显示 DVFS 下的能耗与运行频率的关系。

    MEP 监视器确定用于化能耗的 Vopt，延迟监视器确定满足频率要求所需的电源电压值，并向调节器输出控制信号，调节器通过向目标电路提供适当的电压来做出响应。

    当确定的电源电压低于Vopt时，MEP监视器禁用控制信号，并且电源电压维持在Vopt。当目标电路工作在Vopt时，MEP监视器还使电源门控控制器能够控制电源开关，以减少空闲时间的泄漏能量。MEP监视器控制整个系统以化操作能量，是该方案的关键组件。

    虽然能量减少在很大程度上取决于确定 Vopt 的准确程度，但这里的准确性并不容易，因为 Vopt 在很大程度上取决于泄漏电流，而泄漏电流又取决于温度、电源电压和其他因素。已经提出了许多不同的方法来解决这个问题。

    一种方法是根据目标电路在不同电源电压电平下的实际能耗测量来确定 Vopt，并选择能耗少的电压。由于目标电路本身用作能量监视器，因此该方案相对于 MEP 而言具有很高的度，但在监视器操作期间必须暂停电路操作。

    另一种传统方法是使用理论方程。例如，的一种方法是基于 MEP 处的 delta Eall/delta VDD = 0 的事实。在这种方法中，Vopt 表示为方程 2。

    不幸的是，这种方法似乎并不适合电路实现，因为它包括一个参数n，该参数n对电源电压的依赖性是非线性的。NEC 设计了一种确定 Vopt 的新方法，该方法由简单的组件组成，适合电路实现。

    与以前的方法相比，这种新技术允许同时进行监控操作和电路操作，并且已被证明是可行的。它基于 MEP 处 deltaEall VDD = 0 的事实，其中 Eall 表示为上面图 1中的公式 1 。

    请注意，(IL1T1-IL2T2)/Delta V 替换为 delta ILT)/deltaVDD 等式的微分。然后可以通过近似推导公式 3，其中 Delta V 远小于 VDD。IL1 和 T1 分别是 VDD 时的漏电流和关键路径延迟，而 IL2 和 T2 是 VDD-Delta V 时的漏电流和关键路径延迟。由于漏电流和关键路径延迟都可以用监视器测量，因此公式 3 适用于电路实现。

    根据公式 3，我们可以确定 Vopt 如下： 它的右边等于电容器的电压，该电容器初充电至 VDD，然后用 IL1 额外充电 T1 时间，并用 IL2 放电 T2 时间，其中电容器的电容是目标电路的开关电容和开关活动的乘积。对于给定的 VDD，如果电容器的电压等于 VDD-Delta V，则该 VDD 将是化能耗的电压。