FI117523B

FI117523B - Menetelmä tehonkulutuksen säätämiseksi

Info

Publication number: FI117523B
Application number: FI982183A
Authority: FI
Inventors: Jarno Knuutila; Ari Aho; Markku Lipponen
Original assignee: Nokia Corp
Priority date: 1998-10-07
Filing date: 1998-10-07
Publication date: 2006-11-15
Also published as: FI982183A0; JP2000112544A; EP0992876A3; FI982183A; EP0992876A2; US6484041B1

Description

1 117523

Menetelmä tehonkulutuksen säätämiseksi

Nyt esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään langattoman viestimen tehonkulutuksen säätämiseksi, jossa menetelmässä langattomalle 5 viestimelle muodostetaan ainakin yksi käyttöjännite ja jossa langattomassa viestimessä on ainakin yksi suoritin, jolla suoritetaan yhden tai useamman sovelluksen ohjelmakäskyjä, ja mainitun ainakin yhden suorittimen suoritusnopeus asetetaan kellosignaalilla, joka muodostetaan kellosignaalin muodostusvälineillä, jossa menetelmässä sovelluksille 10 määritetään suorituskykyvaatimus, jolloin elektroniikkalaitteen ainakin yhtä käyttöjännitettä säädetään ja mainitun kellosignaalin taajuutta muutetaan kulloinkin suoritettavana olevien yhden tai useamman sovelluksen suorituskykyvaatimuksen perusteella. Keksintö kohdistuu lisäksi langattomaan viestimeen, joka käsittää välineet ainakin yhden 15 käyttöjännitteen muodostamiseksi, ja yhden tai useamman suorittimen sovellusten ohjelmakäskyjen suorittamiseksi, kellosignaalin muodostusvälineet, jolla kellosignaalilla mainitun ainakin yhden suorittimen suoritusnopeus on järjestetty asetettavaksi, joille sovelluksille on määritetty suorituskykyvaatimus, että langaton viestin 20 käsittää lisäksi välineet sovelluksen suorituskykyvaatimuksen tutkimiseksi, ja välineet ainakin yhden käyttöjännitteen säätämiseksi, välineet mainitun kellosignaalin taajuuden muuttamiseksi, jolloin mainittu ainakin yksi käyttöjännite on järjestetty säädettäväksi :Y; kulloinkin suoritettavana olevien yhden tai useamman sovelluksen 25 suorituskykyvaatimuksen perusteella,.

* · • · · * »·

Langattomien viestimien, kuten matkapuhelimien, ominaisuudet lisään-tyvät jatkuvasti ja käsittävät tavallisesti toimintoja esimerkiksi henkilöi- • · · den ja yritysten puhelinnumeroiden tallentamiseksi. Tunnetusti saata-30 villa on myös laitteita, joihin on yhdistetty kaksi eri käyttöliittymää, esi-merkiksi langattoman viestimen ja PDA-laitteen käyttöliittymät. Eräs tällainen tunnettu laite on Nokia Communicator 9000. Tällaisesta lait-.···. teestä käytetään tässä selityksessä nimitystä kommunikointilaite. Täl- laisen kommunikointilaitteen PDA-käyttöliittymän avulla voidaan laittee- • · 35 seen tallentaa erilaisia tietoja, olla langattomassa yhteydessä Internet-verkkoon, ja vastaanottaa esimerkiksi telekopioviestejä, ja jonka CMT-käyttöliittymän (Cellular Mobile Telephone) avulla voidaan suorittaa perinteisiä matkapuhelintoimintoja, kuten puhelun vastaanotto ja puhelin- 2 117523 numeron valinta. Edellä kuvattu kommunikointilaite käsittää tyypillisesti erilliset näppäimistöt ja näytöt eri käyttöliittymiä varten.

Erilaisten tietojen tallentamiseksi on tunnetusti käytettävissä laitteita, 5 kuten muistikirjamikroja, pieniä kädessä pidettäviä tietokoneita tai PDA-laitteita (Personal Digital Assistant). Tässä selityksessä PDA-laitteella tarkoitetaan edellä kuvatun mukaisia laitteita. Näihin laitteisiin voidaan tallentaa esimerkiksi käyttäjän antamia kalenteritietoja, muistiinpanoja, osoitetietoja, puhelinnumeroita tai vastaavia tietoja. Näitä tietoja voi-10 daan tarkastella laitteen näytön avulla. Tiedot näihin laitteisiin syötetään tavallisesti näppäimistön avulla, mutta tunnetusti saatavilla on myös laitteita, jotka on varustettu kosketusherkällä näytöllä laitteiden toimintojen ohjaamiseksi kosketuksen avulla. PDA-laitteiden suorituskyky lisääntyy jatkuvasti ja ne sisältävät jo useita PC-laitteista (Personal 15 Computer) tunnettuja ominaisuuksia.

Edellä mainittuja eri toimintoja nimitetään tässä selityksessä sovelluksiksi (kalenterisovellus, muistikirjasovellus, videopuhelusovellus jne.).

Vastaavasti edellä mainittuja muistikirjamikroja, PDA-laitteita, langatto-20 mia viestimiä, joihin myös kommunikointilaite voidaan luokitella, jne. kutsutaan tässä selityksessä elektroniikkalaitteiksi. Sovellukset koostuvat ohjelmakäskyistä, joita elektroniikkalaitteen yksi tai useampi suoritin % suorittaa. Lisäksi sovelluksiin on tavallisesti liitetty dataosuuksia, kuten erilaisia asetusparametreja. Sovellusten suoritusta ohjataan edullisesti • * 25 ns. käyttöjärjestelmän avulla. Myös käyttöjärjestelmä koostuu suoritti- : men ohjelmakäskyistä. Käyttöjärjestelmällä annetaan suorituksessa • ·* * oleville sovelluksille suoritusaikaa, ohjataan informaation välitystä so- velluksen ja kommunikointilaitteen toiminnallisten osien välillä, esim. - • * · näppäimistön lukeminen ja näyttölaitteelle tulostaminen. Sovelluksen 30 suorituskykyvaatimuksella tässä selityksessä tarkoitetaan erityisesti so- i.:.: velluksen ohjelmakäskyjen suoritusnopeutta, eli prosessointitehoa.

»««

Muita sovelluksen suorituskykyyn vaikuttavia tekijöitä voivat olla mm.

.*·*. sovelluksen suorituksessa tarvittava muistikapasiteetti.

• * ψ ♦ · • · * ♦ * 35 Tällaisen elektroniikkalaitteen yhteydessä käytettävät eri sovellukset ovat suorituskykyvaatimuksiltaan usein hyvinkin erilaisia. Esimerkiksi * * * kommunikointilaitteella suoritettavassa videopuhelussa tarvitaan huomattavasti enemmän suorituskykyä kuin kalenterisovelluksen käyttämi 3 117523 sessä on tarpeen. Videopuhelu on toteutettavissa siten, että kommuni- kointilaitteessa muodostetaan kahden aikavälin datapuhelu, joka esimerkiksi GSM-matkaviestinverkossa 14,4 kbit/s kanavakoodauksella tarkoittaa tiedonsiirtonopeutena 28,8 kbit/s. Tämän lisäksi kommuni-5 kointilaitteen on kyettävä suorittamaan videoneuvottelujärjestelmäso-vellusta tarvittaessa. Tavallinen audiopuhelu ei vaadi yhtä paljon suorituskykyä kuin videopuhelu, mutta kuitenkin enemmän kuin kalenteriso-vellus. Tunnetaan myös langattomia puhelimia, joissa on käytettävissä erilaista suorituskykyä vaativia sovelluksia, kuten pelejä, kalenteri ja 10 puhepuhelu.

Käytännön sovelluksissa on esim. kommunikointilaitteen yksi tai useampi suoritin, digitaalilogiikkaa sekä suuri osa muistia integroitu yhteen sovelluskohtaiseen logiikkapiiriin (ASIC, Application Specific Integrated 15 Circuit). Tällaisen ASIC-piirin tehonkulutusta voidaan kuvata seuraa-valla yksinkertaistetulla mallilla: p = V2 · C · F, missä (1) 20 V = käyttöjännite, C = kapasitanssi, F = kellotaajuus. ; ** · t · · • · * t ASIC-piirin sisäisten kytkentöjen kapasitanssi määräytyy ASIC-piirin 25 toteutuksessa käytettävän teknologian mukaan, ja tähän kapasitanssiin .\ : ei kommunikointilaitteen käytön aikana voida vaikuttaa. Tunnetun tek- nilkan mukaisessa kommunikointilaitteessa on ASIC-piirin käyttöjännite » · ♦ sekä kellotaajuus mitoitettu suunnitteluvaiheessa siten, että korkeinta *** ’ suorituskykyä vaativa sovellus toimii riittävän nopeasti. Tästä seuraa 30 se, että vähemmän suorituskykyä vaativien sovellusten käyttö kuluttaa *···* myös yhtä paljon tehoa kuin korkeaa suorituskykyä vaativan sovelluk- sen käyttö. Käyttöjännite ja kellotaajuus ovat sidoksissa toisiinsa siten, :**·. että suuri kellotaajuus vaatii suuremman käyttöjännitteen käyttöä kuin pienempi kellotaajuus. Edellä mainitun kaavan perusteella tehonkulutus ·, 35 kasvaa käyttöjännitteen neliönä, joten suorituskyvyn lisääminen kello- taajuutta ja vastaavasti käyttöjännitettä nostamalla lisää merkittävästi ASIC-piirin tehonkulutusta.

4 117523

Sovelluksen suorituskykyvaatimusta voidaan tavallisesti arvioida sovelluksen suunnitteluvaiheessa. Sovelluksen käyttötarkoitus voi vaikuttaa tarvittavaan suorituskykyyn. Esimerkiksi reaaliaikaiset sovellukset, kuten eri tyyppiset puhelut ja videoinformaation välitys vaativat tiettyjen 5 operaatioiden suoritusta asetettujen aikarajojen puitteissa. Sen sijaan ei-reaaliaikaiset sovellukset, kuten kommunikointilaitteen kalenterin, muistikirjan tai sähköpostien lukeminen ja kirjoittaminen eivät ole suori-tusaikakriittisiä, vaan tällaisten sovellusten käytön aikana kommunikointilaitteen suoritin odottaa käyttäjän toimenpiteitä suurimman osan 10 ajasta.

On kehitetty ratkaisuja, joissa ainakin osa ASIC-piirin toiminnasta voidaan asettaa ns. odotustilaan tai lepotilaan silloin, kun mitään sovelluksia ei ole suoritettavana. Tällä ratkaisulla voidaan jonkin verran vähen-15 tää kommunikointilaitteen tehonkulutusta, mutta tehonkulutus kasvaa - olennaisesti maksimiarvoonsa käyttäjän käynnistäessä jonkin sovelluksen, kuten kalenterisovelluksen tai muistikirjasovelluksen. ,

Patenttijulkaisu US 5,021,679 esittää jännitelähdettä ja oskillaattoria 20 käytettäväksi tietokonejärjestelmän automaattisen käyttöjännitteen ja kellotaajuuden valitsimena. Julkaisussa esitetty kytkentä toimii karkeasti ottaen siten, että pienemmällä käyttöjännitteellä myös oskillaattorin taajuus on automaattisesti pienempi ja vastaavasti korkeammalla käyt-töjännitteellä oskillaattorin taajuus nousee. Tässä julkaisussa esitetty • * 25 toteutus perustuu laitteistopohjaiseen ratkaisuun ja siinä on esitetty vain .·. : kaksi jännite/taajuuskombinaatiota, eli ensimmäisellä valittavissa ole- • · t valla jännitteellä käytetään ensimmäistä kellotaajuutta ja toisella valitta-vissa olevalla jännitteellä käytetään toista kellotaajuutta. Tällainen jär-

• I I

*·* * jestelmä on jäykkä esim. sellaisiin tilanteisiin, joissa kellotaajuutta sää- 30 detään käyttöjännitteestä riippumatta tai käyttöjännitettä säädetään muuttamatta kellotaajuutta. Lisäksi useampien eri jän- * * · nite/taajuuskombinaatioiden toteutus edellyttäisi monimutkaisemman .···. laitteistojärjestelyn tässä US-patentissa esitettyä ratkaisua sovelletta- essa.

35 * \:V Nyt esillä olevan keksinnön eräänä tarkoituksena on aikaansaada me- netelmä elektroniikkalaitteen tehonkulutuksen säätämiseksi dynaamisesti elektroniikkalaitteessa kulloinkin käytettävien sovellusten suoritus- 5 1 1 7523 kykyvaatimusten perusteella sekä elektroniikkalaite, jossa tehonkulutus on säädettävissä dynaamisesti. Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että elektroniikkalaitteessa säädetään käyttöjännitettä, ja samalla kellotaajuutta, kulloinkin käytettävän sovelluksen vaatiman suorituskyvyn pe-5 rusteella. Nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty oheisen patenttivaatimuksen 1 tunnus-merkkiosassa. Nyt esillä olevan keksinnön mukaiselle langattomalle viestimelle on tunnusomaista se, mitä on esitetty oheisen patenttivaatimuksen 6 tunnusmerkkiosassa.

10

Nyt esillä olevalla keksinnöllä saavutetaan merkittäviä etuja tunnetun tekniikan mukaisiin ratkaisuihin verrattuna. Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan elektroniikkalaitteen tehonkulutus saada huomattavasti pienemmäksi kuin tunnetun tekniikan mukaisissa elektroniikkalait-15 teissä erityisesti silloin, kun käytetään vähemmän suorituskykyä vaativia sovelluksia. Tehonkulutuksen pienentäminen ei kuitenkaan vaikuta sovellusten toimivuuteen elektroniikkalaitteessa. Pienemmästä tehonkulutuksesta on elektroniikkalaitteen toiminta-ajan pidentymisen lisäksi myös mm. se etu, että lämmön muodostus elektroniikkalaitteessa on 20 vähäisempää kuin tunnetun tekniikan mukaisissa elektroniikkalaitteissa.

Tämä vähentää vioittumistodennäköisyyttä. Myös akun kestoikä saadaan pidemmäksi, koska akun lataustarve vähenee pienemmän tehon- :*·*: kulutuksen myötä.

♦ · • · • · · * 4 · 25 Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin viitaten samalla oheisiin • * ,·, j piirustuksiin, joissa • ·· • · ♦ * • · · *;!:* kuva 1 esittää keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista * * · *·* * kommunikointilaitetta pelkistettynä lohkokaaviona, ja 30 :..v kuva 2 esittää periaatekuvana keksinnön erään edullisen suoritus- ·**’.’·· muodon mukaista käyttöjännitteen säätöä.

* · · • · φ ·

Kuvassa 1 on esitetty pelkistettynä lohkokaaviona keksinnön erään 35 edullisen suoritusmuodon mukaista elektroniikkalaitetta 1, joka tässä :.:V esimerkissä on tietojenkäsittelytoimintoja sekä matkaviestintoimintoja käsittävä kommunikointilaite. On selvää, että keksintöä voidaan sovel-* # * ’ taa myös muissa langattomissa viestimissä, kuten matkapuhelimissa.

* 6 117523

Keksintöä voidaan vielä soveltaa muissakin sellaisissa elektroniikkalaitteissa, joissa on komponentteja, joiden käyttöjännitettä voidaan säätää. Edullisesti keksintöä voidaan soveltaa kannettavissa elektroniikkalaitteissa, kuten kannettavissa tietokoneissa, joissa teholähteenä on akku.

5

Suuri osa elektroniikkalaitteen 1 toiminnoista on toteutettu ensimmäisessä ASIC-piirissä 2. Tämä ensimmäinen ASIC-piiri 2 käsittää mm. ensimmäisen suorittimen MPU, joka on edullisesti yleiskäyttöinen ns. RISC-prosessori (Reduced Instruction Set Computer) eli supistetun 10 käskykannan prosessori. Lisäksi ensimmäinen ASIC-piiri käsittää toisen suorittimen DSP (Digital Signal Processor) eli digitaalisen signaalinkäsittely-yksikön, jossa tyypillisesti on toteutettu signaalinkäsittelytoiminto-ja. Ensimmäinen ASIC-piiri 2 käsittää vielä muistivälineet MEM, jotka voivat osittain olla yhteiset ensimäiselle MPU ja toiselle suorittimelle 15 DSP, logiikkakytkentöjä LOGIC sekä liityntä I/O. Näiden ensimmäisen ASIC-piirin eri lohkojen välisiä kytkentöjä ei kuvaan 1 ole merkitty, koska ne ovat alan asiantuntijan sinänsä tuntemaa tekniikkaa ja niillä ei ole merkitystä tämän keksinnön ymmärtämisen kannalta. Elektroniikka-laite 1 voi vielä käsittää ensimmäisen ASIC-piirin 2 sisäisten muistiväli-20 neiden sijasta tai lisäksi ulkoiset muistivälineet 3.

Ensimmäiseen ASIC-piiriin 2 on liitetty ensimmäinen näppäimistö 4, jo-:*·): ka tässä edullisessa suoritusmuodossa on tietojenkäsittelytoimintojen : Y: yhteydessä pääasiassa käytettävä näppäimistö, edullisesti ns.

25 QVVERTY-näppäimistö. Matkaviestintoiminnoissa pääasiassa käytet-.·. ϊ tävä toinen näppäimistö 5 on myös liitetty tähän ensimmäiseen ASIC- piiriin. Elektroniikkalaite 1 käsittää tässä suoritusmuodossa vielä kaksi l.'.m näyttölaitetta 6, 7, joista ensimmäistä näyttölaitetta 6 käytetään pääasi assa tietojenkäsittelytoimintojen yhteydessä sekä toista näyttölaitetta 7 30 käytetään pääasiassa matkaviestintoimintojen yhteydessä. On selvää, :**.J että mainittuja ensimmäistä 4 ja toista näppäimistöä 5 sekä ensim- • · · mäistä 6 ja toista näyttölaitetta 7 voidaan käyttää tarvittaessa sekä .*·*. matkaviestintoimintojen että tietojenkäsittelytoimintojen yhteydessä.

Mikrofoni 8 sekä kuuloke 9 on kytketty audiolohkon 10 välityksellä en-•e 35 simmäiseen ASIC-piiriin 2. Tässä audiolohkossa 10 on koodekki, jolla mm. audiopuhelun aikana suoritetaan mikrofonisignaalin muuntaminen digitaaliseksi signaaliksi sekä digitaalisen puhesignaalin muuntaminen analogiseksi, kuulokkeelle 9 johdettavaksi signaaliksi. Elektroniikkasi- 7 Ή 7 523 te 1 käsittää edullisesti vielä kaiuttimen 11, johon audiosignaali johdetaan edullisesti audiovahvistimen 12 kautta. Kaiutinta 11 käytetään pääasiassa siinä yhteydessä, kun elektroniikkalaite 1 on esimerkiksi pöydällä asennossa, jossa tietojenkäsittelytoiminnot ovat käytettävissä.

5 Tällöin edullisesti myös matkaviestintoiminnoista äänet johdetaan tähän kaiuttimeen 11.

Kuvan 1 elektroniikkalaite 1 käsittää vielä suurtaajuusosan 13 (RF, Radio Frequency), jonka avulla suoritetaan puheluiden välitys elektroniik-10 kalaitteen 1 ja matkaviestinverkon välillä sinänsä tunnetusti.

Elektroniikkalaite 1 käsittää vielä tehonsyöttöpiirin 14, joka tässä suoritusmuodossa on myös toteutettu ASIC-piirinä. Tämä tehonsyöttöpiiri 14 käsittää välineet käyttöjännitteiden VCC1, VCC2 muodostamiseksi syöttö-15 jännitteestä V)N. Jännitteenmuodostusvälineiden REG toimintaa ohjataan kontrollilohkolla CTRL, joka käsittää esimerkiksi ns. ohjausrekiste-rin 20 (kuva 2). Syöttöjännite VIN muodostetaan edullisesti akulla 15, jota tarvittaessa ladataan latauslaitteella 16.

20 Seuraavaksi kuvataan keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisen menetelmän toimintaa tässä kuvan 1 mukaisessa elektroniikka-laitteessa 1. Tässä suoritusmuodossa on ensimmäinen käyttöjän-nite VCC1 järjestetty säädettäväksi tiettyjen ala-ja ylärajojen puitteissa. Nämä ala- ja ylärajat määräytyvät kulloisessakin sovelluksessa käyte-25 tyn teknologian perusteella. Merkitään ensimmäisen käyttöjännitteen .·, · alarajaa Vmin ja ylärajaa Vmax. Tällöin kytkettäessä elektroniikkalaittee- seen 1 syöttöjännite kytkimellä SW tehonsyöttöpiirin 14 jännitteenmuo-dostuslohko REG asettaa ensimmäiseksi käyttöjännitteeksi Vcn a/oi-tusjännitearvon, joka on alarajan Vmin ja ylärajan Vmax välissä, esim. lä-30 hellä näiden arvojen puoliväliä. Kuten jo edellä kaavan 1 yhteydessä \:V esitettiin, käyttöjännite ja kellotaajuus ovat sidoksissa toisiinsa, joten ensimmäisen ASIC-piirin 2 kellosignaalin taajuus on asetettava tämän .··♦. ensimmäisen käyttöjännitteen VCCi aloitusarvon mukaan sellaiseksi, että ensimmäisen ASIC-piirin 2 sisäiset lohkot toimivat. Ensimmäiselle 35 ASIC-piirille 2 kellosignaali johdetaan liitäntänastaan CLK. Kellosignaali muodostetaan esimerkiksi vaihelukitulla silmukalla 17 (PLL, Phase O Locked Loop).

8 1 1 7523

Vastaavasti toinen käyttöjännite VCC2 asetetaan tiettyyn käyttöjännite-arvoon, esimerkiksi 1,8 V. Tässä suoritusmuodossa oletetaan, että tämä toinen käyttöjännite VCC2 on kiinteä ja on tarkoitettu mm. ensimmäisen ASIC-piirin l/O-liityntöjen jännitteiden syöttöön. Tämä kiinteä toinen 5 käyttöjännite Vcc2 on tarpeen sovelluksissa, joissa ensimmäisen ASIC-piirin 2 ulkopuoliset lohkot edellyttävät toimiakseen kiinteää käyttöjännitettä. On selvää, että näitä kiinteitä käyttöjännitteitä voi olla useampia erilaisia kuin tässä esimerkissä esitetty toinen käyttöjännite VCC2.

10 Ensimmäinen käyttöjännite VCC1 on tarkoitettu ensimmäisen ASIC-piirin 2 suorittimien MPU, DSP, eli ns. ytimen (core) käyttöjännitteen syöttöön. Toisaalta tätä ensimmäistä käyttöjännitettä VCC1 voidaan käyttää myös ensimmäisen ASIC-piirin 2 muistivälineiden MEM sekä logiikka-kytkentöjen LOGIC käyttöjännitteiden syöttämiseen, mikäli ne toimivat 15 koko ensimmäisen käyttöjännitteen VCCi säätöalueella. On selvää, että käytettäessä myös ensimmäisen ASIC-piirin 2 ulkopuolella sellaisia ratkaisuja, jotka mahdollistavat laajan käyttöjännitealueen, voidaan keksinnön puitteissa käyttöjännitteen säätö toteuttaa myös näille ensimmäisen ASIC-piirin ulkopuolisille komponenteille.

20 Käyttöjännitteiden kytkemisen jälkeen ensimmäiseen käyttöjänniteliitän-tään VCC1 asetetulla aloitusjännitearvolla, esimerkiksi 1,5 V, voidaan edullisesti käyttää vähän suorituskykyä vaativia sovelluksia ja matalaa • kellotaajuutta, esimerkiksi alle 100 MHz ensimmäiselle MPU ja toiselle 25 suorittimelle DSP. On selvää, että tässä selityksessä esitetyt jännite- ja * · .... taajuusarvot ovat vain selventävinä, eivät rajoittavina esimerkkeinä.

. | Tieto siitä, mikä jännitearvo on asetettu ensimmäiseen käy ttöj ä n n ite I i n -

jaan VCCi voidaan välittää myös ensimmäiselle suorittimelle MPU. Tä-*·* : mä voidaan tehdä esimerkiksi siten, että ensimmäinen suoritin MPU

30 käy lukemassa tehonsyöttöpiirin 14 ohjausrekisterin arvon. Tämä luke-:.:V minen voidaan toteuttaa edullisesti jännitteen ohjausväylän 18 välityk- ·*.*.*’·· sellä, joka on edullisesti sarjaväylä, mutta myös rinnakkaisväylä voi .···. tulla kyseeseen. Käytännön sovelluksissa käynnistystilanteen käyttö- jännitearvot ovat ensimmäisen suorittimen MPU ohjelmistossa tie-. * 35 dossa, jolloin ei tarvitse lukea mainittua ohjausrekisteriä ja ensimmäi- nen suoritin MPU ohjaa käyttöjännitteiden vaihtoa.

··· * 9 117523

Tilanteessa, jossa käyttäjä haluaa aktivoida sellaisen sovelluksen, jonka vaatima suorituskyky edellyttää korkeampaa käyttöjännitettä ja kellotaajuutta, asetetaan käyttöjännitteen ohjausrekisteriin arvo, jolla ensimmäinen käyttöjännite VCC1 asetetaan uuteen, korkeampaan ar-5 voon. Tällainen sovellus on esimerkiksi videopuhelu. Myös suorittimen MPU, DSP ohjelmisto saattaa havaita käyttöjännitteen muutostarpeen, esimerkiksi tilanteessa, jossa on tulossa puhelu. Sen jälkeen, kun korkeampaa suorituskykyä vaativa sovellus lopetetaan, asetetaan ensimmäinen käyttöjännite edullisesti sellaiseen arvoon, jolla käynnissä ole-10 vista sovelluksista korkeinta suorituskykyä vaativa sovellus toimii riittävän tehokkaasti. Mikäli mitään sovelluksia ei ole aktiivisena, asetetaan ensimmäinen käyttöjännite VCC1 edullisesti alimpaan sallittuun arvoon, esimerkiksi 1,0 V.

15 Kuvassa 2 on esitetty eräs edullinen tehonsyöttöpiirin 14 rakenne pelkistettynä lohkokaaviona. Ensimmäisen käyttöjännitteen VCC1 säätäminen tässä edullisessa suoritusmuodossa toteutetaan seuraavasti. Tilanteessa, jossa ensimmäinen suoritin MPU havaitsee tai saa tiedon käyttöjännitteen muutostarpeesta, kirjoittaa ensimmäinen suoritin MPU 20 käyttöjännitteen ohjausväylälle 18 arvon, joka vastaa haluttua uutta käyttöjännitearvoa. Tämä ohjausväylän 18 kautta tehonsyöttöpiirille sarjamuodossa siirretty arvo muunnetaan sarja/rinnanmuuntimella 19 tv. rinnakkaismuotoon ja siirretään ohjausrekisteriin 20. Siinä vaiheessa kun sarjaväylältä tullut käyttöjännite-informaatio on muunnettu rinnak-25 kaismuotoon, muodostaa sarja/rinnakkaismuunnin 19 edullisesti liipai-. susignaalin RDY, jolla sarja/rinnanmuuntimen 19 lähdössä oleva arvo *; / siirretään ohjausrekisteriin 20, joka on esim. ns. D-tyypin kiikkupiireistä • · · (flip-flop) muodostettu rekisteri, mutta muitakin sinänsä tunnettuja rat-v : kaisuja voidaan käyttää. Tämän ohjausrekisteriin 20 kirjoitetun arvon 30 perusteella muodostetaan digitaali/analogiamuuntimessa 21 vertailu-t.:V jännite, joka syötetään ensimmäisen jänniteregulaattorin 22 vertailujän- :#***·' nitetuloon Vref. Digitaali/analogiamuuntimen 21 muunnos käynnistetään edullisesti käynnistyslinjaan START johdettavalla signaalilla, joka on esim. lyhytaikainen pulssi, kuten on tunnettua. Alan asiantuntijalle on 35 selvää se, että vertailujännite voidaan muodostaa myös muulla tavalla, t.j.t esimerkiksi vastusjaolla ja kytkimillä (ei esitetty), joilla valitaan kulloinkin haluttu vertailujännitearvo.

10 117523

Ensimmäiselle jänniteregulaattorille 22 johdetaan syöttöjännite esim. akusta 15 tulojännitenastaan Vin. Ensimmäinen jänniteregulaattori 22 muodostaa lähtöjännitelinjaan Vout vertailujännitteeseen verrannollisen lähtöjännitteen. Lähtöjännitelinjan Vout jännite ei kuitenkaan muutu välit-5 tömästi ohjausrekisteriin 20 kirjoittamisen jälkeen, vaan jännitteen muutokseen menee jonkin verran aikaa. Tämä muutosaika riippuu mm. muutoksen suuruudesta sekä kulloinkin käytettävästä tehonsyöttöpii-rin 14 toteutuksesta. Tämän muutosajan tarkkailemiseksi ensimmäinen suoritin MPU käynnistää esim. ajastimen (Timer, ei esitetty) uuden jän-10 nitearvon ohjelmointihetkellä. Sen jälkeen, kun ajastin on ilmoittanut asetetun ajan kulumisesta umpeen, ensimmäinen suoritin MPU tietää ensimmäisen käyttöjännitteen VCC1 olevan asettunut kohdalleen. On selvää, että tarvittaessa voidaan käyttää analogia/digitaalimuunninta sen havaitsemiseen, missä jännitearvossa ensimmäinen käyttöjännite 15 VCC1 on, mutta tämä lisää jonkin verran elektroniikkalaitteen tehonkulutusta.

Tehonsyöttöpiiri 14 käsittää vielä toisen jänniteregulaattorin 23, joka on järjestetty muodostamaan toinen käyttöjännite VCC2. On selvää, että 20 käytännön sovelluksissa voi olla tarpeen järjestää useampia erilaisia käyttöjännitteitä, kuin tässä esitetyt kaksi käyttöjännitettä VCC1, VCC2.

:*'·*: Ensimmäisen käyttöjännitteen VCci asetuttua olennaisesti uuteen ase- * · tusarvoon, ensimmäinen suoritin MPU voi ohjelmoida vaihelukitun sil- .!.!· 25 mukan 17 uudelle taajuudelle. Tämä voidaan tehdä esim. siten, että • · .... ensimmäinen suoritin MPU kirjoittaa jänniteohjatun oskillaattorin 24

Iohjausrekisteriin (ei esitetty) haluttua taajuutta vastaavan binääriarvon.

♦ * ♦ *;*;* Tällöin jänniteohjatun oskillaattorin 24 taajuus muuttuu vastaavasti.

*·*: Tämä jänniteohjatun oskillaattorin muodostama signaali johdetaan vai- 30 helukitun silmukan tuloon PLLjn, mikä aikaansaa sen, että vaihelukitun * silmukan lähtötaajuus muuttuu ja suorittimien MPU, DSP kellotaajuudet ·*.***: muuttuvat vastaavasti. Vaihelukitun silmukan 17 asetuttua uudelle taa- .···, juudelle suorittimet MPU, DSP käyvät uudella kellotaajuudella, jolloin sovellus voidaan käynnistää.

V 35 •\:V Taulukossa 1 on vertailtu keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisen elektroniikkalaitteen 1 tehonsäästöä eri sovelluksissa. Tunnetun tekniikan mukainen laite mitoitetaan vaativinta sovellusta silmäl- 11 1 1 7523 läpitäen, mikä tässä taulukossa on videopuhelusovellusta esittävä sarake. Oletetaan, että videopuhelusovellus vaatii suorittimien MPU, DSP kellotaajuudeksi n. 150 MHz ja käyttöjännitteeksi n. 1,8 V. Tällöin tunnetun tekniikan mukainen laite sekä keksinnön mukainen elektroniikka-5 laite 1 kuluttavat olennaisesti saman verran tehoa. Audiopuhelun sovelluksessa suorittimien MPU, DSP kellotaajuudeksi asetetaan n. 100 MHz, jolloin käyttöjännitteeksi riittää luokkaa 1,5—1,3 V oleva jän-nitearvo. Kaavan 1 perusteella tehonsäästöksi saadaan tällöin 30— 48 %. Matalan suorituskyvyn sovelluksessa suorittimien MPU, DSP 10 kellotaajuus asetetaan esim. pienemmäksi kuin 50 MHz ja käyttöjännitteeksi n. 1,0 V. Tällöin kaavan 1 perusteella tehonsäästöksi saadaan jopa 70 %, mikä on erittäin merkittävä säästö.

Videopuhelu Audiopuhelu Matalan suoritus- _ .____ kyvyn sovellus

Suorittimien kellotaa- 150 100 <50 juus (MHz)____ Käyttöjännite (V)__1^8__1,5—1,3__1^0_

Tehonsäästö - 30% — 48% 70% TAULUKKO 1 15

Elektroniikkalaitteessa 1 käytettävien sovellusten suorituskykyvaatimuk-: V ' set voidaan selvittää esim. siten, että sovellukset luokitellaan muutamiin :Y: suorituskykyluokkiin, joka luokitustieto tallennetaan sovelluksen yhtey- *:♦·: teen, esim. sovelluksen käynnistysparametreihin, mikä on sinänsä tun- 20 nettua. Elektroniikkalaitteen 1 sovelluksen käynnistävä ohjelma (käyttö-järjestelmä) lukee tämän luokitustiedon ja suorittaa ensimmäisen käyt-töjännitteen VCC1 asettamisen, kuten edellä tässä selityksessä on esi- * ♦ · tetty. Esimerkkinä mainittakoon elektroniikkalaite 1, jossa ensimmäisen käyttöjännitteen VCci alarajana on 1,0V ja ylärajana 1,8V. Suoritusky- 25 kyluokitus käsittää esimerkiksi 9 tasoa, jolloin käyttöjännitteen säätö '··/ tehdään 0,1 V:n portain. Mikäli jollekin sovellukselle ei ole määritetty suorituskykyluokkaa, voidaan tällaisen sovelluksen yhteydessä käyttää ·;··· edullisesti oletusarvoa, joka on esim. suurinta suorituskykyä vaativa *. luokka, jolloin varmistutaan siitä, että sovellus toimii riittävän nopeasti.

• · · *····· 30 « · ♦ • · • « ··· 12 1 1 7523

Vaikka edellä esitetyssä suoritusmuodossa ensimmäisen käyttöjännitteen Vqqi säätö oli toteutettu ensimmäisen suorittimen MPU sovellusohjelmistoon ensimmäisen suorittimen MPU ohjelmakäskyillä tehdyllä säätöalgoritmilla, on selvää, että säätö voidaan tarvittaessa toteuttaa 5 myös jonkin muun elektroniikkalaitteessa mahdollisesti olevan suorittimen DSP sovellusohjelmistossa. Säätö voidaan toteuttaa jopa logiikalla ilman suorittimien MPU, DSP prosessointia.

Keksintöä voidaan soveltaa myös siten, että järjestetään kaksi tai use-10 ampia käyttöjännitteitä VCC1, VCC2 säädettäviksi. Ensimmäistä käyttö-jännitettä Vcc-i käytetään esim. suorittimien käyttöjännitteinä ja toista ja mahdollisia muita käyttöjännitteitä käytetään muiden sellaisten piirien käyttöjännitteinä, jotka mahdollistavat käyttöjännitteen säädön, mutta joiden käyttöjännitealue poikkeaa ensimmäisen käyttöjännitteen VCC1 15 säätöalueesta. Tätä voidaan soveltaa mm. sellaisissa useita suorittimia käsittävissä järjestelmissä (moniprosessorijärjestelmissä), joissa eri suorittimien käyttöjännitteitä voidaan ohjata toisistaan riippumattomasti, esim. sellaisissa kommunikointilaitteissa, joissa ensimmäinen suoritin MPU ja toinen suoritin DSP ovat erillisillä piireillä. Tällaista säätöä voi-20 daan soveltaa myös esim. ulkoisten muistien käyttöjännitteiden säädössä tilanteessa, jossa suoritinta ohjataan pienellä kellotaajuudella. Vielä eräänä esimerkkinä voidaan mainita sovellus, jossa ASIC-piiri 2 •v. käsittää erilliset käyttöjännitelinjat sisäisille suorittimille MPU, DSP, jol- loin näiden suorittimien MPU, DSP käyttöjännitteitä säädetään eri jän-25 nitteenmuodostusvälineillä. Tällöin esim. puhepuhelun aikana ensim- . mäistä suoritinta MPU ohjataan matalalla kellotaajuudella (esim. n. 26 7 " MHz) ja pienellä käyttöjännitteellä (esim. n. 1 V), kun samalla toista • · · *;7* suoritinta DSP saattaa olla tarve ohjata korkeammalla kellotaajuudella

: (esim. n. 100 MHz) ja suuremmalla käyttöjännitteellä (esim. välillä 1,3 V

30 -1,5 V). Tällainen toiminta edellyttää ASIC-piirin 2 sisällä toteutetta- :.*.i vaksi tason muuntimia (level-shifter), joilla eri käyttöjännitteiden logiik- .****·· katasot (0/1) saadaan vastaamaan toisiaan. Tämä on kuitenkin tunnet- .···. tua tekniikkaa toteutettuna mm. ASIC-piirin 2 ytimen (suorittimet MPU, DSP) ja liitynnän (I/O) välillä.

T! 35 **.:*’·* Nyt esillä olevaa keksintöä ei ole rajoitettu ainoastaan edellä esitettyyn suoritusmuotoon, vaan sitä voidaan muunnella oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

Claims

13 1 1 7523

1. Menetelmä langattoman viestimen (1) tehonkulutuksen säätämiseksi, jossa menetelmässä langattomalle viestimelle (1) muodostetaan 5 ainakin yksi käyttöjännite (VCC1, VCC2) ja jossa langattomassa viestimessä (1) on ainakin yksi suoritin (MPU, DSP), jolla suoritetaan yhden tai useamman sovelluksen ohjelmakäskyjä, ja mainitun ainakin yhden suorittimen (MPU, DSP) suoritusnopeus asetetaan kellosignaa-lilla(CLK), joka muodostetaan kellosignaalin muodostusvälineillä (17), 10 jossa menetelmässä sovelluksille määritetään suorituskykyvaatimus, jolloin elektroniikkalaitteen (1) ainakin yhtä käyttöjännitettä (VCC1) säädetään ja mainitun kellosignaalin (CLK) taajuutta muutetaan kulloinkin suoritettavana olevien yhden tai useamman sovelluksen suorituskyky-vaatimuksen perusteella, tunnettu siitä, että menetelmässä valitaan 15 kulloinkin suoritettavana olevien yhden tai useamman sovelluksen suo-rituskykyvaatimuksen perusteella käyttöjännite ja taajuus, ja että käyttöjännitteen (VCC1) säätö ja kellosignaalin taajuuden muutos valintaa vastaavaksi suoritetaan ainakin osittain ohjelmallisesti, ja että kellosignaalin taajuuden muutos suoritetaan säätämällä kellosignaalin muo-20 dostusvälineillä (17) muodostettavaa kellosignaalia käyttöjännitteen muuttamisen jälkeen. j‘\:

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että :Y: suorituskykyvaatimus määritetään sovelluksen ohjelmakäskyjen suori- ·:··· 25 tusnopeutena. • · *·· ♦•♦..ν'

.·.·.* 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että • · · ,·;ΐ# langattoman viestimen (1) ainakin yhtä käyttöjännitettä (VCC1) sääde- . · * * tään kulloinkin suoritettavana olevista sovelluksista sen sovelluksen . . 30 suorituskykyvaatimuksen perusteella, joka edellyttää suurinta suoritus- nopeutta.

• * • · ··· :4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu • · m . siitä, että mainittua käyttöjännitettä (Vcci) nostetaan suorituskykyvaa- ]·] 35 timuksen kasvaessa ja vastaavasti mainittua käyttöjännitettä (Vcc1) *··♦*· lasketaan suorituskykyvaatimuksen laskiessa. • · · • · ♦ · 14 1 1 7523

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1—4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitun kellosignaalin (CLK) taajuutta suurennetaan mainittua käyttöjännitettä nostettaessa ja vastaavasti mainitun kellosignaalin (CLK) taajuutta pienennetään mainittua käyttöjännitettä lasketta- 5 essa.

6. Langaton viestin (1), joka käsittää välineet (14) ainakin yhden käyttö-jännitteen (VCC1, VCC2) muodostamiseksi, ja yhden tai useamman suorittimen (MPU, DSP) sovellusten ohjelmakäskyjen suorittamiseksi, kel- 10 losignaalin muodostusvälineet (17), jolla kellosignaalilla (CLK) mainitun ainakin yhden suorittimen (MPU, DSP) suoritusnopeus on järjestetty asetettavaksi, joille sovelluksille on määritetty suorituskykyvaatimus, että langaton viestin (1) käsittää lisäksi välineet (MPU, DSP) sovelluksen suorituskykyvaatimuksen tutkimiseksi, ja välineet (CTRL, 22) aina-15 kin yhden käyttöjännitteen (VCC1) säätämiseksi, välineet (24) mainitun kellosignaalin (CLK) taajuuden muuttamiseksi, jolloin mainittu ainakin yksi käyttöjännite (VCC1) on järjestetty säädettäväksi kulloinkin suoritettavana olevien yhden tai useamman sovelluksen suorituskykyvaatimuksen perusteella, tunnettu siitä, että kulloinkin suoritettavana ole-20 vien yhden tai useamman sovelluksen suorituskykyvaatimuksen perusteella on valittu käyttöjännite ja taajuus, ja että käyttöjännitteen (VCC1) säätö ja kellosignaalin taajuuden muutos valintaa vastaavaksi fV on järjestetty suoritettavaksi ainakin osittain ohjelmallisesti, ja että kel- :Y: losignaalin taajuuden muutos on järjestetty suoritettavaksi säätämällä ·:··: 25 kellosignaalin muodostusvälineillä (17) muodostettavaa kellosignaalia : käyttöjännitteen muuttamisen jälkeen. • • · • ♦ · • · · ,*;I.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen langaton viestin, tunnettu siitä, * ’ että suorituskykyvaatimus on järjestetty määritettäväksi sovelluksen . , 30 ohjelmakäskyjen suoritusnopeutena. • · · • · · ·*· · ·*·

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen langaton viestin, tunnettu : siitä, että langattoman viestimen (1) mainittu ainakin yksi käyttöjän- .···. nite (VCCi) on järjestetty säädettäväksi kulloinkin suoritettavana olevista ]·* 35 sovelluksista sen sovelluksen suorituskykyvaatimuksen perusteella, jo- : ka edellyttää suurinta suoritusnopeutta. • * · • · · • · · 15 1 1 7 523

9. Patenttivaatimuksen 6, 7 tai 8 mukainen langaton viestin (1), tun nettu siitä, että välineet (CTRL, 22) ainakin yhden käyttöjännitteen (Vcci) säätämiseksi käsittävät välineet (20) käyttöjännit teen (VCci) asetusarvon tallentamiseksi, välineet(21) mainittuun ase- 5 tusarvoon verrannollisen vertailujännitteen muodostamiseksi, ja välineet (22) mainitun ainakin yhden käyttöjännitteen (VCci) muodostamiseksi mainitun vertailujännitteen perusteella.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 6—9 mukainen langaton viestin (1), 10 tunnettu siitä, että se käsittää ainakin yhden sovelluskohtaisen logiikkapiirin (2), jonka ainakin yksi käyttöjännite (VCC1) on järjestetty säädettäväksi.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen langaton viestin (1), tunnettu 15 siitä, että sovelluskohtaisesti ohjelmoitava logiikkapiiri (2) käsittää ainakin yhden mainitun suorittimen (MPU, DSP), jonka käyttöjännitteenä on järjestetty käytettäväksi mainittua säädettäväksi järjestettyä käyttöjännitettä (VCC1).

12. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen langaton viestin (1), tun nettu siitä, että sovelluskohtaisesti ohjelmoitava logiikkapiiri (2) käsittää „ # ytimen (core), jossa on ainakin yksi mainittu suoritin (MPU, DSP), ja V että ytimen (core) käyttöjännite (Vcc1) on järjestetty säädettäväksi. • · · • · ·1··· • · # · · • »I • · • · • · · » · · • · • 1 · ··· • 1 · « · • 1 · ···' * · 1 · • · « * · • · ··· ···;· • · « ··· ··· • · • · • ·« * • · · • · • · ··· « .--3- • « -X 117523 • 16 Patentkrav: