JP2003513600A - 電源電圧供給装置 - Google Patents

電源電圧供給装置

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JP2003513600A
JP2003513600A JP2001533612A JP2001533612A JP2003513600A JP 2003513600 A JP2003513600 A JP 2003513600A JP 2001533612 A JP2001533612 A JP 2001533612A JP 2001533612 A JP2001533612 A JP 2001533612A JP 2003513600 A JP2003513600 A JP 2003513600A
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ロルフ エフ ピー ベッカー
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、電子回路（６０）に第２の電源電圧（ＶＤＤ２）を供給するための電源電圧発生器（１）に関する。電圧変換器（５０）は、第１の電源電圧（ＶＤ Ｄ１）を受け取り、出力電圧（ＶＤＤ２）が下限（ＶＬＯＷ）と上限（ＶＨＩＧ Ｈ）との間の制御範囲で変動するように、第１の電源電圧（ＶＤＤ１）を前記第２の電源電圧（ＶＤＤ２）に変換する。電圧パラメータ供給源回路（３）は、電子回路（６０）の最小電源電圧値（Ｖｍｉｎ）に実質的に等しい電圧パラメータ信号（ＶＬＯＷ）を生成し、変換器（５０）のパラメータ入力部（５３）にこの電圧パラメータ信号（ＶＬＯＷ）を与える。電圧パラメータ供給源回路（３）は、ＰＬＬに組み込まれるＶＣＯ（１０）を有する。電圧パラメータ信号（ＶＬＯ Ｗ）は、ＶＣＯ（１０）への制御信号（Ｖｃｏｎｔｒ）から導き出される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して電源電圧を供給することに関し、特に、電子回路に電源とし
て直流電圧を供給することに関する。本発明は特に、集積回路の一部に電源とし
て直流電圧を供給することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、例えば携帯電話において使用される電池駆動回路において、エネルギ
ー消費は可能な限り小さいことが望ましい。この理由のため、可能な限り低い電
圧で動作するように電子回路、特に集積回路の素子を設計しようとする傾向があ
る。例えば、集積回路の素子の多くは、１．３Ｖの電源電圧で動作することが可
能である。しかしながら、集積回路のいくつかの素子は、正しく動作するために
、より高い動作電圧（例えば３Ｖ）を必要とする。このような回路の場合、低い
電源電圧ＶＤＤ１については電池のような電源を与え、直流／直流変換器のよう
な変換器によって、低い電源電圧ＶＤＤ１から高い電源電圧ＶＤＤ２を導き出す
のが通常である。しかしながら、高い電源電圧について電池のような電源を与え
、直流／直流変換器又はリニアレギュレータのような電圧変換器によって、高い
電源電圧から低い電源電圧を導き出すことも知られている。以下、直流／直流変
換器によって、低い電源電圧ＶＤＤ１から高い電源電圧ＶＤＤ２が導き出される
例示に関して本発明を説明するが、本発明は、そのような実施例に限定されない
ことを理解されたい。
【０００３】 電子回路のための電源電圧は、その電子回路が正しく動作するために特定の最
小値Ｖｍｉｎを有する必要がある。このような最小値Ｖｍｉｎは、回路の設計特
性と考えることができる。このような回路への電源電圧が最小電源電圧Ｖｍｉｎ より高い場合、回路はなお正しく動作するが、エネルギー消費は最適とはいえな
い。従って、電圧変換器の出力電圧ＶＤＤ２は一定であり、Ｖｍｉｎに等しいこ
とが望ましい。しかしながら、実際上、電圧変換器の出力電圧は一定ではなく、
下限ＶＬＯＷと上限ＶＨＩＧＨとの間の制御範囲で変動するように制御される。
ここで、下限ＶＬＯＷは、最小電源電圧Ｖｍｉｎにほぼ等しくなるように選ばれ
るのに対して、ＶＨＩＧＨ−ＶＬＯＷの差は、制御マージンと考えられる。この
ように、変換器は、原則として、２つの動作パラメータ、すなわちＶＨＩＧＨ及
びＶＬＯＷを必要とする。実際に、ＶＨＩＧＨは、固定値ΔＶ＝ＶＨＩＧＨ−Ｖ ＬＯＷ を与えることによりＶＬＯＷから導き出すことができる。従って、変換器
は、１つの入力パラメータＶＬＯＷのみを必要とする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
通常、変換器の制御範囲の限界は固定されている。起こりうる製造公差を考慮
に入れるために、ＶＬＯＷは、Ｖｍｉｎと比較して高く選択されるべきである。
これは、多くの応用例に関して相対的に高いエネルギー消費を意味する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この問題を克服するために、本発明の重要な側面によれば、電圧変換器は、直
流／直流変換器の制御範囲の下限ＶＬＯＷについて適切な値を示す入力信号を受
け取るためのパラメータ入力部を有するとともに、入力電圧ＶＤＤ１から導き出
される出力電圧ＶＤＤ２を、前記パラメータ入力部で受け取られるパラメータ信
号から導き出される下限ＶＬＯＷに少なくとも等しくなるように制御する点にお
いて制御可能である。パラメータ信号は、ＶＬＯＷと同一の電圧レベルであるこ
とが好ましい。
【０００６】 設計特性であるＶｍｉｎとは異なり、ＶＬＯＷは、エネルギー消費と安全マー
ジンとの間の許容できる均衡を達成するために適切に設定されなければならない
動作パラメータである。ＶＬＯＷの値が非常に高く選択される場合、集積回路の
平均エネルギー消費は不所望に高くなってしまう。他方、ＶＬＯＷの値がＶｍｉ ｎ より低くなる場合、集積回路への電源電圧はＶｍｉｎ以下に低下してしまう可
能性がある。この場合、集積回路は、不正確に動作したり、又は全く動作しなく
なる。
【０００７】 これに関する問題は、Ｖｍｉｎの正確な実際の値が、とりわけプロセス「履歴
」、すなわち電圧変換器の製造中の厳密なプロセス条件に依存することである。
これにより、Ｖｍｉｎの正確な実際の値は、個々の電圧変換器ごとに異なりうる
。更に、Ｖｍｉｎは一定ではなく、とりわけ集積回路の温度に依存する。従って
、電圧変換器に制御パラメータＶＬＯＷを供給するためのパラメータ供給源を有
することが望ましい。このパラメータ源は上記の依存性を考慮する。
【０００８】 本発明の他の目的は、このようなパラメータ供給源を設けることである。
【０００９】 本発明の重要な側面によれば、制御パラメータＶＬＯＷを供給するためのパラ
メータ供給源は、その出力信号の特性が電子回路のＶｍｉｎの特性に実質的に合
致するように設計される。好適な実施例において、パラメータ供給源は、一定の
周波数を生成するように制御される電圧制御発振器（ＶＣＯ）を有する。この電
圧制御発振器ＶＣＯは、前記電子回路と同じチップ内に実現され、制御パラメー
タＶＬＯＷは、ＶＣＯへの制御電圧から導き出される。より好適な実施例におい
て、前記電圧制御発振器は、ＶＣＯを制御するためのフェーズロックループ（Ｐ
ＬＬ）に組み込まれる。
【００１０】 米国特許第５,３５９,３００号の公報は、無線ページャ用のＰＬＬを開示して
いる。係るＰＬＬの機能は、ページャ用の周波数を生成することである。ＰＬＬ
の素子は、電池により供給される第１の電源電圧ＶＤＤ１上で動作する。ＰＬＬ
の１つの素子（具体的にはＰＬＬのチャージポンプ）には、第２の電源電圧ＶＤ Ｄ２ が供給される。この第２の電源電圧ＶＤＤ２は、直流／直流変換器によって
電池電圧ＶＤＤ１から導き出される。ここで、直流／直流変換器は、ＰＬＬの正
しい動作を達成するために、ＰＬＬの一部として働くだけである。直流／直流変
換器は、ブースターコイルを切り替えるスイッチングトランジスタを有する。こ
のスイッチングトランジスタは、ＰＬＬの周波数信号から導き出される周波数信
号により制御される。しかしながら、上記の公報は、本発明の概念を開示も示唆
もしていない。より具体的には、上記の公報は、本発明の基礎をなす問題、すな
わち電子回路が特定の最小電源電圧Ｖｍｉｎを有する必要があるという点につい
て言及していない。この公報は、また、変換器の制御範囲の下限ＶＬＯＷを示す
パラメータ信号により制御される電圧変換器を開示することによりこの問題の解
決策を呈示しているわけでもない。
【００１１】 本発明の上記及び他の側面、特性及び利点は、本発明による制御回路の図面を
参照した好適な実施例の以下の説明により更に明らかになるであろう。図面にお
いて、同一の符号は、同じ又は同様の素子を示している。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による電源電圧発生器１の機能ブロック図を概略的に示してい
る。この電源電圧発生器１は、チップ回路６０に電源電圧ＶＤＤ２を供給するよ
うに設計されている。このチップ回路６０は、例えば携帯電話における回路であ
り、又は最小電源ドレインが最も重要である他のいかなるタイプの電子機器にお
ける回路であってもよい。より具体的には、電子チップ回路６０のための電源電
圧ＶＤＤ２は、電子チップ回路６０が正しく動作するように特定の最小値Ｖｍｉ ｎ を有する必要がある。他方、低いエネルギー消費のために、電源電圧ＶＤＤ２ は、可能な限り低くすべきである。従って、電源電圧発生器１は、以下により詳
しく説明するように、前記の必要性が満足されるような態様で電源電圧ＶＤＤ２ を生成するように設計される。
【００１３】 電源電圧発生器１は、図示する実施例において、第１の電源電圧ＶＤＤ１を受
け取るための一次電圧入力部５１と、第２の電源電圧ＶＤＤ２を出力するための
二次電圧出力部５２とを具える直流／直流変換器である電圧変換器５０を有する
。原則として、電圧変換器は、出力電圧レベルが、図２に示すように、下限ＶＬ ＯＷ と上限ＶＨＩＧＨとの間の制御範囲で変動するように制御されるタイプの既
知のいかなる電圧変換器であってもよい。従って、電圧変換器の構造及び動作に
ついて、ここで更に詳しく説明しない。しかしながら、下限ＶＬＯＷが固定値で
ある従来の電圧変換器とは異なり、本発明による電圧変換器５０は、変換器の制
御範囲の下限ＶＬＯＷについて適切な値を示す入力パラメータ制御信号を受け取
るためのパラメータ入力部５３を有する。更に、電圧変換器５０は、入力電圧Ｖ ＤＤ１ から導き出されるその出力電圧ＶＤＤ２を、前記パラメータ入力部で受け
取ったパラメータ信号から導き出される下限ＶＬＯＷに少なくとも等しくなるよ
うに制御する。
【００１４】 電源電圧発生器１は、更に、制御パラメータ信号ＶＬＯＷを生成するための電
圧パラメータ供給源回路３を有する。この電圧パラメータ供給源回路３は、電圧
変換器５０のパラメータ入力部５３に接続された出力部２を有する。
【００１５】 図１の好適な実施例において、パラメータ信号は、ＶＬＯＷと同一の電圧レベ
ルである。
【００１６】 電圧パラメータ供給源回路３は、ＶＣＯ信号ｆＶＣＯを供給するとともに、こ
のＶＣＯ信号ｆＶＣＯが実質的に安定な信号であるように制御電圧信号Ｖｃｏｎ ｔｒ により制御される電圧制御発振器１０を有する。制御パラメータ信号ＶＬＯ Ｗ は、前記制御電圧信号Ｖｃｏｎｔｒから導き出される。好適には、電圧パラメ
ータ供給源回路３は、図１に示すように緩衝増幅器４０を有する。この緩衝増幅
器４０は、その入力部４１において制御電圧信号Ｖｃｏｎｔｒを受け取り、その
出力部４２において緩衝増幅された電圧信号を供給する。図１の例において、緩
衝増幅器４０は、緩衝増幅器４０の入力部４１に結合された非反転入力部と、緩
衝増幅器４０の出力部４２に結合された出力部とを有するオペアンプ４３を有す
る。オペアンプ４３の出力信号は、信号を分けるレジスタ４７、４８の対を通し
て、オペアンプ４３の反転入力部に帰還される。
【００１７】 図１に示す好適な実施例において、ＶＣＯ１０の制御は、以下に説明するよう
に、フェーズロックループ構成にＶＣＯ１０を組み込むことにより達成される。
【００１８】 ＶＣＯ出力信号ｆＶＣＯは、分周器１１に供給される。分周器１１は、位相及
び周波数検出器３０の第１の入力部に、分周された信号ｆＶＣＯ／Ｎを供給する
。水晶２１を含む発振器２０は、出力信号ｆｒｅｆを生成する。発振器２０は、
必要に応じて第２の分周器（簡潔さのため図示せず）を通して、位相検出器３０
の第２の入力部に結合される。位相検出器３０は、２つの入力信号ｆＶＣＯ／Ｎ
とｆｒｅｆとを比較し、エラー信号を出力する。エラー信号は、制御信号として
チャージポンプ３１に供給される。
【００１９】 チャージポンプ３１は、位相検出器３０の出力信号に依存する電圧信号を出力
する。この電圧信号は、好適にはループフィルタ３２を通して、ＶＣＯ１０の出
力信号ｆＶＣＯの周波数を制御するために、ＶＣＯ１０の制御入力部に制御信号
Ｖｃｏｎｔｒとして帰還される。制御信号Ｖｃｏｎｔｒの大きさは、ＶＣＯ１０
の出力信号ｆＶＣＯが発振器２０の出力信号ｆｒｅｆに従うようになるものであ
る。原則として、発振器２０の出力信号ｆｒｅｆは、安定な信号であり、従って
制御信号Ｖｃｏｎｔｒの大きさは、一定の値を有する。制御信号Ｖｃｏｎｔｒは
、フェーズロックループ回路の出力信号ＶＯＵＴと考えられる。
【００２０】 直流／直流変換器５０は、例えば電池（図示せず）のような電源から第１の電
源電圧ＶＤＤ１を受け取り、回路１から受け取った入力制御パラメータ信号ＶＬ ＯＷ に基づいて、入力第１電源電圧ＶＤＤ１を第２の電源電圧ＶＤＤ２に変換す
る。上述したように、第２の電源電圧ＶＤＤ２は、ＶＬＯＷと（ＶＬＯＷ＋ΔＶ
）との間の制御範囲内に制御され、ＶＬＯＷは、回路６０により必要とされる最
小電源電圧Ｖｍｉｎにほぼ（又は正確に）等しくなるように設定される。ＶＣＯ
制御信号Ｖｃｏｎｔｒから導き出される動作パラメータＶＬＯＷは、当業者に明
らかなように、緩衝増幅器４０の利得係数の適切な設定により、回路６０の特性
最小電源電圧Ｖｍｉｎに合わせられる。ＶｃｏｎｔｒとＶＬＯＷとの間の適切な
関係は、オペアンプ回路以外の他の手段により達成することができることを理解
されたい。例えば、緩衝増幅器４０は、生産後の調整のためにソフトウェアによ
り利得を設定することができるソフトウェア制御可能な増幅器と置き換えられて
もよい。
【００２１】 上述したように、回路６０により必要とされる最小電源電圧Ｖｍｉｎは一定で
はない。最小電源電圧Ｖｍｉｎは、例えば回路６０のチップの水晶温度と、回路
６０のチップを製造するために利用される製造プロセスとに依存する。この依存
性を考慮するために、電圧パラメータ供給源回路３のＶＣＯ１０は、回路６０と
同じチップ上に実現される。特定の実施例においては、電源電圧発生器１の全体
が、回路６０と同じチップ上に実現される。分周されたＶＣＯ信号ｆＶＣＯ／Ｎ
を発振器基準周波数ｆｒｅｆのペースに維持するために必要なＶＣＯ制御信号Ｖ ｃｏｎｔｒ のレベルは、回路６０により必要とされる最小電源電圧Ｖｍｉｎと同
じパラメータに依存する。更に、双方の依存性は同一であり、又は少なくとも類
似している。例えば、水晶温度が高くなる場合、正しい動作のために回路６０に
より必要とされる最小電源電圧Ｖｍｉｎは増加し、ＶＣＯ制御信号Ｖｃｏｎｔｒ もまた増加する。更に、遅いトランジスタをもたらす製造プロセスに関しては、
正しい動作のために回路６０により必要とされる最小電源電圧Ｖｍｉｎが高くな
り、ＶＣＯ制御信号Ｖｃｏｎｔｒも高くなる。
【００２２】 このように、変化する条件下においても、回路６０のための第２の電源電圧Ｖ ＤＤ２ は、エネルギー消費と安全マージンとの間の許容できる均衡が維持される
ような態様で適当に生成されることが明らかであろう。
【００２３】 当業者には、本発明の範囲が上述した例に限定されず、特許請求の範囲に規定
した本発明の範囲から逸脱することなくいくつかの変形例及び変更例が可能であ
ることが明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】パラメータ供給源を備える電圧変換器を有する電源電圧発生器の概
略的な機能ブロック図。
【図２】電圧変換器の変換の振る舞いを示す概略図。
【符号の説明】 １ 電源電圧発生器 １０ 電圧制御発振器 １１ 分周器 ３０ 位相及び周波数検出器 ４０ 緩衝増幅器 ５０ 電圧変換器 ６０ チップ回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H730 AA06 AS01 AS04 BB01 BB03 CC25 FF09 FG01 FG25

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】第１の電源電圧を受け取るための一次電圧入力部と、第２の電
    源電圧を出力するための二次電圧出力部とを具える、直流／直流変換器のような
    電圧源又は電圧変換器であって、 出力電圧の出力電圧レベルを、下限と上限との間の制御範囲内で変動するよう
    に制御し、更に、前記制御範囲の前記下限について適切な値を示す入力パラメー
    タ制御信号を受け取るためのパラメータ入力部を有する、電圧源又は電圧変換器
    。
  2. 【請求項２】電子回路に第２の電源電圧を供給するための電源電圧発生器で
    あって、 請求項１に記載の制御可能な電圧源又は電圧変換器と、 前記電子回路の最小電源電圧値に実質的に等しい電圧パラメータ信号を生成す
    るための電圧パラメータ供給源回路と、 を有し、前記電圧パラメータ供給源回路が、前記電圧変換器のパラメータ入力部
    に結合された出力部を有する、電源電圧発生器。
  3. 【請求項３】前記電圧パラメータ供給源回路は、その出力信号の特性が前記
    電子回路の前記最小電源電圧値の特性に実質的に合致するように設計される、請
    求項２に記載の電源電圧発生器。
  4. 【請求項４】前記電圧パラメータ供給源回路は、一定の周波数を生成するよ
    うに制御される電圧制御発振器を有し、前記電圧制御発振器は、前記電子回路と
    同じチップ内に実現され、前記制御パラメータは、前記電圧制御発振器への制御
    電圧から導き出される、請求項２又は請求項３に記載の電源電圧発生器。
  5. 【請求項５】前記電圧制御発振器は、該電圧制御発振器を制御するためのフ
    ェーズロックループに組み込まれている、請求項４に記載の電源電圧発生器。
  6. 【請求項６】前記電圧制御発振器は、ＶＣＯ信号を供給し、 前記電圧制御発振器は、前記ＶＣＯ信号が実質的に安定な信号であるように制
    御電圧信号により制御され、 前記制御パラメータ信号は、前記制御電圧信号から導き出される、請求項５に
    記載の電源電圧発生器。
  7. 【請求項７】前記電圧パラメータ供給源回路は、入力部において前記制御電
    圧信号を受け取り、出力部において前記制御パラメータ信号として増幅された電
    圧信号を供給する増幅器を有し、前記制御パラメータ信号は、実質的に利得係数
    に関してのみ前記制御電圧信号とは異なり、前記利得係数は、１より大きく、１
    に等しく、又は１より小さくとることができる、請求項６に記載の電源電圧発生
    器。
  8. 【請求項８】前記増幅器の前記利得係数は、ソフトウェアにより予め設定可
    能である、請求項７に記載の電源電圧発生器。
  9. 【請求項９】前記電圧制御発振器の出力部は、好適には分周器を通して、位
    相及び周波数検出器の第１の入力部に結合されており、 前記電圧パラメータ供給源回路は更に、水晶を具える発振器を有し、前記発振
    器の出力部は、必要に応じて第２の分周器を通して、前記位相及び周波数検出器
    の第２の入力部に結合され、 前記位相及び周波数検出器の出力信号は、制御信号としてチャージポンプに供
    給され、 前記チャージポンプの出力信号は、好適にはループフィルタを経由して、前記
    電圧制御発振器の前記出力信号の周波数を制御するために制御信号として前記電
    圧制御発振器の制御入力部に帰還される、請求項５ないし請求項８のいずれか１
    項に記載の電源電圧発生器。
JP2001533612A 1999-10-28 2000-10-10 電源電圧供給装置 Pending JP2003513600A (ja)

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