JP2005070044A - 電圧制御発振器（ｖｃｏ）を較正する方法およびシステム - Google Patents

電圧制御発振器（ｖｃｏ）を較正する方法およびシステム Download PDF

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Abstract

【課題】
電圧制御発振器を用いて電圧を測定する際に、動作条件の違いによって生じる測定値のばらつきを補償する手段を提供すること。
【解決手段】
複数の既知の電圧をＶＣＯの入力部に加え、該電圧のそれぞれについて所定時間にわたってＶＣＯの出力計数を監視し、各電圧についてその出力計数を記憶することを含む、電圧制御発振器（ＶＣＯ）(101)の較正方法。本明細書は更に、複数の既知の電圧を備えた電圧制御発振器（ＶＣＯ）を較正するシステムも開示する。既知の電圧をＶＣＯに接続し、コントローラ(105)をＶＣＯの出力部に接続して、所定の入力電圧に対するＶＣＯ出力計数を表す較正テーブルをコントローラ(105)で管理する。
【選択図】図１

Description

本発明は電圧制御発振器を較正する方法および装置に関し、詳しくは出力パルス数を入力電圧に関連付けるテーブルを使用した方法および装置に関する。
本願は、２００３年８月２０日に出願した「SYSTEM AND METHOD FOR MEASURING CURRENT」と題する米国特許出願第１０／６４４，５４２号、「A SYSTEM FOR AND METHOD OF CONTROLLING A VLSI ENVIRONMENT」と題する米国特許出願第１０／６４４，６２５号、および「A METHOD FOR MEASURING INTEGRATED CIRCUIT PROCESSOR POWER DEMAND AND ASSOCIATED SYSTEM」と題する米国特許出願第１０／６４４，３７６号に関連する。
マイクロプロセッサ等の集積回路の動作条件を最適にするためには、集積回路で使用される電流の測定が必要になることが多い。電流を測定する一般的方法は、既知の値を持つ検出抵抗器（センスレジスタ）に電流を流しながら、その抵抗器両端の電圧降下を測定することである。既知の抵抗値と測定した電圧から、オームの法則（Ｉ＝Ｖ／Ｒ）により負荷電流を計算することができる。
電流を正確に測定するためには、正確な電圧測定値を得ることが重要である。デジタル回路において電圧を測定する方法の１つに、電圧制御発振器（ＶＣＯ）が使用したものがある。測定したい電圧をＶＣＯの制御入力部に加えると、ＶＣＯの出力部に一連のパルスが生成される。ＶＣＯの出力部にカウンタを接続することにより、一定時間におけるＶＣＯの出力パルスの数をカウンタでカウントすることができる。そして、ＶＣＯの出力周波数を既知の入力電圧に関連付けておくことにより、未知の入力電圧の値を判定することができる。しかしながら、ＶＣＯは入力電圧と出力周波数の関係が線形でないので、この方法の精度はばらつきがある。ＶＣＯの利得は、電圧、温度、時間の経過その他の要因で変化することがある。したがって、特定の入力電圧に対する出力計数は、様々な動作条件に応じて変化することになる。
本発明の一実施形態は電圧制御発振器（ＶＣＯ）を較正する方法である。この方法は、複数の既知の電圧を生成すること、前記既知の電圧をＶＣＯの入力部に印加すること、前記電圧のそれぞれについてＶＣＯからの出力計数を所定時間にわたって監視すること、および前記電圧のそれぞれについて前記出力計数を記憶することを含む。
本発明の他の実施形態は電圧制御発振器を較正するシステムである。このシステムは、、ＶＣＯに接続可能な複数の既知の電圧と、ＶＣＯの出力部に接続されたコントローラとを含み、コントローラが選択された入力電圧に対するＶＣＯの出力計数の較正テーブルを管理する。
本発明の他の実施形態はコンピュータプログラム製品である。このコンピュータプログラム製品は、コンピュータ読取り可能なプログラムコードを内部に有するコンピュータ使用可能媒体を含み、前記コンピュータ読取り可能なプログラムコードは、複数の既知の電圧を生成するコードと、前記既知の電圧を各ＶＣＯに印加するコードと、前記ＶＣＯからの出力計数を所定時間にわたって監視するコードと、前記ＶＣＯのそれぞれについて各電圧に対する出力計数のテーブルを記憶するコードとを含む。
本発明のさらに他の実施形態は電圧制御発振器（ＶＣＯ）を較正するシステムである。このシステムは、複数の既知の電圧をＶＣＯの入力部に印加する手段と、前記電圧のそれぞれについて所定時間にわたって前記ＶＣＯからの出力計数を監視する手段と、各電圧について前記出力計数を記憶する手段とを含む。
本発明のいくつかの実施形態では、ＶＣＯ入力電圧をＶＣＯ出力計数に関連付けるテーブルを生成する。そして、そのテーブルを用いて出力計数から未知の入力電圧を判定する。ダイ上の定電圧源とダイ上の一連の整合抵抗器とを用いて、一定範囲内の正確な既知の電圧を生成することができる。ＶＣＯの制御入力部はそれらの電圧に接続される。各入力電圧について一意の出力計数が生成される。ＶＣＯは各入力電圧で一定時間の間動作することができる。その一定時間の間、カウンタがＶＣＯの出力周波数を計数する。各一定時間の終わりに、その既知の入力電圧値と出力計数を較正テーブルに書き込む。入力電圧を一定の入力電圧範囲にわたって変化させると、一定の電圧範囲に関する較正テーブルが完成する。
ＶＣＯは温度や電圧の変化の影響を受けやすいので、較正テーブルは、デバイスの現在の動作条件を反映するように絶えず更新されるようにしてもよい。また、較正テーブルは、電流測定の一環として既知の抵抗の両端の電圧降下を判定するのにも使用することができる。
図１は本発明の一実施形態を示すブロック図である。ＣＰＵコア、監視回路、およびマイクロコントローラ（図示せず）等のプロセッサ構成要素が、集積回路としてＶＬＳＩ ＣＰＵダイ１００上に作成される。本発明の実施形態で使用される構成要素も、同じＶＬＳＩ ＣＰＵダイ１００上に作成される。ＶＣＯ１０１は、組み込み型の電圧制御発振器であり、現在既知の技術で作成してもよいし、今後開発されるであろう何らかの技術を用いて作成されてもよい。ＶＣＯ１０１は、制御入力部１０２に電圧が加わると、出力部１０３にパルスを出力する。出力部１０３にカウンタ１０４を接続することで、ＶＣＯ１０１から出力されるパルスを計数することができる。入力電圧１０２を変化させると、それに比例して出力部１１０における出力計数も変化する。たとえば、入力電圧１０２を増加させると、出力部１０３における周波数は増加し、１１０における計数も増加する。
コントローラ１０５は、ＶＣＯ１０１に対して入力電圧を選択し、カウンタ１０４における計数値を監視する、ダイ上のマイクロプロセッサである。コントローラ１０５は、既知の電圧を入力することにより、ＶＣＯ１０１の較正テーブルを作成する。
ＶＬＳＩ ＣＰＵダイ１００上に梯子状抵抗器１０６を作成する。梯子状抵抗器１０６は、既知の電圧と接地との間に直列接続された１５６個の整合抵抗器を含む。各抵抗器両端の電圧降下が同じであるため、対になる抵抗器、Ｒn１０７とＲn+1１０８の間に、等間隔で既知の電圧のタップＶn１０９がそれぞれ形成される。信頼性の高い既知の電圧を生成するものであれば、他の電圧源を使用してもよい。
既知の電圧Ｖnのうちの１つ又は複数を、ＶＣＯ１０１の入力部１０２に加える。カウンタ１０４が出力部１０３を監視し、既知の電圧それぞれについて所定時間にわたって出力計数１１０を測定する。コントローラ１０５は、ＶＣＯ１０１について、既知の電圧を出力計数にマッピングするテーブルを作成する。
図２は較正テーブル２００の例を示す。入力電圧２０１は、梯子状抵抗器１０６から得られる既知の電圧値である。出力計数２０２は、各入力電圧に対して生成された計数である。出力計数２０２は、所定の時間にわたって計数されたパルス数を表す。あるいは、出力計数２０２は、各制御電圧２０１について出力部１１０で測定された計数であってもよい。較正テーブル２００は梯子状抵抗器１０６から得られた各電圧を使用しているが、他の実施形態ではそれらの電圧のうちの一部しか較正に使用しない場合もある。たとえば、ＶＣＯ１０１の入力電圧のうち、予想動作範囲内にある電圧だけしかテーブル２００の生成に使用しない場合もある。
テーブル２００は、既知の電圧に対する出力計数を、その計数を行った時点でのＶＣＯ１０１の動作条件での出力計数として表している。温度変化等の条件変化に応じて、各入力電圧に対する出力計数は変わる場合がある。したがって、コントローラ１０５は絶えずテーブル２００を更新し、ＶＣＯ１０１の現在の動作条件を反映する。
テーブル２００の作成が終わると、未知の電圧を入力部１０２に印加することができる。その未知の電圧に対するＶＣＯの出力を所定の時間にわたって監視し、同じ所定の時間にわたって計数する。次いで、その計数を較正テーブル２００の列２０２と照合し、その計数に最も近い較正計数を見つける。未知の入力電圧の値が、列２０１における対応する電圧であることが判定される。たとえば、未知の電圧が計数n２０３に等しい計数を生成した場合、その未知の電圧は電圧Ｖn２０４に等しいであろうことが判定される。出力計数が列２０２の２つの値の間にある場合は、補間その他の機能を用いて未知の入力電圧を判定してもよい。
図３はＶＣＯを較正するプロセス３００を示すフロー図である。３０１で、梯子状直列抵抗器に既知の電圧タップを設ける。それらの電圧タップは、たとえば同じ値を持つ一連の抵抗器の抵抗器間に均等な間隔で設けられた電圧タップでよい。３０２で、それらの既知の電圧のうちの１つをＶＣＯの制御入力部に印加する。入力電圧により、ＶＣＯが一連のパルスを出力する。３０３で、一定時間にわたってそれらのパルスを計数する。３０４で、そのパルス計数をテーブルに追加する。テーブルは、既知の入力電圧を測定された出力計数にマッピングする。３０５で、他の電圧についてプロセスを繰り返し、使用可能な既知の電圧全てについて、あるいは選択された動作範囲内の電圧について、較正テーブルを埋めることができるようにする。選択された電圧すべてについてテーブルが埋まると、既知の電圧それぞれについてプロセスを再び繰り返し、計数値を更新して現在の動作条件を反映させる。
３０６で、未知の電圧をＶＣＯの入力部に印加する。３０７で、所定の時間にわたってＶＣＯの出力部を監視し、計数する。３０８で、その計数を較正テーブルと照合し、既知の電圧に関連付ける。
図４はＶＣＯを較正するプロセスを示すフロー図である。４０１で、複数の既知の電圧をＶＣＯの入力部に印加する。４０２で、各ＶＣＯからの出力計数を所定の時間にわたって監視する。４０３で、各電圧に対する出力計数を記憶する。
本発明の一実施形態を示すブロック図である。 本発明の実施形態による例示的な較正テーブルである。 ＶＣＯを較正するプロセスを示すフロー図である。 ＶＣＯを較正する代替プロセスを示すフロー図である。
符号の説明
１００ ＶＬＳＩ ＣＰＵダイ
１０１ 電圧制御発振器（ＶＣＯ）
１０２ ＶＣＯ入力部
１０５ コントローラ
１０６ 梯子状抵抗器
１０７ 抵抗器
１０９ 既知の電圧タップ

Claims (10)

  1. 電圧制御発振器（ＶＣＯ）(101)を較正する方法であって、
    複数の既知の電圧をＶＣＯ(101)の入力部に印加することと、
    前記電圧のそれぞれについて、所定の時間にわたって前記ＶＣＯからの出力計数を監視することと、
    前記電圧のそれぞれについて前記出力計数を記憶することと
    からなる方法。
  2. 複数の同じ抵抗器(107)を有する梯子状直列抵抗器(106)を設けることを更に含み、
    前記既知の電圧(109)が前記抵抗器それぞれの間から得られる、請求項１に記載の方法。
  3. 前記梯子状直列抵抗器(106)と前記ＶＣＯ(101)が同じ集積回路(100)上に作成される、請求項２に記載の方法。
  4. 同じ既知の入力電圧に対する較正動作を周期的間隔で繰り返すことにより、動作条件の変動を補償すること、を更に含む請求項１に記載の方法。
  5. 未知の電圧を前記ＶＣＯの入力部(102)に印加することと、
    所定の時間にわたって前記ＶＣＯ(101)からの未知の出力計数を監視することと、
    前記未知の出力計数を、出力計数が記憶されたテーブルと照合することと
    を更に含む、請求項１に記載の方法。
  6. 前記未知の電圧が既知の抵抗値を有する検出抵抗器の両端で測定され、
    前記未知の電圧を同じ出力計数を有する既知の電圧に関連付けることにより、前記未知の電圧の値を判定することと、
    前記既知の抵抗値と、前記未知の電圧について判定された値と用いて、前記検出抵抗器を通る電流を計算することと
    を更に含む、請求項５に記載の方法。
  7. 電圧制御発振器（ＶＣＯ）(101)を較正するシステムであって、
    前記ＶＣＯ(101)に接続可能な複数の既知の電圧と、
    前記ＶＣＯの出力部(103)に接続されたコントローラ(105)と
    からなり、前記コントローラが所定の入力電圧に対するＶＣＯ出力計数を示す較正テーブルを管理する、システム。
  8. 複数の電圧タップ(109)を有する梯子状抵抗器(106)を更に含み、該電圧タップが前記既知の電圧を供給する、請求項７に記載のシステム。
  9. 前記ＶＣＯ(101)、前記梯子状抵抗器(106)および前記コントローラ(105)が同じ集積回路上に作成される、請求項８に記載のシステム。
  10. 複数のＶＣＯ(101)を更に含み、
    前記コントローラ(105)が、前記ＶＣＯのそれぞれについて別々の較正テーブルを管理する、請求項７に記載のシステム。
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