JP2006513645A

JP2006513645A - 電力管理システム

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Publication number: JP2006513645A
Application number: JP2004566729A
Authority: JP
Inventors: チュン、クリストファー; エイチ．ボーウィンデン、コーネリス
Original assignee: NXP USA Inc
Current assignee: NXP USA Inc
Priority date: 2003-01-17
Filing date: 2003-01-17
Publication date: 2006-04-20
Also published as: US7608942B2; EP1588225A1; US20060139827A1; CN1732418A; WO2004066050A1; CN100576130C; AU2003206744A1

Abstract

複数の集積回路部（１１１、１１３、及び１１５）を有する集積回路（１０３）であって、複数の各集積回路部は、複数電圧中の対応する電圧を受ける。選択回路（１２７及び１２３）は、複数電圧中の選択電圧を選択し、選択電圧の指標を提供して、集積回路への供給電圧を調整する。一実施形態では、指標は、例えば、選択電圧に比例するアナログ信号であって、選択電圧又は選択電圧より小さいもしくは大きい電圧のアナログ信号に対応し得る。一実施形態では、選択電圧は、複数電圧の検出段階に基づき、又は複数電圧を設定する複数の電圧レベル指標に基づき選択し得る複数電圧中の最大電圧に対応する。集積回路に接続された電力供給システム（１０５）を用いて、選択電圧の指標を受け取り、その指標に基づき、供給電圧を調整し得る。

Description

本発明は集積回路一般に関し、より詳細には集積回路用の電力管理システムに関する。

集積回路は、電力を利用して動作を行う。幾つかの集積回路では、集積回路の回路部が異なると、動作電圧の要求値が異なる。例えば、集積回路の異なる回路部は、異なる電圧レベルで電源が供給される。これらの集積回路の中には、動作中、異なる各回路部に供給される電力の電圧を変化させて、集積回路の総電力効率を高くしたり及び／又は集積回路の熱出力を低くしたりすることが望ましいものがある。

幾つかのシステムでは、集積回路に供給される電力の電圧と、集積回路の異なる回路部に供給される電圧との間の差を低減して、集積回路の電力効率を高かめることが望ましいものがある。しかしながら、異なる回路部に供給される電圧は、動作中変化し得るため、集積回路への供給電力の電圧は、異なる回路部のいずれか１つに供給される最大限の電圧を満足するのに充分な程高くなければならない。従って、この最大電圧要求値を満たすと、集積回路の電力効率が低下することがある。

望まれるものは、電力効率を改善した電子システム用電力管理システムである。

本発明の一実施態様では、集積回路には、供給電圧で電力を受ける入力部と、複数電圧中の対応する電圧を各々受ける複数の集積回路部とが含まれる。また、集積回路には、複数電圧中の選択電圧を選択し、複数電圧中の選択電圧の指標を提供して供給電圧を調整する選択回路が含まれる。

本発明の他の実施態様では、電子システムは、集積回路を含む。集積回路には、供給電圧で電力を受ける入力部と、複数電圧中の対応する電圧を各々受ける複数の集積回路部と、複数電圧中の選択電圧を選択し、また、複数電圧中の選択電圧の指標を提供する選択回路と、が含まれる。また、電子システムは、集積回路に接続された電力供給システムを含む。電力供給システムは、選択回路が提供する複数電圧中の選択電圧の指標に基づき、供給電圧を調整する。

本発明の他の実施態様では、電子システムにおいて電力を管理するための方法には、供給電圧で集積回路に電源を供給する段階と、複数電圧中の対応する電圧を集積回路の複数の集積回路部の各集積回路部に提供する段階と、が含まれる。本方法には、更に、複数電圧中の選択電圧を選択する段階と、複数電圧中の選択電圧を用いて供給電圧を調整する段階と、が含まれる。

本発明は、添付の図面を参照することによって、更に理解が深まり、その数多くの目的、特徴、及び利点が当業者に明らかになるであろう。
特に指定しない限り、異なる図面中で同じ参照符号を用いて同様な要素を示す。

以下、本発明を実行するための形態について詳細に説明する。以下の説明は、本発明の例示であることを意図しており、限定するものと解釈してはならない。
図１は、本発明による電子システムのブロック図である。電子システム１０１には、電子システムを動作させるための集積回路１０３が含まれる。一実施形態では、システム１０１は、手持ち式携帯電話であり、集積回路１０３は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ
）やマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）等のモデム回路を含むベースバンドＩＣＵ（集積回路ユニット）チップである。他の実施形態では、電子システム１０１は、例えば、携帯情報端末（ＰＤＡ）やラップトップコンピュータ等、集積回路１０３が中央処理装置チップであるコンピュータシステムである。一実施形態では、集積回路１０３には、ＣＭＯＳ技術が実装される。

図１に示すように、集積回路１０３は３つの集積回路部を備え、各集積回路部には、集積回路の電圧調整器から調整電圧で電力が個別に供給される。集積回路部Ａ１１１は、電圧ＶＡで調整器Ａ１１７から電力を受け、集積回路部Ｂ１１３は、電圧ＶＢで調整器Ｂ１１９から電力を受け、集積回路部Ｃ１１５は、電圧ＶＣで調整器Ｃ１２１から電力を受ける。例示の実施形態では、集積回路部Ａ１１１は、集積回路１０３の中核処理ユニットである。一実施形態では、各回路部（１１１、１１３、及び１１５）は、独立の電圧−周波数部分を表す。一実施形態では、集積回路部Ａ１１１はＭＣＵを含み、集積回路部Ｂ１１３はＤＳＰを含み、集積回路部Ｃ１１５はメモリを含む。

集積回路１０３は、ピン１４１を介して、電力供給システム１０５から供給電圧（ＶＤＤ）で動作電力を受ける。他の実施形態では、集積回路１０３の供給電力入力部には、集積回路１０３において内部で共に接続される多数のピンが含まれる。後述するように、集積回路１０３には、ＶＡ、ＶＢ、及びＶＣの１つから電圧を選択し、また、その電圧の指標を出力として電力供給システム１０５に提供してＶＤＤの電圧を調整するための回路が含まれる。

各調整器１１７、１１９、及び１２１は、ピン１４１を介して電力供給システム１０５から電力を受けて、そのそれぞれの回路部（回路部Ａ、回路部Ｂ、及び回路部Ｃ）用の所望の出力電圧（ＶＡ、ＶＢ、又はＶＣ）に電圧ＶＤＤの電力を変換する。各調整器１１７、１１９、及び１２１には、調整器出力の電圧を設定するためのレジスタ１２５から制御信号（ＣＡ、ＣＢ、及びＣＣ）を受けるための入力部が含まれる。制御信号ＣＡ、ＣＢ、及びＣＣは、制御信号を受け取る調整器用の所望の出力電圧を示す電圧レベル指標である。各調整器（１１７、１１９、及び１２１）の出力電圧（ＶＡ、ＶＢ、及びＶＣ）は、調整器が受け取る制御信号（ＣＡ、ＣＢ、又はＣＣ）が示す電圧によって設定される。ある実施形態では、調整器１１７、１１９、及び１２１は、線形調整器である。他の実施形態では、ブロック１１７、１１９、及び１２１は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ等のスイッチングデバイスで実現される。

中核回路部Ａ１１１は、集積回路１０３の動作中、バス１２０を介してレジスタ１２５に制御値を書き込むことによって、調整器１１７、１１９、及び１２１の出力の電圧（ＶＡ、ＶＢ、又はＶＣ）を個別に調整し得る。従って、中核回路部Ａ１１１は、集積回路１０３の電力効率を高めるために、回路部１１１、１１３、及び１１５に供給される電力の電圧を制御し得る。一実施形態では、レジスタ１２５は、中核回路部Ａ１１１の一部である。

集積回路１０３には、ＶＡ、ＶＢ、及びＶＣの１つから電圧を選択し、また、その電圧の指標を出力として電力供給システム１０５に提供してＶＤＤの電圧を調整するための回路が含まれる。図１の実施形態では、論理回路１２７は、制御信号ＣＡ、ＣＢ、及びＣＣをレジスタ１２５から受け取って、それらの制御信号に基づき、特定の状態で多重制御信号１２８を多重化装置１２３に供給する。調整器１１７、１１９、及び１２１の各出力は、多重化装置１２３への入力である。多重制御信号１２８の状態に基づき、多重化装置１２３は、ピン１４３を介して、調整器１１７、１１９、又は１２１のその出力部における出力電圧の１つを電力供給システム１０５に提供する。

一実施形態では、論理回路１２７は、調整器１１７、１１９、及び１２１の調整器出力電圧（ＶＡ、ＶＢ、又はＶＣ）を選択し、制御信号ＣＡ、ＣＢ、及びＣＣによって示すように、どの調整器出力電圧が、３つの内最も高い電圧であるかに基づき、電力供給システム１０５に供給する。例えば、制御信号ＣＡが１．０Ｖを示し、制御信号ＣＢが０．８ボルトを示し、制御信号ＣＣが１．２ボルトを示す場合、論理回路１２７は、多重化装置１２３を制御する状態に多重制御信号１２８を置き、電力供給システム１０５に調整器１２１の出力の電圧ＶＣを供給させるが、図１では、この電圧ＶＣは、Ｖｍａｘとして示す。

例示した実施形態では、電力供給システム１０５は、Ｖｍａｘを利用して、制御信号ＣＡ、ＣＢ、及びＣＣによって示すように、ＶＡ、ＶＢ、又はＶＣ中の最高電圧要求値を満足するのにちょうど充分な程高いレベルに電圧ＶＤＤを調整する。電力供給システム１０５は、ＶＤＤを（ＶＡ、ＶＢ、又はＶＣ中で最も高い）Ｖｍａｘの電圧より大きいオフセット電圧（Ｖｏｆｆ）にする。一実施形態では、Ｖｍａｘが１．０Ｖに等しく、Ｖｏｆｆが０．４である場合、ＶＤＤは、１．４に等しい。一実施形態では、Ｖｏｆｆは、調整器１１７、１１９、及び１２１中のいずれかの最小電圧降下の最大値に対応する。調整器の最小電圧降下は、調整器がまだ動作状態である場合、その入力（ＶＤＤ）とその出力（ＶＡ、ＶＢ、ＶＣ）との間の最小電圧降下である。線形調整器の中には、最小電圧降下が数百ミリボルトと小さい範囲のものがある。

最大電圧を供給するようにプログラムされた集積回路の調整器の入力電圧要求値を満足するのにちょうど充分な程高い供給電力電圧（例えば、ＶＤＤ）を供給すると、システムは、集積回路部の電圧要求値が、集積回路の動作中、変動した場合でも、集積回路に最小限のＶＤＤを供給し得る。幾つかの実施形態では、システム１０１の他の電圧降下又は他の動作上の問題点に対応するためようにＶｏｆｆの大きさを決定し得る。集積回路の動作中、最小限のＶＤＤを供給すると、システム１０１は、改善された電力効率で動作し得る。

更に、集積回路部に供給される選択電圧の指標を電力供給システムに対して提供すると、回路部に供給される電圧のより正確なリアルタイムのフィードバックを供給電圧（ＶＤＤ）の調整のために提供し得る。

電力供給システム１０５には、バッテリ１０７からの（電圧Ｖｂａｔｔである）電力をＶＤＤの調整電力に変換するための変換器１３１が含まれる。一実施形態では、変換器１３１は、バック構成を有するスイッチング調整器を含む。変換器１３１は、比較器１３３の入力部にＶＤＤ- Ｖｏｆｆに等しい電圧を提供するための出力部を有する。比較器１３３の第２入力部は、Ｖｍａｘを受ける。比較器１３３は、その出力部において、制御信号（Ｃｏｎｔｒｏｌ）を変換器１３１に供給して、ＶＤＤ- Ｖｏｆｆ対Ｖｍａｘの比較に基づき、ＶＤＤを調整する。一実施形態では、比較器１３３の出力は、ＶＤＤ- ＶｏｆｆがＶｍａｘより大きい場合、高電圧の離散信号であり、ＶｍａｘがＶＤＤ- Ｖｏｆｆより大きい場合、低電圧である。

一実施形態では、Ｖｏｆｆの値は、変換器１３１内に配線で組み込まれる。他の実施形態では、Ｖｏｆｆは、システム１０１の組み立て中、又は、幾つかの実施形態では、システム１０１の動作中、変換器１３１のプログラミング入力部（図示せず）を介してプログラム可能にできる。例示した実施形態では、電力供給システム１０５は、集積回路として実装される。しかしながら、他の実施形態では、電力供給システム１０５は、別個の構成要素に実装される。他の実施形態では、電力供給システム１０５は、他の調整器（図示せず）、及びシステム１０１の他の回路（図示せず）に電力を供給するための電力管理回路（図示せず）、並びに電力管理に無関係な回路（図示せず）を含み得る。また、他の実施形態では、電力供給システム１０５は、例えば、ＡＣ電力や太陽電力等、他の電力源タイ
プから電力を受けるように構成し得る。

図２は、本発明に基づく電子システムの他の実施形態を示す。電子システム２０１は、図１の電子システム１０１と同様であるが、例外は、多重化装置２２３が電力供給システム２０５に提供する調整器出力電圧（ＶＡ、ＶＢ、又はＶＣ）の選択が、調整器（２１７、２１９、及び２２１）の出力の検出電圧（ＶＡ、ＶＢ、ＶＣ）に基づくことである。図２において、アナログ回路２２７は、調整器２１７、２１９、又は２２１の出力部に接続された入力部を含む。調整器２１７、２１９、及び２２１の出力部で検出された電圧に基づき、アナログ回路２２７は、調整器２１７、２１９、又は２２１の出力電圧の１つを選択する状態に多重制御信号２２８を置き、多重化装置２２３の出力部において電力供給システム２０５に提供する。例示した実施形態では、アナログ回路２２７は、ＶＡ、ＶＢ、又はＶＣ中のどれが最高電圧であるか検出し、ＶＡ、ＶＢ、又はＶＣ中の最高電圧をＶｍａｘとして電力供給システム２０５に提供する状態に多重化装置２２３を置く。

本明細書の教示内容に基づき、図１及び２に示し本明細書で述べた実施形態に対して幾つかの修正を行い得ることを当業者は認識されるであろう。例えば、電力供給システム（１０５及び２０５）に提供される電圧（Ｖｍａｘ）は、図１及び２ではアナログ信号であるが、図１及び２のシステムは、調整器１１７、１１９、及び１２１の選択出力電圧の電圧でデジタル信号を提供するように修正し得る。例えば、図１において、アナログ−デジタル変換器は、多重化装置１２３の出力部に配置し得る。他の実施形態では、Ｖｍａｘは、調整器１１７、１１９、及び１２１の選択出力電圧の電圧に比例する電圧であったり、また、それより大きい又は小さい電圧であったりしてよい。他の実施形態は、図１及び図２に示す３つ以外の多数（例えば、２つ又は４つ以上）の電圧から選択するための回路を含み得る。

本発明の特定の実施形態について例示し説明したが、本明細書の教示内容に基づき、本発明及びその広義の実施態様から逸脱することなく変更及び修正を更に行い得ること、また従って、添付の請求項は、それらの範囲内において、本発明の真の精神及び範囲にある全てのこのような変更や修正を網羅するものであることを当業者は認識されるであろう。

本発明に基づく電子システムの実施形態を示すブロック図。本発明に基づく電子システムの他の実施形態を示すブロック図。

Claims

供給電圧で電力を受ける入力部と、
複数の電圧のうち対応する電圧を各々受ける複数の集積回路部と、
前記複数の電圧から選択された電圧を選択し、及び前記複数の電圧から前記選択された電圧の指標を提供して前記供給電圧を調整する選択回路とを備える集積回路。
前記選択回路は、前記複数の電圧の少なくとも一部の検出に基づき、前記複数電圧から前記選択された電圧を選択する、請求項１に記載の集積回路。
前記複数の電圧から前記選択された電圧は、前記複数の電圧の前記一部から検出された最大電圧に対応する、請求項２に記載の集積回路。
前記複数の電圧の各々を設定する複数の電圧レベル指標を記憶する記憶回路をさらに備え、前記選択回路は、前記複数の電圧レベル指標に基づき、前記複数電圧中の前記選択電圧を選択する、請求項１に記載の集積回路。
前記選択回路は、前記複数の電圧レベル指標中のどの指標が、前記複数電圧中の最大電圧を示すか決定し、前記複数電圧中の前記選択電圧は、前記最大電圧を示す前記複数の電圧レベル指標中の前記指標に対応する、請求項４に記載の集積回路。
それぞれが前記供給電圧を受ける入力部と、前記複数の電圧のうち対応する電圧を提供する出力部とを有する、複数の電圧調整器をさらに備えた請求項１に記載の集積回路。
前記複数の電圧調整器の各々は、電圧降下を有し、前記供給電圧は、前記電圧降下及び前記複数電圧中の前記選択電圧に基づき調整される、請求項６に記載の集積回路。
前記複数電圧から前記選択された電圧は、前記複数電圧中の最大電圧に対応する、請求項１に記載の集積回路。
複数のスイッチングデバイスをさらに備え、該スイッチングデバイスの各々は前記供給電圧を受けるために接続された第１電流電極と、前記複数電圧中の対応する電圧を提供するために接続された第２電流電極とを有する、請求項１に記載の集積回路。
前記複数電圧から前記選択された電圧の前記指標は、前記集積回路の外部にある電力供給システムに提供され、該電力供給システムは、前記複数電圧から前記選択された電圧の前記指標に基づき前記供給電圧を調整する、請求項１に記載の集積回路。
前記指標は、前記複数電圧中の前記選択電圧に比例する電圧を有するアナログ信号である請求項１に記載の集積回路。
前記複数電圧から前記選択された電圧の前記指標は、前記複数電圧中の前記選択電圧である請求項１１に記載の集積回路。
前記複数の電圧を受けるための複数の入力部と、前記複数電圧から前記選択された電圧を提供するための出力部とを有した多重化装置回路をさらに備える請求項１に記載の集積回路。
供給電圧で電力を受ける入力部、
複数の電圧から対応する電圧を各々受ける複数の集積回路部、及び
前記複数の電圧から選択された電圧を選択し、及び前記複数の電圧から前記選択された電圧の指標を提供する選択回路を備える集積回路と、
前記集積回路に接続された電力供給システムと、前記電力供給システムは前記選択回路が提供する前記複数の電圧から前記選択された電圧の前記指標に基づき、前記供給電圧を調整することとを備える、電子システム。
前記選択回路は、前記複数の電圧の少なくとも一部の検出に基づき、前記複数電圧から前記選択された電圧を選択する請求項１４に記載の電子システム。
前記複数の電圧から前記選択された電圧は、前記複数の電圧のうちの前記一部から検出された最大電圧に対応する請求項１５に記載の電子システム。
前記各複数の電圧を設定する複数の電圧レベル指標を記憶する記憶回路をさらに備え、前記選択回路は、前記複数の電圧レベル指標に基づき前記複数電圧中の前記選択電圧を選択する、請求項１４に記載の電子システム。
前記選択回路は、前記複数の電圧レベル指標中のどの指標が、前記複数電圧中の最大電圧を示すか決定し、前記複数電圧中の前記選択電圧は、前記最大電圧を示す前記複数の電圧レベル指標中の前記指標に対応する、請求項１７に記載の電子システム。
前記電力供給システムは、
前記供給電圧に基づき、前記複数電圧から前記選択された電圧の前記指標を基準電圧と比較し、制御信号を出力する比較回路と、
前記供給電圧を提供するための出力部を有する変換器と、該変換器は前記制御信号に基づき、前記供給電圧を調整することとをさらに備える請求項１４に記載の電子システム。
請求項１４の電子システムを備えた手持ち式電子デバイス。
前記複数の電圧から前記選択された電圧の前記指標は、前記複数電圧中の前記選択電圧に比例する電圧のアナログ信号である、請求項１４に記載の電子システム。
前記複数電圧中の前記選択電圧の前記指標は、前記複数電圧の前記選択電圧である請求項２１に記載の電子システム。
前記アナログ信号の前記電圧は、前記複数電圧から前記選択された電圧である請求項２２に記載の電子システム。
前記複数電圧から前記選択された電圧は、前記複数電圧中の最大電圧に対応する請求項１４に記載の電子システム。
供給電圧で集積回路に電源を供給するステップと、
複数電圧のうち対応する電圧を前記集積回路の複数の集積回路部の各々に提供するステップと、
前記複数電圧から選択電圧を選択するステップと、
前記複数電圧から前記選択電圧を用いて前記供給電圧を調整するステップとを備える、電子システムにおいて電力を管理するための方法。
前記複数電圧から前記選択された電圧は、前記複数電圧中の最大電圧に対応する請求項２５に記載の方法。
前記複数電圧から前記選択された電圧は、前記複数電圧中の最大電圧を示す電圧レベル指標に対応する請求項２５に記載の方法。
前記電圧レベル指標は、複数の電圧レベル指標の１つであり、各電圧レベル指標は、前記複数電圧中の１つの電圧を設定する、請求項２７に記載の方法。
前記供給電圧に基づき前記複数電圧から前記選択された電圧を基準電圧と比較するステップと、
比較するステップに応答して、前記供給電圧を調整するステップとをさらに備える請求項２７に記載の方法。
前記対応する電圧を提供するステップには、前記対応する電圧で各集積回路部に電源を供給するステップが含まれる、請求項２５に記載の方法。