JP2008517395A - 低電力消費の電力制御回路 - Google Patents

Abstract

自律的に電力供給される携帯型電子デバイス、特にスマートカード上の利用可能なバッテリ電力は、非常に小さいが、非常に長い寿命を必要とする。したがって、非常に小さな静止電流でさえ大きな電力の問題である。本発明は、単一の電源スイッチ、例えばＦＥＴ又はＭＥＭスイッチがシステム全体から電源（？）を切り離し、最小の電流を可能にするために使用されることができる、電力節約回路及び方法を開示する。更に、二重動作ボタン及び電源スイッチの一体化の組み合わせは、最少数の構成要素及び内部接続を持つ解決策を提供する。"いずれのボタンでも起動するシステム"に対するオプションは、ユーザに対する不便さ無しで、使用中の追加の電力節約を可能にする。

Description

本発明は、電力節約回路、電力消費削減方法、スマートカード、トランスポンダ及び携帯型の自律的に電力供給される（autonomously powered）電子デバイスに関する。

自律的に電力供給される電子デバイスの分野において、ますます多くの高機能が携帯型電子デバイスに一体化されることができるので、小型化は進行中のプロセス及び所望のゴールである。携帯電話、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、携帯型デジタルアシスタント（ＭＤＡ）及び手持ち式ＧＰＳデバイスは、このような携帯型電子デバイスの例であり、ユーザビリティがフォームファクタ（form-factor）に強く依存し、したがって、ユーザ受容性（user acceptance）の重要な特徴であることが明らかである。更に、電子機能が新しいフィーチャであるエレクトロニクスが日常生活のアイテムにおいて出現している。例えば、自動車の鍵におけるトランスポンダ、又はトランスポンダによる自動車の鍵の代用である。鍵に関連したトランスポンダ又は鍵として機能する単独のトランスポンダは、容易に複製されることができる機械式の鍵より良いセキュリティを提供する。更に重要な分野は、以下により詳細に検討されるスマートカードの分野である。

スマートカード（以下、短縮してカードとも称される）は、典型的には、小さな埋め込まれた電子機能回路、例えば、コンピュータチップ等を持つ"クレジットカード"サイズのフォームファクタを持つデバイスである。このようなカードコンピュータは、タスクを実行する及び／又は情報を記憶するようにプログラムされることができる。一般に、異なるタイプのスマートカード、例えば、メモリカード、プロセッサカード、電子財布カード、セキュリティカード等が存在する。現今、プロセッサ回路を持つスマートカードは、通常、一般にカード端末とも称されるいわゆるスマートカードリーダに挿入されるように適合され、この場合、使用可能である。前記リーダと通信することを望むソフトウェアは、前記スマートカードの電源を入れる又はコマンドを転送するような機能を提供するために、前記リーダを制御する幾つかのコマンドを送信する必要がある。スマートカードに送信されたコマンドは、独自仕様であってもよいが、しかしながらコマンド形式を詳細に規定する規格、特にＩＳＯ７８１６仕様も存在する。

スマートカードは、ビジネスが急速に変化する世界市場において発展し、製品及びサービスを拡大するのを助ける。周知の商業アプリケーション、例えば、バンキング、支払い、アクセス制御、識別、発券、駐車又は料金徴収等に加えて、近年は、情報時代が、数々のセキュリティ及びプライバシ問題を持ち込み、高度なスマートカードセキュリティアプリケーション、例えば、ＰＣ及びネットワークに対するユーザの安全なログオン及び認証、デジタル証明書、パスワード及び信用証明の記憶、要注意データの暗号化、及び無線通信サブスクライバ認証等を要求する。

スマートカードの最新世代は、カード端末、即ち上述のカードリーダ無しの自律的な動作に向けて開発されている。したがって、このようなカードは、動作のために内部電源を必要とする。しかしながら、スマートカードの寸法のため、前記カード内部に利用することができる電力は非常に小さい。典型的には、内部電源の容量は、１０ないし２５ｍＡｈのオーダである。スマートカードの一般の使用プロファイルは、短い動作時間、例えば２０秒であり、一日あたり約５回の動作であり、間に動作の無い長い時間間隔を持つ。このような自律的なスマートカードの受容性に対して、使い尽くされたバッテリの理由で交換される必要なく数年間使用可能であることが重要であることは当然である。内部バッテリの再充電が可能であるとしても、これは忘れられる可能性があり、したがってユーザ受容性を害する可能性がある。したがって、十分な"オンボード"電力が保証されることができる所定の時間期間を保証することが必要である。利用可能な総電力は小さいので、前記カードが使用されないときに最小の電力使用量を持つことが非常に望ましい。１μＡの低い静止電流でさえ、３年の期間に対して２６ｍＡｈを消費する。２５ｍＡｈの内部バッテリを考慮すると、電力は、３年間の動作無しの期間に対してさえ十分ではない。しかしながら、前記バッテリにより占められる前記カードの面積は重要なので、この問題は、より大きなバッテリによって容易に解決されることはできない。より小さなバッテリは、前記カード上に他の構成要素に対してより多くの余地を残し、及び／又は前記カードのより良い機械的性質を提供する"プラスチック"に対してより多くの余地を残す。

電力損失を減少する２つの一般的なアプローチが存在し、各々は独自の不利点を持つ。第一に、機能回路に対する電源が維持される場合、即ち、前記電源がオフに切り替えられていない場合、全体的なシステムにより引き出される（？）静止電流は、少なくとも０．１μＡより下であるべきである。しかしながら、これは、スマートカードに適用された集積回路（ＩＣ）の電流生成に対して可能ではない。最も高度な低電力ＩＣは、現在、この種の静止電力に近づこうとしている。しかしながら、０．１μＡのオーダの静止電流でさえ、１０ｍＡｈバッテリの容量の２５％が３年の時間期間に浪費される。したがって、静止電流は、好ましくは、０．０１μＡより下であるべきである。

第２の代替案は、機能回路、例えばプロセッサから電源、例えばバッテリを切断するアナログスイッチの使用である。例えば、プロセッサは、電源を切る場合に電力が切断されるべきであるという信号を生成しうる。この解決法は、通常は、多数のトランジスタからなり、前記トランジスタの総リーク電流が大きくなりすぎるという欠点を持つ。更に、既知の回路において、電力線内のスイッチング素子としてのトランジスタは、数十オームの大きなオン抵抗を持ち、これは、電力供給される機能回路に対して使用されることができる電圧を追加的に減少する。電源に対する接続を切り替える最も単純な既知の回路は、図８に示されている。（Ｉ）におけるハイ信号により、トランジスタＶ２が開き、トランジスタＶ１のゲートをグラウンドに引き、したがってトランジスタＶ１を導通状態に切り替えさせる。ロー信号（Ｉ）において、トランジスタＶ２は閉じ、プルアップレジスタＲが、トランジスタＶ１のゲートをハイ電圧に持っていき、これはトランジスタＶ１を閉じる。この回路は、例えば、トランジスタＶ２がＦＥＴ３６に対応し、前記回路の残り、即ち少なくともトランジスタＶ１がＤＣ／ＤＣコンバータ内にある、米国特許広報ＵＳ５１９８８５１号の図１２において認識されることができる。図８の回路において、電力供給される回路のオン状態において、レジスタＲはほとんどの電力を消費する。現実的なレジスタ値が１００ｋないし１Ｍであることを考慮すると、電力使用量は、３Ｖの供給電力において３ないし３０μＡであり、これは、スマートカード、トランスポンダ等のようなここで検討されるデバイスのような非常に低電力のアプリケーションに対して重要である。図８の回路における電力オフ状態において、電力使用量は、２つのトランジスタＶ１及びＶ２のリーク電流により左右される。

本発明の目的は、オフ状態の間に電子デバイス全体の電力使用量を減少し、オン状態の間に最小の電力使用量を持つ電力節約回路を提供することである。

他の目的は、可能であればいつでもリーク電流を防ぐことである。
更に他の目的は、可能な限り少ない追加の電子素子を使用することである。

更に他の目的は、既存の集積回路内に一体化されることができ、したがって、スマートカード、トランスポンダ及び携帯型電子デバイス等のような非常に小さなデバイスに入れることができる回路ソリューションを持つことである。

上述の目的は、以下のセクションに記載される電力節約回路により達成される。

電力節約回路は、起動手段と、ブースタ手段と、電源を接続及び切断する電力スイッチング（power switching）手段とを有し、前記起動回路が、作動すると、前記電源から少なくとも前記ブースタ手段まで一時接続を提供するように構成され、前記ブースタ手段が、前記電力スイッチング手段の起動に対して前記電源により提供された供給電圧の範囲の外のスイッチング電圧を生成するように構成され、前記電力スイッチング手段が、起動すると、前記電源を前記ブースタ手段及び機能回路に接続するように構成される。

上述の目的は、更に、以下のセクションに記載される電力消費削減方法により達成される。

供給電圧を持つ限定的な内部電源により電力供給される機能回路を持つ携帯型電子デバイスにおいて電力消費を削減する方法は、
前記供給電圧の範囲の外のスイッチング電圧を生成するステップ、
前記スイッチング電圧によりスイッチング素子を起動するステップ、及び
前記スイッチング素子により前記機能回路に前記電源を接続するステップ、
によりオフ状態にある前記携帯型電子デバイスを起動するステップと、
前記スイッチング電圧の生成を停止するステップ、及びしたがって前記スイッチング素子を中断する（breaking）ステップ、
によりオン状態にある前記携帯型電子デバイスの電源を切る（shutting down）ステップと、
を有する。

上述の目的は、更に、上で規定された電力節約回路を有するスマートカードにより達成される。

上述の目的は、更に、上で規定された電力節約回路を有するトランスポンダにより達成される。

上述の目的は、更に、前記機能回路が前記電子デバイスの永久に使用される部分ではなく、上で規定された電力節約回路を有する携帯型の自律的に電力供給される電子デバイスにより達成される。

したがって、電力節約回路は、起動手段と、ブースタ手段と、電源を接続及び切断する電力スイッチング手段とを有し、前記起動回路が、作動すると、前記電源から少なくとも前記ブースタ手段まで一時接続を提供するように構成され、前記ブースタ手段が、前記電力スイッチング手段の起動に対して前記電源により提供された供給電圧の範囲の外のスイッチング電圧を生成するように構成され、換言すると、数学的には、前記生成されたスイッチング電圧の絶対値は、前記供給電圧の絶対値より大きい。前記電力スイッチング手段は、起動すると、前記電源を前記ブースタ手段及び機能回路に接続するように構成される。前記電源は、供給電圧を自律的に提供するいかなる種類の電源であることもできる電力供給手段の形をとり、好ましくはバッテリ又は蓄電池である。前記供給電圧の範囲の外であるスイッチング電圧が、前記スイッチング電圧が前記電源により提供される前記供給電圧より高いか、又は前記電源により提供される前記供給電圧より低いことを意味することに注意する。

前記電力スイッチング手段は、単一のスイッチング素子である。前記電力スイッチング手段は、いかなる種類の半導体スイッチング素子であることもできる。好ましくは、前記半導体スイッチング素子は、単一の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）である。前記電力スイッチング手段が集積回路のスケールの小型スイッチであることも可能である。好ましくは、このような小型スイッチは、小型電気機械スイッチ（ＭＥＭＳ）である。より好ましくは、このような小型電気機械スイッチは、静電スイッチ又は圧電スイッチである。

前記ブースタ手段は、前記供給電圧から前記スイッチング電圧を生成する電圧ブースティング回路である。本発明の一実施例において、前記スイッチング手段は、電旅行接続を前記電源の正の供給ラインに切り替えるように構成され、前記スイッチング電圧は、前記供給電圧より高い電圧である。本発明の他の実施例において、前記スイッチング手段は、電力接続を前記電源の負の供給ラインに切り替えるように構成され、前記スイッチング電圧は、前記供給電圧より低い電圧である。前記より高い電圧又はより低い電圧は、それぞれ、クロック信号であってもよい前記機能回路により提供される信号から生成されうる。この目的のため、前記ブースティング回路は、必要とされるスイッチング電圧の生成のために前記クロック信号を使用するチャージポンプであってもよい。

前記機能回路は、少なくとも処理回路又はディスプレイ駆動回路を有することができる。前記機能回路が、前記デバイスに対して適用可能ないかなる種類の回路、例えば音声生成回路、例えば指紋のようなユーザのバイオメトリックフィーチャを感知するセンサ回路、太陽電池、光放射素子等であることができることに注意すべきである。本発明の好適な実施例によると、前記機能回路は、前記ブースタ手段を有する。前記機能回路は、少なくとも前記ブースタ手段が利用可能であるディスプレイドライバを有することができる。前記機能回路は、少なくとも前記ブースタ手段が利用可能である前記処理回路を有することも可能である。処理回路内の前記ブースタ手段において、電気的に消去可能なプログラム可能読取専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）又はフラッシュメモリに対して元々使用されていた回路が存在してもよい。基準電位より低い又は高い電圧が、不揮発性メモリを含むプロセッサから使用されることができる。ここで、より高い電圧は、ＥＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリにデータを書き込むのに使用される。例えば、ＥＥＰＲＯＭに対して使用可能な電圧は、通常、１０ないし１５Ｖであり、フラッシュメモリに対して使用可能な電圧は正負両方の約１５Ｖである。したがって、このような電圧は、有利に、本発明によるスイッチング電圧として再使用されることができる。

前記起動手段は、いかなる種類のプッシュボタンであることもできるプッシュボタンであることができる。好ましくは、プッシュボタンは、入力部及び出力部をそれぞれ形成する導体のパターンの上にプレスされた単純な導電性ゴムパッドとして構成される。

更なる発展形において、前記プッシュボタンは、更に、前記機能回路に対する入力手段として機能するように構成される。この目的で、前記プッシュボタンは、前記電源に結合された入力部と、前記ブースタ手段に結合された第１の出力部と、機能回路の入力部に結合された第２の出力部とを有することができる。更に、前記プッシュボタンは、前記プッシュボタンの作動すると、前記入力部が前記第１の出力部及び前記第２の出力部の両方に接続されるように構成される。

携帯型電子デバイスにおける電力消費を削減する方法によると、前記デバイスは、所定の供給電圧を持つ限定的な内部電源により電力供給される機能回路を持つ。前記方法は、オフ状態にある前記携帯型電子デバイスを起動する場合に、以下のステップ、即ち、前記供給電圧より高い電圧を作るステップと、前記より高い電圧によりスイッチング素子を起動するステップと、前記スイッチング素子により前記機能回路に前記供給電圧を接続するステップとを有する。前記方法は、オン状態にある前記携帯型電子デバイスの電源を切る場合、以下のステップ、即ち、前記より高い電圧の生成を停止するステップと、前記スイッチング素子を中断するステップとを有する。前記中断するステップは、例えばＯＦＦプッシュボタンの作動であることができる外部入力活動により開始されてもよい。前記中断するステップが、所定の内部事象、例えばタイマの所定時間が経過した場合、又は処理若しくは動作が前記機能回路内で完了する場合に開始されることも可能である。

本発明による前記電力節約回路は、最も有利には、スマートカード、トランスポンダ及び携帯型の自律的に電力供給される電子デバイス内で使用されることができる。

一般に、本発明は、単一の電力スイッチング素子、例えば、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）又はＭＥＭＳ（小型電磁スイッチ）を、電源スイッチとして使用し、前記バッテリを前記機能回路、即ち前記電子システム全体から切断することを可能にする。有利には、単一のＦＥＴ又は単一のＭＥＭＳが、非常に低いオン抵抗で最小の可能なリーク電流を可能にする。本発明によると、ＭＥＭＳの切り替えに対して、切り替えられるべき前記電源の電圧より高い電圧が使用され、ＦＥＴの切り替えに対しては、前記ＦＥＴが前記電源により提供されるハイ電位に電力接続ラインを切り替えるのに使用されるのか、又はロー電位に切り替えるのに使用されるのかという事実に依存して、切り替えられるべき前記電源の電圧より高い又は低い電圧がそれぞれ使用される。必要とされる前記より高い又はより低い電圧は、前記デバイス又はシステム全体が動作中、即ちオン状態である限り、ブースタ手段、例えば電圧ブースティング回路により生成される。前記電源スイッチ、即ち前記ＦＥＴ又は前記ＭＥＭＳは、これ自体では電力を使用せず、図１０の回路のリーク電流より少なくとも１０倍小さい前記ブースタ回路内のリーク電流が残るだけなので、本発明による前記回路は、非常に大幅に低い電力使用量を持つ。最も有利には、必要とされるブースティング回路が既に利用可能である場合、即ち、より高い電圧（ＨＶ）又はより低い電圧（ＬＶ）が既に利用可能である場合に、追加の電力消費が全く存在しない。前記ＨＶ又はＬＶは、前記機能回路、例えばディスプレイを駆動するのに使用されるディスプレイドライバ内に既に存在することができ、したがって、唯一の追加の電子構成要素はＦＥＴ又はＭＥＭＳである。幾つかのプロセッサも、例えば電気的に消去可能なプログラム可能読取専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）又はフラッシュメモリに書き込むために、既に利用可能なＨＶ又はＬＶを持つことができ、前記ＨＶ又はＬＶはスイッチング電圧として再使用されることもできる。有利には、前記ブースタ回路に対するソースとして前記プロセッサの内部クロックを使用することにより、前記電源スイッチを制御するために追加のＩ／Ｏピンに対する必要性が無い。前記プロセッサがシャットダウン状態になる場合、前記プロセッサのクロックは停止し、したがって前記電源スイッチは前記バッテリ（電源）から前記プロセッサを自動的に切断する。

本発明の好適な実施例は、単一のＦＥＴを含むだけであり、図１０の従来技術と比較して２倍の割合でリーク電流を減少する。前記スイッチの動作に対するより高い電圧は、ＦＥＴの代わりに静電又は圧電ＭＥＭスイッチを使用することをも可能にする。ＭＥＭスイッチは、オン状態において電力を消費せず、オフ状態においてほとんどリークが無い。

本発明は、添付図面を参照して実施例に基づいてここに記載される。

第一に、電圧が回路の２つの特定のノード間の電位差として正しく定義されることが当然であることに注意すべきである。しかしながら、特定のノードが基準電位、即ち基準ノードとして定義されると、前記回路内の他のノードの電位は、当該電位と前記基準ノードの電位との間の差により定義される電圧により参照されることができる。したがって、本発明の実施例の記述における複雑性を取り除くため、前記回路のノードは、基準電位Ｖｒｅｆと比較した電圧により参照される。

ここで、本発明による電力節約回路の一般的な原理を示す図１が参照される。これによると、システム又はデバイス１は、本発明による電力節約回路１０を有する。電力節約回路１０は、起動手段２０と、ブースタ手段３０と、電源６０により提供される供給電圧Ｖに接続及び切断する電力スイッチング手段４０とを持ち、電源６０は更に基準電位Ｖｒｅｆを提供する。起動手段２０は、起動すると、供給電圧Ｖから少なくともブースタ手段３０に一時的な接続１２を提供するように構成される。ブースタ手段３０は、スイッチング手段４０が負の供給電圧Ｖに切り替えるために使用されるのか、又は正の供給電圧Ｖに切り替えるために使用されるのかという事実に依存して、供給電圧Ｖと比較してより高い電圧ＨＶ又はより低い電圧ＬＶであることができるスイッチング電圧ＳＶを生成するように構成される。スイッチング電圧ＶＳは、電力スイッチング手段４０の起動に対して使用される。電力スイッチング手段４０は、起動すると、電力供給ライン１４を介して供給電圧Ｖをブースタ手段３０及び機能回路５０に接続するように構成される。したがって、供給電圧Ｖは、ブースタ手段３０がスイッチング電圧ＳＶを生成する限り、ブースタ手段３０及び機能回路５０の両方に入力される。電力供給手段６０は、好ましくは、バッテリ又は蓄電池である。最終的に、基準電位Ｖｒｅｆは、少なくとも機能回路５０に結合される。ブースタ手段３０が基準電位Ｖｒｅｆにも結合されることも可能である。前記基準電位は、一般に接地電位ＧＮＤと称される。

ここで、本発明の第１の実施例のブロック図を示す図２が参照される。システム又はデバイス１は、スマートカードでありうる。基本的に、図１と比較して、ＦＥＴ４４及びプッシュボタン２２が、図１における電力スイッチング手段４０及び起動手段４０の代わりにそれぞれ使用される。更に、バッテリ６２からもわかるように、供給電圧Ｖは基準電位Ｖｒｅｆより高い。したがって、ＦＥＴ４４は、正の供給電圧ラインＶｐｐとバッテリ６２の供給電圧Ｖとの間で接続を切り替えなければならない。したがって、ＦＥＴ４４を切り替えるために、前記スイッチング電圧は、供給電圧Ｖより高くなくてはならず、即ち本発明による前記より高い電圧ＨＶでなくてはならない。

デバイス１は以下のように動作する。プッシュボタン２２が押される場合、これは、プロセッサ５４である前記機能回路のＶｐｐをバッテリ６２のＶに接続し、プロセッサ５４を起動させる。起動手順の一部として、プロセッサ５４は、ブースタ手段３０に信号５２を提供する。信号５２は、ブースタ手段３１のクロックを開始してもよく、又はブースタ手段３０にクロック信号、例えばプロセッサクロック自体を供給してもよい。開始されたクロック又は供給されたクロック信号をそれぞれ用いて、ブースタ手段３１は、ＦＥＴ４４を開く、所要の前記より高い電圧ＨＶを生成する。ＦＥＴ４４は、プッシュボタン２２が開放されている場合に電力供給ライン１４を維持する。デバイス１がオフに切り替えられなければならない（？）場合、プロセッサ５４は、ブースタ手段３１において前記クロックを停止するか、又はブースタ手段３１に対するクロックの供給を停止するかのいずれかである。この場合、前記より高い電圧ＨＶの生成が停止され、結果として前記より高い電圧ＨＶの機能停止（breakdown）を生じる。ＦＥＴ４４はオフに落ち（fall off）、全体のデバイス１は、前記電源から切り離され、したがってほぼゼロの電力を消費する。より有利には、ＦＥＴ４４及び前記機能回路、即ちプロセッサ５４は、プロセッサモジュール上に一緒に一体化されることができる。前記ブースタ回路に対するソースとして前記プロセッサの内部クロックを使用する場合、前記電源スイッチを制御するのに追加のＩ／Ｏピンに対する必要性は無い。前記プロセッサがシャットダウン状態になる場合、前記プロセッサのクロックは停止し、したがって前記電源スイッチは、前記プロセッサを前記バッテリ（電源）から自動的に切断する。

プロセッサ５４がクロック信号を提供する場合、ブースタ手段３１は、図２において、図３に示されるブースティング回路３２と同様に単純であることができる。クロック信号である図２の信号５２は、ブースティング回路３２の端子ＣＬＫにおいて入力される。前記信号が端子ＣＬＫにおいて提供される場合、ブースティング回路３２は、単純なワンステップ（one-step）チャージポンプとして機能し、前記端子において、図２のＦＥＴ４４を開くのに使用される必要とされるハイ電圧ＨＶを提供する。キャパシタＣ２の容量に依存して、図２のプロセッサ５４からブースタ回路３２に供給されるＣＬＫ端子における前記信号が、例えばデバイス１に対する外部通信のためにデータライン又はＩ／Ｏラインとして再使用されることができることに注意すべきである。スマートカードのようなデバイス上でプロセッサとして使用されるＩＣは、周知のように少数の外部相互接続部しか持たないので、デバイス１のプロセッサ５４に対する外部相互接続の限定的な数のため、既存の端子の再使用は有利である。

ここで、本発明の前記第１の実施例の更なる発展形のブロック図を示す図４を参照する。図２の前記第１の実施例と比較すると、図４において、前記起動手段のプッシュボタン２４は、二機能性を提供し、即ち、プッシュボタン２４は２つの機能に対して使用されることができる。第１の機能は、デバイス１の起動であり、第２の機能は、デバイス１上の前記機能回路に対する外部入力手段の提供である。換言すると、前記起動手段は、プロセッサ５４、即ち図１の機能回路５０に対する入力手段として再使用される。したがって、プッシュボタン２４は、"二重動作"プッシュボタンである。二重動作プッシュボタン２４が押される場合、Ｖとプロセッサ５４の供給電圧Ｖｐｐ及びプロセッサ５４の入力ピン５６の両方との間で入力信号ライン１６を介して接触がなされる。

二重動作プッシュボタン２４は、可能な実装の概略的な平面図である図５に示されるように実現されることができる。作動すると、単純な導電性ゴムパッド７８が、導体のパターン上にプレスされ、前記導体のパターンは、図５にスケッチされるように二重動作プッシュボタンの入力導体パターン７２、第１の出力導体パターン７２及び第２の出力導体パターン７４である。前記導電性ゴムパッドは、導体パターン７２，７４及び７６の十分な被覆が提供されている限りいかなる形状を持ってもよいことに注意すべきである。プッシュボタンのこの二機能性を提供することが、２つの単一のプッシュボタンスイッチの適用可能な組み合わせにより実現されることもできることに注意する。しかしながら、他の方法も存在し、その１つは以下に記載される。

図４の第２の実施例は、スマートカード又はトランスポンダ等のようなデバイスにおいて使用する２つの大きな利点を持つ。このようなデバイスにおける限定された空間は、限定された数、例えば２又は３のボタンを可能にするのみである。前記起動手段、即ち前記プッシュボタンを再使用することは、ボタンの必要な数を減少する。したがって、前記スマートカード又はトランスポンダのより多くの空間が他の機能に対して利用可能である。代替的には、同じ必要とされる空間に対する追加のプッシュボタンが可能であり、これは前記デバイスの使いやすさを向上する。前記二重動作プッシュボタンが有利にはデバイス１の全てのボタンに組み込まれることができ、"いずれかのボタンが押された（ANY BUTTON PRESSED）"場合に起動を可能にすることができることに注意する。前記機能回路が１より多いプロセッサ５４を有する場合、これは、プロセッサ５４又は全体のデバイス１が、もはや電力を節約するために必要とされない場合に、オフに切り替えることを可能にする。いかなる押された二重動作プッシュボタン２４もデバイス１を起動するので、ユーザに対する不便さが回避され、デバイス１がオフに切り替えるたびにユーザが特定のオンスイッチを押さなければならないようなことにはならない。図６は、本発明の第２の実施例に対する代替案のブロック図を示す。ここで、起動電力ライン１２と入力信号ライン１６との間にダイオードＤを配置することは、前記二重動作機能性を提供する。

ここで、本発明の好適な実施例のブロック図を示す図７を参照する。前記好適な実施例において、電力スイッチングＦＥＴ４４は、プロセッサ５４と一緒にプロセッサモジュール上に配置されることはなく、代わりに、電力スイッチングＦＥＴ４４は、ディスプレイドライバ５６と一緒に対応するディスプレイモジュール５５上に配置される。更に、上述の実施例によると、ＦＥＴ４４を開く前記より高い電圧ＨＶが追加のブースタ手段３１により生成され（図２、４、６）、これは、必ずしも、ほとんどのディスプレイモジュールを用いない。ほとんどの表示原理、例えばＬＣＤ及び電気泳動ディスプレイは、前記バッテリからの電圧及び／又は光学応答に対するプロセッサコア電圧より高い電圧を必要とする。したがって、ディスプレイモジュール５５上のディスプレイドライバ５４が既にブースティング回路を持っている場合、このブースティング回路は、供給電圧Ｖと比較して必要な前記より高い電圧ＨＶを生成するのに使用されることもできる。ディスプレイモジュール５５が１以上のディスプレイドライバ及び互いから分離されたブースタ回路を有することも可能である。即ち、ディスプレイドライバＩＣ又は少なくとも前記ディスプレイモジュールは、ＦＥＴ４４を開くために本発明による前記ブースタ手段として再使用されるブースタ回路３３を含む。更に、ＦＥＴ４４がディスプレイドライバ５４と一緒にディスプレイモジュール５５内に一体化されることもできることに注意すべきである。

動作手順は、ここで図７を参照して詳細に記載される。二重動作プッシュボタン２４が押される場合、プロセッサ５４及びディスプレイドライバ５６は、一時接続１２を介してバッテリ６２から電力を得て起動する。起動手順の一部として、プロセッサ５４は、前記ディスプレイが開始される前（？）にディスプレイドライバ５６及びブースタ回路３３を開始する。代替的には、プロセッサ５４は、ディスプレイドライバ５６においてブースタ回路３３にクロック信号を提供することができる。ディスプレイドライバ５６内のブースタ回路３３のハイ電圧ＨＶはＦＥＴ４４を開き、これは、プッシュボタン２４が離される場合に電力接続１４を維持する。デバイス１（又はシステム）、即ちディスプレイスマートカードがオフに切り替えられる場合、プロセッサ５４は、例えばディスプレイドライバ５６に対してリセットコマンドを発行することにより、ディスプレイドライバ５６においてブースタ回路３３をオフに切り替えることができる。ＦＥＴ４４はオフに落ち、全体のデバイス１はほぼゼロの電力を消費する。前記好適な実施例が、前の実施例で記載された、"いずれかのボタンが押された"起動、即ち前記二重動作プッシュボタン機能の代替的な実現と組み合わされることもできることに注意すべきである。

ここで、本発明の第２の実施例のブロック図を示す図８を参照する。ここで、バッテリ６２の極性からもわかるように、供給電圧Ｖは基準電位Ｖｒｅｆより低い。したがって、ＦＥＴ４６は、負の供給電圧ラインＶｎｎとバッテリ６２の供給電圧Ｖとの間で接続を切り替えなければならない。したがって、ＦＥＴ４６を切り替えるために、前記スイッチング電圧は、供給電圧Ｖより低くなくてはならず、即ち本発明によるより低い電圧ＬＶでなければならない。図８のデバイス１は以下のように動作する。プッシュボタン２２が押される場合、これは、例えばプロセッサ５４である前記機能回路のＶｎｎをバッテリ６２のＶに接続し、プロセッサ５４を起動させる。上述のように、プロセッサ５４は、信号５２、例えばクロック信号をブースタ手段３４に提供する。供給されたクロック信号を用いて、ブースタ手段３４（？）は、必要とされる前記より低い電圧ＬＶを生成し、これはＦＥＴ４６を開き、プッシュボタン２２が離される場合に電力供給ライン１４を維持する。デバイスの切り替えに対して、プロセッサ５４は、ブースタ手段３４に対する前記クロック信号の提供を停止することができ、前記より低い電圧ＬＶの生成をも停止させる。したがって、前記より低い電圧ＬＶの機能停止は、ＦＥＴ４６をオフに落とさせ、完全なデバイス１は、前記電源から切り離される。したがって、電力消費はほとんど存在しない。より有利には、ＦＥＴ４６及び前記機能回路、例えばプロセッサ５４は、プロセッサモジュール上で一緒に一体化されることもできる。前記ブースタ回路のソースとして前記プロセッサの内部クロックが使用される場合、ＦＥＴ４６を制御するのに追加のＩ／Ｏピンに対する必要性が存在しない。プロセッサ５４がシャットダウン状態になる場合、前記クロックは停止し、したがってＦＥＴ４６はバッテリ６２からプロセッサ５４を自動的に切断する。プロセッサ５４がクロック信号を提供する場合、図８のブースタ手段３４は、図９に示されるブースティング回路３５のような単純な回路であることができる。図８の信号５２、即ち前記クロック信号は、ブースティング回路３５の端子ＣＬＫにおいて入力される。ブースティング回路３５（図３内のものと同様）は、単純なワンステップチャージポンプとして機能し、図８のＦＥＴ４６を開くために使用される前記端子における必要とされるロー電圧ＬＶを提供する。

ここに記載される本発明の実施例の各々において、半導体スイッチの代わりに、前記電力スイッチング手段として、ＭＥＭスイッチが、電力供給ライン１４における開いた又は閉じたスイッチを作るために使用されることができることに注意する（図１，２，３，６，７，８）。このようなＭＥＭ直列スイッチの基本構造は、例えば、前記電力供給ラインにおける中断（機械的なギャップ）につるされた導体けた（conductive beam）からなることができる。前記ブースタ回路により作成された前記スイッチング電圧、即ち前記より高い電圧ＨＶを印加すると、静電力が前記けたに引き起こされ、これは、前記ギャップを横断する前記けたを下げ、前記電力供給ラインの開いた末端を一緒にショートする。前記より高い電圧ＨＶを取り除くと、前記けたの機械バネ復元力が、前記けたを前記けたのつるされた位置に戻すことができる。有利には、閉回路の損失は、最小、即ち、前記電力供給ライン及びＤＣ接点における誘電及びＩ２ｒ損失のみであり、前記中断、例えば１００μｍのギャップからの開回路分離（open-circuit isolation）は非常に高い。

要約すると、自律的に電力供給される携帯型電子デバイス上の利用可能なバッテリ電力は非常に小さいが、非常に長い寿命を必要とするので、非常に小さな静止電流でさえ大きな電力の問題である。したがって、本発明は、単一の電源スイッチ、例えばＦＥＴ又はＭＥＭスイッチがシステム全体から前記電源（？）を切り離し、最小の静止電流を可能にするために使用される電力節約回路及び方法を開示している。更に、二重動作ボタン及び前記電源スイッチの一体化の組み合わせは、最少数の構成要素及び最小の内部接続を持つ解決策を提供する。"いずれのボタンでも起動するシステム"に対するオプションは、ユーザに対する不便さ無しで、使用中の追加の電力節約に対する可能性を開く。

最後に、しかし重要なことに、請求項を含む明細書内で使用される場合に用語"有する"が、記載されたフィーチャ、手段、ステップ、又は構成要素の存在を特定するように意図されるが、しかしながら１つ以上の他のフィーチャ、手段、ステップ、構成要素又はこれらのグループの存在及び追加を除外しないことに注意する。更に、請求項における要素に選考する単語"１つの"は、複数のこのような要素の存在を除外しない。更に、参照符号は請求項の範囲を限定しない。更に、"結合"が、結合された要素間に電流経路が存在することを意味すると理解されるべきであり、即ち"結合"は、これらの要素が直接的に接続されることを意味しない。

本発明による電力節約回路の一般的な原理を示す。 本発明の第１の実施例のブロック図を示す。 ハイ電圧の生成に対するブースティング回路の実施例の一例を示す。 本発明の第１の実施例の更なる発展形のブロック図を示す。 本発明の第２の実施例において使用可能である二重動作ボタンのスイッチングパターンの一例を示す。 本発明の第１の実施例の更なる発展形の代替案のブロック図を示す。 本発明の好適な実施例のブロック図を示す。 本発明の第２の実施例のブロック図を示す。 ロー電圧の生成に対するブースティング回路の実施例の一例を示す。 従来技術による単純化された回路を示す。

Claims (19)

1. 起動手段と、ブースタ手段と、電源を接続及び切断する電力スイッチング手段とを有する電力節約回路において、前記起動手段が、作動すると、前記電源から少なくとも前記ブースタ手段への一時接続を提供するように構成され、前記ブースタ手段が、前記電力スイッチング手段の起動のために前記電源により提供される供給電圧の範囲の外であるスイッチング電圧を生成するように構成され、前記電力スイッチング手段が、起動すると、前記電源を前記ブースタ手段及び機能回路に接続するように構成される電力節約回路。
2. 前記起動手段がプッシュボタンである、請求項１に記載の回路。
3. 前記起動手段が、更に、前記機能回路に対する入力手段として機能するように構成される、請求項１に記載の回路。
4. 前記起動手段が、前記供給電圧に結合された入力部と、前記ブースタ手段に結合された第１の出力部と、前記機能回路の入力部に結合された第２の出力部とを有するプッシュボタンであり、前記プッシュボタンが、前記プッシュボタンを作動すると前記入力部が前記第１の出力部及び前記第２の出力部の両方に接続されるように構成される、請求項３に記載の回路。
5. 前記電力スイッチング手段が、単一の半導体スイッチング素子、好ましくは電界効果トランジスタである、請求項１に記載の回路。
6. 前記電力スイッチング手段が、単一の小型スイッチ、好ましくは小型電気機械スイッチである、請求項１に記載の回路。
7. 前記小型電機機械スイッチが静電スイッチ又は圧電スイッチである、請求項６に記載の回路。
8. 前記ブースタ手段が、切り替えられるべき前記供給電圧より高い電圧である前記スイッチング電圧を生成する電圧ブースティング回路である、請求項１に記載の回路。
9. 前記ブースタ手段が、切り替えられるべき前記供給電圧より低い電圧である前記スイッチング電圧を生成する電圧ブースティング回路である、請求項１に記載の回路。
10. 前記機能回路が、前記ブースタ手段に対してクロック信号を提供する、請求項８又は９に記載の回路。
11. 前記機能回路が、少なくとも処理回路又はディスプレイ駆動回路を有する、請求項１に記載の回路。
12. 前記処理回路又は前記ディスプレイ駆動回路が、前記ブースタ手段を有する、請求項１１に記載の回路。
13. 前記電源がバッテリ又は蓄電池である、請求項１に記載の回路。
14. 供給電圧を持つ限定的な内部電源により電力供給される機能回路を持つ携帯型電子デバイスにおいて電力消費を削減する方法において、
    前記供給電圧の範囲の外のスイッチング電圧を生成するステップ、及び
    前記スイッチング電圧によりスイッチング素子を起動するステップ、
    によりオフ状態にある前記携帯型電子デバイスを起動するステップと、
    前記スイッチング素子により前記機能回路に前記電源を接続するステップと、
    前記スイッチング電圧の生成を停止するステップ、及び前記スイッチング素子を中断するステップ、
    によりオン状態にある前記携帯型電子デバイスの電源を切るステップと、
    を有する方法。
15. 前記中断するステップが、外部入力活動により開始される、請求項１４に記載の方法。
16. 前記中断するステップが、所定の内部事象により開始される、請求項１４に記載の方法。
17. 請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の電力節約回路を有するスマートカード。
18. 請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の電力節約回路を有するトランスポンダ。
19. 請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の電力節約回路を有する携帯型の自律的に電力供給される電子デバイスにおいて、前記機能回路が、前記電子デバイスの永久に使用される部分ではない、電子デバイス。

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