JP2009080787A - 情報処理装置および半導体集積回路 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロプロセッサに供給される動作クロック信号が広範囲の周波数域で変化した場合に、マイクロプロセッサに供給される電源電圧の電圧値を適切に定めることのできる技術を提供する。
【解決手段】 マイクロプロセッサを備える情報処理装置は、マイクロプロセッサに供給される周波数可変の動作クロック信号を生成する動作クロック信号生成部（２１８，２２０，２７０）と、動作クロック信号の周波数の対数をとった値に応じて、マイクロプロセッサに供給される電源電圧の電圧値を定め、電源電圧を生成する電源電圧生成部（２３０，２５０，２６０）と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、消費電力を効率化した情報処理装置および半導体集積回路に関するものである。

従来、消費電力を効率化した情報処理装置に関する技術としては、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。

特開平８―４４４６５号公報

この従来技術では、マイクロプロセッサに供給するクロック周波数を変更し、これに合わせてマイクロプロセッサへの供給電圧も変更している。しかし、この従来技術では、マイクロプロセッサに供給するクロック信号が広範囲の周波数域で変化する場合についての工夫が十分ではないという問題があった。

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、マイクロプロセッサに供給される動作クロック信号が広範囲の周波数域で変化した場合に、マイクロプロセッサに供給される電源電圧の電圧値を適切に定めることのできる技術を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために、以下の形態または適用例を取ることが可能である。

[適用例１]
マイクロプロセッサを備える情報処理装置であって、
前記マイクロプロセッサに供給される周波数可変の動作クロック信号を生成する動作クロック信号生成部と、
前記動作クロック信号の周波数の対数をとった値に応じて、前記マイクロプロセッサに供給される電源電圧の電圧値を定め、前記電源電圧を生成する電源電圧生成部と、
を備える、情報処理装置。

適用例１の情報処理装置によれば、マイクロプロセッサに供給される動作クロック信号が広範囲の周波数域で変化した場合に、マイクロプロセッサに供給される電源電圧の電圧値を適切に定めることができる。

[適用例２]
適用例１記載の情報処理装置であって、
前記電源電圧生成部は、
前記動作クロック信号の周波数の対数をとった値に比例するように、前記電源電圧の電圧値を定める、情報処理装置。

適用例２の情報処理装置によっても、動作クロック信号の任意の周波数に対して適切な電源電圧を定めることができる。

[適用例３]
適用例１または２記載の情報処理装置であって、
前記電源電圧生成部は、
前記動作クロック信号の周波数の変化に応じて前記電源電圧の電圧値が変化する場合に、前記電源電圧の電圧値が、変化前の電圧値から変化後の電圧値まで所定の変化曲線に沿って推移するように前記電源電圧を生成する、情報処理装置。

適用例３の情報処理装置によれば、電源電圧の値が急激に変化することを抑制することができる。

[適用例４]
適用例１ないし３のいずれかに記載の情報処理装置であって、
前記動作クロック信号生成部は、レンジ切り替え無しで、前記動作クロック信号の可変周波数域の全範囲を出力可能な電圧制御発振器を含むＰＬＬ回路を備える、情報処理装置。

適用例４の情報処理装置によれば、マイクロプロセッサに供給される動作クロック信号の可変周波数域の全体にわたって、電圧制御発振器のレンジ切り替えが不要となるので、レンジ切り替えによるサグ（瞬時電圧降下）やハザード等の発生を回避することができる。

［適用例５］
半導体集積回路であって、
マイクロプロセッサに供給される周波数可変の動作クロック信号を生成する動作クロック信号生成部と、
前記動作クロック信号の周波数の対数をとった値に応じて、前記マイクロプロセッサに供給される電源電圧の電圧値を定め、前記電源電圧を発生する電圧発生部に前記電圧値を指令する電源電圧制御部と、
を備える、半導体集積回路。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、情報処理方法、情報処理システム、それらの方法または装置の機能を実現するための半導体集積回路、コンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。さらに、本発明は、情報処理装置または半導体集積回路を備えた電動機、その電動機を備えた電子機器、プロジェクタ、携帯機器、ロボット、移動体等の形態で実現することもできる。

次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．変形例：

Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の一実施例としてのコンピュータシステムの構成を示すブロック図である。このコンピュータシステムは、ＣＰＵ部１００と、加減速発振部２００と、ＲＯＭ部３００と、ＲＡＭ部４００と、記憶装置部５００と、入出力部６００と、バス７００とを備えている。加減速発振部２００は、ＣＰＵ部１００の同期動作を規定する動作クロック信号Ｆｃｌｋ−Ａを生成してＣＰＵ部１００に供給するとともに、コンピュータシステムの各種の回路（ＣＰＵ部１００、ＲＯＭ部３００、ＲＡＭ部４００等）に供給する電源電圧Ｅｖｄｄ−Ａを発生している。ＣＰＵ部１００は、バス７００を通じてシステム全体の動作を制御する。入出力部６００への入力は、キーボード、マウス、スタイラスペン、タッチパネル、ネットワークの受信回路などの入力デバイスから入力されるデータである。入出力部６００からの出力は、ＣＲＴディスプレイ、液晶等の平面表示体などの出力デバイスに与えられる信号である。

図２は、第１実施例における加減速発振部２００の内部構成を示すブロック図である。加減速発振部２００は、電源電圧Ｅｖｄｄ−Ａを生成する回路として、上位電圧限界値記憶部２１０と、下位電圧限界値記憶部２１２と、上位周波数値記憶部２１４と、下位周波数値記憶部２１６と、電源電圧制御部２３０と、電圧補間器２５０と、ＤＡ変換器（ＤＡＣ）２６０と、基準周波数値記憶部２２６とを備えている。加減速発振部２００は、さらに、動作クロック信号Ｆｃｌｋ−Ａを生成する回路として、基準発振部２１８と、基準分周器２２０と、ＰＬＬ回路２７０と、基準分周値記憶部２２２と、分周値記憶部２２４と、を備えている。なお、基準分周値記憶部２２２及び分周値記憶部２２４は、電源電圧Ｅｖｄｄ−Ａを生成する回路としても利用される。ＰＬＬ回路２７０は、位相比較部２７２と、ループフィルタ（ＬＰＦ）２７４と、電圧制御発振器（ＶＣＯ）２７６と、分周器２７８とを備えている。

上位電圧限界値記憶部２１０と、下位電圧限界値記憶部２１２と、上位周波数値記憶部２１４と、下位周波数値記憶部２１６は、バス７００を介してＣＰＵ部１００に接続されており、ＣＰＵ部１００により設定された上位電圧限界値Ｅｍａｘと、下位電圧限界値Ｅｍｉｎと、上位周波数値Ｆｍａｘと、下位周波数値Ｆｍｉｎとを、それぞれ記憶している。電源電圧制御部２３０は、電源電圧Ｅｖｄｄ−Ａの電圧値を設定する設定電圧値Ｅｖｄｄを出力する。設定電圧値Ｅｖｄｄは、上位電圧限界値Ｅｍａｘを最大値とし、下位電圧限界値Ｅｍｉｎを最小値とする範囲の値として出力される。電圧補間器２５０は、設定電圧値Ｅｖｄｄに基づいて、設定電圧補間値Ｅｖｄｄ−Ｄを出力する。ただし、電圧補間器２５０は、電源電圧制御部２３０内に設けてもよく、また、省略することも可能である。なお、電源電圧制御部２３０および電圧補間器２５０の動作の詳細については後述する。ＤＡ変換器２６０は、設定電圧補間値Ｅｖｄｄ−Ｄをデジタル信号からアナログ信号に変換することによって電源電圧Ｅｖｄｄ−Ａを生成し、生成した電源電圧Ｅｖｄｄ−ＡをＣＰＵ部１００等に供給する。電圧補間器２５０が省略されている場合では、ＤＡ変換器２６０は、設定電圧値Ｅｖｄｄをデジタル信号からアナログ信号に変換することによって電源電圧Ｅｖｄｄ−Ａを生成する。

基準分周値記憶部２２２と分周値記憶部２２４は、バス７００を介してＣＰＵ部１００に接続されており、ＣＰＵ部１００により設定された基準分周値Ｍと分周値Ｎとをそれぞれ記憶している。水晶振動子などの発振子が設けられた基準発振部２１８は、原クロック信号ＲＣＫ０を生成する。基準分周器２２０は、基準分周値記憶部２２２に記憶された分周値Ｍで原クロック信号ＲＣＫ０を分周することによって、基準クロック信号ＲＣＫ１を生成する。

基準分周器２２０で生成された基準クロック信号ＲＣＫ１は、位相比較部２７２に基準信号として供給される。分周器２７８によって生成される分周信号ＤＶＣＫは、位相比較部２７２に比較信号として入力される。位相比較部２７２は、これら２つの信号ＲＣＫ１，ＤＶＣＫの位相差を示す誤差信号ＣＰＳを生成する。この誤差信号ＣＰＳは、チャ−ジポンプ回路を内蔵するループフィルタ２７４に送られる。ループフィルタ２７４内のチャージポンプ回路は、誤差信号ＣＰＳのパルスレベルとパルス数とに応じた電圧レベルを有する電圧制御信号ＬＰＳを生成して出力する。

電圧制御発振器２７６は、電圧制御信号ＬＰＳの電圧レベルに応じた発振周波数を有する動作クロック信号Ｆｃｌｋ−Ａを出力する。この動作クロック信号Ｆｃｌｋ−Ａは、分周値記憶部２２４に記憶された分周値Ｎに基づいて、分周器２７８で１／Ｎに分周される。分周器２７８で生成された分周信号ＤＶＣＫは、前述したように、位相比較部２７２に送られて基準クロック信号ＲＣＫ１と位相比較される。そして、２つの信号ＲＣＫ１，ＤＶＣＫの位相差が０になるように、動作クロック信号Ｆｃｌｋ−Ａの周波数が収束していく。収束後の動作クロック信号Ｆｃｌｋ−Ａの周波数は、基準クロック信号ＲＣＫ１の周波数ｆRCK1に分周値Ｎを乗じた値となる。

原クロック信号ＲＣＫ０の周波数ｆRCK0と、基準クロック信号ＲＣＫ１の周波数ｆRCK1と、動作クロック信号Ｆｃｌｋ−Ａの周波数ｆFclk-Aとの関係は次の通りである。
ｆRCK1＝ｆRCK0／Ｍ …（１）
ｆFclk-A＝Ｎ×ｆRCK1＝Ｎ×ｆRCK0／Ｍ …（２）

例えば、ｆRCK0＝１ＭＨｚ，Ｍ＝１００，Ｎ＝１０００とすれば、ｆRCK1＝１０ＫＨｚ，ｆFclk-A＝１０ＭＨｚとなる。

ＣＰＵ部１００が、分周値記憶部２２４に記憶された分周値Ｎと、基準分周値記憶部２２２に記憶された基準分周値Ｍの値を書き換えると、動作クロック信号Ｆｃｌｋ−Ａの周波数ｆFclk-Aを連続的に任意の所望の値に設定することができる。これは、分周値記憶部２２４と基準分周値記憶部２２２とを設けるようにした利点である。

図３は、電圧制御発振器２７６のＶＦ特性を示すグラフである。縦軸は、電圧制御発振器２７６に入力される電圧値Ｖｉｎ［Ｖ］を示し、横軸は、電圧制御発振器２７６から出力されるクロック信号の周波数値Ｆｖｃｏ［Ｈｚ］を示している。この電圧制御発振器２７６は、レンジ切り替えを要することなく１ＫＨｚから１２ＧＨｚの周波数域を有する動作クロック信号Ｆｃｌｋ−Ａを出力することが可能である。したがって、この電圧制御発振器２７６をＰＬＬ回路２７０に用いれば、１ＫＨｚから１２ＧＨｚの範囲内の周波数域ではレンジ切り替えを要しないため、レンジ切り替えによるサグやハザード等の問題が生じないという利点がある。また、ＣＰＵ部１００がレンジ切り替えのための制御をする必要がないという利点もある。このように、電圧制御発振器２７６としては、ＣＰＵ部１００に供給されるクロック信号の周波数域の全体にわたってレンジ切り替えが不要な回路を用いることが好ましい。

図４（Ａ）は、電源電圧制御部２３０の内部構成を示すブロック図である。電源電圧制御部２３０は、相関係数演算部２３２と、周波数指令値演算部２３４と、設定電圧値演算部２３６とを備えている。図４（Ｂ）は、上記３つの演算部２３２，２３４，２３６の演算式を示している。相関係数演算部２３２は、上位電圧限界値Ｅｍａｘと、下位電圧限界値Ｅｍｉｎと、上位周波数値Ｆｍａｘと、下位周波数値Ｆｍｉｎとに基づいて、相関係数Ｋを求める。周波数指令値演算部２３４は、基準分周値Ｍと、分周値Ｎと、基準周波数値記憶部２２６に記憶された基準周波数値Ｆｓｃとに基づいて、周波数指令値Ｆｃｌｋを求める。基準周波数値記憶部２２６は、バス７００に接続されており（図２）、ＣＰＵ部１００によって基準周波数値Ｆｓｃが設定される。基準周波数値Ｆｓｃは、基準発振部２１８が生成する原クロック信号ＲＣＫ０の周波数ｆRCK0と同一の周波数に設定される。設定電圧値演算部２３６は、相関係数Ｋと、周波数指令値Ｆｃｌｋと、下位周波数値Ｆｍｉｎとに基づいて、設定電圧値Ｅｖｄｄを求める。相関係数Ｋと、周波数指令値Ｆｃｌｋと、設定電圧値Ｅｖｄｄは、次の式によって求めることができる。
Ｋ＝（Ｅｍａｘ−Ｅｍｉｎ）／（log(Ｆｍａｘ)−log(Ｆｍｉｎ)） …（３）
Ｆｃｌｋ＝Ｆｓｃ・Ｎ／Ｍ …（４）
Ｆｃｌｋ＜Ｆｍｉｎのとき、
Ｅｖｄｄ＝Ｅｍｉｎ …（５）
Ｆｍｉｎ≦Ｆｃｌｋ≦Ｆｍａｘのとき、
Ｅｖｄｄ＝Ｋ・(log(Ｆｃｌｋ)−log(Ｆｍｉｎ))＋Ｅｍｉｎ …（６）
Ｆｍａｘ＜Ｆｃｌｋのとき、
Ｅｖｄｄ＝Ｆｍａｘ …（７）

図４（Ｃ）は、周波数指令値Ｆｃｌｋと設定電圧値Ｅｖｄｄとの関係を示すグラフである。このグラフでは、周波数指令値Ｆｃｌｋの常用対数をとった値を横軸とし、設定電圧値Ｅｖｄｄを縦軸として示している。上記（２），（４）式から理解できるように、周波数指令値Ｆｃｌｋは、電圧制御発振器２７６から出力される動作クロック信号Ｆｃｌｋ−Ａの周波数fFclk-Aと等しい値として設定される。また、上記（３），（６）式で示したように、設定電圧値Ｅｖｄｄは、周波数指令値Ｆｃｌｋの常用対数をとった値に比例するように設定される。これは、動作クロック信号Ｆｃｌｋ−Ａおよび周波数指令値Ｆｃｌｋが広範囲の周波数域で変化した場合であっても、その周波数に対応して設定電圧値Ｅｖｄｄを定めることができるようにするためである。そして、周波数指令値Ｆｃｌｋが下位周波数値Ｆｍｉｎよりも小さい値を示した場合は、設定電圧値Ｅｖｄｄは下位電圧限界値Ｅｍｉｎに設定され、周波数指令値Ｆｃｌｋが上位周波数値Ｆｍａｘよりも大きい値を示した場合は、設定電圧値Ｅｖｄｄは上位電圧限界値Ｅｍａｘに設定される（（５），（７）式）。このようにすれば、ＣＰＵ部１００等に供給される電源電圧Ｅｖｄｄ−Ａの上限値と下限値を規定することができるからである。

図５は、周波数指令値Ｆｃｌｋに具体的な周波数値を代入した場合における設定電圧値Ｅｖｄｄの値を示す表である。この表では、下位周波数値Ｆｍｉｎは１Ｋ[Ｈｚ]に、上位周波数値Ｆｍａｘは１Ｇ[Ｈｚ]に、上位電圧限界値Ｅｍａｘは５．０［Ｖ］に、下位電圧限界値Ｅｍｉｎは０．８［Ｖ］に設定されている。設定電圧値Ｅｖｄｄは、５．０［Ｖ］を上限、０．８［Ｖ］を下限とし、周波数指令値Ｆｃｌｋの常用対数をとった値に比例した値として出力されている。

図６（Ａ）は、電圧補間器２５０の内部構成を示すブロック図である。電圧補間器２５０は、第１設定電圧値記憶部２５２と、第２設定電圧値記憶部２５４と、電圧補間値生成部２５６とを備えている。第１設定電圧値記憶部２５２は、電源電圧制御部２３０（図２）から順次供給される設定電圧値Ｅｖｄｄを記憶する。設定電圧値Ｅｖｄｄの値は、基準分周値Ｍや分周値Ｎの値に応じて変化する。第１設定電圧値記憶部２５２は、設定電圧値Ｅｖｄｄの値が変化すると、すでに記憶されている変化前の設定電圧値Ｅｖｄｄ＿ｎを第２設定電圧値記憶部２５４に供給すると共に、変化前の設定電圧値Ｅｖｄｄ＿ｎを順次変化後の設定電圧値Ｅｖｄｄ＿ｎ＋１で上書きして記憶する。第２設定電圧値記憶部２５４は、第１設定電圧値記憶部２５２から供給された変化前（上書きされる前）の設定電圧値Ｅｖｄｄ＿ｎを記憶する。つまり、第１設定電圧値記憶部２５２が変化後の設定電圧値Ｅｖｄｄ＿ｎ＋１を記憶しているときは、第２設定電圧値記憶部２５４は、変化前の設定電圧値Ｅｖｄｄ＿ｎを記憶していることとなる。

図６（Ｂ）は、電圧補間値生成部２５６から出力される設定電圧補間値Ｅｖｄｄ−Ｄと時間の経過との関係を示すグラフである。電圧補間値生成部２５６は、設定電圧値Ｅｖｄｄが変化していない場合は、第１設定電圧値記憶部２５２に記憶されている設定電圧値Ｅｖｄｄ＿ｎ＋１の値をそのまま設定電圧補間値Ｅｖｄｄ−Ｄとして出力する。設定電圧値Ｅｖｄｄが変化した場合は、電圧補間値生成部２５６は、第１設定電圧値記憶部２５２に新たに記憶された変化後の設定電圧値Ｅｖｄｄ＿ｎ＋１と、第２設定電圧値記憶部２５４に記憶された変化前の設定電圧値Ｅｖｄｄ＿ｎとを比較すると共に、それら２つの値の間を補間する補間値を、設定電圧補間値Ｅｖｄｄ−Ｄとして順次出力する。すなわち、設定電圧補間値Ｅｖｄｄ−Ｄは、変化前の設定電圧値Ｅｖｄｄ＿ｎの値から、変化後の設定電圧値Ｅｖｄｄ＿ｎ＋１の値に徐々に近づくように直線状の変化曲線にしたがって出力される。設定電圧補間値Ｅｖｄｄ−Ｄの生成方法としては、例えば、電圧補間値生成部２５６に原クロック信号ＲＣＫ０を供給し、原クロック信号ＲＣＫ０の１クロックごとに、変化前の設定電圧値Ｅｖｄｄ＿ｎに所定の値を加算または減算して設定電圧補間値Ｅｖｄｄ−Ｄとして出力する。そして、設定電圧補間値Ｅｖｄｄ−Ｄの値が変化後の設定電圧値Ｅｖｄｄ＿ｎ＋１の値と一致するまで、所定の値を加算または減算し続ければよい。このように設定電圧補間値Ｅｖｄｄ−Ｄを出力すれば、単位時間当たりの電源電圧Ｅｖｄｄ−Ａの変化量は一定となる。ＤＡ変換器２６０（図２）は、デジタル信号である設定電圧補間値Ｅｖｄｄ−Ｄをアナログ信号である電源電圧Ｅｖｄｄ−Ａに変換し、電源電圧Ｅｖｄｄ−ＡをＣＰＵ部１００等に供給する。

したがって、基準分周値Ｍや分周値Ｎの値が大きく変化し、設定電圧値Ｅｖｄｄの値が急激に変化した場合であっても、電圧補間器２５０の出力の設定電圧補間値Ｅｖｄｄ−Ｄの値は緩やかに変化する。そのため、ＣＰＵ部１００等に供給される電源電圧Ｅｖｄｄ−Ａの値が急激に変化することを抑制することが可能となる。

なお、ＣＰＵ部１００（図２）は、本発明におけるマイクロプロセッサに相当し、電源電圧制御部２３０（図２，４）と、電圧補間器２５０（図２，６）と、ＤＡ変換器２６０（図２）は、本発明における電源電圧生成部に相当し、基準発振部２１８（図２）と、基準分周器２２０（図２）と、ＰＬＬ回路２７０（図２）は、本発明における動作クロック信号生成部に相当する。また、ＤＡ変換器２６０は、本発明における電圧発生部に相当する。

図７（Ａ）は、コンピュータシステムのＯＳが行う電力制御の処理を示すフローチャートである。ステップＳ１０では、Ｉ／Ｏ割込みの有無を監視する。Ｉ／Ｏ割込みとしては、例えば、キーボード入力、音声出力、映像出力等がある。Ｉ／Ｏ割込みが無かった場合は、Ｉ／Ｏ割込みの有無の監視を継続する。Ｉ／Ｏ割込みがあった場合は、ステップＳ２０において、Ｉ／Ｏ割込みの種別を判定する。

図７（Ｂ）は、Ｉ／Ｏ割込みの種別に対応する分周値Ｍ，Ｎ等の一例を示す表である。図７（Ａ）のステップＳ３０では、図７（Ｂ）のように、Ｉ／Ｏ割込みの種別に応じて、分周値Ｍ，Ｎの値をＣＰＵ部１００（図２）によって変更する。図７（Ａ）のステップＳ４０では、変更した分周値Ｍ，Ｎに応じた設定電圧値Ｅｖｄｄを示す電源電圧Ｅｖｄｄ−ＡをＣＰＵ部１００等に供給するように電力制御を行う。ステップＳ５０では、電力制御を行う必要のある処理（例えば、映像出力処理等）が終了したか否かを判定する。処理が終了していない場合は、電力制御を継続する。処理が終了している場合には、ステップＳ６０において、分周値Ｍ，Ｎをもとの所定値に変更し、ステップＳ７０において、Ｉ／Ｏ割込みが無かった場合と同様の低電力制御に戻し、再びＩ／Ｏ割込みの監視をする（ステップＳ１０）。

図８（Ａ）は、動作クロック信号Ｆｃｌｋ−Ａの周波数値と消費電力との関係を示すグラフである。なお、このグラフは、両対数グラフとして描かれている。図８（Ｂ）は、電源電圧を５．０［Ｖ］に固定した場合の消費電力と、電源電圧Ｅｖｄｄ−Ａを変化させた場合の消費電力とを比較し、消費電力の削減率を示した表である。動作クロック信号Ｆｃｌｋ−Ａの周波数値に連動して電源電圧Ｅｖｄｄ−Ａを変化させた場合には、電源電圧を５．０［Ｖ］に固定した場合に比べて、大幅に消費電力を低減可能であることが理解できる。

このように、第１実施例では、設定電圧値Ｅｖｄｄを周波数指令値Ｆｃｌｋの常用対数をとった値に比例するように設定するので、ＣＰＵ部１００に供給される動作クロック信号が広範囲の周波数域で変化した場合であっても、ＣＰＵ部１００等に供給される電源電圧の電圧値を定めることが可能である。また、電圧補間器２５０の出力の設定電圧補間値Ｅｖｄｄ−Ｄの値は緩やかに変化するので、ＣＰＵ部１００等に供給される電源電圧Ｅｖｄｄ−Ａの値が急激に変化することを抑制することが可能である。

Ｂ．第２実施例：
図９は、第２実施例における加減速発振部２００ｂの内部構成を示すブロック図である。図２に示した第１実施例との違いは、上位電圧限界値記憶部２１０と、下位電圧限界値記憶部２１２と、上位周波数値記憶部２１４と、下位周波数値記憶部２１６が省略されている点と、電源電圧制御部２３０ｂの内部構成が異なっているという点だけであり、他の構成は第１実施例と同じである。

図１０（Ａ）は、第２実施例における電源電圧制御部２３０ｂの内部構成を示すブロック図である。電源電圧制御部２３０ｂは、周波数指令値演算部２３４と、電圧値テーブル部２４０とを備えている。周波数指令値演算部２３４は、第１実施例と同様に、周波数指令値Ｆｃｌｋを求める。電圧値テーブル部２４０は、周波数指令値Ｆｃｌｋを入力とし、周波数指令値Ｆｃｌｋから対数をとった値に応じて、出力する設定電圧値Ｅｖｄｄの値を定める。なお、電圧値テーブル部２４０は、ＣＰＵ部１００とバス７００と接続されている。そのため、入力される周波数指令値Ｆｃｌｋと出力される設定電圧値Ｅｖｄｄとの関係は、任意に変更が可能である。

図１０（Ｂ）は、第２実施例における周波数指令値Ｆｃｌｋと設定電圧値Ｅｖｄｄとの関係を示すグラフである。電圧値テーブル部２４０によって設定電圧値Ｅｖｄｄを定めると、設定電圧値Ｅｖｄｄの値は、階段状の値を示すことが理解できる。この場合、設定電圧値Ｅｖｄｄと、周波数指令値Ｆｃｌｋから対数をとった値とは、広義の比例関係を有すると言うこともできる。

このように、電圧値テーブル部２４０を用いても、第１実施例と同様に、ＣＰＵ部１００に供給される動作クロック信号が広範囲の周波数域で変化した場合であっても、ＣＰＵ部１００等に供給される電源電圧の電圧値を定めることが可能である。

Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

Ｃ１．変形例１：
上記実施例では、周波数指令値Ｆｃｌｋ（動作クロック信号Ｆｃｌｋ−Ａの周波数値fFclk-A）から対数をとった値と、電源電圧Ｅｖｄｄ−Ａとは比例関係であったが、比例関係以外の任意の関係（例えば曲線状の関係）に従って、周波数指令値Ｆｃｌｋから対数をとった値に応じて電源電圧Ｅｖｄｄ−Ａを設定することも可能である。
Ｃ２．変形例２：
上記実施例では、設定電圧値演算部２３６（図４）の入力として周波数指令値Ｆｃｌｋを用いていたが、この代わりに、動作クロック信号Ｆｃｌｋ−Ａの周波数値fFclk-Aを入力として用いることも可能である。

Ｃ３．変形例３：
上記実施例では、Ｉ／Ｏ割込みの種別に応じて電力制御を行っていたが、この代わりに、情報処理装置において起動するアプリケーションの種別に応じて分周値Ｍ，Ｎの値を設定し、電力制御を行うことも可能である。

Ｃ４．変形例４：
上記実施例では、対数として、底を１０とする常用対数を用いていたが、この代わりに、底を１以外の任意の正の実数とする対数を用いることも可能である。

Ｃ５．変形例５．
上記実施例では、電圧補間器２５０は、設定電圧補間値Ｅｖｄｄ−Ｄを直線的に変化させて出力している（図６（Ｂ））が、この代わりに、所定の任意の変化曲線に沿って推移するように、設定電圧補間値Ｅｖｄｄ−Ｄを出力することとしてもよい。この変化曲線としては、直線の他に、上に凸の曲線、下に凸の曲線、Ｓ字曲線などの種々の曲線を採用することが可能である。

Ｃ６．変形例６：
上記実施例では、マイクロプロセッサとしてＣＰＵ部１００を用いていたが、この代わりに、種々のデータ処理を行うマイクロプロセッサ、たとえば、画像処理用のプロセッサ（ＧＰＵ：Graphics Processing Unit）等を用いることも可能である。

Ｃ７．変形例７：
上記実施例では、加減速発振部２００によってＣＰＵ部１００の周波数と電圧の制御を行っていたが、加減速発振部２００の全部または一部（たとえば、ＤＡ変換器２６０を除く加減速発振部２００等）を半導体集積回路で実現することも可能である。また、加減速発振部２００の全部または一部の機能を有する半導体集積回路を１チップＣＰＵまたはＤＳＰ内の回路に取り込んで１チップ化することも可能である。このようにして得られたチップを小型携帯機器、電子ペーパ等の極低消費電力化を要求する機器に搭載すれば、消費電力の低減を実現することが可能であり、これらの機器の高寿命化を容易に実現することができる。

Ｃ８．変形例８：
本発明の情報処理装置は、各種の装置に適用可能である。例えば、本発明は、ファンモータ、時計（針駆動）、ドラム式洗濯機（単一回転）、ジェットコースタ、振動モータなどの種々の装置のモータに適用可能である。本発明をファンモータに適用した場合には、上述した種々の効果（低消費電力、低振動、低騒音、低回転ムラ、低発熱、高寿命）が特に顕著である。このようなファンモータは、例えば、デジタル表示装置や、車載機器、燃料電池式パソコン、燃料電池式デジタルカメラ、燃料電池式ビデオカメラ、燃料電池式携帯電話などの燃料電池使用機器、プロジェクタ等の各種装置のファンモータとして使用することができる。本発明のモータは、さらに、各種の家電機器や電子機器のモータとしても利用可能である。例えば、光記憶装置や、磁気記憶装置、ポリゴンミラー駆動装置等において、本発明によるモータをスピンドルモータとして使用することが可能である。また、本発明によるモータは、移動体やロボット用のモータとしても利用可能である。

図１１は、本発明の情報処理装置を備えるモータを利用したプロジェクタを示す説明図である。このプロジェクタ３１００は、赤、緑、青の３色の色光を発光する３つの光源３１１０Ｒ、３１１０Ｇ、３１１０Ｂと、これらの３色の色光をそれぞれ変調する３つの液晶ライトバルブ３１４０Ｒ、３１４０Ｇ、３１４０Ｂと、変調された３色の色光を合成するクロスダイクロイックプリズム３１５０と、合成された３色の色光をスクリーンＳＣに投写する投写レンズ系３１６０と、プロジェクタ内部を冷却するための冷却ファン３１７０と、プロジェクタ３１００の全体を制御する制御部３１８０と、を備えている。冷却ファン３１７０を駆動するモータとしては、上述した各種のブラシレスモータを利用することができる。

図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の情報処理装置を備えるモータを利用した燃料電池式携帯電話を示す説明図である。図１２（Ａ）は携帯電話３２００の外観を示しており、図１２（Ｂ）は、内部構成の例を示している。携帯電話３２００は、携帯電話３２００の動作を制御するＭＰＵ３２１０と、ファン３２２０と、燃料電池３２３０とを備えている。燃料電池３２３０は、ＭＰＵ３２１０やファン３２２０に電源を供給する。ファン３２２０は、燃料電池３２３０への空気供給のために携帯電話３２００の外から内部へ送風するため、或いは、燃料電池３２３０で生成される水分を携帯電話３２００の内部から外に排出するためのものである。なお、ファン３２２０を図１２（Ｃ）のようにＭＰＵ３２１０の上に配置して、ＭＰＵ３２１０を冷却するようにしてもよい。ファン３２２０を駆動するモータとしては、上述した各種のブラシレスモータを利用することができる。

図１３は、本発明の情報処理装置を備えるモータ／発電機を利用した移動体の一例としての電動自転車（電動アシスト自転車）を示す説明図である。この自転車３３００は、前輪にモータ３３１０が設けられており、サドルの下方のフレームに制御回路３３２０と充電池３３３０とが設けられている。モータ３３１０は、充電池３３３０からの電力を利用して前輪を駆動することによって、走行をアシストする。また、ブレーキ時にはモータ３３１０で回生された電力が充電池３３３０に充電される。制御回路３３２０は、モータの駆動と回生とを制御する回路である。このモータ３３１０としては、上述した各種のブラシレスモータを利用することが可能である。

図１４は、本発明の情報処理装置を備えるモータを利用したロボットの一例を示す説明図である。このロボット３４００は、第１と第２のアーム３４１０，３４２０と、モータ３４３０とを有している。このモータ３４３０は、被駆動部材としての第２のアーム３４２０を水平回転させる際に使用される。このモータ３４３０としては、上述した各種のブラシレスモータを利用することが可能である。

図１５は、本発明の情報処理装置を備えるモータを利用した鉄道車両を示す説明図である。この鉄道車両３５００は、モータ３５１０と、車輪３５２０とを有している。このモータ３５１０は、車輪３５２０を駆動する。さらに、モータ３５１０は、鉄道車両３５００の制動時には発電機として利用され、電力が回生される。このモータ３５１０としては、上述した各種のブラシレスモータを利用することができる。

本発明の一実施例としてのコンピュータシステムの構成を示すブロック図である。 第１実施例における加減速発振部の内部構成を示すブロック図である。 電圧制御発振器のＶＦ特性を示すグラフである。 電源電圧制御部の内部構成を示すブロック図である。 周波数指令値に具体的な周波数値を代入した場合における設定電圧値の値を示す表である。 電圧補間器の内部構成を示すブロック図である。 コンピュータシステムのＯＳが行う電力制御の処理を示すフローチャートである。 動作クロック信号の周波数値と消費電力との関係を示すグラフである。 第２実施例における加減速発振部の内部構成を示すブロック図である。 第２実施例における電源電圧制御部の内部構成を示すブロック図である。 本発明の情報処理装置を備えるモータを利用したプロジェクタを示す説明図である。 本発明の情報処理装置を備えるモータを利用した燃料電池式携帯電話を示す説明図である。 本発明の情報処理装置を備えるモータ／発電機を利用した移動体の一例としての電動自転車（電動アシスト自転車）を示す説明図である。 本発明の情報処理装置を備えるモータを利用したロボットの一例を示す説明図である。 本発明の情報処理装置を備えるモータを利用した鉄道車両を示す説明図である。

符号の説明

１００…ＣＰＵ部
２００…加減速発振部
２００ｂ…加減速発振部
２１０…上位電圧限界値記憶部
２１２…下位電圧限界値記憶部
２１４…上位周波数値記憶部
２１６…下位周波数値記憶部
２１８…基準発振部
２２０…基準分周器
２２２…基準分周値記憶部
２２４…分周値記憶部
２２６…基準周波数値記憶部
２３０…電源電圧制御部
２３０ｂ…電源電圧制御部
２３２…相関係数演算部
２３４…周波数指令値演算部
２３６…設定電圧値演算部
２４０…電圧値テーブル部
２５０…電圧補間器
２５２…第１設定電圧値記憶部
２５４…第２設定電圧値記憶部
２５６…電圧補間値生成部
２６０…ＤＡ変換器
２７０…ＰＬＬ回路
２７２…位相比較部
２７４…ループフィルタ
２７６…電圧制御発振器
２７８…分周器
３００…ＲＯＭ部
４００…ＲＡＭ部
５００…記憶装置部
６００…入出力部
７００…バス
Ｆｃｌｋ−Ａ…動作クロック信号
Ｅｖｄｄ−Ａ…電源電圧
Ｅｍａｘ…上位電圧限界値
Ｅｍｉｎ…下位電圧限界値
Ｆｍａｘ…上位周波数値
Ｆｍｉｎ…下位周波数値
Ｅｖｄｄ…設定電圧値
Ｅｖｄｄ−Ｄ…設定電圧補間値
Ｍ…基準分周値
Ｎ…分周値
ＲＣＫ０…原クロック信号
ＲＣＫ１…基準クロック信号
ＤＶＣＫ…分周信号
Ｋ…相関係数
Ｆｃｌｋ…周波数指令値
ＣＰＳ…誤差信号
ＬＰＳ…電圧制御信号
Ｆｓｃ…基準周波数値
３１００…プロジェクタ
３１１０…光源
３１４０…液晶ライトバルブ
３１５０…クロスダイクロイックプリズム
３１６０…投写レンズ系
３１７０…冷却ファン
３１８０…制御部
３２００…携帯電話
３２２０…ファン
３２３０…燃料電池
３３００…自転車
３３１０…モータ
３３２０…制御回路
３３３０…充電池
３４００…ロボット
３４１０…第１のアーム
３４２０…第２のアーム
３４３０…モータ
３５００…鉄道車両
３５１０…モータ
３５２０…車輪

Claims (12)

1. マイクロプロセッサを備える情報処理装置であって、
   前記マイクロプロセッサに供給される周波数可変の動作クロック信号を生成する動作クロック信号生成部と、
   前記動作クロック信号の周波数の対数をとった値に応じて、前記マイクロプロセッサに供給される電源電圧の電圧値を定め、前記電源電圧を生成する電源電圧生成部と、
   を備える、情報処理装置。
2. 請求項１記載の情報処理装置であって、
   前記電源電圧生成部は、
   前記動作クロック信号の周波数の対数をとった値に比例するように、前記電源電圧の電圧値を定める、情報処理装置。
3. 請求項１または２記載の情報処理装置であって、
   前記電源電圧生成部は、
   前記動作クロック信号の周波数の変化に応じて前記電源電圧の電圧値が変化する場合に、前記電源電圧の電圧値が、変化前の電圧値から変化後の電圧値まで所定の変化曲線に沿って推移するように前記電源電圧を生成する、情報処理装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の情報処理装置であって、
   前記動作クロック信号生成部は、レンジ切り替え無しで、前記動作クロック信号の可変周波数域の全範囲を出力可能な電圧制御発振器を含むＰＬＬ回路を備える、情報処理装置。
5. 半導体集積回路であって、
   マイクロプロセッサに供給される周波数可変の動作クロック信号を生成する動作クロック信号生成部と、
   前記動作クロック信号の周波数の対数をとった値に応じて、前記マイクロプロセッサに供給される電源電圧の電圧値を定め、前記電源電圧を発生する電圧発生部に前記電圧値を指令する電源電圧制御部と、
   を備える、半導体集積回路。
6. 請求項１ないし４のいずれかに記載の情報処理装置を備える電動機。
7. 請求項５記載の半導体集積回路を備える電動機。
8. 請求項６または７記載の電動機を備える装置。
9. 請求項８記載の装置であって、
   前記装置は、電子機器である、装置。
10. 請求項８記載の装置であって、
    前記装置は、プロジェクタである、装置。
11. 請求項８記載の装置であって、
    前記装置は、移動体である、装置。
12. 請求項８記載の装置であって、
    前記装置は、ロボットである、装置。

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