JP2016519376A - 非侵入型電力監視のための方法およびデバイス - Google Patents

Abstract

電源ライン上の能動回路の電力需要レベルを推定するための方法およびデバイスが開示される。能動回路の動作に関連するリップル振幅およびリップル周波数が、電源ライン上で監視される場合がある。リップル振幅およびリップル周波数は、対応する基準値と比較される場合がある。リップル振幅およびリップル周波数は、この比較に基づいて電源ライン上の能動回路の推定電力需要レベルに関連付けられる場合がある。リップル生成器は、較正のために電源ライン上で制御されたリップルを生成する。

Description

本発明は、非侵入型電力監視のための方法およびデバイスに関する。

スマートフォン用のシステムオンチップ(SoC)デバイスなどの現代のSoCデバイスがより統合され、より強力になるにつれて、またバッテリー寿命の延長およびより小さいフォームファクタを求める要求がより厳しくなるにつれて、熱問題、電力問題、およびバッテリー管理の問題に対する解決策を提供することが、ますます困難になっている。電力レール電流を監視する能力によって、システムは、潜在的な熱問題を緩和し、電力使用量を管理し、バッテリーの電流制限問題を解決することが可能になる。

しかしながら、現在、従来のスマートフォンSoCに関連するレール電流を監視する効率的な方法を提供する能力は、制限されてきた。電流検知要素を使用すること、または電力管理チップによって電力のみを管理することなどの従来の手法は、極めてコストがかかり、あまり効果的でなく、電力効率が低く、および/またはあまりにも侵入的(intrusion)で、これらの手法は、信頼性の問題を引き起こす可能性がある。たとえば、デジタル電力計の手法は、実際の測定ではなく電力の予測であり、この手法は、常に正確な結果をもたらすことができるとは限らず、静的なリーク負荷を測定することができない。

様々な態様は、能動回路に結合された電源ライン上のリップル振幅およびリップル周波数を測定するステップと、リップル振幅およびリップル周波数をリップル振幅インデックスおよびリップル周波数インデックスに変換するステップと、能動回路の推定電力需要レベルを取得するためにリップル振幅インデックスおよびリップル周波数インデックスを使用するステップとを含むことができる、能動回路の電力需要レベルを推定するための方法およびデバイスを提供する。

一態様では、リップル振幅インデックスおよびリップル周波数インデックスは、リップル振幅インデックス値およびリップル周波数インデックス値にインデックス付けされた推定電力需要レベルのデータテーブルを使用するテーブルルックアップ動作などにおいて、推定電力需要レベルの記憶された値をルックアップするためにこれらのインデックスを使用することによって能動回路の推定電力需要レベルを取得するために使用される場合がある。推定電力需要レベルのうちのデータテーブルに記憶された推定電力需要レベルは、較正プロシージャの間に確立された、電源ラインの固有インダクタンスおよび能動回路の固有キャパシタンスに基づいて計算される場合がある。さらなる態様では、能動回路の推定電力需要レベルは、臨界熱レベルに達する前にピーク電力使用状態に基づいて電源ラインのレベルを制御することを含めて、電源ラインのレベルを制御するために使用される場合がある。さらなる態様では、電源ラインは、デジタル回路に結合される場合があり、能動回路に結合された電源ライン上のリップル振幅およびリップル周波数を測定するステップは、電源ラインに結合された高入力インピーダンスを有するアナログ回路を使用してリップル振幅およびリップル周波数を非侵入で測定することを含むことができる。さらなる態様では、能動回路は、システムオンチップ(SoC)回路を含むことができる。

別の態様では、電源ライン上の能動回路の電力需要レベルを推定するための電力モニタ回路を較正する方法は、能動回路に関連するクロックを無効化するステップと、能動回路の固有周波数よりも小さい第1の低周波数を有する可能性がある第1のスイッチング信号を、電源ラインに結合され既知の値を有する可能性がある較正テスト負荷に入力するステップと、第1のスイッチング信号を入力することに関連する電源ライン上のリップル振幅およびリップル周波数を測定するために電力モニタ回路を使用するステップと、リップル振幅およびリップル周波数に基づいて能動回路の固有キャパシタンスと電源ラインの固有インダクタンスとを計算するステップとを含むことができる。一態様では、能動回路に関連するリーク電流は、較正テスト負荷、固有キャパシタンス、および固有インダクタンスを使用して決定される場合がある。一態様では、本方法は、第1のスイッチング信号よりも低い第2の周波数を有する可能性がある第2のスイッチング信号をテスト負荷に入力するステップと、電源ライン内のライン電流を測定するステップと、テスト負荷を較正し、固有キャパシタンス、固有インダクタンス、測定されたライン電流、および決定されたリーク電流を使用して較正テスト負荷の既知の値を確立するステップとを含むことができる。さらなる態様では、本方法は、各々が代表的な振幅および代表的な周波数を有する可能性がある複数のスイッチング信号を較正テスト負荷に入力するステップと、複数のスイッチング信号の代表的な振幅および周波数の各々の組合せに関する電源ライン上の能動回路の推定電力需要レベルを決定するステップと、複数のスイッチング信号の代表的な振幅および周波数の各々の組合せに関する推定電力需要レベルをメモリに記憶するステップとを含むことができる。各組合せに関する推定電力需要レベルは、各推定電力需要レベルが代表的な振幅および周波数の特定の組合せにインデックス付けされる可能性があるルックアップテーブルに記憶される場合がある。

さらなる態様は、電源ライン上の能動回路の電力需要レベルを推定するために上記で説明した一態様の方法を実行するように構成された電力モニタ回路を含む。そのような電力モニタ回路は、電力モニタ回路を能動回路の電源ラインに非侵入で結合するように構成される場合があるリードを有するインターフェースと、インターフェースに結合される場合があり、リードが電源ラインに結合されるときに電源ラインのリップル振幅を測定するように構成されたリップル振幅測定セクション、およびリードが電源ラインに結合されるときに電源ラインのリップル周波数を測定するように構成される可能性があるリップル周波数測定セクションを含む可能性がある測定回路とを含む場合がある。電力モニタ回路は、測定回路に結合される場合があり、リップル振幅をリップル振幅インデックスに変換するように構成される場合があるリップル振幅変換セクション、およびリップル周波数をリップル周波数インデックスに変換するように構成される場合があるリップル周波数変換セクションを含むことができる変換回路と、測定回路および変換回路をインターフェース接続するように結合される場合があるメモリであって、リップル振幅インデックスおよびリップル周波数インデックスにインデックス付けされた複数の推定電力需要レベルを記憶することができるメモリとをさらに含むことができる。さらなる態様では、電力モニタ回路は、メモリ、およびメモリから電力需要レベルの対応する推定値を取得し出力するためにリップル振幅インデックスおよびリップル周波数インデックスを使用するように構成される場合がある変換回路に結合された出力回路を含むことができる。さらなる態様では、測定回路は、インターフェースに非侵入で結合される場合がある高入力インピーダンスを有する可能性があるアナログ回路を含むことができる。さらなる態様では、能動回路は、システムオンチップ(SoC)回路を含むことができる。さらなる態様では、メモリは、ルックアップテーブルの形態でリップル振幅インデックスおよびリップル周波数インデックスにインデックス付けされた複数の推定電力需要レベルを記憶する。

さらなる態様では、電力監視回路は、既知の抵抗値を有する較正テスト負荷と、較正テスト負荷をインターフェースに接続するように構成されたスイッチとを含む場合がある較正回路を含むことができる。一態様では、較正回路は、リードが電源ラインに結合され、能動回路の動作に関連するクロックが無効化されるとき、テスト負荷を介して電源ライン上で、能動回路の固有周波数よりも低い第1の周波数を有する場合がある第1の較正信号を生成するためにスイッチを制御するように構成される場合がある。一態様では、電力監視回路は、較正テスト負荷を介して第1の較正信号に関連するリップル振幅およびリップル周波数を測定し、リップル振幅およびリップル周波数に基づいて能動回路の固有キャパシタンスと電源ラインの固有インダクタンスを計算するようにさらに構成される場合がある。一態様では、監視回路は、較正テスト負荷、計算された固有キャパシタンス、および計算された固有インダクタンスを使用して能動回路に関連するリーク電流を決定するようにさらに構成される場合がある。一態様では、較正回路は、テスト負荷を介して電源ライン上の第2の較正信号を生成するためにスイッチを制御するようにさらに構成される場合があり、第2の較正信号は能動回路の動作に関連するクロックが無効化されるときに第1の周波数よりも低い第2の周波数を有し、監視回路は、電源ライン内のライン電流を測定し、テスト負荷を較正し、固有キャパシタンス、計算された固有インダクタンス、測定されたライン電流、および決定されたリーク電流を使用して既知の値を確立するようにさらに構成される場合がある。一態様では、較正回路は、較正テスト負荷を介して電源ライン上の複数のリップル較正信号を生成するためにスイッチを制御するようにさらに構成される場合があり、複数のリップル較正信号の各々は、代表的な振幅および代表的な周波数を有する場合があり、監視回路は、複数のリップル較正信号の代表的な振幅および代表的な周波数の各組合せに関する電源ライン上の能動回路の推定電力需要レベルを提供するようにさらに構成される場合がある。

さらなる態様は、上記で説明した方法の機能を実行するための手段を有する電力モニタ回路を含む。

本明細書に組み込まれ、本明細書の一部分をなす添付の図面は、本発明の例示的な態様を示し、上記で与えられた全般的な説明および下記で与えられる発明を実施するための形態とともに、本発明の特徴を説明するのに役立つ。

一態様による、例示的な電力管理モジュール、電力レール、およびシステムオンチップ(SoC)モジュールを示すブロック図である。 一態様による、電力管理モジュール、電力レール、およびSoCの例示的な部分を示す回路ブロック図である。 一態様による、固有パラメータおよび例示的な波形を示す図である。 一態様による、電力レールリップル監視モジュールの例示的な構成を示すブロック図である。 一態様による、例示的な電力レールリップル生成器、リップル監視モジュール、および波形を示すブロック図である。 一態様による、例示的なリップルモニタ、電力レールリップル監視モジュール、および波形を示す図である。 一態様による、クロックが無効の電力レールリップル監視モジュールの例示的な構成をさらに示す図である。 一態様による、クロックが無効の電力レールリップル監視モジュールの例示的な構成をさらに示す図である。 一態様による、例示的な電力レールリップルスイッチング波形およびスイッチング波形を示すグラフである。 一態様による、例示的な電力レールリップル単一パルス波形およびスイッチング波形を示すグラフである。 較正のための一態様の方法を示すプロセスフロー図である。 さらなる較正のための一態様の方法を示すプロセスフロー図である。 電力レール負荷回路を特徴付けるための一態様の方法を示すプロセスフロー図である。 リップル波形特性を監視し、レール電力推定値を取得するための一態様の方法を示すプロセスフロー図である。 様々な態様の実装形態に適した例示的なモバイルデバイスを示す図である。 様々な態様の実装形態に適した例示的なモバイルコンピューティングデバイスを示す図である。

添付の図面を参照して様々な態様について詳細に説明する。可能な場合はどこでも、同じ参照番号は、同じまたは同様の部分を指すように図面全体を通して使用される。特定の例および実装形態に対して行われる参照は例示目的のためであり、本発明の範囲または特許請求の範囲を限定するものではない。

「例示的な」という言葉は、例、事例、または例示として機能することを意味するように本明細書で使用される。本明細書で「例示的な」ものとして記載されるいかなる実装形態も、必ずしも他の実装形態よりも好ましいか、または有利であると解釈されるとは限らない。

「コンピューティングデバイス」という用語は、本明細書では、携帯電話と、スマートフォンと、パーソナルまたはモバイルのマルチメディアプレーヤと、携帯情報端末(PDA)と、ラップトップコンピュータと、デスクトップコンピュータと、タブレットコンピュータと、スマートブックと、パームトップコンピュータと、ワイヤレス電子メールレシーバと、マルチメディアインターネット対応携帯電話と、テレビジョンと、スマートTVと、スマートTVセットトップバディボックスと、一体化スマートTVと、ストリーミングメディアプレーヤと、スマートケーブルボックスと、セットトップボックスと、デジタルビデオレコーダ(DVR)と、デジタルメディアプレーヤと、プログラマブルプロセッサを含む同様のパーソナル電子デバイス、特にSoCを含むパーソナル電子デバイスとのうちのいずれか1つもしくはすべてを指すために使用される。

様々な態様は、周波数および振幅を測定するためにSoC電力レール上の電圧リップルを非侵入で監視し、SoC電力使用量を推定するために較正されたルックアップテーブル内の周波数値および振幅値を使用することによって、現在のSoC電力測定方法の欠点に対処し、それを克服する。様々な態様はまた、SoCの固有の特性を測定するために使用される場合がある自己較正リップル監視モジュールと、電力推定のためのルックアップテーブル値を利用可能とするための電力管理モジュールとを含む。さらなる態様は、リップル生成器の自己較正を実行するための方法およびデバイスを含む。

図1A〜図1Cは、様々な態様を示す。図1Aは、SoCブロック120と、電力レール101などの電源ラインに結合された電力管理回路ブロック110とを含む、システムまたは典型的なシステムの一部分100を示す。図1Bは、電力管理、バッテリー114または他の電源などの電源の調整、制御、および管理の態様を制御するための典型的な電力管理ICまたはモジュールである場合がある電力管理回路ブロック110を示す。SoCブロック120に供給される電力は、電力管理回路ブロック110と、「正の」電力レール101aおよび「負の」電力レール101bを含む場合がある電力レール101とによって調整される場合がある。本明細書では、電力レール101a、101bが「正」および「負」と説明される場合があるが、電力レールの極性は、電力システムが動作電圧および極性に関して設計される方法に依存する場合がある。さらに、本明細書では「電力レール」と説明されるが、同じ効果を有するものとして一般に「電源ライン」を参照する場合がある。しかしながら、様々な態様の動作原理は、一般に、電力レールまたは電源ラインの極性にかかわらず同じである。説明しやすいように、リップル電圧は、電力レール上で生成および測定されるものと言われる。

明快のために、電力管理回路ブロック110は、低電力デジタル制御回路である場合があるコントローラ部分111と、電力レール101自体との間でインターフェース接続するためのモジュールである場合がある電力レールインターフェース112を含む場合がある。電力レール101は、電力レールインターフェース112への出力および電力レールインターフェース112からの入力をもたらすデジタル制御ラインおよび/またはアナログ制御ラインの組合せを指す場合がある、接続部113を介して調整動作電流および調整動作電圧の形態で電力を供給するための電源ラインである場合がある。そのようなラインは、電圧および電流の調整のためのライン、ならびに他の一般的な目的または特定の目的のためのラインを含む場合がある。コントローラ部分111は、そのピン上などの出力部として、電力レール101に関連するライン電流の値をもたらす電流検知ライン115をさらに提供することができる。本明細書では、電流検知ライン115は、本明細書で以下により詳細に説明するように、測定ライン電流を生成するために較正モードにおいて使用される場合がある。

SoCブロック120は、正の電力レール101aおよびグランド、または間に回路121が結合される場合がある負の電力レール101bを含む場合がある。回路121は、本明細書では能動回路とも呼ばれる場合がある、システムオンチップ(SoC)120などのSoC回路の「システム」のすべてまたは一部分を形成する、様々なデジタル回路およびアナログ回路またはハイブリッド回路(たとえば、アナログ信号、デジタル信号、または混合信号)を表す場合がある。回路121は、メインクロック信号の逓倍値において、またはメインクロック信号の分周値として直接動作するデジタル信号である場合があるデジタルクロックである可能性があるクロックライン130に結合する場合がある。回路121の動作を通して、場合によっては他の回路の動作を通して、これらの回路の個々の回路または組合せも、能動回路と呼ばれる場合があり、電力レール101上でリップル信号が生成される場合がある。従来の電圧調整器では、スイッチング電源によるリップルは、閉ループフィードバック回路を介して緩和される場合があるが、様々な態様におけるリップル監視は、回路内の様々なトランジスタおよびスイッチの動作の高周波数リップルに基づく、動作中の能動回路の電力消費量の測定値を取得するために使用される。たとえば、様々な態様は、SoC120全体、またはレシーバ、トランスミッタ、モデム、ベースバンドセクション、もしくは他の個々のパーツなどの、SoC120の個々の部分によって生成される、電源上のリップルを監視するために使用される場合がある。また、電圧調整器とはまったく異なり、リップルを低減させるための電源の調整は行われず、様々な態様は、閉ループフィードバックを有する電圧調整器を含み、したがって調整器が電源によるノイズを最小化し、それによって能動回路動作によるリップルをより正確に測定することが可能になるシステムにおいて使用される場合がある。

一態様では、SoCブロック120と本質的に均等なものと、電力管理回路ブロック110と本質的に均等なものと、入力波形および応答波形とが、図1Cに示される。等価回路に示すインダクタンス値(L)116およびキャパシタンス値(C)124は、電力レール自体および電力管理回路ブロック110の固有インダクタンスと、SoC120の回路の固有キャパシタンスとを表す場合があり、これらの値は、較正プロシージャの間に直接または間接的に計算され、または場合によっては決定もしくは確立される場合がある。固有値が計算または決定される場合があるが、そのような決定は、値が一定である、したがってシステムの較正応答に基づいて電力レベルが決定されるときに無関係な値であると見なすこともできるときは不要である。等価回路は、立上り時間およびロールオフ時間などの例示的なリップル波形102の態様を特徴付けることに加えて、電力レールの固有周波数(f_r)を決定することができる。電力レールの固有周波数に近い周波数においてSoCブロック120の回路121などの論理回路のスイッチングは、特に大きい振幅を有するリップルをもたらすことに留意されたい。また、能動回路の動作中に生成される大きい電力需要は、大きいリップル値につながる場合がある。SoC120は、能動負荷電流、すなわち、均等なスイッチ126のスイッチングのレートである場合がある特定のスイッチング周波数125における電流レベルをもたらす能動負荷R_active122を有するものとしてさらに特徴付けられる場合がある。SoC120は、リーク負荷R_leakageをさらに有する場合がある。スイッチング能動負荷の振幅およびリップルのランプダウン位相は、リーク電流またはリーク負荷を決定するために使用される場合がある。本システムは、場合によっては、独立したモジュールであるか、または電力管理回路ブロック110に内蔵される可能性があるスイッチング電源140によって少なくとも部分的に給電される場合がある。スイッチング電源140は、電力レールリップル測定に寄与する可能性もある電源スイッチング信号141の制御下で作動される場合がある。リップルの電源成分は、複数の態様において、フィルタリングされるか、または電力需要レベル推定値に取り込まれる場合がある。しかしながら、これらの態様は、従来の電源電圧の調整および制御とは異なり、能動回路の電力需要レベルを推定するためにリップルを監視しない。

図1Cに示す回路ブロックに関してデバイスごとの固有パラメータLおよびCのモデル値の差を理解し、それらを説明することによって、リップル振幅および周波数とSoC120の電力負荷レベルとの間の関係を開拓することができる。SoC120の回路121内の論理要素または他の要素がサイクリングするレートをリップルの周波数が反映し、その振幅が同じ時間にサイクリングする要素の数または要素の電流需要を反映するので、能動回路またはSoC120の負荷を決定することができる。能動回路の動作状態の下でリップルの振幅および周波数の量を測定することによって、推定負荷レベルまたは電力需要レベルは、たとえば、以下でより詳細に説明される、較正動作において追加される可能性がある、ルックアップテーブルまたはデータテーブルを介して決定される場合がある。

様々な態様では、図2Aに示すリップル監視モジュール210などのリップル監視モジュールは、電力管理回路ブロック110、システムオンチップ(SoC)120、および電力レール101を含むデバイス内の様々な場所に配置され、デバイスの電力需要を推定するために使用される場合がある。たとえば、リップル監視モジュール210は、電力レール101上で電力管理回路ブロック110とSoC120との間に結合される場合がある。あるいは、リップル監視モジュール210は、リップル監視モジュール210aとしての態様において、拡張された機能を有する電力管理/制御モジュールを形成するために電力管理回路ブロック110内に配置および統合されるか、または内蔵される場合がある。リップル監視モジュールは、電力管理回路ブロック110内に追加のセルとして内蔵されるか、または新規に設計された電力管理回路に完全に内蔵される場合がある。統合されたリップル監視モジュール210aおよび電力管理回路ブロック110は、SoC120および電力レール101に結合される場合がある。別の態様では、リップル監視モジュール210は、リップル監視モジュール210bとしての態様において、拡張された機能を有するSoC120を形成するためにSoC内に配置および統合されるか、または内蔵される場合がある。

さらに、リップル監視モジュール210の機能は、以下に説明するように、少なくとも較正セクションと管理または監視セクションとに分割される場合がある。個々のセクションは、さらに、例示的なシステムまたはデバイス内の様々な位置に分散される場合があり、インターフェースまたは他の接続部を介して電力レールおよび能動回路に結合される場合がある。たとえば、リップル監視モジュールセクションは、電力管理回路ブロック110内に配置、統合、または内蔵される場合があり、監視セクションは、SoC120内または外部配置もしくは部分的外部配置などの配置のいくつかの組合せ内に配置、統合、または内蔵される場合がある。リップル監視モジュールのすべてまたは一部分は、統合または内蔵のレベルおよび位置に応じて、独立したデバイスまたは回路である場合があり、代替として、電力レールおよび/もしくはSoCに結合されるか、または接続インターフェースもしくは他のインターフェースなどのインターフェースを含むリードによってこれらの構成要素を含む回路基板に結合される場合がある。

リップル監視モジュール210またはその一部分の配置は、フレキシブルである可能性がある。したがって、その一般的構成および動作について図2Bおよび図2Cに説明し、そこに、その較正部分、監視部分、および制御部分をともに構成することができる。図2Bにより詳細に示すように、較正部分220は、nチャネルMOSFETまたはテスト負荷222において展開されるスイッチング電流を処理するのに適した他のスイッチングデバイスなどのトランジスタスイッチである可能性があるスイッチ221を含む場合がある。較正部分は、インターフェースまたは他の結合デバイスを介して電力レールおよび能動回路に結合される場合がある。較正中、第1の較正信号、またはスイッチング信号226などの第1のスイッチング信号は、電力レール201上で制御されたリップル信号202を展開させるために生成され、スイッチ221に適用される場合がある。較正部分220の様々な動作モードについては、以下でより詳細に説明する。較正部分220は、較正部分220および場合によっては他の部分が統合される場合があるデバイスまたはシステムに共通である可能性がある、双方向データライン、双方向制御ライン、他のライン、またはそれらの組合せを含む場合がある、バス260にさらに結合される可能性がある。

較正部分220は、バス260上で利用可能である場合がある、データライン、制御ライン、または他のラインのすべてもしくは一部分、またはそれらの何らかの組合せを含む可能性がある接続部262を介してバス260に結合される場合がある。較正部分は、電力レールとの直列接続部などの接続部225を介して電力レール201内の電流を検知する場合がある電流検知モジュール223を含むこともできるか、または測定ライン電流を提供するための従来の電力管理モジュールから提供される場合がある外部電流検知信号224を受け取ることができる。電流を選択的に検知する能力は、テスト負荷222の較正に必要となる可能性があり、そのような検知は、以下により詳細に説明するプロシージャの一部分を形成する場合があることに留意されたい。また、さらに非侵入型監視を実現するために、較正部分220内の電流検知モジュール223は、電力測定のより高い精度を実現し非侵入性を達成するように監視動作中に無効化される場合がある。また、電力レール上の電流の正確な読取値を取得するために、電流検知モジュール223が電力レールと直列に結合される場合があるが、他の接続構成が考えられる場合がある。

一態様では、較正部分220に加えて、リップルモニタ/測定部分230などの測定回路または監視回路を図2Cにより詳細に示す。デカップリングおよび電流絶縁を実現するために、キャパシタ227は、電力レール201とリップル監視/測定部分230との間に配置される場合がある。較正中に較正セクション220によって生成される制御されたリップル、またはSoC120の回路の活動によって動作中に生成される動作リップルである可能性がある電力レールリップル202は、リップル振幅測定セクション231およびリップル周波数測定セクション233に入力される場合がある。

リップル振幅測定セクション231は、基準入力および能動入力を有する演算増幅器などの能動構成要素と、受動フィードバック構成要素と、測定されたリップル振幅信号を、測定されたリップル振幅を変換することができるアナログ/デジタル変換器232などのリップル振幅変換セクションまたは回路に提供するための他の能動構成要素および受動構成要素とを含むことができる。アナログ/デジタル変換器232の出力は、メモリに記憶されインデックスまたはアドレスに応じてメモリ内にアクセスされる場合があるとともに記憶値を表す可能性があるルックアップテーブル235などのルックアップテーブルまたはデータテーブル内で少なくとも第1のインデックスとして使用される場合があるリップル振幅または大きさに関連するデジタル値を提供することができる。

リップル周波数測定セクション233は、リップル周波数変換セクションまたは回路と、演算増幅器などの能動構成要素と、リップル周波数を表す測定入力を、測定リップル周波数に変換することができるカウンタ234に提供するためにパルス発生器として動作するように構成された受動構成要素とを含むことができる。カウンタ234の出力部は、ルックアップテーブル235内で少なくとも第2のインデックスとして使用される可能性がある測定リップル周波数に関連するデジタル値を提供することができる。

リップル振幅およびリップル周波数用の変換回路は、振幅および周波数の変換を実行する変換回路に組み合わされる場合もある。

アナログ/デジタル変換器232からの出力とカウンタ234からの出力との組合せは、ルックアップテーブル235に部分的なまたは完全なインデックスを提供することができ、推定される電力需要レベルまたは値は、以下により詳細に説明する較正プロシージャの間に展開される場合があるリップル周波数とリップル振幅との組合せのために記憶される場合がある。リップル振幅およびリップル周波数のインデックスは、ルックアップテーブル235に記憶された推定電力需要レベル値などの記憶値に直接アクセスするために使用される場合があるか、またはルックアップのための実際のインデックスを生成するか、もしくはリップル振幅インデックスおよびリップル周波数インデックスを能動回路の推定電力需要レベル値に関連付けるために基準値と比較される場合がある。代替として、アナログ/デジタル変換器232およびカウンタ234などの変換要素は、変換解像度が測定量の所望の精度を考慮に入れるように構成されシステムに適合される場合があり、ルックアップテーブル235に入力されルックアップテーブル235への直接アクセスを提供することができるインデックスを生成するために使用される場合がある。

一態様では、ルックアップテーブル235は、データバス260上で利用可能である場合がある、データライン、制御ライン、または他のラインのすべてまたは一部分を含む可能性がある接続部261を介してバス260に結合される場合がある。接続部261を介して、ルックアップテーブル235は、リップル振幅値および周波数と、推定電力需要レベルとの間の相関に関する改善された情報が利用可能になるとき、または他の環境の下で、初期化のために監視され、場合によっては修正される場合がある。回路121などの能動回路を無効化し、場合によっては較正プロシージャの間に必要に応じて他の回路を無効化するために使用される場合があるクロック無効化信号237を生成することができるクロック無効化モジュール230を提供することもできる。クロック無効化モジュール230は、データバス260上で利用可能である場合がある、データライン、制御ライン、または他のラインのすべてまたは一部分を含む可能性がある接続部262を介してバス260に結合される場合もある。

たとえば図2Dに関して示す配置を含む、例示的なリップル監視モジュール210の様々な配置に関して、コントローラ270は、リップル監視モジュールに内蔵され、接続部271を介してバス260に結合される場合がある。コントローラは、プロセッサ、論理回路、またはメモリを含む、制御機能および動作を実行することが可能な他の回路である可能性があり、リップル生成器、モニタ、制御部の動作を別個に制御すること専用である可能性がある。コントローラ270は、本明細書で説明するように様々なプロシージャを実行するためにバス260に結合されたメインプロセッサ(図示せず)およびメモリとともに動作することもできる。代替的に、プロシージャは、専用のコントローラ270を使用することなくメモリを含むメインプロセッサ内で実施される場合がある。

制御されたリップルが生成され、SoC120および電力管理回路110の能動動作が無効化される場合がある較正プロシージャは、図3Aおよび図3Bに示すように電力レール上のリップル信号の様々な特性を監視することを容易にする。図3Aは、第2の較正信号またはスイッチング信号301などの第2のスイッチング信号に応じてスイッチングから得られる場合がある例示的なリップル信号302を示す。リップル周期320の関数としてのリップル振幅310およびリップル周波数の特性が、観測および測定される場合がある。リップル信号の形状は、SoCなどの能動回路の固有キャパシタンスCおよび電力レールの固有インダクタンスLなどの、給電された回路および供給回路の固有の値を示す場合もあり、これらの値は、他の測定因子から計算される場合がある。図3Bでは、振幅330および整定時間340を有する信号304を示す。信号304は、インパルスを近似する狭いパルスであるか、または能動回路内の過渡応答もしくはインパルス応答を生成するのに十分な立上りエッジ信号もしくは立下りエッジ信号である可能性がある。振幅330と整定時間340との組合せは、SoC120のリーク負荷に関して有益である場合がある。特に、リーク負荷は、式(1)に示す、係数Qと、リーク負荷Rと、固有インダクタンスおよびキャパシタンスとの間のよく知られた関係式に基づいて決定される場合がある。

係数Qは、過渡信号が適用された時刻における初期信号レベルから96%の減衰または-27dBに達する、リーク負荷Rおよび固有値によって特徴付けられる、共振器回路のインパルス応答の減衰の周期の数を表す。Rに関して解くことによって、Qの値が、Qを共振器回路のインパルス応答に関連付ける既知の表現によって共振器回路の伝達関数から逆に作業しながら確立されると、また減衰または整定時間340が決定されると、リーク負荷を計算することができる。あるいは、式(2)に従って、リップルが時間とともに指数関数的に減衰することが与えられると、
ripple decay=e^(-ht) 式(2)
および以下の式式(3)〜式(6)に従ってR、L、およびCが関連付けられる場合がある。

ここで、

である。未知のリーク負荷R_Lは、テスト負荷R_tに関する既知の値を使用して計算される可能性がある。較正中などにR_tにスイッチングされると、r_n=V_peak1/V_peak2が測定されるが、ここで、r=V_peak1/V_peak2である(たとえば、peak1およびpeak2は、インパルス応答信号304の最初の2つの極大値である)。テスト負荷にスイッチングされると、関係式R=R_t*R_L/(R_t+R_L)が真である可能性がある。R_tからスイッチングされると、r_f=V_peak1/V_peak2が測定される可能性がある。テスト負荷からスイッチングされると、関係式R=R_Lが真である可能性がある。上記の式(6)の値Aは、A=R_t*[ln(r_n)-ln(r_f)]としてさらに表される可能性があり、R_Lは、R_L=Rt*[ln(r_n)-ln(r_f)]/ln(r_n)として表される可能性がある。したがって、測定されたr_nの値および既知のR_tの値があれば、リーク負荷R_Lは、r_fを測定することによって決定される可能性がある。

較正および監視は、上記で説明した様々な回路によって実行される可能性があり、これらの回路は、そのような機能を達成するための様々な手段に関する構造を形成することができる。本明細書で説明する説明する回路に加えて、較正および監視の様々な方法は、追加の態様によってもたらされる場合がある。

図4Aでは、一態様において、方法400などの較正の方法が実行される場合がある。判定ブロック401では、初期化または他の予備のシーケンスが実行され、デバイスは、テスト負荷の較正が必要である可能性があるかどうかを判定することができる。テスト負荷の較正が必要である(たとえば、判定ブロック401="YES")とき、クロックは、ブロック402において無効化される場合があり、これは、電力レールから電流を引き出す任意の論理回路または他の能動回路を無効化する可能性がある。テスト負荷が較正を必要としない(たとえば、判定ブロック401="NO")とき、デバイスは、較正が必要になるまでループするか、または407に進む可能性がある。あるいは、クロックは、有効化される可能性があり、デバイスは、必要に応じて較正処理に戻る能力を有しながら、別の動作に進む可能性がある。

クロックを無効化すると、リップル生成器は、ブロック403において、電力レールの固有周波数f_r未満の第1の低周波数LF1などの第1の周波数におけるスイッチング信号によって駆動される場合がある。周波数LF1においてリップル生成器を駆動すると、テスト負荷を介して電力レール上で制御されたリップルが生成される場合がある。既知の値を確立するようにテスト負荷を較正するために、テスト負荷を通る電流を知るべきである。能動回路がスイッチオフされるので、テスト負荷電流は、電力レールを通る電流でもあるべきである。したがって、レール電流は、ブロック404において測定される可能性がある。レール電流は、上記で説明したように、リップル生成器モニタおよび制御ブロックの一部分を形成する電流検知モジュールを介して測定されるか、または電力管理回路の電流検知出力部から取得される場合がある。電流値が取得され、ブロック405において、テスト負荷の較正値が取得される場合がある。テスト負荷値は、追加の測定の精度を保証するために使用される場合があり、したがって、ブロック406においてメモリに記憶される。テスト負荷の較正は完了される可能性があり、判定ブロック407において、デバイスは、リーク電流の判定が必要である可能性があるかどうかをチェックすることができる。リーク電流の判定が必要である(たとえば、判定ブロック407="YES")とき、プロシージャは、接続点"A"において図4Bに続く可能性があり、クロックが無効化されたかどうかのチェックを行うことができ、無効化されていなかったとき、ブロック408において、クロックの無効化が実行される場合がある。リーク電流の判定が必要とされない(たとえば、判定ブロック407="NO")とき、デバイスは、401にループバックするか、またはリーク判定が必要とされるまで407にループバックする場合がある。あるいは、クロックは、有効化される可能性があり、デバイスは、必要に応じてリーク判定に戻る能力を有しながら、別の動作に進む可能性がある。

クロックは、無効化またはチェックされ、無効化されたことを確認され、リップル生成器は、ブロック409において、電力レールの固有周波数f_rよりも低くLF1よりも高い第2の低周波数LF2などの第2の周波数におけるスイッチング信号によって駆動される場合がある。周波数LF2においてリップル生成器を駆動すると、ブロック410において、電力レール上で制御されたリップルが生成される場合がある。リップルの振幅は、ブロック411において測定される場合があり、ブロック412においてリーク電流を決定するために使用される場合がある。決定されたリーク電流は、ブロック413において、処理中に使用するためのメモリ内に記憶される可能性がある。リーク電流が記憶され、判定ブロック414において、システム較正が必要である可能性があるかどうかが判定される場合がある。システム較正が必要である(たとえば、判定ブロック414="YES")とき、プロシージャは、接続点"C"において図4Cに続く可能性があり、ブロック415において、クロックが無効化されたかどうかのチェックが実行される場合がある。システム較正が必要とされない(たとえば、判定ブロック414="NO")とき、デバイスは、"B"にループバックし、図4Aの401に続く可能性があるか、または、システム較正が必要とされるまで"D"を介して414にループバックする可能性がある。あるいは、クロックは、有効化される可能性があり、デバイスは、必要に応じてシステム較正に戻る能力を有しながら、別の動作に進む可能性がある。

クロックは、無効化またはチェックされ、無効化されたことを確認され、リップル生成器は、テスト周波数HF_nにおいてスイッチング信号によって駆動される場合があり、このテスト周波数は、例示的な電力レールに結合されたSoCの回路などの能動回路の動作周波数を表す周波数における、またはその周波数に近い周波数である可能性がある。複数のスイッチング信号は、プロシージャの間にHF_nが繰り返されるとき、生成される可能性がある。スイッチング信号は、較正テスト負荷を介して生成される可能性があり、したがって、ブロック417において電力レール上で生成される制御されたリップルをもたらす。リップル振幅および周波数は、ブロック418において、演算増幅器などの高入力インピーダンス要素を含む高入力インピーダンス回路を含む非侵入型回路、または電力レールに容量結合され電力レールに高入力インピーダンスを提供し、それによって電力レールおよび能動回路に非侵入でインターフェース接続する能力を提供することができる他の回路を介して測定される場合がある。いくつかの態様では、電力レールおよび能動回路に誘導結合することも考えられる場合もある。非侵入でインターフェース接続または結合することによって、監視回路の特性は、より正確な測定を提供する測定量の性質における役割をほとんど果たさないか、またはまったく果たさない。

リップルの周波数および振幅などの位相特性および他のパラメータは、ブロック419において測定されたリップル振幅およびリップル周波数に関連する特性を使用して電力レールおよび能動回路に関する固有値に鑑みて電力需要を特徴付けるために使用される場合がある。HF_nに関して、推定電力需要レベル値P_estは、ブロック420において、固有インダクタンスおよびキャパシタンス値、ならびにリーク電流およびテスト負荷値などの他のパラメータに基づいて計算されるか、または場合によっては決定される場合がある。推定電力需要レベル値P_estは、ブロック421において、対応するリップル振幅およびHF_nの値に関してルックアップテーブル内に記憶される場合がある。HF_nの値は、ブロック422において、繰り返される場合があり、複数の推定電力需要レベルP_estは、HF_nのすべての値に関してステップ421を繰り返すことによってスイッチング信号HF_nなどの複数のリップル較正信号のそれぞれの値に関して生成される場合があり、メモリ内に記憶される可能性があるルックアップテーブルは、一連の代表的な振幅および代表的な周波数に関する複数の推定電力需要レベルP_estを追加される場合がある。較正は、ブロック423において完了され、ルックアップテーブルに追加される場合がある。ルックアップテーブルは修正され、値は時間ごとに変化する場合があり、加えて、較正が必要とされるときはいつでも、較正プロシージャが起動される可能性がある。

較正は、較正するための方法、または図4A、図4B、および図4Cに示す較正するための方法において上記で説明したプロシージャに関して完了される場合があり、推定する方法は、一態様では、方法500において実行される場合がある。クロックは、ブロック501において有効化され、能動回路の複数の回路は、ブロック502において通常動作またはテスト動作に関して能動化される場合がある。たとえば、デバイスは、デバイスが通常の方法で通常の機能を実行することができるようにSoCの論理回路が動作しながら、通常通りに動作するように構成される場合がある。あるいは、デバイスは、SoCのすべてまたはいくつかの部分の電力使用量を評価することができ、電力使用量推定値を確立し、更新し、または改善することができるテストモードで論理回路を介して動作するように構成される場合がある。回路が能動化されると、非制御のリップル波形、特にリップル振幅は、ブロック503において監視される場合があり、その波形に関連するデータは、場合によっては、分析または他の目的のために記憶される場合がある。リップル周波数は、ブロック504において監視される場合があり、リップル周波数データは、場合によっては記憶される場合もある。リップル振幅および周波数を監視することについて本明細書では別々に説明する場合があるが、リップル振幅および周波数は、様々な態様において別々にまたは同時に監視される場合がある。

監視されたリップル振幅および周波数は、ブロック505において、監視されたリップルの関数としての現在の動作状態に関する推定電力P_estをルックアップするために使用される場合がある。特に、測定されたリップル振幅およびリップル周波数は、リップル振幅インデックスおよびリップル周波数インデックスを、能動回路の推定電力需要レベルと関連付けるために変換される場合がある。一態様の方法では、電力需要レベル推定値は、リップル振幅インデックスおよびリップル周波数インデックスをルックアップテーブルに入力することによって取得される場合がある。言い換えれば、リップル振幅および周波数に関する変換されたデジタル値は、電力需要レベル推定値P_estを提供するためにルックアップテーブル内でインデックスとして使用される場合があり、電力需要レベル推定値P_estは、測定された振幅値および周波数値の特定の組合せに関する、能動回路の推定電力需要レベルである可能性がある。推定電力需要レベルP_estは、電力管理に対する改良を実現するための情報として使用される場合があり、効率を改善し、したがってバッテリー寿命を延長するためにSoCに配送される実際の電力レベルを制御するために使用される場合がある。たとえば、リップル値および対応する推定電力需要レベルは、適切な動作のための許容可能な最小電力レベルを提供しながら、電力使用量を最小化するために低電力レベルがSoCに供給される場合があることを示すことができる。このように、本明細書で説明する態様は、たとえば、バッテリー寿命を延長しながら、デバイスの最適な動作を維持するために使用される場合がある。電力使用量を最小化する能動回路に関する理想的な動作レベルまたは性能レベルは、リップル振幅の実質的に非ゼロの値に関連付けられるか、またはその値によって示される場合があるが、比較的低いリップル値は、電力レール供給レベルが極めて高いことを示すことができることに留意されたい。したがって、リップルを低減させるか、または除去するように試みる従来技術のシステムとは異なり、本明細書の態様は、リップルを非侵入で監視し、電力需要レベルを推定することによって余分の電力使用量を低減させるために電力レールにおける制御された電力レベルを提供するために有利にもリップルを使用する。

能動回路の推定電力需要レベルは、能動回路の所定の性能レベルを維持しながら電圧供給レベルまたは電流供給レベルなどの、電源ラインのレベルを制御または制限することなどの様々な目的で使用される場合がある。所定の性能レベルは、最小動作要件を満たす最小性能レベル、または特定の動作条件を満たす性能レベルである可能性がある。推定電力需要レベルは、熱的因子を決定および管理するために使用される場合がある。ピーク需要間隔の間、監視されたリップル振幅および周波数から得られた推定電力使用量は、能動回路内で熱エネルギーが増大する程度またはレートを示すことができる。回路の動作と対応する熱的因子との間の関係を理解することは、SoCの電気要素および構造要素ならびに他のシステム構成要素(たとえば、バッテリー供給部)を含む要素が故障する場合がある、電熱バックル電導(electro-thermal buckle conduction)を防ぐ際に役に立つ場合がある。バックルおよび関連の故障は、ピーク電流需要および付随する熱の増加の間に急に起こる場合があり、1μs内などで、迅速に応答されなければならない。このように、様々な態様は、急激な熱の増大状態に関連する推定電力需要レベルを即時に識別し、熱的バックルまたは他の望ましくない効果を防ぐために電力レールによって提供される電流または電力を制限するように、負荷状態の変化に極めて迅速に応答することを実現することができる。推定電力需要レベルは、態様を実装するシステムのユーザにとって役に立つ場合がある、残りの推定バッテリー寿命などの因子を識別するためにさらに使用される場合がある。

本明細書で説明する様々な態様は、種々のモバイルコンピューティングデバイス(たとえば、スマートフォン、フィーチャーフォンなど)のいずれにも実装することができ、その一例が図6に示される。たとえば、モバイルコンピューティングデバイス600は、内部メモリ602に結合されたプロセッサ601を含むことができる。内部メモリ602は、揮発性メモリまたは不揮発性メモリである場合があり、また、セキュアメモリおよび/もしくは暗号化メモリ、または非セキュアメモリおよび/もしくは非暗号化メモリ、またはそれらの任意の組合せである場合がある。また、プロセッサ601は、抵抗性感知タッチスクリーン、静電容量感知タッチスクリーン、赤外線感知タッチスクリーンなどのタッチスクリーンディスプレイ606に結合することができる。しかしながら、モバイルコンピューティングデバイス600のディスプレイは、タッチスクリーン機能を有する必要はない。モバイルコンピューティングデバイス600は、1つまたは複数の短距離無線信号トランシーバ618(たとえば、Peanut、Bluetooth(登録商標)、Zigbee(登録商標)、RF無線)と、本明細書で説明するワイヤレス信号を送信および受信するためのアンテナ608とを有する場合がある。トランシーバ618およびアンテナ608は、様々なワイヤレス送信プロトコルスタック/インターフェースを実装するために、上記の回路とともに使用される場合がある。モバイルコンピューティングデバイス600は、セルラーネットワークを介する通信を可能にするセルラーネットワークワイヤレスモデムチップ620を含む場合がある。モバイルコンピューティングデバイス600はまた、ユーザ入力を受信するための物理的ボタン612aおよび612bを含むことができる。

パーソナルコンピュータおよびラップトップコンピュータを含む、コンピューティングデバイスの他の形態は、様々な態様を実装するために使用される場合がある。そのようなコンピューティングデバイスは、通常、例示的なラップトップコンピュータデバイス700を示す図7に示されたコンポーネントを含む。多くのラップトップコンピュータは、コンピュータのポインティングデバイスとして働くタッチパッドのタッチ面714を含み、したがって、タッチスクリーンディスプレイを備える上述のモバイルコンピューティングデバイスに実装されるものと同様のドラッグジェスチャ、スクロールジェスチャ、およびフリックジェスチャを受信することができる。そのようなラップトップコンピュータ700は、一般に、揮発性内部メモリ702、およびディスクドライブ706などの大容量不揮発性メモリに結合されたプロセッサ701を含む。ラップトップコンピュータ700はまた、プロセッサ701に結合されたコンパクトディスク(CD)ドライブおよび/またはDVDドライブ708を含む場合がある。ラップトップコンピュータデバイス700はまた、プロセッサ701をネットワークに結合するためのネットワーク接続回路などの、データ接続を確立し外部メモリデバイスを受け入れるための、プロセッサ701に結合されたいくつかのコネクタポート710を含む場合がある。ラップトップコンピュータデバイス700は、1つまたは複数の短距離無線信号トランシーバ718(たとえば、Peanut(登録商標)、Bluetooth(登録商標)、Zigbee(登録商標)、RF無線)と、本明細書で説明するワイヤレス信号を送信および受信するためのアンテナ720とを有する場合がある。トランシーバ718およびアンテナ720は、様々なワイヤレス送信プロトコルスタック/インターフェースを実装するために、上記の回路とともに使用される場合がある。ラップトップまたはノートブック構成では、コンピュータのハウジングはタッチパッド714、キーボード712、およびディスプレイ716を含み、すべてはプロセッサ701に結合される。コンピューティングデバイスの他の構成は、よく知られているように、(たとえば、USB入力を介して)プロセッサに結合されたコンピュータマウスまたはトラックボールを含んでもよく、それらはまた、様々な態様とともに使用される場合がある。

プロセッサ601および701は、上で説明された様々な態様の機能を含む、種々の機能を実行するためのソフトウェア命令(アプリケーション)によって構成される可能性がある、任意のプログラマブルマイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、または1つもしくは複数の多重プロセッサチップである場合がある。様々なデバイスでは、1つのプロセッサをワイヤレス通信機能専用とし、1つのプロセッサを他のアプリケーションの実行専用とするなど、複数のプロセッサが設けられてもよい。一般的には、ソフトウェアアプリケーションは、それらがアクセスされ、プロセッサ601および701にロードされる前に、内部メモリ602および702内に記憶される場合がある。プロセッサ601および701は、アプリケーションソフトウェア命令を記憶するのに十分な内部メモリを含むことができる。多くのデバイスでは、内部メモリは、揮発性メモリ、もしくはフラッシュメモリなどの不揮発性メモリ、または両方の混合である場合がある。本明細書では、メモリへの一般的な言及は、様々なデバイスに差し込まれる内部メモリまたはリムーバブルメモリと、プロセッサ601および701の中のメモリとを含む、プロセッサ601および701によってアクセス可能なメモリを指す。

上記の方法の説明およびプロセスフロー図は、単に説明のための例として提供され、様々な態様のステップが提示された順序で実行されなければならないことを要求または意味するものではない。当業者によって諒解されるように、上記の態様におけるステップの順序は、いかなる順序でも実行され得る。「その後」、「次いで」、「次に」などの単語は、ステップの順序を限定するものではなく、これらの単語は、単に、方法の説明を通して読者を案内するために使用される。さらに、たとえば、冠詞"a"、"an"、または"the"を使用する単数形での請求要素への任意の言及は、その要素を単数に限定するものとして解釈されるべきではない。

本明細書で開示された態様に関して記載された様々な例示的な論理ブロック、モジュール、回路、およびアルゴリズムステップは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、または両方の組合せとして実装される場合がある。ハードウェアおよびソフトウェアのこの互換性を明確に示すために、様々な例示的な構成要素、ブロック、モジュール、回路、およびステップが、全般にそれらの機能に関して上述されている。そのような機能がハードウェアとして実装されるか、またはソフトウェアとして実装されるかは、具体的な適用例およびシステム全体に課される設計制約に依存する。当業者なら、説明した機能を特定の適用例ごとに様々な方法で実装することができるが、そのような実装の決定は、本発明の範囲からの逸脱を生じるものと解釈すべきではない。

本明細書で開示する態様に関して説明する様々な例示的な論理、論理ブロック、モジュール、および回路を実装するために使用されるハードウェアは、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)もしくは他のプログラマブル論理デバイス、個別ゲートもしくはトランジスタ論理、個別のハードウェア構成要素、または、本明細書で説明する機能を実施するように設計されたそれらの任意の組合せで、実装または実施される場合がある。汎用プロセッサはマイクロプロセッサである場合があるが、代替として、そのプロセッサは任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシンである場合がある。プロセッサは、また、たとえば、DSPとマイクロプロセッサの組合せ、複数のマイクロプロセッサの組合せ、1つまたは複数のマイクロプロセッサのDSPコアと一緒の組合せ、またはそのような任意の他の構成などの、コンピューティングデバイスの組合せとして実装されてもよい。代替として、いくつかのステップまたは方法は、所与の機能に固有の回路によって実行される場合がある。

1つまたは複数の例示的な態様では、記載された機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組合せに実装される場合がある。ソフトウェアに実装される場合、機能は、1つまたは複数の命令またはコードとして、コンピュータ可読媒体上に記憶されるか、または、コンピュータ可読媒体を介して送信される場合がある。本明細書で開示された方法またはアルゴリズムのステップは、有形の非一時的コンピュータ可読記憶媒体上に存在し得る、プロセッサ実行可能ソフトウェアモジュール内で具現化される場合がある。有形の非一時的コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされ得る任意の利用可能な媒体であってもよい。限定ではなく例として、そのような非一時的コンピュータ可読媒体は、RAM、ROM、EEPROM、CD-ROMもしくは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージもしくは他の磁気記憶デバイス、または、命令もしくはデータ構造の形式で所望のプログラムコードを記憶するために使用される可能性があり、コンピュータによってアクセスされる可能性がある任意の他の媒体を含む場合がある。本明細書で使用する場合、ディスク(disk)およびディスク(disc)は、コンパクトディスク(disc)(CD)、レーザディスク(disc)、光ディスク(disc)、デジタル多用途ディスク(disc)(DVD)、フロッピーディスク(disk)およびブルーレイディスク(disc)を含み、ディスク(disk)は、通常、データを磁気的に再生し、ディスク(disc)は、データをレーザで光学的に再生する。上記の組合せも非一時的コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。加えて、方法またはアルゴリズムの動作は、コンピュータプログラム製品に内蔵される可能性がある、有形の非一時的機械可読媒体および/またはコンピュータ可読媒体上のコードおよび/または命令の1つまたは任意の組合せ、もしくはそのセットとして存在する場合がある。

開示された態様の上記の説明は、任意の当業者が本発明を製作または使用することが可能になるように提供される。これらの態様への様々な修正が当業者には容易に明らかであり、本明細書で定義された一般的な原理は、本発明の趣旨または範囲を逸脱することなく、他の態様に適用することができる。したがって、本発明は、本明細書で示された態様に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲ならびに本明細書で開示された原理および新規の特徴に合致する、最も広い範囲を与えられるべきである。

100 システム
101 電力レール
101a 正の電力レール
101b 負の電力レール
102 リップル波形
110 電力管理回路ブロック
111 コントローラ部分
112 電力レールインターフェース
113 接続部
114 バッテリー
115 電流検知ライン
116 インダクタンス値
120 システムオンチップ(SoC)ブロック
121 回路
122 能動負荷
124 キャパシタンス値
125 特定のスイッチング周波数における電流レベル
126 スイッチ
130 クロックライン
140 スイッチング電源
141 電源スイッチング信号
201 電力レール
202 電力レールリップル
210 リップル監視モジュール
210a リップル監視モジュール
210b リップル監視モジュール
220 較正部分
221 スイッチ
222 テスト負荷
223 電流検知モジュール
224 外部電流検知信号
225 接続部
226 スイッチング信号
230 リップルモニタ/測定部分
231 リップル振幅測定セクション
232 アナログ/デジタル変換器
233 リップル周波数測定セクション
234 カウンタ
235 ルックアップテーブル
237 クロック無効化信号
260 バス
262 接続部
270 コントローラ
271 接続部
301 スイッチング信号
302 リップル信号
304 インパルス応答信号
310 リップル振幅
320 リップル周期
330 振幅
340 整定時間
600 モバイルコンピューティングデバイス
601 プロセッサ
602 内部メモリ
606 タッチスクリーンディスプレイ
608 アンテナ
612a 物理的ボタン
612b 物理的ボタン
618 トランシーバ
620 セルラーネットワークワイヤレスモデムチップ
700 ラップトップコンピュータ
701 プロセッサ
702 揮発性内部メモリ
706 ディスクドライブ
708 CDドライブ/DVDドライブ
710 コネクタポート
712 キーボード
714 タッチパッド
716 ディスプレイ
718 トランシーバ
720 アンテナ

Claims (34)

1. 能動回路の電力需要レベルを推定する方法であって、
   前記能動回路に結合された電源ライン上のリップル振幅およびリップル周波数を測定するステップと、
   前記リップル振幅および前記リップル周波数をリップル振幅インデックスおよびリップル周波数インデックスに変換するステップと、
   前記能動回路の推定電力需要レベルを取得するために前記リップル振幅インデックスおよび前記リップル周波数インデックスを使用するステップと
   を含む、方法。
2. 前記能動回路の推定電力需要レベルを取得するために前記リップル振幅インデックスおよび前記リップル周波数インデックスを使用するステップは、前記推定電力需要レベルに関する記憶された値をルックアップするために前記リップル振幅インデックスおよび前記リップル周波数インデックスを使用するステップを含む、請求項1に記載の方法。
3. 前記能動回路の推定電力需要レベルを取得するために前記リップル振幅インデックスおよび前記リップル周波数インデックスを使用するステップは、リップル振幅インデックス値およびリップル周波数インデックス値にインデックス付けされた推定電力需要レベルのデータテーブルから前記推定電力需要レベルを取得するためにテーブルルックアップ動作において前記リップル振幅インデックスおよび前記リップル周波数インデックスを使用するステップを含む、請求項1に記載の方法。
4. 推定電力需要レベルの前記データテーブルに記憶された推定電力需要レベルは、較正プロシージャの間に確立された、前記電源ラインの固有インダクタンスと前記能動回路の固有キャパシタンスとに基づいて計算される、請求項3に記載の方法。
5. 前記電源ラインのレベルを制御するために前記能動回路の前記推定電力需要レベルを使用するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
6. ピーク電力使用状態を識別し、臨界熱レベルに達する前に前記ピーク電力使用状態を識別することに応答して前記電源ラインのレベルを制御するために前記能動回路の前記推定電力需要レベルを使用するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
7. 前記電源ラインは、デジタル回路に関連付けられ、
   前記能動回路に結合された電源ライン上のリップル振幅およびリップル周波数を測定するステップは、前記電源ラインに結合された高入力インピーダンスを有するアナログ回路を使用して前記リップル振幅および前記リップル周波数を非侵入で測定するステップを含む、
   請求項1に記載の方法。
8. 前記能動回路は、システムオンチップ(SoC)回路を含む、請求項1に記載の方法。
9. 電源ライン上の能動回路の電力需要レベルを推定するために電力モニタ回路を較正する方法であって、
   前記能動回路に関連するクロックを無効化するステップと、
   第1のスイッチング信号を前記電源ラインに結合された較正テスト負荷に入力するステップであって、前記較正テスト負荷は既知の値を有し、前記第1のスイッチング信号は前記能動回路の固有周波数よりも小さい第1の低周波数を有する、ステップと、
   前記第1のスイッチング信号を入力するステップに関連する前記電源ライン上のリップル振幅およびリップル周波数を測定するために前記電力モニタ回路を使用するステップと、
   前記リップル振幅および前記リップル周波数に基づいて前記能動回路の固有キャパシタンスと前記電源ラインの固有インダクタンスとを計算するステップと
   を含む、方法。
10. 前記較正テスト負荷、前記固有キャパシタンス、および前記固有インダクタンスを使用して前記能動回路に関連するリーク電流を決定するステップをさらに含む、請求項9に記載の方法。
11. 第2のスイッチング信号を前記テスト負荷に入力するステップであって、前記第2のスイッチング信号は、前記第1のスイッチング信号よりも低い第2の周波数を有する、ステップと、
    前記電源ライン内のライン電流を測定するステップと、
    前記テスト負荷を較正し、前記固有キャパシタンス、前記固有インダクタンス、前記測定ライン電流、および前記決定されたリーク電流を使用して前記較正テスト負荷の前記既知の値を確立するステップと
    をさらに含む、請求項10に記載の方法。
12. 各々が代表的な振幅および代表的な周波数を有する複数のスイッチング信号を前記較正テスト負荷に入力するステップと、
    前記複数のスイッチング信号の前記代表的な振幅および周波数の各組合せに関する前記電源ライン上の前記能動回路の推定電力需要レベルを決定するステップと、
    前記複数のスイッチング信号の前記代表的な振幅および周波数の各組合せに関する前記推定電力需要レベルをメモリ内に記憶するステップと
    をさらに含む、請求項9に記載の方法。
13. 前記複数のスイッチング信号の前記代表的な振幅および周波数の各組合せに関する前記推定電力需要レベルをメモリ内に記憶するステップは、各推定電力需要レベルが代表的な振幅および周波数の特定の組合せにインデックス付けされる、ルックアップテーブル内の各組合せに関する前記推定電力需要レベルを記憶するステップを含む、請求項12に記載の方法。
14. 電源ライン上の能動回路の電力需要レベルを推定するように構成された電力モニタ回路であって、
    前記電力モニタ回路を前記能動回路の電源ラインに非侵入で結合するように構成されたリードを有するインターフェースと、
    前記インターフェースに結合された測定回路であって、
    前記リードが前記電源ラインに結合されるときに前記電源ラインのリップル振幅を測定するように構成されたリップル振幅測定セクションと、
    前記リードが前記電源ラインに結合されるときに前記電源ラインのリップル周波数を測定するように構成されたリップル周波数測定セクションと
    を含む、測定回路と、
    前記測定回路に結合された変換回路であって、
    前記リップル振幅をリップル振幅インデックスに変換するように構成されたリップル振幅変換セクションと、
    前記リップル周波数をリップル周波数インデックスに変換するように構成されたリップル周波数変換セクションと
    を含む、変換回路と、
    前記測定回路および前記変換回路とインターフェース接続するように結合されたメモリであって、リップル振幅インデックスおよびリップル周波数インデックスにインデックス付けされた複数の推定電力需要レベルを記憶するメモリと
    を含む、電力モニタ回路。
15. 前記メモリ、および前記メモリから電力需要レベルの対応する推定値を取得し出力するために前記リップル振幅インデックスおよび前記リップル周波数インデックスを使用するように構成された前記変換回路に結合された出力回路を含む、請求項14に記載の電力モニタ回路。
16. 前記測定回路は、前記インターフェースに非侵入で結合された高入力インピーダンスを有するアナログ回路を含む、請求項14に記載の電力モニタ回路。
17. 前記能動回路は、システムオンチップ(SoC)回路を含む、請求項14に記載の電力モニタ回路。
18. 前記メモリは、ルックアップテーブル内のリップル振幅インデックスおよびリップル周波数インデックスにインデックス付けされた前記複数の推定電力需要レベルを記憶する、請求項14に記載の電力モニタ回路。
19. 較正回路をさらに含み、前記較正回路は、
    既知の抵抗値を有する較正テスト負荷と、
    前記較正テスト負荷を前記インターフェースに接続するように構成された結合されたスイッチと
    を含み、
    前記較正回路は、前記リードが前記電源ラインに結合されるときに前記較正テスト負荷を介して前記電源ライン上の第1の較正信号を生成するために前記スイッチを制御するように構成され、前記第1の較正信号は、前記能動回路の動作に関連するクロックが無効化されるときに前記能動回路の固有周波数よりも低い第1の周波数を有し、
    前記電力モニタ回路は、
    前記較正テスト負荷を介して前記第1の較正信号に関連するリップル振幅およびリップル周波数を測定し、
    前記リップル振幅および前記リップル周波数に基づいて前記能動回路の固有キャパシタンスと前記電源ラインの固有インダクタンスとを計算する
    ようにさらに構成される、
    請求項14に記載の電力モニタ回路。
20. 前記モニタ回路は、前記較正テスト負荷、前記計算された固有キャパシタンス、および前記計算された固有インダクタンスを使用して前記能動回路に関連するリーク電流を決定するようにさらに構成される、請求項19に記載の電力モニタ回路。
21. 前記較正回路は、前記較正テスト負荷を介して前記電源ライン上の第2の較正信号を生成するために前記スイッチを制御するようにさらに構成され、前記第2の較正信号は、前記能動回路の前記動作に関連する前記クロックが無効化されるときに前記第1の周波数よりも低い第2の周波数を有し、
    前記モニタ回路は、
    前記内のライン電流を測定し、
    前記テスト負荷を較正し、前記固有キャパシタンス、前記計算された固有インダクタンス、前記測定ライン電流、および前記決定された漏洩電流を使用して前記較正テスト負荷の前記既知の値を確立する
    ようにさらに構成される、
    請求項20に記載の電力モニタ回路。
22. 前記較正回路は、前記較正テスト負荷を介して前記電源ライン上の複数のリップル較正信号を生成するために前記スイッチを制御するようにさらに構成され、前記複数のリップル較正信号の各々は、代表的な振幅および代表的な周波数を有し、
    前記モニタ回路は、前記複数のリップル較正信号の前記代表的な振幅および前記代表的な周波数の各組合せに関する前記電源ライン上の前記能動回路の推定電力需要レベルを提供するようにさらに構成される、
    請求項21に記載の電力モニタ回路。
23. 能動回路に結合された電源ライン上のリップル振幅およびリップル周波数を測定するための手段と、
    前記リップル振幅および前記リップル周波数をリップル振幅インデックスおよびリップル周波数インデックスに変換するための手段と、
    前記能動回路の推定電力需要レベルを取得するために前記リップル振幅インデックスおよび前記リップル周波数インデックスを使用するための手段と
    を含む、電力モニタ回路。
24. 前記能動回路の推定電力需要レベルを取得するために前記リップル振幅インデックスおよび前記リップル周波数インデックスを使用するための手段は、前記推定電力需要レベルに関する記憶された値をルックアップするために前記リップル振幅インデックスおよび前記リップル周波数インデックスを使用するための手段を含む、請求項23に記載の電力モニタ回路。
25. 前記能動回路の推定電力需要レベルを取得するために前記リップル振幅インデックスおよび前記リップル周波数インデックスを使用するための手段は、リップル振幅インデックス値およびリップル周波数インデックス値にインデックス付けされた推定電力需要レベルのデータテーブルから前記推定電力需要レベルを取得するためにテーブルルックアップ動作において前記リップル振幅インデックスおよび前記リップル周波数インデックスを使用するための手段を含む、請求項23に記載の電力モニタ回路。
26. 推定電力需要レベルの前記データテーブルに記憶された推定電力需要レベルは、較正プロシージャの間に確立された、前記電源ラインの固有インダクタンスと前記能動回路の固有キャパシタンスとに基づいて計算される、請求項25に記載の電力モニタ回路。
27. 前記電源ラインのレベルを制御するために前記能動回路の前記推定電力需要レベルを使用するための手段をさらに含む、請求項23に記載の電力モニタ回路。
28. 前記電源ラインは、デジタル回路に関連付けられ、
    前記能動回路に結合された電源ライン上のリップル振幅およびリップル周波数を測定するための手段は、前記電源ラインに結合された高入力インピーダンスを有するアナログ回路を使用して前記リップル振幅および前記リップル周波数を非侵入で測定するための手段を含む、
    請求項23に記載の電力モニタ回路。
29. 前記能動回路は、システムオンチップ(SoC)回路を含む、請求項23に記載の電力モニタ回路。
30. 前記能動回路に関連するクロックを無効化するための手段と、
    第1のスイッチング信号を前記電源ラインに結合された較正テスト負荷に入力するための手段であって、前記較正テスト負荷は既知の値を有し、前記第1のスイッチング信号は前記能動回路の固有周波数よりも小さい第1の低周波数を有する、手段と、
    前記第1のスイッチング信号を入力することに関連する前記電源ライン上のリップル振幅およびリップル周波数を測定するために前記電力モニタ回路を使用するための手段と、
    前記リップル振幅および前記リップル周波数に基づいて前記能動回路の固有キャパシタンスと前記電源ラインの固有インダクタンスとを計算するための手段と
    をさらに含む、請求項23に記載の電力モニタ回路。
31. 前記較正テスト負荷、前記計算された固有キャパシタンス、および前記計算された固有インダクタンスを使用して前記能動回路に関連するリーク電流を決定するための手段をさらに含む、請求項30に記載の電力モニタ回路。
32. 第2のスイッチング信号を前記較正テスト負荷に入力するための手段であって、前記第2のスイッチング信号は、前記第1のスイッチング信号よりも低い第2の周波数を有する、手段と、
    前記電源ライン内のライン電流を測定するための手段と、
    前記テスト負荷を較正し、前記固有キャパシタンス、前記固有インダクタンス、前記測定ライン電流、および前記決定されたリーク電流を使用して前記既知の値を確立するための手段と
    をさらに含む、請求項31に記載の電力モニタ回路。
33. 各々が代表的な振幅および代表的な周波数を有する複数のスイッチング信号を前記較正テスト負荷に入力するための手段と、
    前記複数のスイッチング信号の前記代表的な振幅および周波数の各組合せに関する前記電源ライン上の前記能動回路の推定電力需要レベルを決定するための手段と、
    前記複数のスイッチング信号の前記代表的な振幅および周波数の各組合せに関する前記推定電力需要レベルを記憶するための手段と
    をさらに含む、請求項30に記載の電力モニタ回路。
34. 前記複数のスイッチング信号の前記代表的な振幅および周波数の各組合せに関する前記推定電力需要レベルを記憶するための手段は、各推定電力需要レベルが代表的な振幅および周波数の特定の組合せにインデックス付けされる、ルックアップテーブル内の各組合せに関する前記推定電力需要レベルを記憶するための手段を含む、請求項33に記載の電力モニタ回路。

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