KR100780976B1 - 집적 회로의 소비 전력을 조절하기 위한 회로 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기준 전위(3) 및 공급 전위(2)에 접속된 집적 회로(1)에 관한 것이다. 상기 집적 회로(1)의 상이한 활성은 상기 집적 회로(1)의 일정하지 않은 소비 전류를 야기하기 때문에, 상기 공급 전위(2)에서 서지가 발생한다. 상기 공급 전위(2)에서 서지가 발생하는 것을 막기 위해, 제어 가능한 전력 소비 장치(4)가 집적 회로와 함께 구현됨으로써, 집적 회로(1) 및 전력 소비 장치로 이루어진 조합체의 소비 전력이 거의 일정해진다.
Description
도 1은 조절기/제어기를 가진 전력 소비 장치를 포함하는 본 발명에 따른 장치를 도시한 도면.
도 2는 전력 소비 장치 및 별도의 조절기/제어기를 포함하는 본 발명에 따른 추가 장치를 도시한 도면.
도 3은 전력 소비 장치 및 별도의 조절기/제어기를 포함하는 본 발명에 따른 추가 장치를 도시한 도면.
도 4는 주파수를 제어하는 본 발명에 따른 장치를 도시한 도면.
도 5는 전력 소비 장치를 포함하는 본 발명에 따른 추가 장치를 도시한 도면.
*도면의 주요 부호 설명*
1 : 집적 회로 2 : 공급 전위
3 : 기준 전위 4, 5 : 전력 소비 장치
6 : 조절기/제어기 7 : 제어 신호
8 : 주파수 제어기 9 : 주파수 제어 신호
10 : 칩 11, 12 : 접지 노드
본 발명은 집적 스위치 회로의 소비 전력을 조절하기 위한 회로에 관한 것이다.
공급 전압(supply voltage)에 의해 집적 회로에 에너지가 공급되고, 상기 집적 회로 내에 전류가 흐른다. 종래에는 전력 소비, 그리고 집적 회로의 소비된 전류 및 공급 전압이 변동되었다. 예컨대 프로세서의 동작 전압이 5V에서 3.3V로 감소하였다.
향후에는 International Technology Roadmap for Semiconductors(1999 Edition, Overall Roadmap Technology Characteristics & Glossary (SIA Roadmap))에 따른 집적 회로의 개발이 예상된다.
기업 연합(syndicate)에 의해 제시된 바와 같이, SIA(Semiconductor Industrie Association) 로드맵에 따르면 향후에는 마이크로전자공학의 개발이 예상된다.
오늘날(1999)과 2011년도 사이의 비교는 다음의 도표에 도시된다.
연도, 기술 | 1999, 180nm | 2011, 50nm |
로직 VDD용 최소 공급 전압/Volt | 1.8 | 0.6 |
소비 전력/Watt | 90 | 174 |
소비 전류/Ampere | 50 | 290 |
이 결과에 따르면, 2011년에는 0.6V의 공급 전압일 때 290암페어의 전류가 예상된다. 이 경우 290암페어는 매우 높은 전류 값으로 간주될 수 있다. 오늘날의 와이어링(wiring)은 전자 이동(electromigration)으로 인해 본딩 와이어 당 1암페어만 가질 수 있기 때문에, 어떻게 290암페어가 집적 회로에 인가될 수 있는가라는 질문이 제기된다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 10,000개의 부품에 위치한 다수의 전기 단자들이 이용된다.
또 다른 문제는 시스템 잡음 제어이다. 예컨대 집적 회로의 활성이 낮아서, 소비 전류도 작아지는 정지 상태의 집적 회로가 고활성 상태로 변환되면, 대략 290암페어의 공급 라인 상에서 전류 급등이 초래되며, 이러한 전류 급등은 제어되어야 한다. 단지 0.01mΩ의 전류 공급의 낮은 출력 저항(output resistance)에서도, 100암페어의 전류 급등시 1V의 전압 강하가 나타난다. 또한, 이러한 크기의 전압 강하는 용인될 수 없으며, 게다가 집적 회로가 단지 0.6V의 공급 전압으로만 작동되는 경우에는 불가능하다.
전형적으로 공급 전압의 변동은 공급 전압의 10% 범위 내에서 허용된다.
본 발명의 목적은 전압원에서 감지된 회로의 소비 전력이 적어도 일시적으로는 동일하도록 형성하는 것이다.
본 발명에 따라 상기 목적은 집적 회로의 소비 전력을 조절하기 위한 회로에 의해 달성되며, 상기 집적 회로는 공급 전압의 접속을 위한 전기 콘택을 가지며, 소비 전력이 제어 가능한 전력 소비 장치가 제공되고, 상기 전력 소비 장치의 소비 전력은 집적 회로의 소비 전력에 따라 제어 가능하다.
본 발명에 따른 해결책의 장점은 전압원에서 감지된 집적 회로의 소비 전력이 동일하게 형성된다는 것이다. 바람직하게는, 낮은 전력의 집적 회로가 사용될 경우, 집적 회로와 동시에 전력을 소비하는 전력 소비 장치에 의해 이러한 특성이 달성되기 때문에, 집적 회로와 전력 소비 장치로 이루어진 조합체는 거의 일정한 전력을 소비한다.
본 발명의 바람직한 형성예에서, 전력 소비 장치는 전기 에너지를 열 에너지로 변환시킨다. 이러한 구성에 의해 초과 전력이 소비된다.
또한, 집적 회로와 전력 소비 장치로 이루어진 조합체의 소비 전력이 일정하도록 전력 소비 장치가 제어된다는 장점이 있다. 이러한 규칙에 의해 집적 회로와 전력 소비 장치로 이루어진 조합체의 소비 전력이 적어도 일시적으로 일정해진다. 이로 인해, 공급 라인 상에서 피크(peak) 및 방전이 발생하는 것이 방지된다.
또한, 바람직하게 집적 회로가 적은 전력을 소비하는 경우, 전력 소비 장치는 더 많은 전력을 소비한다. 이러한 조치에 의해, 집적 회로에 의해 소비되지 않는 전력은 전력 소비 장치에 의해 소비되고, 마찬가지로 공급 라인 상에서 피크 및 방전이 발생하는 것이 방지된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 추가 실시예에서, 전력 소비 장치의 일정한 소비 전력이 지속되는 동안 전력 소비 장치의 소비 전력이 감소한다. 이로 인해, 집적 회로와 전력 소비 장치로 이루어진 조합체의 소비 전력은 전력 소비 장치가 전력의 대부분을 소비하는 짧은 활성화 시간 동안에 감소할 수 있다. 이는 집적 회로의 동작 주파수의 역수치에 비해 큰 시간 상수로 바람직하게 수행된다. 이를 통해, 집적 회로와 전력 소비 장치로 이루어진 조합체의 전체 소비 전력이 감소하고, 이로 인해 배터리로 작동되는 회로의 동작 지속 시간이 연장된다. 또한, 전력 소비 장치의 소비 전력은 완전히 0으로 떨어지는 것은 아니므로, 집적 회로의 초과 소비(excess consumption)를 위한 미분 동작(rate action)이 존재하고, 이러한 미분 동작은 집적 회로가 많은 전력을 소비할 경우 즉시 준비된다.
또 다른 바람직한 실시예에서는, 전력 소비 장치, 전력 소비 장치 제어기 및/또는 전력 소비 조절기가 집적 회로에 배치된다. 이로 인해 집적 회로 외에는 추가 경비가 필요 없는 콤팩트한 구조가 달성된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 한 실시예에서는, 전력 소비 장치가 제어 가능한 레지스터, 트랜지스터, 커패시터 및/또는 추가 집적 회로를 포함한다. 트랜지스터는 예컨대 전계 효과 트랜지스터 또는 바이폴러 트랜지스터로 형성될 수 있고, 레지스터, 커패시터 및 코일과 같은 회로 소자들과 연결될 수 있다. 또한, 바람직하게는 전력 소비 장치가 추가 집적 회로로 구현된다. 추가 집적 회로의 부분 영역들의 활성에 의해 소비 전력이 제어될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에서는, 집적 회로와 전력 소비 장치로 이루어진 조합체의 소비 전력은 집적 회로가 정지 상태로 변환될 경우 감소한다. 이로 인해, 공급 전압의 전압 강하를 야기할 수 있는 공급 라인 상에서 서지(surge) 및 스위칭 임펄스가 발생하는 것이 방지된다.
또한, 바람직하게는 집적 회로의 동작 주파수는 집적 회로가 정지 상태로 변환될 경우 감소한다. 이러한 조치에 의해, 집적 회로의 소비 전력은 정지 상태로 변환될 경우 천천히 감소하고, 공급 라인 상에서 서지가 발생하는 것이 방지된다.
본 발명의 또 다른 실시예는 종속항에 제시된다.
실시예들을 참고로 본 발명을 더 자세히 살펴보면 아래와 같다:
도 1에 도시된 집적 회로(1)는 공급 전위(2)와 기준 전위(3) 간의 소비 전력이 적어도 일시적으로는 동일하도록 형성하는데 적합하다. 이는 집적 조절기/제어기를 포함하는 전력 소비 장치(4)가 상기 공급 전위(2)를 통해 일정한 전력을 소비하고, 필요에 따라서는 집적 회로(1)에 상기 전력을 계속 전달하거나 직접 소비하는 방식으로 달성된다.
이 경우, 상기 조절기/제어기를 포함하는 전력 소비 장치(4)는 별도의 부품으로서 집적 회로(1) 외부에 배치될 수 있거나, 집적 회로 상에 직접 구현될 수 있다.
도 2와 관련하여 본 발명에 따른 추가 장치가 도시된다. 상기 추가 장치는 기준 전위(3), 공급 전위(2), 그리고 전력 소비 장치(5)용 조절기/제어기(6)로 이루어지고, 상기 전력 소비 장치(5)는 제어 신호(7)에 의해 제어되어서, 상기 집적 회로(1) 및 상기 전력 소비 장치(5)에 의해 소비된 전력이 적어도 일시적으로는 동일하게 형성된다.
집적 회로(1) 및 전력 소비 장치(5)에 의해 소비된 전력이 거의 일정하도록 상기 조절기/제어기(6)가 제공되어서, 공급 전위(2) 및 기준 전위(3)를 통해 인가된 전력이 적어도 일시적으로는 동일해진다. 이를 위해 상기 조절기/제어기(6)는 공급 전위(2)를 통해 인가된 전류를 측정하고, 상기 전류가 거의 일정해지도록 한다. 이는 제어 신호(7)를 통해 상기 전력 소비 장치(5)가 제어되는 방식으로 이루어진다.
도 3에는 도 2에 도시된 장치의 변형예가 도시되고, 이러한 변형예는 상기 조절기/제어기(6)가 집적 회로(1)에 의해 소비된 전류만을 측정하고, 도 2에서와 같이 집적 회로뿐만 아니라 전력 소비 장치에 의해 소비된 전류도 측정하는 것이 아니라는 점에서 도 2와 다르다. 또한, 상기 조절기/제어기(6)는 상기 전력 소비 장치(5)의 소비 전력을 제어한다.
도 4와 관련하여, 본 발명에 따른 장치의 변형예가 도시된다. 집적 회로(1)는 기준 전위(3) 및 공급 전위(2)에 접속된다. 또한, 주파수 제어 신호(9)를 통해 집적 회로(1)의 동작 주파수를 제어하는 주파수 제어기(8)가 제공된다. 이러한 장치에 의해, 집적 회로(1)의 동작 주파수가 순간적인 동작 상태에 매칭될 수 있다. 따라서 예컨대 집적 회로(1)의 긴 정지 국면 동안에 집적 회로(1)의 동작 주파수가 서서히 감소함으로써, 공급 전위(2) 상에서 서지가 발생하는 것이 방지될 수 있다.
도 5에는 본 발명에 따른 장치의 또 다른 실시예가 도시된다. 칩(10)이 기준 전위(3) 및 공급 전위(2)에 접속된다. 이 경우 상기 칩(10) 외부에 커패시터가 제공된다. 이 실시예에서, 상기 칩(10) 상에는 공급 전위(2)에 접속된 8개의 단자, 그리고 기준 전위(3)에 접속된 8개의 단자가 제공된다. 상기 칩(10) 내에 각 하나의 코일 및 각 하나의 레지스터로 이루어진 기준 전위용 8개의 라인이 제공된 구조가 등가 회로도로 도시된다. 이와 마찬가지로, 각 하나의 코일 및 각 하나의 레지스터를 포함하는 공급 전위용 8개의 라인이 등가 회로도로 도시된다. 상기 기준 전위(3)의 8개의 라인은 접지 노드(11)에 상호 접속되고, 공급 전위의 8개의 라인은 전압 노드(12)에 상호 접속된다. 상기 접지 노드(11)와 전압 노드(12) 사이에 전력 소비 장치(5) 및 커패시터가 배치된다. 또한, 상기 접지 노드(11)에 집적 회로(1)가 접속된다. 상기 집적 회로(1)는 전압 조절기(6)에 접속되고, 상기 전압 조절기(6)는 전압 노드(12)에 접속되고, 제어 신호(7)에 의해 전력 소비 장치(5)의 제어 메커니즘에 접속된다.
전술한 모든 실시예에서, 전력 소비 장치는 제어 가능한 레지스터, 트랜지스터 또는 집적 회로로 구현될 수 있다. 상기 전력 소비 장치가 집적 회로로 구현되면, 집적 회로의 소비 전력에 따라 활성화되거나 비활성화되는 집적 회로 장치와 상기 회로가 대등하게 형성되도록 상기 전력 소비 장치가 설계될 수 있다. 이를 위해 예컨대 집적 회로(1)의 소비 전력에 따라 확장되거나 축소될 수 있는 링 오실레이터(ring oscillator)가 적합하며, 또는 병렬 링 오실레이터가 활성화될 수 있다.
본 발명에 의해, 전압원에서 감지된 회로의 소비 전력이 적어도 일시적으로는 동일하도록 형성될 수 있다.
Claims (9)
- 공급 전압(supply voltage)의 접속을 위한 전기 콘택을 포함하는 집적 회로(1)의 소비 전력을 조절하기 위한 회로로서,소비 전력이 제어 가능한 전력 소비 장치(4)가 제공되고,상기 전력 소비 장치(4)의 소비 전력은 상기 집적 회로(1)의 소비 전력에 따라 제어 가능하며,상기 전력 소비 장치(4)는 상기 집적 회로(1)와 상기 전력 소비 장치(4)로 이루어진 조합체(combination)의 소비 전력이 실질적으로 일정하도록 제어되며,상기 집적 회로(1)가 적은 전력을 소비하는 경우에 상기 전력 소비 장치(4)는 많은 전력을 소비하는, 집적 회로의 소비 전력을 조절하기 위한 회로.
- 제 1항에 있어서,상기 전력 소비 장치(4)가 전기 에너지를 열 에너지로 변환시키는, 집적 회로의 소비 전력을 조절하기 위한 회로.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,전력 소비 장치 제어기 및/또는 전력 소비 장치 조절기를 포함하는 상기 전력 소비 장치(4)가 상기 집적 회로로 구현되는, 집적 회로의 소비 전력을 조절하기 위한 회로.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 전력 소비 장치(4)가 제어 가능한 레지스터, 트랜지스터, 커패시터 및/또는 추가 집적 회로를 포함하는, 집적 회로의 소비 전력을 조절하기 위한 회로.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 집적 회로(1)와 상기 전력 소비 장치(4)로 이루어진 조합체의 소비 전력은 상기 집적 회로(1)가 정지 상태로 변환될 경우 감소하는, 집적 회로의 소비 전력을 조절하기 위한 회로.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 집적 회로의 동작 주파수는 상기 집적 회로(1)가 정지 상태로 변환될 경우 감소하는, 집적 회로의 소비 전력을 조절하기 위한 회로.
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