KR100865895B1 - Apparatus and method for power control using subthreshold power supply - Google Patents

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Abstract

A power control apparatus and a method using the sub-threshold power source are provided to control the power supply and cut off of the main power source about an electronic circuit provided from the main power source according to the operation state of the handheld device. A power control apparatus(100) includes a waiting mode controller(101), a waiting time measurement apparatus(102), and a sub-threshold power source(103). The waiting mode controller schedules the power use of the whole electronic device. The sub-threshold power source supplies power to the waiting mode controller and the waiting time measurement apparatus. The waiting time measurement apparatus measures the time which passes after the waiting mode is disclosed.

Description

서브-스레시홀드 전원을 이용한 전력 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR POWER CONTROL USING SUBTHRESHOLD POWER SUPPLY}Power control apparatus and method using a sub-threshold power supply {APPARATUS AND METHOD FOR POWER CONTROL USING SUBTHRESHOLD POWER SUPPLY}

본 발명은 전력 제어에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 서브-스레시홀드 전원을 이용해 전력을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to power control, and more particularly, to an apparatus and method for controlling power using a sub-threshold power source.

휴대용 장치가 보편화된 현대사회에서, 전자회로가 소모하는 전력을 감소시키는 것이 점점 더 중요해 지고 있다. 예를 들어, 노트북, 휴대폰, 개인용 정보 단말기(PDA) 등과 같이 배터리를 전원으로 이용하는 휴대용 장치에 있어서, 장치의 사용 시간을 증가시키고, 배터리의 무게 및 크기를 감소시켜 장치의 휴대성을 증가시키기 위해 그러한 휴대 장치에 포함된 회로의 전력 소모를 감소시킬 것이 요구된다. 또한, 에너지 비용을 절감하기 위해, 휴대용 장치뿐 아니라 텔레비전과 같은 가전제품도 전력소비를 절감시키는 것은 매우 중요한 과제이다.In modern society where portable devices are commonplace, it is becoming increasingly important to reduce the power consumed by electronic circuits. For example, in a portable device that uses a battery power source such as a laptop, a mobile phone, a personal digital assistant (PDA), etc., to increase the use time of the device and reduce the weight and size of the battery to increase the portability of the device. It is desired to reduce the power consumption of circuits included in such portable devices. In addition, in order to reduce energy costs, it is very important to reduce power consumption not only for portable devices but also for home appliances such as televisions.

소비전력은 전자제품이 동작모드에서 동작하는 경우의 소비전력과 대기모드에서의 소비전력으로 구분할 수 있다. 예를 들어, 텔레비전과 같이, 사용시간에 비해 대기모드에 있는 시간이 더 많은 가전 제품의 경우 대기모드에서의 소비 전력을 절감시키는 것은 매우 중요한 문제이다. 텔레비전의 정상동작시의 시간당 전력이 약 70W라고 할 때, 대기모드에서의 소비전력은 그에 비해 매우 적은, 예를 들어, 2W 이하이지만, 정상동작시간에 비해 대기모드에 있는 시간이 더 길기 때문에 전체적인 소비전력은 각 가정에서 무시할 수 없는 양이 된다. 따라서, 전력소모를 줄이기 위하여 제품을 사용하지 않을 경우에는 제품의 전원코드를 뽑아놓는 경우도 있는데, 이러한 경우 기능 수행을 위해 메모리에 저장된 정보가 지워지게 되므로 편리한 기능들이 제대로 동작할 수 없는 문제점이 발생한다. Power consumption may be classified into power consumption when the electronic product operates in the operation mode and power consumption in the standby mode. For example, for home appliances such as televisions that have more time in the standby mode than the use time, it is very important to reduce the power consumption in the standby mode. When the power per hour in normal operation of the television is about 70W, the power consumption in the standby mode is very small compared to that, for example, 2W or less, but the overall standby time is longer than the normal operation time. Power consumption is an amount that cannot be ignored in each household. Therefore, when the product is not used to reduce power consumption, the power cord of the product may be unplugged. In this case, the information stored in the memory is erased to perform the function. Therefore, convenient functions cannot operate properly. do.

따라서, 최근에는 대기모드에서의 소비 전력량을 감소시키기 위한 노력이 한층 더 강화되고 있다. 예컨대, 대기모드시 동작하지 않는 부품으로의 전압 공급을 끊거나 출력 전압을 낮춘다든지, 혹은 보조 전원 장치를 이용하여 대기모드시의 소비 전력을 감소시키고자 하는 시도가 있다. 그러나, 이러한 접근 방식에 의해서도 대기모드에서 소비되는 전력량은 상당한 실정이다.Therefore, in recent years, efforts to reduce the amount of power consumption in the standby mode has been intensified. For example, there are attempts to cut off the voltage supply to components that do not operate in the standby mode, lower the output voltage, or reduce power consumption in the standby mode by using an auxiliary power supply. However, even with this approach, the amount of power consumed in the standby mode is considerable.

휴대용 장치가 정상상태에서 동작하는지 대기모드에서 동작하는지 여부에 따라 전력 공급을 제어하는 장치에 있어서, 대기모드에서 다시 정상상태로 되돌아가기 위해서는 전력 공급을 제어하는 장치의 일부에는 전력이 공급되어야 한다. 따라서, 대기모드에서 동작하는 부분의 전력 소모가 장치의 전체적인 전력 소모의 큰 부분을 차지하기 때문에, 휴대용 장치의 전력 소모가 전체적으로 크게 감소되지 못하는 문제점이 있다. 특히, 휴대폰과 같이, 동작 상태보다는 대기모드에 있는 시간이 긴 장치일수록 장치의 전체적인 전력 소모를 감소시키기 위해서는 대기모드에서의 전력 소모를 감소시킬 것이 요구된다.In the apparatus for controlling the power supply according to whether the portable device operates in the normal state or the standby mode, power is supplied to a part of the apparatus for controlling the power supply in order to return to the normal state from the standby mode. Therefore, since the power consumption of the portion operating in the standby mode occupies a large part of the overall power consumption of the device, the power consumption of the portable device is not greatly reduced as a whole. In particular, the longer the device in the standby mode than the operating state, such as a mobile phone, it is required to reduce the power consumption in the standby mode in order to reduce the overall power consumption of the device.

따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해, 휴대용 장치의 동작 상태에 따라 전력 공급을 제어할 수 있는 장치 및 방법를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus and method capable of controlling the power supply according to the operating state of a portable device.

또한, 본 발명은 자체적으로 매우 적은 전력을 소모하는 전력 공급 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is also an object of the present invention to provide a power supply control device which consumes very little power by itself.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에 따른 전력 제어 장치는, 주 전원으로부터 전력을 공급받는 전자회로에 대한 상기 주 전원의 전력 공급 및 차단을 제어하는, CMOS 공정으로 제조되는 전력 제어 장치로서, 상기 전자회로에 대한 상기 주 전원의 전력 공급이 차단된 상태인 대기모드의 지속시간을 측정하는 대기시간 측정기; 상기 대기모드를 개시하거나 종료시키는 대기모드 제어부; 및 상기 대기모드 제어부 및 상기 대기시간 측정기에 전력을 공급하는 서브-스레시홀드(subthreshold) 전원을 포함하며, 상기 대기시간 측정기 및 상기 대기모드 제어부는 CMOS 공정으로 형성되는 복수의 트랜지스터 포함하고, 상기 서브-스레시홀드 전원은 상기 트랜지스터를 턴-온(turn-on)시키는 전압보다 낮고 0.2V보다 높은 전압을 공급한다.In order to solve this problem, the power control device according to the present invention is a power control device manufactured by a CMOS process for controlling the power supply and disconnection of the main power supply to the electronic circuit powered from the main power supply, A standby time measurer measuring a duration of a standby mode in which power supply of the main power to an electronic circuit is cut off; A standby mode controller configured to start or end the standby mode; And a sub-threshold power supply for supplying power to the standby mode controller and the standby time meter, wherein the standby time meter and the standby mode controller include a plurality of transistors formed in a CMOS process. The sub-threshold supply supplies a voltage lower than the voltage that turns on the transistor and higher than 0.2V.

여기서, 바람직하게는, 대기시간 측정기는 서브-스레시홀드 전압 레벨의 구동전압에 의해 구동된다.Here, preferably, the latency measuring instrument is driven by the drive voltage of the sub-threshold voltage level.

여기서, 바람직하게는, 대기모드 제어부는 서브-스레시홀드 전압 레벨의 구동전압에 의해 구동된다.Here, preferably, the standby mode control part is driven by the drive voltage of the sub-threshold voltage level.

여기서, 바람직하게는, 서브-스레시홀드 전원에 의해 공급되는 전력은 서브-스레시홀드 전압 레벨의 구동전압에 의해 공급된다.Here, preferably, the power supplied by the sub-threshold power supply is supplied by the driving voltage of the sub-threshold voltage level.

여기서, 바람직하게는, 동작회로에 전력을 공급하는 주전원을 더 포함하고, 대기모드 제어부는 주전원의 전력 공급을 제어하여 대기모드를 개시하거나 종료시킨다.Here, preferably, further comprising a main power supply for supplying power to the operation circuit, the standby mode control unit controls the power supply of the main power supply to start or end the standby mode.

본 발명에 따른 전력 제어 방법은, 주 전원으로부터 전력을 공급받는 전자회로에 대한 상기 주 전원의 전력 공급 및 차단을 제어하는 CMOS 공정으로 제조되는 전력 제어 장치를 이용한, 전력 제어 방법으로서, 상기 전자회로에 상기 주 전원의 전력 공급이 차단된 상태인 대기모드로 진입할 것을 지시하는 대기모드 요청신호를 수신하는 단계; 상기 대기모드 요청신호를 수신하면 상기 전자회로에 대한 상기 주전원의 전력공급을 중단하는 단계; 및 상기 대기모드가 지속된 시간인 대기모드 지속시간을 측정하는 단계를 포함하며, 상기 대기모드 지속시간 측정 단계에 있어서, 상기 CMOS 공정으로 제조되는 전력 제어 장치를 이루는 트랜지스터를 턴-온시키는 전압보다 낮은 전압을 제공하는 서브-스레시홀드 전원을 이용하여 상기 대기모드 지속시간을 측정한다.
여기서, 바람직하게는, 상기 전력 제어 방법은, 대기모드 종료신호가 수신되면 상기 전자회로에 대한 전력공급을 개시하는 단계; 상기 측정된 대기모드 지속시간이 기설정된 기준시간에 이른 경우 상기 동작회로에 대한 전력공급을 개시하는 단계; 및 상기 대기모드 지속시간 측정을 종료하는 단계를 더 포함할 수도 있다.The power control method according to the present invention is a power control method using a power control device manufactured by a CMOS process for controlling the power supply and disconnection of the main power supply to the electronic circuit powered from the main power supply, wherein the electronic circuit Receiving a standby mode request signal instructing to enter a standby mode in which power supply of the main power is cut off; Stopping power supply of the main power to the electronic circuit when the standby mode request signal is received; And measuring a standby mode duration which is a time duration of the standby mode, wherein in the standby mode duration measuring step, a voltage for turning on a transistor constituting a power control device manufactured by the CMOS process is higher than a voltage. The standby time duration is measured using a sub-threshold power supply providing a low voltage.
Here, preferably, the power control method may include starting power supply to the electronic circuit when a standby mode end signal is received; Starting power supply to the operation circuit when the measured standby mode duration reaches a preset reference time; And terminating the standby mode duration measurement.

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본 발명에 의해, 전자장치의 전력 소모를 크게 감소시킬 수 있다. 특히, 전자장치의 대기모드에서의 전력 소모를 크게 감소시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to greatly reduce the power consumption of the electronic device. In particular, power consumption in the standby mode of the electronic device can be greatly reduced.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전력 제어 장치 및 방법을 상세히 설명한다. 도면 전체적으로 동일한 구성요소는 동일한 인용부호를 사용하여 지시하였다.Hereinafter, a power control apparatus and method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Like reference numerals refer to like elements throughout.

도 1은 본 발명에 따른 전력 제어 장치를 나타낸 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 제어 장치(100)는 대기모드 제어부(101), 대기시간 측정기(102), 서브-스레시홀드 전원(103)을 포함한다.1 is a view showing a power control apparatus according to the present invention. The power control apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a standby mode controller 101, a standby time meter 102, and a sub-threshold power source 103.

대기모드 제어부(101)는 전체적인 전자장치의 전력 사용을 스케줄링하는 역할을 한다. 대기모드 제어부(101)는 동작회로로부터 또는 사용자로부터 제어신호를 수신하고, 대기모드로 진입하라는 제어신호를 수신한 경우, 동작회로에 대한 전력공급을 제어한다. 대기모드 제어부(101)는 이러한 제어신호를 수신하기 위해 제어신호 수신부(미도시)를 포함한다. 본 명세서에서, 동작회로는 전력 제어의 대상이 되는 전자장치에 포함된 회로를 의미한다. 본 발명의 일 실시예에서는 주전원(104)이 동작회로에 전력을 공급하고, 대기모드 제어부(101)는 주전원(104)을 제어함으로써 동작회로에 대한 전력공급을 제어한다. 본 발명에 따른 전력 제어 장치는 전자장치의 전력을 제어할 뿐만 아니라 전력을 공급받는 임의의 전기회로를 포함하는 장치에 대해 적용될 수 있다. The standby mode controller 101 schedules power usage of the entire electronic device. The standby mode controller 101 receives the control signal from the operation circuit or from the user, and controls the power supply to the operation circuit when receiving the control signal to enter the standby mode. The standby mode controller 101 includes a control signal receiver (not shown) for receiving such a control signal. In the present specification, the operation circuit refers to a circuit included in the electronic device that is the object of power control. In an embodiment of the present invention, the main power supply 104 supplies power to the operation circuit, and the standby mode control unit 101 controls the supply of power to the operation circuit by controlling the main power supply 104. The power control apparatus according to the present invention can be applied to a device including any electric circuit which is supplied with power as well as controlling the power of the electronic device.

또한, 대기모드 제어부(101)는, 후술하는 바와 같이, 대기시간 측정기(102)에 의해 측정된 대기모드 지속시간에 기초하여 대기모드를 종료하고 동작모드를 개시한다. 기설정된 대기모드 지속시간이 경과한 경우, 대기모드 제어부(101)는 주전 원(104)을 제어하여 동작회로에 전력을 공급하여 동작모드를 개시한다. 기설정된 대기모드 지속시간이 경과하기 전이라도, 대기모드 제어부(101)가 동작모드로 진입하라는 제어신호를 수신한 경우에는, 대기모드를 종료하고 동작모드를 개시한다. 대기모드 제어부(101)는 제어신호를 수신하기 위해 제어신호 수신부(미도시)를 포함한다. 대기모드 및 동작모드에 관해서는 이후 상세히 설명한다.In addition, the standby mode control unit 101 ends the standby mode and starts the operation mode on the basis of the standby mode duration measured by the standby time measuring instrument 102 as described later. When the preset standby mode duration has elapsed, the standby mode controller 101 controls the main power supply 104 to supply power to the operation circuit to start the operation mode. Even before the preset standby mode duration has elapsed, when the standby mode control unit 101 receives a control signal for entering the operation mode, the standby mode is terminated and the operation mode is started. The standby mode controller 101 includes a control signal receiver (not shown) for receiving a control signal. The standby mode and the operation mode will be described later in detail.

서브-스레시홀드 전원(103)은 대기모드 제어부(101) 및 대기시간 측정기(102)에 전력을 공급한다. 서브-스레시홀드에 관해서는 이후 상세히 설명한다. 대기모드 제어부(101)는 대기모드가 아닌 경우에도 대기모드로 진입하기 위한 제어신호 수신을 위해 동작하고 있어야 하므로 서브-스레시홀드 전원(103)으로부터 항상 전력을 공급받는다. 대기시간 측정기(102)는 대기모드 진입후 경과시간을 측정하기 위해 대기모드 진입시에만 서브-스레시홀드 전원(103)으로부터 전력을 공급받는다. 대기모드시 공급되는 서브-스레시홀드 전력은 동작회로에 공급되는 주전력에 비해 그 크기가 매우 작기 때문에 대기시간 측정기(102)에 상시 전력이 공급되어도 전체적인 전력소모에는 크게 영향을 미치지 않는다. The sub-threshold power source 103 supplies power to the standby mode controller 101 and the standby time meter 102. The sub-threshold will be described in detail later. Since the standby mode controller 101 must operate to receive a control signal for entering the standby mode even when the standby mode controller 101 is not in the standby mode, power is always supplied from the sub-threshold power source 103. The standby time measurer 102 receives power from the sub-threshold power source 103 only when entering the standby mode to measure the elapsed time after entering the standby mode. Since the sub-threshold power supplied in the standby mode is very small compared to the main power supplied to the operation circuit, even when the standby time measuring device 102 is always supplied with power, the overall power consumption is not significantly affected.

대기시간 측정기(102)는 대기모드가 개시되고 난 후 경과된 시간을 측정한다. 서브-스레시홀드 전원(103)으로부터 전력을 공급받고, 자체적으로 클록을 생성하거나 외부로부터 클록 신호를 수신하여 대기모드가 진행된 시간을 측정하고 그 결과를 대기모드 제어부(101)로 전송한다. 디지털 회로에서 시간 경과 측정을 위한 클록 발생에 많은 전력이 소모되므로, 서브-스레시홀드 전원로부터 전력을 공급받아 동작하는 경우 주전원을 이용하는 경우에 비하여 클록 생성에 소모되는 전력을 줄일 수 있다.The wait time measurer 102 measures the time elapsed after the standby mode is started. The power is supplied from the sub-threshold power source 103, and a clock is generated by itself or a clock signal is received from the outside to measure the time when the standby mode is progressed, and the result is transmitted to the standby mode controller 101. Since the digital circuit consumes a lot of power for clock generation for time-lapse measurement, the power consumed by the sub-threshold power supply can reduce the power consumption for clock generation compared to the main power supply.

주전원(104)은 동작회로에 전력을 공급한다. 주전원(104)은 동작회로에 포함된 전원, 배터리 등 일반적으로 사용되는 모든 전원일 수 있다. 대기모드 제어부(101)에 의해 주전원(104)으로부터 동작회로에 대한 전력공급이 제어된다. 주전원(104)은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 제어 장치(100)의 외부에 존재할 수도 있고, 또는 전력 제어 장치(100)에 포함될 수도 있다.The main power supply 104 supplies power to the operation circuit. The main power source 104 may be any power source generally used, such as a power source or a battery included in an operation circuit. The power supply from the main power supply 104 to the operation circuit is controlled by the standby mode control unit 101. The main power supply 104 may exist outside the power control device 100 according to an embodiment of the present invention, or may be included in the power control device 100.

<서브-스레시홀드><Sub-threshold>

다음으로, 서브-스레시홀드에 대해 상세히 설명한다. 우선, 스레시홀드 전압은, CMOS 트랜지스터의 게이트에 전압을 인가했을 때 트랜지스터가 온(on)되는 시점의 게이트 전압을 의미한다. 서브-스레시홀드란 통상의 CMOS 트랜지스터를 포함하는 회로에서 트랜지스터의 게이트에 통상적인 스레시홀드 전압보다 낮은 전압을 인가하고 회로를 구동하는 방식을 의미한다. 게이트에 통상적인 스레시홀드 전압보다 낮은 전압이 인가되도록 하기 위해 전원전압을 낮추는 방식을 이용한다. Next, the sub-threshold will be described in detail. First, the threshold voltage means the gate voltage at the time when the transistor is turned on when a voltage is applied to the gate of the CMOS transistor. Sub-threshold refers to a method of driving a circuit by applying a voltage lower than a typical threshold voltage to a gate of a transistor in a circuit including a conventional CMOS transistor. In order to apply a voltage lower than a typical threshold voltage to the gate, a method of lowering the power supply voltage is used.

도 2는 CMOS 인버터(inverter)의 입력전압과 출력전압의 관계를 나타낸 그래프이다. 통상적으로, 0.25 ㎛ CMOS 공정을 이용하여 제작되는 칩의 경우, 전원전압으로 2.5V 전압이 이용되고, 0.18 ㎛ CMOS 공정을 이용하여 제작되는 칩의 경우, 전원전압으로 1.8V 전압이 이용되고, 0.13 ㎛ CMOS 공정을 이용하여 제작되는 칩의 경우 전원전압으로 1.1 내지 1.3V 전압이 이용되고, 90 ㎛ CMOS 공정을 이용하여 제작되는 칩의 경우 전원전압으로 1.1V 전압이 이용되고, 65 ㎛ CMOS 공정을 이용하여 제작되는 칩의 경우 전원전압으로 0.9 내지 1.1V 전압이 이용된다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 그래프(201)는 전원전압으로 2.5V를 이용하는 인버터의 입력전압대 출력전압을 나타낸 그래프이다. 입력 전압이 대략 1 내지 1.5 사이일때 출력전압이 2.5V와 0V 사이에서 스위칭된다. 동일한 소자에 대해, 전원전압을 1.5V로 가했을 경우, 입력 전압이 1.5V일 때 출력전압이 0V가 되고, 입력전압이 0V일 때 출력전압이 1.5V가 된다. 이러한 관계를 그래프(202)로 나타내었다. 마찬가지로, 동일한 소자에 대해, 전원전압을 0.5V로 인가했을 경우, 입력 전압이 0.5V일때 출력전압이 0V가 되고, 입력전압이 0V일 때 출력전압이 0.5V가 된다. 이러한 관계를 그래프(203)로 나타내었다. 도 2를 참조하면, 동일한 인버터 소자에 대해, 전원전압이 2.5V일 때, 스위칭전압(출력의 온-오프를 결정하는 기준 입력전압)이 약 1 내지 1.5V 사이에 존재하고, 전원전압이 1.5V일 때, 스위칭전압이 약 0.5 내지 1V 사이에 존재하고, 전원전압이 0.5V일 때, 스위칭전압이 약 0.2 내지 0.3V 사이에 존재한다. 즉, 0.25㎛ CMOS 공정을 통해 제작되고, 전원전압이 2.5V로 설계된 동일한 인버터에 대해, 전원전압을 0.5V로 낮추어도 인버터 역할을 할 수 있음을 알 수 있다(실험적으로 대략 0.2V 정도까지 낮추어도 동작가능하다). 아울러, 전원전압이 일정한 값 이하로 내려가기 전까지는 전원전압이 낮아질수록 더욱 스위칭이 빠르게 진행되어, 누설 전류를 최소화시킨다. 따라서, 전원전압을 감소시킴으로써 소자에서 소모되는 전력을 감소시킬 수 있다. 다만, 전원전압이 일정한 값 이하로 낮아지는 경우 통상적으로 무시할 수 있었던 소자의 누설 전류가 무시할 수 없을 만큼 증가하므로, 전원전압을 낮춤으로써 감소되는 전력 소비와 누설 전류에 의한 전력 소비의 합이 최소가 되는 지점을 전원전압으로 이용한다.2 is a graph illustrating a relationship between an input voltage and an output voltage of a CMOS inverter. Typically, a chip fabricated using a 0.25 μm CMOS process uses a 2.5V voltage as the power supply voltage, and a chip fabricated using a 0.18 μm CMOS process uses a 1.8V voltage as the power supply voltage and 0.13. In case of the chip manufactured using the μm CMOS process, 1.1 to 1.3V voltage is used as the power supply voltage. In case of the chip manufactured using the 90 μm CMOS process, 1.1V voltage is used as the power supply voltage, and the 65 μm CMOS process is used. In the case of the chip manufactured using a voltage of 0.9 to 1.1V is used as the power supply voltage. For example, referring to FIG. 2, the graph 201 is a graph showing an input voltage versus an output voltage of an inverter using 2.5 V as a power supply voltage. The output voltage switches between 2.5V and 0V when the input voltage is between about 1 and 1.5. For the same device, when the power supply voltage is applied at 1.5V, the output voltage becomes 0V when the input voltage is 1.5V, and the output voltage becomes 1.5V when the input voltage is 0V. This relationship is shown in graph 202. Similarly, when the power supply voltage is applied at 0.5V for the same element, the output voltage becomes 0V when the input voltage is 0.5V, and the output voltage becomes 0.5V when the input voltage is 0V. This relationship is shown in graph 203. Referring to FIG. 2, for the same inverter element, when the power supply voltage is 2.5V, the switching voltage (the reference input voltage for determining the on-off of the output) is present between about 1 to 1.5V, and the power supply voltage is 1.5. When V, the switching voltage is between about 0.5 to 1V, and when the power supply voltage is 0.5V, the switching voltage is between about 0.2 to 0.3V. In other words, for the same inverter fabricated through a 0.25㎛ CMOS process and designed with a power supply voltage of 2.5V, it can be seen that even if the power supply voltage is lowered to 0.5V, it can serve as an inverter (experimentally lowered to about 0.2V). Is also operable). In addition, until the power supply voltage falls below a certain value, the lower the power supply voltage, the faster the switching occurs, thereby minimizing leakage current. Therefore, the power consumed by the device can be reduced by reducing the power supply voltage. However, when the power supply voltage is lowered below a certain value, the leakage current of the device, which is normally negligible, increases to an undeniable amount, so that the sum of the power consumption reduced by lowering the power supply voltage and the power consumption by the leakage current is minimal. Is used as the power supply voltage.

이상의 설명은 이해를 돕기 위하여, CMOS 공정을 이용한 인버터 소자에 관하여 설명했지만, 모든 반도체 소자가 전원전압을 통상적인 값보다 훨씬 낮추어도 원하는 동작을 수행할 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 본 명세서에서, 어떤 구성요소를 서브-스레시홀드 전원으로 구동한다고 함은, 이와 같이, 임의의 반도체 소자로 구성된 회로를 통상적인 전원전압보다 훨씬 낮은 전원전압으로 구동하는 것을 의미한다. 또한, 그러한 통상적인 전원전압보다 훨씬 낮은 전원전압을 제공하는 전원을 서브-스레시홀드 전원으로 지칭한다. 다만, 앞서 설명한 바와 같이, 전원전압을 낮출수록 소비 전력이 계속 낮아지는 것이 아니라 누설 전류에 의해 일정 값 이하의 전원전압에서는 다시 소비 전력이 증가하므로, 본 발명에 따른 서브-스레시홀드 전원이 제공하는 전원전압은 누설전류에 의한 소비 전력을 고려하여 전체적인 전력 소비를 최소화시키는 전원전압을 의미한다.Although the above description has been described with respect to the inverter device using a CMOS process for the sake of understanding, it will be apparent to those skilled in the art that all semiconductor devices can perform a desired operation even if the power supply voltage is much lower than a normal value. In this specification, driving a component with a sub-threshold power supply means driving a circuit composed of any semiconductor element at a power supply voltage much lower than a typical power supply voltage. Also, a power supply that provides a power supply voltage much lower than such a conventional power supply voltage is referred to as a sub-threshold power supply. However, as described above, as the power supply voltage is lowered, power consumption is not continuously lowered, but power consumption is increased again at a power supply voltage of a predetermined value or less due to leakage current, so that the sub-threshold power supply according to the present invention is provided. The power supply voltage refers to a power supply voltage that minimizes the overall power consumption in consideration of power consumption due to leakage current.

다시, 도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 전력 제어 장치의 동작을 상세히 설명한다. 우선, 동작모드에서 대기모드로 전환되는 과정을 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 동작회로가 동작모드에서 정상적으로 동작하고 있는 경우, 동작회로는 주전원(104)으로부터 전력을 공급받는다. 그러나, 예를 들어, 핸드폰 등이 사용자의 입력이 없어 일정 시간 이상 대기 모드가 지속된 경우와 같이, 동작회로가 아무런 기능도 수행하지 않고 있는 경우, 동작회로에는 전력이 공급될 필요가 없다. 이러한 경우, 주전력 공급을 중단시킴으로써 전체적으로 전력 소비를 저감시킬 수 있다. 다만, 주전력 공급이 중단된 경우에도 다시 주전력 공급을 개시할 시점을 판단 하거나 외부로부터 제어신호를 수신하기 위해 회로의 일부는 동작하고 있어야 한다. 본 발명에서는 주전력 공급이 중단된 경우 동작하는 부분에 서브-스레시홀드 전원를 이용하여 전력을 공급한다. 이와 같이, 주전력 공급을 중단하거나 최소화하고 서브-스레시홀드 전력을 공급하는 동안을 대기모드라고 지칭한다.Again, referring to FIG. 1, the operation of the power control apparatus according to the present invention will be described in detail. First, the process of switching from the operation mode to the standby mode will be described in detail with reference to the drawings. When the operation circuit is normally operating in the operation mode, the operation circuit is supplied with power from the main power supply 104. However, when the operating circuit does not perform any function, for example, when the cellular phone or the like does not have a user input and the standby mode is maintained for a predetermined time or more, power does not need to be supplied to the operating circuit. In this case, the power consumption can be reduced as a whole by stopping the main power supply. However, even when the main power supply is interrupted, a part of the circuit must be operated to determine when to restart the main power supply or to receive a control signal from the outside. In the present invention, the sub-threshold power supply is used to supply power to a portion that operates when the main power supply is interrupted. As such, the interruption or minimization of the main power supply and the sub-threshold power supply are referred to as standby mode.

우선, 대기모드 제어부(101)는, 동작회로로부터 대기모드 진입을 위한 제어신호를 전송받거나, 외부로부터 대기모드 진입을 위한 제어신호를 전송받은 경우, 주전원(104)에 제어신호를 전송하여 동작회로에 전력공급을 차단한다. 이때, 서브-스레시홀드 전원(103)에 제어신호를 전송하여 대기시간 측정기(102)로의 전력공급을 개시한다. 대기시간 측정기(102)는 전력공급이 개시되면 대기모드가 시작된 시점으로부터 경과된 시간을 측정한다. 이때, 경과된 시간을 측정하기 위해, 대기시간 측정기(102)는 자체적으로 클록신호 발생기를 포함하거나 외부로부터 클록신호를 수신할 수 있다.First, when the standby mode control unit 101 receives a control signal for entering the standby mode from the operation circuit or receives a control signal for entering the standby mode from the outside, the standby mode controller 101 transmits the control signal to the main power supply 104 to operate the circuit. Shut off the power supply. At this time, the control signal is transmitted to the sub-threshold power supply 103 to start the power supply to the latency measuring instrument 102. When the power supply is started, the standby time measurer 102 measures the time elapsed from the time when the standby mode is started. At this time, in order to measure the elapsed time, the latency measuring instrument 102 may include a clock signal generator by itself or receive a clock signal from an external source.

다음으로, 대기모드에서 동작모드로 전환되는 과정을 설명한다. 대기모드 제어부(101)가 동작모드로 진입하라는 제어신호를 수신한 경우, 또는 대기시간 측정기(102)로부터 대기모드 진입후 경과한 시간을 수신하여 일정 시간이 경과했음을 판단한 경우, 대기모드 제어부(102)는 주전원(104)으로 제어신호를 전송하여 동작회로에 전력공급을 개시한다. 동작모드가 진행중인 경우에는 대기시간 측정기(102)는 동작할 필요가 없으므로 서브-스레시홀드 전원(103)에 제어신호를 전송하여 대기시간 측정기(102)로의 전력 공급을 중단시킨다. 동작모드가 진행중인 경우에도 대기모드 진입을 지시하는 제어신호를 수신하기 위해 대기모드 제어부(101)는 서브 -스레시홀드 전원(103)으로부터 전력을 계속해서 공급받는다.Next, a process of switching from the standby mode to the operation mode will be described. When the standby mode control unit 101 receives a control signal to enter the operation mode, or when receiving a time elapsed after entering the standby mode from the standby time measuring device 102 determines that a predetermined time has elapsed, the standby mode control unit 102 ) Transmits a control signal to the main power supply 104 to initiate power supply to the operation circuit. When the operation mode is in progress, since the standby time measurer 102 does not need to operate, the control signal is transmitted to the sub-threshold power supply 103 to stop the power supply to the standby time measurer 102. Even when the operation mode is in progress, the standby mode controller 101 continuously receives power from the sub-threshold power source 103 to receive a control signal instructing to enter the standby mode.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 제어 장치는, 대기모드 제어부(101), 대기시간 측정기(102)를 서브-스레시홀드 전원(103)을 이용하여 구동시킴으로써 전력 제어 장치(100)의 전력소모를 감소시킬 수 있다. As described above, the power control apparatus according to the present invention drives the standby mode controller 101 and the standby time measurer 102 by using the sub-threshold power supply 103 to power the power control apparatus 100. Can reduce consumption.

다음으로, 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 대기모드 제어방법을 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 대기모드 제어방법을 나타낸 흐름도이다. 설명의 편의상, 장치가 처음에 동작모드로 동작하고 있다고 가정하고 설명한다. Next, the standby mode control method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 3. 3 is a flowchart illustrating a standby mode control method according to an embodiment of the present invention. For convenience of explanation, it is assumed that the device is initially operating in the operation mode.

우선, 수신모드 요청신호를 수신한다(S301). 대기모드로 진입하라는 제어신호를 수신한 경우, 동작회로에 대한 전력공급을 중단시켜 대기모드로 진입하고, 대기모드가 지속된 시간을 측정한다(S302). 대기모드로 진입한 후 미리 설정된 일정 시간이 경과하거나, 외부로부터 동작모드로 진입하라는 제어신호가 수신되었는지 여부를 판단하고(S303), 그 결과에 따라 대기모드를 중단하고 동작회로에 대한 전력공급을 재개하여 동작모드로 진입한다(S304).First, a reception mode request signal is received (S301). When the control signal for entering the standby mode is received, the power supply to the operation circuit is stopped to enter the standby mode, and the standby time is measured (S302). After a predetermined time elapses after entering the standby mode, it is determined whether a control signal for entering the operation mode is received from outside (S303), and according to the result, the standby mode is stopped and power supply to the operation circuit is performed. Resuming and entering the operation mode (S304).

이상, 본 발명에 따른 전력 제어 장치 및 제어 방법을 설명하였다. 이상, 설명의 편의를 위하여 본 발명을 바람직한 실시예의 형태로 설명하였지만 이러한 실시예는 예시적인 것에 불과하고, 당업자는 본 발명의 상세한 설명에 의해 본 발명의 다양한 수정, 추가, 변형 및 등가 발명을 실현할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 발명의 사상 및 범위 내에 속하는 그러한 수정, 추가, 변형, 및 등가 발명을 포함하는 것으로 의도된다.The power control device and control method according to the present invention have been described above. While the present invention has been described in the form of preferred embodiments for the convenience of description, these embodiments are merely exemplary, and those skilled in the art can realize various modifications, additions, modifications, and equivalent inventions by the detailed description of the present invention. Could be. Accordingly, the present invention is intended to embrace such modifications, additions, variations, and equivalent inventions that fall within the spirit and scope of the invention.

도 1은 본 발명에 따른 전력 제어 장치를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a power control apparatus according to the present invention.

도 2는 CMOS 인버터의 입력전압과 출력전압의 관계를 나타낸 그래프이다.2 is a graph illustrating a relationship between an input voltage and an output voltage of a CMOS inverter.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 대기모드 제어방법을 나타낸 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a standby mode control method according to an embodiment of the present invention.

Claims (9)

주 전원으로부터 전력을 공급받는 전자회로에 대한 상기 주 전원의 전력 공급 및 차단을 제어하는, CMOS 공정으로 제조되는 전력 제어 장치로서,A power control device manufactured by a CMOS process for controlling power supply and interruption of the main power supply to an electronic circuit powered from a main power supply, 상기 전자회로에 대한 상기 주 전원의 전력 공급이 차단된 상태인 대기모드의 지속시간을 측정하는 대기시간 측정기;A standby time measurer measuring a duration of a standby mode in which power supply of the main power to the electronic circuit is cut off; 상기 대기모드를 개시하거나 종료시키는 대기모드 제어부; 및A standby mode controller configured to start or end the standby mode; And 상기 대기모드 제어부 및 상기 대기시간 측정기에 전력을 공급하는 서브-스레시홀드(subthreshold) 전원을 포함하며,A sub-threshold power supplying power to the standby mode controller and the standby time meter; 상기 대기시간 측정기 및 상기 대기모드 제어부는 CMOS 공정으로 형성되는 복수의 트랜지스터 포함하고,The latency measuring instrument and the standby mode controller includes a plurality of transistors formed by a CMOS process, 상기 서브-스레시홀드 전원은 상기 트랜지스터를 턴-온(turn-on)시키는 전압보다 낮고 0.2V보다 높은 전압을 공급하는, 전력 제어 장치.And the sub-threshold power supply supplies a voltage lower than a voltage that turns on the transistor and higher than 0.2V. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 대기모드 제어부는 대기모드의 개시 또는 종료를 지시하는 제어신호를 수신하고, 상기 제어신호에 따라 대기모드를 개시하거나 종료시키는, 전력 제어 장치.And the standby mode control unit receives a control signal instructing to start or end a standby mode and starts or terminates a standby mode according to the control signal. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 대기모드 제어부는 상기 대기모드 지속시간에 기초하여 대기모드를 종료시키는, 전력 제어 장치.And the standby mode controller terminates the standby mode based on the standby mode duration. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 대기시간 측정기는 서브-스레시홀드 전압 레벨의 구동전압에 의해 구동되는, 전력 제어 장치.And the latency meter is driven by a drive voltage of a sub-threshold voltage level. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 대기모드 제어부는 서브-스레시홀드 전압 레벨의 구동전압에 의해 구동되는, 전력 제어 장치.And the standby mode controller is driven by a drive voltage of a sub-threshold voltage level. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 서브-스레시홀드 전원에 의해 공급되는 전력은 서브-스레시홀드 전압 레벨의 구동전압에 의해 공급되는, 전력 제어 장치.Power supplied by the sub-threshold power supply is supplied by a drive voltage of a sub-threshold voltage level. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전자회로에 전력을 공급하는 주 전원을 더 포함하고,Further comprising a main power supply for supplying power to the electronic circuit, 상기 대기모드 제어부는 상기 주전원의 전력 공급을 제어하여 대기모드를 개시하거나 종료시키는, 전력 제어 장치.The standby mode controller controls the power supply of the main power to start or terminate the standby mode. 주 전원으로부터 전력을 공급받는 전자회로에 대한 상기 주 전원의 전력 공급 및 차단을 제어하는 CMOS 공정으로 제조되는 전력 제어 장치를 이용한, 전력 제어 방법으로서,A power control method using a power control device manufactured by a CMOS process for controlling power supply and interruption of the main power supply to an electronic circuit powered from a main power supply, 상기 전자회로에 상기 주 전원의 전력 공급이 차단된 상태인 대기모드로 진입할 것을 지시하는 대기모드 요청신호를 수신하는 단계;Receiving a standby mode request signal instructing the electronic circuit to enter a standby mode in which power supply of the main power is cut off; 상기 대기모드 요청신호를 수신하면 상기 전자회로에 대한 상기 주전원의 전력공급을 중단하는 단계; 및Stopping power supply of the main power to the electronic circuit when the standby mode request signal is received; And 상기 대기모드가 지속된 시간인 대기모드 지속시간을 측정하는 단계를 포함하며,Measuring a standby mode duration that is a time duration of the standby mode; 상기 대기모드 지속시간 측정 단계에 있어서, 상기 CMOS 공정으로 제조되는 전력 제어 장치를 이루는 트랜지스터를 턴-온시키는 전압보다 낮은 전압을 제공하는 서브-스레시홀드 전원을 이용하여 상기 대기모드 지속시간을 측정하는, 전력 제어 방법.In the standby time duration measuring step, the standby time duration is measured using a sub-threshold power supply that provides a voltage lower than a voltage for turning on a transistor of the power control device manufactured by the CMOS process. Power control method. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 대기모드 종료신호가 수신되면 상기 전자회로에 대한 전력공급을 개시하는 단계;Initiating power supply to the electronic circuit when a standby mode end signal is received; 상기 측정된 대기모드 지속시간이 기설정된 기준시간에 이른 경우 상기 동작회로에 대한 전력공급을 개시하는 단계; 및Starting power supply to the operation circuit when the measured standby mode duration reaches a preset reference time; And 상기 대기모드 지속시간 측정을 종료하는 단계를 더 포함하는, 전력 제어 방법.Terminating the standby mode duration measurement.
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