KR101070564B1 - 패키지를 사용하는 실리콘 스위칭 전력 전달을 위한 시스템및 방법 - Google Patents

패키지를 사용하는 실리콘 스위칭 전력 전달을 위한 시스템및 방법 Download PDF

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춘레이 시
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Abstract

한 특정 실시예에 있어서, 집적 회로는 패키지, 및 상기 패키지에 전기적으로 및 물리적으로 연결되는 기판을 포함한다. 상기 패키지는 제 1 핀, 제 2 핀, 및 상기 제 1 핀과 상기 제 2 핀을 연결하는 금속부를 구비한다. 상기 기판은 제 1 핀 및 제 2 핀을 통해서 패키지에 연결된다. 상기 기판은 다수의 전력 도메인들 및 전력 제어 유닛을 구비한다. 상기 패키지의 제 2 핀은 다수의 전력 도메인들 중 특정 전력 도메인에 연결된다. 상기 전력 제어 유닛은 로직 및 스위치를 구비하고, 상기 스위치는 전압 공급 단자에 연결되는 제 1 단자, 로직에 연결되는 제어 단자, 및 패키지의 제 1 핀에 연결되는 제 2 단자를 구비한다. 상기 로직은 패키지의 금속부를 통해서 특정 전력 도메인에 전력을 분배하기 위해 스위치를 선택적으로 활성시킨다.

Description

패키지를 사용하는 실리콘 스위칭 전력 전달을 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD OF SILICON SWITCHED POWER DELIVERY USING A PACKAGE}
본 발명은 전반적으로 회로에서의 전력 분배를 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것으로, 더 상세하게는, 실리콘 기판의 지정된 영역들에 스위칭된 전력 또는 신호들을 분배하기 위해서 저-레지스턴스 패키지 금속들을 사용하는 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
기술의 진보로 인해서 더 작으면서 또한 더 강력한 개인 컴퓨팅 장치들이 생겼다. 예컨대, 휴대용 무선 전화기, PDA들(personal digital assistants), 및 페이징 장치들과 같은 무선 컴퓨팅 장치들을 포함하는 다양한 휴대용 개인 컴퓨팅 장치들은 작고 가벼워서 사용자들이 간편하게 휴대한다. 더 상세하게는, 셀룰러(아날로그 및 디지털) 전화기들 및 IP 전화기들과 같은 휴대용 무선 전화기들은 무선 네트워크들을 통해서 음성 및 데이터 패킷들을 통신할 수 있다. 게다가, 많은 이러한 무선 전화기들은 그 내부에 집적되는 다른 타입들의 장치들을 포함한다. 예컨대, 무선 전화기는 디지털 스틸 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 레코더, 및 오디오 파일 플레이어를 또한 포함할 수 있다. 또한, 이러한 무선 전화기들은 인터넷에 액세스하기 위해 사용될 수 있는 웹 인터페이스를 포함할 수 있다. 그로 인해서, 이러한 무선 전화기들은 상당한 컴퓨팅 능력들을 갖는다.
이러한 장치들 내에서, 회로는 더욱 작아지고 있고, 그 회로에 의한 전력 소비는 성능에 있어 점차 중요해지고 있다. 통상적인 집적 회로는 기판을 포함하는데, 상기 기판은 다수의 삽입된 회로 구조들뿐만 아니라 상기 기판에 전기적으로 연결되는 하나 이상의 집적된 회로 장치들을 포함할 수 있다. 매우 많은 수의 이러한 회로 장치들은 입/출력(I/O) 회로들이 상이한 위치들에 놓일 수 있지만 칩의 주변으로 제한되지는 않는 설계들을 사용하여 제작된다. 이러한 타입의 장치는 플립 칩으로 지칭될 수 있다. 그 플립 칩 기술은 집적된 회로 장치 또는 패키지로 하여금 기판 상의 전도성 패드들 또는 영역들에 상응하는 패키지 장착 패드들 각각에 있는 상승 금속 결합 범프들(raised metallic bonding bumps)을 사용하여, 패키지 표면을 아래로 인버팅하여 기판 상호접속 패턴에 결합함으로써 기판에 물리적으로 및 전기적으로 연결되게 한다. 그 결합 범프들 또는 볼들(balls)은 제어되는 리플로우 솔더 기술들(controlled reflow solder techniques) 또는 전도성 에폭시 기술들을 사용함으로써 기판 상의 전도성 영역들에 패키지의 전도성 패드들을 결합한다.
입/출력(I/O) 회로들에 대한 플립 칩들의 물리적인 설계의 일양상은 I/O 회로들을 적절한 온-칩 전력 분배 네트워크들에 접속시키는 배선의 크기제어 및 라우팅이다. 플립 칩 회로의 전력 라우팅은 플립 칩의 회로에 전력을 공급하기 위해서 플립 칩 회로의 각 I/O 핀의 전력 서비스 단자들을 기판의 전력 분배 네트워크에 연결하는 처리이다. 일반적으로, 전력 서비스 단자들은 전력 루트들로 지칭될 수 있는 금속 배선들 또는 트레이스들(traces)에 의해서 전력 분배 네트워크에 연결된다. 전력 루트들의 폭들을 제어함으로써, 전력 루트들의 전류 밀도들 및 유효 레지스턴스는 설계의 전기적인 요건들을 충족시키도록 제어될 수 있다.
칩들이 더 소형화되고 있기 때문에, 실리콘 기판 내에 있는 금속 층들의 레지스턴스가 증가하는 동시에 전력 밀도들도 또한 증가한다. 증가된 전력 밀도들을 해결하기 위해서, 분산 네트워크에서의 저항 손실들을 더욱 낮출 목적으로 추가적인 두꺼운 금속 층들이 전력 재분비를 위해 추가될 수 있다. 그러나, 이러한 설계들은 라우팅 복잡성을 증가시키며, 기판 상에서 소자 배치를 위한 이용가능한 영역을 감소시킨다.
따라서, 전력 손실을 감소시키고 또한 계속적인 처리 스케일링을 가능하게 하는 향상된 전력 분배 시스템 및 방법을 제공하는 것이 유리할 것이다.
한 특정 실시예에 있어서, 집적 회로들은 패키지, 및 상기 패키지에 전기적으로 및 물리적으로 연결되는 기판을 포함한다. 그 패키지는 제 1 핀, 제 2 핀, 및 상기 제 1 핀을 상기 제 2 핀에 연결하는 금속부(metallization)를 포함한다. 기판은 제 1 핀 및 제 2 핀을 통해서 패키지에 연결된다. 기판은 다수의 전력 도메인들 및 전력 제어 유닛을 포함한다. 패키지의 제 2 핀은 다수의 전력 도메인들 중 특정 전력 도메인에 연결된다. 전력 제어 유닛은 로직 및 스위치를 포함하고, 여기서 스위치는 전압 공급 단자에 연결되는 제 1 단자, 로직에 연결되는 제어 단자, 및 패키지의 제 1 핀에 연결되는 제 2 단자를 포함한다. 로직은 패키지의 금속부를 통해서 특정 전력 도메인에 전력을 분배하도록 스위치를 선택적으로 활성시킨다.
일실시예에서, 특정 전력 도메인은 기판에 삽입되는 처리 유닛을 포함한다. 다른 실시예에서, 스위치는 처리 유닛의 최대 수요를 충족시키도록 크기가 정해진다. 또 다른 실시예에서, 처리 유닛의 최대 수요는 그 처리 유닛의 영역에 의해 곱해지는 최대 전력 밀도보다는 작다.
또 다른 실시예에서, 스위치는 다수의 독립적인 트랜지스터들을 포함하고, 로직이 스테이지들에서 그 다수의 독립적인 트랜지스터들을 활성시키며, 그 스테이지들 각각은 다수의 독립적인 트랜지스터들 중 적어도 하나를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 전력 제어 유닛은 특정 전력 도메인과 연관된 커패시턴스를 충전시키기 위해 전류 램프(current ramp)를 생성하도록 적응된다. 또 다른 실시예에서, 로직은 특정 전력 도메인을 리셋시키기 위해서 리셋 신호 상의 전력을 생성하도록 적응된다. 다른 특정 실시예에서, 특정 전력 도메인은 그 특정 전력 도메인으로부터 공지된 로직 상태로 출력들을 클램핑(clamp)하기 위해서 클램프 회로를 더 포함하고, 여기서 로직은 클램프 회로를 활성시키기 위해서 출력 클램프 신호를 생성한다.
다른 실시예에서, 전력 공급 전압 단자는 제 2 패키지의 출력 단자를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 기판은 전기적인 트레이스를 더 포함하고, 상기 전기적인 트레이스는 제 2 단자에 연결되고 또한 특정 전력 도메인의 전기 소자에 연결되는데, 그로 인해서 패키지의 금속부과 병렬인 전기적인 트레이스를 통해서 전기 소자에 전력이 분배된다. 다른 특정 실시예에서, 스위치는 다수의 특정 전력 도메인들의 로드들 각각 중에서 최대 로드들의 합보다 더 작은 최대 유닛 로드를 공급하도록 구성된다.
다른 실시예에서, 방법은 기판에 삽입되는 스위치의 제어 단자에서 스위치 활성 신호를 수신하는 단계를 포함한다. 기판은 다수의 도메인들을 포함하고, 스위치는 다수의 도메인들 중 제 1 도메인에 위치된다. 상기 방법은 또한 스위치 활성 신호에 응하여 스위치를 통해 기판에 연결된 패키지의 제 1 핀으로 신호를 스위칭하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 패키지의 제 2 핀으로부터 다수의 도메인들 중 제 2 도메인에서 신호를 수신하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 상기 스위치 활성 신호를 수신하는 단계는 스위치의 제어 단자에서 전력 제어 로직으로부터 제어 신호를 수신하는 단계를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 제 1 핀 및 제 2 핀은 범프들을 포함하고, 패키지는 그 범프들에 의해서 기판에 물리적으로 및 전기적으로 연결되는 플립-칩 패키지를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 상기 신호를 스위칭하는 단계는 패키지의 금속부를 통해 신호를 라우팅하기 위해서 패키지의 제 1 핀에 스위치의 단자를 선택적으로 연결하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 신호는 전력 공급 전압이다. 또 다른 실시예에서, 제 2 도메인은 프로세서를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 스위치는 다수의 트랜지스터들을 포함하고, 상기 신호를 스위칭하는 단계는 패키지의 제 1 핀에 인가되는 램프 공급 전압(ramp supply voltage)을 생성하기 위해 클록 사이클들에 걸쳐 스테이지들에서 다수의 트랜지스터들을 활성시키는 단계를 포함하고, 여기서 각각의 스테이지는 다수의 트랜지스터들 중 적어도 하나의 트랜지스터를 포함한다.
다른 실시예에서, 실리콘 스위칭 전력 전달 시스템은 기판의 전력 제어 유닛에서 전압 공급 단자로부터 전력 공급을 수신하기 위한 수단, 제어 신호를 수신하기 위한 수단, 및 전압 공급 단자로부터의 전력을 기판의 국부적인 전력 도메인에 분배하기 위해서 전력 공급을 전압 공급 단자로부터 플립-칩 패키지의 제 1 전력 핀으로 스위칭하기 위한 수단을 포함한다. 플립-칩 패키지는 제 1 전력 핀, 및 국부적인 전력 도메인에 연결된 제 2 전력 핀을 포함한다.
하나의 특정 실시예에서, 전압 공급 단자는 패키지 내에서 제 1 금속부에 연결되는 제 3 핀이고, 여기서 상기 제 1 금속부는 전력 관리 집적 회로에 연결된다. 또 다른 실시예에서, 상기 제어 신호를 수신하기 위한 수단은 트랜지스터 장치의 제어 단자를 포함한다. 다른 실시예에서, 스위칭 전력 전달 시스템은 또한 램핑된 전력 공급을 제공할 목적으로 클록의 다수의 사이클들에 걸쳐 스위치를 활성시키기 위해서 클록 신호를 제어하기 위한 수단을 포함한다.
다른 특정 실시예에서, 휴대용 장치는 집적 회로 패키지를 포함한다. 상기 집적 회로 패키지는 전력 공급 전압 단자에 연결되는 제 1 전력 입력단, 제 1 전력 출력단, 상기 제 1 전력 입력단과 상기 제 1 전력 출력단을 전기적으로 연결하기 위한 제 1 금속부, 제 2 전력 입력단, 제 2 전력 출력단, 상기 제 2 전력 입력단과 상기 제 2 전력 출력단을 전기적으로 연결하기 위한 제 2 금속부를 포함한다. 상기 휴대용 장치는 또한 집적 회로 패키지에 전기적으로 및 물리적으로 연결되는 기판을 포함한다. 상기 기판은 다수의 전기적으로 절연된 전력 도메인들, 전력 제어 로직, 전력 공급 입력단 및 스위치를 포함한다. 전력 공급 입력단은 제 2 전력 출력단과 또한 상기 다수의 전기적으로 절연된 전력 도메인들 중 특정 전력 도메인에 연결된다. 상기 스위치는 집적 회로의 제 1 전력 출력단에 연결되는 제 1 단자, 제어 단자, 및 집적 회로 패키지의 제 2 전력 입력단에 연결되는 제 2 단자를 포함한다. 상기 스위치는 전력 제어 로직에 응하여, 집적 회로 패키지의 제 2 금속부를 통해서 특정 전력 도메인에 전력을 선택적으로 스위칭한다.
특정 실시예에서, 상기 휴대용 장치는 또한 전력 공급 전압을 제공하기 위해서 전력 공급 전압 단자에 연결되는 전력 모듈 집적 회로를 포함한다. 배터리가 전력 공급 전압을 제공할 수 있다. 다른 특정 실시예에서, 전력 공급 전압 단자는 제 2 집적 회로 패키지의 출력 핀을 포함한다. 또 다른 특정 실시예에서, 스위치는 다수의 트랜지스터들을 병렬로 포함하는데, 여기서 상기 다수의 트랜지스터들은 제 2 단자에 램핑된 공급 전압을 제공하기 위해 스테이지들에서 활성된다. 또 다른 특정 실시예에서, 상기 휴대용 장치는 무선 주파수 신호들을 전송 및 수신하기 위해서 무선 주파수 트랜시버를 포함한다.
다른 특정 실시예에서, 집적 회로 장치는 제어기 및 전기 소자를 구비한다. 제어기는 오프-기판 패키지의 금속부 부분을 통해 통신하기 위해서 제 1 입력 단자 및 외부 단자 출력을 포함한다. 상기 전기 소자는 공통 기판에 대해 제어기로부터 절연되는 서브도메인 내에 존재한다. 상기 전기 소자는 상기 오프-기판 패키지의 금속부 부분을 통해 외부 단자 출력에 응한다.
하나의 특정 실시예에서, 제어기는 제 1 입력 단자를 외부 단자 출력에 선택적으로 연결하기 위해서 상기 제 1 입력 단자 및 상기 외부 단자 출력에 연결되는 스위치를 포함한다. 다른 실시예에서, 제어기는 또한 스위치를 선택적으로 활성시키기 위해서 로직을 포함한다. 다른 실시예에서, 제어기는 오프-기판 패키지의 금속부 부분을 통해 신호를 전기 소자에 통신하도록 적응된다. 또 다른 실시예에서, 제어기는 전기 소자를 활성시키기 위해서 오프-기판 패키지의 금속부 부분을 통해 전력 공급 전압을 통신하도록 적응된다. 또 다른 실시예에서, 상기 오프-기판 패키지는 범프들을 통해 공통 기판에 물리적으로 및 전기적으로 연결되는 집적 회로를 포함한다.
전력 스위칭 전달 시스템들 및 방법들에 의해서 제공되는 하나의 특별 장점은 로드 회로가 동일한 기판 영역에서 스위칭되는 공급 전력을 생성할 필요가 없이 글로벌 실리콘 전력 분배 네트워크를 활용할 수 있다는 점이다. 이는, 실리콘 오버헤드의 대략 3% 내지 8%가 로드 회로로부터 제거됨으로써 상기 로드 회로의 총체적인 전력 수요를 감소시킨다는 점에서 장점을 제공한다. 게다가, 로드 회로의 설계 내에서 기판의 금속 자원들을 스위칭되는 공급 전력의 생성에 전용화할 필요가 없다.
전력 제어를 중앙집권화함으로써 그리고 로드 회로로부터 스위치들을 제거함으로써, 입력 전력을 그 소자에 더 이상은 라우팅할 필요가 없고 또한 분배 스위칭 회로를 통해서 그리고 그 분배 스위칭 회로를 돌아서 더 이상은 다수의 전력 그리드들을 라우팅할 필요가 없기 때문에 기판 상에서의 소자 배치가 간단해진다는 다른 장점이 제공된다.
또 다른 특별한 장점은, 스위치가 처리 유닛 최대 수요를 충족시키도록 크기가 정해질 수 있다는 점이고, 여기서 처리 유닛의 최대 수요는 그 처리 유닛의 기판 영역에 의해 곱해지는 최대 전력 밀도보다 더 작다는 점이다.
추가적인 장점은 로드 회로 설계들을 전력 스위칭으로부터 연결해제한다는 것을 포함하는데, 이는 스위치로 하여금 더 낮은 전류 누설을 갖고 또한 더 높은 전압 레벨들에서 동작하는 더 두꺼운 옥사이드 장치들로 구성될 수 있게 한다.
다른 특별한 장점은 로드 회로가 대기 전력을 감소시키기 위해서 설계에 전력 스위치를 계획할 필요가 없이 성능을 위해 설계될 수 있다는 점이다.
또 다른 장점은 총체적인 로드 회로의 최대 수요가 로드 회로의 영역에 의해서 곱해지는 최대 전력 밀도보다 낮다는 점이다. 따라서, 비록 분배 스위치는 최대 전력 밀도를 충족시키도록 설계될 수 있는 동안에, 집중식 전력 스위치는 전반적인 로드 회로의 최대 수요를 충족시킬 수 있다. 상기 전반적인 로드 회로의 최대 수요는 그 로드 회로의 영역에 의해서 곱해지는 최대 전력 밀도의 역 1/2 내지 1/3일 수 있다. 따라서, 스위치의 크기는 그와 동일한 정도의 크기만큼 감소될 수 있고, 반면에 분배 스위치들의 전압 손실을 유지할 수 있다.
또 다른 장점은, 스위치의 물리적인 크기가 분배 스위치의 크기의 일부분까지로 감소될 수 있기 때문에 전력 스위치를 사이클링시키기 위해 활용되는 전류가 감소되고 또한 더 잘 관리될 수 있다는 점이다. 게다가, 스위치가 스테이지들에서 활성될 수 있음으로써, 전류 레벨을 제어하고 또한 스위치의 출력단에서 출력되는 공급 전류의 원하는 일부분을 획득하는 것이 더 쉽게 된다.
본 발명의 다른 양상들, 장점들, 및 특징들이 아래의 섹션들, 도면의 간단한 설명, 실시예, 및 청구범위를 포함하는 전체적인 명세서를 검토함으로써 자명해질 것이다.
본 명세서에 설명된 실시예들의 양상들 및 그에 따른 장점들이 첨부 도면들과 연계하여 아래의 실시예에서 참조될 때 더 쉽게 자명해질 것이다.
도 1은 스위칭 전력 전달 시스템을 갖는 기판과 패키지를 포함하는 집적 회로 장치의 특정 실시예를 나타내는 블록도.
도 2는 전력 관리 집적 회로를 갖는 패키지 및 스위칭 전력 전달 시스템을 갖는 기판을 포함하는 집적 회로 장치의 특정 실시예를 나타내는 블록도.
도 3은 기판 및 플립-칩 패키지를 포함하는 집적 회로의 단면도.
도 4는 다수의 전기적으로 절연된 전력 도메인들을 포함하는 기판의 특정 실시예를 나타내는 블록도.
도 5는 전력 관리 시스템의 특정 실시예를 나타내는 블록도.
도 6은 도 5의 전력 관리 시스템의 몇 가지 신호들을 나타내는 타이밍도.
도 7은 도 1 내지 도 5의 시스템 및 방법이 사용될 수 있는 메모리 및 프로세서를 포함하는 예시적인 셀룰러 전화기의 일반도.
도 8은 도 1 내지 도 5의 시스템 및 방법이 사용될 수 있는 메모리 및 프로세서를 포함하는 예시적인 무선 인터넷 프로토콜 전화기의 일반도.
도 9는 도 1 내지 도 5의 시스템 및 방법이 사용될 수 있는 메모리 및 프로 세서를 포함하는 예시적인 휴대용 디지털 어시스턴트의 일반도.
도 10은 도 1 내지 도 5의 시스템 및 방법이 사용될 수 있는 메모리 및 프로세서를 포함하는 예시적인 오디오 파일 플레이어의 일반도.
특정 실시예에서, 기판의 제 1 도메인 내에 있는 제어 유닛은 전력, 신호들, 또는 이들의 결합을 제 1 도메인으로부터 전기적으로 절연된 기판의 제 2 도메인에 선택적으로 라우팅하기 위해서 오프-기판 패키지의 금속부 부분을 활용할 수 있다. 제 2 도메인은 예컨대 프로세서, 메모리, 다른 집적 회로 자원들 등과 같은 전기 소자를 포함할 수 있다. 집적 회로에서, 전압 효율들은 종종 전체적인 성능에 상당한 영향을 준다. 오프-기판 패키지를 통해서 전력 및 신호들을 라우팅함으로써, 제어 유닛은 패키지의 금속부를 이용하여 전압 손실을 줄일 수 있는데, 그것은 통상적으로 기판 내에 금속 트레이스들보다 더 낮은 전기 레지스턴스를 갖는다. 제어 유닛은 기판의 소자들을 활성 또는 활성해제시키기 위해서 전력을 선택된 소자에 라우팅할 수 있거나 혹은 그 선택된 소자로의 전력을 차단할 수 있다. 일부 경우들에 있어서, 소자들의 활성 및 활성해제가 비활성 기간들 동안에 전력을 보존하기 위해서 사용될 수 있다.
도 1은 스위칭 전력 전달 시스템을 갖는 기판(104)과 패키지(102)를 포함하는 집적 회로 장치(100)의 특정 실시예를 나타내는 블록도이다. 회로 장치(100)는 평면도로 도시되어 있고, 여기서 패키지(102)는 기판(104)의 위에 있고, 패키지(102)의 일부인 장치들 및 트레이스들은 팬텀으로 도시되어 있으며, 기판(104)의 장치들 및 트레이스들은 실선들로 도시되어 있다.
기판(104)은 서브도메인들(106 및 108)을 포함하는데, 이들은 서로 전기적으로 절연된 기판(104)의 영역들일 수 있다. 서브도메인(106)은 전력 제어 유닛(PCU)(110)을 포함하는데, 그 전력 제어 유닛(PCU)(110)은 로직(112) 및 스위치(114)를 포함한다. 서브도메인(108)은 프로세서, 메모리, 다른 회로 소자, 또는 이들의 임의의 결합과 같은 전기 소자(116)를 포함한다. 기판(104)은 또한 전력 관리 집적 회로(PMIC)(118)를 포함하는데, 상기 전력 관리 집적 회로(PMIC)(118)는 예컨대 커패시터, 저항, 인덕터, 또는 이들의 임의의 결합과 같은 다른 PMIC 소자들(120)에 전기적으로 연결될 수 있다.
일반적으로, 패키지(102)는 플립 칩 기술을 통해 기판(104)에 연결될 수 있다. 패키지(102)의 핀(122)은 전력 공급 전압을 수신하기 위해서 전력 공급 전압 단자에 연결된다. 패키지 핀(122)은 패키지(102) 상에서 트레이스(124)를 통해 범프(126)에 연결된다. 범프(126)는 기판(104) 상에서 또는 기판(104) 내에서 트레이스(128)를 통해 PMIC(118)에 연결된다. PMIC(118)는 전력 공급 전압을 집적 회로(100)에 제공하기 위해서 다른 PMIC 소자들(120)과 같은 오프-칩 소자들을 사용하도록 적응될 수 있다. 이러한 경우에, PMIC(118)는 범프(132)에 연결하는 출력 트레이스(130)를 포함한다. 범프(132)는 패키지 트레이스(134)를 통해서 패키지(102)의 출력 핀(136)에 연결된다. 출력 핀(136)은 다른 PMIC 소자들(120)에 연결된다. 패키지의 입력 핀(138)은 다른 PMIC 소자들(120)에 연결되고, 패키지 트레이스(140)를 통해서 기판(104)의 범프(142)에 연결된다. 범프(142)는 기판(104) 상에서 또는 기판(104) 내에서 트레이스(144)를 통해 PMIC(118)에 연결된다.
PMIC(118)는 기판 트레이스(145)를 통해서 범프(146)에 연결된다. 범프(146)는 패키지 트레이스(148)를 통해서 범프(150)에 연결된다. PCU(110)는 기판 트레이스(149)를 통해서 범프(150)에 연결된다. 스위치(114)는 기판 트레이스(151)에 의해서 범프(152)에 연결된다. 범프(152)는 패키지 트레이스(154)에 연결되는데, 상기 패키지 트레이스(154)는 범프(156)에 연결된다. 범프(156)는 기판 트레이스(157)를 통해서 서브도메인(108)의 소자(116)에 연결된다.
동작 시에, PMIC(118)는 전력 제어 유닛(PCU)(110)에 전력을 제공하는데, 상기 전력 제어 유닛(PCU)(110)은 기판 트레이스(151), 범프(152), 패키지 트레이스(154), 범프(156) 및 트레이스(157)를 통해서 소자(116)를 포함하는 서브도메인(108)에 전력을 선택적으로 제공하기 위해 PCU 로직(112) 및 스위치(114)를 사용한다. PCU(110)는 전력 공급 전압을 기판(104)의 실리콘 기판의 다른 영역들에 재분배하기 위해서 트레이스(154)와 같은 패키지 금속들의 훨씬 낮은 레지스턴스들을 이용하기 위해 활용될 수 있다. PCU(110)는 스위치(114)와 같은 다수의 스위치들을 포함할 수 있는데, 그 스위치들 각각은 패키지(102) 내에서 금속 트레이스들을 통해 기판(104)의 특정 서브도메인에 전력을 공급하기 위해서 로직(112)에 의해 개별적으로 활성될 수 있다. 즉, 기판(104)의 글로벌 전력 그리드를 통해 전력을 라우팅하는 대신에, 전력은 패키지(102)의 배선 트레이스와 같은 금속부 부분을 통해 스위치(114)에 의해서 서브도메인(108)과 같은 기판(104)의 전기적으로 절연된 서브도메인에 라우팅될 수 있다. 이러한 기술은 또한 신호들로도 확장될 수 있다는 것을 또한 알아야 하며, 여기서 신호들은 기판(104)의 더 높은 레지스턴스 금속 트레이스들을 통해 라우팅되는 대신에 패키지(102)의 훨씬 낮은 레지스턴스 금속부를 통해 라우팅될 수 있다.
PCU(110)는 기판(104)의 바닥 면에 전력을 분배하기 위해서 패키지(102)의 저-레지스턴스 라우팅을 사용하기 때문에, PCU(110)의 설계는 패키지(102) 및 기판(104) 양쪽 모두에 견고하게 연결된다. 일실시예에서, PCU(110)는 서브도메인(106)과 같은 제 1 전력 도메인의 하나 이상의 플립 칩 범프들에 접속하고, 또한 서브도메인(108)과 같은 제 2 전력 도메인의 하나 이상의 범프들에 연결된다. 전력 손실을 낮게 유지하기 위해서, PCU(110)는 제 2 전력 도메인에 인접하여 배치될 수 있다.
도 2는 전력 관리 집적 회로(218)를 갖는 패키지(202) 및 스위칭 전력 전달 시스템을 갖는 기판(204)을 포함하는 집적 회로 장치(200)의 특정 실시예를 나타내는 블록도이다. 특정 실시예에서, 패키지(202)는 기판(204)을 인캡슐화할 수 있다. 상기 블록도는 패키지(202)를 통해 투시한 평면도로 도시되어 있고, 패키지(202)의 소자들 및 트레이스들은 팬텀으로 도시되어 있다.
패키지(202)는 전력 관리 집적 회로(218)를 포함한다. 기판(204)은 로직(212) 및 스위치(214)를 갖는 전력 제어 유닛(PCU)(210)을 포함한다. 기판(204)은 또한 (PCU(210)를 포함하는)서브도메인(206), 서브도메인(207), 및 서브도메인(208)과 같은 다수의 서브도메인들 또는 분리된 영역들을 포함한다. 기판은 특정 서브도메인 내에 처리 유닛(216)을 포함한다. 기판(204)은 또한 전력 그리 드(264)와 같은 하나 이상의 전력 그리드들을 포함할 수 있다.
PMIC(218)는 패키지 핀(222)으로부터 패키지 트레이스(224)를 통해 전력 공급 전압을 수신한다. PMIC(218)는 전력 공급 전압을 평활 또는 정류 등을 하기 위해서 다른 PMIC 소자들(220)을 활용할 수 있는데, 상기 다른 PMIC 소자들(220)은 다른 집적 회로 소자들로의 분배를 위해 더 낮은 레벨로 전력 공급 전압을 감소시키기 위해서 오프-칩 또는 오프-패키지일 수 있다. PMIC(218)는 패키지 트레이스(234), 패키지 핀(236), 패키지 핀(238) 및 패키지 트레이스(240)를 통해 다른 PMIC 소자들에 연결될 수 있다. PMIC(218)는 패키지 트레이스(260) 및 범프(262)에 의해서 전력 그리드(264)에 또한 연결될 수 있다. PMIC(218)는 패키지 트레이스(248) 및 범프(250)를 통해서 PCU(210)에 연결되는데, 상기 범프(250)는 PCU(210)의 국부적인 전력 공급 단자 또는 기판 트레이스(미도시)에 연결될 수 있다. 스위치(214)는 범프(252)에 연결되는 출력단(251)을 포함하고, 상기 범프(252)는 패키지(202)의 트레이스(또는 금속부 부분)(254)에 연결된다. 트레이스(254)는 처리 유닛(216)과 연관된 서브도메인 내의 범프(256)에 연결된다.
동작 시에, 로직(212)은 출력단(251), 범프(252), 패키지 트레이스(254), 및 범프(256)를 통해서 전력 공급 전압을 처리 유닛(216)에 전달하기 위해서 스위치(214)를 선택적으로 활성시킨다. 따라서, PCU(210)는 로직(212) 및 스위치(214)를 통해서 전력을 프로세서(216)에 선택적으로 라우팅하는데, 상기 프로세서(216)는 디지털 신호 프로세서, RISC(advanced reduced instruction set computing) 머신(ARM) 프로세서, 범용 프로세서, 아날로그 신호 프로세서, 또는 이들의 임의의 결합일 수 있다. 대안적으로, 특정 서브도메인은 메모리, 다른 스위치, 제어기 등과 같은 일부 다른 전기 소자를 포함할 수 있다.
통상적으로 기판의 트레이스들에서 배선 레지스턴스는 높다는 것을 알아야 한다. 이러한 높은 레지스턴스는 스위치(214)의 원하는 온-임피던스(on-impedance)를 획득하기 위해서 사용될 수 있다. 손실 및 열 소산을 막기 위해서, PCU(210)는 스위치(214)에 전류를 전달하고 또한 이어서 그 스위치(214)가 로직(212)에 의해 활성될 때 전류를 패키지(202)에 전달할 목적으로 기판(204)의 많은 부분의 금속 자원들을 활용한다. PCU(210)는 소수의 배선 루트들을 갖는 기판(204)의 영역에 배치될 필요가 있을 수 있는데, 그 이유는 PCU(210)가 기판(204)의 상단 층 금속까지 최대 100%의 금속부를 소비할 수 있고 또한 그 상단 층 금속의 대부분을 소비할 수 있기 때문이다. 일부 실시예들에 있어서, PCU(210)는 예컨대 PMIC(218)에 연결할 범프들을 포함할 수 있다. 범프(250)와 같은 이러한 범프들은 정전기 방전(ESD) 이벤트들에 노출될 수 있다. 따라서, 일부 경우들에 있어서는, PCU(210)를 위한 추가적인 ESD 보호를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 대안적으로, 스위치(214)는 예컨대 패키지(202) 및 기판(204) 양쪽 모두를 통해 전력을 특정 전력 도메인에 전달하기 위해서 패키지(202)의 트레이스(254)와 병렬인 기판(204) 상의 배선 트레이스(미도시)를 통해 처리 유닛(216)에 연결될 수 있다.
도 3은 플립-칩 패키지(302) 및 기판(304)을 포함하는 회로(300)의 단면도인데, 여기서 패키지(302)는 기판(304)을 인캡슐화한다. 회로(300)는 또한 PMIC(318)을 포함한다. 패키지(302)는 금속부 부분들(306 및 307)을 포함한다. 기판(304)은 처리 유닛(308), 전력 제어 유닛(PCU) 로직(310), 스위치(312), 및 처리 유닛(314)을 포함한다. PMIC(318)는 핀(316) 및 상호접속부(317)를 통해서 패키지(302)에 연결된다. 핀(316)은 트레이스(320)에 의해서 금속부(306)에 연결된다. 패키지(302)는 대표적인 범프들(322, 324, 328, 336 및 340)을 통해 기판(304)에 물리적으로 및 전기적으로 연결된다. 범프(324)는 패키지(302)의 금속부(306)를 트레이스(326)를 통해서 처리 유닛(308)에 연결한다. 범프(328)는 패키지(302)의 금속부(306)를 트레이스(330)를 통해서 PCU 로직(310)에 연결한다. 범프(322)는 패키지(302)의 금속부(306)를 트레이스(334)를 통해서 스위치(312)에 연결한다. 스위치(312)는 범프(336) 및 상기 범프(336)에 연결된 트레이스(338)를 통해서 패키지(302)의 금속부(307)에 연결된다. 범프(340)는 패키지(302)의 금속부(307)를 트레이스들(342)을 통해서 처리 유닛(314)에 연결한다.
동작 시에, PMIC(318)는 핀(316)을 통해서 전력을 패키지에 전달하고, 상기 핀(316)은 트레이스(320)를 통해서 전력을 금속부(306)에 제공한다. 처리 유닛(308)은 범프(324) 및 배선 트레이스(326)를 통해서 상기 금속부로부터 전력을 유도한다. 처리 유닛(308)은 또한 스위치(312)를 활성시키기 위해서 전력 인에이블 신호와 같은 제어 신호를 PCU 로직(310)에 제공할 수 있다. PCU 로직(310)은 스위치(312)를 통해서 범프(322) 및 트레이스(334)를 통한 금속부(306)로부터의 전력을 범프(336) 및 트레이스(338)를 통한 금속부(307)로 스위칭하기 위해 상기 스위치(312)를 선택적으로 활성시킬 수 있다. 이어서, 금속부(307)는 처리 유닛(314)을 포함하는 기판(304)의 서브도메인에 전력을 제공할 수 있다. 이러한 방 식으로, 전력은 특정 서브도메인, 특정 소자, 또는 이들의 결합에 전력을 제공하기 위해서 패키지(302)의 금속부(307) 및 금속부(306)를 통해 선택적으로 라우팅될 수 있다.
PMIC(318)는 패키지(302)에 전기적으로 및 물리적으로 연결되는 제 2 패키지일 수 있다는 것을 당업자는 알 것이다. 대안적으로, PMIC(318)는 기판(304)에 전기적으로 및 물리적으로 연결될 수 있으며, 기판(304)을 통해 패키지(302)의 핀에 연결될 수 있다.
도 4는 다수의 전기적으로 절연된 전력 도메인들을 포함하는 기판(400)의 특정 실시예를 나타내는 블록도이다. 기판(400)은 전력 제어 로직(402), 전력 도메인 VC1Z1(404), 분배 전력 도메인(406), 전력 도메인 VC1Z3(408), 분배 전력 도메인(410), 전력 도메인 VCC1(414), 분배 전력 도메인들(416 및 418), 전력 도메인 VC1Z2(420), 전력 도메인 VC2Z1(422), 및 전력 도메인 VCC2(424)를 포함한다. 또한, 기판은 전력 도메인 스위치 VC1Z1(426), 전력 도메인 스위치 VC2Z1(430), 전력 도메인 스위치 VC1Z2(434), 및 전력 도메인 스위치 VC1Z3(438)를 포함하고, 이들은 전력 제어 로직(402)에 연결된다. 화살표들(428, 432, 436 및 440)은 스위치들(226, 430, 434, 및 438)과 전력 제어 로직(402) 간의 로직적인 연결을 나타낸다.
일반적으로, 분배 전력 도메인들(406, 410, 416, 및 418)은 전력 오프 상태와 전력 온 상태 사이에서 스위칭하기 위해 분배 스위치들(미도시)을 포함할 수 있 고, 여기서 전력 공급 전압(VDD_C1) 또는 전력 공급 전압(VDD_C2)이 예컨대 특정 도메인에 제공된다. 대조적으로, 전력 도메인들(404, 408, 420 및 442)은 도 1 내지 도 3에 대해 설명된 스위치들과 같은 인접한 스위치(426, 438, 434, 또는 430)를 통해 전력 공급 전압을 수신한다. 전력 제어 로직(402)은 스위치들(426, 438, 434, 및 430)을 활성시키고 또한 활성해제시키도록 적응된다. 전력 도메인(414)은 어떠한 스위치도 갖지 않을 수 있고, 공급 전압 단자 VCC1로부터 전력을 유도할 수 있다.
동작시에, 전력 도메인 VCC1(414)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 전력 관리 집적 회로(PMIC)로부터 전력 공급 전압을 수신한다. 전력 도메인 VCC1(414)은 전력 공급 전압을 전력 도메인 스위치 VC1Z1(426), 전력 도메인 스위치 VC1Z2(434), 및 전력 도메인 스위치 VC1Z3(438)에 제공한다. 전력 제어 로직(402)은 PCU(402)로부터 로직 접속부들(428, 436 및/또는 440)을 통해 전송되는 제어 신호들에 따라 각각의 국부적인 전력 도메인으로 스위칭된 전력 공급 전압(VDD_C1Z1, VDD_C1Z2, VDD_C1Z3)을 전달하기 위해서, 전력 도메인 스위치 VC1Z1(426), 전력 도메인 스위치 VC1Z2(434), 전력 도메인 스위치 VC1Z3(438), 또는 이들의 임의의 결합을 선택적으로 활성시킬 수 있다. 마찬가지로, 전력 도메인 VCC2(424)은 PMIC로부터 전력 공급 전압을 수신하고, 스위칭된 전력 공급 전압(VDD_C2Z1)을 전력 도메인 스위치 VC2Z1(430) 에 제공한다. 전력 제어 로직(402)은 전력 도메인 VC2Z1(408)에 전력을 전달하기 위해서 로직적인 접속부(432)를 통해 전력 도메인 스위치 VC2Z1(438)를 선택적으로 활성시키거나 혹은 활성해제시킬 수 있다.
만약, 도시된 바와 같이, 전력 도메인 스위치들(426, 438, 434 및 430)이 기판(400) 내에서 전력 도메인에 인접한다면, 패키지 라우팅에 병렬로 기판을 통해서 전력을 라우팅하는 것이 바람직할 수 있다.
일반적으로, 전력을 분배하기 위해 패키지를 활용함으로써, 스위칭된 공급 전력을 생성하는 회로는 온-실리콘 금속 자원들을 자유롭게 사용한다. 프로세서와 같은 로드 회로는 동일한 기판 영역에서 스위칭된 공급 전력을 생성해야할 필요없이 글로벌 실리콘 전력 분배 네트워크를 활용할 수 있다. 이는 실리콘 오버헤드의 대략 3% 내지 8%가 로드 회로로부터 제거됨으로써 그 로드 회로의 총체적인 전력 수요를 감소시킨다는 장점을 제공한다. 게다가, 전력 제어를 중압집권화하고 또한 로드 회로로부터 스위치들을 제거함으로써, 소자들 중 적어도 일부에는 입력 전력을 더 이상은 라루팅할 필요가 없기 때문에, 칩 상의 소자 배치는 간단해진다. 또한, 분배 스위치 회로를 통해서 그리고 그것을 돌아서 다수의 전력 그리드들을 라우팅할 필요가 더 이상은 없다. 또한, 스위칭된 공급 전력을 생성하는데 기판의 금속 자원들을 전용으로 사용할 필요가 없다.
패키지를 통해 전력을 라우팅함으로써 제공되는 다른 장점은 회로 설계들의 연결해제를 포함한다. 스위치 회로는 로드 회로의 영역에 의해 곱해지는 최대 전하 밀도보다는 오히려 로그 회로가 필요로 하는 전류만을 제공할 필요가 있기 때문에, 스위치는 더 낮은 전류 누설을 갖고 또한 더 높은 전압 레벨에서 동작하는 더 두꺼운 옥사이드 장치들로 구성될 수 있다. 게다가, 로드 회로는 대기 전력을 감소시키기 위해서 전력 스위치를 설계에 계획할 필요없이 성능을 위해 설계될 수 있다.
또 다른 장점은 총 로드 회로의 최대 수요가 그 로드 회로의 기판 영역에 의해서 곱해지는 최대 전력 밀도보다 낮다는 점이다. 따라서, 분배 스위치가 단위 영역당 최대 전력 밀도를 충족시키도록 설계되어야 하는 동시에, 집중된 공급 스위치가 전체적인 로드 회로의 최대 수요를 충족시켜야 한다. 그 전체적인 로드 회로의 최대 수요는 로드의 영역에 의해서 곱해지는 최대 전력 밀도의 대략 1/2 내지 1/3일 수 있다. 그러므로, 스위치의 크기가 동일한 정도의 크기만큼 감소되는 반면에, 분배 스위치들의 전압 손실은 유지된다.
또 다른 장점은, 전력 스위치의 물리적인 크기가 분배 스위치의 크기의 일부까지 감소될 수 있기 때문에, 그 전력 스위치를 사이클링하기 위해 사용되는 전류가 감소될 수 있고 또한 더 잘 관리될 수 있다는 점이다. 하나의 특정 실시예에 있어서, 스위치는 분배 스위치들의 영역의 합의 대략 1/2 내지 1/4까지 크기가 감소되고, 반면에 분배 스위치의 상호접속/제어가 집중된 스위치의 영역보다 20 내지 40배만큼 더 큰 영역으로 라우팅된다.
도 5는 전력 관리 시스템(500)의 특정 실시예를 나타내는 블록도이다. 전력 관리 시스템(500)은 PCU 로직(504), PCU 스위치(506), 및 클록 분배기(508)를 포함 하는 전력 제어 유닛(PCU)(502)를 포함한다. 클록 분배기(508)는 도시된 바와 같이 N 클록들로 나누어질 수 있거나, 또는 클록 신호의 지연된 버전을 PCU 로직(504)에 제공하기 위해서 지연 선택 장치일 수 있다. 대안적으로, PCU(504)는 셀프-타이밍(self-timed)될 수 있는데, 이 경우에 클록 분배기(508)는 생략될 수 있다.
PCU(502)는 전력 공급 전압 단자(510), 클록 단자(512), 전력 인에이블 입력 단자(516), 테스트 단자(518), 및 스캔 체인 입력 단자(520)를 포함한다. 전력 공급 전압 단자(510)는 PCU 스위치(506)에 연결된다. 클록 단자(512)는 클록 분배기(508)에 연결되는데, 상기 클록 분배기(508)는 분배된 클록 신호(D_clock)를 PCU(504) 및 출력 단자(524)에 제공하기 위해서 출력단(514)을 포함한다. 전력 인에이블 단자(516), 테스트 단자(518) 및 스캔 체인 입력 단자(520)는 PCU 로직(504)에 연결된다. 테스트 입력 단자(518)는 PCU 로직(504)을 테스트 모드에 놓기 위해서 모드 설정 입력을 제공하고, 스캔 체인 입력 단자(520)는 회로 설계자로 하여금 로직(504)을 테스트하기 위해서 테스트 신호들을 제공할 수 있게 한다. 게다가, 테스트 단자(518) 및 스캔 체인 입력 단자(520)는 PCU 로직(504)을 구성하기 위해서 활용될 수 있다.
PCU 스위치(506)는 병렬로 배열된 하나 이상의 p-채널 트랜지스터들(1-M)(530 및 532)을 포함한다. p-채널 트랜지스터(530)는, 예컨대, 제 1 단자(536), 제어 단자(538), 및 제 2 단자(540)를 포함한다. 제 1 단자(536)는 전력 공급 단자(510)에 연결된다. 제어 단자(538)는 PCU 로직(504)의 전력 온 인에이블 단 자(522)에 연결된다. 제 2 단자(540)는 전력 공급 출력 단자(534)에 연결된다. p-채널 트랜지스터들(530 및 532)은 바이폴라 결합 트랜지스터들, 필드-효과 트랜지스터, 절연-게이트 필드-효과 트랜지스터들 등일 수 있다. PCU 로직(504)은 전력 공급 전압을 전력 공급 출력 단자(534)에 제공할 목적으로 하나 이상의 트랜지스터들(530 및 532) 각각을 선택적으로 활성시키기 위해서 전력 온 인에이블 출력단(522)을 포함하는데, 상기 전력 공급 전압은 예컨대 도 4의 전력 도메인 VC1Z1과 같은 전력 도메인을 위한 공급 전압 VDD_C1Z일 수 있다. 일반적으로, 로직(504)은 전력 공급 출력 단자(534)에서 램프 출력 전압(VDD_C1Z)을 생성하기 위해 스테이지들에서 PCU 스위치(506)의 트랜지스터들을 선택적으로 활성시킬 수 있다.
동작시에, PCU 로직(504)은 전력 인에이블 신호 단자(516)에서 전력 인에이블 신호를 수신한다. 전력 인에이블 신호는 도 1의 구성 레지스터(132)와 같은 구성 레지스터에 저장된 로직 "1" 또는 로직 하이 값일 수 있다. 대안적으로, 그 전력 인에이블 신호는 기판의 전력 도메인 내에 있는 소자로부터 직접적으로 수신될 수 있다. 다른 실시예에서, 그 전력 인에이블 신호는 기판에 연결된 패키지의 입력 핀으로부터 수신될 수 있다. 그 전력 인에이블 신호를 수신하는 것에 응하여, PCU 로직(504)은 스테이지들에서 트랜지스터들(530 내지 532)을 활성시키기 위해 또는 일부 특정 순서에 따라 순차적으로 출력 단자(534)에서 출력 공급 전압 VDD_C1Z을 생성하기 위해, 인에이블 출력 단자(522)에서 전력 온 신호를 생성한다.
일반적으로, PCU 스위치(506)는 독립적으로 활성될 수 있는 병렬로 배열된 다수의 p-채널 트랜지스터들(1-M)을 포함한다. 스테이지들에서 다수의 p-채널 트랜지스터들 각각을 활성시킴으로써(여기서, 각각의 스테이지는 적어도 하나의 p-채널 트랜지스터를 포함함), 출력 공급 전압은 원하는 레벨의 입도까지 램프 신호와 같이 점진적으로 증가될 수 있다. 각각의 p-채널 트랜지스터 및 각각의 상호접속부는 기생 커패시턴스를 발생시키기 때문에, 그 트랜지스터들은 VDD_C1Z 커패시턴스를 점진적으로 충전시킴으로써 전류 램프를 제한하기 위해 스테이지들에서 활성될 수 있다.
PCU 로직(504)은 연관된 전력 도메인의 프로세서에 의해서 처리과정을 시작하기 이전에 그 연관된 전력 도메인을 리셋하기 위해 전력 온 리셋 단자(538)에서 전력 온 리셋 신호를 단언할 수 있다. 게다가, PCU 로직(504)이 비활성되는 동안이나 혹은 전력 온 리셋 신호를 단언하는 동안에는, 그 PCU 로직(504)이 다른 전력 도메인들로의 플로팅 입력들(floating inputs)을 막을 목적으로 연관된 전력 도메인의 출력들이 공지된 로직 상태로 되도록 클램프 로직(미도시)을 활성시키기 위해서 출력 클램프 단자에서 출력 클램프 신호를 단언할 수 있다. 특정 실시예에서, 출력들이 공지된 로직 상태로 되도록 하는 클램프 로직은 출력 클램프 신호를 입력으로서 수신하는 전력 도메인에 의해 전력이 공급된다.
도 6은 도 5의 전력 관리 시스템의 몇몇 신호들을 나타내는 타이밍도(600)이다. 그 타이밍도(600)는 클록 신호, 전력 인에이블 신호, 전력 온 인에이블 신호, 클램프 로직 신호, 및 전력 온 리셋 신호를 포함한다. 이러한 특정 예에서, 초기에는, 전력 인에이블 신호가 로직 하이 레벨에 있고, 전력 온 인에이블 신호, 로직 클램프 신호, 및 전력 온 리셋 신호가 로직 로우 레벨에 있다.
이 예에서, 제 2 클록 사이클의 하강 에지에서는, 전력 인에이블 입력 단자(516)에서의 전력 인에이블 신호가 로직 하이 레벨에서 로직 로우 레벨로 바뀐다. 그에 응하여, PCU 로직(504)은 참조번호 602에 의해서 지시된 바와 같이 클램프 로직 출력 단자 상의 클램프 로직 신호를 로직 로우 레벨로부터 로직 하이 레벨로 동시에 바꾼다. 그 다음 클록 사이클의 하강 에지에서, PCU 로직(504)은 참조번호 604에서 전력 온 인에이블 신호를 로직 로우 레벨에서 로직 하이 레벨로 바꾸고, 그럼으로써 전력을 도 5에서의 출력 VDD_C1Z으로 턴 오프시킨다. 하나 이상의 클록 사이클들 이후에, 전력 인에이블 입력 단자(516)에서의 전력 인에이블 신호는 참조번호 605에 도시된 바와 같이 논리 로우 레벨로 다시 되돌아간다. 일반적으로, 참조번호 603에 지시된 클록 사이클은 특정 구현에 따라서 다수의 클록 사이클들을 포함할 수 있다. 그 다음 클록 사이클의 하강 에지에서, 전력 온 인에이블 단자(522)에서의 전력 온 인에이블 신호는 p-채널 트랜지스터들을 한번에 하나씩 또는 스테이지들에서 활성시키기 위해 작은 양만큼씩 감소된다. 이러한 감소는 참조번호 606에 의해서 지시되어 있는데, 그 이유는 도 5의 PCU 스위치(506)의 트랜지스터들 중 적어도 하나가 활성되기 때문이다. 다수의 클록 사이클들에 걸쳐서, 전력 온 인에이블 신호의 로직 레벨은, 로직 전압 레벨이 로직 로우 전압 레벨로 돌아갈 때까지, 스테이지들(608, 610, 612, 및 614)에서 로직 전압 레벨을 단계적으로 감소시키기 위해 PCU 스위치(506)의 트랜지스터들을 활성시킴으로써 점진적으로 감소된다. 그 다음 클록 사이클(참조번호 616)의 하강 에지에서, PCU 로 직(504)은 전력 온 리셋 신호를 로직 로우 레벨을 로직 하이 레벨로 스위칭한다. 전력 온 리셋 신호의 로직 하이 레벨은 VDD_C1Z 도메인을 리셋하기 위해서 수 개의 클록 사이클들 동안에 유지된다. 수 개의 클록 사이클들 이후에, PCU 로직(504)은 전력 온 리셋 신호로 하여금 로직 로우 레벨로 떨어지도록 한다(참조번호 618). 그 결과, PCU 로직(504)은 클램프 로직 신호를 로직 하이 레벨로부터 로직 로우 레벨로 감소시킨다(참조번호 620). 이 스테이지에서, PCU 로직(504)은 패키지 금속부를 통해 전력을 선택된 전력 도메인에 전달하기 위해서 스위치(506)를 완전히 활성시킨다.
일반적으로, PCU 로직(504)은 스테이지들의 수 및/또는 스테이지들 간의 사이클들의 수를 변경함으로써 스위치를 신속히 활성시키는 방법을 제어할 수 있다. 회로 설계 컴파일러 애플리케이션에서의 베릴로그(Verilog) 코드에서, 스위치(506)의 램핑된 제어는 16진수 값으로 반영될 수 있다. 예컨대, 초기에는, 전력 온 인에이블 신호의 16진수 값이 "00"이다. 참조번호 604에서, 전력 온 인에이블 신호의 값은 "1F"의 값으로 증가하고, 이어서 예컨대 참조번호들 606, 608, 610, 612 및 614와 같은 스테이지들에서는 1F로부터 1E로, 1E로부터 17로, 17로부터 14로, 14로부터 10으로, 및 10으로부터 00으로 감소한다. 스위치(504) 내의 트랜지스터들 수는 전력 온 신호에 대한 단계적인 감소의 입도를 결정한다. 예컨대, 16 개의 p-채널 트랜지스터들을 포함하는 스위치는 신호에 있어서 16 개의 스테이지들을 제공할 수 있다. 대조적으로, 16 개의 p-채널 트랜지스터들은 램핑된 신호에 4 가지 스테이지들을 제공하기 위해서 4 개의 트랜지스터들로 이루어진 세트들에서 선택적 으로 활성될 수 있다. 임의의 수의 p-채널 트랜지스터들은 특정 구현에 따라 스위치에서 제공될 수 있다.
일반적으로, 집적 회로들(IC들)은 전자 패키지들에 어셈블링될 수 있고, 하나 이상의 IC 패키지들이 전자 어셈블리를 생성하기 위해 물리적으로 및 전기적으로 연결될 수 있다. 그 전자 어셈블리는 컴퓨터 장치들(예컨대, 데스크톱 컴퓨터들, 휴대용 컴퓨터들, PDA들, 핸드-헬드 장치들, 서버 장치들 등), 무선 통신 장치들(예컨대, 셀룰러 전화기들, 디지털 전화기들, 페이저들 등), 주변 장치들(예컨대, 프린터들, 스캐너들, 모니터들, 디지털 카메라들), 디스플레이 장치들(예컨대, 텔레비전들, 컴퓨터 디스플레이들, 액정 디스플레이들(LCD들)) 등이나 이들의 결합을 포함한(그러나, 이러한 것들로 제한되지는 않음) 여러 전자 장치들에 통합될 수 있다.
도 7은 전체적으로 참조번호 700으로 지정된 휴대용 통신 장치의 예시적인(비제한적인) 실시예를 나타낸다. 도 7에 도시된 바와 같이, 휴대용 통신 장치는 처리 유닛(710)을 구비한 온-칩 시스템(722)을 포함하는데, 상기 처리 유닛(710)은 범용 프로세서, 디지털 신호 프로세서, 차세대 감소 명령 세트 머신 프로세서, 또는 이들의 임의의 결합일 수 있다. 도 7은 또한 처리 유닛(710) 및 디스플레이(728)에 연결되는 디스플레이 제어기(726)를 나타낸다. 게다가, 입력 장치(730)는 처리 유닛(710)에 연결된다. 도시된 바와 같이, 메모리(732)는 처리 유닛(710)에 연결된다. 또한, 코더/디코더(CODEC)(734)가 처리 유닛(710)에 연결될 수 있다. 스피커(736) 및 마이크로폰(738)이 CODEC(730)에 연결될 수 있다. 특정 실시 예에서, 처리 유닛(710), 디스플레이 제어기(726), 메모리(732), CODEC(734), 다른 소자들, 또는 이들의 임의의 결합은 도 1 내지 도 5에 도시되어 본 명세서에서 설명된 바와 같이 전력 제어 유닛(757)을 통해서 스위칭된 전원으로부터 오프-기판 패키지 금속부를 통해 전력을 수신할 수 있다.
도 7은 또한 처리 유닛(710) 및 무선 안테나(742)에 무선 제어기(740)가 연결될 수 있다는 것을 나타낸다. 특정 실시예에서, 전원(744)은 온-칩 시스템(722)에 연결된다. 게다가, 특정 실시예에서는, 도 7에 도시된 바와 같이, 디스플레이(728), 입력 장치(730), 스피커(736), 마이크로폰(738), 무선 안테나(742), 및 전원(744)이 온-칩 시스템(722)의 외부에 배치된다. 그러나, 이들 각각은 온-칩 시스템(722)의 소자에 연결된다.
특정 실시예에서, 처리 유닛(710)은 휴대용 통신 장치(700)의 여러 소자들에 의해서 요구되는 기능 및 동작들을 수행하기 위해 필요한 프로그램들과 연관있는 명령들을 처리할 수 있다. 예컨대, 무선 통신 세션이 무선 안테나를 통해 구축되었을 때, 사용자는 마이크로폰(738)에 대고 말을 할 수 있다. 사용자의 음성을 나타내는 전자 신호들이 CODEC(734)에 전송되어 인코딩될 수 있다. 처리 유닛(710)은 마이크로폰으로부터의 전자 신호들을 인코딩하기 위해서 CODEC(734)에 대한 데이터 처리를 수행할 수 있다. 게다가, 무선 안테나(742)를 통해 수신되는 인입 신호들은 디코딩되어 스피커(736)에 전송되도록 무선 제어기(740)에 의해서 CODEC(734)에 전송될 수 있다. 처리 유닛(710)은 또한 무선 안테나(742)를 통해 수신되는 신호를 디코딩할 때 CODEC(734)에 대한 데이터 처리를 수행할 수 있다.
게다가, 무선 통신 세션 이전에, 동안에, 또는 이후에, 처리 유닛(710)은 입력 장치(730)로부터 수신되는 입력들을 처리할 수 있다. 예컨대, 무선 통신 세션 동안에, 사용자는 휴대용 통신 장치(700)의 메모리(732) 내에 삽입되어 있는 웹 브라우저를 통해 인터넷을 서핑(surf)하기 위해서 입력 장치(730) 및 디스플레이(728)를 사용할 수 있다. 프로그램과 연관된 명령들 대부분은 하나 이상의 클록 사이클들 동안에 동시적으로 실행될 수 있다. 휴대용 통신 장치(700)는 도 1 내지 도 6에 대해 위에서 설명된 바와 같이 다른 소자들 중 하나 이상으로 오프-기판 패키지 금속부를 통해 전력을 선택적으로 활성시키기 위해서 전원(744)에 연결된 전력 제어 유닛(757)을 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, 무선 전화기의 예시적일뿐 비제한적인 실시예가 도시되어 있으며, 총괄해서 참조번호 800으로 지정되어 있다. 도시된 바와 같이, 무선 전화기(800)는 서로 연결되어 있는 디지털 기저대역 프로세서(810) 및 아날로그 기저대역 프로세서(826)를 구비하는 온-칩 시스템(822)을 포함한다. 무선 전화기(800)는 또한 디지털 또는 아날로그 신호 처리과정뿐만 아니라 다른 동작들을 수행하기 위해서 프로세서 판독가능 명령들을 실행하도록 적응되는 범용 프로세서를 포함할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 디스플레이 제어기(828) 및 터치스크린 제어기(830)는 디지털 기저대역 프로세서(810)에 연결된다. 이어서, 온-칩 시스템(822)의 외부에 있는 터치스크린 디스플레이(832)는 디스플레이 제어기(828) 및 터치스크린 제어기(830)에 연결된다. 특정 실시예에서, 디지털 기저대역 프로세서(810), 아날로그 기저대역 프로세서(826), 디스플레이 제어기(828), 터치스크린 제어기(830), 다른 소자들, 또는 이들의 임의의 결합이 도 1 내지 도 5에서 도시되어 본 명세서에서 설명된 바와 같이 전력 제어 유닛(857)을 통해서 스위칭된 전원으로부터 오프-기판 패키지 금속부를 통해 전력을 수신할 수 있다.
도 8은 비디오 인코더(834), 예컨대 PAL(phase alternating line) 인코더, SECAM(sequential couleur avec memoire) 인코더, 또는 NTSC(national television system(s) committee) 인코더가 디지털 기저대역 프로세서(810)에 연결되는 것을 또한 나타낸다. 또한, 비디오 증폭기(836)가 비디오 인코더(834) 및 터치스크린 디스플레이(832)에 연결된다. 또한, 비디오 포트(838)가 비디오 증폭기(836)에 연결된다. 도 8에 도시된 바와 같이, USB(universal serial bus) 제어기(840)가 디지털 기저대역 프로세서(810)에 연결된다. 또한, USB 포트(842)가 USB 제어기(840)에 연결된다. 메모리(844) 및 가입자 신원 모듈(SIM) 카드(846)가 디지털 기저대역 프로세서(810)에 또한 연결될 수 있다. 또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 디지털 카메라(848)가 디지털 기저대역 프로세서(810)에 연결될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 디지털 카메라(848)는 CCD(charge-coupled device) 카메라 또는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 카메라이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 스테레오 오디오 CODEC(850)이 아날로그 기저대역 프로세서(826)에 연결될 수 있다. 게다가, 오디오 증폭기(852)는 스테레오 오디오 CODEC(880)에 연결될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제 1 스테레오 스피커(854) 및 제 2 스테레오 스피커(856)는 오디오 증폭기(852)에 연결된다. 도 8은 마이크로폰 증폭기(858)가 스테레오 오디오 CODEC(850)에 또한 연결될 수 있다는 것을 나 타낸다. 게다가, 마이크로폰(860)은 마이크로폰 증폭기(858)에 연결될 수 있다. 특정 실시예에서, 주파수 변조(FM) 라디오 튜너(862)는 스테레오 오디오 CODEC(850)에 연결될 수 있다. 또한, FM 안테나(864)가 FM 라디오 튜너(862)에 연결된다. 게다가, 스테레오 헤드폰들(866)이 스테레오 오디오 CODEC(850)에 연결될 수 있다.
도 8은 또한 무선 주파수(RF) 트랜시버(868)가 아날로그 기저대역 프로세서(826)에 연결될 수 있다는 것을 나타낸다. RF 스위치(870)는 RF 트랜시버(868) 및 RF 안테나(872)에 연결될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 키패드(874)가 아날로그 기저대역 프로세서(826)에 연결될 수 있다. 또한, 마이크로폰(876)을 구비한 모노 헤드셋이 아날로그 기저대역 프로세서(826)에 연결될 수 있다. 게다가, 바이브레이터 장치(878)가 아날로그 기저대역 프로세서(826)에 연결될 수 있다. 도 8은 또한 전원(880)이 온-칩 시스템(822)에 연결될 수 있다는 것을 나타낸다. 특정 실시예에서, 전원(880)은 전력을 필요로 하는 무선 전화기(800)의 여러 소자들에 전력을 제공하는 직류 전류(DC) 전원이다. 게다가, 특정 실시예에서, 그 전원은 AC 전력 소스에 연결되는 DC 변압기로의 교류 전류(AC)로부터 유도되는 DC 전원 또는 재충전가능 DC 배터리이다.
특정 실시예에서는, 도 8에 도시된 바와 같이, 터치스크린 디스플레이(832), 비디오 포트(838), USB 포트(842), 카메라(848), 제 1 스테레오 스피커(854), 제 2 스테레오 스피커(856), 마이크로폰(860), FM 안테나(864), 스테레오 헤드폰들(866), RF 스위치(870), RF 안테나(872), 키패드(874), 모노 헤드셋(876), 바이 브레이터(878), 및 전원(880)이 온-칩 시스템(822)의 외부에 놓인다. 무선 전화기(800)는 도 1 내지 도 6에 대해서 위에 설명된 바와 같이, 다른 소자들 중 하나 이상으로 오프-기판 패키지 금속부를 통해 전력을 선택적으로 활성시키기 위해서 전원(880)에 연결되는 전력 제어 유닛(857)을 포함할 수 있다.
도 9를 참조하면, 무선 인터넷 프로토콜(IP) 전화기의 예시적일뿐 비제한적인 실시예가 도시되어 있으며, 총괄해서 참조번호 900으로 지정되어 있다. 도시된 바와 같이, 무선 IP 전화기(900)는 처리 유닛(904)을 구비한 온-칩 시스템(902)을 포함한다. 처리 유닛(904)은 디지털 신호 프로세서, 범용 프로세서, 차세대 감소 명령 세트 계산 머신 프로세서, 아날로그 신호 프로세서, 프로세서 판독가능 명령 세트들을 실행할 프로세서, 또는 이들의 임의의 결합일 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 디스플레이 제어기(906)는 처리 유닛(904)에 연결되고, 디스플레이(908)는 그 디스플레이 제어기(906)에 연결된다. 예시적인 실시예에서, 디스플레이(908)는 액정 디스플레이(LCD)이다. 도 9는 또한 키패드(910)가 처리 유닛(904)에 연결될 수 있다는 것을 나타낸다. 특정 실시예에서, 처리 유닛(904), 디스플레이 제어기(906), 다른 소자들, 또는 이들의 임의의 결합이 도 1 내지 도 5에 도시되어 본 명세서에서 설명된 바와 같이 전력 제어 유닛(957)을 통해서 스위칭된 전원으로부터 오프-기판 패키지 금속부를 통해 전력을 수신할 수 있다.
도 9에 또한 도시된 바와 같이, 플래시 메모리(912)가 처리 유닛(904)에 연결될 수 있다. SDRAM(synchronous dynamic random access memory)(914), SRAM(static random access memory)(916), 및 EEPROM(electrically erasable programmable read only memory)(918)가 또한 처리 유닛(904)에 연결될 수 있다. 도 9는 또한 발광 다이오드(LED)(920)가 처리 유닛(904)에 연결될 수 있다는 것을 나타낸다. 게다가, 특정 실시예에서, 음성 CODEC(922)은 처리 유닛(904)에 연결될 수 있다. 증폭기(924)는 음성 CODEC(922)에 연결될 수 있고, 모노 스피커(926)는 그 증폭기(924)에 연결될 수 있다. 도 9는 또한 모노 헤드셋(928)이 음성 CODEC(922)에 또한 연결될 수 있다는 것을 나타낸다. 특정 실시예에서, 모노 헤드셋(928)은 마이크로폰을 포함한다.
도 9는 또한 WLAN(wireless local area network) 기저대역 프로세서(930)가 처리 유닛(904)에 연결될 수 있다는 것을 나타낸다. RF 트랜시버(932)는 WLAN 기저대역 프로세서(930)에 연결될 수 있고, RF 안테나(934)는 RF 트랜시버(932)에 연결될 수 있다. 특정 실시예에서, 블루트스 제어기(936)는 처리 유닛(9040에 연결될 수 있고, 블루트스 안테나(938)는 제어기(936)에 연결될 수 있다. 도 9는 또한 USB 포트(940)가 처리 유닛(904)에 또한 연결될 수 있다는 것을 나타낸다. 게다가, 전원(942)은 온-칩 시스템(902)에 연결되고, 그 온-칩 시스템(902)을 통해서 무선 IP 전화기(900)의 여러 소자들에 전력을 제공한다.
특정 실시예에서는, 도 9에 도시된 바와 같이, 디스플레이(908), 키패드(910), LED(920), 모노 스피커(926), 모노 헤드셋(928), RF 안테나(934), 블루트스 안테나(938), USB 포트(940), 및 전원(942)이 온-칩 시스템(902)의 외부에 배치된다. 그러나, 이러한 소자들 각각은 온-칩 시스템의 하나 이상의 소자들에 연결된다. 무선 VoIP 장치(900)는 도 1 내지 도 6에 대해 위에서 설명된 바와 같이 오 프-기판 금속부를 통해서 다른 소자들 중 하나 이상으로의 전력을 선택적으로 활성시키기 위해 전원(942)에 연결되는 전력 제어 유닛(957)을 포함할 수 있다.
도 10은 총괄해서 참조번호 1000으로 지정된 PDA(portable digital assistant)의 예시적일뿐 비제한적인 실시예를 나타낸다. 도시된 바와 같이, PDA(1000)는 처리 유닛(1004)을 구비하는 온-칩 시스템(1002)을 포함한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 터치스크린 제어기(1006) 및 디스플레이 제어기(1008)는 처리 유닛(1004)에 연결된다. 게다가, 터치스크린 디스플레이(1010)가 터치스크린 제어기(1006) 및 디스플레이 제어기(1008)에 연결된다. 도 10은 또한 키패드(1012)가 처리 유닛(1004)에 연결될 수 있다는 것을 나타낸다. 특정 실시예에서, 처리 유닛(1004), 터치스크린 제어기(1006), 디스플레이 제어기(1008), 다른 소자들, 또는 이들의 임의의 결합이 도 1 내지 도 5에 도시되어 본 명세서에 설명된 바와 같이 전력 제어 유닛(1057)을 통해서 스위칭된 전원으로부터 오프-기판 패키지 금속부를 통해 전력을 수신할 수 있다.
도 10에 또한 도시된 바와 같이, 플래시 메모리(1014)는 처리 유닛(1004)에 연결될 수 있다. 처리 유닛(1004)은 DSP(digital signal processor), 범용 프로세서, 차세대 감소 명령 세트 계산 머신, 아날로그 신호 프로세서, 프로세서 판독가능 명령 세트들을 실행하도록 적응된 프로세서, 또는 이들의 임의의 결합일 수 있다. 또한, ROM(read only memory)(1016), DRAM(dynamic random access memory)(1018), 및 EEPROM(electrically erasable programmable read only memory)(1020)이 처리 유닛(1004)에 연결될 수 있다. 도 10은 또한 IrDA(infrared data association) 포트(1022)가 처리 유닛(1004)에 연결될 수 있다는 것을 나타낸다. 게다가, 특정 실시예에서는, 디지털 카메라(1024)가 처리 유닛(1004)에 연결될 수 있다.
도 10에 도시된 바와 같이, 특정 실시예에서는, 스테레오 오디오 CODEC(1026)이 처리 유닛(1004)에 연결될 수 있다. 제 1 스테레오 증폭기(1028)가 스테레오 오디오 CODEC(1026)에 연결될 수 있고, 제 1 스테레오 스피커(1030)가 제 1 스테레오 증폭기(1028)에 연결될 수 있다. 게다가, 마이크로폰 증폭기(1032)가 스테레오 오디오 CODEC(1026)에 연결될 수 있고, 마이크로폰(1034)이 마이크로폰 증폭기(1032)에 연결될 수 있다. 도 10은 또한 제 2 스테레오 증폭기(1036)가 스테레오 오디오 CODEC(1026)에 연결될 수 있고 또한 제 2 스테레오 스피커(1038)가 제 2 스테레오 증폭기(1036)에 연결될 수 있다는 것을 나타낸다. 특정 실시예에서는, 스테레오 헤드폰들(1040)이 또한 스테레오 오디오 CODEC(1026)에 연결될 수 있다.
도 10은 또한 802.11 제어기(1042)가 처리 유닛(1004)에 연결될 수 있고 또한 802.11 안테나(1044)가 802.11 제어기(1042)에 연결될 수 있다는 것을 나타낸다. 게다가, 블루트스 제어기(1046)가 처리 유닛(1004)에 연결될 수 있고, 블루트스 안테나(1048)가 블루트스 제어기(1046)에 연결될 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, USB 제어기(1050)는 처리 유닛(1004)에 연결될 수 있고, USB 포트(1052)는 USB 제어기(1050)에 연결될 수 있다. 게다가, 스마트 카드(1054), 예컨대 멀티미디어 카드(MMC) 또는 보안 디지털 카드(SD)가 처리 유닛(1004)에 연결될 수 있 다. 게다가, 도 10에 도시된 바와 같이, 전원(1056)이 온-칩 시스템(1002)에 연결될 수 있으며, 온-칩 시스템(1002)을 통해 PDA(1000)의 여러 소자들에 전력을 제공할 수 있다.
특정 실시예에서는, 도 10에 도시된 바와 같이, 디스플레이(1010), 키패드(1012), IrDA 포트(1022), 디지털 카메라(1024), 제 1 스테레오 스피커(1030), 마이크로폰(1034), 제 2 스테레오 스피커(1038), 스테레오 헤드폰들(1040), 802.11 안테나(1044), 블루트스 안테나(1048), USB 포트(1052), 및 전원(1056)이 온-칩 시스템(1002)의 외부에 배치된다. 그러나, 이러한 소자들 각각은 온-칩 시스템 상의 하나 이상의 소자들에 연결된다. PDA(1000)는 도 1 내지 도 6에 대해 위에서 설명된 바와 같이 다른 소자들 중 하나 이상으로 전력을 선택적으로 활성시키기 위해서 전원(1056)에 연결되는 전력 제어 유닛(1057)을 포함할 수 있다.
당업자는 또한 본 명세서에 기재된 실시예들과 관련하여 설명된 여러 기술적인 논리 블록들, 모듈들, 회로들, 및 알고리즘 단계들이 전자하드웨어, 컴퓨터 소프트웨어, 또는 이들의 조합으로서 구현될 수 있음을 인지할 것이다. 하드웨어 및 소프트웨어의 상호교환가능성을 명백히 설명하기 위해, 다양한 기술적인 소자들, 블록들, 구성들, 모듈들, 회로들, 및 단계들이 그들의 기능성에 관련하여 일반적으로 위에서 전술되었다. 이러한 기능성이 하드웨어로 구현되는지 또는 소프트웨어로 구현되는지의 여부는 전체 시스템에 부과된 특정 애플리케이션 및 설계 제약들에 따라 좌우된다. 당업자는 각각의 특정 애플리케이션을 위해 다양한 방식들로 상기 설명된 기능을 구현할 수 있지만, 이러한 구현 결정들은 본 발명의 범위로부 터 벗어나는 것으로 해석되지 않아야 한다.
본 명세서에서 기재된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어, 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈, 또는 이들의 결합을 통해 즉시 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, PROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터들, 하드디스크, 제거가능 디스크, CD-ROM, 또는 해당 분야에 공지되어 있는 임의의 다른 형태의 저장 매체에 존재할 수 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서가 저장 매체로부터 정보를 판독하고 또한 정보를 상기 저장매체에 기록할 수 있도록 상기 프로세서에 연결된다. 대안적으로, 그 저장 매체는 프로세서에 통합될 수 있다. 프로세서 및 저장 매체는 ASIC 내에 존재할 수 있다. ASIC은 컴퓨팅 장치나 사용자 단말기에 존재할 수 있다. 대안적으로, 프로세서 및 저장 매체는 컴퓨팅 장치나 사용자 단말기 내에 이산적인 소자들로 존재할 수 있다.
기재된 실시예들에 대한 앞선 설명은 당업자가 본 발명을 구현하거나 사용할 수 있을 정도로 제공되었다. 이러한 예들에 대한 여러 변형들이 당업자에게는 쉽게 자명할 것이며, 본 명세서에서 정의된 원리들은 본 발명의 사상 또는 범위로부터 벗어나지 않고 다른 예들에도 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 제시된 실시예들로 제한되도록 않아야 하고, 아래의 청구범위에 의해 정의되는 원리들 및 신규한 특징들에 따른 가장 넓은 범위로 제공되어야 한다.

Claims (41)

  1. 집적 회로로서,
    제 1 패키지-기판 접속, 제 2 패키지-기판 접속 및 상기 제 1 패키지-기판 접속을 상기 제 2 패키지-기판 접속에 연결하는 금속부(metallization)를 포함하는 패키지(package); 및
    상기 제 1 패키지-기판 접속 및 상기 제 2 패키지-기판 접속을 통해서 상기 패키지에 전기적으로 및 물리적으로 연결되는 기판을 포함하고,
    상기 기판은 다수의 전력 도메인들 및 전력 제어 유닛을 포함하고,
    상기 제 2 패키지-기판 접속은 상기 다수의 전력 도메인들 중 특정 전력 도메인에 연결되고,
    상기 전력 제어 유닛은 로직 및 스위치를 포함하고,
    상기 스위치는 전압 공급 단자에 연결되는 제 1 단자, 상기 로직에 연결되는 제어 단자, 및 상기 제 1 패키지-기판 접속에 연결되는 제 2 단자를 포함하며,
    상기 로직은 상기 패키지의 금속부를 통해 상기 특정 전력 도메인에 전력을 분배(distribute)하기 위해서 상기 스위치를 선택적으로 활성화하도록 구성되고,
    상기 스위치는 다수의 독립 트랜지스터들을 병렬로 더 포함하고,
    상기 로직은 상기 제 2 단자에 램핑된 공급 전압을 제공하기 위해 스테이지들에서 상기 다수의 독립 트랜지스터들을 활성화하는, 집적 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 특정 전력 도메인은 상기 기판에 삽입되는 처리 유닛을 포함하는, 집적 회로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스위치는 상기 처리 유닛의 최대 수요(peak demand)를 충족시키도록 크기가 정해지는, 집적 회로.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 처리 유닛의 최대 수요는 상기 처리 유닛의 기판 영역에 의해서 곱해지는 최대 전력 밀도보다 작은, 집적 회로.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 제어 유닛은 상기 특정 전력 도메인과 연관된 커패시턴스를 충전시키기 위해서 전류 램프(current ramp)를 생성하도록 적응되는, 집적 회로.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 로직은 상기 특정 전력 도메인을 리셋시키기 위해서 전력 온 리셋 신호를 생성하도록 적응되는, 집적 회로.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 특정 전력 도메인은 상기 특정 전력 도메인으로부터의 출력들을 알려진 로직 상태로 클램핑(clamp)하기 위해서 클램프 회로를 더 포함하고,
    상기 전력 제어 유닛은 상기 클램프 회로를 활성화하기 위해서 출력 클램프 신호를 생성하는, 집적 회로.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 공급 단자는 제 2 패키지의 출력 단자를 포함하는, 집적 회로.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 패키지의 금속부와 병렬인 전기적인 트레이스(electrical trace)를 통해 상기 특정 전력 도메인의 전기 소자에 전력을 분배하기 위해서 상기 전기 소자 및 상기 제 2 단자에 연결되는 상기 전기적인 트레이스를 더 포함하는, 집적 회로.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위치는 다수의 특정 전력 도메인들의 최대 로드들(loads)의 합보다 작은 최대 유닛 로드를 공급하도록 구성되는, 집적 회로.
  12. 기판에 삽입되는 스위치의 제어 단자에서 스위치 활성 신호를 수신하는 단계 ― 상기 기판은 다수의 도메인들을 포함하고, 상기 스위치는 상기 다수의 도메인들 중 제 1 도메인에 위치함 ―;
    상기 스위치 활성 신호를 수신하는 것에 응하여, 상기 기판의 스위치에 연결된 패키지의 제 1 패키지-기판 접속으로 신호를 스위칭하는 단계; 및
    상기 패키지의 제 2 패키지-기판 접속으로부터 상기 다수의 도메인들 중 제 2 도메인에서 상기 신호를 수신하는 단계
    를 포함하고,
    상기 스위치는 다수의 독립 트랜지스터들을 병렬로 포함하고,
    상기 신호를 스위칭하는 단계는 상기 제 1 패키지-기판 접속에 인가되는 램프 공급 전압을 생성하기 위해 다수의 클록 사이클들에 걸쳐 스테이지들에서 상기 다수의 독립 트랜지스터들을 활성화하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 스위치 활성 신호를 수신하는 단계는 상기 스위치의 제어 단자에서 전력 제어 로직으로부터 제어 신호를 수신하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 패키지-기판 접속 및 상기 제 2 패키지-기판 접속은 범프들(bumps)에 연결되고,
    상기 패키지는 상기 범프들에 의해서 기판에 물리적으로 및 전기적으로 연결된 플립-칩 패키지를 포함하는, 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 신호를 스위칭하는 단계는 상기 패키지의 금속부를 통해서 신호를 라우팅하기 위해 상기 제 1 패키지-기판 접속에 상기 스위치의 단자를 선택적으로 연결하는 단계를 포함하는, 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 신호는 전력 공급 전압(power supply voltage)을 포함하는, 방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 도메인은 프로세서를 포함하는, 방법.
  18. 삭제
  19. 실리콘 스위칭 전력 전달 시스템(silicon switched power delivery system)으로서,
    기판의 전력 제어 유닛에서 전압 공급 단자로부터 전력 공급을 수신하기 위한 수단;
    제어 신호를 수신하기 위한 수단;
    상기 전압 공급 단자로부터의 전력을 상기 기판의 국부적인 전력 도메인에 분배하기 위해서, 상기 전압 공급 단자로부터의 전력 공급을 플립-칩 패키지의 제 1 전력 패키지-기판 접속으로 스위칭하기 위한 수단 ― 상기 플립-칩 패키지는 상기 국부적인 전력 도메인에 연결되는 제 2 전력 패키지-기판 접속 및 상기 제 1 전력 패키지-기판 접속을 포함함 ―; 및
    램핑된 전력 공급을 제공하기 위해 다수의 사이클들에 걸쳐 스위치를 활성화하기 위해 클록 신호를 제어하기 위한 수단
    을 포함하는, 실리콘 스위칭 전력 전달 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 전압 공급 단자는 상기 패키지 내에서 제 1 금속부에 연결되는 제 3 패키지-기판 접속을 포함하고,
    상기 제 1 금속부는 전력 관리 집적 회로에 연결되는, 실리콘 스위칭 전력 전달 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 전력 관리 집적 회로는 상기 기판 내에 위치하는, 실리콘 스위칭 전력 전달 시스템.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 전력 관리 집적 회로는 상기 플립-칩 패키지의 일부인, 실리콘 스위칭 전력 전달 시스템.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 제어 신호를 수신하기 위한 수단은 트랜지스터 장치의 제어 단자를 포함하는, 실리콘 스위칭 전력 전달 시스템.
  24. 삭제
  25. 휴대용 장치로서,
    전력 공급 전압 단자에 연결되는 제 1 전력 입력단, 제 1 전력 출력단, 상기 제 1 전력 입력단과 상기 제 1 전력 출력단을 전기적으로 연결하기 위한 제 1 금속부, 제 2 전력 입력단, 제 2 전력 출력단, 및 상기 제 2 전력 입력단과 상기 제 2 전력 출력단을 전기적으로 연결하기 위한 제 2 금속부를 포함하는 집적 회로 패키지; 및
    상기 집적 회로 패키지에 전기적으로 및 물리적으로 연결되는 기판
    을 포함하고,
    상기 기판은 다수의 전기적으로 절연된 전력 도메인들을 포함하고,
    상기 기판은,
    상기 다수의 전기적으로 절연된 전력 도메인들 중 특정 전력 도메인 및 상기 제 2 전력 출력단에 연결되는 전력 공급 입력단; 및
    상기 집적 회로 패키지의 제 1 전력 출력단에 연결되는 제 1 단자, 제어 단자, 및 상기 집적 회로 패키지의 제 2 전력 입력단에 연결되는 제 2 단자를 포함하는 스위치를 포함하고,
    상기 스위치는 상기 집적 회로 패키지의 제 2 금속부를 통해서 상기 특정 전력 도메인에 선택적으로 전력을 스위칭하도록 구성되고,
    상기 스위치는 다수의 트랜지스터들을 병렬로 포함하고,
    상기 다수의 트랜지스터들은 상기 제 2 단자에 램핑된 공급 전압을 제공하기 위해 스테이지들에서 활성화되는, 휴대용 장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    전력 공급 전압을 제공하기 위해서 상기 전력 공급 전압 단자에 연결되는 전력 모듈 집적 회로를 더 포함하고,
    상기 전력 공급 전압은 배터리에 의해서 제공되는, 휴대용 장치.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 전력 공급 전압 단자는 제 2 집적 회로 패키지의 출력 패키지-기판 접속을 포함하는, 휴대용 장치.
  28. 삭제
  29. 제 25 항에 있어서,
    무선 주파수 신호들을 전송 및 수신하기 위해 무선 주파수 트랜시버를 더 포함하는, 휴대용 장치.
  30. 집적 회로 장치로서,
    오프-기판 패키지의 금속부 부분을 통해 통신하기 위해서 외부 단자 출력 및 제 1 입력 단자를 포함하는 제어기;
    공통 기판에 대해 상기 제어기로부터 절연되는 서브도메인 내의 전기 소자 ― 상기 전기 소자는 상기 오프-기판 패키지의 금속부 부분을 통해 상기 외부 단자 출력에 응함 ―; 및
    상기 외부 단자 출력에 상기 제 1 입력 단자를 선택적으로 접속하기 위해 상기 제 1 입력 단자 및 상기 외부 단자 출력에 연결되는 스위치
    를 포함하고,
    상기 스위치는 다수의 트랜지스터들을 병렬로 포함하고,
    상기 다수의 트랜지스터들은 상기 외부 단자 출력에 램핑된 공급 전압을 제공하기 위해 스테이지들에서 활성화되는, 집적 회로 장치.
  31. 삭제
  32. 제 30 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 스위치를 선택적으로 활성화하기 위한 로직을 더 포함하는, 집적 회로 장치.
  33. 제 30 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 오프-기판 패키지의 금속부 부분을 통해서 신호를 상기 전기 소자에 통신하도록 적응되는, 집적 회로 장치.
  34. 제 30 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 전기 소자를 활성화하기 위해서 상기 오프-기판 패키지의 금속부 부분을 통해 전력 공급 전압을 통신하도록 적응되는, 집적 회로 장치.
  35. 제 30 항에 있어서,
    상기 오프-기판 패키지는 범프들을 통해서 상기 공통 기판에 물리적으로 및 전기적으로 연결된 집적 회로를 포함하는, 집적 회로 장치.
  36. 제 1 항에 있어서,
    상기 패키지는 플립-칩 패키지를 더 포함하는, 집적 회로.
  37. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 전압 공급 단자를 상기 스위치의 제 1 단자에 연결하는 전력 관리 집적 회로를 더 포함하는, 집적 회로.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 전력 관리 집적 회로는 상기 기판 내에 위치하는, 집적 회로.
  39. 제 37 항에 있어서,
    상기 전력 관리 집적 회로는 상기 패키지의 부분인, 집적 회로.
  40. 제 12 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 전압 공급 단자를 상기 스위치의 제 1 단자에 연결하는 전력 관리 집적 회로를 더 포함하는, 방법.
  41. 제 40 항에 있어서,
    상기 전력 관리 집적 회로는 상기 기판 내에 위치하는, 방법.
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