KR20000069635A

KR20000069635A - 배터리로 동작되는 통신 장치

Info

Publication number: KR20000069635A
Application number: KR1019997005646A
Authority: KR
Inventors: 안토니우스 마르티너스 자코버스 다아넨
Original assignee: 요트.게.아. 롤페즈; 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 1997-10-24
Filing date: 1998-10-08
Publication date: 2000-11-25
Also published as: US6243597B1; WO1999022536A2; EP0962111A2; JP2001506475A; WO1999022536A3; CN1242915A; CN1127873C

Abstract

전력 소비를 감소하는 배터리로 동작되는 통신 장치가 공지된다. 장치는 비분리 분할로 분할된다. 다중 클록킹 방법이 분할을 클록킹하기 위해 적용되며, 클록은 다른 주파수로 동작한다. 이것은 장치의 설계시에 분할의 주의 깊은 선택을 필요로 한다. 클록 구조는 복잡하다. 요구되는 칩 영역은 증가된다. 이러한 장치한 있어서, 칩 영역의 증가를 거의 요구하지 않는 간단한 전력 소비 감소 수단이 제안된다. 활성 모드와 대기 모드 둘 다에서, 기준 클록은 공칭 주파수로 동작한다. 무선 기지국과 장치간의 동기가 유지되야 하는 대기 모드 중에, 낮은 주파수를 가진 클록 신호는 기준 클록으로부터 유도된다. 대기 모드 중에, 유도된 클록 신호는 소정의 논리 블록을 클록킹하고, 반면 다른 논리 블록은 스위칭 오프된다. 정기적 간격으로, 다른 논리 블록은 활성화되어 동기가 유지된다.

Description

배터리로 동작되는 통신 장치{A BATTERY-OPERATED COMMUNICATIONS DEVICE}

위와 같은 종류의 배터리로 동작되는 통신 장치에 관한 이론은 1995년 4월 23일에서 26일 다나 포인트(Dana Point)에서 개최된 저 전력 회로 설계에 대한 1995년도 국제 심포지움(Proceedings of the 1995 Int. Symposium on Low Power Design) 에서 발표된 씨. 파파크리스토우(C. Papachristou) 등의 논문 "저 전력 알티엘 설계를 위한 다중 클록킹 시스템(A Multiple Clocking Scheme for Low Power RTL Design)" 27쪽에서 32쪽에 공지되었다. 상기 기사는 어떻게 셀룰러 전화기와 같은 배터리로 동작되는 장치의 CMOS 코어 회로가 활성 모드에서 전력 감소를 달성할 수 있게 재-설계되는 가에 대해서 기술하고 있다. 상기 장치에서, 전력 감소는 대기 시간과 통화 시간을 증가시키기 위해 중요하다. 생태학 적인 이유로, 배터리의 사용은 최소화되어야 한다. 인간 환경 공학적 이유로, 통신 장치의 무게와 크기는 가능한 한 작아야 한다. 비-분리된 분할(non-disjunct partitions)을 클로킹하기 위한 비-오버래핑 다중 클로킹 방법이 기술된다. 각 분할 모듈의 동작 주파수는 f/n이며, 여기서 f는 주파수를 나타내고 n은 정수를 나타낸다. 이러한 접근법은 설계 단계에서 분할의 신중한 선택을 요구한다. 게다가, 클록 구조는 복잡하게 되어 있다. 클록 회로를 분리하기 위해, 증가된 칩 영역이 필요하며, 따라서 IC(집적 회로)의 제작 가격이 증가된다.

본 발명은 무선 주파수 부분, 기저 대역 처리 장치, 및 타이밍 제어 장치를 포함하는 배터리로 동작되는 통신 장치에 관한 것이다.

도 1은 디지털 무선 통신 시스템을 간략하게 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 배터리로 동작되는 통신 장치를 도시한 도면.

도 3은 본 발명에 따른 클록 주파수 감소 수단의 제 1 실시예를 도시한 도면.

도 4는 본 발명에 따른 클록 주파수 감소 수단의 제 2 실시예를 도시한 도면.

도 5는 제 2 실시예의 타이밍 도.

동일한 참조 번호는 동일한 측정에 사용된다.

본 발명의 목적은 실제로 칩 영역을 증가시키지 않고, 간단한 방법으로 전력 감소를 달성하는 배터리로 동작되는 통신 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 위해서, 위와 같은 종류의 배터리로 동작되는 통신 장치에 있어서, 상기 통신 장치는 타이밍 제어 장치에 접속되는 연속 동작 기준 클록 발진기를 포함하며, 상기 통신 장치는 활성 모드와, 감소된 전력 대기 모드에서 동작하도록 구성되며, 상기 타이밍 제어 장치는 감소된 전력 대기 모드 중에 동기를 유지하기 위한 동기 수단과 기준 클록 발진기의 클록 주파수보다 더 낮은 주파수를 갖는 유도된 클록 신호를 생성하기 위한 클록 주파수 감소 수단을 포함하는 제 1 논리 블록으로 분할되는데, 상기 유도된 클록 신호는 감소된 전력 대기 모드 중에 상기 제 1 논리 블록을 제어하는 것을 특징으로 한다. 이와 함께, 클록 제어 논리 회로 만이 재 설계되어야 하므로, 대기 모드 중 전력 감소가 없는 통신 장치와 비교해보면 증가된 칩-영역이 거의 없는 편이다. 기준 클록 발진기는 활성 모드와 대기 모드 둘 다의 공칭 주파수에서 동작하기 때문에, 긴 시동 시간을 피할 수 있다. 이와 함께, 모드 스위칭 및 지연 시간의 운용은 더 간단하게 할 수 있다. 통신 장치 의 코어 설계는 거의 변경되지 않는다. 실제 클록 게이팅이 없기 때문에, 클록 스큐에 있어서 실제적인 아무런 문제도 발생하지 않는다.

본 발명은 대기 모드 중에 활성을 유지해야하는 회로에 대해 대기 모드 중에는 전력 소비가 줄어들긴 하지만 기능도 그에 따라 감소되어, 기준 클록 발진기가 활성 모드 중의 속도와 같은 속도로 동작을 하는 동안에 동작 속도를 줄일 수 있다는 점을 인식한데서 기초한다.

실시예는 청구항의 종속항에서 청구된다. 디바이더가 클록 주파수를 감소시키기 위한 간단한 회로로써 사용되지만, 클록 펄스 삭제 장치 같은 다른 수단도 사용될 수 있다. 제어되는 논리가 에지 감도에 따라 반응하는 논리(edge sensitive logic)라고 한다면, 클록의 충격 계수는 중요하지 않다. 논리가 레벨 감도에 따라 반응하는 논리라고 하면, 바람직하게는 클록 신호의 충격 계수가 전체의 대략 50% 정도가 된다. 간단한 실시예에서, 제 1 논리 블록은 기준 클록 발진기의 클록 신호와 감소된 클록 신호를 멀티플렉싱하는 멀티플렉서를 제어하기 위한 클록 선택 신호와, 대기 모드 중에 완전히 스위칭 오프 될 수 있는 제 2 논리 블록과 같은 회로의 클록 버퍼를 생성할 수 있다. 대기 모드 중에 전력을 감소하는 간단한 구조 때문에, 독립적으로 다른 전력 소비 절약 수단이 전력 공급 전압 감소, 논리 회로 최소화, 최상의 와이어링 설계, BBM(break-before-make) 클록 버퍼 회로 등등에 적용될 수 있다.

본 발명은 예에 의해서 첨부된 도면을 참조하여 기술된 것이다.

도 1은 디저털 무선 통신 시스템(1)을 대략적으로 도시한 것이다. 한 예로, DECT(Digital Enhanced Cordless Telecommunications) 시스템이 기술될 것이지만, 시스템은 임의의 무선 통신 시스템이 될 수 있다. 더 상세한 DECT에 대한 설명은 H.W. 터틀비, 스프링거 베라그(Tuttlebee, Springer Verlag)의 1990년 판의 부록 3의 273쪽에서 278쪽 편람"Cordless Telecommunication in Europe"에 언급된다. 무선 기지국에 로킹되었을 때, 핸드세트는 기지국과 동기되게 유지되야 한다. DECT 시스템은 핸드세트에 소위 다이나믹 채널 할당을 제공하고, 로킹은 무선 기지국의 비컨(beacon) 신호에서 실행된다. 이러한 로킹 및 동기는 당업자에게는 이미 공지된 것이다. 시스템(1)은 DECT 무선 기지국(2), 및 무선 기지국(2)과 통신하기 위한 복수의 배터리로 동작되는 휴대용 DECT 통신 장치(3, 4)로 구성된다. 무선 기지국(2)은 전화선(6)을 통해 전화 교환망(5)에 연결된다. 네트워크(5)는 민영 및 공영 네트워크가 될 수 있다. 네트워크(5)는 아날로그 또는 디지털 전화 네트워크가 될 수 있다. 또한, 고정 네트워크 가입자의 유선 전화(7)는 교환망(5)에 접속되는 것이 도시된다.

도 2는 본 발명에 따른 배터리로 동작되는 통신 장치의 블록도를 도시한 것이다. 통신 장치(3)는 안테나(21)에 접속되는 무선 주파수 부분(20)과 타이밍 제어 장치(23)에 접속되는 기저 대역 처리 장치(22)를 포함한다. 동작 중에는, 장치(3)는 DECT 프로토콜에 따라 동작하는 프로그램 장치가 된다. 장치(3)는 수정 발진기(24)와 배터리 전력 공급 수단(25)을 더 포함한다. 대기 모드에서, 배터리 공급 수단(25)은 타이밍 제어 장치(23)에 의해 생성된 신호(BAT_LOW)에 의해 제어 될 수 있고, 공급 전원을 활성 모드에서 보다 더 낮은 전압으로 제어 할 수 있다. 이러한 제어기는 일반적으로 공지된 것이다. 통신 장치(3)는 마이크로폰(26), 이어폰 또는 스피커(27), 및 키보드(28)를 더 포함한다. 타이밍 제어 장치(23)는 대기 모드가 될 때, 기저 대역 처리 장치(22)로 DECT 표준에 따른 타이밍 제어 정보를 공급한다. 장치(3)가 무선 기지국(2)에 로킹되면, 타이밍 제어 장치는 무선 기지국(2)에 동기된다. 이러한 동기는 일반적으로 공지된 것이다. DECT 프로토콜에 따라서, 활성 모드일 때, 무선 인터페이스와 안테나(21)를 통해, 무선 기지국(2)과 배터리로 동작되는 통신 장치(3)간에 동기 타이밍 정보가 교환된다. CMOS 논리라고 가정하고, 전력 소비는 클록 스위칭 주파수와 공급 전원의 제곱에 비례한다. 따라서 상당한 전력 감소가 클록 주파수 및/또는 대기 모드 중의 공급 전원 감소에 의해 얻어질 수 있다.

도 3은 입력측이 발진기(24)에 접속되고, 출력측이 멀티플렉서(32)의 제 1 입력(31)에 접속되는 디바이더(30)를 포함하는 본 발명에 따른 클록 주파수 감소 수단의 제 1 실시예를 도시한다. 발진기(24)는 멀티플렉서(32)의 제 2 입력에 직접 접속된다. 감소된 전력 대기 모드 중 동기를 유지하기 위한 동기 수단을 포함하는 제 1 논리 블록(36)은 제 1 클록 버퍼(34)를 거쳐 멀티플렉서(32)에 접속되며, 동기 수단은 일반적으로 공지된 것이며, 여기서는 자세히 도시하지는 않았다. 출력 측에서 멀티플렉서(32)는 또한 제 2 클록 버퍼(35)를 통해 제 2 논리 블록(22)에 접속된다. 대기 모드 중에 동기가 되지 않을 수도 있기 때문에, 동기 타이밍 정보는 통신 장치(3)가 대기 모드일 때 보존 되야 한다. 이런 이유로, 발진기(24)와 타이밍 제어 장치(23)는 장치(3)가 대기 모드인 동안에 계속 동작한다. 대기 모드 중에, 타이밍 제어 장치(23)가 무선 기지국(2)과 동기되어 동작하고 있는지를 체크하고, 그에 따라서 동기를 유지시키기 위해, 타이밍 제어 장치(23)는 기저 대역 처리 장치(22)의 나머지 부분과 무선 주파수 부분(20)을 정기적으로 활성화시킨다. 동기 후에, 기저 대역 처리 장치(22)와 무선 주파수 부분(20)은 비활성화되어서 통신 장치(3)는 다시 대기 모드로 된다. 이 순간에, 클록 버퍼(35)는 디스에이블된다. 블록(30)이 전력 소비를 하는데 있어 최적화 되는 것은 중요한데, 이는 상기 블록이 대기 모드 중에서는 높은 수정 발진기 주파수로 동작하기 때문이다. DECT 장치(3)의 소정의 예에서, 활성 모드와 대기 모드 둘 다에서, 발진기(24)는 13.824 MHz로 동작하고, 반면, 유도된 클록 신호는 1.152 MHz의 주파수를 갖는다. 이에 따라, 대기 모드에서, 유도된 클록에 의해 클록된 논리 블록의 전력 소비는 12 분의 1로 감소된다. 대기 모드 중에, 동기를 유지하기 위한 회로에 있어서, 상기 회로는 활성 모드에서 사용하는 것과 동일한 하드웨어를 사용하며, 잔여 계산 전력(computational power)이 있게된다. 이와 같은 이유로, 대기 모드 중에는 공급 전압이 또한 감소될 수 있다. 소정의 DECT 의 한 예에서는, 통상적인 5분의 1 전력 감소를 얻을 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 클록 주파수 감소 수단의 제 2 실시예를 도시한 것이다. 상기 실시예에서, 감소 수단은 실시예가 여기에서 더욱 상세히 기술될 클록 펄스 삭제 장치(40)를 포함한다. 소정의 실시예에서, 유도된 클록 신호는 기준 클록의 매 12 펄스 마다 한 펄스를 갖는다. 또한 다른 클록 펄스 삭제 방법도 적용될 수 있다. 에지 감도에 따라 반응하는 논리의 경우에 있어서, 임의의 클록 펄스 감소 방법이 적용될 수 있다. 클록 펄스 삭제 장치(40)는 직렬로 연결된 4개의 D 플립플롭(41, 42, 43 및 44)을 포함하는데, 각 플립플롭은 데이터 입력(D), 클록 입력(C), 출력(Q) 및 리셋 입력(R)을 구비한다. 해당 출력(Q)은 해당 반전기(45, 46, 47 및 48)를 통해 해당 D 입력에 접속된다. 유도된 클록 신호(CLKOUT)는 해당 입력이 플립플롭(41, 42)의 출력(Q)과 플립플롭(43, 44)의 반전 출력에 접속되는 AND-게이트(49)의 출력으로 활용될 수 있다. 클록(CLKIN)은, 기준 클록 발진기(24)에 의해 생성되는데, 또 다른 입력이 반전기(51)을 통해 모든 리셋 입력(R)에 접속되는 AND 게이트(50)를 통해 D 플립플롭(41)의 클록 입력(C)에 접속된다. 제어 신호(FREQ_LOW)는 장치(40)를 활성 및 비활성화한다.

도 5는 제 2 실시예의 타이밍 다이어그램을 도시한 것이다. 시간 t의 함수로 클록 신호(CLKIN, CLKOUT)와, 상기 D 플립플롭의 출력 신호(Q1, Q2, Q3, 및 Q4), 및 제어 신호(FREQ_LOW)가 도시된다. 간단하게 검증될 수 있는 바와 같이, 유도된 클록 신호(CLKOUT)는 기준 클록 발진기(24)의 12분의 1에 해당하는 주파수를 갖는다.

앞에서 언급한 점에서 보아 이후에 첨부된 청구항에 의해 정의된 것처럼, 본 발명의 사상과 범주 내에서의 다양한 변형이 이루어 질 수 있다는 점과 본 발명은 제공된 예에 한정되지 않는다는 점은 당업자에게는 자명할 것이다.

Claims

무선 주파수 부분, 기저 대역 처리 장치, 및 타이밍 제어 장치를 포함하는 배터리로 동작되는 통신 장치에 있어서, 상기 통신 장치는 상기 타이밍 제어 장치에 접속되는 연속 동작 기준 클록 발진기를 포함하며, 상기 통신 장치는 활성 모드와, 감소된 전력 대기 모드에서 동작하도록 구성되며, 상기 타이밍 제어 장치는 상기 감소된 전력 대기 모드 중에 동기를 유지하기 위한 동기 수단과 상기 기준 클록 발진기의 클록 주파수보다 더 낮은 주파수를 갖는 유도된 클록 신호를 생성하기 위한 클록 주파수 감소 수단을 포함하는 제 1 논리 블록으로 분할되는데, 상기 감소된 클록 신호는 감소된 전력 대기 모드 중에 상기 제 1 논리 블록을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리로 동작되는 통신 장치.
제 1항에 있어서, 상기 클록 주파수 감소 수단은 디바이더를 포함하는, 배터리로 동작되는 통신 장치.
제 1항에 있어서, 상기 클록 주파수 감소 수단은 클록 펄스 삭제 장치를 포함하는, 배터리로 동작되는 통신 장치.
제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 클록 주파수 감소 수단은 상기 디바이더나 상기 클록 펄스 삭제 장치에 접속되는 제 1 입력을 구비하고, 상기 기준 클록 발진기에 접속되는 제 2 입력을 구비하는 멀티플렉서를 포함하는데, 상기 멀티플렉서는 상기 제 1 논리 블록에 의해 생성된 클록 선택 신호에 의해 제어될 수 있는, 배터리로 동작되는 통신 장치.
제 1항에 있어서, 상기 기저 대역 처리 장치는 클록 입력이 상기 제 1 논리 블록에 의해 생성된 디스에이블 신호에 의해 감소된 전력 대기 모드 중에 디스에이블되는, 제 2 논리 블록을 포함하는, 배터리로 동작되는 통신 장치.
제 1항에 있어서, 상기 통신 장치의 전력 공급 전압은 대기 모드 중에 감소되는, 배터리로 동작되는 통신 장치.