KR20040020916A - 전자 회로 - Google Patents

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KR20040020916A
KR20040020916A KR10-2003-7015873A KR20037015873A KR20040020916A KR 20040020916 A KR20040020916 A KR 20040020916A KR 20037015873 A KR20037015873 A KR 20037015873A KR 20040020916 A KR20040020916 A KR 20040020916A
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KR
South Korea
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circuit
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combined
series
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Application number
KR10-2003-7015873A
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Inventor
선드스트롬라스
Original Assignee
텔레폰악티에볼라겟엘엠에릭슨(펍)
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
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Abstract

전자 장치는 전원 장치를 가로질러 직렬 연결되어 있는 디지털 회로 블록들로 구분되는 디지털 회로를 구비하여, 그들 사이에서 유효 전원 전압을 공유한다. 상기 장치는 아날로그 및 디지털 회로를 포함하는 전지식 무선 통신 장치일 수 있으며, 여기서 이 장치는 상기 아날로그 회로에 공급되는 전원 전압을 제공하는 전원 장치를 포함하고, 상기 디지털 회로는 상기 전원 전압을 가로질러 직렬 연결되어 있는 2 이상의 블록들로 분리된다.

Description

전자 회로{ELECTRONIC CIRCUIT}
다수의 휴대용 전지식 장치들에서, 전력 소비는 상기 장치 성능의 중요한 요인이다. 괄호의 문서["Design techniques for low-power systems", Havinga et al, Journal of Systems Architecture 46 (2000) 1-21]는 휴대용 핸드-헬드 컴퓨터 및 무선 통신 시스템을 설계할 때의 에너지 감소 기술들을 설명하고 있다.
디지털 전자 회로들의 전체 전력 소비는 대부분 동적 전력 소비, 즉 스위칭 동작들을 수행하는데 사용되는 전력에 의한다. 이러한 동적 전력 소비, P는 다음과 같이 표현될 수 있다.
P = kㆍCㆍfㆍVSC 2
여기서, k는 회로내의 스위칭 액티비티(activity)의 양에 의존하는 상수이며, C는 회로의 등가 스위칭 커패시턴스이며, f는 클록 주파수이고, VSC는 회로 전원 전압이다.
따라서, 전력 소비를 감소시키는 하나의 방법은 필요한 전원 전압을 감소시키는 것이다.
제조 공정들의 개선으로 인하여 디지털 회로들에 필요한 전원 전압들이 감소되어, 전력 소비를 감소시켰다.
그러나, 다수의 전지식 장치들은 디지털 회로보다 더 높은 전원 전압을 종종 필요로 하는 아날로그 회로를 또한 포함한다. 그 결과, 상기 장치는 디지털 회로에 필요한 전원 전압보다 상당히 더 높은 전원 전압을 제공하는 전원을 포함해야 한다. 유효 전원 전압이 디지털 회로에 필요한 전원 전압보다 상당히 더 높을 때, 유효 전원 전압을 필요한 전원 전압으로 다운 변환시키기 위해 추가적인 장치가 삽입될 수 있다.
유효 전원 전압을 필요한 낮은 전원 전압으로 다운 변환시키는데 사용되는 추가적인 장치의 가장 바람직한 형태는 스위치 DC-DC 변환기(SDCC)이다. 그러나, 스위치 DC-DC 변환기는 몇 가지 단점들을 갖는다. 첫째, 이 장치들이 더 일반적인 대안들보다 더 효과적일 지라도, 이들은 이론적으로 사용가능한 전원 절약의 일부가 실제로 달성될 수 없다는 것을 의미하는 80-90%의 효율로 일반적으로 동작한다. 둘째, SDCC에서 나타나는 스위칭은 수 개의 경우에 무선 통신 장치의 아날로그 회로에 존재하는 신호들과 간섭될 수 있는 스퓨리어스 신호들을 발생시킨다. 세째, SDCC는 장치의 비용뿐만 아니라 이 장치에 대한 공간 요구를 증가시키는 추가적인 구성요소들을 필요로 한다.
본 발명은 전자 회로에 관한 것으로, 특히 낮은 전원 전압에서 동작될 수 있는 디지털 회로에 관한 것이다.
도 1은 본 발명을 구체화하는 제 1 전자 장치의 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명을 구체화하는 제 2 전자 장치의 개략적인 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전자 장치의 일부분에 대한 개략적인 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전자 장치의 다른 부분에 대한 개략적인 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전자 장치의 또 다른 부분에 대한 개략적인 블록도이다.
도 6은 본 발명에 따른 전자 장치의 또 다른 부분에 대한 개략적인 블록도이다.
도 7은 본 발명에 따른 전자 장치의 또 다른 부분에 대한 개략적인 블록도이다.
도 8은 본 발명에 따른 전자 장치의 또 다른 부분에 대한 개략적인 블록도이다.
도 9는 본 발명에 따른 전자 장치의 또 다른 부분에 대한 개략적인 블록도이다.
도 10은 본 발명에 따른 전자 장치의 또 다른 부분에 대한 개략적인 블록도이다.
도 11은 본 발명에 따른 전자 장치의 또 다른 부분에 대한 개략적인 블록도이다.
도 12는 본 발명에 따른 전자 장치의 또 다른 부분에 대한 개략적인 블록도이다.
도 13은 본 발명에 따른 전자 장치의 또 다른 부분에 대한 개략적인 블록도이다.
도 14는 본 발명에 따른 전자 장치의 또 다른 부분에 대한 개략적인 블록도이다.
도 15는 본 발명에 따른 전자 장치의 또 다른 부분에 대한 개략적인 블록도이다.
도 16은 본 발명에 따른 전자 장치의 또 다른 부분에 대한 개략적인 블록도이다.
도 17은 본 발명에 따른 전자 회로의 개략적인 블록도이다.
도 18은 본 발명에 따른 전자 장치의 일부분에 대한 개략적인 블록도이다.
도 19는 본 발명에 따른 전자 장치의 다른 부분에 대한 개략적인 블록도이다.
도 20은 본 발명에 따른 전자 장치의 또 다른 부분에 대한 개략적인 블록도이다.
도 21은 본 발명에 따른 전자 장치의 또 다른 부분에 대한 개략적인 블록도이다.
도 22는 본 발명에 따른 전자 장치의 또 다른 부분에 대한 개략적인 블록도이다.
본 발명의 제 1 양상에는, 전자 장치가 제공되며, 여기서 디지털 회로 블록들이 전원 장치에 직렬 연결되어, 그들 사이에서 유효 전원 전압을 공유한다.
본 발명의 바람직한 실시예에는, 아날로그 및 디지털 회로를 포함하는 전지식 무선 통신 장치가 제공되며, 여기서 상기 장치는 아날로그 회로에 공급되는 전원 전압을 제공하는 전원 장치를 포함하고, 상기 디지털 회로는 전원 전압에 직렬 연결되어 있는 2 이상의 블록들로 분리된다.
"포함한다/포함하는(comprises/comprising)"이라는 용어가 이 명세서에 사용될 때 정해진 특징들, 정수들, 단계들, 구성요소들의 존재를 지정하지만, 1 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 구성요소들 또는 이의 그룹들의 존재 또는 추가를 제외하지 않는다는 것이 강조되어야 한다.
본 발명은 전자 장치에 일반적으로 적용될 수 있고, 전력 소비가 주요 관심 대상인 장치, 특히 전지식 장치, 예컨대 휴대용 무선 장치 또는 휴대용 컴퓨팅 장치, 예컨대 이동 무선 단말기(이동 전화, 페이저, 및 커뮤니케이터를 포함함), 전자 오거나이저(organiser), 스마트폰, 개인 휴대용 정보 단말기(PDA), 또는 이와 유사한 것에 특히 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 원리를 나타내는 전자 장치(10)의 개략적인 블록도이다.
전자 장치(10)는 지정된 전원 전압(V전원)을 제공하는 전지식 전원 장치를 구비한다. 전자 장치(10)는 상기 예시된 실시예에서 디지털 회로 블록들(12, 13, 14)의 넘버(N)로 구분되는 디지털 회로를 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 회로 블록들(12, 13, 14)은 전원 전압에 직렬 연결되어 있다. 회로 블록들 각각에 대해, 전류 소비는 상기 블록의 동작에 의존한다. 따라서, N번째 회로 블록(14)에 대해, 전류 소비(ISCN)는 다음과 같이 제공된다:
ISCN= KNㆍfNㆍVSCN
여기서, KN은 회로 블록 및 등가 스위칭 커패시턴스내의 액티비티의 정도에 의존하는 상수이며, fN은 그 회로 블록의 클록 주파수이고, VSCN은 그 회로 블록의 전원 전압이다.
도 1로부터 명백해지는 바와 같이, 회로 블록들 각각에 공급된 전류가 같으므로, 전류 블록들 각각에 공급된 전압은 유효 전원 전압(V전원)의 프랙션(fraction)과, 각각의 경우에 곱(KNㆍfN)의 값에 의존하는 프랙션의 크기이다.
2개의 회로 블록들이 존재하는 경우에, 각 블록내의 전류 소비들(ISC1및 ISC2N)은 다음과 같이 제공된다:
ISC1= K1ㆍf1ㆍVSC1
및:
ISC2= K2ㆍf2ㆍVSC2
동일한 전류가 2개의 회로 블록들에 흐르기 때문에, 즉 ISC1= ISC2이기 때문에, 및 V전원= VSC1+ VSC2이기 때문에,
2개의 회로 블록들에 인가된 전압들은 이 때 다음과 같이 제공된다:
VSC2= V전원[K1f1/(K1f1+K2f2)]
및:
VSC1= V전원[K2f2/(K1f1+K2f2)]
이러한 분석은 상기 회로가 임의의 수의 블록들로 구분되는 배열들에 확장될 수 있다.
따라서, 디지털 회로가 동일한 양의 전류를 소비하는 회로 블록들로 구분되는 경우, 및 이들 블록들에 필요한 전원 전압들이 이 때 상술한 바와 같이 유효 전원 전압(V전원)을 분할함으로써 달성될 수 있는 경우, 도 1의 회로는 필요한 전원 전압들을 이들 블록들에 효과적으로 제공할 수 있다.
회로 블록들 중 어느 하나에서 액티비티의 임의의 변화는 회로 블록들 모두에 인가된 전압들의 변화, 및 상기 블록들 각각을 통해 흐르는 전류의 변화를 발생시킨다.
또한, 당업자에게 명백한 바와 같이, 이러한 분석이 디지털 회로 블록들내의 스위칭 액티비티에 의해 발생되는 전력 소비에 집중될 지라도, 수 개의 디지털 회로는 상당한 정적 전력 소비를 갖고, 이 분석은 전류 및 전압 공급에 대한 결과적인 효과를 고려하도록 확장될 수 있다.
회로 블록의 전력 소비에서의 임의의 변화들은 그 블록뿐만 아니라, 다른 회로 블록들에 인가된 전압에 영향을 준다. 이러한 변화들은 예컨대 블록내의 스위칭 액티비티의 변화들 때문에 발생한다.
디지털 신호 프로세서들과 같은 수 개의 디지털 회로들에 대해, 스위칭 액티비티의 변화들로 인한 전력 소비의 변화가 일반적으로 작아진다. 그러나, 회로 블록의 전류 소비에서, 및 그 회로 블록 또는 어떤 다른 회로 블록에 공급된 전압에서 받아들이기 어려운 큰 변화들을 발생시키는 임의의 변화가 존재하는 경우, 또는 필요한 전원 전압들을 제공하도록 회로를 구분하는 것이 가능하지 않은 경우, 전원 보정 회로들이 포함될 수 있다.
도 2는 디지털 회로가 회로 블록들(21, 22, 23)의 넘버(N)로 구분되는 일반적인 경우를 나타내는 전자 장치(20)의 개략적인 블록도이다. 또한, 상기 장치는 지정된 전원 전압(V전원)을 제공하는 전지식 전원 장치를 구비한다. 회로 블록들(21, 22, 23) 각각은 이와 직렬 연결된 개별적인 직렬 전원 보정 회로(SSCC)(24, 25, 26), 및 이와 병렬 연결된 개별적인 병렬 전원 보정 회로(PSCC)(27, 28, 29)를 구비한다.
어떤 구체적인 경우에, 디지털 회로 블록은 하나의 직렬 전원 보정 회로(SSCC), 또는 하나의 병렬 전원 보정 회로(PSCC)를 구비할 수 있거나, 또는 이 회로들과 결합되지 않을 수도 있다.
게다가, 일반적인 조건에서, 다른 회로 블록들의 바람직한 전원 전압들 및 전류들을 얻기 위해, 직렬 전원 보정 회로는 전압들을 추가 또는 제거하도록 설계될 수 있는 반면, 병렬 전원 보정 회로는 보정 전류들(Icorr)을 추가 또는 제거하도록 설계될 수 있다.
전원 보정 회로들의 일부 예들은 다음의 도면들을 참조하여 이제 설명될 것이다.
도 3은 회로 블록(31)을 도시하며, 상기 회로 블록은 이와 병렬 연결된 병렬 전원 보정 회로(32)를 구비한다. 이 경우에, 병렬 전원 보정 회로(32)는 커패시턴스(Ccor)를 포함하며, 이의 크기는 전원의 단기 변화들을 평균할 수 있도록 선택될 수 있다.
전원 보정 회로로서의 병렬 커패시터의 사용은 수 개의 방법들로 전압 전원의 변화들을 매끄럽게 하는 감결합 커패시터의 종래 사용과 유사하다. 그러나, 이러한 종래의 경우에, 감결합 커패시터는 각 회로 블록이 유효 전원 전압을 수용하기 때문에 회로 블록들 모두와 효과적으로 병렬 연결되어 있다. 이러한 상황에서, 대조적으로, 회로 블록들은 직렬로 연결되고, 병렬 커패시터는 전류 소비의 변화들에 직면하여 전압 전원을 안정화시키는데 사용된다.
도 4는 회로 블록(41)과, 이와 직렬 연결된 직렬 전원 보정 회로(42)를 도시한다. 이 경우에, 직렬 전원 보정 회로(42)는 인덕터(Lcor)를 포함하며, 이의 크기는 전원의 단기 변화들을 평균할 수 있도록 선택될 수 있다.
도 5는 회로 블록(51)과, 이와 병렬 연결된 병렬 전원 보정 회로(52)를 도시한다. 이 경우에, 병렬 전원 보정 회로(52)는 전류원을 포함하며, 이것은 블록(51)에 공급된 전압을 낮추기 위해 블록(51)과 병렬인 전류를 드로잉(draw)할 수 있도록 선택된다.
도 6은 회로 블록(61)과, 이와 병렬 연결된 병렬 전원 보정 회로(62)를 도시한다. 이 경우에, 병렬 전원 보정 회로(62)는 전류원을 포함하며, 이것은 그 블록에 공급된 전압을 증가시키기 위해 그 블록(61)과 병렬인 전류를 추가할 수 있도록 선택된다.
도 7은 회로 블록(71)과, 이와 직렬로 연결된 직렬 전원 보정 회로(72)를 도시한다. 이 경우에, 직렬 전원 보정 회로(72)는 전압원을 포함하며, 이것은 그 블록(71)에 공급된 전압을 낮추기 위해 그것을 가로질러 연결된 지정 전압을 갖도록 연결된다.
도 8은 회로 블록(81)과, 이와 직렬 연결된 직렬 전원 보정 회로(82)를 도시한다. 이 경우에, 직렬 전원 보정 회로(82)는 전압원을 포함하며, 이것은 그 블록(71)에 공급된 전압을 증가시키기 위해 지정 전압을 추가하도록 연결된다.
도 9는 도 5의 배열에 대한 더 구체적인 경우를 도시하며, 이것은 회로 블록(91)과, 이와 병렬 연결된 병렬 전원 보정 회로(92)를 구비한다. 이 경우에, 병렬 전원 보정 회로(92)는 저항체(R)의 형태인 전류 싱크를 포함한다. 보정되는 에러가 작아지고 고정된 경우, 저항체(R)는 전체 전력 소비에 관하여 상당한 단점없이 필요한 전류를 드로잉하는데 사용될 수 있다.
도 10은 도 7의 배열에 대한 더 구체적인 경우를 도시하며, 이것은 회로 블록(101)과, 이와 직렬 연결된 직렬 전원 보정 회로(102)를 구비한다. 이 경우에,직렬 전원 보정 회로(102)는 저항체(R)를 포함하며, 이 저항체는 그것을 가로질러 필요한 전압 강하를 갖는다. 게다가, 보정되는 에러가 작아지고 고정된 경우, 저항체(R)는 전체 전력 소비에 관하여 상당한 단점없이 사용될 수 있다.
도 11은 도 5의 배열에 대한 다른 변형을 도시하며, 이것은 회로 블록(111)과, 이와 병렬 연결된 병렬 전원 보정 회로(112)를 구비한다. 이 경우에, 병렬 전원 보정 회로(112)는 회로 블록(111)에 공급된 전압 및 전류가 요구되는 것을 의미하는 전류를 드로잉하기 위해, 이 보정 회로에서 다른 기능을 갖거나 또는 가질 수 없지만, 그의 회로 블록(111)을 매칭시키는 동적 전력 소비를 갖는 더미 회로(DUC), 즉 디지털 회로를 포함한다.
도 12는 도 7의 배열에 대한 다른 변형을 도시하며, 이것은 회로 블록(121)과, 이와 직렬 연결된 직렬 전원 보정 회로(122)를 구비한다. 게다가, 이 경우에, 직렬 전원 보정 회로(122)는 회로 블록(121)에 공급된 전압 및 전류가 요구되는 것을 의미하는 전원 전압을 드로잉하기 위해, 이 보정 회로에서 다른 기능을 갖거나 또는 가질 수 없지만, 그의 회로 블록(121)을 매칭시키는 동적 전력 소비를 갖는 더미 회로(DUC), 즉 디지털 회로를 포함한다.
도 11 및 도 12의 경우에, 더미 디지털 회로들(112, 122)은 이 회로에서 액티비티의 정도를 변화시킴으로써 제어될 수 있으며, 그것은 회로의 부분들을 터닝(turn)함으로써 온 또는 오프된다. 다른 예로서, 더미 디지털 회로의 클록 주파수는 더미 회로가 보상되는 전압 변화의 크기에 의해 직접 결정되는 방법으로 변경될 수 있다. 클록 주파수를 변화시키는 것은 단일 제어 신호가 클록 주파수를 변화시키는데 사용될 수 있다는 장점을 가지므로, 앞서 논의된 바와 같이 더미 디지털 회로들의 전력 소비에 영향을 준다.
디지털 회로를 회로 블록들로 구분하는 것으로 인하여 상술한 바와 같이 보상되기에 충분히 작은 에러들이 발생될 때, 도 5 내지 12에 도시되어 있는 배열들은 많은 추가적인 구성요소를 삽입하는 것없이 또는 수용할 수 없는 전력 소비의 증가를 야기시키는 것없이 일반적으로 허용될 수 있다.
그러나, 이러한 에러들이 용이하게 보상될 수 없을 때, 디지털 회로를 회로 블록들로 분할하는 방법을 선택하는 것이 바람직하며, 이 방법은 상기 문제점들을 일으키지 않는다.
이것이 가능하지 않은 경우, 상기 전원 조정 회로들은 고효율 스위치 DC-DC 변환기들(SDCCs)의 형태를 취하는 것이 바람직하다. 스위치 DC-DC 변환기들은 소정의 전압을 다른 소망하는 전압으로 다운 변환 또는 업 변환 중 어느 하나로 변환시킬 수 있고, 예컨대 전력을 전원 장치로 재순환시킬 수 있다.
스위치 DC-DC 변환기들(SDCCs)의 사용은 전력 소비를 감소시키기 위해 1 이상의 회로 블록들이 일부 시간 동안 전체적으로 스위치 오프될 수 있을 때 특히 유용하다. 그 경우에, 스위치 DC-DC 변환기의 형태인 전원 보정 회로의 사용은 다른 회로 블록들에 공급되는 전압들 또는 전류를 예정된 레벨들에서 유지하는 가장 효율적인 방법일 수 있다.
따라서, 도 13은 회로 블록(131)과, 이와 병렬 연결된 병렬 전원 보정 회로(132)를 도시한다. 이 경우에, 병렬 전원 보정 회로(132)는 스위치 DC-DC 변환기(SDCC)를 포함하며, 이것은 소비되는 임의의 전력을 메인 전원 장치로 재순환시킬 수 있다.
도 14는 회로 블록(141)과, 이와 직렬 연결된 직렬 전원 보정 회로(142)를 도시한다. 게다가, 이 경우에, 직렬 전원 보정 회로(142)는 스위치 DC-DC 변환기(SDCC)를 포함하며, 이것은 소비되는 임의의 전력을 메인 전원 장치로 재순환시킬 수 있다.
도 15는 회로 블록(151)과, 이와 병렬 연결된 병렬 전원 보정 회로(152)를 도시한다. 이 경우에, 병렬 전원 보정 회로(152)는 스위치 DC-DC 변환기(SDCC)를 포함하며, 이것은 메인 전원 장치로부터 전력을 수용하여 전류 전원 장치로 작용한다.
도 16은 회로 블록(161)과, 이와 직렬 연결된 직렬 전원 보정 회로(162)를 도시한다. 이 경우에, 직렬 전원 보정 회로(162)는 스위치 DC-DC 변환기(SDCC)를 포함하며, 이것은 메인 전원 장치로부터 전력을 수용하여 전압 전원 장치로 작용한다.
도 13 내지 16에 도시되어 있는 장치들은 스위치 DC-DC 변환기들(SDCCs)을 포함할 지라도, 이들 스위치 DC-DC 변환기들(SDCCs)은 종래의 방법으로 전원 장치 전압을 디지털 회로용 전원 전압으로 다운 변환시키는 SDCC에 의해 요구되는 것보다 훨씬 낮은 전력 레벨들에서 동작한다. 그 결과, 구성요소 크기 및 아날로그 회로의 간섭에 대한 문제점들이 마찬가지로 매우 감소된다.
상술한 도면들은 회로 블록들의 전력 소비의 예상된 변화들을 처리하도록 설계될 수 있는 전원 보정 회로들을 포함한다. 그러나, 일부의 경우에, 전력 소비의 변화들은 이러한 방법으로 처리하기에 너무 크거나, 또는 예측될 수 없다. 이러한 환경에서, 전력 소비의 변화들은 유리하게도 본 발명에서 조정가능한 전원 보정 회로들에 의해 처리될 수 있다.
도 17은 디지털 회로가 회로 블록들(171, 172, 173)의 넘버(N)로 구분되는 일반적인 경우를 나타내는 전자 장치(170)의 개략적인 블록도이다. 또한, 상기 장치는 지정된 전원 전압(V전원)을 제공하는 전지식 전원 장치를 구비한다. 회로 블록들(171, 172, 173) 각각은 이와 직렬 연결된 개별적인 직렬 전원 보정 회로(SSCC), 및 이와 병렬 연결된 개별적인 병렬 전원 보정 회로(PSCC)를 구비한다.
어떤 구체적인 경우에, 디지털 회로 블록은 하나의 직렬 전원 보정 회로(SSCC), 또는 하나의 병렬 전원 보정 회로(PSCC)를 구비할 수 있거나, 또는 이 회로들과 결합되지 않을 수도 있다.
게다가, 일반적인 조건에서, 다른 회로 블록들의 바람직한 전원 전압들 및 전류들을 얻기 위해, 직렬 전원 보정 회로는 전압들을 추가 또는 제거하도록 설계될 수 있는 반면, 병렬 전원 조정 회로는 보정 전류들을 추가 또는 제거하도록 설계될 수 있다.
그러나, 이러한 회로에서, 직렬 전원 보정 회로들(174, 185, 176) 및 병렬 전원 보정 회로들(177, 178, 179)이 조정될 수 있다. 즉, 회로 블록들(171, 172, 713) 각각은 이와 직렬 연결된 개별적인 전류 측정 회로(1741, 1751, 1761), 및 이와 병렬 연결된 개별적인 전압 측정 회로(1771, 1781, 1791)를 또한 구비한다.
전류 측정 회로(1741, 1751, 1761)로부터 얻어지는 측정값들(I1, I2, IN) 및 전압 측정 회로(1771, 1781, 1791)로부터 얻어지는 측정값들(V1, V2, VN) 각각은 프로세싱 유닛(1700)에 공급된다. 이들 측정값들을 기초로 하여, 프로세싱 유닛(1700)은 개별적인 제어 신호들(VC1, VC2, VCN)을 직렬 전원 보정 회로들(174, 185, 176)에 공급하고, 개별적인 제어 신호들(IC1, IC2, ICN)을 병렬 전원 보정 회로들(177, 178, 179)에 공급한다.
프로세싱 유닛(1700)은 마이크로프로세서를 사용하여 수행될 수 있으며, 이것은 전원 보정 회로들이 임의의 소비 변화들을 적절히 보상하기 위해 측정된 전류값 및 전압값을 기초로 하여 상기 제어 신호들을 조정하도록 소프트웨어로 제어된다. 선택적으로, 프로세싱 유닛(1700)은 전원 보정 회로의 적절한 제어를 제공하는 한 세트의 피드백 루프들일 수 있다.
어떤 구체적인 경우에, 본원에서 설명된 전원 보정 회로들의 외부 제어는 서브세트의 직렬 전원 보정 회로들에만 적용될 수 있고 또는 서브세트의 병렬 전원 보정 회로들에만 적용될 수 있다.
도 18은 회로 블록(181)과, 이와 병렬 연결된 조정가능한 병렬 전원 보정 회로(182)를 도시한다. 이 경우에, 조정가능한 병렬 전원 보정 회로(182)는 MOSFET 트랜지스터를 포함하며, 이것은 이 트랜지스터를 통해, 및 제어 블록(181)으로부터 떨어져서 소망하는 전류를 드로잉하도록 제어 신호(ICN)에 의해 제어될 수 있다.
도 19는 회로 블록(191)과, 이와 직렬 연결된 조정가능한 직렬 전원 보정 회로(192)를 도시한다. 이 경우에, 조정가능한 직렬 전원 보정 회로(192)는 MOSFET 트랜지스터를 포함하며, 이것은 이 트랜지스터를 가로질러 소망하는 전압을 가지도록 제어 신호(VCN)에 의해 제어될 수 있어서, 회로 블록(191)를 가로질러 필요한 전압 강하를 발생시킨다.
도 20 및 21은 소망하는 전원 전압 레벨들이 어떻게 유지될 수 있는지를 나타내는 도 18 및 19 각각에 예시되어 있는 것들과 유사한 회로들을 도시한다.
따라서, 도 20은 회로 블록(201)과, 이와 병렬 연결된 조정가능한 전원 보정 회로(PSCC)를 도시한다. PSCC에 의해 소비되는 전류가 제어 신호(ICN)와 단조롭게 증가하는 관계를 갖는다는 가정 아래, 제어 회로는 회로(201)를 가로지르는 전압 강하(VSCN실제)를 측정하고, 다른 입력으로서 전압 강하의 소망하는 값(VSCN소망)을 수용하는 제 2 차동 증폭기(204)에 입력 결과를 공급하는 제 1 차동 증폭기(203)를 포함할 수 있다. 제 2 차동 증폭기(204)의 출력은 이 때 제어 신호(ICN)이며, 이 신호는 피드백 루프내의 에러 신호로 작용하고 PSCC(202)가 소망하는 전류를 드로잉하게 한다. 상기 증폭기(204)의 이득은 상기 회로(201)를 가로지르는 소망하는 전압 강하가 충분한 정확도로 달성되는 한편, 피드백 루프를 위해 안정도와 같은 종래의 요구조건들을 만족시키도록 소망하는 값으로 세팅될 수 있다.
도 21은 회로 블록(211)과, 이와 병렬 연결된 조정가능한 전원 보정 회로(SSCC)를 도시한다. SSCC를 가르지르는 전압이 제어 신호(VCN)와 단조롭게 증가하는 관계를 갖는다는 가정 아래, 제어 회로는 회로(211)를 가로지르는 전압 강하(VSCN실제)를 측정하고, 다른 입력으로서 전압 강하의 소망하는 값(VSCN소망)를 수용하는 제 2 차동 증폭기(214)에 입력 결과를 공급하는 제 1 차동 증폭기(213)를 포함할 수 있다. 제 2 차동 증폭기(214)의 출력은 이 때 제어 신호(VCN)이며, 이 신호는 피드백 루프내의 에러 신호로 작용하고 SSCC(212)가 소망하는 전류를 드로잉하게 한다. 상기 증폭기(214)의 이득은 상기 회로(211)를 가로지르는 소망하는 전압 강하가 충분한 정확도로 달성되는 한편, 피드백 루프를 위해 안정도와 같은 종래의 요구조건들을 만족시키도록 소망하는 값으로 세팅될 수 있다.
본 발명에 있어서, 유효 전원을 가로질러 디지털 회로 블록들을 직렬로 연결시키는 하나의 결과는 회로 블록들이 접지에 결합되지 않는 전원 전압을 수용한다는 것이다. 예컨대, 1.5V 전원과 유효 3V 전지식 전원을 각각 필요로 하는 2개의 디지털 회로 블록들의 경우에, 회로 블록들 중 하나는 종래와 같이 0V 및 1.5V 사이에 연결되지만, 다른 회로는 1.5V 및 3V 사이에 연결된다.
그 결과, 다른 측정들이 없을 시에, 회로 블록들은 이 블록들의 입력 및 출력이 적절한 레벨들에 있지 않기 때문에, 서로, 또는 이 회로의 다른 부분들과 연결되지 않는다.
이러한 상황을 처리하기 위해, 레벨 시프팅 회로는 필요한 곳에서 사용될 수 있다.
도 22는 디지털 회로가 회로 블록들(221, 222)의 넘버(N)로 구분되는 일반적인 경우를 나타내는 전자 장치(22)의 개략적인 블록도이다. 상기 장치는 지정된 전원 전압(V전원)을 제공하는 전지식 전원 장치를 또한 구비한다. 회로 블록들(221, 222) 중 일부 또는 모두는 그것들과 직렬 연결된 개별적인 직렬 전원 보정 회로들(도시되지 않음), 및/또는 그것들과 병렬로 연결된 개별적인 전원 보정 회로(도시되지 않음)를 구비할 수 있다.
디지털 회로 블록들(221, 222) 각각은 레벨 시프터 회로(223)에 연결되며, 이것은 디지털 회로 블록들에 공급된 입력 신호들 및 디지털 회로 블록들로부터 공급된 출력 신호들이 정확한 신호 레벨들에 공급되는 것을 보장한다.
디지털 회로가 구분되는 디지털 회로 블록들은 분리 패키지들상에 있을 수 있거나, 또는 동일한 집적 회로내에 있을 수 있다.
어떤 경우에, 회로 블록들(하나를 제외함)이 회로 접지에 연결되지 않으므로, 다른 전원 라인들 사이에 아이솔레이션을 제공하는 것이 필요하다. 따라서, 집적 회로내에서의 본 발명의 수행은 트윈-웰(twin-well), 트리플-웰, 실리콘상-절연 공정 기술들, 또는 물리적 스태킹 칩 다이들을 사용함으로써 달성될 수 있다. 왜냐하면 이 공정 기술들은 필요한 아이솔레이션을 보장하기 때문이다.
본 발명은 마이크로프로세서 집적 회로의 경우에 특히 적용될 수 있다. 이러한 장치들은 전자 제품의 다른 구성요소들과 비교하여 상대적으로 고전력 소비를 종종 갖는다. 따라서, 본 발명은 마이크로프로세서의 회로들, 집적 회로의 전원 입력 핀들 사이에 직렬 연결되는 다양한 회로 블록들로 분할함으로써 수행될 수 있다. 집적 회로는 이 때 용이하게 및 효율적으로 발생될 수 있는 상대적으로 높은전원 전압을 수용할 수 있는 한편, 개별적인 회로 블록들은 전체 전력 소비를 감소시킬 수 있는 낮은 전원 전압들을 수용한다.
따라서, 효율적인 방법으로 디지털 회로들에 제공되는 감소된 전원 전압들을 허용하는 방법이 개시되어 있다.

Claims (31)

  1. 전원 장치, 및 다수의 회로 블록들을 포함하는 전자 회로에 있어서,
    상기 회로 블록들은 상기 전원 장치와 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 전원 장치, 및 다수의 회로 블록들을 포함하는 전자 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회로 블록들 중 개별적인 하나와 결합되는 1 이상의 전원 보정 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치, 및 다수의 회로 블록들을 포함하는 전자 회로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 결합된 회로 블록과 직렬 연결된 1 이상의 전원 보정 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치, 및 다수의 회로 블록들을 포함하는 전자 회로.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 결합된 회로 블록과 직렬 연결된 1 이상의 전원 보정 회로는 전압원을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치, 및 다수의 회로 블록들을 포함하는 전자 회로.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 결합된 회로 블록과 직렬 연결된 1 이상의 전원 보정 회로는 전압 싱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치, 및 다수의 회로 블록들을 포함하는 전자 회로.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 결합된 회로 블록과 직렬 연결된 1 이상의 전원 보정 회로는 저항체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치, 및 다수의 회로 블록들을 포함하는 전자 회로.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 결합된 회로 블록과 직렬 연결된 1 이상의 전원 보정 회로는 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치, 및 다수의 회로 블록들을 포함하는 전자 회로.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 결합된 회로 블록과 직렬 연결된 1 이상의 전원 보정 회로는 MOSFET를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치, 및 다수의 회로 블록들을 포함하는 전자 회로.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 결합된 회로 블록과 직렬 연결된 1 이상의 전원 보정 회로는 더미 디지털 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치, 및 다수의 회로 블록들을 포함하는 전자 회로.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 디지털 더미 회로에서 액티비티의 정도를 변화시키기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치, 및 다수의 회로 블록들을 포함하는 전자 회로.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 더미 디지털 회로의 클록 주파수를 변화시키기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치, 및 다수의 회로 블록들을 포함하는 전자 회로.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 결합된 회로 블록과 직렬 연결된 1 이상의 전원 보정 회로는 스위치 DC-DC 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치, 및 다수의 회로 블록들을 포함하는 전자 회로.
  13. 제 3 항에 있어서,
    상기 결합된 회로 블록에 공급된 전압을 검출하기 위한 수단, 및 상기 결합된 회로 블록에 공급된 상기 전압이 소정값에 도달하도록 상기 전원 공급 회로를 가로지르는 전압 강하를 제어하기 위한 피드백 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치, 및 다수의 회로 블록들을 포함하는 전자 회로.
  14. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 결합된 회로 블록과 병렬 연결된 1 이상의 전원 보정 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치, 및 다수의 회로 블록들을 포함하는 전자 회로.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 결합된 회로 블록과 병렬 연결된 1 이상의 전원 보정 회로는 전류원을 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치, 및 다수의 회로 블록들을 포함하는 전자 회로.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 결합된 회로 블록과 병렬 연결된 1 이상의 전원 보정 회로는 전류 싱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치, 및 다수의 회로 블록들을 포함하는 전자 회로.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 결합된 회로 블록과 병렬 연결된 1 이상의 전원 보정 회로는 저항체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치, 및 다수의 회로 블록들을 포함하는 전자 회로.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 결합된 회로 블록과 병렬 연결된 1 이상의 전원 보정 회로는 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치, 및 다수의 회로 블록들을 포함하는 전자 회로.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 결합된 회로 블록과 병렬 연결된 1 이상의 전원 보정 회로는 MOSFET를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치, 및 다수의 회로 블록들을 포함하는 전자 회로.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 결합된 회로 블록과 병렬 연결된 1 이상의 전원 보정 회로는 더미 디지털 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치, 및 다수의 회로 블록들을 포함하는 전자 회로.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 더미 디지털 회로에서 액티비티의 정도를 변화시키기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치, 및 다수의 회로 블록들을 포함하는 전자 회로.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 더미 디지털 회로에서 클록 주파수를 변화시키기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치, 및 다수의 회로 블록들을 포함하는 전자 회로.
  23. 제 14 항에 있어서,
    상기 결합된 회로 블록과 병렬 연결된 1 이상의 전원 보정 회로는 스위치 DC-DC 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치, 및 다수의 회로 블록들을 포함하는 전자 회로.
  24. 제 14 항에 있어서,
    상기 결합된 회로 블록에 공급된 전압을 검출하기 위한 수단, 및 상기 결합된 회로 블록에 공급된 상기 전압이 소정값에 도달하도록 상기 전원 공급 회로에 의해 드로잉된 전류를 제어하기 위한 피드백 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치, 및 다수의 회로 블록들을 포함하는 전자 회로.
  25. 제 2 항에 있어서,
    조정가능한 전원 보정 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치, 및 다수의 회로 블록들을 포함하는 전자 회로.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 조정가능한 전원 보정 회로는 상기 결합된 회로 블록의 전력 소비에 기초되어 이의 전력 소비를 변경시키는 것을 특징으로 하는 전원 장치, 및 다수의 회로 블록들을 포함하는 전자 회로.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 결합된 회로 블록의 전력 소비에 기초되어 상기 조정가능한 전원 보정 회로를 제어하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 장치, 및 다수의 회로 블록들을 포함하는 전자 회로.
  28. 유효 전원 전압을 발생시키는 전원 장치, 및 다수의 회로 블록들을 포함하는 전자 회로에 있어서,
    상기 회로 블록들은 이용가능한 전원 전압이 상기 회로 블록들 사이에서 분할되도록 상기 전원 장치에 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 유효 전원 전압을 발생시키는 전원 장치, 및 다수의 회로 블록들을 포함하는 전자 회로.
  29. 아날로그 회로, 다수의 디지털 회로 블록들, 및 전지식 전원 전압을 제공하는 전지식 전원 장치를 포함하는 휴대용 무선 통신 장치에 있어서,
    상기 전지식 전원 전압은 상기 아날로그 회로에 공급되고,
    상기 디지털 회로 블록들은 상기 전지식 전압을 가로질러 직렬 연결되는 것을 특징으로 하는 휴대용 무선 통신 장치.
  30. 마이크로프로세서 집적 회로에 있어서,
    전원 장치 입력 핀들을 구비하고, 상기 전원 장치 입력 핀들 사이에 직렬 연결되어 있는 다수의 회로 블록들을 포함하여, 상기 집적 회로는 제 1 전원 전압을 수용할 수 있고, 상기 회로 블록들은 상기 제 2 전원 전압보다 더 낮은 개별적인 제 2 전원 전압들을 수용할 수 있는 것을 특징으로 하는 마이크로프로세서 집적 회로.
  31. 전자 회로를 동작시키는 방법에 있어서,
    상기 회로내에서 다수의 회로 블록들을 한정하는 단계, 및 상기 회로 블록들을 이의 전원 장치와 직렬 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 회로를 동작시키는 방법.
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