KR20150112586A - 시스템-온-칩용 범용 전원 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시스템-온-칩의 종류나 전원 사양에 관계 없이 그 설정을 간단히 변경하는 것에 의해 쉽고 빠르게 해당 시스템-온-칩의 전원 장치로 사용할 수 있도록 한 시스템-온-칩용 범용 전원 장치에 관한 것이다.
본 발명의 시스템-온-칩용 범용 전원 장치는 외부 입력 전원을 서로 다른 크기의 전압을 갖는 직류 전(압)원으로 변환하는 복수의 DC-DC 컨버터; 각각의 상기 DC-DC 컨버터를 독립적으로 온/오프시키는 스위치 및 각각의 상기 DC-DC 컨버터가 온 또는 오프되도록 상기 스위치를 제어하는 제어 모듈을 포함하여 이루어지되, 상기 제어 모듈은 각각 상기 스위치를 독립적으로 온 또는 오프시키는 스위치 구동부, 상기 DC-DC 컨버터의 전원 온/오프 순서를 저장하고 있는 온/오프 순서 저장부, 각각의 상기 DC-DC 컨버터의 출력단에 연결되어 각각의 상기 DC-DC 컨버터의 출력 전압을 디지털 데이터로 변환하는 A/D 컨버터 및 SoC의 전원 온시 상기 온/오프 순서 저장부에 저장되어 있는 순서대로 상기 DC-DC 컨버터가 온되도록 상기 온/오프 구동부를 제어하되 상기 A/D 컨버터로부터 제공받은 전압값 상응 디지털 데이터에 의해 각각의 상기 DC-DC 컨버터의 정상적인 온 여부를 체크한 후에 다음 순서의 상기 DC-DC 컨버터를 온시키는 제어부를 구비하여 이루어진다.

Description

시스템-온-칩용 범용 전원 장치{universal power suppply apparatus for system on chip}
본 발명은 시스템-온-칩용 범용 전원 장치에 관한 것으로, 시스템-온-칩의 종류나 전원 사양에 관계 없이 그 설정을 간단히 변경하는 것에 의해 쉽고 빠르게 해당 시스템-온-칩의 전원 장치로 사용할 수 있도록 한 시스템-온-칩용 범용 전원 장치에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 시스템-온-칩, 즉 SoC(System on Chip)는 컴퓨터의 모든 구성요소나 다른 전자 시스템이 단일 칩에 집적되어 있는 집적회로(IC)를 일컫는바, 단일 칩에 디지털 회로, 아날로그 회로, 신호 처리 및 무선 주파수 기능 등이 모두 내장되어 있다.
그 응용 분야에 따라 차이가 있으나 통신 분야에 사용되는 SoC에는 CPU, ROM과 RAM, DSP(Digital Signal Processor), I/O 인터페이스와 직렬 인터페이스, A/D 컨버터와 D/A 컨버터, PLL(Phase Locked Loop) 및 타이머 등이 내장될 수 있다. 이러한 SoC를 이용하면 시스템의 크기가 작아지고 조립 과정도 단순해져서 초소형, 고집적, 저가격 및 사용 편의성을 모두 향유할 수가 있다.
한편, SoC는 하나의 칩에 독립적으로 개발되거나 취급되는 많은 단위 요소, 소위 IP(Intellectual Property) 블록을 포함하고 있고, 이들 각각이 서로 다른 전원, 즉 전압 또는 전류 특성을 요구하기 때문에 하나의 SoC에는 많은 종류의 상이한 전원이 사용되게 된다. 뿐만 아니라 SoC를 구성하는 IP 블록 중에는 다른 IP 블록에 앞서 동작하거나 뒤에 동작해야 하는 등으로 그 동작 순서가 중요한 경우도 있는바, 이 경우에는 해당 IP 블록의 동작 순서에 맞추어서 전원을 공급해야 한다.
그러나 종래에 SoC용 전원 장치에 따르면, 입력 직류 전(압)원을 더 낮고 상이한 직류 전(압)원으로 변환하는 복수의 DC-DC 컨버터를 사용하되, 저항이나 콘덴서 등으로 구성되는 시정수 회로나 타이머 회로에 의해 각기 다른 지연 시간을 갖는 지연 회로를 설계하여 각 DC-DC 컨버터의 동작 순서를 결정함으로써 원하는 전원 장치의 설계에 많은 시간과 노력이 요구되는 문제점이 있었다.
- 공개특허공보 10-2008-38943호(발명의 명칭 : 저전력 모드가 구비된 SoC 및 그 구동방법) - 공개특허공보 10-2000-32979호(발명의 명칭 : 프로그래머블 DC-DC 컨버터) - 등록특허공보 10-1290435호(발명의 명칭 : 마이컴 및 시스템-온-칩 간의 통신을 이용하여 소비 전력을 절감하는 장치 및 방법)
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 시스템-온-칩의 종류나 전원 사양에 관계 없이 그 설정을 간단히 변경하는 것에 의해 쉽고 빠르게 해당 시스템-온-칩의 전원 장치로 사용할 수 있도록 한 시스템-온-칩용 범용 전원 장치를 제공함을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시스템-온-칩용 범용 전원 장치는 외부 입력 전원을 서로 다른 크기의 전압을 갖는 직류 전(압)원으로 변환하는 복수의 DC-DC 컨버터; 각각의 상기 DC-DC 컨버터를 독립적으로 온/오프시키는 스위치 및 각각의 상기 DC-DC 컨버터가 온 또는 오프되도록 상기 스위치를 제어하는 제어 모듈을 포함하여 이루어지되, 상기 제어 모듈은 각각 상기 스위치를 독립적으로 온 또는 오프시키는 스위치 구동부, 상기 DC-DC 컨버터의 전원 온/오프 순서를 저장하고 있는 온/오프 순서 저장부, 각각의 상기 DC-DC 컨버터의 출력단에 연결되어 각각의 상기 DC-DC 컨버터의 출력 전압을 디지털 데이터로 변환하는 A/D 컨버터 및 SoC의 전원 온시 상기 온/오프 순서 저장부에 저장되어 있는 순서대로 상기 DC-DC 컨버터가 온되도록 상기 온/오프 구동부를 제어하되 상기 A/D 컨버터로부터 제공받은 전압값 상응 디지털 데이터에 의해 각각의 상기 DC-DC 컨버터의 정상적인 온 여부를 체크한 후에 다음 순서의 상기 DC-DC 컨버터를 온시키는 제어부를 구비하여 이루어진다.
전술한 구성에서, SoC에의 전원 투입시 상기 제어 모듈에 우선적으로 전원을 공급함으로써 상기 제어 모듈이 상기 DC-DC 컨버터의 온/오프 동작을 제어할 수 있도록 하는 제어모듈용 DC-DC 컨버터를 더 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 온/오프 순서 저장부에는 상기 DC-DC 컨버터의 온/오프 순서가 하나 또는 둘 이상으로 그룹져서 저장되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 DC-DC 컨버터 중에서 사용되는 DC-DC 컨버터만을 외부 입력 전원 라인만에 점퍼에 의해 연결하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 시스템-온-칩용 범용 전원 장치에 따르면, 시스템-온-칩의 종류나 전원 사양에 관계 없이 그 설정을 간단히 변경하는 것에 의해 쉽고 빠르게 해당 시스템-온-칩의 전원 장치로 사용할 수 있기 때문에 전원 장치를 구성하는데 소요되는 시간과 노력을 대폭 경감시킬 수가 있다.
도 1은 본 발명의 시스템-온-칩용 범용 전원 장치의 전체적인 블록 구성도.
도 2는 도 1에서 제어 모듈의 내부 기능 블록도.
도 3은 본 발명의 시스템-온-칩용 범용 전원 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도.
이하에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 시스템-온-칩용 범용 전원 장치의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 시스템-온-칩용 범용 전원 장치의 전체적인 블록 구성도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 시스템-온-칩용 범용 전원 장치는 크게 외부 입력 전원(10)을 서로 다른 크기의 전압을 갖는 직류 전(압)원으로 변환하는 복수의 DC-DC 컨버터(본 실시예에서는 7개로 설명하고 있다)(120), 각 DC-DC 컨버터(120)를 온/오프시키는 스위치(140; 141~147) 및 각 DC-DC 컨버터(120)가 온/오프되도록 스위치(140)를 제어하는 제어 모듈(100)을 포함하여 이루어질 수 있다.
전술한 구성에서, 각 DC-DC 컨버터(120)는 벅(buck) 방식의 스텝-다운 컨버터, 예를 들어 Texas Instrument사의 LMZ31710의 품번을 갖는 파워 모듈로 구현될 수 있을 것이다. 이러한 DC-DC 컨버터(120)는 최대 20V, 통상적으로는 12V의 외부 전원(10)을 0.6V ~ 5.5V까지 낮추어서 SoC(130) 내부의 각 IP 블록에 공급한다.
스위치(140)는 전자 스위치, 예를 들어 FET(Field Effect Transistor) 등으로 구현될 수 있을 것이다.
다음으로, 제어 모듈(100)은 내부에 A/D 컨버터를 구비한 마이크로 프로세서로 구현될 수 있는데, 경우에 따라서는 A/D 컨버터가 제어 모듈(100)의 외부에서 연결될 수도 있을 것이다.
도면에서 미설명 부호 110은 제어 모듈(100)에 전원을 공급하는 DC-DC 컨버터를 나타내는바, 이러한 제어 모듈용 DC-DC 컨버터(110)는 SoC(130)에의 전원 투입시 제어 모듈(100)에 우선적으로 전원을 공급함으로써 제어 모듈(100)이 나머지 DC-DC 컨버터(120)의 온/오프 동작을 제어할 수 있도록 한다.
한편, Xilinx사의 SoC 제품의 경우에 각 DC-DC 컨버터(120)는, 예를 들어 코어 전원용의 1V 출력 DC-DC 컨버터(DC-DC #1), Serdes 전원용의 1.03V 출력 DC-DC 컨버터(DC-DC #2), Serdes 또는 PLL 전원용의 1.2V 출력 DC-DC 컨버터(DC-DC #3), DDR 메모리 전원용의 1.5V 출력 DC-DC 컨버터(DC-DC #4), I/O 인터페이스 전원용의 1,8V, 2.5 V 및 3.3V DC-DC 컨버터(DC-DC #5, #6 및 #7) 등으로 이루어질 수 있다. Xilinx사의 SoC의 경우에는 내부의 IP 블록에의 전원 투입 순서가 그다지 중요하지 않기 때문에 모든 DC-DC 컨버터(120)를 동시에 동작시켜도 별 문제가 없으나 입력 전원의 부하를 줄이기 위해 각 DC-DC 컨버터(120)를 하나 또는 둘 이상의 그룹별로 순서를 부여하여 온시킬 수도 있다.
Altera사의 SoC 제품의 경우에 각 DC-DC 컨버터(120)는, 전술한 Xilinx사의 IP 블록에 대응하여, 0.9V, 1V, 1.05V, 1.5V, 1.8V, 2.5V 및 3.3V 출력의 DC-DC 컨버터가 요구될 뿐만 아니라 전원 투입 순서도 정해져 있는데, 예를 들어 0.9V와 2.5V 출력의 DC-DC 컨버터를 제일 먼저 함께 동작시키고, 1.05V, 1.5V 및 3.3V 출력의 DC-DC 컨버터를 두번째로 함께 동작시키며, 이어서 1.5V 및 1V 출력의 DC-DC 컨버터를 순차적으로 동작시킨다.
Mindspeed Technologies사의 SoC 제품의 경우에 각 DC-DC 컨버터(120)는, 전술한 Xilinx사의 IP 블록에 대응하여, 1.1V, 1.2V, 1.5V 1.8V, 1.8V, 2.5V 및 3.3V 출력의 DC-DC 컨버터가 요구될 뿐만 아니라 전원 투입 순서도 정해져 있다.
도 2는 도 1에서 제어 모듈의 내부 기능 블록도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 시스템-온-칩용 범용 전원 장치에 따르면, 제어 모듈(100)은 기능적으로 각각의 스위치(140; 141~147)를 독립적으로 온 또는 오프시키는 스위치 구동부(108), 복수의 DC-DC 컨버터(120)의 전원 온/오프 순서를 저장하고 있는 온/오프 순서 저장부(104), 각각의 DC-DC 컨버터(120)의 출력단에 연결되어 각각의 DC-DC 컨버터(120)의 출력 전압을 디지털 데이터로 변환하는 A/D 컨버터(106) 및 SoC(130)의 전원 온시 온/오프 순서 저장부(104)에 저장되어 있는 순서대로 DC-DC 컨버터(120)가 온되도록 온/오프 구동부(108)를 제어하되, A/D 컨버터(106)로부터 제공받은 전압값 상응 디지털 데이터에 의해 각 DC-DC 컨버터(120)의 정상적인 온 여부를 체크한 후에 다음 순서의 DC-DC 컨버터를 온시키는 제어부(102)를 포함하여 이루어질 수 있다.
전술한 구성에서, 각 DC-DC 컨버터(120)의 출력 전압은 그 전압 조절 단자(VADJ)에 연결되는 저항 소자(RSET)의 저항값을 적절히 설정함으로써 원하는 값으로 조정할 수 있다. 한편, 스위치(140)는 DC-DC 컨버터(120)의 특정 입력 단자, 예를 들어 INH/UVLO 단자에 연결될 수 있는데, 스위치(140)의 출력 신호가 로우 레벨에서 하이 레벨로 변화될 때 비로소 입력 전원이 원하는 출력 전압을 갖도록 감압된 후에 출력되게 된다.
도 3은 본 발명의 시스템-온-칩용 범용 전원 장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도인바, 제어부(102)를 주체로 하여 수행될 수 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 먼저 단계 S10에서는 전원이 온되었는지를 판단하는데, 전원이 온된 경우에는 단계 S20으로 진행하여 온/오프 순서 저장부(104)에 저장되어 있는 DC-DC 컨버터(120)의 동작 순서를 확인한다. 다음으로 단계 S30에서는 단계 S20에서 확인된 순서에 따라 DC-DC 컨버터 온/오프 구동부(108)에 온/오프 명령을 하달한다. 이 때 복수의 DC-DC 컨버터(120)가 동시에 온되도록 제어 명령을 하달할 수도 있을 것이다.
다음으로, 단계 S40에서는 A/D 컨버터(106)의 출력을 확인하여 전원 온 명령이 하달된 DC-DC 컨버터(120)가 정상적으로 온되었는지, 즉 해당 DC-DC 컨버터(120)로부터 원하는 전압이 출력되고 있는지를 체크한다.
단계 S40에서의 판단 결과, 해당 DC-DC 컨버터(120)가 정상적으로 온된 경우에는 단계 S70으로 진행하여 모든 DC-DC 컨버터(120)가 온되었는지를 판단하는데, 모든 DC-DC 컨버터(120)가 온된 경우에는 프로그램을 종료하는 반면에 그렇지 않은 경우에는 단계 S30으로 복귀한다. 단계 S40에서의 판단 결과, 해당 DC-DC 컨버터(120)가 정상적으로 온되지 않은 경우(출력 전압이 정격에 미치치 못하거나 기준을 훨씬 초과한 경우 포함)에는 단계 S50으로 진행하여 이상(異常)이라고 판단할 수 있는 기준 시간이 경과하였는지를 판단한다.
단계 S50에서의 판단 결과, 상기 기준 시간이 경과하지 않은 경우에는 단계 S40으로 복귀하는 반면에 경과한 경우에는 단계 S60으로 진행하여 전원 오프 명령을 하달함으로써 일단 전원을 오프(리셋)시킨 상태에서 다시 단계 S20으로 복귀하여 처음부터 전원 온/오프 명령을 하달하게 된다.
이상, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 시스템-온-칩용 범용 전원 장치의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나 이는 예시에 불과한 것이며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 변형과 변경이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다. 예를 들어, 가능한 모든 출력 전압 수만큼의 DC-DC 컨버터(120)를 준비하여 제어 모듈(100)에 연결한 상태에서 사용되는 DC-DC 컨버터와 외부 전원 라인만을 점퍼에 의해 연결하는 방식을 채택하면 원하는 전원 장치를 구성하는데 소요되는 시간과 노력을 더욱 단축시킬 수가 있다.
100: 제어 모듈, 102: 제어부,
104: 온/오프 순서 저장부, 106: A/D 컨버터,
108: 온/오프 구동부, 110: 제어 모듈용 DC-DC 컨버터,
120: IP 블록용 DC-DC 컨버터, 130: SoC,
140; 141~147: 스위치

Claims (4)

  1. 외부 입력 전원을 서로 다른 크기의 전압을 갖는 직류 전(압)원으로 변환하는 복수의 DC-DC 컨버터;
    각각의 상기 DC-DC 컨버터를 독립적으로 온/오프시키는 스위치 및
    각각의 상기 DC-DC 컨버터가 온 또는 오프되도록 상기 스위치를 제어하는 제어 모듈을 포함하여 이루어지되,
    상기 제어 모듈은 각각 상기 스위치를 독립적으로 온 또는 오프시키는 스위치 구동부, 상기 DC-DC 컨버터의 전원 온/오프 순서를 저장하고 있는 온/오프 순서 저장부, 각각의 상기 DC-DC 컨버터의 출력단에 연결되어 각각의 상기 DC-DC 컨버터의 출력 전압을 디지털 데이터로 변환하는 A/D 컨버터 및 SoC의 전원 온시 상기 온/오프 순서 저장부에 저장되어 있는 순서대로 상기 DC-DC 컨버터가 온되도록 상기 온/오프 구동부를 제어하되 상기 A/D 컨버터로부터 제공받은 전압값 상응 디지털 데이터에 의해 각각의 상기 DC-DC 컨버터의 정상적인 온 여부를 체크한 후에 다음 순서의 상기 DC-DC 컨버터를 온시키는 제어부를 구비하여 이루어진 시스템-온-칩용 범용 전원 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    SoC에의 전원 투입시 상기 제어 모듈에 우선적으로 전원을 공급함으로써 상기 제어 모듈이 상기 DC-DC 컨버터의 온/오프 동작을 제어할 수 있도록 하는 제어모듈용 DC-DC 컨버터를 더 구비한 것을 특징으로 하는 시스템-온-칩용 범용 전원 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 온/오프 순서 저장부에는 상기 DC-DC 컨버터의 온/오프 순서가 하나 또는 둘 이상으로 그룹져서 저장되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템-온-칩용 범용 전원 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 DC-DC 컨버터 중에서 사용되는 DC-DC 컨버터만을 외부 입력 전원 라인만에 점퍼에 의해 연결하는 것을 특징으로 하는 시스템-온-칩용 범용 전원 장치.
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