KR20200083023A - 주파수 부스터에 기반하여 음향 잡음을 제거하는 전자장치 - Google Patents

주파수 부스터에 기반하여 음향 잡음을 제거하는 전자장치 Download PDF

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Abstract

전자장치가 개시된다. 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 전자장치는, 제1 주파수의 스위칭 신호에 기반하여 입력전압에 대한 변환전압을 생성하고, 상기 변환전압을 출력하는 스위칭 레귤레이터; 로드 장치와 제1 노드를 통해 연결되는 축전소자를 포함하고, 상기 축전소자를 이용하여 상기 변환전압을 안정화시킴으로써 로드 전압을 생성하고, 상기 로드 전압을 상기 로드 장치로 출력하는 안정화 회로; 상기 로드 전압의 주파수를 센싱하고, 상기 주파수에 대한 센싱 정보를 출력하는 주파수 센싱 회로; 및 상기 센싱 정보에 기반하여 상기 제1 노드와 연결되는 제1 전류 패스를 형성하는 주파수 부스터 회로를 포함할 수 있다.

Description

주파수 부스터에 기반하여 음향 잡음을 제거하는 전자장치{ELECTRONIC DEVICE THAT REMOVES ACOUSTIC NOISE BASED ON FREQUENCY BOOSTER}
본 개시의 기술적 사상은 전자장치에 관한 것으로서, 상세하게는 주파수 부스터에 기반하여 음향 잡음을 제거하는 전자장치에 관한 것이다.
세라믹 재료를 사용하는 전자 부품으로 커패시터, 인덕터, 압전 소자, 바리스터 및 서미스터 등이 있다. 이 중, 커패시터는 전기 용량을 전기적 퍼텐셜 에너지로 저장하는 장치이다. 이러한 세라믹 전자 부품 중 적층 세라믹 커패시터(MLCC, Multi-Layer Ceramic Capacitors)는 전자회로에서 일시적으로 전하를 충전하고 노이즈를 제거하는 일반적 타입의 커패시터이다. 적층 세라믹 커패시터는 액정표시장치(LCD) 및 플라즈마 표시장치 패널 등 영상기기, 컴퓨터, 모바일 기기 등 다수 전자 제품의 회로 기판에 장착되어 전압을 충전시키거나 또는 방전시키는 역할을 하는 칩 형태의 커패시터이다. 이러한 적층 세라믹 커패시터는 압전 특성에 의해 발생하는 기계적 진동의 음향 잡음(Acoustic Noise)가 발생한다.
본 개시의 기술적 사상은 적층 세라믹 커패시터를 포함하는 전자장치에 관한 것으로서, 적층 세라믹 커패시터 고유의 물리적 특성에 따른 음향 잡음을 감쇠하도록 구성된 전자장치를 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 기술적 사상의 일 측면에 따른 전자장치는, 제1 주파수의 스위칭 신호에 기반하여 입력전압에 대한 변환전압을 생성하고, 상기 변환전압을 출력하는 스위칭 레귤레이터; 로드 장치와 제1 노드를 통해 연결되는 축전소자를 포함하고, 상기 축전소자를 이용하여 상기 변환전압을 안정화시킴으로써 로드 전압을 생성하고, 상기 로드 전압을 상기 로드 장치로 출력하는 안정화 회로; 상기 로드 전압의 주파수를 센싱하고, 상기 주파수에 대한 센싱 정보를 출력하는 주파수 센싱 회로; 및 상기 센싱 정보에 기반하여 상기 제1 노드와 연결되는 제1 전류 패스를 형성하는 주파수 부스터 회로를 포함할 수 있다.
한편, 본 개시의 기술적 사상의 다른 일 측면에 따른 전자장치는, 제1 단자(terminal) 및 제2 단자를 포함하고, 상기 제2 단자를 통해 수신한 피드백 전압에 기반하여 가변하는 주파수를 갖는 스위칭 신호 및 입력전압에 기반하여 출력전압을 생성하는 전압 레귤레이터; 상기 제1 단자에 연결되고, 적층 세라믹 커패시터를 포함하고, 상기 적층 세라믹 커패시터에 상기 출력 전압을 충/방전 함으로써 제1 노드에 로드 전압을 출력하는 안정화 회로; 및 상기 제1 노드에 연결되고, 상기 로드 전압의 주파수에 기반하여 턴-온/턴-오프가 제어되는 주파수 부스터 스위치를 포함하는 주파수 부스터 회로를 포함할 수 있다.
한편, 본 개시의 기술적 사상의 또 다른 일 측면에 따른 전자장치는, 제1 노드에 연결된 로드 장치; 스위칭 신호를 생성하고, 상기 스위칭 신호 및 입력전압에 기반하여 출력전압을 생성하는 전압 레귤레이터; 일 단이 상기 제1 노드에 연결되고, 상기 출력전압에 따라 충/방전됨으로써 로드 전압을 생성하는 적층 세라믹 커패시터; 상기 로드 전압의 주파수에 기반하여 부스터 제어신호를 출력하는 주파수 컨트롤러; 및 상기 제1 노드에 연결되고, 상기 부스터 제어신호에 기반하여 상기 제1 노드와 연결되는 제1 전류 패스를 형성하도록 구성되는 주파수 부스터 회로를 포함할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 전자장치는, 주파수 부스터 회로의 제어에 따라 로드 전압의 주파수를 적층 세라믹 커패시터의 고유 주파수와 상이하도록 제어함으로써, 상기 음향 잡음을 용이하게 감쇠할 수 있다. 이로써, 전자 장치의 사용자로 하여금 소음 등에 의한 불편을 경감시킬 수 있다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 전자장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 전자장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 축전 소자의 일 예를 설명하는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 전압 레귤레이터의 구체적 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 전자장치의 동작을 설명하기 위한 순서도를 도시한다.
도 6은 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 로드 전압의 주파수 조정 동작의 일 예를 나타내는 순서도를 도시한다.
도 7은 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 주파수 제어의 일 예를 설명하는 타이밍도를 도시한다.
도 8은 본 개시의 다른 예시적 실시 예에 따른 전자장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 개시의 다른 예시적 실시 예에 따른 전자장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 개시의 다른 예시적 실시 예에 따른 전자장치를 나타내는 블록도이다.
도 11은 본 개시의 다른 예시적 실시 예에 따른 전자장치를 나타내는 블록도이다.
도 12는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 전자장치의 동작을 설명하기 위한 순서도를 도시한다.
도 13은 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 모바일 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 전자장치를 나타내는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 전자장치(10)는 전원 관리 칩(Power Management Integrated Circuit, PMIC)(100), 안정화 회로(200), 주파수 부스터 회로(300) 및 로드 장치(LD)를 포함할 수 있다. 안정화 회로(200)는 전원 관리 칩(100)과 로드 장치(LD) 사이에 연결되고, 안정화 회로(200), 주파수 부스터 회로(300) 및 로드 장치(LD)는 제1 노드(NL)를 통해 상호 연결될 수 있다.
전자장치(10)는 외부 전원 또는 내부 전원(예를 들어, 배터리)으로부터 공급된 입력전압(VIN)에 기반하여 각종 동작을 수행하는 임의의 전자장치를 지칭할 수 있다. 전자장치(10)는, 비제한적인 예시로서, 모바일 폰, 랩탑 컴퓨터, 웨어러블 기기, 휴대형 미디어 플레이어, 태블릿 PC, e-book 리더 등과 같은 휴대형 장치일 수도 있고, 데스크탑 컴퓨터, 서버, 텔레비전 셋탑 박스, 비디오 게임용 콘솔 등과 같은 고정형 장치일 수도 있다.
예를 들어, 전자장치(10)에 구비된 로드 장치(LD)는 입력전압(VIN)에 기반하여 전원 관리 칩(100)으로부터 출력된 전원에 기반하여 각종 동작을 수행하는 SoC(System on Chip)일 수 있다. SoC는 프로세서, 메모리, 및 임의의 수의 기능성 블록들을 포함할 수 있다. 일 예로, 로드 장치(LD)는 마이크로프로세서, 응용 주문형 집적 회로(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), 필드-프로그램가능 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA)를 포함할 수 있다. 일 예로, 로드 장치(LD)는 그래픽 처리, 오디오 처리, 또는 무선 통신과 같은 특정 기능 또는 관련된 기능들을 수행하도록 설계된, 코-프로세서일 수 있다.
전원 관리 칩(100)은 외부 전원 또는 내부 전원으로부터 입력전압(VIN)을 수신하고, 전원관리 정보에 따라 로드 장치(LD)로 다양한 레벨의 동작 전압들을 제공할 수 있다. 전원 관리 칩(100)은 전원관리 정보를 저장하는 레지스터들(미도시)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전원관리 정보는 전원관리 모드(예컨대, 정상 모드, 슬립 모드, 저전력 모드)에 따라 상이할 수 있다. 또한, 전원관리 정보는 로드 장치(LD)로부터 제공될 수도 있다.
안정화 회로(200)는 전원 관리 칩(100)으로부터 생성된 출력전압(VOUT)을 안정화함으로써 로드 전압(VL)을 생성하고, 로드 전압(VL)을 로드 장치(LD)로 출력할 수 있다. 안정화 회로(200)는 축전소자(220)를 포함하고, 축전소자(220)를 이용하여 출력전압(VOUT)을 안정화시킬 수 있다. 예시적 실시 예에 있어서, 축전소자(220)는 적층 세라믹 커패시터(Multi Layer Ceramic Capacitor, MLCC)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전원 관리 칩(100)은 전압 레귤레이터(110), 주파수 센싱 회로(120) 및 주파수 컨트롤러(130)를 포함할 수 있다. 전압 레귤레이터(110)는 수신한 입력전압(VIN)을 변환함에 따라 출력전압(VOUT)을 생성할 수 있다.
예시적 실시 예에 있어서, 전압 레귤레이터(110)는 소정의 주파수를 갖는 스위칭 신호에 기반하여 입력전압(VIN)을 변환하는 스위칭 레귤레이터일 수 있다. 전압 레귤레이터(110)는 하나 이상의 스위치를 포함하는 스위치-모드 파워 서플라이(switch-mode power supply, SMPS)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전압 레귤레이터(110)는 벅 변환기(buck converter), 부스트 변환기(boost converter), 벅-부스트 변환기(buck-boost converter), 플라이백 변환기(flyback converter) 및 포워드 변환기(forward converter) 등의 변환기 구조 중 적어도 하나를 포함하는 DC-DC 변환기(DC-DC converter)를 구비할 수 있다.
예시적 실시 예에 있어서, 전압 레귤레이터(110)는 로드 전압(VL)에 기반하여 형성된 피드백 전압을 수신하고, 이에 기반하여 스위칭 주파수를 조정할 수 있다. 일 예로, 전압 레귤레이터(110)는 펄스 주파수 변조(Pulse Frequency Modulation, PFM) 방식에 기반하여, 스위칭 신호로서 펄스 신호를 출력할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 전압 레귤레이터(110)는 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, PWM) 방식에 기반하여 스위칭 신호를 출력할 수도 있다.
주파수 센싱 회로(120)는 로드 장치(LD)로 인가되는 로드 전압(VL)의 주파수를 센싱하고, 이에 따른 주파수 센싱 정보를 출력할 수 있다. 예를 들어, 주파수 센싱 회로(120)에서 출력된 주파수 센싱 정보는 주파수 부스터 회로(300)의 동작 제어를 위한 부스터 제어신호(CTRL_B)의 기반이 될 수 있다.
예시적 실시 예에 있어서, 주파수 센싱 회로(120)는 축전소자(220)의 잡음 발생 여부를 측정한 측정 장치(미도시)로부터 출력된 인에이블 신호(EN)에 따라 주파수 센싱 동작을 수행할 수 있다. 일 예로, 축전소자(220)가 적층 세라믹 커패시터를 포함하고, 측정 장치(미도시)는 적층 세라믹 커패시터의 음향 잡음(acoustic noise) 발생 여부를 측정할 수 있다. 측정 장치(미도시)는 음향 잡음이 발생한 경우 인에이블 신호(EN)를 활성화하고, 주파수 센싱 회로(120)는 활성화 된 인에이블 신호(EN)에 기반하여 주파수 센싱 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 측정 장치(미도시)는 로드 장치(LD)에 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
주파수 컨트롤러(130)는 주파수 센싱 회로(120)로부터 주파수 센싱 정보를 수신하고, 이에 기반하여 주파수 부스터 회로(300)를 제어하는 부스터 제어신호(CTRL_B)를 출력할 수 있다. 예시적 실시 예에 있어서, 주파수 센싱 정보에 따라 로드 전압(VL)의 주파수가 가청 주파수대(audio frequency band) 이내인 경우, 주파수 컨트롤러(130)는 주파수 부스터 회로(300)가 제1 노드(NL)와 연결되는 전류 패스를 형성하도록 부스터 제어신호(CTRL_B)를 출력할 수 있다. 가청 주파수대는, 예를 들어 20Hz~20kHz 대역일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 가청 주파수대는 다양하게 변형이 가능함을 당업자는 충분히 이해할 것이다.
예시적 실시 예에 있어서, 주파수 컨트롤러(130)는 주파수 센싱 정보에 기반하여 부스터 제어신호(CTRL_B)의 셋팅 값을 저장하는 메모리일 수 있다. 다른 예시적 실시 예에 있어서, 주파수 컨트롤러(130)는 주파수 센싱 정보에 기반하여 동적으로 부스터 제어신호(CTRL_B)를 가변하여 출력하는 회로일 수도 있다.
주파수 부스터 회로(300)는 제1 노드(NL)에 연결되고, 부스터 제어신호(CTRL_B)에 기반하여 동작할 수 있다. 예시적 실시 예에 있어서, 주파수 부스터 회로(300)는 부스터 제어신호(CTRL_B)에 기반하여 제1 노드(NL)와 연결되는 전류 패스를 형성할 수 있다. 일 예로, 주파수 부스터 회로(300)는 제1 노드(NL)에 연결된 저항 소자 및 저항 소자에 연결된 주파수 부스터 스위치를 포함할 수 있다. 주파수 부스터 회로(300)에 구비된 주파수 부스터 스위치는 부스터 제어신호(CTRL_B)에 기반하여 턴-온/턴-오프가 제어될 수 있다.
예를 들어, 축전소자(220)가 적층 세라믹 커패시터를 포함하고, 로드 전압(VL)의 주파수와 적층 세라믹 커패시터의 고유 주파수가 공진되는 경우, 주파수 부스터 회로(300)는 부스터 제어신호(CTRL_B)에 기반하여 제1 노드(NL)에 연결되는 전류 패스를 형성할 수 있다. 이에 따라, 안정화 회로(200)에서 제1 노드(NL)쪽으로 흐르는 전류가 다소 증가하고, 이를 피드백한 전압 레귤레이터(110)는 가변된 스위칭 주파수에 따라 출력전압(VOUT)을 생성할 수 있다. 이로써, 로드 전압(VL)의 주파수는 적층 세라믹 커패시터의 고유 주파수와 상이하도록 제어될 수 있다.
예를 들어, 가청 주파수대 이내의 주파수를 갖는 로드 전압(VL)이 적층 세라믹 커패시터의 고유 주파수와 공진되는 경우, 적층 세라믹 커패시터 고유의 압전(piezo-electric)특성에 의해 음향 잡음이 발생할 수 있다. 본 개시의 기술적 사상에 따른 전자장치는 주파수 부스터 회로(300)의 제어에 따라 로드 전압(VL)의 주파수를 적층 세라믹 커패시터의 고유 주파수와 상이하도록 제어함으로써, 상기 음향 잡음을 용이하게 감쇠할 수 있다. 이로써, 전자 장치(10)의 사용자로 하여금 소음 등에 의한 불편을 경감시킬 수 있다.
본 실시 예에서는 주파수 센싱 회로(120) 및 주파수 컨트롤러(130)가 전원 관리 칩(100)에 포함되는 것으로 설명되었으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시 예에서, 주파수 센싱 회로(120) 및 주파수 컨트롤러(130) 중 적어도 하나는 전원 관리 칩(100)과 별도의 구성으로 구비될 수 있다. 또한, 본 실시 예에서는 주파수 부스터 회로(300)가 전원 관리 칩(100)과 별도의 구성인 것으로 설명되었으나, 다른 실시 예에서, 주파수 부스터 회로(300)는 전원 관리 칩(100)에 포함된 구성으로서 구현될 수도 있다.
도 2는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 전자장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 전압 레귤레이터(110)는 제1 단자(terminal)(T1)를 통해 출력전압(VOUT)을 제공하고, 제2 단자(T2)를 통해 피드백 전압(VFB)을 수신할 수 있다. 제1 단자(T1)는 안정화 회로(200)와 연결되고, 제2 단자(T2)는 제1 저항(R1)의 일 측 및 제2 저항(R2)의 일 측에 연결될 수 있다.
안정화 회로(200)는 인덕터(210) 및 축전소자(220)를 포함할 수 있다. 인덕터(210)의 일 단은 제1 단자(T1)에 연결되고, 다른 일 단은 제1 노드(NL)에 연결될 수 있다. 또한, 축전소자(220)의 일 단은 제1 노드(NL)에 연결되고, 다른 일 단은 그라운드(ground)에 연결될 수 있다.
제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)은 전압 레귤레이터(110)의 로드 전압(VL)에 대한 피드백 경로를 형성할 수 있다. 제1 저항(R1)의 일 측은 제1 노드(NL)에 연결되고, 다른 일 단은 제2 단자(T2)에 연결될 수 있다. 또한, 제2 저항(R2)의 일 단은 제2 단자(T2)에 연결되고, 다른 일 단은 그라운드에 연결될 수 있다. 이에 따라, 제2 단자(T2)를 통해 입력되는 피드백 전압(VFB)은, 로드 전압(VL)이 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)에 의해 분배됨으로써 형성될 수 있다.
예시적 실시 예에 있어서, 주파수 부스터 회로(300)는 주파수 부스터 스위치(310) 및 저항 소자(320)를 포함할 수 있다. 주파수 부스터 스위치(310)는 트랜지스터로서, 일 단에는 그라운드가 연결되고, 다른 일 단에는 저항 소자(320)가 연결되며, 게이트 단은 주파수 컨트롤러(130)가 연결될 수 있다. 저항소자(320)의 일 단은 주파수 부스터 스위치(310)에 연결되고, 다른 일 단은 제1 노드(NL)에 연결될 수 있다.
주파수 센싱 회로(120)는 인에이블 신호(EN)에 기반하여 주파수 센싱 동작을 수행할 수 있다. 예시적 실시 예에 있어서, 인에이블 신호(EN)는 축전소자(220)의 음향 잡음을 측정한 측정 장치(미도시)로부터 출력될 수 있다. 일 예로, 축전소자(220)가 적층 세라믹 커패시터를 포함하고, 로드 전압(VL)의 주파수가 가청 주파수대 내에서 적층 세라믹 커패시터 고유 주파수와 공진함에 따라 음향 잡음이 측정될 수 있다. 공진 주파수는 하나 이상의 하모닉(Harmonic) 성분을 포함할 수 있다. 이로써 측정 장치는 인에이블 신호(EN)를 활성화하고, 인에이블 신호(EN)가 활성화 됨에 응답하여, 주파수 센싱 회로(120)는 로드 전압(VL)의 주파수를 센싱할 수 있다.
주파수 센싱 회로(120)는 센싱에 따라 생성된 주파수 센싱 정보(F_INF)를 주파수 컨트롤러(130)로 출력할 수 있다. 주파수 컨트롤러(130)는 주파수 센싱 정보(F_INF)에 기반하여 주파수 부스터 스위치(310)의 게이트 단에 인가되는 부스터 제어신호(CTRL_B)를 출력할 수 있다.
예시적 실시 예에 있어서, 주파수 부스터 스위치(310)가 부스터 제어신호(CTRL_B)를 수신함에 따라 턴-온 됨으로써, 제1 노드(NL)와 그라운드 사이에 전류 패스가 형성될 수 있다. 다시 말해서, 부스터 제어신호(CTRL_B)의 제어에 기반하여, 저항소자(320) 및 주파수 부스터 스위치(310)를 포함하는 전류 패스가 형성될 수 있다.
로드 전압(VL)의 주파수와 적층 세라믹 커패시터 고유 주파수가 공진하는 중 전류 패스가 형성됨에 따라 제1 노드(NL)에서 보이는 로드(load)가 로드 장치(LD)보다 커질 수 있다. 주파수 부스터 회로(300)의 전류 패스에 따른 전류 및 전압 변화는 제1 및 제2 저항(R1, R2)을 포함한 피드백 경로를 통해 전압 레귤레이터(110)로 전달될 수 있다. 예시적 실시 예에 있어서, 전압 레귤레이터(110)는 스위칭 컨트롤러를 포함하고, 피드백 전압(VFB)에 기반한 스위칭 컨트롤러의 제어에 따라 가변된 주파수로 출력전압(VOUT)을 생성할 수 있다. 여기서 가변된 주파수란, 공진 주파수들 사잇값으로, 공진을 회피할 수 있는 최소 주파수(또는, 최소 로드(Load))를 의미할 수 있다. 이로써, 로드 전압(VL)의 주파수는 축전소자(220)의 고유 주파수와 상이하게 제어될 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 축전 소자의 일 예를 설명하는 도면이다. 예를 들어, 도 3a 내지 도 3c의 축전 소자(220)는 적층 세라믹 커패시터일 수 있다.
도 3a를 참조하면, 축전 소자(220)는 로드 전압(VL)이 인가되는 제1 전도체(222), 유전체(224) 및 그라운드와 연결되는 제2 전도체(226)를 포함할 수 있다. 제1 전도체(222) 및 제2 전도체(226)는 유전체(224)에 의해 서로 격리될 수 있다. 예를 들어, 도 3a는 로드 전압(VL)으로 공칭 전압(nominal voltage)이 인가되는 경우의 축전 소자(220)의 형태를 도시할 수 있다.
제1 및 제2 전도체(222, 226)는 유전체(224)에 의해 분리된 다수의 금속 층들을 포함할 수 있다. 제1 전도체(222)를 구성하는 금속 층들은 축전 소자(220)의 일 단부 상에서 상호 연결될 수 있고, 제2 전도체(226)를 구성하는 금속 층들은 반대쪽 단부 상에서 상호 연결될 수 있다. 금속 층들은, 제1 및 제2 전도체(222, 226) 사이에서 교번적으로 배치될 수 있다. 본 실시 예에서는 제1 및 제2 전도체(222, 226) 각각에 포함된 금속 층들이 7개인 것으로 도시되나, 이는 설명의 편의를 위한 것일뿐 금속 층의 개수는 이보다 많거나 더 적을 수 있다. 예를 들어, 금속 층들의 개수는, 축전 소자(220)의 용량 값을 결정하는 하나의 인자일 수 있다.
유전체(224)는 세라믹 등(예를 들어, 티탄산 바륨 또는 산화 티타늄) 비-전도체 재료로서 생성될 수 있다. 축전 소자(220)의 특성들 중 일부를 조정하기 위하여, 유전체(224)를 위한 재료로서, 예를 들어, 티탄산 바륨, 규산 알루미늄, 규산 마그네슘, 산화 티타늄, 망간, 및 지르코늄 중 적어도 하나의 첨가제들이 사용될 수 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 유전체(224)는 인가되는 전압(로드 전압(VL))이 안정적인 경우, 제1 및 제2 전도체(222, 226) 사이에서 균일한 두께를 가질 수 있다.
도 3b는 인가되는 로드 전압(VL)이 공칭 전압에서 소정의 전압만큼 강하하는 경우 축전 소자(220)를 도시한다. 도 3b를 참조하면, 축전 소자(220)에 인가되는 전압(로드 전압(VL))이 공칭 전압에서 소정의 전압만큼 강하하는 경우, 유전체(224)는 수축할 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 전도체(222, 226) 사이에 형성된 유전체(224)의 두께는 감소될 수 있다. 유전체(224)는 수축함에 따라 질량 중심이 시프트 될 수 있고, 이러한 물리력은 축전 소자(220)가 부착될 수 있는 회로 기판으로 전달될 수 있다.
도 3C는 인가되는 로드 전압(VL)이 공칭 전압에서 소정의 전압만큼 상승하는 경우 축전 소자(220)를 도시한다. 도 3c를 참조하면, 축전 소자(220)에 인가되는 전압(로드 전압(VL))이 공칭 전압에서 소정의 전압만큼 상승하는 경우, 유전체(224)는 팽창할 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 전도체(222, 226) 사이에 형성된 유전체(224)의 두께는 증가할 수 있다. 유전체(224)는 팽창함에 따라 질량 중심이 시프트 될 수 있고, 이러한 물리력은 축전 소자(220)가 부착될 수 있는 회로 기판으로 전달될 수 있다.
상기와 같이, 축전 소자(220)가 적층 세라믹 커패시터를 포함하고, 축전 소자(220)에 스위칭 전압이 인가되는 경우, 주기적인 전압의 변화는 제1 및 제2 전도체(222, 226) 사이 형성된 유전체(224)의 두께를 팽창 또는 수축시킴으로써 축전 소자(220)가 진동하는 결과를 발생시킬 수 있다. 특히, 축전 소자(220)에 인가되는 전압(로드 전압(VL))의 주파수가 적층 세라믹 커패시터의 고유 주파수와 공진될 경우, 상기 주파수가 가청 주파수대 이내라면 음향 잡음이 발생할 수 있다. 또한, 주파수가 가청 주파수대 밖에 있더라도, 이러한 진동은 축전 소자(220)가 부착된 기판 부근에 응력을 가할 수 있고, 이에 따라 파손이나 물리적 고장을 야기할 수도 있다. 본 개시의 기술적 사상에 따른 전자장치(10)는 주파수 부스터 회로(300)를 구비함으로써, 로드 전압(VL)의 주파수와 적층 세라믹 커패시터의 고유 주파수의 공진을 방지하도록 조정함으로써 상기 음향 잡음이나 물리적 고장을 방지할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 전압 레귤레이터의 구체적 구성을 나타내는 도면이다.
도 4a를 참조하면, 전압 레귤레이터(110)는 PFM 컨트롤러(112), 게이트 드라이버(114), 스위치 소자(115) 및 다이오드(116)를 포함할 수 있다. 본 실시 예에서는 전압 레귤레이터(110)가 스위칭 컨트롤러로서 PFM 컨트롤러(112)를 구비하고 PFM 방식으로 동작하는 것으로 설명되나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 4b를 참조하면, 전압 레귤레이터(110)는 스위칭 컨트롤러로서 PWM 컨트롤러(113)를 구비하고 PWM 방식으로 동작할 수도 있다.
다시 도 4a를 참조하면, 스위치 소자(115)는 일 단(예를 들어, 드레인 단)에 입력전압(VIN)이 연결되고, 다른 일 단(예를 들어, 소스 단)에 다이오드(116)가 연결될 수 있다. 스위치 소자(115)의 게이트 단은 게이트 드라이버(114)에 연결되고, 스위치 소자(115)는 게이트 드라이버(114)로부터 인가되는 게이트 전압에 따라 턴-온 될 수 있다. 스위치 소자(115)는 턴-온 됨에 따라, 제1 단자(T1)를 통해 출력전압(VOUT)을 제공할 수 있다.
PFM 컨트롤러(112)는 제2 단자(T2)를 통해 피드백 전압(VFB)을 수신할 수 있다. 예시적 실시 예에 있어서, PFM 컨트롤러(112)는 피드백 전압(VFB)에 기반하여 조정한 주파수의 펄스 신호(PF)를 게이트 드라이버(114)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 주파수 컨트롤러(130)의 제어에 따라 주파수 부스터 회로(300)에 전류 패스가 형성된 경우, 피드백 전압(VFB)으로서 이에 대한 정보를 수신한 PFM 컨트롤러(112)는 펄스 신호(PF)의 주파수를 다소 높여서 출력할 수 있다.
도 5는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 전자장치의 동작을 설명하기 위한 순서도를 도시한다.
도 5를 참조하면, 축전 소자(220)에 음향 잡음이 발생하였는지 여부가 측정될 수 있다(S10). 예를 들어, 축전 소자(220)는 적층 세라믹 커패시터를 포함하고, 적층 세라믹 커패시터는 고유의 압전 특성에 따라 음향 잡음이 발생할 수도 있다. 예시적 실시 예에 있어서, 전자장치(10)의 로드 장치(LD)에 포함된 측정 장치를 통해, 음향 잡음 발생 여부가 측정될 수 있다. 상기 측정 장치는, 예를 들어 어플리케이션을 이용한 프로세서일 수 있다.
축전 소자(220)에서 음향 잡음이 발생한 것으로 측정된 경우, 로드 장치(LD)에 인가되는 로드 전압(VL)의 주파수가 센싱될 수 있다(S20). 로드 전압(VL)의 주파수 센싱 동작은 주파수 센싱 회로(120)에서 수행될 수 있다. 예시적 실시 예에 있어서, S10 단계의 측정 장치는 음향 잡음이 발생한 것으로 측정한 경우, 활성화된 인에이블 신호(EN)를 주파수 센싱 회로(120)로 출력할 수 있다. 주파수 센싱 회로(120)는 인에이블 신호(EN)에 기반하여 로드 전압(VL)의 주파수를 센싱하고, 주파수 센싱 정보(F_INF)를 생성할 수 있다. 주파수 센싱 회로(120)는 주파수 센싱 정보(F_INF)를 주파수 컨트롤러(130)로 출력할 수 있다.
다음, 로드 전압(VL)에 대한 센싱 주파수에 기반하여 주파수 부스터 회로(300)가 제어될 수 있다(S30). 예를 들어, 주파수 부스터 회로(300)는 주파수 부스터 스위치(310) 및 저항 소자(320)를 포함하고, 주파수 컨트롤러(130)는 주파수 센싱 정보(F_INF)에 기반하여 부스터 제어신호(CTRL_B)를 출력함으로 주파수 부스터 스위치(310)의 턴-온 시킬 수 있다. 이로써, 제1 노드(NL)에 연결되는 전류 패스가 형성되고, 제1 노드(NL)에서 바라본 등가 로드가 증가할 수 있다. 제1 노드(NL)로 인가되는 전류의 증가는 피드백 경로를 통한 피드백 전압(VFB)으로 전압 레귤레이터(110)에 전달되고, 전압 레귤레이터(110)는 스위칭 주파수를 가변하여 출력전압(VOUT)을 생성할 수 있다. 이로써, 로드 전압(VL)의 주파수와 적층 세라믹 커패시터의 고유 주파수 간 공진이 방지되고 음향 잡음이 감쇠될 수 있다.
도 6은 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 로드 전압의 주파수 조정 동작의 일 예를 나타내는 순서도를 도시한다. 도 6은, 예를 들어 주파수 컨트롤러(130)의 동작에 대한 순서도일 수 있다.
도 6을 참조하면, 로드 전압(VL)에 대한 센싱 주파수가 제1 기준 주파수 이하인지 여부가 판단될 수 있다(S100). 예시적 실시 예에 있어서, 주파수 컨트롤러(130)는 주파수 센싱 정보(F_INF)에 기반하여, 로드 전압(VL)에 대한 센싱 주파수와 제1 기준 주파수를 비교할 수 있다. 제1 기준 주파수는, 예를 들어 가청 주파수대에서 최대 주파수(예를 들어, 20kHz)일 수 있다. 다만, 이는 하나의 실시 예일 뿐, 제1 기준 주파수는 다양하게 설정될 수 있다.
예를 들어, 센싱 주파수가 가청 주파수대보다 큰 주파수를 갖는 경우, 사용자는 음향 잡음을 인지하지 못하므로 주파수 컨트롤러(130)는 주파수 부스터 회로(300)에 대한 별도의 제어를 하지 않을 수 있다. 다시 말해서, 센싱 주파수가 가청 주파수대보다 큰 주파수를 갖는 경우, 주파수 부스터 회로(300)는 별도의 전류 패스를 생성하지 않을 수 있다(또는, 주파수 부스터 스위치(310) 턴-오프).
센싱 주파수가 제1 기준 주파수 이하인 경우, 로드 전압(VL)에 대한 센싱 주파수가 제2 기준 주파수와 실질적으로 동일한 지 여부(또는, 근사적으로 동일한 지 여부)가 판단될 수 있다(S110). 예를 들어, 제2 기준 주파수는 제1 기준 주파수 이하의 주파수로서, 다양하게 설정될 수 있다. 본 실시 예에서는 설명의 편의를 위하여, 센싱 주파수가 하나의 제2 기준 주파수와 동일한 지 여부를 판단하는 것으로 설명되나, 센싱 주파수는 부스터 스위치의 제어를 위해 다수의 주파수들과 동일 여부가 판단될 수 있다.
음향 잡음의 감쇠 필요성이 인정됨에 따라, 주파수 컨트롤러(130)는 주파수 부스터 스위치(310)를 턴-온 함으로써 제1 노드(NL)에서 보이는 로드를 조정할 수 있다(S120). 예를 들어, 주파수 컨트롤러(130)는 부스터 제어신호(CTRL_B)를 주파수 부스터 스위치(310)의 게이트 단에 출력함으로써 저항소자(320) 및 주파수 부스터 스위치(310)를 포함하는 전류 패스를 형성할 수 있다. 이로써, 상기 전류 패스를 통해 추가적인 로드 전류가 더 발생하므로 제1 노드(NL)에서 보이는 노드가 더 커질 수 있다. 이러한 정보는 피드백을 통해 전압 레귤레이터(110)에 전달됨에 따라, 로드 전압(VL)의 주파수는 가변할 수 있다. 일 예로, 상기 전류 패스를 통한 추가적인 로드 전류가 더 발생함에 따라, 로드 전압(VL)의 주파수는 다소 높아질 수 있고, 이로써 적층 세라믹 커패시터의 고유 주파수와의 공진이 방지될 수 있다.
도 7은 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 주파수 제어의 일 예를 설명하는 타이밍도를 도시한다.
도 7을 참조하면, 주파수 부스터 회로(300)가 동작하기 전 전압 레귤레이터(110)는 제1 주파수(F_NB)에 기반하여 출력 전압(VOUT)을 생성하고, 출력 전압(VOUT)은 안정화 회로(200)를 거쳐 로드 전압(VL_NB)으로 출력될 수 있다. 주파수 부스터 회로(300)가 동작하기 전 로드 전압(VL_NB)은, 제1 주파수(F_NB)에 따라 제1 레벨(VL_H)과 제2 레벨(VL_L) 사이에서 축전소자(220)에 충/방전될 수 있다. 다시 말해서, 제1 주파수(F_NB)를 갖는 제1 펄스 신호(PF_NB)가 입력됨에 따라 축전소자(220)의 충전이 수행되고, 제1 펄스 신호(PF_NB)의 입력이 중단됨에 따라 축전소자(220)의 방전이 수행될 수 있다.
예시적 실시 예에 있어서, 제1 주파수(F_NB)가 적층 세라믹 커패시터의 고유 주파수와 공진하는 경우 주파수 부스터 회로(300)에 전류 패스가 형성되고, 이에 따라 전압 레귤레이터(110)에서 스위칭 주파수를 가변할 수 있다. 예를 들어, 전압 레귤레이터(110)에 구비된 PFM 컨트롤러(112)는 제1 주파수(F_NB)에서 제2 주파수(F_B)로 가변한 제2 펄스 신호(PF_B)를 출력할 수 있다. 제2 주파수(F_B)는 제1 주파수(F_NB)보다 높은 주파수일 수 있다.
제2 펄스 신호(PF_B)가 출력됨에 따라, 주파수 부스터 회로(300)가 동작한 후 로드 전압(VL_B)은, 제2 주파수(F_B)에 따라 제1 레벨(VL_H)과 제2 레벨(VL_L) 사이에서 축전소자(220)에 충/방전될 수 있다. 다시 말해서, 제2 주파수(F_B)를 갖는 제2 펄스 신호(PF_B)가 입력됨에 따라 축전소자(220)의 충전이 수행되고, 제2 펄스 신호(PF_B)의 입력이 중단됨에 따라 축전소자(220)의 방전이 수행될 수 있다.
도 8은 본 개시의 다른 예시적 실시 예에 따른 전자장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 8에 도시된 구성 중, 도 2와 중복되는 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 8을 참조하면, 전압 레귤레이터(110a)는 제1 단자(T1a)를 통해 출력전압(VOUTa)을 제공하고, 제2 단자(T2a)를 통해 피드백 전압(VFBa)을 수신할 수 있다. 제1 단자(T1a)는 안정화 회로(200a)와 연결되고, 제2 단자(T2a)는 제1 저항(R1a)의 일 측 및 제2 저항(R2a)의 일 측에 연결될 수 있다.
예시적 실시 예에 있어서, 전압 레귤레이터(110a)는 제3 단자(T3a)를 통해 제1 노드(NLa)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 노드(NLa)에는 축전소자(220a), 인덕터(210a), 제1 저항(R1a), 로드 장치(LDa) 및 주파수 센싱 회로(120a)가 연결될 수 있다. 제1 노드(NLa)를 통해, 로드 장치(LDa)로 로드 전압(VLa)이 인가될 수 있다.
예시적 실시 예에 있어서, 전압 레귤레이터(110a)는 주파수 부스터 회로(300a)를 더 포함할 수 있다. 주파수 부스터 회로(300a)는 제3 단자(T3a)를 통해 제1 노드(NLa)와 연결될 수 있다. 예시적 실시 예에 있어서, 주파수 부스터 회로(300a)는 로드 전압(VLa)에 대한 주파수 센싱 정보(F_INFa)에 기반한 주파수 컨트롤러(130a)의 제어에 기반하여, 제1 노드(NLa)와 연결되는 전류 패스를 형성할 수 있다.
주파수 부스터 회로(300a)는 주파수 부스터 스위치(310a) 및 저항 소자(320a)를 포함할 수 있다. 주파수 부스터 스위치(310a)는 트랜지스터로서, 일 단에는 그라운드가 연결되고, 다른 일 단에는 저항 소자(320a)가 연결되며, 게이트 단은 주파수 컨트롤러(130a)가 연결될 수 있다. 저항 소자(320a)의 일 단은 주파수 부스터 스위치(310a)에 연결되고, 다른 일 단은 제3 단자(T3a)에 연결될 수 있다.
주파수 부스터 회로(300a)가 전압 레귤레이터(110a)에 포함됨으로써, 전압 레귤레이터(110a)는 제3 단자(T3a)를 통해 직접 로드 전압(VLa)의 주파수를 부스팅할 수 있다. 예를 들어, 축전 소자(220a)가 적층 세라믹 커패시터를 포함하고, 로드 전압(VLa)의 주파수가 적층 세라믹 커패시터의 고유 주파수와 공진할 경우, 전압 레귤레이터(110a)는 제3 단자(T3a)를 통해 제1 노드(NLa)에서 보이는 로드를 키우고, 이를 제2 단자(T2a)를 통해 피드백 받을 수 있다. 전압 레귤레이터(110a)는 상기 피드백에 따라 가변한 주파수의 출력 전압(VOUTa)을 제1 단자(T1a)를 통해 출력할 수 있다.
도 9는 본 개시의 다른 예시적 실시 예에 따른 전자장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 9에 도시된 구성 중, 도 2와 중복되는 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 9를 참조하면, 주파수 부스터 회로(300b)는 제1 주파수 부스터 스위치(310b), 제2 주파수 부스터 스위치(311b), 제1 저항 소자(320b) 및 제2 저항 소자(321b)를 포함할 수 있다. 예시적 실시 예에 있어서, 제1 주파수 부스터 스위치(310b) 및 제1 저항 소자(320b)는 주파수 컨트롤러(130b)의 제어에 기반하여 제1 노드(NLb)에 연결된 제1 전류 패스를 형성할 수 있다. 또한, 제2 주파수 부스터 스위치(311b) 및 제2 저항 소자(321b)는 주파수 컨트롤러(130b)의 제어에 기반하여 제1 노드(NLb)에 연결된 제2 전류 패스를 형성할 수 있다.
예시적 실시 예에 있어서, 주파수 컨트롤러(130b)는 주파수 센싱 정보(F_INFb)에 기반하여 제1 주파수 부스터 스위치(310b) 및 제2 주파수 부스터 스위치(311b) 각각의 턴-온/턴-오프를 제어할 수 있다. 일 예로, 주파수 컨트롤러(130b)는 제1 및 제2 주파수 부스터 스위치(310b, 311b)를 턴-온 시킴으로써, 제1 노드(NLb)에 연결되는 제1 및 제2 전류 패스를 형성할 수 있다. 다른 예로, 주파수 컨트롤러(130b)는 제1 주파수 부스터 스위치(310b)를 턴-온하고 제2 주파수 부스터 스위치(311b)를 턴-오프 시킴으로써, 제1 노드(NLb)에 연결되는 제1 전류패스를 형성할 수 있다. 또 다른 예로, 주파수 컨트롤러(130b)는 제1 주파수 부스터 스위치(310b)를 턴-오프 하고 제2 주파수 부스터 스위치(311b)를 턴-온 시킴으로써, 제1 노드(NLb)에 연결되는 제2 전류패스를 형성할 수 있다.
주파수 부스터 회로(300b)가 복수의 전류 패스를 형성할 수 있도록 구성됨에 따라, 로드 전압(VLb)의 주파수가 더욱 정교하게 부스팅 될 수 있다. 예를 들어, 적층 세라믹 커패시터의 고유 주파수가 복수의 주파수들의 합으로 구성되는 경우, 주파수 센싱 회로(120b)는 로드 전압(VLb)을 센싱함에 따라 이러한 정보를 주파수 센싱 정보(F_INFb)에 포함하여 주파수 컨트롤러(130b)로 전달할 수 있다. 주파수 컨트롤러(130b)는 주파수 센싱 정보(F_INFb)에 기반하여, 적층 세라믹 커패시터의 고유 주파수를 구성하는 복수의 주파수들 모두와 상이하도록 주파수 부스팅을 수행할 수 있다. 이를 위해, 주파수 컨트롤러(130b)는 다수 전류 패스들 간 조합 중, 로드 전압(VLb)의 주파수가 적층 세라믹 커패시터의 고유 주파수와 가장 상이할 수 있도록 주파수가 부스팅 될 조합을 선택 및 제어할 수 있다. 본 실시 예에서는 주파수 부스터 회로(300b)가 두 개의 전류 경로를 형성할 수 있도록 구성되는 것으로 도시되나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐 이에 한정되지 않는다.
도 10은 본 개시의 다른 예시적 실시 예에 따른 전자장치를 나타내는 블록도이다. 도 10에 도시된 구성 중, 도 1과 중복되는 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 10을 참조하면, 전자장치(10c)는 전원 관리 칩(100c), 안정화 회로(200c), 주파수 부스터 회로(300c), 로드 장치(LDc) 및 컨트롤러(130c)를 포함할 수 있다. 전원 관리 칩(100c)은 전압 레귤레이터(100c) 및 주파수 센싱 회로(120c)를 포함할 수 있다. 또한, 안정화 회로(200c)는 축전 소자(예를 들어, 적층 세라믹 커패시터)(220c)를 포함할 수 있다.
컨트롤러(130c)는, 예를 들어 로드 장치(LDc)에 포함된 임의의 기능 블록 또는 임의의 장치를 제어하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 로드 장치(LDc)는 메모리 장치(미도시)를 포함하고, 컨트롤러(130c)는 상기 메모리 장치(미도시)를 제어하는 메모리 컨트롤러(130c)일 수 있다. 다만, 이는 하나의 실시 예일 뿐 이에 한정되는 것은 아니다.
예시적 실시 예에 있어서, 컨트롤러(130c)는 주파수 센싱 회로(120c)를 통해 생성된 주파수 센싱 정보(F_INFc)를 전원 관리 칩(100c)으로부터 수신하고, 이에 기반하여 주파수 부스터 회로(300c)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 컨트롤러(130c)는 주파수 센싱 정보(F_INFc)에 기반하여, 주파수 부스터 회로(300c)를 제어하는 부스터 제어신호(CTRL_Bc)를 출력할 수 있다. 예시적 실시 예에 있어서, 주파수 부스터 회로(300c)는 부스터 제어신호(CTRL_Bc)에 기반하여 제1 노드(NLc)와 연결되는 전류 패스를 형성할 수 있다. 일 예로, 주파수 부스터 회로(300c)는 제1 노드(NLc)에 연결된 저항 소자 및 저항 소자에 연결된 주파수 부스터 스위치를 포함할 수 있다. 주파수 부스터 회로(300c)에 구비된 주파수 부스터 스위치는 컨트롤러(130c)로부터 출력된 부스터 제어신호(CTRL_Bc)에 기반하여 턴-온/턴-오프가 제어될 수 있다.
도 11은 본 개시의 다른 예시적 실시 예에 따른 전자장치를 나타내는 블록도이다. 도 11에 도시된 구성 중, 도 1과 중복되는 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 11을 참조하면, 전자장치(10d)는 전원 관리 칩(100d), 안정화 회로(200d), 주파수 부스터 회로(300d), 로드 장치(LDd), 주파수 센싱 회로(120d) 및 오티피(One-Time Programmable, OTP) 메모리를 포함할 수 있다. 전원 관리 칩(100d)은 전압 레귤레이터(110d)를 포함할 수 있다. 또한, 안정화 회로(200d)는 축전 소자(예를 들어, 적층 세라믹 커패시터)(220d)를 포함할 수 있다.
주파수 센싱 회로(120d)는 로드 장치(LDd)로 인가되는 로드 전압(VLd)의 주파수를 센싱하고, 이에 따른 주파수 센싱 정보(F_INFd)를 오티피 메모리(130d)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 주파수 센싱 회로(120d)에서 출력된 주파수 센싱 정보(F_INFd)는, 오티피 메모리(130d)에 저장될 주파수 부스터 회로(300d)의 제어를 위한 셋팅 값의 기반이 될 수 있다.
예시적 실시 예에 있어서, 오티피 메모리(130d)는 주파수 센싱 정보(F_INFd)에 기반한 셋팅 값을 저장할 수 있다. 상기 셋팅 값은, 예를 들어 주파수 부스터 회로(300d) 제어를 위한 부스터 제어신호(CTRL_Bd)의 기반이 될 수 있다. 예를 들어, 오티피 메모리(130d)는 데이터 저장단위인 메모리 셀의 구조가 비가역적(irreversible)으로 변화되는 메모리일 수 있다. 이로써, 주파수 센싱 정보(F_INFd)에 기반하여 오티피 메모리(130d)에 저장된 셋팅 값은 한번 기록된 후 변경이 불가할 수 있다.
다만, 이는 하나의 예시로써, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 오티피 메모리(130d)는 비휘발성 메모리로서, EEPROM(non-volatile memory such as a Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), 플래시 메모리(flash memory), PRAM(Phase Change Random Access Memory), RRAM(Resistance Random Access Memory), NFGM(Nano Floating Gate Memory), PoRAM(Polymer Random Access Memory), MRAM(Magnetic Random Access Memory) 또는 FRAM(Ferroelectric Random Access Memory) 등으로 대체될 수 있다.
주파수 부스터 회로(300d)는 제1 노드(NLd)에 연결되고, 오티피 메모리(130d)로부터 출력되는 부스터 제어신호(CTRL_Bd)에 기반하여 동작할 수 있다. 예시적 실시 예에 있어서, 주파수 부스터 회로(300d)는 부스터 제어신호(CTRL_Bd)에 기반하여 제1 노드(NLd)와 연결되는 전류 패스를 형성할 수 있다. 일 예로, 주파수 부스터 회로(300d)는 제1 노드(NLd)에 연결된 저항 소자 및 저항 소자에 연결된 주파수 부스터 스위치를 포함할 수 있다. 주파수 부스터 회로(300d)에 구비된 주파수 부스터 스위치는 오티피 메모리(130d)로부터 출력되는 부스터 제어신호(CTRL_Bd)에 기반하여 턴-온/턴-오프가 제어될 수 있다.
도 12는 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 전자장치의 동작을 설명하기 위한 순서도를 도시한다. 이하, 도 12는 도 11을 참조하여 설명된다.
도 12를 참조하면, 축전 소자(220d)에 음향 잡음이 발생하였는지 여부가 측정될 수 있다(S210). 예를 들어, 축전 소자(220d)는 적층 세라믹 커패시터를 포함하고, 적층 세라믹 커패시터는 고유의 압전 특성에 따라 음향 잡음이 발생할 수도 있다. 예시적 실시 예에 있어서, 전자장치(10d)의 로드 장치(LDd)에 포함된 측정 장치를 통해, 음향 잡음 발생 여부가 측정될 수 있다. 상기 측정 장치는, 예를 들어 어플리케이션을 이용한 프로세서일 수 있다.
축전 소자(220d)에서 음향 잡음이 발생한 것으로 측정된 경우, 로드 장치(LDd)에 인가되는 로드 전압(VLd)의 주파수가 센싱될 수 있다(S220). 로드 전압(VLd)의 주파수 센싱 동작은 주파수 센싱 회로(120d)에서 수행될 수 있다. 주파수 센싱 회로(120d)는 주파수 센싱 정보(F_INFd)를 오티피 메모리(130d)로 출력할 수 있다.
다음, 로드 전압(VLd)에 대한 센싱 주파수에 기반한 셋팅 값이 오티피 메모리에 저장될 수 있다(S230). 예를 들어, 주파수 센싱 회로(120d)는 오티피 메모리(130d)로 주파수 센싱 정보(F_INFd)를 출력하고, 오티피 메모리(130d)는 주파수 센싱 정보(F_INFd)에 기반한 셋팅 값을 기록할 수 있다. 상기 셋팅 값은, 예를 들어 주파수 부스터 회로(300d)의 제어를 위한 부스터 제어신호(CTRL_Bd) 생성의 기반이 될 수 있다. 또는, 셋팅 값은 부스터 제어신호(CTRL_Bd)일 수도 있다.
다음, 오티피 메모리(130d)에 저장된 셋팅 값에 기반하여 주파수 부스터 회로가 제어될 수 있다(S240). 오티피 메모리(130d)는 셋팅 값에 기반하여 부스터 제어신호(CTRL_Bd)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 주파수 부스터 회로(300d)는 주파수 부스터 스위치 및 저항 소자를 포함하고, 주파수 부스터 스위치는 부스터 제어신호(CTRL_Bd)를 게이트 단에 입력받음으로써 턴-온 될 수 있다. 이로써, 제1 노드(NLd)에 연결되는 전류 패스가 형성되고, 제1 노드(NLd)에서 바라본 등가 로드가 증가할 수 있다. 예를 들어, 전압 레귤레이터(110d)는 피드백을 통해 등가 로드 증가에 관한 정보를 수신하고, 이에 기반하여 스위칭 주파수를 가변함으로써 출력전압(VOUTd)을 생성할 수 있다.
도 13은 본 개시의 예시적 실시 예에 따른 모바일 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 13을 참조하면, 모바일 장치(1000)는 내부에 패키지 기판(1100)이 장착될 수 있다. 예를 들어, 패키지 기판(1100)은 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB) 또는 플렉서블(flexible) 기판일 수 있다. 패키지 기판(1100)은 상부에 칩이나 기타 다른 전자부품들이 실장될 수 있다. 본 도면에서는, 모바일 장치(1000)가 스마트폰인 것으로 도시되었으나, 이는 하나의 실시 예일 뿐, 모바일 장치(1000)는 웨어러블 기기, 휴대형 미디어 플레이어, 태블릿 PC, e-book 리더 등일 수도 있다.
패키지 기판(1100) 상에 적층 세라믹 커패시터(1200)가 실장될 수 있다. 예를 들어, 패키지 기판(1100)은 복수의 전극 패드들(1310 또는 1320)을 포함하고, 적층 세라믹 커패시터(1200)의 외부 전극들(1210~1280)이 전극 패드들(1310 또는 1320) 각각에 대응하는 위치에서, 전극 패드들(1310 또는 1320) 각각에 상호 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 적층 세라믹 커패시터(1200)는 어레이형 적층 세라믹 커패시터 일 수 있다.
적층 세라믹 커패시터(1200)가 전원 관리 칩에 연결되는 안정화 회로에 채용되는 경우, 도 1 내지 도 12를 통해 전술된 바와 같은 전압 레귤레이터, 주파수 센싱 회로, 주파수 컨트롤러 및 주파수 부스터 회로가 구비될 수 있다. 이에 따라, 로드 전압의 주파수가 적층 세라믹 커패시터의 고유 주파수와 공진됨을 방지함으로써, 음향 잡음 및 패키지 기판(1100)의 물리적 고장을 방지할 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시 예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시 예들을 설명하였으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 제1 주파수의 스위칭 신호에 기반하여 입력전압에 대한 변환전압을 생성하고, 상기 변환전압을 출력하는 스위칭 레귤레이터;
    로드 장치(load device)와 제1 노드를 통해 연결되는 축전소자를 포함하고, 상기 축전소자를 이용하여 상기 변환전압을 안정화시킴으로써 로드 전압을 생성하고, 상기 로드 전압을 상기 로드 장치로 출력하는 안정화 회로;
    상기 로드 전압의 주파수를 센싱하고, 상기 주파수에 대한 센싱 정보를 출력하는 주파수 센싱 회로; 및
    상기 센싱 정보에 기반하여 상기 제1 노드와 연결되는 제1 전류 패스를 형성하는 주파수 부스터 회로를 포함하는 전자장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 주파수 부스터 회로는,
    상기 제1 노드에 연결된 저항 소자 및 상기 저항 소자에 연결된 주파수 부스터 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 센싱 정보에 기반하여 상기 주파수 부스터 스위치의 턴-온/턴-오프를 제어함으로써, 상기 축전소자의 고유 주파수와 상기 로드 전압의 주파수가 상이하도록 상기 제1 전류 패스의 전류를 제어하는 주파수 컨트롤러를 더 포함하는 전자장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 주파수 컨트롤러는, 상기 로드 전압의 주파수가 가청 주파수대(audio frequency band) 이내인 경우 상기 주파수 부스터 스위치를 턴-온 하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 스위칭 레귤레이터는,
    상기 로드 전압에 기반한 피드백 전압을 수신하고, 상기 피드백 전압에 기반하여 상기 스위칭 신호를 출력하는 스위칭 컨트롤러를 더 포함하는 전자장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 스위칭 컨트롤러는,
    상기 제1 전류 패스의 전류에 따라 상기 제1 주파수를 가변하여 상기 스위칭 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 스위칭 컨트롤러는,
    펄스 주파수 변조(Pulse Frequency Modulation, PFM) 방식에 기반하여, 상기 스위칭 신호로서 상기 제1 주파수의 펄스 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 안정화 회로는,
    일 측이 상기 스위칭 레귤레이터에 연결되고, 다른 일 측이 상기 축전소자에 연결되는 인덕터를 더 포함하는 전자장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 축전소자는 적층 세라믹 커패시터(Multi Layer Ceramic Capacitor, MLCC)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 적층 세라믹 커패시터의 음향 잡음(acoustic noise) 발생 여부를 측정하고, 상기 측정 결과에 기반하여 상기 주파수 센싱 회로로 인에이블 신호(enable signal)를 출력하는 측정 장치를 더 포함하는 전자장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 주파수 부스터 회로는,
    상기 센싱 정보에 기반하여 상기 제1 노드와 연결되는 제2 전류 패스를 추가적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
  12. 제1 단자(terminal) 및 제2 단자를 포함하고, 상기 제2 단자를 통해 수신한 피드백 전압에 기반하여 가변하는 주파수를 갖는 스위칭 신호 및 입력전압에 기반하여 출력전압을 생성하는 전압 레귤레이터;
    상기 제1 단자에 연결되고, 적층 세라믹 커패시터를 포함하고, 상기 적층 세라믹 커패시터에 상기 출력 전압을 충/방전 함으로써 제1 노드에 로드 전압을 출력하는 안정화 회로; 및
    상기 제1 노드에 연결되고, 상기 로드 전압의 주파수에 기반하여 턴-온/턴-오프가 제어되는 주파수 부스터 스위치를 포함하는 주파수 부스터 회로를 포함하는 전자장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 로드 전압의 주파수를 센싱하여 주파수 센싱 정보를 출력하는 주파수 센싱 회로; 및
    상기 주파수 센싱 정보에 기반하여, 상기 주파수 부스터 스위치의 턴-온/턴오프를 제어하는 부스터 제어신호를 출력하는 주파수 컨트롤러를 더 포함하는 전자장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 주파수 컨트롤러는,
    상기 주파수 센싱 정보에 기반하여, 상기 로드 전압의 주파수와 상기 적층 세라믹 커패시터의 고유 주파수가 공진 시, 상기 주파수 부스터 스위치를 턴-온하도록 상기 부스터 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 주파수 컨트롤러는,
    상기 주파수 센싱 정보에 기반하여 상기 부스터 제어신호 생성을 위한 셋팅 값을 저장하는 오티피(One-Time Programmable, OTP) 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
  16. 제12 항에 있어서,
    일 단이 상기 제1 노드에 연결되고, 다른 일 단이 상기 제2 단자에 연결되는 제1 저항; 및
    일 단이 상기 제2 단자에 연결되고, 다른 일 단이 그라운드에 연결되는 제2 저항을 더 포함하고,
    상기 피드백 전압은, 상기 로드 전압이 상기 제1 및 제2 저항에 따라 전압 분배됨으로써 형성된 것을 특징으로 하는 전자장치.
  17. 제12 항에 있어서,
    상기 전압 레귤레이터는,
    펄스 주파수 변조(PFM) 방식에 따라, 상기 피드백 전압에 기반하여 상기 스위칭 신호로서 펄스 신호를 출력하는 PFM 컨트롤러를 더 포함하는 전자장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 PFM 컨트롤러는,
    상기 주파수 부스터 스위치가 턴-온 됨에 따라 상기 스위칭 신호의 주파수를 더 높게 가변하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
  19. 제1 노드에 연결된 로드 장치;
    스위칭 신호를 생성하고, 상기 스위칭 신호 및 입력전압에 기반하여 출력전압을 생성하는 전압 레귤레이터;
    일 단이 상기 제1 노드에 연결되고, 상기 출력전압에 따라 충/방전됨으로써 로드 전압을 생성하는 적층 세라믹 커패시터;
    상기 로드 전압의 주파수에 기반하여 부스터 제어신호를 출력하는 주파수 컨트롤러; 및
    상기 제1 노드에 연결되고, 상기 부스터 제어신호에 기반하여 상기 제1 노드와 연결되는 제1 전류 패스를 형성하도록 구성되는 주파수 부스터 회로를 포함하는 전자장치.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 주파수 컨트롤러는,
    상기 로드 전압의 주파수가 기준 주파수 이하일 경우, 상기 제1 전류 패스를 형성하는 부스터 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 전자장치.
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