KR20220122186A - 전력 관리 집적 회로 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

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김경래
박민상
배준현
신준철
이영훈
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Abstract

전력 관리 집적 회로는 복수의 레귤레이터 전압들을 생성하는 복수의 전압 레귤레이터들, 변환 회로, 계측 사이클 컨트롤러, 오실레이터 및 제어 로직을 포함한다. 상기 변환 회로는 상기 복수의 전압 레귤레이터들의 부하 전류들을 나타내는 아날로그 신호들을 변환하여 상기 부하 전류들에 상응하는 디지털 신호들을 생성한다. 상기 계측 사이클 컨트롤러는 제1 주파수를 갖는 제1 클록 신호에 기초하여 동작하고, 계측 구간 동안에 활성화되는 발진 인에이블 신호를 생성한다. 상기 오실레이터는 상기 발진 인에이블 신호에 기초하여 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수를 갖는 제2 클록 신호를 생성한다. 상기 제어 로직은 상기 제2 클록 신호에 기초하여 동작하고, 상기 계측 구간 동안에 상기 디지털 신호들에 기초하여 상기 부하 전류들에 의해 소모되는 전력을 나타내는 전력 정보를 생성한다. 전력 계측에 사용되는 제2 클록 신호를 상기 계측 구간에서만 활성화시키고 상기 아이들 구간에서 비활성화시킴으로써 전력 계측을 위한 전력 소모를 감소할 수 있다.

Description

전력 관리 집적 회로 및 이를 포함하는 전자 장치{Power management integrated circuit and electronic device including the same}
본 발명은 반도체 집적 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전력 관리 집적 회로 및 상기 전력 관리 집적 회로를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
반도체 장치에 전원을 공급하기 위하여 다양한 전원 회로가 사용되고 있다. 이 가운데 전력 관리 집적 회로(Power Management Integrated Circuit, PMIC)는 레귤레이터를 포함하여 전원 소스로부터 공급되는 직류 전원을 반도체 장치의 동작 전압으로 DC-DC 변환하여 공급한다.
저항에 의한 전압 강하 방식을 사용하는 경우에는 전력 소모가 필연적으로 증가하게 되므로, 특히 모바일 장치에서는 저항 성분의 개입이 최소화된 직류-직류 변환기가 필요하다. 따라서, 전력 소모를 최소화하면서도 타깃 레벨의 전압을 용이하게 얻을 수 있는 인덕터를 사용하는 스위칭 컨버터(Switching converter)가 직류-직류 변환기로 많이 사용된다. 스위칭 컨버터는 높은 직류 전압을 그보다 낮은 직류 전압으로 변환하는 벅 컨버터(Buck Converter)나 좀더 높은 전압으로 승압하는 부스트 컨버터(Boost converter) 등이 있다. 저항에 비하여 상대적으로 전력 소모가 적은 인덕터를 사용하는 스위칭 컨버터는 높은 에너지 효율을 제공할 수 있다. 직류-직류 변환기에는 이 밖에도 선형 레귤레이터로 구성되는 LDO(Low Drop-Out) 레귤레이터가 포함될 수 있다. 전력 관리 집적 회로는 전력 소모의 감소 및 부하 장치들의 성능 향상을 위해서 실시간 전력 정보를 제공할 것이 요구되고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은, 실시간 전력 정보를 효율적으로 제공할 수 있는 전력 관리 집적 회로를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 일 목적은, 실시간 전력 정보를 효율적으로 제공할 수 있는 전력 관리 집적 회로를 포함하는 전자 장치를 제공하는 것이다.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 전력 관리 집적 회로는 복수의 레귤레이터 전압들을 생성하는 복수의 전압 레귤레이터들, 변환 회로, 계측 사이클 컨트롤러, 오실레이터 및 제어 로직을 포함한다.
상기 변환 회로는 상기 복수의 전압 레귤레이터들의 부하 전류들을 나타내는 아날로그 신호들을 변환하여 상기 부하 전류들에 상응하는 디지털 신호들을 생성한다.
상기 계측 사이클 컨트롤러는 제1 주파수를 갖는 제1 클록 신호에 기초하여 동작하고, 계측 구간 동안에 활성화되는 발진 인에이블 신호를 생성한다.
상기 오실레이터는 상기 발진 인에이블 신호에 기초하여 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수를 갖는 제2 클록 신호를 생성한다.
상기 제어 로직은 상기 제2 클록 신호에 기초하여 동작하고, 상기 계측 구간 동안에 상기 디지털 신호들에 기초하여 상기 부하 전류들에 의해 소모되는 전력을 나타내는 전력 정보를 생성한다.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 전력 관리 집적 회로는, 복수의 레귤레이터 전압들을 생성하는 복수의 전압 레귤레이터들, 상기 복수의 전압 레귤레이터들의 부하 전류들, 배터리 전압 및 동작 온도들을 나타내는 아날로그 신호들을 변환하여 상기 부하 전류들, 상기 배터리 전압 및 상기 동작 온도들에 상응하는 디지털 신호들을 생성하는 변환 회로, 제1 주파수를 갖는 제1 클록 신호에 기초하여 동작하고, 계측 구간 동안에 활성화되는 발진 인에이블 신호를 생성하는 계측 사이클 컨트롤러, 상기 발진 인에이블 신호에 기초하여 인에이블되고 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수를 갖는 제2 클록 신호를 생성하는 오실레이터, 및 상기 제2 클록 신호에 기초하여 동작하고, 상기 계측 구간 동안에 상기 디지털 신호들에 기초하여 상기 부하 전류들에 의해 소모되는 전력을 나타내는 전력 정보, 상기 배터리 전압을 나타내는 배터리 전압 정보 및 상기 동작 온도들을 나타내는 온도 정보를 생성하는 제어 로직을 포함한다.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 전자 장치는, 실시간 계측 정보를 제공하는 전력 관리 집적 회로 및 상기 실시간 계측 정보에 기초하여 동적 주파수 전압 스케일링(DVFS, dynamic voltage frequency scaling) 동작 및 열 조절 동작(thermal throttling) 중 적어도 하나를 수행하는 부하 장치를 포함한다.
상기 전력 관리 집적 회로는 제1 주파수를 갖는 제1 클록 신호에 기초하여 계측 구간 동안에 활성화되고 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수를 갖는 제2 클록 신호를 생성하고, 상기 제2 클록 신호에 기초하여 상기 실시간 계측 정보를 생성한다.
본 발명의 실시예들에 따른 전력 관리 집적 회로 및 상기 전력 관리 집적 회로를 포함하는 전자 장치는, 전력 계측에 사용되는 제2 클록 신호를 상기 계측 구간에서만 활성화시키고 상기 계측 구간 이외의 아이들 구간에서 비활성화시킴으로써 전력 계측을 위한 전력 소모를 감소할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 전력 관리 집적 회로 및 상기 전력 관리 집적 회로를 포함하는 전자 장치는, 상대적으로 낮은 제1 주파수를 갖는 제1 클록 신호를 이용하여 계측 구간의 타이밍을 결정하고 상대적으로 높은 제2 주파수를 갖는 제2 클록 신호를 이용하여 계측 동작을 수행함으로써 계측에 소요되는 시간을 감소하고 전력 계측뿐만 아니라 온도, 배터리 전압 등에 대한 부가적인 계측을 효율적으로 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 전자 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 전력 계측 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 전자 장치를 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 전력 관리 집적 회로를 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 전력 관리 집적 회로의 동작의 일 실시예를 나타내는 타이밍도이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 전력 관리 집적 회로에 포함되는 제어 레지스터에 저장되는 정보의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 전력 관리 집적 회로의 계측 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 전력 계측 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9는 도 8의 전력 계측 방법을 수행하는 전력 관리 집적 회로의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 전력 계측 방법을 나타내는 순서도이다.
도 11은 도 10의 전력 계측 방법을 수행하는 전력 관리 집적 회로의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 전력 관리 집적 회로에 포함되는 스위칭 레귤레이터의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 13은 도 12의 스위칭 레귤레이터에 포함되는 전류 미터의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 전력 관리 집적 회로에 포함되는 스위칭 레귤레이터의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 전력 관리 집적 회로에 포함되는 아날로그-디지털 컨버터의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 모바일 장치를 나타내는 블록도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 전자 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 전자 장치(10)는 전력 관리 집적 회로(PMIC)(100) 및 부하 장치(200)를 포함할 수 있다.
전력 관리 집적 회로(100)는 부하 장치(200)의 전력(power)을 공급하고 부하 장치(200)의 요청에 따라 실시간 계측 정보(RMINF)를 부하 장치(200)로 제공할 수 있다.
도 4를 참조하여 후술하는 바와 같이, 전력 관리 집적 회로(100)는 복수의 직류-직류 컨버터(DC-DC Converter)들 또는 복수의 전압 레귤레이터들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 전력 관리 집적 회로(100)는 부하 장치(200)로부터의 요청에 따라 부하 장치(200)로 제공되는 부하 전류들, 즉 상기 복수의 전압 레귤레이터들의 부하 전류들의 크기를 실시간으로 계측할 수 있다.
전력 관리 집적 회로(100)는 상기 부하 전류들에 의해 소모되는 전력을 나타내는 전력 정보를 생성하여 실시간 계측 정보(RMINF)로서 부하 장치(200)로 제공할 수 있다. 도 4를 참조하여 후술하는 바와 같이, 전력 관리 집적 회로(100)는 상기 복수의 전압 레귤레이터들의 부하 전류들을 나타내는 아날로그 신호들을 변환하여 상기 부하 전류들에 상응하는 디지털 신호들을 생성하는 변환 회로를 포함할 수 있다. 전력 관리 집적 회로(100)는 상기 디지털 신호들에 기초하여 상기 전력 정보를 생성할 수 있다.
이러한 기능을 위해서, 도 12 내지 14를 참조하여 후술하는 바와 같이, 전력 관리 집적 회로(100)는 전류 미터를 포함할 수 있다. 부하 장치(200)의 요청에 따라 전력 관리 집적 회로(100)는 부하 전류를 측정하고, 측정된 값을 부하 장치(200)에 제공할 수 있다.
전력 관리 집적 회로(100)는 먼저 부하 장치(200)로부터 부하 전류에 대한 센싱 요청 신호(SEN) 및 제어 신호(CNTL)를 수신한다. 여기서, 제어 신호(CNTL)는 복수의 레귤레이터들 중 적어도 하나를 선택하기 위한 선택 정보, 평균 부하 전류를 계산하기 위한 시간이나 파라미터 정보들을 포함할 수 있다. 즉, 제어 신호(CNTL)에는 전류 미터가 부하 전류를 측정하기 위한 다양한 설정 정보들이 포함될 수 있다. 예를 들면, 제어 신호(CNTL)에는 부하 전류에 대한 샘플링 주기나 스위칭 레귤레이터의 평균 전류값을 계산하기 위한 시간 정보 등이 포함될 수 있다.
전력 관리 집적 회로(100)는 제어 신호(CNTL)를 참조하여 선택된 선형 또는 스위칭 레귤레이터에서 출력되는 부하 전류를 측정 및 계산할 수 있다. 그리고 전력 관리 집적 회로(100)는 측정 및 계산된 선형 또는 스위칭 레귤레이터에서 출력되는 부하 전류의 크기를 실시간 계측 정보(RMINF)로서 부하 장치(200)에 제공할 수 있다. 여기서, 실시간 계측 정보(RMINF)는 디지털 데이터 형태로서 부하 장치(200)에 전달될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예들에 따라서, 전력 관리 집적 회로(100)는 계측 사이클 컨트롤러(MCCON) 및 오실레이터(OSC)를 포함할 수 있다. 계측 사이클 컨트롤러(MCCON)는 제1 주파수를 갖는 제1 클록 신호(CLK1)에 기초하여 동작하고, 계측 구간 동안에 활성화되는 발진 인에이블 신호(OEN)를 생성할 수 있다. 오실레이터(OSC)는 발진 인에이블 신호(OEN)에 기초하여 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수를 갖는 제2 클록 신호(CLK2)를 생성할 수 있다. 전력 관리 집적 회로(100)의 제어 로직은 제2 클록 신호(CLK2)에 기초하여 동작하고, 상기 계측 구간 동안에 상기 부하 전류들에 의해 소모되는 전력을 나타내는 전력 정보를 생성할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 실시예들에 따라서 전력 관리 집적 회로(100)는 상기 전력 정보뿐만 아니라 배터리 전압을 나타내는 배터리 전압 정보 및 동작 온도들을 나타내는 온도 정보를 생성하여 실시간 계측 정보(RMINF)로서 제공할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 전력 관리 집적 회로(100) 및 전력 관리 집적 회로(100)를 포함하는 전자 장치(10)는, 전력 계측에 사용되는 제2 클록 신호(CLK2)를 상기 계측 구간에서만 활성화시키고 상기 계측 구간을 제외한 아이들 구간에서 비활성화시킴으로써 전력 계측을 위한 전력 소모를 감소할 수 있다.
부하 장치(200)는 전력 관리 집적 회로(100)로부터 제공되는 전원을 사용하여 다양한 동작을 수행할 수 있다. 예를 들면, 부하 장치(200)는 전력 관리 집적 회로(100)로부터 제공되는 실시간 계측 정보(RMINF)를 참조하여 다양한 서비스 품질 향상이나 성능 향상을 위한 동작을 수행할 수 있다. 부하 장치(200)는 실시간으로 제공되는 실시간 계측 정보(RMINF)를 사용하여 동적 주파수 전압 스케일링(DVFS, dynamic voltage frequency scaling) 동작 및 열 조절 동작(thermal throttling)과 같은 전력 및/또는 온도 제어 동작을 수행할 수 있다. 실질적으로 부하 전류의 크기가 클수록 전력 소모가 크게 되며, 부하 장치(200)의 온도 상승의 폭도 커진다. 실시간으로 제공되는 실시간 계측 정보(RMINF)를 사용한다면 부하 장치(200)는 신속하고 정확한 발열 제어가 가능할 것이다. 부하 장치(200)의 실시간 계측 정보(RMINF)의 활용 예는 동적 주파수 전압 스케일링 및 열 조절에만 국한되지 않으며 다양한 적용이 가능하다.
부하 장치(200)는 주기적으로 또는 필요시에 전력 관리 집적 회로(100)에 전송되는 센싱 요청 신호(SEN)를 활성화하여 실시간 계측 정보(RMINF)를 요청할 수 있다. 즉, 부하 장치(200)는 실시간 계측 정보(RMINF)를 얻기 위해서 부하 전류의 센싱 요청 신호(SEN) 및 제어 신호(CNTL)를 전력 관리 집적 회로(100)에 전달할 수 있다. 전력 관리 집적 회로(100)는 센싱 요청 신호(SEN)에 기초하여 부하 장치(200)에 의해서 선택 및 요청된 전압 레귤레이터에 대한 부하 전류를 측정 및 계산할 수 있다. 도 4를 참조하여 후술하는 바와 같이, 부하 전류에 대한 계산이 완료되면 전력 관리 집적 회로(100)는 레디(ready) 신호를 부하 장치(200)에 제공할 수 있다. 부하 장치(200)는 상기 레디 신호에 응답하여 전력 관리 집적 회로(100)로부터 실시간 계측 정보(RMINF)를 패치 또는 수신할 수 있다.
실시간으로 측정 및 계산된 부하 전류 정보를 사용하는 경우, 예측에 의해서 획득된 정보에 비해서 훨씬 높은 활용도 및 정확도의 실시간 계측 정보(RMINF)의 제공이 가능하다. 따라서, 실시간 부하 전류의 크기를 사용할 수 있는 열 조절, 전력 관리 등의 다양한 응용이 가능할 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 전력 계측 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 전력 관리 집적 회로(100)의 계측 사이클 컨트롤러(MCCON)는 제1 주파수를 갖는 제1 클록 신호(CLK1)의 에지에 응답하여 발진 인에이블 신호(OEN)를 활성화할 수 있다(S100).
전력 관리 집적 회로(100)의 제어 로직은, 전력 정보의 생성이 완료되는 시점에서 활성화되는 계측 완료 신호를 생성할 수 있다(S200).
계측 사이클 컨트롤러(MCCON)는 상기 계측 완료 신호의 활성화에 응답하여 발진 인에이블 신호(OEN)를 비활성화할 수 있다(S300).
전력 관리 집적 회로(100)의 오실레이터(OSC)는 발진 인에이블 신호(OEN)의 활성화 구간에 상응하는 계측 구간 동안에 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수를 갖는 제2 클록 신호(CLK2)를 활성화할 수 있다(S400).
오실레이터(OSC)는 발진 인에이블 신호의 비활성화 구간에 상응하는 아이들(idle) 구간 동안에 제2 클록 신호(CLK2)를 비활성화할 수 있다(S500).
전력 관리 집적 회로(100)의 제어 로직은 제2 클록 신호(CLK2)에 기초하여 상기 계측 구간 동안에 실시간 계측 정보(RMINF)를 생성할 수 있다(S600).
이와 같이, 전력 계측에 사용되는 제2 클록 신호(CLK2)를 상기 계측 구간에서만 활성화시키고 상기 계측 구간을 제외한 아이들 구간에서 비활성화시킴으로써 전력 계측을 위한 전력 소모를 감소할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 전자 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, 전자 장치(1000)는 부하 장치(1010) 및 전력 관리 집적 회로(PMIC)(100)를 포함할 수 있다.
부하 장치(1010)는 적어도 하나의 프로세서(processor)(1020), 전력 관리부(PMU, power management unit)(1030), 클록 제어부(CCU, clock control unit)(1040), 하나 이상의 기능 블록들(FB1~FBm, function blocks), 내장 배터리(VTT), 하나 이상의 온도 센서들(TS1, TS2) 및 실시간 클록 회로(RTC)를 포함할 수 있다.
부하 장치(1010)는 다양한 구성 요소들이 하나의 칩에 집적된 시스템 온 칩(SOC: system on chip) 또는 애플리케이션 프로세서(AP, application processor) 칩일 수 있다. 부하 장치(1010)는 전력 관리 집적 회로(100)로부터 필요한 전력을 공급받을 수 있다. 전력 관리 집적 회로(100)는 적어도 하나의 전압 레귤레이터를 포함할 수 있고, 파워 서플라이로 지칭될 수도 있다. 실시예에 따라서, 전력 관리 집적 회로(100)는 부하 장치(1010)와는 별개의 칩으로 구현될 수도 있고, 전력 관리 집적 회로(100)의 적어도 일부 구성 요소는 부하 장치(1010)에 포함될 수도 있다.
도 3에는 하나의 프로세서(1020)만을 도시하였으나, 부하 장치(1010)는 하나 이상의 프로세서 또는 프로세싱 유닛을 더 포함할 수 있다. 프로세서(1020)는 부하 장치(1010)의 주요 기능을 수행하는 CPU(central processing unit)일 수 있고, 프로그램 명령들(instructions) 특히 운영 체제(OS: operating system)를 수행하도록 구현될 수 있다.
내장 배터리(VTT)는 전자 장치(1000)의 전원을 제공할 수 있다. 온도 센서들(TS1, TS2)은 적절한 곳에 분산 배치되어 시스템의 동작 온도들을 나타내는 신호들을 생성할 수 있다. 실시간 클록 회로(RTC)는 전자 장치(1000)의 시간 정보를 제공할 수 있다.
전력 관리부(1030)는 부하 장치(1010)의 동작 상태를 모니터링하여 복수의 전력 레벨들 중에서 현재의 동작 상태에 상응하는 동작 전력 레벨을 결정할 수 있다. 전력 레벨은 동작 전압과 동작 주파수 중 적어도 하나로서 표현될 수 있다. 즉 동작 전압과 동작 주파수 중 적어도 하나를 변경함으로써 전력 레벨을 변경할 수 있다. 동작 전압은 전원 전압일 수 있고 동작 주파수는 동작 클록 신호의 주파수일 수 있다.
전력 관리부(1030)는 부하 장치(1010)의 작업부하(workload), 소모 전력, 동작 온도와 같은 동작 상태(operating state or operating condition)를 모니터링하여 현재의 동작 상태에 상응하는 동작 전력 레벨을 결정할 수 있다. 예를 들어, 부하 장치(1010)의 작업부하, 소모 전력 및/또는 동작 온도가 증가하면, 전력 관리부(1030)는 부하 장치(1010)의 동작 전압 및/또는 동작 주파수가 증가하도록 동작 전력 레벨을 상승시킬 수 있다. 반면에 부하 장치(1010)의 작업부하, 소모 전력 및/또는 동작 온도가 감소하면, 전력 관리부(1030)는 부하 장치(1010)의 동작 전압 및/또는 동작 주파수가 감소하도록 동작 전력 레벨을 하강시킬 수 있다.
전력 관리부(1030)는 전압 제어 신호(CNTL) 및 클록 제어 신호(CCTR)를 생성하여 동작 전력 레벨에 상응하는 동작 전압 및 동작 주파수를 제공하도록 전력 관리 집적 회로(100) 및 클록 제어부(1040)를 제어할 수 있다. 전력 레벨의 변경은 동작 전압 및 동작 주파수 중 적어도 하나를 변경하는 것일 수 있다. 한편 전력 관리부(1030)는 부하 장치(1010)의 일부분의 전력 레벨을 다른 부분들과 독립적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 기능 블록들(FB1~FBm)이 서로 다른 파워 도메인들에 각각 속하는 경우에는 기능 블록들(FB1~FBm)에 제공되는 동작 전압들(VDD1~VDDm)은 서로 독립적으로 제어될 수 있다. 또한 기능 블록들(FB1~FBm)이 서로 다른 클록 도메인들에 각각 속하는 경우에는 기능 블록들(FB1~FBm)에 제공되는 동작 클록 신호들(OCK1~OCKm)은 서로 독립적으로 제어될 수 있다.
기능 블록들(FB1~FBm)은 각각의 고유 기능들을 수행하며, 기능 블록들(FB1~FBm)은 지능 소자(IP, intellectual property)라고 지칭될 수 있다. 예를 들어, 기능 블록들(FB1~FBm)은 메모리 콘트롤러(memory controller)(MC), 중앙 처리부(central processing unit), 디스플레이 콘트롤러(display controller)(DIS), 파일 시스템 블록(file system block)(FSYS), 그래픽 처리부(graphic processing unit)(GPU), 이미지 신호 프로세서(image signal processor)(ISP), 멀티 포맷 코덱 블록(multi-format codec block)(MFC) 등을 포함할 수 있다. 프로세서(1020), 전력 관리부(1030)도 각각 독립된 기능 블록일 수 있다.
클록 제어부(1040)는 기능 블록들(FB1~FBm)에 각각 제공되는 동작 클록 신호들(OCK1~OCKm)을 생성한다. 클록 제어부(1040)는 위상 고정 루프(PLL: phase-locked), 지연 고정 루프(DLL: delay-locked loop), 클록 체배기(clock multiplier), 클록 분배기(clock divider), 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
부하 장치(1010)의 전력 관리부(1030)는 센싱 요청 신호(SEN)를 전력 관리 집적 회로(100)로 전송하고, 전력 관리 집적 회로(100)는 센싱 요청 신호(SEN)에 응답하여 실시간 계측 정보(RMINF)를 전력 관리부(1030)로 제공할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따라서, 전력 관리 집적 회로(100)는 계측 사이클 컨트롤러(MCCON) 및 오실레이터(OSC)를 포함할 수 있다. 계측 사이클 컨트롤러(MCCON)는 제1 주파수를 갖는 제1 클록 신호(CLK1)에 기초하여 동작하고, 계측 구간 동안에 활성화되는 발진 인에이블 신호(OEN)를 생성할 수 있다. 오실레이터(OSC)는 발진 인에이블 신호(OEN)에 기초하여 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수를 갖는 제2 클록 신호(CLK2)를 생성할 수 있다. 전력 관리 집적 회로(100)의 제어 로직은 제2 클록 신호(CLK2)에 기초하여 동작하고, 상기 계측 구간 동안에 상기 부하 전류들에 의해 소모되는 전력을 나타내는 전력 정보를 생성할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 실시예들에 따라서 전력 관리 집적 회로(100)는 상기 전력 정보뿐만 아니라 배터리 전압을 나타내는 배터리 전압 정보 및 동작 온도들을 나타내는 온도 정보를 생성하여 실시간 계측 정보(RMINF)로서 제공할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 전력 관리 집적 회로(100) 및 전력 관리 집적 회로(100)를 포함하는 전자 장치(1000)는, 전력 계측에 사용되는 제2 클록 신호(CLK2)를 상기 계측 구간에서만 활성화시키고 상기 계측 구간을 제외한 아이들 구간에서 비활성화시킴으로써 전력 계측을 위한 전력 소모를 감소할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 전력 관리 집적 회로를 나타내는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 전력 관리 집적 회로(100)는 복수의 전압 레귤레이터들(110), 변환 회로(120), 계측 사이클 컨트롤러(MCCON)(130), 오실레이터(OSC)(140), 제어 로직(CLOG)(150), 인터럽트 발생기(INTR)160) 및 인터페이스(INTF)(170) 등을 포함할 수 있다. 변환 회로(120), 계측 사이클 컨트롤러(130), 오실레이터(140) 및 제어 로직(150)은 실시간 계측 정보(RMINF)를 생성하고, 전력 계측기(power meter)라 지칭될 수 있다.
복수의 전압 레귤레이터(110)은 제어 로직(150)으로부터 제공되는 전압 제어 신호(VCTRL)에 기초하여 복수의 레귤레이터 전압들(VDD11, VDD12, VDD21, VDD22)을 생성할 수 있다.
복수의 전압 레귤레이터들(110)은 하나 이상의 스위칭 레귤레이터들(SVR)을 포함할 수 있다. 스위칭 레귤레이터들(SVR)은 레귤레이터 전압들(VDD11, VDD12)을 발생하여 부하 장치로 제공할 수 있다.
스위칭 레귤레이터들(SVR)은, 예를 들어, 부스트 컨버터(Boost converter), 벅-부스트 컨버터(Buck-boost converter), 그리고 벅 컨버터(Buck converter)와 같은 형태들 중 적어도 하나로서 제공될 수 있다. 도 12 내지 14를 참조하여 후술하는 바와 같이, 각각의 스위칭 레귤레이터들(SVR)은 전류 미터(Current Meter)를 포함할 수 있다. 스위칭 레귤레이터들(SVR) 각각은 전류 미터를 통해서 제공되는 아날로그 신호들(VLC11, VLC12)을 출력할 수 있다. 아날로그 신호들(VLC11, VLC12, VLC21, VLC22)은 부하 전류들의 레벨 정보를 가지는 전기 신호들일 수 있다.
또한, 복수의 전압 레귤레이터들(110)은 LDO(low drop out) 레귤레이터들과 같은 적어도 하나 이상의 선형 레귤레이터들(LVR)을 포함할 수 있다. 선형 레귤레이터들(LVR)은 레귤레이터 전압들(VDD21, VDD22)을 발생하여 부하 장치로 제공할 수 있다.
선형 레귤레이터들(LVR)의 각각은 출력 전압의 레벨에 따라 전압 강하의 크기를 제어할 수 있다. 선형 레귤레이터들(LVR)의 각각에는 전류 미터(Current Meter)가 구비될 수 있다. 각각의 전류 미터에 의해서 측정된 부하 전류는 아날로그 신호들(VLC21, VLC22)로서 제공될 수 있다. 아날로그 신호들(VLC21, VLC22)은 선형 레귤레이터들(LVR) 각각에 대한 부하 전류의 레벨 정보를 가지는 전기 신호들일 수 있다.
변환 회로(120)는 선택기(MUX) 및 아날로그-디지털 컨버터(ADC)를 포함할 수 있다.
선택기(MUX)는 제어 로직(150)으로부터 제공되는 선택 신호(SEL)에 응답하여 스위칭 레귤레이터들(SVR)이나 선형 레귤레이터들(LVR)로부터 출력되는 아날로그 신호들(VLC11, VLC12, VLC21, VLC22)들 중 적어도 하나를 선택하여 입력 아날로그 신호(AIN)를 출력할 수 있다. 실시예들에 따라서, 선택 신호(SEL)는 순차적으로 변화하는 값을 가질 수 있고, 아날로그 신호들(VLC11, VLC12, VLC21, VLC22)이 순차적으로 선택할 수 있다. 이 경우, 입력 아날로그 신호(AIN)는 아날로그 신호들(VLC11, VLC12, VLC21, VLC22)을 순차적으로 포함할 수 있다. 선택기(MUX)는 예를 들면 멀티플렉서(Multiplexer)로 구현될 수 있을 것이다.
실시예들에 따라서, 선택기(MUX)는 전력 관리 집적 회로(100)의 외부에 배치되는 배터리의 배터리 전압을 나타내는 아날로그 신호(Vbat) 및 전력 관리 집적 회로(100)의 외부에 배치되는 하나 이상의 온도 센서들로부터 제공되고 동작 온도들을 나타내는 아날로그 신호들(TMP1, TMP2)을 더 수신할 수 있다. 이 경우, 입력 아날로그 신호(AIN)는 수신되는 모든 아날로그 신호들(VLC11, VLC12, VLC21, VLC22, TMP1, TMP2, Vbat) 중 적어도 하나를 선택하여 입력 아날로그 신호(AIN)를 출력할 수 있다.
아날로그-디지털 컨버터(ADC)는 선택기(MUX)로부터 출력되는 입력 아날로그 신호(AIN)를 변환하여 디지털 신호들(DOUT)을 생성할 수 있다. 즉, 아날로그-디지털 컨버터(ADC)는 전압 레귤레이터들(110)의 부하 전류들의 크기 정보를 가지는 아날로그 신호들(VLC11, VLC12, VLC21, VLC22), 전자 장치의 동작 온도들을 나타내는 아날로그 신호들(TMP1, TMP2) 및 배터리 전압을 나타내는 아날로그 신호(Vbat) 중 적어도 하나를 이산 신호나 디지털 코드로 변환시킬 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터(ADC)는 도 15를 참조하여 후술하는 바와 같은 연속 근사 레지스터(SAR, successive approximation register) 아날로그-디지털 컨버터로 구현될 수 있으나 본 발명의 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다. 실시예에 따라서, 아날로그-디지털 컨버터(ADC)는 DSM(digital signal modulator) 형태 등과 같은 다양한 형태의 아날로그-디지털 컨버터로 구현될 수 있다.
디지털 신호로 변환된 측정 정보들은 디지털 신호들(DOUT)로서 제어 로직(150)에 전달된다. 도 4에는 아날로그-디지털 컨버터(ADC)로부터 출력되는 디지털 신호들(DOUT)이 직렬 신호로서 제어 로직(150)에 전달되는 것이 도시되어 있으나 본 발명의 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다. 실시예에 따라서, 변환 회로(120)는 아날로그-디지털 컨버터(ADC)의 후단에 배치되는 디멀티플렉서를 더 포함할 수 있고, 상기 디멀티플렉서를 이용하여 복수의 아날로그 신호들에 각각 상응하는 디지털 신호들을 각각의 채널들을 통하여 제어 로직(150)에 전달할 수도 있다.
제어 로직(150)은 인터페이스(170)를 통해서 제공되는 부하 장치(200)로부터의 센싱 요청 신호(SEN) 및 제어 신호(CNTL)를 수신할 수 있다. 제어 로직(150)은 센싱 요청 신호(SEN) 및 제어 신호(CNTL)에 응답하여 전압 레귤레이터들(110)로부터 출력되는 부하 전류들을 나타내는 아날로그 신호들(VLC11, VLC12, VLC21, VLC22), 전자 장치의 동작 온도들을 나타내는 아날로그 신호들(TMP1, TMP2) 및 배터리 전압을 나타내는 아날로그 신호(Vbat) 중 적어도 하나를 선택할 수 있다. 제어 로직(150)은 아날로그 신호들(VLC11, VLC12, VLC21, VLC22, TMP1, TMP2, Vbat) 중 적어도 하나를 선택하기 위한 선택 신호(SEL)를 생성하여 선택기(MUX)에 제공할 수 있다. 선택 신호(SEL)는 멀티플렉서의 출력을 선택하기 위한 코드로 제공될 수도 있을 것이다.
제어 로직(150)은 제어 레지스터(CRGST) 및 측정 레지스터(MRGST)를 포함할 수 있다. 제어 로직(150)는 부하 장치(200)로부터 전송되는 센싱 요청 신호(SEN) 및 제어 신호(CNTL)에 기초하여 생성되는 제어 값들 또는 제어 비트들을 제어 레지스터(CRGST)에 저장할 수 있다. 제어 레지스터(CRGST)에 저장되는 제어 값들 및 계측 모드에 대해서 도 6 및 7을 참조하여 후술한다.
측정 레지스터(MRGST)는 부하 장치(200)에서 요청에 의해서 생성된 실시간 계측 정보(RMINF)가 저장될 수 있다. 예를 들면, 스위칭 레귤레이터(SVR) 중에서 선택된 어느 하나의 전력 정보가 측정 레지스터(MRGST)의 지정된 영역에 저장되고, 선형 레귤레이터들(LVR) 중 선택된 적어도 하나의 전력 정보가 측정 레지스터(MRGST)의 지정된 다른 영역에 저장될 수 있을 것이다. 마찬가지로, 배터리 전압을 나타내는 배터리 전압 정보 및 동작 온도들을 나타내는 온도 정보도 측정 레지스터(MRGST)의 각각의 지정된 영역에 저장될 수 있다.
제어 로직(150)은 실시간 계측 정보(RMINF)가 측정 레지스터(MRGST)에 저장되면, 레디 신호(RDY)를 부하 장치(200)에 전송할 수 있다. 그러면, 부하 장치(200)는 인터페이스(170)를 통해서 레지스터에 저장된 실시간 계측 정보(RMINF)를 패치 또는 수신할 수 있을 것이다.
인터럽트 발생기(160)는 제어 로직(150)의 제어에 따라 레디 신호(RDY)를 생성하여 부하 장치(200)에 제공할 수 있다. 인터럽트 발생기(160)로부터의 레디 신호(RDY)에 응답하여 부하 장치(200)는 이후 실시간 계측 정보(RMINF)를 패치하거나 수신할 준비를 할 수 있다. 도 4를 참조하여, 레디 신호(RDY)를 이용하여 실시간 계측 정보(RMINF)의 전송 타이밍을 결정하는 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다.
인터페이스(170)는 부하 장치(200)와 실질적으로 데이터의 교환을 가능하게 한다. 인터페이스(170)는 부하 장치(200)로부터 제공되는 부하 전류의 센싱 요청 신호(SEN) 및 제어 신호(CNTL)를 데이터 또는 신호 형태로 제어 로직(150)에 제공할 수 있다. 더불어, 인터페이스(170)는 제어 로직(150)의 측정 레지스터(MGRST)에 저장된 실시간 계측 정보(RMINF)에 부하 장치(200)가 접근할 수 있는 인터페이스를 제공할 수 있다. 예를 들면, 인터페이스(170)는 I2C(inter-integrated circuit) 인터페이스, I3C(improved inter-integrated circuit) 인터페이스, SPMI(system power management interface), SPI(serial peripheral interface) 등과 같은 모바일 응용 프로세서와 공유 가능한 인터페이스 장치로 제공될 수 있다.
계측 사이클 컨트롤러(130)는 제1 주파수를 갖는 제1 클록 신호(CLK1)에 기초하여 동작하고, 계측 구간 동안에 활성화되는 발진 인에이블 신호(OEN)를 생성할 수 있다. 오실레이터(140)는 발진 인에이블 신호(OEN)에 기초하여 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수를 갖는 제2 클록 신호(CLK2)를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 클록 신호(CLK1)의 제1 주파수는 수 kHz이고 제2 클록 신호(CLK2)의 제2 주파수는 수백 kHz 이상일 수 있다. 상기 제1 주파수 및 상기 제2 주파수의 비율은 전자 장치의 요구되는 성능 및 전력 정책 등을 고려하여 적절하게 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 계측 사이클 컨트롤러(130)에 제공되는 제1 클록 신호(CLK1)는 전력 관리 집적 회로(100)의 외부에서 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1 클록 신호(CLK1)는 도 3의 실시간 클록 회로(RTC)에 제공되는 클록 신호와 동일할 수 있다.
다른 실시예에서, 전력 관리 집적 회로(100)는 제1 클록 신호(CLK1)를 생성하기 위한 부가적인 오실레이터를 더 포함할 수 있고, 상기 부가적인 오실레이터로부터 생성되는 신호가 제1 클록 신호(CLK1)로서 계측 사이클 컨트롤러(130)에 제공될 수 있다.
제어 로직(150)은 제2 클록 신호(CLK2)에 기초하여 동작하고, 상기 계측 구간 동안에 디지털 신호들(DOUT)에 기초하여 실시간 계측 정보(RMINF)를 생성할 수 있다. 전술한 바와 같이, 실시간 계측 정보(RMINF)는 전압 레귤레이터들(110)의 부하 전류들에 의해 소모되는 전력을 나타내는 전력 정보, 배터리 전압을 나타내는 배터리 전압 정보 및 전자 장치의 동작 온도들을 나타내는 온도 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제어 로직(150)은 실시간 계측 정보(RMINF)의 생성이 완료되는 시점에서 활성화되는 계측 완료 신호(DN)를 생성하고, 계측 완료 신호(DN)를 계측 사이클 컨트롤러(130)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 제어 로직(150)은 생성된 실시간 계측 정보(RMINF)가 측정 레지스터(MRGST)에 저장된 후에 계측 완료 신호(DN)를 활성화할 수 있다.
또한, 제어 로직(150)은 부하 장치(200)로부터의 전력 요청 신호(SEN)에 기초하여 실시간 계측 정보(RMINF)의 생성이 필요한지 여부를 나타내는 계측 플래그 신호(MFLG)를 생성하고, 계측 플래그 신호(MFLG)를 계측 사이클 컨트롤러(130)에 제공할 수 있다. 계측 완료 신호(DN) 및 계측 플래그 신호(MFLG)에 기초한 계측 사이클 컨트롤러(130)의 동작의 실시예들은 도 5 등을 참조하여 후술한다.
일 실시예에서, 변환 회로(120)는 제2 클록 신호(CLK2)에 기초하여 동작할 수 있다. 전술한 바와 같이 제2 클록 신호(CLK2)는 실시간 계측 정보(RMINF)의 생성을 위한 계측 구간에서만 활성화되므로 상기 계측 구간을 제외한 아이들(idle) 구간에서 변환 회로(120)는 변환 동작을 중지하여 변환 회로(120)의 전력 소모가 감소될 수 있다.
일 실시예에서, 계측 사이클 컨트롤러(130)는, 계측 구간을 제외한 아이들 구간 동안에 활성화되는 파워다운 신호(PD)를 생성하고, 파워다운 신호(PD)를 변환 회로(120)에 제공할 수 있다. 변환 회로(120)는 파워다운 신호(PD)의 비활성화 구간 동안에 인에이블되어 디지털 신호들(DOUT)을 생성하고, 파워다운 신호(PD)의 활성화 구간 동안에 디스에이블될 수 있다. 이 경우, 변환 회로(120)가 제2 클록 신호(CLK2)가 아닌 다른 클록 신호에 기초하여 동작하는 경우에도 상기 계측 구간을 제외한 아이들(idle) 구간에서 변환 회로(120)는 변환 동작을 중지하여 변환 회로(120)의 전력 소모가 감소될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 전력 관리 집적 회로의 동작의 일 실시예를 나타내는 타이밍도이다.
도 4 및 5를 참조하면, 제어 로직(150)은 부하 장치(200)로부터의 전력 요청 신호(SEN)에 기초하여 실시간 계측 정보(RMINF)의 생성이 필요한 경우 계측 플래그 신호(MFLG)를 활성화할 수 있다. 또한, 제어 로직(150)은 실시간 계측 정보(RMINF)의 생성이 완료되는 시점들(t2, t4)에서 계측 완료 신호(DN)를 활성화 할 수 있다. 예를 들어, 제어 로직(150)은 도 5에 도시된 바와 같이 펄스 형태로 계측 완료 신호(DN)를 활성화 할 수 있다.
계측 사이클 컨트롤러(130)는 제1 클록 신호(CLK1)의 에지(예를 들어, 상승 에지)에 응답하여, 즉 시점들(t1, t3, t5)에서 발진 인에이블 신호(OEN)를 활성화할 수 있다. 또한, 계측 사이클 컨트롤러(130)는 계측 완료 신호(DN)의 활성화에 응답하여, 즉 시점들(t2, t4)에서 발진 인에이블 신호(OEN)를 비활성화할 수 있다.
오실레이터(140)는 발진 인에이블 신호(OEN)의 활성화 구간에 상응하는 계측 구간(tMS) 동안에 인에이블되어 제2 클록 신호(CLK2)를 활성화하고, 발진 인에이블 신호(OEN)의 비활성화 구간에 상응하는 아이들(idle) 구간(tIDL) 동안에 디스에이블되어 제2 클록 신호(CLK2)를 비활성화할 수 있다. 계측 사이클 컨트롤러(130)는, 계측 구간(tMS)을 제외한 아이들 구간(tIDL) 동안에 파워다운 신호(PD)를 활성화할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 전력 관리 집적 회로 및 상기 전력 관리 집적 회로를 포함하는 전자 장치는, 전력 계측에 사용되는 제2 클록 신호(CLK2)를 계측 구간(tMS)에서만 활성화시키고 아이들 구간(tIDL)에서 비활성화시킴으로써 전력 계측을 위한 전력 소모를 감소할 수 있다.
도 6 및 7을 참조하여 설명하는 바와 같이 계측 구간(tMS)의 지속 시간은 부하 장치(200)의 센싱 요청에 따라서 변화될 수 있다. 제1 클록 신호(CLK1)의 사이클 주기(T1)는 계측 구간(tMS)의 최대 지속 시간보다 크게 되도록 설정될 수 있다. 여기서, 계측 구간(tMS)의 최대 지속 시간은 부하 장치(200)가 요청하는 실시간 계측 정보(RMINF)가 전력 관리 집적 회로(100)가 제공할 수 있는 모든 정보를 포함하는 경우의 계측 구간(tMS)의 지속 시간에 해당한다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 전력 관리 집적 회로에 포함되는 제어 레지스터에 저장되는 정보의 일 실시예를 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 전력 관리 집적 회로의 계측 모드를 설명하기 위한 도면이다.
도 6에는 제어 레지스터(CRGST)에 저장되는 제어 값들 중에서 계측 모드와 관련된 제어 값들(B1~B4)의 일 실시예가 도시되어 있다. 예를 들어, 제어 값들(B1~B4)의 각각은 1개의 비트에 해당할 수 있으나, 본 발명의 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다.
부하 장치(200)로부터 제공되는 센싱 요청 신호(SEN)는 전력 정보의 요청을 나타내는 전력 요청 신호(PSEN), 온도 정보의 요청을 나타내는 온도 요청 신호(TSEN) 및 배터리 전압 정보의 요청을 나타내는 배터리 전압 요청 신호(BSEN)를 포함할 수 있다.
제어 로직(150)은 전력 요청 신호(PSEN), 온도 요청 신호(TSEN) 및 배터리 전압 요청 신호(BSEN)를 수신하고, 전력 요청 신호(PSEN), 온도 요청 신호(TSEN) 및 배터리 전압 요청 신호(BSEN)에 기초하여 계측 모드를 결정할 수 있다. 도 5를 참조하여 설명한 계측 구간(tMS)의 지속 시간은 상기 계측 모드에 기초하여 결정될 수 있다.
제어 로직(150)은 제어 값들(B2, B3, B4) 중에서 활성화된 요청 신호에 상응하는 제어 값을 제1 값(예를 들어, "1"의 값)으로 설정하고 비활성화된 요청 신호에 상응하는 제어 값을 제2 값(예를 들어, "0"의 값)으로 설정할 수 있다. 제어 로직(150)은 전력 요청 신호(PSEN), 온도 요청 신호(TSEN) 및 배터리 전압 요청 신호(BSEN)의 활성화 상태를 나타내는 제어 값들(B2, B3, B4)에 기초하여 계측 플래그 신호(MFLG)를 생성하기 위한 제어 값(B1)을 설정할 수 있다.
도 7에는 계측 플래그 신호(MFLG), 전력 요청 신호(PSEN), 온도 요청 신호(TSEN) 및 배터리 전압 요청 신호(BSEN)에 상응하는 제어 값들(B1~B4)에 상응하는 계측 모드들(NOP, MD1~MD7)의 일 실시예가 도시되어 있다.
제어 로직(150)은 전력 요청 신호(PSEN), 온도 요청 신호(TSEN) 및 배터리 전압 요청 신호(BSEN)가 모두 비활성화된 경우 계측 플래그 신호(MFLG)에 상응하는 제어 값(B1)을 "0"으로 설정하고 이에 기초하여 계측 플래그 신호(MFLG)를 비활성화할 수 있다. NOP는 계측을 위한 동작이 요구되지 않는 비계측 모드를 나타낸다.
한편, 제어 로직(150)은 전력 요청 신호(PSEN), 온도 요청 신호(TSEN) 및 배터리 전압 요청 신호(BSEN) 중 적어도 하나가 활성화될 때 계측 플래그 신호(MFLG)를 활성화할 수 있다. 제1 내지 제7 계측 모드들(MD1~MD7)은 전력 요청 신호(PSEN), 온도 요청 신호(TSEN) 및 배터리 전압 요청 신호(BSEN)의 활성화 여부에 따른 다양한 계측 모드들을 나타낸다.
도 7에서 tPM은 전력 정보의 생성에 소요되는 시간을 나타내고, tTM은 온도 정보의 생성에 소요되는 시간을 나타내고, tBM은 배터리 전압 정보의 생성에 소요되는 시간을 나타낸다. 이와 같은 소요 시간들(tPM, tTM, tBM)은 전력 관리 집적 회로(100)에 포함되고 계측이 요구되는 전압 레귤레이터들의 개수, 온도 센서들의 개수 및 배터리들의 개수에 따라 결정될 수 있다.
전력 요청 신호(PSEN), 온도 요청 신호(TSEN) 및 배터리 전압 요청 신호(BSEN)가 모두 활성화된 제1 계측 모드(MD1)의 경우에, 계측 구간(tMS)은 최대 지속 시간(tPM+tTM+tBM)을 갖는다. 전술한 바와 같이, 제1 클록 신호(CLK1)의 사이클 주기(T1)는 계측 구간(tMS)의 최대 지속 시간(tPM+tTM+tBM)보다 크도록 설정된다.
일 실시예에서, 도 8 및 9를 참조하여 후술하는 바와 같이, 계측 사이클 컨트롤러(130)는 계측 플래그 신호(MFLG)에 관계 없이 제1 클록 신호(CLK1)의 에지에 응답하여 발진 인에이블 신호(OEN)를 활성화하여 오실레이터(140)를 인에이블시킬 수 있다.
다른 실시예에서, 도 10 및 11을 참조하여 후술하는 바와 같이, 계측 사이클 컨트롤러(130)는 제1 클록 신호(CLK1)의 에지(예를 들어, 상승 에지)에서 계측 플래그 신호(MFLG)에 기초하여 발진 인에이블 신호(OEN)의 활성화 여부를 결정할 수 있다.
이하, 도 9 및 11의 타이밍도들은 도 5의 타이밍도와 유사하므로 중복되는 설명을 생략한다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 전력 계측 방법을 나타내는 순서도이고, 도 9는 도 8의 전력 계측 방법을 수행하는 전력 관리 집적 회로의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 8 및 9를 참조하면, 제2 클록 신호(CLK2)가 비활성화된 아이들 모드에서, 계측 사이클 컨트롤러(130)는 제1 클록 신호(CLK1)의 에지를 검출하고(S11). 제1 클록 신호(CLK1)의 에지(예를 들어, 상승 에지)에 응답하여, 즉 시점들(t1, t3, t5)에서 발진 인에이블 신호(OEN)를 활성화할 수 있다. 전술한 바와 같이, 오실레이터(140)는 발진 인에이블 신호(OEN)의 활성화에 응답하여 제2 클록 신호(CLK2)를 활성화할 수 있다(S12). 즉, 계측 사이클 컨트롤러(130)는 계측 플래그 신호(MFLG)에 관계 없이 제1 클록 신호(CLK1)의 에지에서 제2 클록 신호(CLK2)를 항상 활성화할 수 있다.
제어 로직(150)은 제어 레지스터(CRGST)의 제어 값들에 기초하여 실시간 계측 정보(RMINF)의 생성이 필요한지 여부, 즉 비계측 모드(NOP)인지 여부를 판단한다(S13).
비계측 모드(NOP)로 판단된 경우(S13: YES), 제어 로직(150)은 계측 완료 신호(DN)를 활성화하고 계측 사이클 컨트롤러(130)는 발진 인에이블 신호(OEN)를 비활성화한다. 오실레이터(140)는 발진 인에이블 신호(OEN)의 비활성화에 응답하여, 즉 시점(t2)에서 제2 클록 신호(CLK2)를 비활성화하고(S16), 아이들 모드로 진입한다. 결과적으로 비계측 모드(NOP)의 경우에 해당하는 계측 구간(tMS), 즉 시구간(t1~t2)에서는 실제로는 계측 동작이 수행되지 않고 제어 로직(150)은 비계측 모드임을 확인하는 즉시 계측 완료 신호(DN)를 활성화할 수 있다.
비계측 모드(NOP)가 아니 것으로 판단된 경우(S13: NO), 제어 로직(150)은 활성화된 제2 클록 신호(CLK2)에 기초하여 제어 레지스터(CRGST)의 제어 값들에 상응하는 계측 모드를 수행하여 실시간 계측 정보(RMINF)를 생성한다(S14). 제어 로직(150)은 실시간 계측 정보(RMINF)의 생성이 완료된 후, 즉 시점(t4)예서 계측 완료 신호(DN)를 활성화한다.
계측 사이클 컨트롤러(130)는 계측 완료 신호(DN)를 검출하고(S15), 계측 완료 신호(DN)의 활성화에 응답하여 발진 인에이블 신호(OEN)를 비활성화한다. 오실레이터(140)는 발진 인에이블 신호(OEN)의 비활성화에 응답하여 디스에이블되어 제2 클록 신호(CLK2)를 비활성화하고(S16), 아이들 모드로 진입한다.
이와 같은 동작들이 제1 클록 신호(CLK1)의 에지마다 반복적으로 수행될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 전력 계측 방법을 나타내는 순서도이고, 도 11은 도 10의 전력 계측 방법을 수행하는 전력 관리 집적 회로의 동작을 나타내는 타이밍도이다.
도 10 및 11을 참조하면, 제2 클록 신호(CLK2)가 비활성화된 아이들 모드에서, 계측 사이클 컨트롤러(130)는 제1 클록 신호(CLK1)의 에지를 검출하고(S21). 제1 클록 신호(CLK1)의 에지(예를 들어, 상승 에지)에 응답하여, 즉 시점들(t1, t3, t5)에서 실시간 계측 정보(RMINF)의 생성이 필요한지 여부, 즉 비계측 모드(NOP)인지 여부를 판단한다(S22). 예를 들어, 계측 사이클 컨트롤러(130)는 제어 로직(150)으로부터 제공되는 계측 플래그 신호(MFLG)의 활성화 여부에 따라서 비계측 모드(NOP)인지 여부를 판단할 수 있다.
비계측 모드(NOP)로 판단된 경우(S22: YES), 즉 시점(t1)에서 계측 플래그 신호(MFLG)가 비활성화된 경우, 계측 사이클 컨트롤러(130)는 발진 인에이블 신호(OEN)의 비활성화 상태를 그대로 유지하고 아이들 모드로 진입한다.
비계측 모드(NOP)가 아니 것으로 판단된 경우(S22: NO), 즉 시점들(t3, t5)에서 계측 플래그 신호(MFLG)가 활성화된 경우, 계측 사이클 컨트롤러(130)는 발진 인에이블 신호(OEN)를 활성화시키고, 오실레이터(140)는 발진 인에이블 신호(OEN)의 활성화에 응답하여 제2 클록 신호(CLK2)를 활성화한다(S23).
제어 로직(150)은 활성화된 제2 클록 신호(CLK2)에 기초하여 제어 레지스터(CRGST)의 제어 값들에 상응하는 계측 모드를 수행하여 실시간 계측 정보(RMINF)를 생성한다(S24). 제어 로직(150)은 실시간 계측 정보(RMINF)의 생성이 완료된 후, 즉 시점(t4)예서 계측 완료 신호(DN)를 활성화한다.
계측 사이클 컨트롤러(130)는 계측 완료 신호(DN)를 검출하고(S25), 계측 완료 신호(DN)의 활성화에 응답하여 발진 인에이블 신호(OEN)를 비활성화한다. 오실레이터(140)는 발진 인에이블 신호(OEN)의 비활성화에 응답하여 디스에이블되어 제2 클록 신호(CLK2)를 비활성화하고(S26), 아이들 모드로 진입한다.
이와 같은 동작들이 제1 클록 신호(CLK1)의 에지마다 반복적으로 수행될 수 있다.
도 8 및 9를 참조하여 설명한 실시예의 경우에는 제어 로직(150)이 비계측 모드(NOP) 여부를 판단하기 때문에 계측 플래그 신호(MFLG)가 계측 사이클 컨트롤러(130)에 제공되지 않을 수 있다. 반면에 도 10 및 11을 참조하여 설명한 실시예의 경우에는 계측 사이클 컨트롤러(130)가 비계측 모드(NOP) 여부를 판단하기 때문에 계측 플래그 신호(MFLG)가 계측 사이클 컨트롤러(130)에 제공되어야 할 것이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 전력 관리 집적 회로에 포함되는 스위칭 레귤레이터의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 스위칭 레귤레이터(Switching Regulator)의 예로 부스트 컨버터(110a)가 도시되어 있다. 부스트 컨버터(110a)는 입력 전압보다 높은 출력 전압을 제공하기 위한 스위칭 레귤레이터의 일종이다. 본 발명의 부스트 컨버터(110a)는 부하 전류에 대응하는 PMOS 트랜지스터의 전류(Ipm)를 측정하는 전류 미터(115a)를 포함한다.
본 발명의 부스트 컨버터(110a)는 간략하게 인덕터(L), 스위치단(NM, PM), 출력 커패시터(Co), 그리고 전류 미터(115a)를 포함한다. 인덕터(L)의 일단에는 직류 전압으로 제공되는 전원(Vin)이 연결된다. 전원(Vin)은 예를 들면 배터리로 제공될 수 있다. 그리고 스위치단(NM, PM)은 구동 신호(PDRV, NDRV)에 응답하여 상보적으로 턴오프/턴온되는 PMOS 트랜지스터(PM)와 NMOS 트랜지스터(NM)로 구성될 수 있다. PMOS 트랜지스터(PM)와 NMOS 트랜지스터(NM)의 스위칭에 의해서 인덕터(L)에 흐르는 전류는 레귤레이팅되어 부하 측으로 제공된다. 여기서, 출력 커패시터(Co)가 충분히 크면, 출력 전압(Vout)의 맥동이 억압되어 직류 형태로 출력될 수 있다.
본 발명의 전류 미터(115a)는 PMOS 트랜지스터(PM)에 흐르는 전류를 측정하도록 구성될 수 있다. 즉, 전류 미터(115a)는 PMOS 트랜지스터(PM)의 드레인-소스단의 전압차를 검출하여 PMOS 트랜지스터(PM)에 흐르는 전류를 구할 수 있다. 그리고 비연속적인 PMOS 트랜지스터(PM)의 채널 전류의 평균을 구하여 부하 전류의 크기를 나타내는 실시간 계측 정보(RMINF)로 제공될 수 있다. 여기서 실시간 계측 정보(RMINF)는 전압이나 전류 레벨 또는 코드 데이터로 제공될 수도 있을 것이다.
부스트 컨버터(110a)에서 실질적으로 부하에 제공되는 부하 전류는 인덕터(L)에 흐르는 인덕터 전류(IL)가 아니라 부하 측으로 전류를 공급하는 PMOS 트랜지스터(PM)에 흐르는 전류(Ipm)이다. 따라서, PMOS 트랜지스터(PM)의 채널 전류를 측정하고, 그 평균값을 구하면 부하에 공급되는 부하 전류의 크기로 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 도 12에 도시된 바와 같이, 전류 미터(115a)는 입력 선택부(116a), 전압-전류 변환기(117a), 저항(Ri) 그리고 저역 필터(118a)를 포함할 수 있다. 입력 선택부(116a)는 PMOS 트랜지스터(PM)가 턴온되는 시점에는 PMOS 트랜지스터(PM)의 드레인-소스단 전압을 전압-전류 변환기(117a)에 차동 전압으로 제공한다. 반면, 입력 선택부(116a)는 PMOS 트랜지스터(PM)가 턴오프되는 시점에는 전압-전류 변환기(117a)에 0V의 차동 전압을 제공할 수 있다. 이러한 동작을 위해서, PMOS 트랜지스터(PM)가 턴온되는 시점(즉, PDRV가 로우 레벨일 때)에, 제 1 스위치(SW1)는 턴온되고 제 2 스위치(SW2)는 턴오프되어야 한다. 반대로, PMOS 트랜지스터(PM)가 턴오프되는 시점(즉, PDRV가 하이 레벨일 때)에, 제 1 스위치(SW1)는 턴오프되고 제 2 스위치(SW2)는 턴온되어야 한다. 여기서, PMOS 트랜지스터(PM)와 NMOS 트랜지스터(NM)를 구동하는 드라이버 신호들(PDRV, NDRV)은 동일한 신호 또는 동일한 레벨로 제공될 수 있다.
전압-전류 변환기(117a)는 PMOS 트랜지스터(PM)가 턴온되는 시점에 PMOS 트랜지스터(PM)의 드레인-소스단의 차동 전압을 검출하여 전류 신호로 변환한다. 예를 들면, 검출된 PMOS 트랜지스터(PM)의 드레인-소스 단의 차동 전압은 전압-전류 변환기(117a)에 구비되는 PMOS 트랜지스터(PM)의 저항과 동일한 크기의 저항을 사용하여 전류로 변환할 수 있다. 이때, 전압-전류 변환기(117a)에 의해서 출력되는 전류(Ics)는 저항(Ri)에 흐르게 된다. 그리고 저항(Ri)에 흐르는 전류는 전압 값으로 검출되고, 저역 필터(118a)에 의해서 평균된 실시간 계측 정보(RMINF)로 제공될 수 있다. 여기서, 저역 필터(118a)는 다양한 평활 회로들 중 어느 하나를 사용할 수도 있음은 잘 이해될 것이다.
이상에서, 부하 전류와 동일한 크기의 PMOS 트랜지스터(PM)의 채널 전류(Ipm)를 측정하는 전류 미터(115a)의 예가 설명되었다. 하지만, 전류 미터((115a)의 전류 측정 방식이나 구성은 다양하게 변경될 수 있음은 잘 이해될 것이다. 다만, 전류 미터(115a)는 전력 관리 집적 회로(100)의 내부에 구비되고, 실시간으로 부하 전류를 측정할 수 있어야 할 것이다.
도 13은 도 12의 스위칭 레귤레이터에 포함되는 전류 미터의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 12 및 13을 참조하면, 전류 미터(116a)는 PMOS 트랜지스터(PM)의 전류만을 측정하여 평균 연산을 통해서 부하 전류(I_Load)로 제공할 수 있다.
먼저, 인덕터(L)에 흐르는 인덕터 전류(IL)의 파형을 살펴보기로 하자. 인턱터에 흐르는 인덕터 전류(IL)는 스위치단(PM, NM)의 스위칭 동작에 의해서 가변된다. t0 시점 이전에는 NMOS 트랜지스터(NM)가 턴온되고, PMOS 트랜지스터가 턴오프된 상태라 가정하자. 그러면, 인덕터 전류(IL)는 직선적으로 상승한다. t1 시점에서는 NMOS 트랜지스터(NM)가 턴오프되고, PMOS 트랜지스터(PM)가 턴온된다. 그러면, PMOS 트랜지스터에 흐르는 전류(Ipm)는 부하에 제공되는 부하 전류(I_Load)에 기여하게 될 것이다.
이러한 방식으로 NMOS 트랜지스터(NM)와 PMOS 트랜지스터(PM)의 상보적인 스위칭에 의해서 적정 레벨의 전압 또는 전류가 지속적으로 부하로 제공될 것이다. 특히, 부하 전류(I_Load)에 기여하는 PMOS 트랜지스터(PM)의 전류(Ipm)는 빗금친 부분으로 나타난다. 따라서, 빗금친 부분의 PMOS 트랜지스터(PM)의 전류(Ipm)는 비연속적이다. 이러한 비연속적인 전류의 크기는 평균화 연산이 동반되어야 직류 성분으로 제공된다. 따라서, PMOS 트랜지스터(PM)가 턴온되는 시점의 전류(Ipm)를 하나의 주기(예를 들면, t1~t3)에 대한 평균치로 계산하면 실질적으로 부하로 제공된 부하 전류(I_load)의 크기가 제공될 수 있다.
본 발명의 전류 미터(115a)는 비연속적으로 제공되는 PMOS 트랜지스터의 전류(Ipm)를 전력 관리 집적 회로(100)의 내부에서 측정할 수 있다. 그리고 전류 미터(115a)에 의해서 측정된 부하 전류(I_Load)의 크기 정보는 부하 장치(200)에 실시간으로 제공될 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 전력 관리 집적 회로에 포함되는 스위칭 레귤레이터의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 14를 참조하면, 벅 컨버터(Buck converter)로 구성되는 스위칭 레귤레이터(110b)에 전류 미터(115b)가 포함될 수 있다.
PMOS 트랜지스터(PM)의 일단은 입력 전압(VDD)을 제공받기 위한 노드에 연결될 수 있다. NMOS 트랜지스터(NM)는 PMOS 트랜지스터(PM)의 타단과 접지 노드 사이에 연결될 수 있다. PMOS 트랜지스터(PM) 및 NMOS 트랜지스터(NM)는 각각 제 1 구동 신호(PDRV) 및 제 2 구동 신호(NDRV)에 의해 제어될 수 있다. 제 1 구동 신호(PDRV) 및 제 2 구동 신호(NDRV)를 제공하기 위한 구동부(111b)가 스위칭 레귤레이터(110d)에 포함될 수 있다.
구동부(111b)에 의해서 생성되는 제 1 구동 신호(PDRV) 및 제 2 구동 신호(NDRV)에 의해서 출력 전압(Vout)의 레벨이 결정될 것이다. 즉, 구동부(111b)는 펄스폭 변조 방식으로 인덕터(L)와 출력 커패시터(Co)를 충전 및 방전을 제어하여 출력 전압(Vout)의 레벨을 제어할 수 있다. 예를 들면, 제 1 구동 신호(PDRV)의 듀티비가 작을수록(로우 레벨 구간이 길어질수록) 인턱터(L)의 충전 시간이 길어진다. 따라서, 인덕터(L)에 저장되는 에너지가 증가하게 되고, 출력 전압(Vout)은 상대적으로 높아지게 된다. 반면, 제 1 구동 신호(PDRV)의 듀티비가 커질수록(로우 레벨 구간이 짧아질수록) 인턱터(L)의 충전 시간은 짧아진다. 따라서, 인덕터(L)에 저장되는 에너지는 상대적으로 감소하고, 출력 전압(Vout)은 상대적으로 낮아지게 될 것이다.
PMOS 트랜지스터(PM) 및 NMOS 트랜지스터(NM)는 제 1 구동 신호(PDRV) 및 제 2 구동 신호(NDRV)에 각각 응답하여 순차적으로 턴온될 수 있다. 여기서, 제 1 구동 신호(PDRV) 및 제 2 구동 신호(NDRV)는 동일한 신호로 제공될 수 있을 것이다. 제 1 구동 신호(PDRV) 및 제 2 구동 신호(NDRV)의 듀티비에 의해서 입력 전압(VDD)과 출력 전압(Vout)의 비율이 결정될 것이다.
전류 미터(115b)는 실질적으로 스위칭 레귤레이터(110b)의 출력 전류를 측정하여 실시간 계측 정보(RMINF)로 제공할 수 있다. 전류 미터(115b)는 PMOS 트랜지스터(PM) 및 NMOS 트랜지스터(NM)를 통해서 제공되는 전류를 검출하여, 그 평균값을 부하 전류로 제공할 수 있다. 인덕터(L)에 흐르는 전류의 평균을 구하기 위해서, 전류 미터(115b)는 구동 신호(PDRV, NDRV)를 참조할 수 있다. 즉, 인덕터 전류(IL)의 시간 평균을 구하기 위해서 구동 신호(PDRV, NDRV)의 스위칭 시점을 사용할 수 있다.
전류 미터(115b)는 인덕터(L)에 흐르는 전류를 평균화하여 부하 전류를 측정할 수 있다. 더불어, 고속으로 부하 전류를 계산하기 위해서 인덕터 전류(IL)의 피크치와 구동 신호(PDRV, NDRV)를 사용하여 부하 전류(I_load)를 구할 수도 있다. 즉, 전류 미터(115b)는 PMOS 트랜지스터(PM) 및 NMOS 트랜지스터(NM)에 의해서 발생하는 인덕터 전류(IL)의 피크치와 스위칭 시간 정보를 사용하여 부하 전류를 구할 수 있을 것이다. 그리고 계산된 부하 전류를 이용하여 실시간 계측 정보(RMINF)로 제공될 수 있을 것이다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 전력 관리 집적 회로에 포함되는 아날로그-디지털 컨버터의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 15에는 연속 근사 레지스터(SAR, successive approximation register) 아날로그-디지털 컨버터(SAR ADC)가 도시되어 있다. 일 실시예에서, SAR ADC는 전술한 제2 클록 신호(CLK2)에 기초하여 동작할 수 있다.
도 15를 참조하면, SAR ADC는 샘플 홀딩 회로(123), 비교기(124), SAR 로직 회로(125) 및 디지털 아날로그 변환기(DAC)(126))을 포함할 수 있다.
샘플 홀딩 회로(123)는 제2 클록 신호(CLK2)에 응답하여 아날로그 신호를 샘플링하고 홀딩하여 입력신호(VIN)를 생성한다.
비교기(124)는 제2 클록 신호(CLK2)의 활성화 구간, 예컨대 로직 하이 레벨 상태에서 입력신호(VIN)와 기준신호(VREF)를 비교한 비교 신호(CMP)를 출력하고 제2 클록 신호(CLK2)의 비활성화 구간, 예컨대 로직 로우 레벨 상태에서는 포지티브 출력과 네가티브 출력을 모두 로직 하이 상태로 출력하는 리셋 상태를 유지한다. 비교기(124)는 액티브 구간에서 입력신호(VIN)가 기준전압(VREF)보다 크거나 같으면, 비교기 출력인 비교 신호(CMP)는 로직 하이 레벨, 즉 논리 값 1을 갖는다. 반대로, 입력신호(VIN)보다 기준 전압(VREF)이 더 크다면 비교 신호(CMP)는 로직 로우 레벨, 즉 논리 값 0을 갖는다.
SAR 로직회로(125)는 쉬프트 레지스터들, 조합회로 및 축차 근사 레지스터를 포함한다. SAR 로직회로(125)는 개시 신호(SOC)에 응답하여 변환동작을 시작하고 제2 클록 신호(CLK2)에 동기하여 쉬프트하면서 N비트 디지털 데이터의 최상위 비트를 논리"1"로 하고 나머지 비트들은 논리 "0"으로 하여 디지털 아날로그 변환기(126)에 제공한다. 이어서 비교 신호(CMP)가 "0"이면 최상위 비트 값을 "1"에서 "0"으로 변환하고 그 다음 비트 값을 "1"로 세팅한다. 반대로 비교 신호(CMP)가 "1"이면 최상위 비트 값을 "1"로 유지하고 그 다음 비트 값을 "1"로 세팅한다. 이와 같은 동작을 최하위 비트까지 연속적으로 반복하여 N 비트 디지털 데이터를 출력한다. 따라서, SAR 로직회로(125)는 제2 클록 신호(CLK2)의 N번째 클록에 응답하여 쉬프트 레지스터의 N번째 레지스터의 출력신호(LSB)를 로우상태에서 하이상태로 발생한다.
디지털 아날로그 변환기(126)는 SAR 로직회로(125)에서 제공된 N비트 디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환하여 비교기(124)의 기준신호(VREF)로 제공한다.
도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 모바일 장치를 나타내는 블록도이다.
도 16을 참조하면, 모바일 장치(1700)는 시스템 온 칩(1710) 및 복수의 또는 기능 모듈들(1740, 1750, 1760, 1770)을 포함한다. 모바일 장치(1700)는 메모리 장치(1720), 저장 장치(1730), 전력 관리 집적 회로(1780) 및 배터리(VTT)(1790)를 더 포함할 수 있다.
시스템 온 칩(1710)은 모바일 장치(1700)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 다시 말하면, 시스템 온 칩(1710)은 메모리 장치(1720), 저장 장치(1730) 및 복수의 기능 모듈들(1740, 1750, 1760, 1770)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 시스템 온 칩(1710)은 모바일 장치(1700)에 구비되는 애플리케이션 프로세서(Application Processor; AP)일 수 있다.
시스템 온 칩(1710)은 중앙 처리 유닛(1712) 및 전력 관리 시스템(1714)을 포함할 수 있다. 메모리 장치(1720) 및 저장 장치(1730)는 모바일 장치(1700)의 동작에 필요한 데이터들을 저장할 수 있다. 예를 들어, 메모리 장치(1720)는 DRAM(dynamic random access memory) 장치, SRAM(static random access memory) 장치, 모바일 DRAM 장치 등과 같은 휘발성 메모리 장치에 상응할 수 있고, 저장 장치(1730)는 EPROM(erasable programmable read-only memory) 장치, EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory) 장치, 플래시 메모리(flash memory) 장치, PRAM(phase change random access memory) 장치, RRAM(resistance random access memory) 장치, NFGM(nano floating gate memory) 장치, PoRAM(polymer random access memory) 장치, MRAM(magnetic random access memory) 장치, FRAM(ferroelectric random access memory) 장치 등과 같은 비휘발성 메모리 장치에 상응할 수 있다. 실시예에 따라서, 저장 장치(1730)는 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive; SSD), 하드 디스크 드라이브(hard disk drive; HDD), 씨디롬(CD-ROM) 등을 더 포함할 수도 있다.
복수의 기능 모듈들(1740, 1750, 1760, 1770)은 모바일 장치(1700)의 다양한 기능들을 각각 수행할 수 있다. 예를 들어, 모바일 장치(1700)는 통신 기능을 수행하기 위한 통신 모듈(1740)(예를 들어, CDMA(code division multiple access) 모듈, LTE(long term evolution) 모듈, RF(radio frequency) 모듈, UWB(ultra wideband) 모듈, WLAN(wireless local area network) 모듈, WIMAX(worldwide interoperability for microwave access) 모듈 등), 카메라 기능을 수행하기 위한 카메라 모듈(1750), 표시 기능을 수행하기 위한 디스플레이 모듈(1760), 터치 입력 기능을 수행하기 위한 터치 패널 모듈(1770) 등을 포함할 수 있다. 실시예에 따라서, 모바일 장치(1700)는 GPS(global positioning system) 모듈, 마이크 모듈, 스피커 모듈, 자이로스코프(gyroscope) 모듈 등을 더 포함할 수 있다. 다만, 모바일 장치(700)에 구비되는 복수의 기능 모듈들(1740, 1750, 1760, 1770)의 종류는 그에 한정되지 않는다.
전력 관리 집적 회로(1780)는 배터리(1790)로부터 제공되는 배터리 전압에 기초하여 시스템 온 칩(1710), 메모리 장치(1720), 저장 장치(1730) 및 복수의 기능 모듈들(1740, 1750, 1760, 1770)에 각각 구동 전압을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따라서, 전력 관리 집적 회로(1780)는 계측 사이클 컨트롤러(MCCON) 및 오실레이터(OSC)를 포함할 수 있다. 계측 사이클 컨트롤러(MCCON)는 제1 주파수를 갖는 제1 클록 신호(CLK1)에 기초하여 동작하고, 계측 구간 동안에 활성화되는 발진 인에이블 신호(OEN)를 생성할 수 있다. 오실레이터(OSC)는 발진 인에이블 신호(OEN)에 기초하여 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수를 갖는 제2 클록 신호(CLK2)를 생성할 수 있다. 전력 관리 집적 회로(1780)의 제어 로직은 제2 클록 신호(CLK2)에 기초하여 동작하고, 상기 계측 구간 동안에 상기 부하 전류들에 의해 소모되는 전력을 나타내는 전력 정보를 생성할 수 있다. 전술한 바와 같이, 실시예들에 따라서 전력 관리 집적 회로(1780)는 상기 전력 정보뿐만 아니라 배터리 전압을 나타내는 배터리 전압 정보 및 동작 온도들을 나타내는 온도 정보를 생성하여 실시간 계측 정보(RMINF)로서 제공할 수 있다. 전력 관리 시스템(1714)은 실시간 계측 정보(RMINF)에 기초하여 동적 주파수 전압 스케일링(DVFS, dynamic voltage frequency scaling) 동작 및 열 조절 동작(thermal throttling) 중 적어도 하나를 수행할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 전력 관리 집적 회로 및 상기 전력 관리 집적 회로를 포함하는 전자 장치는, 전력 계측에 사용되는 제2 클록 신호를 상기 계측 구간에서만 활성화시키고 상기 아이들 구간에서 비활성화시킴으로써 전력 계측을 위한 전력 소모를 감소할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 전력 관리 집적 회로 및 상기 전력 관리 집적 회로를 포함하는 전자 장치는, 상대적으로 낮은 제1 주파수를 갖는 제1 클록 신호를 이용하여 계측 구간의 타이밍을 결정하고 상대적으로 높은 제2 주파수를 갖는 제2 클록 신호를 이용하여 계측 동작을 수행함으로써 계측에 소요되는 시간을 감소하고 전력 계측뿐만 온도, 배터리 전압 등에 대한 부가적인 계측을 효율적으로 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 전력 관리가 요구되는 장치 및 이를 포함하는 시스템에 유용하게 이용될 수 있다. 특히 본 발명의 실시예들은 메모리 카드, 솔리드 스테이트 드라이브(Solid State Drive; SSD), 임베디드 멀티미디어 카드(eMMC, embedded multimedia card), 유니버셜 플래시 스토리지(UFS, universal flash storage), 컴퓨터(computer), 노트북(laptop), 핸드폰(cellular phone), 스마트폰(smart phone), MP3 플레이어, 피디에이(Personal Digital Assistants; PDA), 피엠피(Portable Multimedia Player; PMP), 디지털 TV, 디지털 카메라, 포터블 게임 콘솔(portable game console), 네비게이션(navigation) 기기, 웨어러블(wearable) 기기, IoT(internet of things;) 기기, IoE(internet of everything:) 기기, e-북(e-book), VR(virtual reality) 기기, AR(augmented reality) 기기, 자율 주행 장치 등과 같은 전자 기기에 더욱 유용하게 적용될 수 있다.
상기에서는 본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (10)

  1. 복수의 레귤레이터 전압들을 생성하는 복수의 전압 레귤레이터들;
    상기 복수의 전압 레귤레이터들의 부하 전류들을 나타내는 아날로그 신호들을 변환하여 상기 부하 전류들에 상응하는 디지털 신호들을 생성하는 변환 회로;
    제1 주파수를 갖는 제1 클록 신호에 기초하여 동작하고, 계측 구간 동안에 활성화되는 발진 인에이블 신호를 생성하는 계측 사이클 컨트롤러;
    상기 발진 인에이블 신호에 기초하여 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수를 갖는 제2 클록 신호를 생성하는 오실레이터; 및
    상기 제2 클록 신호에 기초하여 동작하고, 상기 계측 구간 동안에 상기 디지털 신호들에 기초하여 상기 부하 전류들에 의해 소모되는 전력을 나타내는 전력 정보를 생성하는 제어 로직을 포함하는 전력 관리 집적 회로.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 오실레이터는,
    상기 발진 인에이블 신호의 활성화 구간에 상응하는 상기 계측 구간 동안에 인에이블되어 상기 제2 클록 신호를 활성화하고,
    상기 발진 인에이블 신호의 비활성화 구간에 상응하는 아이들(idle) 구간 동안에 디스에이블되어 상기 제2 클록 신호를 비활성화하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 집적 회로.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 계측 사이클 컨트롤러는,
    상기 제1 클록 신호의 에지에 응답하여 상기 발진 인에이블 신호를 활성화하여 상기 오실레이터를 인에이블시키는 것을 특징으로 하는 전력 관리 집적 회로.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제어 로직은,
    상기 전력 정보의 생성이 완료되는 시점에서 활성화되는 계측 완료 신호를 생성하고,
    상기 계측 사이클 컨트롤러는,
    상기 계측 완료 신호의 활성화에 응답하여 상기 발진 인에이블 신호를 비활성화하여 상기 오실레이터를 디스에이블시키는 것을 특징으로 하는 전력 관리 집적 회로.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제어 로직은,
    부하 장치로부터의 전력 요청 신호에 기초하여 상기 전력 정보의 생성이 필요한지 여부를 나타내는 계측 플래그 신호를 생성하고,
    상기 계측 사이클 컨트롤러는,
    상기 제1 클록 신호의 에지에서 상기 계측 플래그 신호에 기초하여 상기 발진 인에이블 신호의 활성화 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 전력 관리 집적 회로.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 계측 사이클 컨트롤러는,
    상기 제1 클록 신호의 에지에서 상기 계측 플래그 신호가 비활성화된 경우 상기 발진 인에이블 신호를 비활성화 상태로 유지하고,
    상기 제1 클록 신호의 에지에서 상기 계측 플래그 신호가 활성화된 경우 상기 발진 인에이블 신호를 활성화시키는 특징으로 하는 전력 관리 집적 회로.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 계측 사이클 컨트롤러는,
    상기 계측 구간을 제외한 아이들 구간 동안에 활성화되는 파워다운 신호를 생성하고,
    상기 변환 회로는,
    상기 파워다운 신호의 비활성화 구간 동안에 인에이블되어 상기 디지털 신호들을 생성하고, 상기 파워다운 신호의 활성화 구간 동안에 디스에이블되는 것을 특징으로 전력 관리 집적 회로.
  8. 복수의 레귤레이터 전압들을 생성하는 복수의 전압 레귤레이터들;
    상기 복수의 전압 레귤레이터들의 부하 전류들, 배터리 전압 및 동작 온도들을 나타내는 아날로그 신호들을 변환하여 상기 부하 전류들, 상기 배터리 전압 및 상기 동작 온도들에 상응하는 디지털 신호들을 생성하는 변환 회로;
    제1 주파수를 갖는 제1 클록 신호에 기초하여 동작하고, 계측 구간 동안에 활성화되는 발진 인에이블 신호를 생성하는 계측 사이클 컨트롤러;
    상기 발진 인에이블 신호에 기초하여 인에이블되고 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수를 갖는 제2 클록 신호를 생성하는 오실레이터; 및
    상기 제2 클록 신호에 기초하여 동작하고, 상기 계측 구간 동안에 상기 디지털 신호들에 기초하여 상기 부하 전류들에 의해 소모되는 전력을 나타내는 전력 정보, 상기 배터리 전압을 나타내는 배터리 전압 정보 및 상기 동작 온도들을 나타내는 온도 정보를 생성하는 제어 로직을 포함하는 전력 관리 집적 회로.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제어 로직은,
    상기 전력 정보의 요청을 나타내는 전력 요청 신호, 상기 온도 정보의 요청을 나타내는 온도 요청 신호 및 상기 배터리 전압 정보의 요청을 나타내는 배터리 전압 요청 신호를 수신하고,
    상기 전력 요청 신호, 상기 온도 요청 신호 및 상기 배터리 전압 요청 신호에 기초하여 계측 모드를 결정하고,
    상기 계측 구간의 지속 시간은 상기 계측 모드에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 전력 관리 집적 회로.
  10. 실시간 계측 정보를 제공하는 전력 관리 집적 회로; 및
    상기 실시간 계측 정보에 기초하여 동적 주파수 전압 스케일링(DVFS, dynamic voltage frequency scaling) 동작 및 열 조절 동작(thermal throttling) 중 적어도 하나를 수행하는 부하 장치를 포함하고,
    상기 전력 관리 집적 회로는,
    제1 주파수를 갖는 제1 클록 신호에 기초하여 계측 구간 동안에 활성화되고 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수를 갖는 제2 클록 신호를 생성하고, 상기 제2 클록 신호에 기초하여 상기 실시간 계측 정보를 생성하는 전자 장치.
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