KR20230155260A - 전원관리집적회로 - Google Patents

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KR20230155260A
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clock
voltage
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frequency
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남현석
강진규
공정운
노용성
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삼성전자주식회사
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Abstract

전력관리집적회로가 제공된다. 상기 전력관리집적회로는 입력클락을 생성하는 클락 생성부, 상기 입력클락을 제1 위상으로 지연하여 제1 공급클락을 제1 스위칭변환기로 출력하는 제1 위상지연조절회로, 상기 입력클락을 제2 위상으로 지연하여 제2 공급클락을 제2 스위칭변환기로 출력하는 제2 위상지연조절회로 및 상기 입력클락을 제3 위상으로 지연하여 제3 공급클락을 제3 스위칭변환기로 출력하는 제3 위상지연조절회로를 포함하고, 상기 제1 위상, 상기 제2 위상 및 상기 제3 위상은 서로 다른 위상을 갖는다.

Description

전원관리집적회로{A POWER CONTROL INTEGRATED CIRCUIT}
본 발명은 전원관리집적회로에 관한 것이다.
스마트폰, 또는 태블릿 PC와 같은 전자 장치는 배터리에서 제공되는 전력을 이용하여 동작할 수 있다. 전원 관리 집적회로(예: PMIC(power management integrated circuit))은 배터리에서 제공되는 전력을 전자 장치 내부의 다양한 구성(예: 프로세서, 메모리, 또는 통신 칩)에 전달할 수 있다. 전자 장치 내부의 배터리는 외부 전원을 통해 충전될 수 있다.
전원관리 집적회로는 로드에 인가되어야 하는 일정 전압을 출력하기 위해서 복수의 스위칭 변환기를 포함할 수 있다. 각각의 스위칭 변환기는 내부 클락 발생기를 통해 일정한 주파수의 동작 클락에 따라 동작하기 때문에, 스위칭 노이즈, 입력 필터 커패시터의 커패시턴스 증가, EMI 등이 문제될 수 있다.
특히 EMI의 경우 전력관리집적회로 수준에서 더 나아가 전력관리집적회로를 내장한 전자 장치(예를 들어 가전, 모바일 제품, 차량용 시스템 등)에서 문제가 될 수 있다. EMI 발생 방지를 위해 별개의 위상지연 조절회로를 이용하여 동작 클락을 공급할 수는 있지만, 전력관리집적회로는 스위칭 변환기의 개수 증가 및 온도, 공정 및 전압 등의 환경적 요소까지 종합적으로 고려하여 위상이 정밀하게 조절되어야 한다.
본 발명이 해결하려는 과제는 높은 정확도 및 정밀도를 가지는 전력관리집적회로를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제는 서로 다른 위상을 가지는 클락을 공급하는 전력관리집적회로를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 전력관리집적회로는, 입력클락을 생성하는 클락 생성부, 상기 입력클락을 제1 위상으로 지연하여 제1 공급클락을 제1 스위칭변환기로 출력하는 제1 위상지연조절회로, 상기 입력클락을 제2 위상으로 지연하여 제2 공급클락을 제2 스위칭변환기로 출력하는 제2 위상지연조절회로 및 상기 입력클락을 제3 위상으로 지연하여 제3 공급클락을 제3 스위칭변환기로 출력하는 제3 위상지연조절회로를 포함하고, 상기 제1 위상, 상기 제2 위상 및 상기 제3 위상은 서로 다른 위상을 갖는다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 전력관리집적회로는, 입력클락을 생성하는 클락 생성부, 제1 내지 제3 지연신호를 생성하는 디지털 로직회로, 제1 지연신호에 따라 상기 입력클락을 제1 위상으로 지연하여 제1 공급클락을 제1 스위칭변환기로 출력하는 제1 위상지연조절회로 및 제2 지연신호에 따라 상기 입력클락을 제2 위상으로 지연하여 제2 공급클락을 제2 스위칭변환기로 출력하는 제2 위상지연조절회로를 포함하고, 상기 제1 공급클락, 상기 제2 공급클락 및 상기 제3 공급클락은 상기 제1 내지 제3 위상지연조절회로에 적응적으로 조절하여 제공되는 클락신호인 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 전력관리집적회로는 적응적으로 입력클락을 제1 위상지연하여 제1 공급클락을 생성하는 제1 위상지연조절회로, 상기 제1 공급클락에 기초하여 전압변환을 수행하는 제1 스위칭변환기, 적응적으로 상기 입력클락을 제2 위상지연하여 제2 공급클락을 생성하는 제2 위상지연조절회로 및 상기 제2 공급클락에 기초하여 전압변환을 수행하는 제2 스위칭변환기를 포함할 수 있다.
도 1은 몇몇 실시예에 따른 전력관리집적회로를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 위상지연 조절회로의 일 실시예를 나타낸 회로도이다.
도 3은 몇몇 실시예에 따른 도 1의 전력관리집적회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 4는 몇몇 실시예에 따른 도 1의 전력관리집적회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 5는 몇몇 실시예에 따른 도 1의 전력관리집적회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 6은 몇몇 실시예에 따른 전력관리집적회로를 나타낸 도면이다.
도 7은 위상지연 조절회로의 몇몇 실시예를 나타낸 회로도이다.
도 8은 위상지연 조절회로의 몇몇 실시예를 나타낸 회로도이다.
도 9는 몇몇 실시예에 따른 전력관리집적회로를 나타낸 도면이다.
도 10은 몇몇 실시예에 따른 도 9의 전력관리집적회로를 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 도 10의 위상지연 조절회로의 일 실시예를 나타낸 회로도이다.
도 12는 도 10의 위상지연 조절회로의 다른 실시예를 나타낸 회로도이다.
도 13은 몇몇 실시예에 따른 전력관리집적회로를 나타낸 도면이다.
도 14는 몇몇 실시예에 따른 도 13의 전력관리집적회로를 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 15는 도 13의 위상지연 조절회로의 일 실시예를 나타낸 회로도이다.
도 16은 도 13의 위상지연 조절회로의 다른 실시예를 나타낸 회로도이다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따른 전력관리집적회로는 전자장치에 구현될 수 있다. 상기 전자 장치는 통신 기능이 포함된 장치일 수 있다. 예를 들면, 스마트 폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 이동전화기(mobile phone), 화상전화기, 전자북 리더기(e-book reader), 데스크탑 PC(desktop personal computer), 랩탑 PC(laptop personal computer), 넷북 컴퓨터(netbook computer), PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 모바일 의료기기, 전자 팔찌, 전자 목걸이, 전자 앱세서리(appcessory), 카메라(camera), 웨어러블 장치(wearable device), 전자 시계(electronic clock), 손목 시계(wrist watch), 가전 제품(home appliance)(예: 냉장고, 에어컨, 청소기, 오븐, 전자레인지, 세탁기, 공기 청정기 등), 인공 지능 로봇, TV, DVD(digital video disk) 플레이어, 오디오, 각종 의료기기(예: MRA(magnetic resonance angiography), MRI(magnetic resonance imaging), CT(computed tomography), 촬영기, 초음파기 등), 네비게이션(navigation) 장치, GPS 수신기(global positioning system receiver), EDR(event data recorder), FDR(flight data recorder), 셋톱 박스(set-top box), TV 박스(예를 들면, 삼성 HomeSyncTM, 애플TVTM, 또는 구글 TVTM), 전자 사전, 자동차 인포테인먼트(infotainment) 장치, 선박용 전자 장비(electronic equipment for ship, 예를 들면, 선박용 항법 장치, 자이로 콤파스 등), 항공 전자기기(avionics), 보안 기기, 전자 의복, 전자 키, 캠코더(camcorder), 게임 콘솔(game consoles), HMD(head-mounted display), 평판표시장치(flat panel display device), 전자 액자, 전자 앨범, 통신 기능을 포함한 가구(furniture) 또는 건물/구조물의 일부, 전자 보드(electronic board), 전자 사인 입력장치(electronic signature receiving device), 웨어러블 장치(Wearable device)또는 프로젝터(projector) 등의 다양한 장치들 중 하나 또는 그 이상의 조합일 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전자장치는 전술한 기기들에 한정되지 않음은 당업자에게 자명하다.
이하에서, 도 1 내지 도 16을 참조하여, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 전력관리집적회로에 대해서 설명한다.
도 1은 몇몇 실시예에 따른 전력관리집적회로를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 몇몇 실시예에 따른 전력관리집적회로(100-1)는 복수의 스위칭 변환기(Switching Converter, 101~107), 위상지연조절회로(Phase Delay Controller, 111~117, 이하 110으로 표기) 및 클락 생성부(120)를 포함할 수 있다.
클락 생성부(120)는 전력관리집적회로(100-1)에서 이용되는 메인클락, 즉 기설정된 동작 주파수를 갖는 입력클락(CLKI)을 생성한다. 몇몇 실시예에 따라 클락 생성부(120)는 오실레이터 또는 메인위상지연조절회로 중 어느 하나일 수 있다.
입력클락(CLKI)은 클락 생성부(120)에서 복수의 위상지연조절회로(110)로 각각 입력된다. 위상지연조절회로(110)는 입력클락(CLKI)의 위상을 지연한 공급클락(CLKO)을 스위칭 변환기(101~107)로 제공한다. 위상지연 조절회로(110)는 스위칭 변환기(101~107)마다 다른 위상을 가지도록 입력클락(CLKI)의 위상을 지연시켜 공급클락(CLKO)을 생성할 수 있다.
위상지연조절회로(110)는 몇몇 실시예에 따라 스위칭 변환기(101~107)와 상응하는 개수로 구현될 수도 있고, 또는 몇몇 실시예에 따라 스위칭 변환기(101-107)보다 적은 개수로 구현될 수도 있다.
몇몇 실시예에 따라 스위칭 변환기(101~107)는 벅 컨버터(BUCK conveter), 부스트 컨버터(Boost Converter) 또는 벅-부스트 컨버터(BUCK-Boost Conveter) 중 어느 하나일 수 있다.
도 2는 몇몇 실시예에 따른 전력관리집적회로를 나타낸 도면이다. 편의를 위해 도 1과 중복되는 설명은 생략한다.
도 2를 참조하면, 전력관리집적회로(100-2)의 클락발생기(140)는 도 1의 클락 발생기(120)와 달리 또는 메인스위칭변환기로 구현될수 있다. 메인 스위칭변환기(140)는 예를 들어 벅 컨버터, 부스트 컨버터 또는 벅-부스트 컨버터일 수 있다.
도 3은 몇몇 실시예에 따른 전력관리집적회로를 나타낸 도면이다. 편의를 위해 도 1과 중복되는 설명은 생략한다. 도 4는 몇몇 실시예에 따른 위상지연 조절회로를 나타낸 것이고, 도 5는 도 4의 위상지연조절회로의 보다 구체적으로 나타낸 것이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 전력관리집적회로(100-3)는 도 1 또는 도 2와 달리 각각의 위상지연조절회로(111~117)로 선택신호를 출력하는 디지털 로직 회로(130)를 더 포함할 수 있다. 선택신호는 몇몇 실시예에 따라 디지털 신호일 수도 있고, 몇몇 실시예에 따라 아날로그 신호일 수도 있다.
위상지연조절회로(111~117)는 클락 발생기(120)로부터 입력클락(CLKI)을 제공받고, 디지털 로직회로(130)으로부터 선택신호로서 지연 코드(Delay_set 1~7)를 제공받는다. 예를 들어 도 3 및 도 4에 도시된 예에서 디지털 로직 회로(130)는 지연 코드(Delay_set 1~7)를 위상지연조절회로(111~117)로 출력할 수 있다. 지연 코드는 디지털 신호로서 적어도 2 이상의 멀티비트(bit)일 수 있다(도시된 예에서 k 비트 <k:1>, k는 2이상의 자연수).
위상지연 조절회로(111~117)는 입력 클락(CLKI)의 지연 코드 Delay_set 1~7 <k:1>에 상응하도록 위상 지연하여 스위칭 변환기(101~107)로 공급할 수 있다.
일 실시예로, 위상지연 조절회로(111~117)는 도 5의 위상지연 조절회로(400)와 같이 구현될 수 있다. 위상지연 조절회로(400)는 디지털-아날로그 컨버터(Digital Analog Converter, 410), 위상주파수 검출부(420), 비교부(440), 전압 제어 오실레이터(VCO, 450)를 포함할 수 있다.
디지털 아날로그 컨버터(410)는 지연 코드에 상응하는 비교전압(Vr)을 생성한다. 위상주파수 검출부(420)는 입력클락(CLKI)과 위상지연 조절회로(400)의 출력단에서 피드백된 공급클락(CLKO)을 수신하여, 입력클락(CLKI)과 공급클락(CLKO) 간의 주파수 차이 및 위상차에 상응하는 검출전압(Vpfd)를 출력한다.
비교부(440)는 검출전압과 비교전압을 비교하여 출력하고, VCO(450)는 비교부(440)의 비교결과에 따라 공급클락(CLKO)을 출력한다.
몇몇 실시예에 따라 위상지연 조절회로(400)는 로우패스필터부(430)를 더 포함할 수 있다. 위상주파수 검출부(420)에서 출력된 검출전압(Vpfd)를 로우패스 필터링할 수 있다. 즉, 위상주파수 검출부(420)에서 생성된 출력된 초기 검출전압(Vpfd)의 평균을 필터링된 검출전압(Vlp)로 생성한다.
몇몇 실시예에 따라 위상지연 조절회로(400)는 출력단에 주파수 분배회로(460)를 더 포함할 수도 있다. 연결된 스위칭 변환기(101~107)가 필요로 하는 동작 주파수에 따라, 주파수 분배회로(460)는 VCO(450)에서 출력된 초기 공급클락(CLKO)을 스위칭 변환기에 맞게 분주할 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 위상지연 조절회로의 일 실시예를 나타낸 회로도이다.
도 6을 참조하면, 위상지연 조절회로(200)는 비교전압생성부(210), 위상주파수 검출부(220), 비교부(240) 및 전압 컨트롤 오실레이터(Voltage-controlled oscillator; 이하 VCO, 250)를 포함한다.
비교전압생성부(210)는 입력클락(CLKI)을 목표 지연위상차만큼 지연시키기 위한 비교전압(Vr)을 생성한다. 비교교전압생성부(210)는 PMOS 트랜지스터(211), 비교기(212), 제1 저항열(213), 제2 저항열(214), 멀티플렉서(215)를 포함한다.
PMOS 트랜지스터(211)는 전원전압 단자(VDD)에 소스단자가 연결되고, 드레인단자는 제1 저항열(213)의 일단에 연결된다. 제1 저항열(213)는 PMOS 트랜지스터(111)의 드레인 단자와 피드백 노드(N0) 사이에 연결되고, 제2 저항열(214)는 피드백 노드(N0)와 접지전압 단자(GND) 사이에 연결된다. 제1 저항열(213)과 제2 저항열(214)는 각각 하나의 저항으로 도시되었으나 복수의 저항들이 직렬로 연결되고, 각 저항마다 스위치가 연결된 것일 수 있다.
비교기(212)는 피드백노드(N0)의 전압과 기설정된 기준전압(Vref)를 비교하여 출력할 수 있다. PMOS 트랜지스터(211)는 비교기(212)의 출력전압에 상응하는 드레인 전압을 출력할 수 있다.
멀티플렉서(215)는 선택신호(select)에 따라 제1 저항열(213) 및 제2 저항열(214)의 저항들을 연결시키거나 쇼트(short)시킬 수 있다. 피드백 노드(N0)의 전압은 제1 저항열(213)과 제2 저항열(214)의 스위칭된 연결에 따라 전압이 달라질 수 있다. 즉 멀티플렉서(215)는 선택신호(select)에 상응하는 비교전압(Vr)을 생성할 수 있다.
선택신호(select)는 몇몇 실시예에 따라 도 1의 위상지연 조절회로(111~117)마다 각각 고정된 값을 가질 수도 있고, 또는 몇몇 실시예에 따라 디지털 로직 회로(130)에서 전송해주는 신호일 수도 있다.
위상주파수 검출부(220)는 입력클락(CLKI)과 위상지연 조절회로(200)의 출력단자에서 피드백되는 공급클락(CLKO)를 비교하여, 위상(Phase) 차이 및 주파수(Frequency) 차이를 검출전압(Vpfd)으로 생성한다.
비교부(240)는 비교전압(Vr)과 검출전압(Vpfd)를 비교한다. 즉, 비교부(240)는 입력클락(CLKI)와 공급클락(CLKO) 간의 위상차가 기설정된 위상차에 맞추어지도록 피드백한다. 비교부(240)는 몇몇 실시예에 따라 검출전압(Vpfd)과 비교전압(Vr)을 입력받는 비교기(241), 비교기(241)의 입력노드(N2)과 출력노드(N3) 사이에 직렬로 연결된 커패시터(242) 및 저항(243)을 포함할 수 있다. 비교부(240)는 커패시터(242) 및 저항(243)를 통해 출력신호를 입력노드로 피드백하고 이에 따라 검출전압(Vpdf)에 대한 출력신호의 게인을 조절할 수 있다.
VCO(250)는 비교부(240)의 출력신호의 전압에 비례하도록 가변 주파수를 갖는 공급클락(CLKO)을 생성할 수 있다.
몇몇 실시예에 따라 위상지연 조절회로(200)는 로우패스필터부(230)를 더 포함할 수 있다. 로우패스필터부(230)는 위상주파수 검출부(220)의 출력단자와 비교부(240)의 입력노드(N2) 사이에 연결되어, 검출전압(Vpdf)를 로우패스 필터링할 수 있다. 예를 들어 로우패스필터부(230)는 검출전압(Vpdf)를 로우패스 필터링하여 필터링전압(Vlp)으로 출력할 수 있다.
로우패스필터부(230)는 위상주파수 검출부(220)의 출력단자와 비교부(240)의 입력노드(N1=N2)에 직렬로 연결된 저항(Rf, 231)과 비교부의 입력노드와 접지전원단자(GND) 사이에 연결된 커패시터(Cf, 232)를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에 따라 위상지연 조절회로(200)는 주파수분배회로(260)를 더 포함할 수 있다. 주파수분배회로(260)는 위상지연조절회로(200)가 연결된 스위칭 변환기(예를 들어 101)가 VCO(250)가 생성한 클락 대비 분배된 주파수를 가지면, VCO(250)에서 생성된 초기 공급클락을 분주하여 주파수가 조절된 공급클락을 출력한다.
도 7은 몇몇 실시예에 따른 도 1의 전력관리집적회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이고, 도 8는 몇몇 실시예에 따른 도 1의 전력관리집적회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 6 및 도 7을 참고하면, 입력클락(CLKI)에서 기설정된 목표 위상 지연을 갖는 목표 검출전압을 T_Vpdf라 하자. 클락 신호의 단위 구간(Ts) 내에서 공급클락(CLKO)는 입력클락(CLKI) 대비 일정시간 지연되어 나타난다.
t1 시점에서 공급클락(CLKO)은 전력관리 집적회로(100)에서 입력 클락(CLKI)보다 상당시간 지연되어 출력된다. 즉, 입력 클락(CLKI)와 출력 클락(CLKO)의 위상차가 목표한 위상차보다 크다(로직하이 구간 T_Vpfd<Vpfd). 그러나 전력관리집적회로(100)는 t1 시점의 입력 클락과 공급 클락 간 위상차에 상응하는 검출전압(Vpfd)을 로우패스 필터링한 평균전압(Vlp)을 생성하여, 목표 검출전압(T_Vpfd)에 상응하는 비교전압(Vr)과 비교한다. 비교결과인 검출 전압(Vc)은 t1 시점에서 t7 시점으로 갈수록 높은 전압에서 낮은 전압 방향으로 감소하는 동작을 하며, 이로 인해 VCO(250)의 동작 주파수가 증가한다. VCO(250)의 동작 주파수는 t6 시점과 같이 기설정된 위상차, 즉 목표 검출전압(T_Vpfd)이 로직 하이인 구간 동안에 상응하도록 조정되어, 입력 클락(CLKI)와 출력 클락(CLKO)의 위상차가 기설정된 위상차로 맞춰지고 유지되도록 제어된다.
도 6 및 도 8을 참조하면, 입력 클락(CLKI)와 출력 클락(CLKO)의 위상차가 목표한 위상차보다 작은 경우에도 마찬가지로 비교전압(Vr)과 검출전압을 비교하여 기설정된 위상차로 맞춰지도록 제어될 수 있다. t1시점에는 검출전압(Vpfd)의 로직하이 구간이 목표 검출전압(T_Vpfd)의 로직하이 구간보다 좁으나, t7시점으로 갈수록 검출전압(Vpfd)이 목표 검출전압(T_Vpfd)에 맞춰진다.
즉, 비교결과인 검출 전압(Vc)은 t1 시점에서 t7 시점으로 갈수록 낮은 전압에서 높은 전압 방향으로 감소하는 동작을 하며, 이로 인해 VCO(250)의 동작 주파수가 감소한다. 이에 따라 입력 클락(CLKI)와 출력 클락(CLKO)의 위상차가 기설정된 위상차로 맞춰지고 유지되도록 제어된다.
도 9는 몇몇 실시예에 따른 도 1의 전력관리집적회로의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 6 및 도 9를 참고하면, 비교전압생성부(210)의 비교전압은 비교부(240)의 비반전단자에 입력되고, 앞에서 설명한 바와 같이 목표 위상차에 대한 기준값이 된다. 비교 전압(Vr)에 대한 위상차는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
<수학식 1>
수학식 1에서 는 위상 차에 해당하며, Vr 은 기준전압, Ts는 입력 클락(CLKI)의 주기, 그리고 VDD는 전원전압이다. 수학식 1에서 위상차 는 비교전압(Vr) 및 클락의 주기(Ts)에 비례한다. 따라서 입력클락의 주기 Ts가 가변되더라도 위상차 또한 동일한 비율로 가변된다.
예를 들어, 입력 클락(CLKI)의 주파수가 Fs_Max에서 Fs_min으로 변동되면, 초기에는 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이 나타날 수 있다. 그러나, 전력관리집적회로는 도 7 및 도 8에서 설명한 바와 같이 입력클락과 출력클락의 위상차가 목표 위상차와 다르다고 해도 피드백에 의해 설정된 목표 위상차를 맞추게 되고, 그 과정에서 입력 클락의 주파수 변화에 반비례(주파수는 Ts의 역수)하여 도 9의 (b)와 같이 비율적으로 가변되어 위상지연될 수 있다.
도 10 및 도 11은 위상지연 조절회로의 몇몇 실시예를 나타낸 회로도이다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 위상지연 조절회로(300-1, 300-2)는 비교전압생성부(310), 위상주파수 검출부(320), 비교부(340) 및 전압 컨트롤 오실레이터(VCO, 350)를 포함한다. 편의를 위해 도 2와 중복되는 설명은 생략하고 차이점을 위주로 설명한다.
몇몇 실시예에 따라 위상지연조절회로(300-1, 300-2)는 로우패스필터부(330)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에 따라 위상지연조절회로(300)는 주파수 분배회로(370)를 더 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에 따라 레귤레이터(340)는 로우패스필터부(330)의 출력 전압을 조절할 수 있다. 몇몇 실시예에 따라 도 10의 위상지연조절회로(300)는 레귤레이터(340)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 로우패스필터부(330)의 출력노드(N1)에서의 필터링전압(Vlp)에 대해, 레귤레이터(340)는 기설정된 게인(β) 만큼 증폭 또는 감소시켜 출력할 수 있고 이에 따라 입력클락(CLKI)과 출력클락(CLKO) 간의 위상차는 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
<수학식 2>
수학식 2와 같이 목표 위상차(), 입력 클락의 주파수(), 게인(β)에 기초하여 비교전압(Vr)을 설정함으로써 위상지연조절회로(300)는 각각의 스위칭변환기(101~107)에 서로 다른 위상지연을 갖는 공급클락(CLKO)를 제공할 수 있다.
또는 몇몇 실시예에 따른 도 11의 위상지연조절회로(300)는 로우패스필터부(330)의 출력 전압을 조절하기 위한 분배저항(380)을 더 포함할 수 있다. 분배 저항(380)은 증폭기를 추가할 필요 없이 간단한 구조로 구현가능한 장점이 있다. 예를 들어 로우패스필터부(330)의 출력노드(N1)에서의 필터링전압(Vlp)에 대해, 분배 저항(380)은 기설정된 저항값 (Rop)에 상응하는 필터링 전압(Vlp)을 증폭 또는 감소시켜 출력할 수 있다. 이에 따라 입력클락(CLKI)과 출력클락(CLKO) 간의 위상차는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
<수학식 3>
수학식 3과 같이 비교전압(Vr)은 목표 위상차(), 입력 클락의 주파수(), 로우패스필터부(330)에 포함된 필터저항(331)과 분배저항(380)의 비율 에 기초하여 설정되므로, 위상지연조절회로(300)는 각각의 스위칭변환기(101~107)에 비교전압을 조절하여 서로 다른 위상지연을 갖는 공급클락(CLKO)를 제공할 수 있다.
도 12는 몇몇 실시예에 따른 전력관리집적회로를 나타낸 도면이고, 도 13은 몇몇 실시예에 따른 도 9의 전력관리집적회로를 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 전력관리집적회로(100-4)는 도 1 또는 도 2와 달리 각각의 위상지연조절회로(111~117)로 선택신호를 출력하는 디지털 로직 회로(130)를 더 포함할 수 있다. 선택신호는 몇몇 실시예에 따라 아날로그 신호일 수도 있다.
위상지연조절회로(111~117)는 클락 발생기(120)로부터 입력클락(CLKI)을 제공받고, 디지털 로직회로(130)으로부터 선택신호로서 주파수 패턴(VFP)을 제공받는다. 예를 들어 도 12 및 도 13에 도시된 예에서 디지털 로직 회로(130)는 아날로그 신호인 주파수 패턴을 위상지연조절회로(111~117)로 출력할 수 있다.
위상지연 조절회로(111~117)는 입력 클락(CLKI)의 지연 코드 Delay_set 1~7 <k:1>에 상응하도록 위상 지연하여 스위칭 변환기(101~107)로 공급할 수 있다.
도 14는 몇몇 실시예에 따른 위상지연 조절회로를 나타낸 회로도이다.
일 실시예로, 위상지연 조절회로(111~117)는 도 14의 위상지연 조절회로(500)와 같이 구현될 수 있다. 위상지연 조절회로(500)는 주파수 전압 변환기(510), 위상주파수 검출부(520), 비교부(540), 전압 제어 오실레이터(VCO, 550)를 포함할 수 있다.
주파수 전압 컨버터(510)는 주파수 패턴(VFP)에 상응하는 비교전압(Vr)을 생성한다. 위상주파수 검출부(520)는 입력클락(CLKI)과 위상지연 조절회로(500)의 출력단에서 피드백된 공급클락(CLKO)을 수신하여, 입력클락(CLKI)과 공급클락(CLKO) 간의 주파수 차이 및 위상차에 상응하는 검출전압(Vpfd)를 출력한다.
비교부(540)는 검출전압과 비교전압을 비교하여 출력하고, VCO(550)는 비교부(540)의 비교결과에 따라 공급클락(CLKO)을 출력한다.
몇몇 실시예에 따라 위상지연 조절회로(500)는 로우패스필터부(530)를 더 포함할 수 있다. 위상주파수 검출부(520)에서 출력된 검출전압(Vpfd)를 로우패스 필터링할 수 있다. 즉, 위상주파수 검출부(520)에서 생성된 출력된 초기 검출전압(Vpfd)의 평균을 필터링된 검출전압(Vlp)로 생성한다.
몇몇 실시예에 따라 위상지연 조절회로(500)는 출력단에 주파수 분배회로(560)를 더 포함할 수도 있다. 연결된 스위칭 변환기(101~107)가 필요로 하는 동작 주파수에 따라, 주파수 분배회로(560)는 VCO(550)에서 출력된 초기 공급클락(CLKO)을 스위칭 변환기에 맞게 분주할 수 있다.
도 15는 도 14의 위상지연 조절회로의 일 실시예이다.
일 실시예로 도 14의 위상지연 조절회로(500)는 도 15의 위상지연 조절회로(500)와 같이 구현될 수 있다.
주파수 전압 변환기(510)는 전원전압 단자(511)와 접저전압 단자(GND)사이에 연결되고, 입력클락(CLKI)와 주파수 패턴(VFP)을 수신하여 비교전압(Vr)을 출력한다.
몇몇 실시예에 따라 주파수 전압 변환기(510)는 전원전압(511)과 출력노드(N02) 사이에 연결된 제1 스위치열(S1, S2), 출력노드(N02)와 접지전압 사이에 연결된 제2 스위치열(S3,S4), 주파수패턴(VFP)에 상응하여 제1 스위치열(S1, S2)의 스위치 턴온/턴오프를 제어하는 제1 스위치컨트롤러(512), 입력클락(CLKI)에 상응하여 제2 스위치열(S3, S4)의 스위치 턴온/턴오프를 제어하는 제2 스위치컨트롤러(513)를 포함한다.
또한 주파수 전압 변환기(510)는 제1 스위치열의 제1 공통노드(N01)에 연결된 제1 커패시터(Csc1) 및 제2 스위치열의 제2 공통노드(N03)에 연결된 제2 커패시터(Csc2)를 포함한다.
제1 스위치열(S1, S2)와 제2 스위치열(S3, S4)는 동시에 턴온되거나 동시에 턴오프되지는 않고 서로 교번하여 턴온/턴오프된다. 즉, 주파수패턴(VFP)에 의한 제1 스위치컨트롤러(512)과 입력클락(CLKI)에 의한 제2 스위치컨트롤러(513)는 서로 교번하여 스위치를 활성화시킴으로써 제1 커패시터(Csc1) 또는 제2 커패시터(Csc2)에 전하를 충전하였다가 출력노드(N02)로 출력함으로써, 주파수 패턴에 상응하는 초기 비교전압을 생성할 수 있다.
또한 주파수 전압 변환기(510)는 출력노드(N02)와 비교부(540)의 입력단 사이에 연결되어, 상기 초기 비교전압을 필터링하여 비교전압(Vr)으로 출력하는 변환기로우패스필터를 포함할 수 있다. 변환기 로우패스필터는 병렬연결된 커패시터(Cf2)와 출력노드(N02)와 비교부(540)의 입력단 사이에 직렬연결된 저항(Rf2)를 포함할 수 있다.
위상주파수 검출부(520), 비교부(540), 전압 제어 오실레이터(VCO, 550), 로우패스필터부(530) 및 주파수분배부(560)은 도 6 등의 설명과 중복되므로 자세한 설명은 생략한다.
위상지연조절회로(500)는 몇몇 실시예에 따라 로우패스필터링된 검출전압을 기설정된 게인으로 증폭하여 비교부(550)로 입력시킬 수 있다. 예를 들어 위상지연조절회로(500)는 도 10에서 설명한 것과 같은 레귤레이터(340)를 더 포함할 수도 있다. 또는 예를 들어 위상지연조절회로(500)는 도 11에서 설명한 것과 같은 분배저항(380)을 더 포함할 수도 있다.
도 16은 몇몇 실시예에 따른 위상지연 조절회로의 일 실시예를 나타낸다.
도 16을 참조하면, 위상지연 조절회로(600)는 몇몇 실시예에 따라 디지털아날로그컨버터(610), 위상주파수검출부(620), 로우패스필터(630), 비교부(640) 및 VCDL(Voltagle controlled Delay Logic; 650)를 포함할 수 있다. 디지털아날로그컨버터(610), 위상주파수검출부(620), 로우패스필터(630), 비교부(640)는 도 6의 설명과 중복되는 부분은 생략한다.
VCDL(650)은 입력클락(CLKI)을 비교부(540)의 출력신호(Vc)에 기초하여 지연시켜 현재 공급클락(CLKO)를 생성할 수 있다. 이경우 앞선 실시예들과 달리 VCO(예를 들어 350)에서 발생할 수 있는 극성(Pole)을 제거할 수 있어 빠른 동작 대역폭을 확보할 수 있다.
몇몇 실시예에 따라 VCDL(650)는 도 15에서 VCO(550) 대신 이용될 수 있다. 예를 들어 주파수 패턴을 이용하는 위상지연조절회로(500)는 주파수 전압 변환기(510), 위상주파수 검출부(520), 비교부(540), VCDL을 포함하도록 구현될 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 전력관리집적회로
101~107: 스위칭변환기
110, 111~117: 위상지연조절회로
120 : 클락생성부
130 : 디지털 로직

Claims (20)

  1. 입력클락을 생성하는 클락 생성부;
    제1 내지 제2 지연신호를 생성하는 디지털 로직회로;
    제1 지연신호에 따라 상기 입력클락을 제1 위상으로 지연하여 제1 공급클락을 제1 스위칭변환기로 출력하는 제1 위상지연조절회로; 및
    제2 지연신호에 따라 상기 입력클락을 제2 위상으로 지연하여 제2 공급클락을 제2 스위칭변환기로 출력하는 제2 위상지연조절회로를 포함하고,
    상기 제1 공급클락 및 상기 제2 공급클락은 상기 제1 및 제2 위상지연조절회로에 적응적으로 조절하여 제공되는 클락신호인 전력관리집적회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 지연신호 및 제2 지연신호는 적어도 두 비트 이상의 디지털 코드인, 전력관리집적회로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 위상지연조절회로 및 제2 위상지연조절회로는
    상기 제1 지연신호 또는 상기 제2 지연신호에 상응하는 비교전압을 생성하는 디지털아날로그컨버터;
    상기 입력클락 및 이전 공급클락의 위상 및 주파수에 기초한 검출전압을 생성하는 위상 주파수 검출부;
    상기 비교전압과 상기 검출전압을 비교하는 비교부; 및
    상기 비교부의 출력신호에 기초하여 현재 공급클락을 생성하는 VCO(Voltage Control Oscillator)를 포함하는, 전력관리집적회로.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 위상지연조절회로 및 제2 위상지연조절회로는
    상기 VCO에서 출력되는 상기 현재 공급클락의 주파수를 기설정된 분주비로 분주하여 분주공급클락을 출력하는 주파수분배회로를 더 포함하는, 전력관리집적회로.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제1 위상지연조절회로 및 제2 위상지연조절회로 각각은
    상기 제1 지연신호 또는 상기 제2 지연신호에 상응하는 비교전압을 생성하는 디지털아날로그컨버터;
    상기 입력클락 및 이전 공급클락의 위상 및 주파수에 기초한 검출전압을 생성하는 위상 주파수 검출부;
    상기 비교전압과 상기 검출전압을 비교하는 비교부; 및
    상기 입력클락을 상기 비교부의 출력신호에 기초하여 지연시켜 현재 공급클락을 생성하는 VCDL(Voltagle controlled Delay Logic)를 포함하는, 전력관리집적회로.
  6. 제1항에 있어서, 상기 클락 생성부는
    오실레이터, 메인위상지연조절회로 또는 메인스위칭변환기 중 어느 하나인, 전력관리집적회로.
  7. 제6항에 있어서, 상기 메인스위칭변환기는
    벅 컨버터, 부스트 컨버터 또는 벅-부스트 컨버터 중 어느 하나인, 전력관리집적회로.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 지연신호 및 상기 제2 지연신호는 서로 다른 주파수패턴을 갖는 아날로그 신호인, 전력관리집적회로.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 위상지연조절회로 및 제2 위상지연조절회로 각각은
    상기 입력클락 및 상기 제1 또는 제2 지연신호에 상응하는 비교전압을 생성하는 주파수-전압 변환기;
    상기 입력클락 및 이전 공급클락의 위상 및 주파수에 기초한 검출전압을 생성하는 위상 주파수 검출부;
    상기 비교전압과 상기 검출전압을 비교하는 비교부; 및
    상기 비교부의 출력신호에 기초하여 현재 공급클락을 생성하는 VCO를 포함하는, 전력관리집적회로.
  10. 제9항에 있어서, 상기 주파수-전압 변환기는
    전원전압과 제1 출력노드 사이에 연결된 제1 스위치열;
    상기 제1 출력노드와 접지전압 사이에 연결된 제2 스위치열;
    상기 제1 또는 제2 지연신호에 상응하여 상기 제1 스위치열의 스위치 턴온/턴오프를 제어하는 제1 스위치컨트롤러;
    상기 입력클락에 상응하여 상기 제2 스위치열의 스위치 턴온/턴오프를 제어하는 제2 스위치컨트롤러를 포함하여,
    상기 지연신호에 기초하여 상기 제1 출력노드로 초기 비교전압을 출력하는, 전력관리집적회로.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 스위치열의 제1 공통노드에 연결된 제1 커패시터; 및
    상기 제2 스위치열의 제2 공통노드에 연결된 제2 커패시터를 더 포함하는, 전력관리집적회로.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 출력노드와 상기 비교부의 입력단 사이에 연결되어, 상기 초기 비교전압을 필터링하여 상기 비교전압으로 출력하는 변환기로우패스필터를 더 포함하는, 전력관리집적회로.
  13. 적응적으로 입력클락을 제1 위상지연하여 제1 공급클락을 생성하는 제1 위상지연조절회로;
    상기 제1 공급클락에 기초하여 전압변환을 수행하는 제1 스위칭변환기;
    적응적으로 상기 입력클락을 제2 위상지연하여 제2 공급클락을 생성하는 제2 위상지연조절회로; 및
    상기 제2 공급클락에 기초하여 전압변환을 수행하는 제2 스위칭변환기를 포함하는, 전력관리집적회로.
  14. 제13항에 있어서, 상기 입력클락은
    오실레이터, 메인위상지연조절회로 또는 메인스위칭변환기 중 어느 하나에서 생성되는 것인, 전력관리집적회로.
  15. 제13항에 있어서, 상기 제1 또는 제2 위상지연조절회로는
    제1 선택신호 또는 제2 선택신호에 각각 상응하는 비교전압을 생성하는 비교전압생성부;
    검출 전압을 생성하는 위상 주파수 검출부;
    상기 비교전압과 상기 검출전압을 비교하는 비교부;
    상기 비교부의 출력신호에 기초하여 상기 제1 또는 제2 공급클락을 생성하는 VCO(Voltage-controlled oscillator)를 포함하고,
    상기 위상 주파수 검출부는
    상기 입력클락 및 상기 VCO에서 출력되는 클락신호를 기초로 검출전압을 생성하는, 전력관리집적회로.
  16. 제13항에 있어서,
    제1 디지털코드 및 제2 디지털코드를 출력하는 디지털 로직을 더 포함하고,
    상기 제1 위상지연조절회로 및 제2 위상지연조절회로는
    상기 제1 디지털코드 또는 상기 제2 디지털코드에 상응하는 비교전압을 생성하는 디지털아날로그컨버터;
    상기 입력클락 및 이전 공급클락의 위상 및 주파수에 기초한 검출전압을 생성하는 위상 주파수 검출부;
    상기 비교전압과 상기 검출전압을 비교하는 비교부; 및
    상기 비교부의 출력신호에 기초하여 현재 공급클락을 생성하는 VCO를 포함하는, 전력관리집적회로.
  17. 제13항에 있어서,
    제1 주파수패턴 및 제2 주파수패턴을 출력하는 디지털 로직을 더 포함하고,
    상기 제1 내지 제2 위상지연조절회로 각각은
    상기 입력클락 및 상기 제1 또는 제2 주파수패턴에 상응하는 비교전압을 생성하는 주파수-전압 변환기;
    상기 입력클락 및 이전 공급클락의 위상 및 주파수에 기초한 검출전압을 생성하는 위상 주파수 검출부;
    상기 비교전압과 상기 검출전압을 비교하는 비교부;
    상기 비교부의 출력신호에 기초하여 현재 공급클락을 생성하는 VCO를 포함하는, 전력관리집적회로.
  18. 입력클락을 생성하는 클락 생성부;
    상기 입력클락을 제1 위상으로 지연하여 제1 공급클락을 제1 스위칭변환기로 출력하는 제1 위상지연조절회로;
    상기 입력클락을 제2 위상으로 지연하여 제2 공급클락을 제2 스위칭변환기로 출력하는 제2 위상지연조절회로; 및
    상기 입력클락을 제3 위상으로 지연하여 제3 공급클락을 제3 스위칭변환기로 출력하는 제3 위상지연조절회로를 포함하고,
    상기 제1 위상, 상기 제2 위상 및 상기 제3 위상은 서로 다른 위상을 갖는 전력관리집적회로.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제1 내지 제3 위상지연조절회로 각각은
    선택신호에 각각 상응하는 비교전압을 생성하는 비교전압생성부;
    상기 입력클락 및 이전 공급클락의 위상 및 주파수에 기초한 검출전압을 생성하는 위상 주파수 검출부;
    상기 비교전압과 상기 검출전압을 비교하는 비교부;
    상기 비교부의 출력신호에 기초하여 현재 공급클락을 생성하는 VCO(Voltage-controlled oscillator)를 포함하고,
    상기 제1 내지 제3 위상지연조절회로는 서로 다른 제1 내지 제3 선택신호에 기초하여 상기 제1 내지 제3 공급 클락을 생성하는, 전력관리집적회로.
  20. 제18항에 있어서,
    제1 내지 제3 지연코드를 출력하는 디지털 로직회로를 더 포함하고,
    상기 제1 위상지연조절회로는 상기 제1 지연코드에 기초하여 상기 제1 위상으로 지연하고,
    상기 제2 위상지연조절회로는 상기 제2 지연코드에 기초하여 상기 제2 위상으로 지연하고,
    상기 제3 위상지연조절회로는 상기 제3 지연코드에 기초하여 상기 제3 위상으로 지연하는, 전력관리집적회로.
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