(57)【要約】集積回路は、複数の電圧値が選択可能な可変電圧源と、可変電圧源により生成される電圧値を測定する手段と、可変電圧源を構成して選択電圧値を供給する手段とを備える。選択電圧値は、測定手段によって測定される電圧値、及びコントローラによって選択される電圧値に基づいて選択される。
2009509253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路（１００，２００）であって、複数の電圧値が選択可能な可変電圧源（１０３）と；前記可変電圧源（１０３）により生成される電圧値を測定する手段（１０８，１０９）と；前記可変電圧源（１０３）を構成して選択電圧値を供給する手段（１０９）と、を備え、前記選択電圧値は、前記測定手段（１０８，１０９）によって測定される電圧値、及びコントローラ（１０９）によって選択される電圧値に基づいて選択される、集積回路（１００，２００）。
【請求項２】
前記可変電圧源（１０３）は、基準電圧に直列に接続される複数の抵抗体（１０４）を含み、前記基準電圧は前記集積回路の外部の電源に接続されるように構成され、複数の電気タップ（１０５）が、電圧値の選択を可能にする前記抵抗体（１０４）の間のそれぞれのポイントに接続される、請求項１記載の集積回路（１００，２００）。
【請求項３】
前記可変電圧源は、所定の電圧範囲内での電圧値の選択を可能にするように構成される一つ以上のトランジスタ、及び／又はコンデンサを含む、請求項１記載の集積回路（１００，２００）。
【請求項４】
前記選択電圧値を供給できるように、前記複数の電気タップ（１０５）の出力が接続される電圧レギュレータ（１０２）を更に備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の集積回路（１００，２００）。
【請求項５】
前記構成するための手段（１０９）は、前記集積回路（１００，２００）の第１動作電圧値に対応する、前記集積回路の第１動作モードのための第１電圧値を含むように構成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の集積回路（１００，２００）。
【請求項６】
前記構成する手段（１０９）は、前記集積回路（１００，２００）の第２動作電圧値に対応する前記集積回路（１００，２００）の第２動作モードのための第２電圧値を含むように構成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の集積回路（１００，２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧を集積回路において選択するための集積回路及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器、特に携帯型電子機器の更に高速な動作を可能にし、コストを低減し、そして消費電力を改善するために、集積回路は絶えず、より低い電圧で動作するように設計されている。
【０００３】
コストを最小化し、電子機器内の全ての部品を設計し直す必要を回避するために、集積回路がレギュレータを含むように設計される場合がある。この構成は、第１電圧で動作するように構成される集積回路を、これよりも高い第２電圧で動作する電源に接続することができることを意味する。従って、この構成により、電子機器を新規の集積回路によって機能向上させることができ、電子機器の既存の電源を取り替える必要を生じることがない。
【０００４】
しかしながら、種々のシリコン技術、及び関連する動作電圧が非常に広い範囲に存在するので、異なるレギュレータが異なる集積回路及び電源で使用される場合には、或る範囲の異なるレギュレータを設計する必要が生じてコストが依然として高く付く。
【０００５】
この問題を回避する一つの方法では、プログラム可能な電圧源を使用し、供給電圧を調整して必要電圧を供給することを行なってきており、この方法の一例が米国特許第５，７９０，４６９号明細書に記載されている。しかしながら、この方法では、外部基準電圧源を使用し、プログラム可能な電圧源によって適切な電圧を決定することができるようにする必要があり、これによってここでも同じように通常、機器の複雑さが増し、そしてコストが高くなる。
【０００６】
更に、集積回路の動作電圧が小さくなる傾向が続くと、要求される電圧許容誤差を満たすことも益々難しくなる、例えば１ボルト信号に課される３パーセント許容誤差は１０ボルト信号に課される３パーセント許容誤差の１０分の１となって小さくなってしまう。
【０００７】
集積回路を正しく動作させるために、電圧源を、集積回路の動作電圧範囲から外れる電圧変化について完全に監視する必要がある。更に、電子モジュールの不正な動作、及び電子モジュールに加わり得るダメージを回避するために、監視回路は通常、電圧偏位が集積回路の動作電圧範囲を超えて生じる場合には集積回路を適宜リセットする。しかしながら、電子機器に新規の集積回路を搭載する場合、電源に接続される監視回路は通常、新規に組み込まれる集積回路の動作電圧範囲を認識することがない。
【０００８】
更に、集積回路の検査には通常、集積回路を、当該集積回路の正常動作電圧範囲を超えて動作させる必要があるので、監視回路を検査の前に動作不能にして、集積回路がリセットされることがないようにする必要がある。しかしながら、安全性に関連するシステムに、監視を不能にする機構を組み込むことは、電源監視を所望しない形で正常動作中に不能にすることが有りえるので、不具合となる状況を招き得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、この状況を改善することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一の態様によれば、添付の請求項による集積回路、及び集積回路において電圧を選択する方法が提供される。
本態様は、集積回路を種々の異なる電源で使用することができ、しかも異なるレギュレータを用いる必要がないように設計することが可能になるという利点をもたらす。更に、本態様によって、集積回路の検査中に集積回路の動作電圧範囲を超えて電圧偏位が発生している集積回路をリセットせずに、集積回路の電圧を監視することができ、しかも正しい電源監視の既定の初期状態を維持することができる。本態様によって更に、集積回路に供給される電圧の許容誤差を大きくすることができるとともに、集積回路の歩留まりを上げることができ、動作電圧を集積回路に最も適するように微調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明の実施形態について、例を通して図を参照しながら説明することとする。
本発明の第１の実施形態について図１を参照しながら説明するが、この場合、集積回路１００の制御ループ１０１は、一つの電圧を選択して集積回路１００の電圧源が電圧を一定に保つように構成される。
【００１２】
図１に示すように、集積回路１００は制御ループ１０１を含み、制御ループ１０１はレギュレータ１０２からの出力と、複数の電圧値が選択可能な可変電圧源１０３の制御入力との間に接続される。制御ループ１０１は、一つの電圧を集積回路１００に関して、可変電圧源１０３を使用して選択するように構成される。
【００１３】
可変電圧源１０３は、基準電圧、例えば接地と、第２基準電圧、例えば電源ラインのとの間に接続される一連の抵抗体１０４を含む。従って、一連の抵抗体は２つの基準電圧の間の電圧分割器として機能する。しかしながら、当業者であれば理解できることであるが、可変電圧源を設ける他の方法を提供することができる。更に、電源は集積回路の外に配置されることになるが、第２基準電圧を集積回路上で、電源電圧、例えばトランジスタ（図示せず）のコレクタから生成することができる。
【００１４】
一連の抵抗体１０４の間に接続されるのは電気タップ１０５であり、各電気タップ１０５は一つのスイッチを含み、このスイッチによって、一連の抵抗体１０４に対する電気タップ１０５の接続位置に関連する電圧を選択することができる。従って、一連の抵抗体１０４により形成される電圧勾配に沿った異なる電圧ポイントは、それぞれの電気タップ１０５によって選択することができる。従って、必要な電圧は可変電圧源１０３を使用して選択される。図１に示す実施形態では、選択される電圧はレギュレータ１０２の目標出力電圧である。
【００１５】
可変電圧源１０３を使用して選択される電圧は、基準電圧、及び一連の抵抗体１０４に形成される抵抗体の構成、更に電気タップ１０５の個数及び構成によって変わることになる。電気タップスイッチによって選択される電圧は、可変電圧源１０３の出力に供給される（すなわち、電気タップスイッチによって、可変電圧源の出力を、一連の抵抗体１０４の適切な電圧ポイントに接続する）。
【００１６】
図１は４つの抵抗体１０４が直列に接続され、そして３つの電気タップ１０５が配設される様子を示しているが、当業者であれば分かるように、可変電圧源１０３はいずれの個数の抵抗体、及び／又は電気タップによっても構成することができる。更に、選択可能な電圧を供給する別の機構を使用することもでき、例えば基準電流ではなく基準電圧を使用する、またはトランジスタの抵抗のような可変素子を使用する、または第１固定基準電圧を利用して設定される可変電圧利得を使用する。
【００１７】
レギュレータ１０２は、集積回路１００の電圧源が電圧を一定に保つようにするために設けられ、この構成は当業者には良く知られている。
レギュレータ１０２のいずれかの適切な形態を使用することができるが、本実施形態を実現するために、レギュレータ１０２は差動アンプ１０６及びＮＰＮトランジスタ１０７を含む。ＮＰＮトランジスタ１０７が集積回路１００の一部分として示されるが、ＮＰＮトランジスタを集積回路１００の外部に設ける構成が例として示される場合がある。更に、いずれかの適切なトランジスタ、例えばＰＮＰトランジスタまたはＦＥＴを使用することができる。
【００１８】
可変電圧源１０３からの出力は差動アンプ１０６の非反転入力に接続され、そして差動アンプ１０６からの出力はＮＰＮトランジスタ１０７のベースに接続され、更に差動アンプ１０６の反転入力はＮＰＮトランジスタ１０７のエミッタに接続され、ＮＰＮトランジスタ１０７のエミッタ出力は集積回路１００の安定化電圧電源として機能する。ＮＰＮトランジスタ１０７のコレクタは電源ラインに接続される。
【００１９】
当業者には良く知られていることであるが、レギュレータ１０２は、差動アンプ１０６の非反転入力に印加される入力電圧に基づく一定電圧を維持するように構成される。
制御ループ１０１は、安定化電圧をレギュレータ１０２の出力で測定するように構成され、本実施形態を実現するためにこの安定化電圧をＮＰＮトランジスタ１０７のエミッタからの出力とし、そして必要な所定電圧に基づいて、制御ループ１０１は、適切な電気タップ１０５のスイッチを設定して適切な電圧を選択し、この電圧を可変電圧源１０３から差動アンプ１０６の非反転入力に出力するように構成される。
【００２０】
制御ループ１０１は、アナログ−デジタル変換器ＡＤＣ１０８、及びコントローラ１０９を含む。ＡＤＣ１０８は、安定化電圧をレギュレータ１０２の出力でサンプリングし、そして安定化電圧のサンプリングデジタル値をコントローラ１０９に供給する。理想的には、ＡＤＣ１０８は、可変電圧源１０３の分解能及び精度と等しい、または分解能及び精度よりも高い分解能及び精度を有する。
【００２１】
コントローラ１０９がＡＤＣ１０８から受信する測定電圧情報、及びコントローラ１０９のメモリ（図示せず）に格納される所定の電圧情報を利用して、コントローラ１０９は、レギュレータ１０２の出力での安定化電圧を変更する必要があるかどうかを判断する。レギュレータ１０２の出力での安定化電圧が、コントローラ１０９に格納される所定の電圧情報と一致しない場合、コントローラ１０９は、差動アンプ１０６の非反転入力に供給する必要のある電圧に関する判断を行ない、そして可変電圧源１０３の適切な電気タップスイッチを設定して、適切な電圧を可変電圧源１０３から差動アンプ１０６の非反転入力に供給することができるようにする。
【００２２】
コントローラ１０９の動作はプログラムすることができる。コントローラ１０９が実行するように構成することができるアクションのタイプの例として以下の項目を挙げることができる：
１）安定化電圧が低すぎて集積回路が最適な動作を行なうことができないと判断し、選択電圧を、例えば電気タップに関する所定情報を使用して増加させる、または電圧の増加を繰り返し行なう；
２）集積回路が受信する他の情報を利用して、電圧を下げて消費電力を減らす必要があると判断する；
３）他の情報を利用して、集積回路が検査モードになっており、かつ電圧モニター閾値を小さくする必要があると判断する；
４）レギュレータの既知の特性に基づき、コントローラ１０９を構成して、電圧源の電圧を上げて供給電圧のマージンを広くし、集積回路を正しく動作させるようにすることができる；
５）メモリに格納される情報を利用して、集積回路が安全上重要な用途に使用され、かつ電圧モニター閾値を集積回路の動作限界に近い値に調整する必要があると判断する；
６）不揮発性メモリに保存されるこれまでの測定値を利用して、レギュレータ電圧を調整する必要があると判断する。
【００２３】
コントローラ１０９はいずれかの適切な形態の処理装置、例えばマイクロコントローラ、論理素子、またはデジタル信号プロセッサＤＳＰとすることができる。また、当業者であれば、ＡＤＣ１０８、コントローラ１０９、及び電圧調整機構を含むフィードバック経路全体を専用回路に置き換えることができることが理解できるであろう。ＡＤＣ１０８、及びコントローラ１０９として動作するマイクロプロセッサコアの利点は、このような機能が組み合わされて多くの既存の集積回路に普通に用いられることである。
【００２４】
ＡＤＣ１０８が集積回路に供給される安定化電圧をサンプリングするので、電圧測定値の精度が高くなり、その結果、レギュレータ１０２に可変電圧源１０３から供給される電圧を更に高精度に選択することができる。
【００２５】
上に説明したように、電圧情報がコントローラメモリに格納されるが、同様にして電圧情報をコントローラ１０９の外部のメモリに格納することができる。通常、電圧情報はメモリにバイナリ形式で格納される。
【００２６】
従って、電源電圧が集積回路１００に供給されると、コントローラ１０９は安定化電圧がレギュレータ１０２の出力に現われていることを確認し、そしてコントローラ１０９に格納される所定の電圧情報を利用して、コントローラ１０９はレギュレータ１０２によって供給される安定化電圧を、コントローラ１０９が必要とする安定化電圧に動的に自己調整することにより、可変電圧源１０３の適切な電気タップスイッチを選択して、所望の電圧を差動アンプ１０６の非反転入力に供給することができる。従って、制御ループ１０１によって、レギュレータ１０２が供給する安定化電圧を、コントローラ１０９からの指示によって、またはコントローラ１０９を動作させることによって事前に決定された通りに自己調整することができる。
【００２７】
本発明の第２の実施形態について図２を参照しながら説明するが、この場合、図１に示すものと同じ機能には同じ参照番号を付している。本発明の第２の実施形態は制御ループ１０１を利用し、この制御ループは一つの電圧を選択して、集積回路２００が動作するように設定される供給電圧範囲を制御するように構成される。
【００２８】
図２に示すように、集積回路２００は制御ループ１０１を含み、制御ループ１０１はコンパレータ２０１の第１入力、及び可変電圧源１０３の制御入力に接続される。制御ループ１０１、及びコンパレータ２０１の第１入力は更に、可変電圧源１０３の出力に接続される。
【００２９】
コンパレータ２０１の第２入力は集積回路の電圧源に接続され、この電圧源の電圧は通常、一定になるように保たれる。コンパレータ２０１の出力は集積回路のリセットラインに接続され、このリセットラインはハイに設定されると、集積回路をリセット状態にするように作用する。
【００３０】
コンパレータ２０１は、可変電圧源１０３から出力され、かつコンパレータの第１入力で受信される電圧を、コンパレータの第２入力で受信される集積回路の電源電圧と比較するように構成される。コンパレータ２０１が、集積回路の電源電圧が可変電圧源１０３からの出力電圧よりも小さいことを検出すると、コンパレータ２０１は、コンパレータの出力をハイに設定し、その結果、集積回路をリセット状態にするように構成される。
【００３１】
制御ループ１０１は、可変電圧源１０３からの適切な出力電圧を選択する機能を有するので、制御ループによって集積回路２００の動作電圧範囲を動的に決定することが可能になる。更に、制御ループ１０１によって、可変電圧源１０３からの異なる出力電圧を選択することができるようにすることにより、制御ループ１０１は、以下に説明するように、集積回路２００の適切な動作範囲を集積回路２００が正常動作している状態で選択して、集積回路２００の動作電圧範囲を広げる可能性を同時に実現しながら誤動作の危険を最小化するように構成することができ、これによって、集積回路２００の検査が動作電圧範囲を広げた状態で可能になるとともに、仮に大きな変動が集積回路の電圧源に発生したとしても集積回路を保護することができる。
【００３２】
前の実施形態と同じように、可変電圧源１０３は、第１基準電圧、例えば接地と、第２基準電圧、例えば電源ラインとの間に接続される一連の抵抗体１０４を含む。従って、一連の抵抗体１０４は２つの基準電圧の間の電圧分割器として機能する。
【００３３】
一連の抵抗体１０４の間に接続されるのは電気タップ１０５であり、各電気タップ１０５は一つのスイッチを含み、このスイッチによって、一連の抵抗体１０４に対する電気タップ１０５の接続位置に関連する電圧を選択することができる。従って、一連の抵抗体１０４により形成される電圧勾配に沿った異なる電圧ポイントは、それぞれの電気タップによって選択される。従って、一つの電圧は、可変電圧源１０３を使用して選択され、この選択は、一連の抵抗体１０４により形成される電圧勾配に沿った電圧ポイントの内、必要な電圧に対応する電圧ポイントに位置する適切な電気タップスイッチを閉じることにより行なわれる。可変電圧源１０３を使用して選択することができる電圧は、第１基準電圧と第２基準電圧との間の電圧差、及び一連の抵抗体１０４に形成される抵抗体の構成、更に電気タップ１０５の個数及び構成によって変わることになる。
【００３４】
図２は４つの抵抗体１０４が直列に接続され、そして３つの電気タップ１０５が配設される様子しか示していないが、当業者であれば分かるように、可変電圧源１０３はいずれの個数の抵抗体、及び／又は電気タップによっても構成することができる。
【００３５】
制御ループ１０１はＡＤＣ１０８及びコントローラ１０９を含む。ＡＤＣ１０８は、可変電圧源１０３からの出力電圧であって、コンパレータ２０１の第１入力に供給される出力電圧をサンプリングする。ＡＤＣ１０８は、可変電圧源１０３からの電圧のサンプリングデジタル値をコントローラ１０９に供給するように構成され、この場合、上に説明したように、コントローラ１０９は可変電圧源１０３の出力電圧を必要に応じて制御することができる。
【００３６】
本実施形態を実現するために、コントローラ１０９をプログラムして、２つの電圧の内の一つの電圧を可変電圧源から出力することができるようにする。可変電圧源１０３からの許容可能な第１の出力電圧は正常動作中の集積回路２００の最小動作電圧に対応する。可変電圧源１０３からの許容可能な第２の出力電圧は、集積回路を検査している状態での集積回路の最小動作電圧に対応し、この場合、許容可能な第２の出力電圧は許容可能な第１の出力電圧よりも小さい。
【００３７】
集積回路２００が正常動作状態で動作することができるように、コントローラ１０９が構成される場合、コントローラ１０９は電気タップスイッチを設定して、許容可能な第１の出力電圧を可変電圧源１０３からコンパレータ２０１の第１出力に出力することができるようにする。従って、集積回路への供給電圧が許容可能な第１の出力電圧よりも小さくなる場合、コンパレータ２０１はコンパレータの出力をハイに設定し、そして集積回路２００をリセット状態に、集積回路への供給電圧が許容可能な第１の出力電圧よりも大きくなるまで維持する。集積回路が動作状態とリセット状態の間で発振する現象を回避するために、或る形状のヒステリシスを使用することができる。
【００３８】
集積回路２００の検査が必要な場合、コントローラ１０９を検査モードにし、これによってコントローラ１０９に適切な電気タップスイッチを設定させて、許容可能な第２の出力電圧を可変電圧源１０３からコンパレータ２０１の第１入力に出力することができるようにする。従って、これにより、集積回路２００の動作電圧範囲を許容可能な第２の出力電圧にまで小さくすることができるので、集積回路２００の検査の範囲を広げることができる。これにより、検査を正常動作電圧よりも小さい電圧で行なうことができ、そして集積回路の高信頼性動作を集積回路の正常動作電圧範囲全域で保証することができる。本発明を使用することにより、リセットモニタは決して、完全に動作不能になるということがないので、このような構成は安全性に関連するシステムに有利である。従って、集積回路への供給電圧が許容可能な第２の電圧よりも小さくなる場合、コンパレータ２０１はコンパレータの出力をハイに設定し、そして集積回路２００をリセット状態に、集積回路への供給電圧が許容可能な第２の電圧よりも大きくなるまで維持する。集積回路が動作状態とリセット状態の間で発振する現象を回避するために、或る形状のヒステリシスを使用することができる。
【００３９】
コントローラ１０９について、コントローラによって２つの出力電圧を可変電圧源１０３から生成することができるものとして説明してきたが、コントローラ１０９は、どのような個数の電圧も可変電圧源１０３から選択するように構成することができる。例えば、コントローラ１０９を２つの動作モードでプログラムする他に、コントローラ１０９を安全性に関連するモードでプログラムすることができ、これによって、コントローラ１０９が可変電圧源１０３を制御して、可変電圧源１０３が、許容可能な第１の出力電圧よりも大きい許容可能な第３の出力電圧を出力するようにコントローラ１０９を構成することにより、安全性に関連する装置に適するように集積回路２００の動作電圧範囲を狭くすることができる。この場合、コンパレータによって集積回路２００が、集積回路への供給電圧が許容可能な第３の出力電圧よりも小さくなった場合にリセットされる。動作状態では、許容可能な第３の出力電圧に繰り返し近付く状況が発生することがあるので、現在のリセット電圧が、リセット状態の間はずっと続くように不揮発な状態で保存される。リセット閾値をほんの少しだけ大きくすることができ、そしてリセットが発生しない場合には、新規の閾値がここでも同じように既知の良好な動作電圧として保存される。このようにして、集積回路の実際の動作電圧範囲、及び供給電圧を設定することができるので、コントローラによって、連続動作に適する閾値を、安全性に関連するシステムに適するように設定することができる。当業者であれば、本発明のこのような実施形態では、非常に多くの電気タップが使用されることが理解できるであろう。
【００４０】
集積回路２００に、許容可能な相対的に小さい動作電圧を調整可能なように設定する他に、等しく同じアプローチを使用して、別の構成として、または追加される形で、集積回路２００に許容可能な相対的に大きい動作電圧を設定することができる。必要な電圧よりも小さい動作電圧は、集積回路への電源がオフに切り替わるときに必ず生じるのに対して、許容可能な電圧よりも大きい動作電圧は多くの場合、障害状態を示す。従って、安全性に関連するシステムは、このような状態に関して監視する必要がある。
【００４１】
このようにして、一つの電圧を集積回路に関して選択するための制御ループを使用して一つの電圧を集積回路に関して選択し、種々の目的のために利用することができる。
当業者にとっては、開示する主題事項は多くの方法により変更することができ、そして上に詳細に説明した好適な形態以外の実施形態を代わりに用いることができることが明らかであり、例えば制御ループ１０１は、第１及び第２の実施形態において説明した機能を同じ集積回路の内部で実現するように構成することができる、そして／または第２の実施形態におけるコンパレータ２０１は、コンパレータの出力をローに設定することにより集積回路２００をリセットするように構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施形態による集積回路を示す。
【図２】本発明の第２の実施形態による集積回路を示す。
【図１】
2009509253.tif 000003
【図２】
2009509253.tif 000004
【国際調査報告】
2009509253.tif 000005
2009509253.tif 000006