(57)【要約】省電力モードを所定の期間維持することを可能にする、集積回路用の省電力システムおよび方法が記載されている。この省電力システムは、発振器と、低電力発振器と、発振器および低電力発振器の両方を制御する発振器制御回路とを備えている。発振器制御回路は、少なくとも1つの実時間カウンタを含んでいる。発振器制御回路は、前記発振器制御回路が通常モードのときに発振器が付勢され、省電力信号を受け取ると、a)発振器制御回路が低電力発振器の発振周波数を測定し、b)発振器制御回路が低電力発振器の測定済み発振周波数を用いて省電力モードが所定の期間維持されるように実時間カウンタを設定し、c)省電力の継続期間、発振器制御回路が発振器をオフにし低電力発振器を使用するように構成される。
2005535014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
省電力モードを所定の期間維持することを可能にする、集積回路用の省電力システムであって、
発振器と、
低電力発振器と、
少なくとも1つの環境センサと、
前記発振器および前記低電力発振器の両方を制御し、前記少なくとも1つの環境センサからデータを受け取る発振器制御回路とを備え、前記発振器制御回路が実時間カウンタを含み、前記発振器制御回路が通常モードのときに前記発振器が付勢されるように前記発振器制御回路が構成されており、前記発振器制御回路が、
リセット信号を受け取ると、
前記発振器制御回路が環境データを取得し、第1のメモリに格納し、
前記発振器制御回路が前記低電力発振器の発振周波数を測定し、前記周波数を第2のメモリに格納し、
省電力信号を受け取ると、
前記発振器制御回路が環境データを取得し、前記格納済み環境データと比較し、
前記取得した環境データが前記格納済み環境データと少なくとも所定の許容差だけ異なる場合は、前記発振器制御回路が前記低電力発振器の発振周波数を測定し、前記第2のメモリ内に含まれる前記データを上書きし、
前記発振器制御回路が前記第2のメモリに格納された前記低電力発振器の前記発振周波数を用いて、前記省電力モードが前記所定の期間維持されるように前記実時間カウンタを設定し、
前記発振器制御回路が、前記省電力の継続期間、前記発振器をオフにし前記低電力発振器を使用するように構成されている、省電力システム。
【請求項２】
前記発振器が水晶発振器である、請求項1に記載の省電力システム。
【請求項３】
前記低電力発振器が、緩和発振器、リング発振器、およびRC発振器からなる群から選択される、請求項1に記載の省電力システム。
【請求項４】
前記低電力発振器が、シュミット・トリガ発振器を含む、請求項1に記載の省電力システム。
【請求項５】
前記少なくとも1つの環境センサが、温度センサ、ICプロセス変動センサ、および電圧センサからなる群から選択される、請求項1に記載の省電力システム。
【請求項６】
前記発振器制御回路が第2の実時間カウンタをさらに含み、省電力信号を受け取ると、前記発振器制御回路が前記低電力発振器の前記測定済み発振周波数を用いて前記第2の実時間カウンタを設定し、それにより前記省電力が終わる前に前記発振器制御回路が前記発振器をオンにすることができるようになって前記発振器の発振周波数が安定する、請求項1に記載の省電力システム。
【請求項７】
省電力モードを所定の継続期間維持することを可能にする、集積回路用の省電力方法であって、前記集積回路が、発振器と、低電力発振器と、少なくとも1つの環境センサと、標準回路と、実時間カウンタ、メモリを有し、前記発振器および前記低電力発振器の両方を制御し、前記少なくとも1つの環境センサに接続される発振器制御回路とを含み、前記省電力方法が、
初期環境データを測定すること、
前記低電力発振器の初期発振周波数を測定し、メモリにそれを格納すること、
省電力信号を受け取ること、
環境データを測定し、前記初期環境データと比較すること、
前記環境データが前記初期環境データと少なくとも所定の許容差だけ異なる場合に、前記低電力発振器の発振周波数を測定し、メモリ内の前記初期発振周波数を上書きすること、
前記省電力モードが前記所定の継続期間維持されるように、メモリ内の前記発振周波数に応じて前記実時間カウンタを設定すること、および
前記実時間カウンタによって定められた前記省電力モードの前記継続期間、前記発振器および前記標準回路の発振を停止することを含む、省電力方法。
【請求項８】
前記初期環境データの測定動作が、環境データを前記少なくとも1つの環境センサから前記発振器制御回路へ送ることを含む、請求項7に記載の省電力方法。
【請求項９】
前記環境データの測定動作が、環境データを前記少なくとも1つの環境センサから前記発振器制御回路に送ることを含む、請求項7に記載の省電力方法。
【請求項１０】
前記省電力モードの前記所定の継続期間が固定されている、請求項7に記載の省電力方法。
【請求項１１】
前記省電力モードの前記所定の継続期間が、前記省電力信号内で供給される、請求項7に記載の省電力方法。
【請求項１２】
前記初期発振周波数の測定動作が、前記初期発振周波数の測定が行われている間、前記集積回路の前記標準回路をシャット・ダウンすることを含む、請求項7に記載の省電力方法。
【請求項１３】
前記発振周波数の測定動作が、前記発振周波数の測定が行われている間、前記集積回路の前記標準回路をシャット・ダウンすることを含む、請求項7に記載の省電力方法。
【請求項１４】
前記発振器制御回路が第2の実時間カウンタを含み、前記方法が、
前記低電力発振器の前記発振周波数を用いて前記第2の実時間カウンタを前記ダウン時間の前記所定の継続期間よりも短い継続期間に設定すること、
前記短い継続期間が終了したときに、前記集積回路の前記発振器をオンにしてその発振周波数を安定させること、および
前記所定のダウン時間の継続期間が終了したときに、前記集積回路の前記標準回路をオンにすることを含む、請求項7に記載の省電力方法。
【請求項１５】
省電力モードを所定の期間維持することを可能にする、集積回路用の省電力システムであって、前記集積回路が標準回路を含み、前記省電力システムが、
発振器と、
低電力発振器と、
前記発振器および前記低電力発振器の両方を制御する発振器制御回路とを備え、前記発振器制御回路が実時間カウンタを含み、前記発振器制御回路が、
前記発振器制御回路が通常モードのときには前記発振器が付勢され、
前記低電力発振器の発振周波数の測定が必要なときには前記集積回路の前記標準回路がオフにされ、
省電力信号を受け取ったときには、a)前記発振器制御回路が前記低電力発振器の前記測定済み発振周波数を用いて、前記省電力モードが前記所定の期間維持されるように前記実時間カウンタを設定し、b)前記省電力の前記継続期間、前記発振器制御回路が前記発振器をオフにし前記低電力発振器を使用するように構成されている、省電力システム。
【請求項１６】
前記発振器が水晶発振器である、請求項15に記載の省電力システム。
【請求項１７】
前記低電力発振器が、緩和発振器、リング発振器、およびRC発振器からなる群から選択される、請求項15に記載の省電力システム。
【請求項１８】
前記低電力発振器が、シュミット・トリガ発振器を含む、請求項15に記載の省電力システム。
【請求項１９】
前記発振器制御回路が、前記集積回路がリセットされたとき前記低電力発振器の発振周波数の測定が要求されるように構成されている、請求項15に記載の省電力システム。
【請求項２０】
前記発振器制御回路が、環境の変化が起きたとき前記低電力発振器の発振周波数の測定が要求されるように構成されている、請求項15に記載の省電力システム。
【請求項２１】
前記発振器制御回路が第2の実時間カウンタをさらに含み、省電力信号を受け取ると、前記発振器制御回路が前記低電力発振器の前記測定済み発振周波数を用いて前記第2の実時間カウンタを設定し、それにより前記省電力が終わる前に前記発振器制御回路が前記発振器をオンにすることができるようになって前記発振器の発振周波数が安定する、請求項15に記載の省電力システム。
【請求項２２】
省電力モードを所定の継続期間維持することを可能にする、集積回路用の省電力方法であって、前記集積回路が、標準回路と、発振器と、低電力発振器と、実時間カウンタを有し前記発振器および前記低電力発振器の両方を制御する発振器制御回路とを含み、前記省電力方法が、
省電力信号を受け取ること、
所定の条件を満たした場合に、前記標準回路をシャット・ダウンすること、
前記低電力発振器の発振周波数を測定すること、
前記標準回路を起動すること、
前記省電力モードが前記所定の継続期間維持されるように、前記低電力発振器の前記測定済み発振周波数に応じて前記実時間カウンタを設定すること、および
前記実時間カウンタによって定められた前記省電力モードの前記継続期間、前記発振器の発振を停止し、前記標準回路をシャット・ダウンすることを含む、省電力方法。
【請求項２３】
所定の条件が、前記集積回路の環境条件の変更を含む、請求項22に記載の省電力方法。
【請求項２４】
所定の条件が、リセット信号の受信を含む、請求項22に記載の省電力方法。
【請求項２５】
前記発振器制御回路が第2の実時間カウンタを含み、前記方法が、
前記低電力発振器の前記発振周波数を用いて前記第2の実時間カウンタを前記ダウン時間の前記所定の継続期間よりも短い継続期間に設定すること、
前記短い継続期間が終了したときに、前記集積回路の前記発振器をオンにしてその発振周波数を安定させること、および
前記所定のダウン時間の継続期間が終了したときに、前記集積回路の前記標準回路をオンにすることを含む、請求項22に記載の省電力方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路(IC)に関する。より詳細には、本発明は、IC用の省電力システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くのICは、電力を節約するため、また電池を電源とする環境においてはシステムの電池寿命を延ばすために用いられる省電力モードを有している。
【０００３】
省電力モードから通常モードへの移行は、普通、外部の割り込み信号によって制御されるか、または決められた間隔に事前プログラミングされる。後者は、例えばセンサを監視したり他の装置と通信したりするような機能を実行するために所定の間隔でICが「覚醒(wake up)」しなければならない独立システムにおいて最も一般的である。
【０００４】
ICが既知の間隔で覚醒する必要がある場合には、時間の経過を追いICを覚醒させるために、一部の回路は省電力モードの間も動作している必要がある。この回路は、通常、十分な精度があり実時間カウンタである発振器を含む。発振器は、多くの場合、非常に精度があり温度や入力電圧の変化などの環境変化に対して影響を受けづらい水晶発振器である。水晶発振器を用いることの欠点は、省電力モード中に比較的大きなバイアス電流(数十μA程度)が必要であることである。
【０００５】
この欠点を克服するために、1998年12月1日発行の「Method and apparatus for controlling the wakeup logic of a radio receiver in sleep mode」という名称の米国特許第5845204号においてチャップマン(Chapman)等が2つの発振器を用いることを提案している。精度のための水晶発振器およびスリープ・モードで動作する低電力リング発振器である。覚醒中、低電力リング発振器はその不正確さを補償するために較正される。チャップマンの方法および装置は、スリープ・モード中に水晶発振器を用いる装置よりは改善されたものであるが、リング発振器の周波数の補正に関連する欠点を未だに有している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって本発明の目的は、集積回路用の省電力システムおよび方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
より詳細には、本発明によれば、省電力モードを所定の期間維持することを可能にする、集積回路用の省電力システムが提供される。前記省電力システムは、
発振器と、
低電力発振器と、
少なくとも1つの環境センサと、
前記発振器および前記低電力発振器の両方を制御し、前記少なくとも1つの環境センサからデータを受け取る発振器制御回路とを備え、前記発振器制御回路は実時間カウンタを含み、前記発振器制御回路が通常モードのときに前記発振器が付勢されるように前記発振器制御回路は構成されており、前記発振器制御回路は、
リセット信号を受け取ると、
前記発振器制御回路が環境データを取得し、第1のメモリに格納し、
前記発振器制御回路が前記低電力発振器の発振周波数を測定し、その周波数を第2のメモリに格納し、
省電力信号を受け取ると、
前記発振器制御回路が環境データを取得し、格納済み環境データと比較し、
取得した環境データが格納済み環境データと少なくとも所定の許容差だけ異なる場合に、前記発振器制御回路が前記低電力発振器の発振周波数を測定し、第2のメモリに含まれるデータを上書きし、
前記発振器制御回路が第2のメモリに格納されている前記低電力発振器の発振周波数を用いて、省電力モードが所定の期間維持されるように前記実時間カウンタを設定し、
前記発振器制御回路が、省電力の継続期間、前記発振器をオフにし前記低電力発振器を使用するように構成されている。
【０００８】
本発明の別の一態様によれば、省電力モードを所定の継続期間維持することを可能にする、集積回路用の省電力方法が提供される。前記集積回路は、発振器と、低電力発振器と、少なくとも1つの環境センサと、標準回路と、実時間カウンタ、メモリを有し、発振器および低電力発振器の両方を制御し、少なくとも1つの環境センサに接続される発振器制御回路とを含む。前記省電力方法は、
初期環境データを測定すること、
低電力発振器の初期発振周波数を測定し、メモリにその周波数を格納すること、
省電力信号を受け取ること、
環境データを測定し、初期環境データと比較すること、
この環境データが初期環境データと少なくとも所定の許容差だけ異なる場合に、低電力発振器の発振周波数を測定し、メモリ内の初期発振周波数を上書きすること、
省電力モードが所定の期間維持されるように、メモリ内の発振周波数に応じて実時間カウンタを設定すること、および
実時間カウンタによって定められた省電力モードの継続期間、発振器および標準回路の発振を停止することを含む。
【０００９】
本発明の別の一態様によれば、省電力モードを所定の期間維持することを可能にする、集積回路用の省電力システムが提供される。前記集積回路は標準回路を含む。前記省電力システムは、
発振器と、
低電力発振器と、
前記発振器および前記低電力発振器の両方を制御する発振器制御回路とを備える。前記発振器制御回路は実時間カウンタを含む。前記発振器制御回路は、
前記発振器制御回路が通常モードのときには前記発振器が付勢され、
前記低電力発振器の発振周波数の測定が必要なときには集積回路の標準回路がオフにされ、
省電力信号を受け取ったときには、a)前記発振器制御回路が前記低電力発振器の測定済み発振周波数を用いて、省電力モードが所定の期間維持されるように前記実時間カウンタを設定し、b)省電力の間、前記発振器制御回路が前記発振器をオフにし前記低電力発振器を使用するように構成されている。
【００１０】
本発明のさらに別の一態様によれば、省電力モードを所定の継続期間維持することを可能にする、集積回路用の省電力方法が提供される。前記集積回路は、標準回路と、発振器と、低電力発振器と、実時間カウンタを有し発振器および低電力発振器の両方を制御する発振器制御回路とを含む。前記省電力方法は、
省電力信号を受け取ること、
所定の条件を満たした場合に、標準回路をシャット・ダウンすること、
低電力発振器の発振周波数を測定すること、
標準回路を起動すること、
省電力モードが所定の継続期間維持されるように、低電力発振器の測定済み発振周波数に応じて実時間カウンタを設定すること、および
実時間カウンタによって定められた省電力モードの継続期間、発振器の発振を停止し、標準回路をシャット・ダウンすることを含む。
【００１１】
本発明の他の目的、効果、特徴は、添付の図面を参照して、単に例としてのみ示す本発明の好ましい実施形態についての以下の非制限的な説明を読むことによってより明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、一般的には、2つの異なる発振器を用いる、IC用の省電力システムおよび方法を提案する。ICが通常モードにあるときには、高精度発振器、例えば水晶発振器が用いられ、ICが省電力モードにあるときには、低電力発振器、例えば緩和発振器またはRC発振器が用いられる。低電力発振器は、通常、より精度が低く、制御がより難しく、環境の変化により影響を受けやすいので、覚醒と覚醒の間が所定の間隔で維持されるように、それらの周波数が測定され、実時間カウンタが調整される。低電力発振器周波数測定は、後文で説明するように、予め定められたデューティ・サイクルで行うか、または環境の変化によってトリガさせることができる。
【００１３】
次に添付図面の図1を参照して、本発明の一実施形態による省電力システムを含むIC10を説明する。
【００１４】
IC10は、IC10の所望の機能を実行可能にする標準回路12、水晶発振器14の形の高精度発振器、低電力緩和発振器16の形の低電力発振器、標準回路12と発振器14および16の両方とに接続された発振器制御回路18、および環境センサ22を含む。発振器制御回路は、後文でその用途を説明する実時間カウンタ20を含む。
【００１５】
標準回路12と発振器制御回路18の間の相互接続によって、省電力モードが要求された場合に標準回路12が省電力信号を発振器制御回路18に送ることが可能となっている。さらに、当業者には理解されるように、発振器制御回路18は、後文で説明するように、発振器14および16から得られる少なくとも1つのクロック信号と、省電力モードの後で標準回路12を「覚醒」させるための他の信号とを標準回路12に供給する。
【００１６】
低電力緩和発振器16は、例えば、プログラム可能な周波数を有し、電力損失が限られ、省電力が制御されるシュミット・トリガにすることができる。もちろん、リング発振器およびRC発振器のような他の低電力発振器を用いてもよい。
【００１７】
環境センサ22は、例えば、温度センサ、電圧センサ、ICプロセス変動センサを含む。環境センサは発振器制御回路18に接続されており、環境データをそれに供給する。
【００１８】
次に添付図面の図2のフローチャートを参照して、IC10の省電力配置の動作を説明する。
【００１９】
第1のステップ30で、システムがリセットされる。これは、通常、ICを最初に起動する際に行われる。ICの通常動作中、ICはいわゆる「通常」モードにあり、水晶発振器が発振器制御回路を介して標準回路にクロック信号を供給する。
【００２０】
ICがリセットされると、それによって発振器制御回路は環境センサから環境データを得る(ステップ32)。このデータは、発振器制御回路のメモリ内に格納される。
【００２１】
ステップ34で、低電力発振器の発振周波数が測定される。低電力発振器の周波数の測定は、省電力モードの場合と同様のやり方で行うと好都合であることが分かっている点に留意されたい。電池の電流引き込みが変化する(供給電圧の変化を招く)と、その後の低電力発振器周波数の測定においてエラーが生じる。したがって、低電力発振器の測定を行えるようにするために、回路の最小限の部分だけが起動する低電力測定モードも設けられる。
【００２２】
したがって、低電力発振器周波数測定ステップは、3つのサブステップを含む。まず、ICの標準回路をシャット・ダウンし、次いで水晶発振器を参照として用いて低電力発振器の周波数を測定し、次いで標準回路を再び起動する。
【００２３】
最終的に、標準回路は、省電力信号を発振器制御回路に送る(ステップ36)。この信号は、標準回路が省電力モードに所定の期間入ることを望んでいると発振器制御回路に指示する。この期間の長さは、発振器制御回路に事前にプログラミングすることもできるし、省電力信号中でパラメータとして送ることもできる。
【００２４】
発振器制御回路は、省電力信号を受け取ると、まず環境センサから環境データを取得し、このデータを最後に格納した測定値と比較する(ステップ38)。
【００２５】
ステップ40で、ステップ38で測定された環境データが所定の許容差内であることが発振器制御回路によって確認される。この許容差は、環境データ1組ごとに異なり、使用する低電力発振器のタイプに応じたものである点に留意されたい。
【００２６】
測定された環境データが許容差内でない場合、ステップ42を実行し、ステップ34と同一の方法で低電力発振器周波数を測定する。
【００２７】
ステップ44で、ステップ34または42の低電力発振器の測定済み周波数を使用し、標準回路によって要求される所定の省電力時間を知ることにより、発振器制御回路によって第1の実時間カウンタが設定され、それにより発振器制御回路がいつ標準回路を覚醒させたらよいかがわかるようになる。発振器制御回路は、省電力モードがどれくらい持続することになっているかと、低電力発振器の発振周波数とを知っているので、必要な低電力発振器の発振数を算出することができ、この結果を第1の実時間カウンタ内に格納することができる。
【００２８】
水晶発振器の起動時間はかなり長く、そのたびごとに異なるので、第2の実時間カウンタが低電力発振器に用いられ、それにより発振器制御回路は、いつ水晶発振器を覚醒させたらよいかかがわかり、標準回路の覚醒前に所定の猶予期間がある。第1の実時間カウンタと第2の実時間カウンタの時間差は、後文で説明するように水晶発振器起動モードの長さである。当業者には容易に理解されるように、水晶発振器起動モードの時間の長さは、環境センサ22によって提供される環境条件に基づいて決めることができる。
【００２９】
次いでICは、ステップ46で省電力モードに入る。省電力モード中は、標準回路および水晶発振器への電力は遮断される。発振器制御回路および低電力発振器だけが電力を引き込む。より詳細には、発振器制御回路は、環境センサ・データを測定および比較し、低電力発振器周波数を測定し、省電力時間を算出するのに必要なアルゴリズムを実行することが可能な状態機械またはマイクロ・コントローラを含む。省電力中に必要とされる発振器制御回路の部分は、実時間カウンタと、水晶発振器起動モードおよび通常モードにいつ入るべきかを決める回路のみである。したがって、発振器制御回路のこれらの部分および低電力発振器だけが、省電力中に電力を引き込む。
【００３０】
発振器制御回路が標準回路を覚醒させるときであると判定する前に、ICは水晶発振器が付勢される水晶発振器起動モード(ステップ48)に入る。ICは、所定の期間(ステップ44中に第2の実時間カウンタ内で算出および設定される)このモードにとどまって、水晶発振器の出力信号の周波数を安定させる。
【００３１】
次いで、標準回路を起動することによって通常モードが再開され(ステップ50)、標準回路は、このサイクルを繰り返すためにステップ36に戻る前に、プログラミングされた機能を果たすことできる(ステップ52)。
【００３２】
任意選択で、電力消費量対起動時間が最適になるように水晶発振器のバイアス電流を調整するために、緩和発振器16の測定済み発振周波数を用いて水晶起動モード中の水晶発振器14の発振周波数を測定することができる。
【００３３】
次に添付の図面の図3を参照して、省電力システムの基本動作を示すタイミング図を説明する。
【００３４】
前文に記載し図3に示するように、可能なモードには、省電力モード60、水晶発振器起動モード62、発振器周波数測定モード(図示せず)、通常モード64の4つがある。
【００３５】
省電力モード60では、低電力発振器および発振器制御回路だけが付勢される。したがって、水晶発振器はシャット・ダウンされ、電力消費量は最小である。
【００３６】
水晶発振器起動モード62では、低電力発振器、水晶発振器、発振器制御回路が付勢される。したがって、総電力消費量は省電力モードよりも多い。水晶発振図に見られるように、このモード中に水晶発振の周波数は安定する。
【００３７】
前文に記載しているが図3には示さない発振器周波数測定モードでは、2つの発振器および発振器制御回路だけが起動される。このモードは比較的短く、低電力発振器の周波数を測定しなければならないときにだけ用いられる。
【００３８】
最後に、通常モード64では標準回路が通電状態となる。したがって、総電力消費量は他のモード中よりも多くなる。ノイズを減らし電力消費量を減らすために、通常モード中は低電力発振器をオフにすることができる点に留意されたい。
【００３９】
以上、本発明の好ましい実施形態によって本発明を説明してきたが、本発明は、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の精神および本質から逸脱することなく修正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態による省電力システムを備えるICの概略ブロック図である。
【図２】図1のICの動作を示すフローチャートである。
【図３】様々な動作モードに対する総電力消費量および水晶発振器の発振数を示すタイミング図である。
【図１】
2005535014.tif 000003
【図２】
2005535014.tif 000004
【図３】
2005535014.tif 000005
【国際調査報告】
2005535014.tif 000006
2005535014.tif 000007