(57)【要約】回路は、夫々のＩｇａｔｅ及びＩｌａｔｃｈ直流バイアス電流を受けるよう接続された周波数分配器を有する。このような周波数分配器は、部分的にこれらの直流バイアス電流に依存するある周波数で自己共振しうる。対応する電流源は、これらの直流バイアス電流の夫々にプログラム可能な大きさを供給して、自己共振周波数及び全体の電力消費に影響を及ぼしうる。較正の間に、周波数分配器は自励発振することを可能とされ、直流バイアス電流は、自己共振周波数をある目標周波数に近似させるよう処理される。直流バイアス電流は、日和見的に低減され、周波数分配器の自己共振周波数が目標動作周波数へ合わせられる場合に依然として信頼性のある動作を維持する。このような較正は、装置の耐用年数の間に必要に応じ繰り返される。
2008510412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル回路の第１の自己共振周波数を測定するステップ；及び
動作周波数に近い第２の自己共振周波数を発生させるよう前記デジタル回路へ印加される第１のバイアス電流を調整するステップ；
を有し、
前記デジタル回路によって必要とされる電力は、前記第１の自己共振周波数から前記第２の自己共振周波数までの動作の間に減少する、回路動作の方法。
【請求項２】
前記第２の自己共振周波数に作用するよう前記デジタル回路へ印加される第２のバイアス電流を調整するステップを更に有する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第２の自己共振周波数を達成するよう前記第１のバイアス電流及び前記第２のバイアス電流の比率を調整するステップを更に有する、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記デジタル回路による減少した電力消費を達成するよう前記第１のバイアス電流及び前記第２のバイアス電流の合計を調整するステップを更に有する、請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記デジタル回路が動作し続けることを可能にする前記第１のバイアス電流及び前記第２のバイアス電流の最小合計を検出するステップを更に有する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記デジタル回路が動作するように、前記検出ステップで決定された前記第１のバイアス電流及び前記第２のバイアス電流の最小合計を設定するステップを更に有する、請求項５記載の方法。
【請求項７】
少なくとも１つのバイアス入力電流に依存する自己共振周波数で最大信号入力感度を有するデジタル回路を電子装置内部に含むステップ；
前記自己共振周波数を測定するステップ；
前記デジタル回路へ印加される少なくとも１つのバイアス電流を、対象とする動作周波数に近い他の自己共振周波数へと合わせるよう調整するステップ；及び
前記測定ステップで決定された前記バイアス電流でその後に前記デジタル回路を動作させるステップ；
を有する、電子装置の電力消費をその動作の間減少させるための方法。
【請求項８】
対象とする動作周波数に近い自己共振周波数に合わせるよう第１のバイアス電流及び第２のバイアス電流の比率を調整するステップ；
前記デジタル回路による減少した電力消費を達成するよう前記第１のバイアス電流及び前記第２のバイアス電流の合計を調整するステップ；
前記デジタル回路が動作し続けることを可能にする前記第１のバイアス電流及び前記第２のバイアス電流の最小合計を検出するステップ；及び
前記検出ステップで決定された夫々の値に前記第１のバイアス電流及び前記第２のバイアス電流を固定するステップ；
を更に有する、請求項７記載の方法。
【請求項９】
少なくともゲート及びラッチ、発振器入力、並びに分配器出力を有し、印加される特定のバイアス電流に依存する周波数での自己共振を起こす周波数分配器；
該周波数分配器へ複数のゲートバイアス電流を供給するようプログラミング可能なゲートバイアス電流源；
前記周波数分配器へ複数のラッチバイアス電流を供給するようプログラミング可能なラッチバイアス電流源；
前記分配器出力で信号を検知して、その発振周波数を示すよう接続された周波数計測器；及び
前記周波数分配器が特定の目標周波数の近くで自己共振することを前記周波数計測器が示すように、前記ゲート及びラッチバイアス電流源をプログラミングするよう接続された制御器；
を有する、半導体集積電子回路。
【請求項１０】
前記制御器は、前記自己共振を可能にするよう前記周波数分配器への前記発振器入力を分離するスイッチを接続される、請求項９記載の半導体集積回路。
【請求項１１】
前記制御器は、最初に、前記自己共振周波数を前記特定の目標周波数に近似するゲート及びラッチバイアス電流の比率を決定し、次に、どれほどの最小合計バイアス電流が周波数分配器機能を維持するかを決定する、請求項９記載の半導体集積回路。
【請求項１２】
温度変化を監視して、十分な変化が検出される場合に、どれほどの最小合計バイアス電流が周波数分配器機能を維持しうるかを前記制御器に決定させる、前記制御器内に配置された温度センサを更に有する、請求項１１記載の半導体集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子デジタル回路に関し、更に具体的には、電力消費を最小限とするために高周波分配器を動作させる回路及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子装置において電力要求を低減することは、直接的に、電池寿命が延びること及び電力損失が減ることに繋がる。電池寿命が延びることは、携帯電話、持ち運び可能なコンピュータ、及びワイファイ（Ｗｉ−Ｆｉ）無線ネットワーク構築などの無線携帯用途において重要である。電力損失は、要求される電流の二乗で増大し、発生する如何なる廃熱も、不必要に装置の寿命を短くしうる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
現在、１．０ＧＨｚを上回るシステムクロックによりデジタル回路を動作させることは、極めて一般的な方法である。多くの電力は、それらの周波数で交流（ＡＣ）電圧を容量性インピーダンス負荷に印加する際に消費される。浮遊容量の低減により、寄生電流を制限することができる。半導体プロセス変動及び幅広い動作温度範囲は、伝統的に、信頼のある動作を保証するために、高い直流（ＤＣ）バイアス電流を決定する。これらの直流バイアス電流を低減することは、電池寿命の改善をもたらしうる。
【０００４】
多数の無線用途は、無線送信機及び受信機によって必要とされる同相（Ｉ）及び直角位相（Ｑ）クロックを生成するために周波数分配器の使用を必要とする。電圧制御発振器（ＶＣＯ）は、通常、位相ロックループ（ＰＬＬ）によって制御され、Ｉ−Ｑ周波数分配器を駆動するよう１又はそれ以上の周波数を同期させる。このような分配器は、従来、２つの交差Ｄフリップフロップとして構成される。
【０００５】
従来のＩ−Ｑ周波数分配器は、発振器入力駆動が存在しない場合に自ら選択するある周波数で自由に発振しうる。自己共振周波数は、ループ損失が最小であって、正帰還が最大であるところの点を表す。この点は、最大回路電力効率を表す。自由発振周波数は、印加される直流バイアス電流によって影響を及ぼされる。従来の回路設計では、これらの直流バイアス電流は、一定であり、起こり得るプロセス変動及び動作温度の範囲に亘って動作マージンを補償することができるほど十分に高く設定される。実際には、このような電流は、本当に必要とされる電流の少なくとも２倍である。これらのマージンを小さくすることにより、持ち運び可能な装置において全体の動作電流を著しく低減し、且つ、電池寿命に大いに貢献することができる。
【０００６】
夫々のフリップフロップは、ゲート部分及びラッチ部分を有する。夫々の部分は、夫々、独立した電流源からのゲート電流（Ｉｇａｔｅ）及びラッチ電流（Ｉｌａｔｃｈ）によって直流バイアスをかけられる。このような自己共振周波数は、印加される直流バイアス電流Ｉｇａｔｅ及びＩｌａｔｃｈの比率に依存することが知られている。直流バイアス電流Ｉｇａｔｅ及びＩｌａｔｃｈの合計は、比率Ｉｇａｔｅ／Ｉｌａｔｃｈが維持される場合には、自己共振周波数に如何なる著しい影響も与えずに幅広い範囲に亘って変化しうる。当然、このような合計は、電池消費に直接的に影響を与え、回路がもはや動作しないところの最低バイアス点が存在する。
【０００７】
Ｉ−Ｑ周波数分配器は、直流バイアス電流Ｉｇａｔｅ及びＩｌａｔｃｈの比率が、発振器入力周波数に近い自己共振周波数をもたらすよう調整される場合に、それらの電流のその最小合計での動作において確実に機能することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
簡潔に、本発明の回路実施例は、直流バイアス電流Ｉｇａｔｅ及びＩｌａｔｃｈの夫々を受けるよう接続された周波数分配器を有する。このような周波数分配器は、これらの直流バイアス電流に部分的に依存するある周波数で自己共振しうる。対応する電流源は、これらの直流バイアス電流の夫々にプログラム可能な大きさを与えて、自己共振周波数及び全体の電力消費に作用することができる。較正の間に、周波数分配器は、自己共振することが可能であり、直流バイアス電流は、自己共振周波数をある目標周波数に近似させるよう処理される。直流バイアス電流は、日和見的に下げられ、周波数分配器の自己共振周波数が目標動作周波数に合わせられる場合に、依然として信頼性の高い動作を維持する。このような較正は、装置の耐用年数の間に必要に応じ繰り返される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の利点は、低減された電力で動作可能な回路が提供されることである。
【００１０】
本発明の更なる利点は、持ち運び可能な装置において電池寿命を延ばすことが可能な回路が提供されることである。
【００１１】
本発明の更なる他の利点は、周波数分配器のための効率的な直流バイアスの組合せを検知するための方法が提供されることである。
【００１２】
本発明の上記及び更なる他の目的、特徴、及び利点は、特に、添付の図面に関して挙げられているそれらの特定の実施例の以下の詳細な記載を考慮することにより、明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の周波数分配器回路の実施例を表しており、ここでは全体的な参照番号１００によって示される。周波数分配器回路１００は、第１のゲート部分１０２と、第１のラッチ部分１０４と、第２のゲート部分１０６と、もとの第１のゲート部分１０２へ交差結合された第２のラッチ部分１０８とを有する。一対の出力バッファ１１０は、差動出力駆動を供給する。周波数計測器１１２は、この出力での（もしあれば）発振を測定する。ゲート／ラッチバイアス発生器１１３は、自己共振周波数に関連する制御信号を受信する。それは、較正モードの間、スイッチ１１４により発振器入力をオフに切り替えることができる。
【００１４】
最後の較正が検出されてから大きな動作温度の変更があった場合には、較正モードを再実行することが必要である。温度センサ１１５が、この目的のためにバイアス発生器１１３に含まれる。較正モードは、最悪のプロセスマージンを検出して取り除くよう、１度だけ、あるいは、回路が電源を供給される度に、又は周期的に、又は命令で、作動しうる。Ｉｇａｔｅ及びＩｌａｔｃｈバイアス電流を設定すべき値は、較正の間に決定され、不揮発性のデジタルメモリ又はアナログのサンプル・アンド・ホールド・デバイスに保存されうる。
【００１５】
基準周波数入力１１６は、周波数計測器１１２へ供給される。発生器１１３からのゲートバイアス出力１１８は、Ｉｇａｔｅバイアス電流源１２０へ印加される。ラッチバイアス出力１２２は、Ｉｌａｔｃｈバイアス電流源１２４へ印加される。これらは、夫々、第１及び第２のゲート部分１０２及び１０６並びに第１及び第２のラッチ部分１０４及び１０８へ印加される直流バイアスを制御する。これらの電流を扱うことにより、自己共振周波数のシフトを引き起こしうる。このような効果は周波数計測器１１２により検出される。
【００１６】
この周波数分配器回路１００では、その自己共振周波数が、電流源１２０及び１２４によって供給されるＩｇａｔｅ及びＩｌａｔｃｈバイアス電流の比率に依存する。このような自己共振周波数は、また、周波数分配器回路１００がその最良の入力信号感度を有するところの周波数に対応する。このような周波数で動作する場合に、必要とされる入力駆動は低減され、発振器の負荷は最小限とされうる。この目的は、性能又は信頼性を犠牲にすることなく動作電力を低減することである。
【００１７】
電流源１２０及び１２４によって供給されるＩｇａｔｅ及びＩｌａｔｃｈバイアス電流の合計は、安定した周波数分配器回路動作を作り出すことができるほど十分に高くなるように発生器１１２によって制御される。集積回路設計者は、ラッチ対トランジスタに対してゲート対トランジスタの領域を極めて一定の大きさに作ることによって周波数分配器回路１００の高周波性能を最適化することができる。
【００１８】
２つのＩｇａｔｅ及びＩｌａｔｃｈバイアス電流の設定に対する最適な比率は、較正モードの間に決定される。一方、若しくは他方の、又は両方のそのような電流は、所望の効果のために処理されうる。一実施例において、基準周波数入力１１６は、周波数測定時間基準を提供するよう固定される。バイアス発生器１１３は、発振器入力スイッチ１１４をオフに切替え、自己共振周波数が所望の目標周波数に近くなるまで、ゲートバイアス１１８及びラッチバイアス１２２の比率を操作する。次に、これらのバイアス値は保存される。
【００１９】
本発明の他の実施例では、基準周波数入力１１６は、周波数分配器回路１００が自己共振すべき同じ周波数にあるクロックへ調整される。バイアス発生器１１３は、発振器入力スイッチ１１４をオフに切替え、自己共振出力周波数サンプルが基準周波数入力１１６に近くなるまで、ゲートバイアス１１８及びラッチバイアス１２２の比率を操作する。次に、これらのバイアス値は保存される。他の方法は、また、他の目的のために予め含まれる回路を利用しても良い。
【００２０】
所望の自己共振周波数を得られる電流比の最初の検出の後、Ｉｇａｔｅ及びＩｌａｔｃｈバイアス電流は、両方とも、それらの比率を保ちながら、分配器出力が検出されない点まで並行して低減される。バイアス電流が小さすぎると、装置はオフとされる。Ｉｇａｔｅ及びＩｌａｔｃｈバイアス電流は、信頼性のある分配器動作が再開できるほど十分に高く戻る。これらのバイアス電流は、その場合に一定であり、較正モードは完了する。このような電流は、最悪の場合のプロセス及び温度の変動が最初の集積回路設計の際に固定されるべき場合に得られる電流よりも、十分に小さい。
【００２１】
本発明の回路動作方法の実施例は、ここでは全体の参照番号２００によって示されており、ステップ２０２でデジタル回路の第１の自己共振周波数を測定するステップを有する。ステップ２０４で、デジタル回路へ印加される第１のバイアス電流は、動作周波数に近い第２の自己共振周波数を発生させるよう調整される。デジタル回路によって必要とされる電力は、第１の自己共振周波数から第２の自己共振周波数への動作の間に減少する。ステップ２０８で、デジタル回路へ印加される第２のバイアス電流は、回路を第２の自己共振周波数に合わせるよう調整される。ステップ２１０で、第１及び第２のバイアス電流の比率は、主に、第２の自己共振周波数を達成するよう操作される。ステップ２１２で、第１及び第２のバイアス電流の合計は、デジタル回路による低減された電力消費を達成するよう調整される。ステップ２１４で、依然としてデジタル回路が動作し続けることを可能にする第１及び第２のバイアス電流の最小合計が検出される。ステップ２１６で、検出ステップで決定された第１及び第２のバイアス電流の最小合計は、デジタル回路が動作するように設定される。
【００２２】
概して、本発明の実施例は、回路動作を測定し、最悪の場合のプロセス及び／又は温度の変動によって別な方法で決定されうる電流を下回る様々な動作電流を調整することによって、動作の間の電子装置の電力消費を低減する。このような最悪の場合のシナリオは、実際上はめったに経験されず、著しい節約は、持ち運び可能な装置の電池寿命のためになりうる。
【００２３】
図３は、本発明の他の方法の実施例を表し、全体の参照番号３００によってここでは示される。方法３００は、その動作の間の電子装置の電力消費を低減することを目的とする。方法３００は、自己共振周波数で最大信号入力感度を有するデジタル回路を電子装置内に含むステップ３０２を有し、このような自己共振周波数は、少なくとも１つのバイアス入力電流に依存する。ステップ３０４は、自己共振周波数を測定することを目的とする。ステップ３０６は、意図された動作周波数に近い他の自己共振周波数に合わせるようデジタル回路へ印加される少なくとも１つのバイアス電流を調整することを目的とする。ステップ３０８は、測定ステップで決定されたバイアス電流で、その後デジタル回路を動作させる。方法３００は、更なるステップを有しても良い。ステップ３１０は、意図された動作周波数に近い自己共振周波数へ合わせるよう第１のバイアス電流及び第２のバイアス電流の比率を調整する。ステップ３１２は、デジタル回路による低減された電力消費を達成するよう第１及び第２のバイアス電流の合計を調整する。ステップ３１４は、デジタル回路が動作し続けることを可能にする第１及び第２のバイアス電流の最小合計を検出する。更に、ステップ３１６は、検出ステップ３１４で決定された夫々の値に第１及び第２のバイアス電流を固定する。
【００２４】
本発明の特定の実施例が記載及び表示されてきたが、これらは本発明を限定することを意図しているわけではない。変形及び変更は当業者に明らかとなると確信する。本発明は添付の特許請求の範囲の適用範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の周波数分配器回路の実施例を表す回路図である。
【図２】図１の回路において有用である本発明の第１の方法の実施例に関するフローチャートである。
【図３】図１の回路において有用である本発明の第２の方法の実施例に関するフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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