(57)【要約】デジタル回路ブロックとアナログ回路ブロックとを含む、携帯機器のための電力管理装置（１００）であって、電力管理装置は、第１の電圧をアナログ回路ブロックに供給し、第２の電圧をデジタル回路ブロックに供給するように配置される、当該電力管理装置において、複数の電源（１６１−１６４）から複数の入力電圧を入力するように構成される入力ユニット（１２０）と、入力ユニット（１２０）に結合され、第１の電圧を供給する第１の電圧レギュレータ（１４０）と、第２の電圧を供給し、第１の電圧レギュレータ（１４０）と入力ユニット（１２０）との一つに選択的に結合されるように構成される第２の電圧レギュレータ（１５０）と、複数の電源（１６１−１６４）からの複数の入力電圧のうちのどの入力電圧により電力が第１及び第２の電圧レギュレータに供給されるかを選択し、第１及び第２の電圧レギュレータから供給される第１及び第２の電圧の大きさを判定するように構成される制御ロジック（１３０）とを備える。
2011501936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル回路ブロックとアナログ回路ブロックとを含む、携帯機器のための電力管理装置（１００）であって、前記電力管理装置は、第１の電圧を前記アナログ回路ブロックに供給し、第２の電圧を前記デジタル回路ブロックに供給するように配置される、当該電力管理装置において、
複数の電源（１６１−１６４）から複数の入力電圧を入力するように構成される入力ユニット（１２０）と、
前記入力ユニット（１２０）に結合され、第１の電圧を供給する第１の電圧レギュレータ（１４０）と、
第２の電圧を供給し、前記第１の電圧レギュレータ（１４０）と前記入力ユニット（１２０）との一つに選択的に結合されるように構成される第２の電圧レギュレータ（１５０）と、
複数の電源（１６１−１６４）からの複数の入力電圧のうちのどの入力電圧により電力が第１及び第２の電圧レギュレータに供給されるかを選択し、前記第１及び第２の電圧レギュレータから供給される第１及び第２の電圧の大きさを判定するように構成される制御ロジック（１３０）と
を備える、電力管理装置。
【請求項２】
前記制御ロジックは、
前記携帯機器の動作状態に基づいて、前記入力ユニット（１２０）と前記第１の電圧レギュレータ（１４０）とのうちのどれが前記第２の電圧レギュレータと結合されるのかを選択するように構成される、請求項１に記載の電力管理装置（１００）。
【請求項３】
前記制御ロジックは、
前記機器の動作状態と前記複数の電源から入力される入力電圧の各々のレベルとに基づいて、複数の電源（１６１−１６４）からの入力電圧のうちのどの入力電圧により電力が第１及び第２の電圧レギュレータに供給されるのかを選択するように構成される、請求項１又は２に記載の電力管理装置（１００）。
【請求項４】
前記制御ロジックは、
前記機器の動作状態と前記複数の電源から入力される入力電圧の各々のレベルとの少なくとも１つに基づいて、前記第１及び第２の電圧レギュレータ（１４０，１５０）により供給される第１及び第２の電圧値を設定するように構成される、請求項１−３のいずれか１項に記載の電力管理装置（１００）。
【請求項５】
前記制御ブロック（１３０）は、最大レベルを有する入力された入力電圧を決定するために、入力された複数の入力電圧のレベルを比較するコンパレータ（１７０）を含む、請求項１−４のいずれか１項に記載の電力管理装置（１００）。
【請求項６】
前記第１及び第２の電圧レギュレータ（１４０，１５０）と前記制御ロジック（１３０）とは、
前記制御ロジックが前記第１の電圧レギュレータ（１４０）を不活性化することができるように配置される、請求項１−５のいずれか１項に記載の電力管理装置（１００）。
【請求項７】
前記第１の電圧レギュレータ（１４０）と並列、かつ、前記第２の電圧レギュレータ（１５０）と前記入力ユニット（１２０）との間に結合される第１のスイッチ（２５０）と、
前記第２の電圧レギュレータ（１４０）と前記第１の電圧レギュレータ（１５０）との間に結合される第２のスイッチ（２６０）と、を含み、
前記第１及び第２のスイッチは、
一方のスイッチがオンし、他方のスイッチがオフして、前記第１の電圧レギュレータ（１４０）を不活性化にするように前記制御ロジックにより制御される、請求項６に記載の電力管理装置（１００）。
【請求項８】
前記第１及び第２のスイッチは、
一方のスイッチがオンし、他方のスイッチがオフするように動作する、請求項７に記載の電力管理装置（１００）。
【請求項９】
前記第１の電圧は、
前記第２の電圧以上である、請求項１−８のいずれか１項に記載の電力管理装置（１００）。
【請求項１０】
前記制御ロジック（１３０）は、
前記携帯機器が実質的に不活性のとき、最大レベルを有する入力された入力電圧から電力を供給されるように前記入力ユニット（１２０）に指示するように配置される、請求項４に記載の電力管理装置（１００）。
【請求項１１】
前記機器の内部電源により利用可能な最大電圧が供給されるとき、前記第１の電圧レギュレータ（１４０）はスイッチを動作させることにより電力を供給しない、請求項１０に記載の電力管理装置（１００）。
【請求項１２】
前記制御ロジックは、
前記携帯機器が活性化されたとき、
入力された入力電圧のうちの所定の１つから電力が供給されるように前記入力ユニット（１２０）に指示するように設けられる、請求項４に記載の電力管理装置（１００）。
【請求項１３】
入力された入力電圧のうちの前記所定の１つは、
電池（１６１）により供給される、請求項１２に記載の電力管理装置（１００）。
【請求項１４】
前記電力管理装置は、
単一の集積回路にて提供される、請求項１−１３のいずれか１項に記載の電力管理装置（１００）。
【請求項１５】
前記第２の電圧レギュレータの出力とグランド電圧との間にバンドギャップ基準電圧（１６０）をさらに含む、請求項１−１４のいずれか１項に記載の電力管理装置（１００）。
【請求項１６】
前記バンドギャップ基準電圧（１６０）は、
第２の電圧レギュレータ（１５０）に含まれる、請求項１５に記載の電力管理装置（１００）。
【請求項１７】
複数の電源と結合可能な電子デバイスであって、
請求項１−１６のいずれか１項に記載の電力管理装置を含む、電子デバイス。
【請求項１８】
前記電源は、
主電池（１６１）と二次電池（１６２）を含む、請求項１７に記載の電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数電源から電力供給するように設けられた電力管理装置に関する。本発明は、また、電力管理装置を含む携帯機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、携帯電話、電子手帳、携帯音楽プレイヤー等の携帯機器は、内部の再充電可能な電池から電力供給される。このような機器は、主電池充電器又は車載電池充電器により再充電されてもよい。機器には、充電中に、内部電池の代わりに主電池充電器又は車載電池充電器から電力が供給可能である。通常、これらの携帯機器は、主電池の故障又は主電池が携帯機器から取り外されるときに電源を供給して、内部の設定又は情報を維持する（クロック機能に対する電力供給の維持など）二次電池を備えている。このことは、主電池が取り外され、又は、主電池が放電されると、重要な情報を再入力しなければならないというユーザの不便を避ける。
【０００３】
近年、この種の携帯機器には、ＵＳＢコネクタ又はＵＳＢコネクタと同等なものが備えられ、これらは、また、機器に電力供給し、電池に再充電するように使用することができる。
【０００４】
内部の再充電可能な電池の使用を最適化して電池の寿命が増加し、できる限り長時間、動作可能な携帯機器をユーザに提供することが好ましい。
ＵＳＢコネクタ、主充電器、及び車載充電器は、外部電源としてみなすことができる。従来、機器は、外部電源を別々に取り扱い、このことは、複数のシステム供給回路を有する機器が複数の機能を持つこととなる。例えば、各供給を受け取る入力ノードは、基準電圧、基準電流、比較器、レギュレータを有し、これらすべては大電流を扱うために設けられる。
【０００５】
従来の具体例では、図１に示すように、電源管理回路１０は、ＵＳＢ充電器２０、壁充電器２２、主電池２４、二次電池（ボタンセル又はバックアップ電池）２６と接続可能である。メモリユニット、リアルタイムクロックシステム等の様々な構成３８は、主電池２４、又は代替的に二次電池２６にセレクター４０を介して接続される。セレクターは、メモリユニットとリアルタイムクロックシステムを主電池又は二次電池のうちの高電圧を供給する方に接続する。しかしながら、この機器では、ＵＳＢ又は壁充電器等の他の電源が様々な構成３８に電力供給可能にも関わらず、二次電池２６にこれら構成３８に電力供給させるようにできるため、二次電池の寿命を短くする。コア回路３６（即ち、充電回路３０及び、セレクター４０と接続される回路とは異なる回路）は、電力管理回路１０に直接接続される。
【０００６】
国際公開第２００６／１０２９２８号パンフレットでは、改良された従来の電力管理スキームが提案されている。図２に示すように、電力管理スキームでは、ＵＳＢ充電器２０、壁充電器２２、主電池２４、及び二次電池２６の４つの電源から電力供給可能である。電力管理回路の出力は、主出力電圧、Ｖｃｏｒｅを介して、ディスプレイ、ＬＥＤマトリックス、デジタル回路、アナログ回路等の携帯機器の他の構成に電力を供給する。電力管理回路は、電源性能検出ユニット、電源選択ユニット、レギュレータ回路を含む。レギュレータ回路は、複数の入力と、１つの出力を有する。電源検出ユニットは、利用可能な電源を監視して、電源の電力供給能力を判定する。電源は、しきい値より高い電圧を供給可能になると、指示値を電源選択ユニットに出力する。電源選択ユニットは、選択ルールを適用して、以下に示すテーブル１，２のように、どの電源が電力供給するかを判定する。
【０００７】
【表１】
2011501936.tif 000003
【０００８】
【表２】
2011501936.tif 000004
選択ルールは、電源の利用可能な電流レベル又は電圧レベルと、携帯機器の状態とに基づいて、どの電源が電力供給するかを判定するために用いられる。上記のテーブルにおいて、「０」は、電源が存在しないことを示し、「１」は、電源が選択されて電力供給することを示し、「Ｘ」は、電源の値又は状態が関連していないことを示している。従って、このテーブルは、主電池を備える「オン」モードでは、電力供給可能な主電池から常に電力供給されることを示している。壁充電器２２が存在する「オフ」モードでは、電力は常に充電器から供給される。主電池２４と二次電池２６のみが存在する「オフ」モードは、これら２つの電池のうち高電圧の電池から電力供給されることを示している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この従来の装置では、ＵＳＢ充電器と壁充電器の入力ノードの各々とは、充電器検出のための基準電圧を備えるので、多くの不利益を有している。電圧入力用の基準電圧等を有する装置は、電力管理スキームを実行するために使用される半導体装置の大きな領域を占有する。加えて、Ｖｃｏｒｅは、基準電圧を必要とし、この基準電圧は、調整されたバンドギャップ基準により提供されて、供給精度が良好となる。
【００１０】
さらに、上記の様々な構成（例えば、ディスプレイ、ＬＥＤマトリクス、デジタル回路、及びアナログ回路等）には、全てのアナログ回路及びデジタル回路に供給する単一の電圧線（Ｖｃｏｒｅ）から全てに電力供給される。Ｖｃｏｒｅの大きさは、アナログ回路に電力を供給するために比較的大きい必要がある。
【００１１】
従って、Ｖｃｏｒｅを供給する必要条件のみならず、消費電力の最小化及びダイ領域の最適化を図ることができる改良された電力管理装置を提供することが要求される。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、携帯機器の電力管理装置を提供し、携帯機器は、本発明の特許請求の範囲に記載されたような電力管理装置を含む。
特有の実施形態は、独立の請求項に開示される。
【００１３】
本発明と本発明の他の側面は、後述する実施形態に関して、明確かつ明瞭であろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来の電力管理回路のブロック回路図である。
【図２】従来の改良された電力管理回路のブロック回路図である。
【図３】本願発明の一実施形態に関する電力管理装置の概略を示すブロック回路図である。
【図４】図３の入力ユニットが動作するように用いられるロジック回路を示すブロック回路図を示す。
【図５】電圧生成部及び図３の制御システムに接続された図４のロジック回路を示すブロック回路図を示す。
【図６】適切な外部の充電器が存在しないオフモードにおける、図３の電力管理装置の動作を示す回路図である。
【図７】適切な外部の充電器が存在するオフモードにおける、図３の電力管理装置の動作を示す回路図である。
【図８】オンモードにおける、図３の電力管理装置の動作を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態によれば、デジタル回路ブロック及びアナログ回路ブロックを含む携帯機器の電力管理装置であって、第１の電圧をアナログ回路に供給し、第２の電圧をデジタル回路に供給するように設けられた電力管理装置を提供する。電力管理装置は、複数の電源から入力電圧を入力するように構成された入力ユニットと、入力ユニットに結合され、第１の電圧を供給する第１の電圧レギュレータと、第２の電圧を供給し、第１の電圧レギュレータと入力ユニットとを選択的に結合するように構成された第２の電圧レギュレータと、第１及び第２の電圧レギュレータに電力供給する複数の電源から入力される入力電圧のいずれかを選択し、第１及び第２の電圧レギュレータにより供給される第１及び第２の電圧の大きさを判定するように構成された制御ロジックと、を含む。
【００１６】
第２の電圧レギュレータに選択的に結合される第１の電圧レギュレータの装置は、二重積層電圧供給ユニットを提供する。すなわち、電圧レギュレータが直列に配置され、これにより、デジタル回路及びアナログ回路のための駆動電圧を別々に異なる電圧値にて供給することができる。例えば、この方法では、デジタル回路は、アナログ回路が高電圧という必要条件により制限されない。さらに、機器がオフモードにより、定常状態の小さな電流のみを消費する場合、電池寿命が延びる。
【００１７】
このことは、第１の電圧レギュレータの遮断と、第２の電圧レギュレータを休止状態、即ち最小電力消費モードに設定するプログラミングとにより達成される。二重積層配置は、特にデジタル回路の第２の電圧に対する、良好なＰＳＲＲ（power supply refection ratio）特性を提供する。これは、機器がオンモードにおいて、第２のレギュレータが、第１のレギュレータにより供給される制御電圧により電力供給され、これにより、ＰＳＲＲ特性が向上するためである。従って、デジタル電圧である第２の電圧は、電源供給の過渡状態にて感度が低くなる。電圧レギュレータという用語は、装置によって供給された出力電圧を制御することができる装置を意味する。携帯機器は、固定電話又は携帯電話、ＰＤＡ（personal digital assistant）、携帯型コンピュータ、携帯型テレビ、その他の機器等の携帯機器を意味するとみなしてもよい。
【００１８】
デジタル回路のための電圧及びアナログ回路のための電圧である２つの電圧を備える結果として、デジタル部は、低電圧を使用し、これにより、低電力動作することができる。このことは、高電圧の助けを必要としないために低消費電力化することができる。本発明の解決手段は、異なる酸化膜を使用することによる二重酸化膜サブミクロン技術に対して最適化され、アナログ回路と比較してデジタル回路を低電圧にする。
【００１９】
制御ロジックは、スイッチのオン・オフ、及び充電のいずれであるかというような機器の動作状態と、複数の電源から入力された各入力電圧のレベルとに基づいて、複数の電源から入力される入力電圧のうち、どの入力電圧により電力が第１及び第２の電圧レギュレータに供給されるのかを選択するように構成される。制御ロジックは、複数の電源から入力された利用可能な各入力電圧のレベル、及び機器の動作状態のうちの少なくとも１つに応じて、第１及び第２の電圧レギュレータにより供給される第１及び第２の電圧の大きさを設定するように構成してもよい。この電圧の大きさを設定する機能は、ある電源からの電力が利用可能となるか、又は携帯機器が実質的に不活性となった場合に低電圧を供給して、電池寿命を最適化することを意味する。
【００２０】
制御ユニット又は入力ユニットは、入力された入力電圧のレベルを比較するように構成されて、最大値を有する入力された入力電圧を判定するコンパレータを含んでもよい。
第１の電圧レギュレータ及び第２の電圧レギュレータは、入力ユニットにより供給され、第１及び第２の電圧レギュレータ及び制御ロジックは、第２の電圧レギュレータが第２の電圧を供給するとき、制御ロジックにより第１の電圧レギュレータを不活性化するように構成される。このことは、第２の電圧レギュレータと入力ユニットとの間に、第１の電圧レギュレータと並列接続された第１のスイッチにより達成してもよい。この第１のスイッチのオンは、第１の電圧レギュレータを不活性化する。また、第２のスイッチは、第２の電圧レギュレータと第１の電圧レギュレータとの間に接続されて提供される。第１及び第２のスイッチは、一方のスイッチがオンするときに、他方のスイッチがオフするように、反対の動作をする。スイッチは、実質的にオン又はオフする、即ち電圧を活性化することができる装置を意味し、トランジスタ又は他の回路装置を含んでもよい。第１及び第２のスイッチは、制御ユニットにより制御されもよい。
【００２１】
通常、第１の電圧は、第２の電圧より大きい。本実施形態では、第１の電圧が２．８Ｖ、第２の電圧が１．５Ｖである。ある状態では、第１のスイッチがオンし、第２のスイッチがオフすることき、第１の電圧を、第２の電圧より小さくすることが可能である。この場合、第２の電圧は、第１の電圧レギュレータではなく、入力ユニットにより電力供給される。
【００２２】
機器の動作状態がオフモードになる、即ち機器が実質的に非活性化し、つまり、電力供給されるクロック及びメモリ機能等の基本システムのみに電力が供給されるスタンバイモードとなると、制御ロジックは、入力ユニットに指示信号を出力して、最大電圧値を有する入力電圧から電力供給されるようにする。電源から入力された利用可能な最大入力電圧が機器内部に供給されると、第１の電圧レギュレータは、入力ユニットから電流供給されずにバイパスモードに設定され、例えば、第１のスイッチがオンすることにより、入力ユニットは第２の電圧レギュレータに電力供給する。
【００２３】
機器の動作状態がオンモードとなる、即ち機器が全て動作状態となると、制御ロジックは、入力電圧のうちの所定の１つから電力供給するための指示信号を入力ユニットに出力してもよい。入力電圧のうちの所定の１つの入力電圧は、電池から供給される。
【００２４】
電力管理装置は、バンドギャップ基準電圧をさらに含んでもよい。バンドギャップ基準電圧は、第２の電圧レギュレータの出力とグランド電圧との間に結合してもよい。バンドギャップ基準電圧は、第２の電圧レギュレータと統合され、第１及び第２の電圧レギュレータの基準電圧として使用されてもよい。どの入力供給が選択されても、機器は、調整された基準電圧のようなバンドギャップ基準を使用するため、正確な供給電圧を得ることができる。
【００２５】
電源は、主電池、二次電池（例えば、ボタンセル又はコイン電池）、充電器、及びＵＳＢコネクタのうち２つもしくはそれ以上を含んでもよい。
また、本発明は、上記の電力管理装置を含む携帯機器を提供する。
【００２６】
図３は、開示の実施形態に相当する携帯機器の電力管理装置１００を示す。電力管理装置１００は、入力ユニット１２０、制御ユニット１３０、第１の電圧レギュレータ１４０、及び第２の電圧レギュレータ１５０を含む。入力ユニット１２０は、複数の電源１６１，１６２，１６３，１６４から電圧を入力することができるように設けられ、電力供給するために使用される電源を活性化する。制御ユニット１３０は、入力ユニット１２０に結合され、第１及び第２の電圧レギュレータ１４０，１５０により供給される電圧を制御し、比較を行って、どの電源を使用すべきかを判定する。上記にて説明したように、従来のシステムは、１つの電圧のみを供給し、これはＶｃｏｒｅとして知られている。本実施形態では、二重酸化膜技術を使用して、これにより、実施形態による電力管理装置は、同一のＩＣに搭載されたアナログ回路ブロックとデジタル回路ブロックとに、最適化された電圧を提供することができる。第１の電圧は、第１の電圧レギュレータ１４０により供給され、第２の電圧は、第２の電圧レギュレータ１５０により供給される。第１の電圧と第２の電圧とは、異なる大きさを有し、第１の電圧は、第２の電圧より高くなっている。第１の電圧レギュレータ１４０は、機器のアナログ回路を含むアナログ回路ブロックを駆動するための第１の電圧を供給する。この電圧は、Ｖｃｏｒｅ＿ａｎａとして参照される。第２の電圧レギュレータ１５０は、機器のデジタル回路に含まれるデジタル回路ブロックを駆動するための第２の電圧を供給するように使用される。この第２の電圧は、Ｖｃｏｒｅ＿ｄｉｇとして参照される。
【００２７】
電力管理装置１００は、また、バンドギャップ基準電圧等の基準電圧１６０を含む。この基準電圧１６０は、Ｖｃｏｒｅ＿ｄｉｇ供給の出力に結合される。実施形態では、第２の電圧レギュレータ１５０は、バンドギャップ基準電圧１６０と統合される。この構成は、電力消費を低減する。バンドギャップ基準電圧は、第１及び第２の電圧レギュレータの基準電圧として用いてもよい。携帯機器は、バンドギャップ基準を用いるため、入力電源１６１〜１６４のいずれかが選択されて、正確な供給電圧の利点を得る。バンドギャップ基準電圧は、調整された基準電圧として用いられる。
【００２８】
電力管理装置１００は、携帯電話等の携帯機器に使用されるように構成される。以下の説明は、携帯機器等の装置の使用に基づいている。しかしながら、この使用は、例示であり、理解の補助を提供する。また、複数の電源を利用可能な多くの他のアプリケーションに、この装置が用いられることが理解できるであろう。
【００２９】
携帯電話等の携帯機器では、複数の電源は、主内部電池１６１、内部二次電池１６２（例えば、ボタンセル又はコイン電池）、電池充電器１６３（例えば、主要な電気機器により電力供給される。）、及びＵＳＢコネクタ１６４を含む。これらの電力供給装置は、異なる電圧を供給することができ、しかし、常に全てを利用可能ではない。電池寿命を最適化するため、機器に電力供給するように使用される電力供給装置のいずれかを制御することが好ましい。
【００３０】
携帯機器では、第１の電圧レギュレータ１４０は、電圧Ｖｃｏｒｅ＿ａｎａを供給する。この電圧は、高電圧の振幅を必要とするオーディオシステム等のアナログ回路に電力供給するように使用される。第２の電圧レギュレータ１５０は、電圧Ｖｃｏｒｅ＿ｄｉｇを供給する。この電圧は、水晶発振回路、様々な制御ロジック、リアルタイムクロック（ＲＴＣ）、及びＵＳＢロジック等のデジタル回路に電力供給するように使用される。
【００３１】
入力ユニット１２０は、各電源における利用可能な電圧を検出し、制御ユニット１３０は、比較を行い、どの電源が最大電圧の供給が可能かを判定する。最大電圧を供給することが可能な電源が選択されると、電力は、入力ユニット１２０を介して、電圧レギュレータ１４０，１５０に供給される。入力ユニット１２０を介して供給電圧を提供することにより、反転電流が電源間に流れることが防止される。例えば、入力ユニットが無いと、出力Ｖｃｏｒｅとして供給される比較的高電圧なレベルは、ボタンセル１６４から利用可能な電圧より高くなるかもしれない、このような状態では、ボタンセル１６４に反転電流が流れ、これにより、ボタンセルの性能が悪化するという結果となる。
【００３２】
制御ユニット１３０は、入力ユニット１２０に結合され、携帯機器の動作状態と、電源１６１，１６２，１６３，１６４から入力された各入力電圧のレベルに応じて、第１及び第２の電圧レギュレータ１４０，１５０からの出力電圧の大きさを制御する。制御ユニット１３０は、また、詳細に後述する選択ルールに基づいて携帯機器に電力供給する電源のうちの１つを選択するように設けられる。これにより、制御ユニット１３０は、機器の状態に応じて、電流値を最適化することが可能となる。おそらく機器の仕様変更の結果として、負荷に対する一つ又はそれ以上のキャパシタの両端間電圧を切り替えるためのノンオーバーラップ信号を用いることにより電圧が遷移するスイッチドキャパシタ技術を採用することで、制御ユニット１３０による一方の電源から他方の電源への切り替えはスムーズとなる。信号はオーバーラップしないため、一方の電圧から他方の電圧までの遷移をスムーズにすることができる。実施形態では、制御ユニット１３０は、ＮＭＯＳロジック回路網を含む。
【００３３】
制御ユニット１３０は、利用可能な電圧と、機器の要求とに基づいて、利用可能な電源１６１〜１６４のうちのどれが電力供給するために使用されるかを判定する追加の外部検出回路が必要ない。例えば、制御ユニット１３０は、ＵＳＢコネクタ入力の電圧と電池充電器入力の電圧を既に監視しており、利用可能な電圧があると判定すると、そのときＵＳＢ又は充電器が存在するものと判断する。
【００３４】
制御ユニットにより実行されるような電源から供給された電圧の検出及び監視を説明したが、入力ユニットが検出して、信号を制御ユニットに供給するようにしてもよい。しかしながら、他の実施形態では、全ての検出と監視の処理は、制御ユニットにより実行され、入力ユニットは、電源と結合するための端子のみで構成してもよい。
【００３５】
図４は、制御ユニット１３０を具体化する際に用いられるロジック回路の好適な具体例の詳細を示す。制御ユニット１３０には、電池、ボタンセル、充電器により供給された電圧が入力として供給される。充電器は、壁充電器又はＵＳＢコネクタでもよい。図示するように、図４は、１つの充電器のみを示す、しかし、回路は、ＵＢＳ充電器と壁充電器を含んでもよい。入力電圧は、コンパレータ１７０の入力として供給される。コンパレータは、「Ｈ」又は「Ｌ」に設定可能な４つの出力を有する。本実施形態では、コンパレータは、充電器１６３からの電圧が主電池１６１からの電圧より大きいと、第１の出力１７１を「Ｈ」と設定する。コンパレータは、充電器１６３からの電圧がボタンセル１６２からの電圧より大きいと、第２の出力１７２を「Ｈ」と設定する。コンパレータは、電池１６１からの電圧が充電器１６３からの電圧より大きいと、第３の出力１７３を「Ｈ」と設定する。充電器は、充電器１６１からの電圧がボタンセル１６２からの電圧より大きいと、第４の出力１７４を「Ｈ」と設定する。コンパレータは、制御ブロック１８０の連続したロジックゲートの入力として、４個の論理出力を供給する。ロジックゲートは、２つのアンドゲート１８２，１８４、ノアゲート１８６、及び３つのナンドゲート１９２，１９４，１９６を有している。
【００３６】
第１のアンドゲート１８２には、コンパレータからの２つの出力１７１，１７２が入力される。第２のアンドゲート１８４には、コンパレータからの２つの出力１７３，１７４が入力される。ノアゲート１８６には、コンパレータからの２つの出力１７２，１７４が入力される。第１のアンドゲート１８２は、充電器の電圧が電池１６１とボタンセル１６２との両方より高くなると、「Ｈ」に設定された出力１８３を供給する。第２のアンドゲートは、電池１６１の電圧が充電器１６３とボタンセル１６２との両方より大きくなると、「Ｈ」に設定された出力１８５を供給する。最後に、ノアゲート１８６は、充電器の電圧と電池の電圧との両方がボタンセル６２から供給された電圧より高くなると、即ち、即ちボタンセルが最大電圧となると、「Ｈ」となった出力１８７を供給する。
【００３７】
最後の３つのゲート設定は、ナンドゲート１９２，１９４，１９６である。各ナンドゲートは、アンド又はノアゲート１８２，１８４，１８６のいずれかからの出力の１つを入力するように供給される。各ナンドゲートには、他のナンドゲートからの出力信号が入力として供給される。このことは、３入力の各ナンドゲートを提供する。ナンドゲートは、入力を比較して、電源の１つのみが常に電圧供給することを保証する。本実施形態では、充電器、電池、又はボタンセルの各々からの供給を可能にするスイッチは、ＰＭＯＳにて構成される。これにより、ナンドゲートによる比較結果が「Ｌ」のとき、制御スイッチはオンする。電力供給のオーバーラップを避けるため、電池とボタンセル用の制御スイッチｂが自身を非選択であることを示す「Ｈ」になるときだけ、図４に示す充電器用の制御スイッチｂは「Ｌ」となる。このことは、検査を実行して、一つの電源のみが常に電力供給することを保証する。
【００３８】
即ち、コンパレータ１７０と制御ブロック１８０は、３つの入力電圧のうち最も高い入力電圧を判定し、これを示すロジック出力を出力する。
さらに、本発明は、制御ブロック１３０と組み合わされた単一の入力ユニット１２０を備え、全ての電源のうちの最大レベルの入力電圧を決定する。これは、各電源に対して基準電圧を有する入力ユニットが必要であり、より電流を供給し、電力管理装置が搭載される半導体装置又は回路基板上の領域をより占有する従来との対比となる。単一の入力ユニットの使用は、また、一方の電源から他方の電源にスイッチするときに発生するかもしれないような、従来の機器と関連する遷移問題を避ける。
【００３９】
図５は、本実施形態において、制御ブロック１８０の出力を使用して第１及び第２の電圧レギュレータ１４０，１５０の出力である２つの電圧を供給する方法について概略的に示す。
【００４０】
この図は、制御ブロック１８０の出力が、ブロック２１０内の３対のトランジスタに供給されることを示す。各トランジスタの対は、各電源１６１−１６４に対してスイッチとして用いられる。入力ユニット１２０内に構成されたトランジスタブロック２１０には、制御ブロック１８０からの信号が供給される。特に、各ナンドゲート１９２，１９４，１９６は、電源の１つのみが常に電圧供給するように、各電源を制御する各トランジスタの対にそれぞれ信号を供給する。各トランジスタの対の出力電圧の電圧レベルは、「Ｖｍａｘ」の出力線に全て結合される。
【００４１】
図５に示すように、Ｖｍａｘは、最大値の電圧が第１及び第２の電圧レギュレータ１４０，１５０の各々に供給されるように使用される。制御ユニット１３０は、第１及び第２の電圧レギュレータ１４０，１５０の各々により供給されるべき電圧の大きさを判定する。図５において、電圧レギュレータ１４０，１５０の装置は、２つのスイッチ２５０，２６０を示す。第１のスイッチ２５０は、入力ユニット１２０と第２の電圧レギュレータ１５０との間に配置される。第１の電源制御部１４０は、第１のスイッチと並列に配置される。第１の電圧レギュレータを含む並列パスは、第２のスイッチ２６０を含む。第１のスイッチ２５０と第２のスイッチ２６０とは、スイッチが同時に両方オン又はオフしないように、反転信号により制御される。スイッチの動作は、第１のスイッチ２５０がオンするとき、第２の電圧レギュレータ１５０は、電力供給されて、制御された電圧Ｖｃｏｒｅ＿ｄｉｇを供給する。この状態では、第１の電圧レギュレータ１４０は、バイパスモードとなり、そして、第１の電圧レギュレータ１４０には、電流が供給されず、Ｖｃｏｒｅ＿ａｎａを供給しない。反対に、第２のスイッチ２６０がオンし、第１のスイッチ２５０がオフすることにより、第２の電圧レギュレータ１５０は、第１の電圧レギュレータ１４０により電圧供給される。このように、第１の電圧レギュレータ１４０は、ｉ）Ｖｃｏｒｅ＿ａｎａを供給せず、第２の電圧レギュレータ１５０がＶｃｏｒｅ＿ｄｉｇを供給するバイパスモード（第１のスイッチ２５０がオン、第２のスイッチ２６０がオフ）とii）第１の電圧レギュレータ１４０が、Ｖｃｏｒｅ＿ａｎａを供給し、Ｖｃｏｒｅ＿ｄｉｇを供給する第２の電圧レギュレータ１５０にも電力を供給する（第１のスイッチ２５０がオフ、第２のスイッチ２６０がオン）とのどちらかに設定可能である。（ｉ）の場合、第１の電圧レギュレータは、バイパスモードに設定され、第２の電圧レギュレータは、入力ユニット１２０から電力供給され、しかし、（ii）の場合、第２の電圧レギュレータは、第１の電圧レギュレータから電源供給される。スイッチは、制御ユニット１３０により制御され、電源管理装置は、第１の電圧レギュレータを不活性化するバイパスモードに効率的に入ることができる。
【００４２】
次に、第１及び第２の電圧レギュレータが、携帯機器の状態に基づいて、デジタル回路（Ｖｃｏｒｅ＿ｄｉｇ）とアナログ回路（Ｖｃｏｒｅ＿ａｎａ）に電力供給する処理について説明する。
【００４３】
電力管理装置１００を備える携帯機器は、異なる電力必要条件を有する各モードを備えるいくつかの動作モードを有するものとみなすことができる。考慮すべきである第１の動作モードは、オフモードである。このモードでは、クロック等の最小限のシステムのみが動作可能となり、充電器が存在すると、充電回路もまた動作可能となる。このように、オフモードは、２つの状態、即ちＵＳＢコネクタ又は主充電器が存在する第１の状態と、存在しない第２の状態とに細分化される。図６に示すように、充電器が存在しないとき、又は、ＵＳＢコネクタが存在するときを第１に考慮すべきである。このモードでは、入力ユニット１２０は、電池１６１及びボタンセル１６２が使用可能な電源であること、及び、ＵＳＢコネクタ及び主充電器は、それらから電圧供給されないために存在しないことを検出する。携帯機器がオフモードのとき、携帯機器の様々なシステムのいくつかは、活性化される。例えば、バックライト、ＬＥＤマトリクス、マイクロフォン、スピーカなどは全て活性化されてもよい。結果として、利用可能な電源の要求は、比較的に少ない。例えば図６に示すように、入力ユニット１２０は、どの電源が利用可能であるかを判定したときに小さな電流が供給され、この小さな電流は、約１００ｎＡである。
【００４４】
先の図３及び図５に示すように、第１の電圧レギュレータ１４０は、携帯機器のアナログ回路に供給するように構成され、第２の電圧レギュレータ１５０は、携帯機器のデジタル回路に供給するように構成される。オフモードでは、アナログ回路の全てのシステムは不活性化し、第１の電圧レギュレータ１４０は電力供給せず、第１のスイッチ２５０がオンし、第２のスイッチ２６０がオフを維持することによりバイパスモードに設定される。この状態では、第１の電圧レギュレータ１４０は、電圧供給せず、電流供給されない。図示しない制御ユニット１３０は、第２の電圧レギュレータ１５０から供給される電圧を設定して、通常電圧より低い電圧を供給し、デジタル回路の必須なシステムのみに電力供給し、これにより、第２の電圧レギュレータは、「休止」状態に設定される。必須なシステムは、水晶発振器及びリアルタイムクロック（ＲＴＣ）を含んでもよい。この場合、通常より低い電圧は、１．２Ｖに設定され、この電圧は、供給する必須のシステムの動作に影響を与えない最小値である。最小値を用いることにより、電源の寿命を長くすることができる。図６に示す実施形態では、第２の電圧レギュレータ１５０には、１μＡが供給され、デジタル回路に１μＡが供給される。この状態において供給される全体電流は、定常状態の低い電流値、２．１μＡであり、電池及びボタンセルの寿命を長くすることができる。
【００４５】
図７は、主充電器又はＵＳＢコネクタの存在する、オフモードの第２の動作状態において、入力ユニット１２０が、主充電器又はＵＳＢコネクタから供給される電圧を検出する処理を示す。この状態では、充電器は、アナログ回路とデジタル回路のために、第１及び第２の電圧レギュレータ１４０，１５０に電力供給する。充電器は、また、入力ユニット１２０に電力供給する。この状態では、また、必須のシステムのみに電力供給が必要となる。しかしながら、充電器１６３が存在しているという判定により、内部電池１６１の充電に関連する追加のシステムに電力供給される。このことは、制御ユニット１３０の制御に基づいて、これらの通常動作電圧を供給する第１及び第２の電圧レギュレータ１４０，１５０が必要となり、図７に示すように、実施形態では、第１の電圧レギュレータ１４０によりアナログ回路に供給する通常動作電圧は、２．７７５Ｖであり、第２の電圧レギュレータ１５０によりデジタル回路に供給する通常動作電圧は、１．５Ｖである。この構成では、入力ユニット１２０は、より多くの電流が供給され、この場合では全体で５μＡとなる。
【００４６】
第１の電圧レギュレータ１４０には、アナログ回路に１ｍＡを供給するとき、１０μＡが流れる。アナログ回路に供給する１ｍＡは、主に、基準電圧を生成することに使用され、効率的に主電池１６１を充電し、任意にボタンセル１６２を充電することができる。またこの実施形態では、第２の電圧レギュレータ１５０には、２．５μＡが供給され、１０μＡをデジタル回路に供給する。この状態では、電力供給されるデジタル回路は、水晶発振器、リアルタイムクロック等の必須のシステムと、さらに充電状態を監視するように使用される充電制御回路網と、主電池１６１が充電するために使用される基準電流を含む。この状態では、内部電池が最大充電電流となるとき、供給される全体の電流は、標準値である約１．０３ｍＡとなり、そのうち１７．５μＡだけが入力ユニットと、第１及び第２の電圧レギュレータとの制御システムとに供給される。これらの制御システムは、コアシステムとして知られている。
【００４７】
オフモードでは、利用可能な最大電圧を有する電源は、機器に電力供給するように使用される。
機器に電力供給するように使用される電源の概略は、以下のテーブル３，４に示す真理値表に示される。このテーブルにおいて、「Ｘ」と「１」は、従来技術の説明におけるテーブルと同じ意味を有する。
【００４８】
【表３】
2011501936.tif 000005
【００４９】
【表４】
2011501936.tif 000006
携帯機器の第２の動作モードは、オンモードである。このモードでは、図８に示すように、充電器１６３又はＵＳＢコネクタ１６４が存在する可能性があり、主内部電池１６１は、利用可能である。しかしながら、テーブル４の真理値表に示すように、入力ユニット１２０は、実施形態の記載に基づいて、電源の利用可能状態を検出し、最大利用可能電圧を判定する必要がなく、オンモードでは、主電池１６１から常に電力供給される。これにより、電池は、安定的な電圧レベルを供給する。このモードは、また、どの様な他のモードよりも多くの電力を供給する。常に主電池が電力供給するオンモードを選択することにより、大電流パス及び入力ユニット１２０の制御部は、主電池１６１からのパス上において必要とされるだけである。これにより、大電流部品は、充電器１６３、ＵＳＢ１６４、又はボタンセル１６２からのパス上において必要ではない。このことは、電力管理装置の入力ユニット１２０の物理サイズを最小とすることができる。
【００５０】
この実施形態では、制御ロジックは、機器がオフモード又はオンモードのどちらであるかを示す信号を生成する。この信号は、制御ユニット１３０に供給され、出力電圧レベルと第１及び第２の電圧レギュレータ１４０，１５０の状態を設定する。
【００５１】
オンモードでは、第１の電圧レギュレータ１４０、及び第２の電圧レギュレータ１５０は、対応する２．７７５Ｖ及び１．５Ｖの通常動作電圧を出力する。第１の電圧レギュレータ１４０には、１０μＡが供給され、機器の正確な状態に応じて、１０ｍＡと２００ｍＡとの間でアナログ回路に供給する。例えば、最大電流は、通信の際に供給されるかもしれない、一方、小さな電流は、バックライト、ディスプレイ、ＬＥＤマトリクス、スピーカ等を含むシステムに電力供給されるときに供給され得る。第２の電圧レギュレータ１５０には、２．５μＡが供給され、約１５ｍＡがデジタル回路に供給され得る。このことは、水晶発振器、リアルタイムクロック等の必須のシステム、オーディオシステム、ＵＳＢロジックに電力供給するように使用される。全体電流は、携帯機器の状態に応じて供給され、しかし、２００ｍＡと同等、又は、それ以上かもしれない。スタンバイモードでは、コアシステムは、１３．５μＡだけ消費する。
【００５２】
大電流消費モードでは、例えば充電器に関連するオンモード又はオフモードにおいて、第１の電圧レギュレータ１４０により供給された電圧Ｖｃｏｒｅ＿ａｎａが、内部コンパレータにより判定されるように正確な値となり、第２の電圧レギュレータ１５０は、上記のように、第１の電圧レギュレータ１４０から電力供給される。この二重積層コア供給構造は、向上したＶｃｏｒｅ＿ｄｉｇのＰＳＲＲ特性を提供する。これは、第２の電圧レギュレータ１５０には、第１の電圧レギュレータ１４０によりレギュレートされた電圧により電力供給され、電力供給の過渡特性又はノイズ特性に対する感受性が低いためである。
【００５３】
本発明の実施形態に相当する電力管理装置１００は、異なる２つの供給電圧、主に異なる大きさの、アナログ電圧線上のＶｃｏｒｅ＿ａｎａとデジタル電圧線上のＶｃｏｒｅ＿ｄｉｇとを供給するように構成される。このことは、互いに束縛しないアナログ回路とデジタル回路との両方に供給する電圧の大きさに対して影響があり、各回路を最適化する。例えば、アナログ回路に供給される高電圧は、高品質なオーディオシステムのため、オーディオ回路に大きな振幅の電圧を供給し、低い電圧では、デジタル回路は、要求された低電圧が供給され、追加の回路網が必要となることを避ける。
【００５４】
本発明は、使用する電源を能動的に判定し、また、２つの供給電圧を設定して、一方をデジタル回路に電力供給し、他方をアナログ回路に電力供給するための、入力ユニット及び制御ユニットを使用する。これらの回路を別個に活性化することにより、電圧レベルは、各回路を独立的に設定することができ、これにより、各回路の設計と各回路の特性を最適化することができる。さらに、入力ユニットが電圧比較を備えることは、ＵＳＢコネクタ、及び充電器等の外部装置の検出を自動的に実行し、さらに、設計を簡略化してチップサイズを減少させる。別々にアナログ電圧とデジタル電圧とを供給する能力は、オフモードにおいて定常状態の電流が減少し、クロック及びメモリユニットのみに電力供給が必要となることを意味する。
【００５５】
本発明は、携帯機器だけでなく多くの機器に適用でき、しかし、カメラ、小型パソコン、他の再充電可能な携帯機器に容易に適用されるかもしれない。
先の特徴では、本発明は、特に本実施形態の例に関して説明していた。しかしながら、添付した特許請求の範囲にて開示された発明の範囲外の修正や変更をされるかもしれないことは明らかであろう。
【００５６】
明細書中に使用された「結合」は、直接的に結合すること、又は電気的に結合することに制限することを意図しない。別の記述でなければ、「第１」及び「第２」等の用語は、要素間にて任意に区別するように使用される。このように、これらの用語は、要素の時間又は優先度を示すことを必ずしも意図しない。
【図１】
2011501936.tif 000007
【図２】
2011501936.tif 000008
【図３】
2011501936.tif 000009
【図４】
2011501936.tif 000010
【図５】
2011501936.tif 000011
【図６】
2011501936.tif 000012
【図７】
2011501936.tif 000013
【図８】
2011501936.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成22年10月18日(2010.10.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル回路ブロックとアナログ回路ブロックとを含む、携帯機器のための電力管理装置（１００）であって、前記電力管理装置は、第１の電圧を前記アナログ回路ブロックに供給し、第２の電圧を前記デジタル回路ブロックに供給するように配置される、当該電力管理装置において、
複数の電源（１６１−１６４）から複数の入力電圧を入力するように構成される入力ユニット（１２０）と、
前記入力ユニット（１２０）に結合され、第１の電圧を供給する第１の電圧レギュレータ（１４０）と、
第２の電圧を供給し、前記第１の電圧レギュレータ（１４０）と前記入力ユニット（１２０）との一つに選択的に結合されるように構成される第２の電圧レギュレータ（１５０）と、
複数の電源（１６１−１６４）からの複数の入力電圧のうちのどの入力電圧により電力が第１及び第２の電圧レギュレータに供給されるかを選択し、前記第１及び第２の電圧レギュレータから供給される第１及び第２の電圧の大きさを判定するように構成される制御ロジック（１３０）と
を備える、電力管理装置。
【請求項２】
前記制御ロジックは、
前記携帯機器の動作状態に基づいて、前記入力ユニット（１２０）と前記第１の電圧レギュレータ（１４０）とのうちのどれが前記第２の電圧レギュレータと結合されるのかを選択するように構成される、請求項１に記載の電力管理装置（１００）。
【請求項３】
前記制御ロジックは、
前記機器の動作状態と前記複数の電源から入力される入力電圧の各々のレベルとに基づいて、複数の電源（１６１−１６４）からの入力電圧のうちのどの入力電圧により電力が第１及び第２の電圧レギュレータに供給されるのかを選択するように構成される、請求項１に記載の電力管理装置（１００）。
【請求項４】
前記制御ロジックは、
前記機器の動作状態と前記複数の電源から入力される入力電圧の各々のレベルとの少なくとも１つに基づいて、前記第１及び第２の電圧レギュレータ（１４０，１５０）により供給される第１及び第２の電圧値を設定するように構成される、請求項１に記載の電力管理装置（１００）。
【請求項５】
前記制御ブロック（１３０）は、最大レベルを有する入力された入力電圧を決定するために、入力された複数の入力電圧のレベルを比較するコンパレータ（１７０）を含む、請求項１に記載の電力管理装置（１００）。
【請求項６】
前記第１及び第２の電圧レギュレータ（１４０，１５０）と前記制御ロジック（１３０）とは、
前記制御ロジックが前記第１の電圧レギュレータ（１４０）を不活性化することができるように配置される、請求項１に記載の電力管理装置（１００）。
【請求項７】
複数の電源と結合される電子デバイスであって、
請求項１−６のいずれか１つに記載の電力管理調整を含む、電子デバイス。
【国際調査報告】
2011501936.tif 000015
2011501936.tif 000016
2011501936.tif 000017