(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路の少なくとも一部の動作電圧範囲を変更する方法であって、
第１制御信号を生成する段階と、
第１電圧領域からの電圧信号が前記集積回路の第２電圧領域の動作電圧範囲に関して中間論理値を有するように、前記第１制御信号に応答して前記第１電圧領域の前記動作電圧範囲を変更する段階と、
前記第１電圧領域内で生成された少なくとも１つの電圧信号を前記第１制御信号でゲートをかける段階であって、前記少なくとも１つの電圧信号は、前記第２電圧領域へ提供され、一定の電圧値を有する、段階と、
から構成されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１電圧領域の前記動作電圧範囲を変更すべき時を示すために、前記第１電圧領域における第２制御信号を生成する段階をさらに含み、ここに、前記第１電圧領域の前記動作電圧範囲が変更されている間、前記第２電圧領域の前記動作電圧範囲が実質的に一定を保持する、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第２制御信号を生成する段階は、前記集積回路中のレジスタにビットを設定するソフトウェア命令を実行する段階を含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記第１制御信号を生成する段階は、前記第２制御信号に応答して前記第２電圧領域中に前記第１制御信号を生成する段階を含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記集積回路は電圧制御器を含み、前記第１電圧領域の前記動作電圧範囲を変更する段階は、前記電圧制御器を具備する前記集積回路における前記第１電圧領域の前記動作電圧範囲を変更する段階を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記第２電圧領域中で生成された少なくとも１つの別の電圧信号を前記第１制御信号でゲートする段階をさらに含み、前記少なくとも１つの別の電圧信号は前記第１電圧領域へ提供される、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記第１制御信号の生成と実質的に同時期に命令の実行を中断する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
ウェークアップ信号を生成する段階と、
前記第１制御信号を不活性化する段階と、
前記第１電圧領域からの電圧信号が前記集積回路の前記第２電圧領域に関して論理的に決定されるように、前記第１電圧領域の前記動作電圧範囲を変更する段階と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記第１電圧領域の前記動作電圧範囲を変更する段階は、前記第１電圧領域の前記動作電圧範囲を低くする段階を含み、その結果前記第２電圧領域の電力供給電圧レベルは前記第１電圧領域の電力供給電圧レベルの少なくとも２倍であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
集積回路を動作させる方法であって、
前記集積回路の第１電圧領域中において命令の実行を中断する段階と、
前記集積回路の前記第１電圧領域中において動作モード制御信号を生成する段階と、
前記集積回路の第２電圧領域中において動作モード状態信号を生成する段階と、
前記第１電圧領域の前記動作電圧範囲を前記第２電圧領域の前記動作電圧範囲に関して低くする段階と、
前記第１電圧領域を起源とする第１の一組の電圧信号を動作モード状態信号でゲートをかける段階であって、その結果前記第１の一組の電圧信号が実質的に一定の電圧値を有する、段階と、
前記第２電圧領域を起源とする第２の一組の電圧信号を動作モード状態信号でゲートをかける段階であって、その結果前記第２の一組の電圧信号が実質的に一定の電圧値を有する、段階と、
から構成されることを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記動作電圧範囲を低くする段階は、前記第１電圧領域の前記動作電圧範囲を低くする段階を含み、それにより前記第１電圧領域の少なくともいくつかの電圧信号が前記第２電圧領域の前記動作電圧範囲に関して論理的に決定されることを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記第２電圧領域中にウェークアップ信号を生成する段階と、
前記第１電圧領域の前記動作電圧範囲を上昇させる段階と、
前記集積回路の前記第１電圧領域中で命令の実行を再開する段階と、
から構成されることを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
第１動作電圧範囲を有する第１部分および第２動作電圧範囲を有する第２部分を具備する集積回路において、
前記集積回路の動作モード状態信号を出力する回路と、
前記集積回路の前記第１部分に結合された電圧制御器であって、前記動作モード状態信号に基づいて、前記電圧制御器は前記集積回路の前記第１部分における前記動作電圧範囲を変更するために適合しており、前記第１部分における前記電圧動作範囲は前記集積回路の第２部分における前記動作電圧範囲より小さい、電圧制御器と、
前記集積回路の前記第１部分における電圧信号を実質的に一定の電圧値に維持するために適合した、前記動作モード状態信号でゲートをかける、ゲート装置と、
から構成されることを特徴とする集積回路。
【請求項１４】
前記電圧制御器は前記集積回路の前記第１部分における前記動作電圧範囲を変更するためにさらに適合しており、その結果前記第２部分における前記動作電圧範囲は前記集積回路の前記第１部分における前記動作電圧範囲の少なくとも２倍であることを特徴とする請求項１３記載の集積回路。
【請求項１５】
前記電圧制御器は、前記集積回路の前記第１部分における前記動作電圧範囲を変更するためにさらに適合しており、その結果電圧信号は前記集積回路の前記第２部分における前記動作電圧範囲に関して論理的に中間であることを特徴とする請求項１３記載の集積回路。
【請求項１６】
前記集積回路の前記第２部分における電圧信号を実質的に一定の電圧レベルで維持するために適合したゲート装置をさらに含むことを特徴とする請求項１３記載の集積回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【従来の技術】
通信装置、携帯型コンピュータ、およびそれらに類似した携帯装置においては、その装置の電力はバッテリで供給される。このように、携帯装置の有効性は、部分的にはバッテリがその装置へ供給することのできる時間長によって決められ、それは一般的に動作中にその装置によって消費される電流量に比例する。
【０００２】
バッテリの寿命を改善する従来の技術は、バッテリのサイズや蓄電容量を増加させることに焦点を置いていた。しかしながら、このような技術は、非常にコスト高となるかあるいはバッテリのサイズを増加させ、その装置の携帯性という点を阻害する可能性がある。このように、携帯装置の寿命および電力消費を改善するよりよい方法を求める継続した必要性がある。
【０００３】
【好適な実施例の詳細な説明】
次の詳細な説明では、多くの特定の詳細事項が本発明の完全な理解を提供するために行われている。しかしながら、本発明は、これらの特定の詳細事項がなくても実施できることを当業者であれば理解するであろう。別言すると、周知の方法、手順、構成要素および回路は、本発明を曖昧にしないために詳細には述べられていない。
【０００４】
以下の詳細な説明におけるいくつかの部分は、コンピュータ・メモリ内のデータ・ビットまたはバイナリ・デジタル信号に関する動作をアルゴリズムおよびシンボリックな表現で提示されている。これらのアルゴリズム的な説明および表現は、データ処理技術分野の当業者によって用いられるもので、それによってこれらの作業の多くは他の当業者へ伝達され得るものである。
【０００５】
アルゴリズムは、ここでは一般的に、一連の動作の連続または所望の結果を導く動作と考えられる。これらは物理量を物理的に操作することを含む。通常、必ずしも必要ではないが、これらの量は、貯蔵され、転送され、結合され、および、操作され得る電気的または電磁的信号の形式をとる。主に共通して利用する理由のために、これらの信号をビット、値、要素、シンボル、文字、用語、番号またはそれに類似したものとして参照することは、多くの場合便宜であることがわかる。しかしながら、これらおよび類似した用語の全ては適切な物理量と結びつき、また単にこれらの量に適用される便利な表示に過ぎないと理解されるべきである。
【０００６】
特に別に述べない限り、次の議論から明らかなように、明細書を通じて「処理」、「演算」、「計算」、「判断」、またはこれらに類似する用語を用いる議論は、コンピュータまたはコンピュータ・システムの動作および処理、または類似した電気的な演算装置に関するものであり、それはコンピュータ・システムのレジスタおよび／またはメモリ内の物理的な、例えば電気的な量として表されたデータをコンピュータ・システムのレジスタ、メモリまたは他の情報ストレージ、伝送または表示装置内に物理量として表された他のデータへ操作しかつ変換する。
【０００７】
図１を参照して、本発明に関する実施例１００が示される。実施例１００は、移動通信装置（例えば、セル電話）のような携帯装置、携帯コンピュータ、またはそれに類似するものからなる。しかし、本発明の範囲はこれらの応用に限定されるものと理解すべきではない。
【０００８】
実施例１００は集積回路１０を含み、例えば、マイクロプロセッサ、デジタル信号処理器、マイクロコントローラ、またはそれに類似するものである。しかしながら、本発明の範囲はこれらの例に限定されるものと理解すべきではない。集積回路１０が動作中の場合、電力（例えは、それらに印加される電源および大地電位を有する）が供給されている論理回路および集積回路１０内の他のデジタル電子部品は、それらの通常の動作による電力を消費するのみならず、漏れ電流による電力をも消費する。従って、集積回路１０の電力消費は、動作電流の消費を低減することだけではなく、漏れ電流を低減することによっても削減できる。本発明の実施例に関して、少なくとも部分的には、集積回路１０の使用中ではない部分の動作電圧範囲を低下させることにより達成することができる。これは漏れ電流が比例して削減される結果となる。
【０００９】
しかしながら、集積回路１０の一部における動作電圧範囲は、無計画な手法で低減されるものではない。集積回路１０の一部における動作電圧範囲を低減することによって、依然として通常の動作電圧範囲で動作を行っている集積回路の他の部分に影響を与えるおそれがある。例えば、集積回路１０が制御信号やデータ信号を携帯装置内の他の集積回路に送っている場合には、信号を提供する集積回路１０の論理回路や他のデジタル電子部品を通常の動作電圧レベルで維持することが望ましい。
【００１０】
図１に示されるように、この特定の実施例では、集積回路は少なくとも２つの部分、ここでは点線２００によって分けられた１１および１２に分割される。点線２００は、必ずしも集積回路１０内のいかなる物理的な図式を示すものではない。より詳細に後述されるように、点線２００は、集積回路１０内の異なった電圧領域の境界を定めるために用いられ、それぞれは本発明の実施例に従って異なる動作電圧領域を有する。
【００１１】
図示されるように、電圧領域１１は、例として、論理回路または位相ロック・ループ（ＰＬＬ）２０のような他の回路、メモリ２１、演算論理部（ＡＬＵ）２２、プロセッサまたは中央処理装置（ＣＰＵ）２４、および、ステート・マシン２３を含む。さらに、メモリ２１は、スタティック、ダイナミック、または、不揮発性メモリからなり、集積回路１０によって用いられるデータや命令を格納する。例えば、メモリ２１は、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）、または、フラッシュ・メモリであってもよい。電圧領域１１を構成するサブ回路は、当業者には「コア論理」あるいは「コアVcc論理」と呼ばれる。本発明の範囲は集積回路１０内のメモリ・タイプまたは電圧領域内の回路によって限定されるものではないと理解すべきである。
【００１２】
この特定の実施例では、電圧領域１１は、集積回路１０内の大部分の回路を含む。これは、非常に多くのトランジスタの動作電圧範囲を低減することによっていかに集積回路１０が本発明の利点を享受するかを示すための図として意図されているに過ぎない。しかしながら、本発明の別の実施例では、図１に示される回路の全てあるいはそのいずれも含む必要のないこと、さらに１つあるいはそのいくつかを含むのみでよいことを理解すべきである。
【００１３】
本発明の範囲はこの点に限定されないが、電圧領域１２は集積回路１０のパッド出力回路を示してもよい。図１に示されるように、電圧領域１２はサブ回路やパッドを含み、電力供給や動作信号（例として、アドレス、データ、制御、インプット／アウトプット（Ｉ／Ｏ）、および、それらに類似するもの）を集積回路１０へおよびから受信または提供する。本発明の限定を意図するものではないが、電圧領域１２は、また、動作モード制御論理回路３５を含んでもよく、部分的には少なくとも、集積回路１０の動作モードを決定する。例えば、動作モード制御論理回路３５は、いつ集積回路１０がアイドル、スリープ、または、ドロージ(drowsy)・モードへ入るべきかを決定してもよい。これらの各モードでは、電圧領域１２内の動作電圧および論理回路の機能動作は異なっていてもよい。
【００１４】
ドロージ・モードは、電圧領域１１内におけるコア論理回路およびＰＬＬの動作を中断するために用いてもよい。一度中断されると、動作電圧は電力を保存するために低減される。しかしながら、ドロージ・モードによって、その動作は電圧領域１１内の論理回路が許可される後の時間で継続し、それらの値は保持される。アイドル・モードはドロージ・モードに似ているが、しかしながら、その電圧領域におけるＰＬＬはより早い回復時間を提供するために動作を継続する。
【００１５】
スリープ・モードは、電圧領域１１内におけるコア論理回路およびＰＬＬの動作が中断されないのみの状態に所望されるが、しかし、あらゆる論理回路の状態は消失する。これはより優れた電力節約をもたらす結果となる。表１は、下記に様々な動作モードの簡単な要約を提供するが、本発明の実施例に関連して選択的に用いられてよい。本発明の範囲は、これらのモードに限定されないこともまた理解されるべきである。
【００１６】
モード ＰＬＬ 値の保持 コア論理Vcc
アイドル         オン            イエス             Vcc
ドロージ         オフ            イエス             <Vdd
スリープ         オフ            ノー                ０
表１
【００１７】
図１に示される特定の実施例において、集積回路１０の少なくとも一部の動作電圧の範囲を変更しまたは低減するプロセスは、ソフトウェア／ファームウェアの命令で開始する。例えば、ＣＰＵ２４は、集積回路１０が異なる動作モード（例として、表１に示されたモードの１つ）へ入るために必要とする、外部から提供された命令またはメモリ２１に格納された命令を実行する。本発明の範囲を制限することを意図するものではないが、電圧領域１１の動作電圧を変更するのと同時期に、命令の実行を停止してもよい。
【００１８】
この実施例では、モード変更命令の実行時に、どのモードへ集積回路１０が入るべきかを示すための制御信号が生成される。これらの信号は、図１にアイドルへの進入(ENTER_IDLE)、スリープへの進入(ENTER_SLEEP)、またはドロージへの進入(ENTER_DROWSY)としてそれぞれ表示されている。これは、例えば、レジスタ３０内のビットを設定することによりなされれもよい。もちろん、本発明はこの点に限定されるものではない。これは多くの方法のいずれか１つで達成されることができ、例えば、この制御信号は外部から提供されてもよく電圧領域１１または１２中のステート・マシンから生成されてもよい。
【００１９】
動作モード制御論理３５は、その後、電圧領域１２の動作電圧範囲を考慮して電圧領域１１の動作電圧範囲を変更する制御信号を発生することができる。この実施例では、動作モード制御論理３５は、集積回路１０が入るべき動作モードに依存して適切な信号（アイドル(IDLE)、スリープ(SLEEP)、およびドロージ(DROWSY)とそれぞれ表示）を生成する。これらの各信号は、電圧制御器２５が電圧領域１１の動作電圧を所定のより小さい範囲へ変更する結果をもたらす。
【００２０】
図３は、動作モード制御論理３５（図１参照）によってドロージ信号、スリープ信号、およびドロージまたはスリープ（ＤＲＯＷＳＹ＿ＯＲ＿ＳＬＥＥＰ）信号を生成するための１つの実施技術を示すために提供される。本発明は、制御信号が様々な方法で生成されることから、これらの回路に限定されるものではないことを理解されたい。図示されるように、スリープへの進入およびドロージへの進入は、ドロージまたはスリープ信号でゲートが掛けられ、他のモード中の１つのモードである間に集積回路１０が意図せずモード間で変更しないことを確保する。
【００２１】
電圧制御器２５（図１参照）は、動作モード制御論理３５によって生成された制御信号に応答して、電圧領域１１の動作電圧範囲を変更（例えば、降下または上昇）する。電圧領域１１内のトランジスタの動作電圧範囲を降下させることにより、電圧領域１１内の漏れ電流は、また低減される。この実施例では、電圧領域１２内におけるサブ回路の動作電圧は実質的に一定を保つ一方、電圧領域１１の動作電圧範囲は変更される。しかしながら、別の実施例では、電圧領域１２の動作電圧範囲が変更（例えば、上昇または降下）されてもよいことが理解されるべきである。
【００２２】
電圧領域１１の動作電圧範囲が変化した場合の１つの効果は、電圧領域１１によって提供される信号が集積回路１０の電圧領域１２に対して論理的に不確定になるかもしれないことである。図２を参照して、本発明の実施例に関してどのように信号が論理的に不確定になるかの例が示される。
【００２３】
通常の動作中、電力供給電圧は３．３ボルト（Ｖ）に設定されるが、しかしながら、これは単に図示したに過ぎず、本発明の範囲がこの特定の電圧レベルにいかなる方法にせよ限定されるものではないことを理解されたい。このように、この例では、全ての信号の電圧レベルは、理想的には３．３Ｖ（論理「１」を示す）または０Ｖ（論理「０」を示す）のいずれかである。しかしながら、集積回路内で生成された信号の少なくともいくつかは、浮遊状態に起因してこれらのレベル間（図２にブラケット４０で示される）で変化する。この変動を説明するために、もし信号が、例えば、３．３−１．３Ｖの間の電圧レベルを有するなら、その時その信号は論理「１」として扱われ、それ以外は論理「０」として扱われる。
【００２４】
図２に示される実施例では、電圧領域１１内のトランジスタの動作電圧範囲は変更されてもよく、その結果、例えば、トランジスタによって提供される信号の電圧レベルは０．６Ｖと１．０Ｖ（ブラケット４１）との間になる。例えば、１．０Ｖは論理「１」となり、０．６Ｖは論理「０」を示しもよい。しかしながら、電圧領域１２内のトランジスタの動作電圧範囲は変更されず、０−３．３Ｖに維持される。動作領域１２の最高動作電圧レベルは、いくつかのモードにおいて電圧領域１１の最高動作電圧レベルの少なくとも２倍となってもよい。
【００２５】
これらの条件の下で、電圧領域１２内の回路は、論理「１」と論理「０」との間の差を判定するために、電圧領域１１を起源とする信号の電圧レベルを決定することができない。これは、少なくとも部分的には、電圧領域１１からの信号の電圧レベルの全範囲が動作中の電圧領域１２のより広い電圧範囲（ブラケット４０）において論理「０」を示すことに起因する。このように、電圧領域１１の動作電圧範囲が変更される場合、電圧領域１２内のトランジスタおよびサブ回路は電圧領域１１を起源とする信号を論理的に正確に解釈することができない。
【００２６】
電圧領域１１を起源とする信号が電圧領域１２に対して論理的に未確定である間、これらの信号をゲートすることが望ましく、その結果それらの信号は電圧領域１２に対して一定を維持する。換言すれば、電圧領域１２内にある電圧領域１１を起源とする信号を一時的に禁止することが望ましく、その結果それらの信号は論理レベルを変更しない。これは、論理的に未確定な信号が電圧領域１２内で意図せずあるいは予想しない応答を生じさせることを防止する。図４に示されるように、本発明の別の実施例では、電圧領域１１（コアVcc論理として表示）を起源とする信号はドロージまたはスリープ信号でゲートされてもよい。結果として、電圧領域１２に関するこれら信号は既知の状態へ駆動される。これは、電圧領域１２（パッド出力論理と表示）内のトランジスタによる信号の誤解釈の危険を低減するばかりではなく、これらの信号を静的なレベルに維持する。これは、さらに信号が論理的に未確定な状態にある間、漏れ電流を低減する。
【００２７】
加えて、電圧領域１１によって提供された信号をゲートすることにより、集積回路１０がこの別の動作モードである間に電圧領域１２内を起源とする信号が変化する危険を低減する。さらに、携帯装置内の他の集積回路に提供されるいかなる信号も集積回路１０がこのモードにある間変化しないことを確保する。
【００２８】
図４に示されるように、電圧領域１１の動作電圧範囲が変更される前に、電圧領域１１からの信号の最新の有効論理値を格納するラッチ６０を必要なら追加することが望ましい。これは、もし電圧領域１２内のトランジスタや回路が電圧領域１１を起源とする信号の最新の有効論理値を用いて動作を継続することができるのであるならば、有意義であろう。
【００２９】
また、電圧領域１１の動作電圧範囲が変更（例えば、低い値）されている間、電圧領域１２を起源とするかあるいは電圧領域１２によって電圧領域１１へ提供される信号をゲートすることは、望ましいことであるかもしれない。図４に示されるように、電圧領域１２（パッド入力論理）から提供される信号は、また、ドロージまたはスリープ信号でゲートされてもよい。結果として、電圧領域１２によって提供される信号は、電圧領域１１（コアVcc論理と表記）内のトランジスタおよび回路に関して、既知の電圧値で実質的に一定となる。電圧領域１１内の回路がそれらの値を喪失する危険を低減することは望ましいことである。
【００３０】
図３に示されるように、動作モード制御論理３５（図１を参照）によって生成された各信号は、ウェークアップ信号でゲートされる。この信号は、信号をキャンセルするかあるいは不活性化するために用いられ、その結果集積回路１０は通常動作へ復帰する。図１に示されるように、ウェークアップ信号は、ウェークアップ回路３６によって提供される。ウェークアップ回路３６は、外部ソースから提供される割込み信号に応答してウェークアップ信号を生成する。別の実施例においては、ウェークアップ回路３６は、集積回路１０のいくつかの部分に付加時間を与えるために、ウェークアップ信号を生成する前に所定の遅延期間待機し、その後電圧領域１１の動作電圧範囲はその典型的な範囲へ復帰する。例えば、集積回路１０のＰＬＬは、ウェークアップ信号が生成される前に、再同期できることが望ましいであろう。
【００３１】
以上のように、本発明は、装置の電力消費を低減できる方法を提供する。とりわけ、本発明は、ソフトウェアやファームウェアの利用を与え、集積回路の一部の動作電圧範囲を他の部分との関係で調整し、その結果電力消費が改善される。動作電圧範囲を制御するソフトウェア命令を使用することにより、プログラマーは集積回路の一部が何時かつどれだけの期間だけ休止状態に入るのが良いのかを制御することができる。これは、集積回路のより効率的な使用およびより優れた電力の節約を許容する。
【００３２】
本発明のある種の特徴がここに図示されかつ説明される一方、多くの修正、代替、変更、および均等が当業者によってもたらせられるであろう。従って、添付の請求項は、本発明における真の精神の範囲に入るものとして、このような全ての修正や変更をカバーすることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
本発明の主題は、本明細書において特に指摘されかつ明瞭に主張される。しかしながら、本発明は、構成および動作方法の双方に関し、その目的、特徴および利点とともに、次の詳細な説明を添付の図面とともに参照することにより、最もよく理解されるであろう。
【図１】  本発明に関する集積回路の実施例を示すブロック図である。
【図２】  本発明の実施例に関する様々な動作モードにおいて、集積回路の各部の電圧レベルを示すグラフである。
【図３】  本発明の実施例に関するいくつかの制御ロジックを示す図である。
【図４】  本発明の別の実施例に関するいくつかの追加の制御ロジックを示す図である。
図面に示される要素は、簡略化および明瞭化のために必ずしも正確に縮尺されたものでないことを理解されたい。例えば、いくつかの要素の寸法は他の要素と比較して明瞭化のために強調されている。さらに、適切と考えられるかぎり、参照番号は、関連する要素あるいは類似する要素を示すために繰り返されている。
【図１】
0004806509.tif 000002
【図２】
0004806509.tif 000003
【図３】
0004806509.tif 000004
【図４】
0004806509.tif 000005