(57)【要約】システムは、供給電圧を受ける１又はそれ以上のトランジスタを有する集積回路を有する。システムは、また、一定電流を受けて、温度又はリファレンス変動に従って変化するリファレンス電圧を生成するよう動作するリファレンストランジスタを有する。リファレンストランジスタは、温度又はプロセス変動に対して１又はそれ以上のトランジスタのうち少なくとも１つと同じように動作する。システムは、また、受けた供給電圧とリファレンス電圧とを比較し、少なくとも部分的にリファレンス電圧と受けた供給電圧との間の差に基づいて出力を生成するよう動作する比較器を有する。システムは、少なくとも部分的に比較器の出力に基づいて受けた供給電圧を調整するよう動作する制御器を更に有する。
2010526380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給電圧を受ける１又はそれ以上のトランジスタを有する集積回路と、
一定電流を受けて、温度又はプロセス変動に従って変化するリファレンス電圧を生成するよう動作し、温度又はプロセス変動に対して前記１又はそれ以上のトランジスタのうち少なくとも１つと同じように動作するリファレンストランジスタと、
受けた前記供給電圧と前記リファレンス電圧とを比較し、少なくとも部分的に前記リファレンス電圧と前記受けた供給電圧との間の差に基づいて出力を生成するよう動作する比較器と、
少なくとも部分的に前記比較器の前記出力に基づいて前記受けた供給電圧を調整するよう動作する制御器と
を有するシステム。
【請求項２】
前記リファレンス電圧は、毎摂氏度約２ミリボルトの割合で低下する、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記リファレンストランジスタは、エンハンスメントモードＪＦＥＴを有する、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記リファレンストランジスタは、接地ノードに結合されるソース端子及びドレイン端子を有する、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記リファレンストランジスタは、ゲート端子で前記一定電流を受ける、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記供給電圧は、０．３から０．７ボルトの間である、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記供給電圧は、前記１又はそれ以上のトランジスタのｐｎ接合順方向バイアス電圧を超えない、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記制御器は、前記リファレンストランジスタの温度が上昇する場合に前記供給電圧を低下させ、前記リファレンストランジスタの温度が低下する場合に前記供給電圧を高める、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記制御器は、前記リファレンストランジスタのカットイン電圧がプロセス変動に起因してより低い場合は前記供給電圧を低下させ、前記リファレンストランジスタのカットイン電圧がプロセス変動に起因してより高い場合は前記供給電圧を高める、請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
前記制御器は、前記リファレンス電圧をおおよそ適合させるよう前記供給電圧を調整するフィードバックループを有する、請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
前記１又はそれ以上のトランジスタのゲート端子は、前記供給電圧におおよそ等しい電圧レベルを受けることができる、請求項１記載のシステム。
【請求項１２】
リファレンストランジスタへ一定電流を供給するステップと、
前記リファレンストランジスタに関連する電圧を集積回路の供給電圧と比較するステップと、
前記リファレンストランジスタに関連する前記電圧の変化に応答して前記供給電圧を調整するステップと
を有し、
前記リファレンストランジスタに関連する前記電圧は、前記リファレンストランジスタに関連する温度が低下する場合又は前記リファレンストランジスタのカットイン電圧がプロセス変動に起因してより低い場合に高まり、
前記リファレンストランジスタに関連する前記電圧は、前記リファレンストランジスタに関連する温度が上昇する場合又は前記リファレンストランジスタのカットイン電圧がプロセス変動に起因してより高い場合に低下し、
前記リファレンストランジスタに関連する前記電圧は、毎摂氏度およそ２ミリボルトの割合で温度に従って低下する、方法。
【請求項１３】
前記リファレンストランジスタは、ＪＦＥＴを有する、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記供給電圧を調整するためにフィードバックループが用いられ、該フィードバックループは、
前記リファレンストランジスタと、
前記リファレンストランジスタに関連する前記電圧を前記供給電圧と比較するよう動作する比較器と、
前記リファレンストランジスタに関連する前記電圧の変化に応答して前記供給電圧を調整するよう動作する制御器と
を有する、請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
前記リファレンストランジスタは、接地ノードに結合されるドレイン端子及びソース端子を備えるＪＦＥＴを有する、請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
前記供給電圧は、０．３から０．７ボルトの間である、請求項１２記載の方法。
【請求項１７】
前記集積回路は、１又はそれ以上のトランジスタを有し、
前記１又はそれ以上のトランジスタのうち少なくとも１つは、前記リファレンストランジスタと同じデバイス構造を有する、請求項１２記載の方法。
【請求項１８】
前記集積回路に含まれる前記１又はそれ以上のトランジスタのうち少なくとも１つのトランジスタのゲート端子は、前記供給電圧におおよそ等しい電圧レベルを受けることができる、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記リファレンストランジスタに関連する前記電圧は、前記リファレンストランジスタのゲート端子での電圧を有する、請求項１２記載の方法。
【請求項２０】
前記リファレンストランジスタに関連する電圧を集積回路の供給電圧と比較する前記ステップは、前記リファレンストランジスタに関連する前記電圧と前記供給電圧との間の差に少なくとも部分的に基づいて電圧出力を生成するステップを有する、請求項１２記載の方法。
【請求項２１】
０．３から０．７ボルトの間にある供給電圧をゲート端子で受ける１又はそれ以上のＪＦＥＴを有する集積回路と、
接地に結合される本体、ソース端子、及びドレイン端子を有し、一定電流を受けて、毎摂氏度およそ２ミリボルトの割合で温度に従って変化するゲート端子でのリファレンス電圧を生成するよう動作するリファレンスＪＦＥＴと、
前記リファレンス電圧及び前記供給電圧を入力として受けるよう動作するとともに、少なくとも部分的に前記リファレンス電圧と前記供給電圧との間の差に基づいて出力を生成するよう動作する比較器と、
前記リファレンス電圧におおよそ等しくなるまで前記供給電圧を調整するために前記比較器の前記出力を使用するよう動作する制御器と
を有し、
前記リファレンス電圧は、前記温度が低下する場合に上昇し、前記温度が上昇する場合に低下し、
前記リファレンス電圧は、更に、前記リファレンスＪＦＥＴのプロセス変動の関数として変化する、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、全般に電子回路に関し、より具体的には、エンハンスメントＪＦＥＴ集積回路を含む集積回路の適応電力管理のための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
過去数十年の急速な技術成長の結果として、トランジスタ及び他の半導体デバイスは、広範囲の電子部品について基本的な構築物となっている。トランジスタの１又はそれ以上の動作特性は、温度変化及びプロセス変動によって影響を及ぼされうる。いくつかの用途で、トランジスタは、動作温度及びプロセス変動の範囲にわたって一貫性のない性能を示すことがある。このような一貫性のない性能は、過剰な電力消費及び／又は他の動作上の効率の悪さをもたらしうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
高度なトランジスタデバイスは、駆動電流に対して大きな正の温度係数を有することができる。これは、固定供給電圧スキームを伴う高性能チップ設計では欠点となりうる。駆動電流が最低である場合に、最低の性能が最低温度で起こりうる。０．５ボルト（Ｖ）に代えて０．５５Ｖといった、より高い供給電圧が使用される場合は、性能は低温において改善され得る。しかし、高温では、これは、不必要に電力を消費し、潜在的に熱問題を引き起こしうる。エンハンスメントモード接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）技術において、ゲートｐｎ接合ダイオードは、負の温度係数（毎摂氏度〜−２ｍＶ）により、より堅調に順方向バイアスをかけられうる。これは、ゲート漏れの問題を引き起こしうる。
【０００４】
適応供給電圧スキームにより、上記問題は解消され得る。更に、大きく且つ正の温度係数は、高度なトランジスタ回路設計における利点となる。供給電圧は、温度検知を用いて適応的に調整されてよい。高チップ温度で、供給電圧は低下され得る。低チップ温度で、供給電圧は、駆動電流が温度範囲にわたって比較的一定に保たれ得るように、高められ得る。供給電圧は、より高い温度で所与の性能目標についてより低くてよいので、より高い温度での電力損失はより低く、結果として、チップ及びパッケージングの温度設計において有利となりうる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一実施形態に従って、システムは、供給電圧を受ける１又はそれ以上のトランジスタを有する集積回路を有する。当該システムは、また、一定電流を受けて、温度又はプロセス変動に従って変化するリファレンス電圧を生成するよう動作するリファレンストランジスタを有する。該リファレンストランジスタは、温度又はプロセス変動に対して前記１又はそれ以上のトランジスタのうち少なくとも１つと同じように動作する。当該システムは、また、受けた前記供給電圧と前記リファレンス電圧とを比較し、少なくとも部分的に前記リファレンス電圧と前記受けた供給電圧との間の差に基づいて出力を生成するよう動作する比較器を有する。当該システムは、少なくとも部分的に前記比較器の前記出力に基づいて前記受けた供給電圧を調整するよう動作する制御器を更に有する。
【０００６】
本開示の他の実施形態に従って、方法は、リファレンストランジスタへ一定電流を供給するステップを有する。当該方法は、また、前記リファレンストランジスタに関連する電圧を集積回路の供給電圧と比較するステップを有する。前記リファレンストランジスタに関連する前記電圧は、前記リファレンストランジスタに関連する温度が低下する場合に高まり、前記リファレンストランジスタに関連する前記電圧は、前記リファレンストランジスタに関連する温度が上昇する場合に低下し、前記リファレンストランジスタに関連する前記電圧は、毎摂氏度およそ２ミリボルトの割合で温度に従って低下する。当該方法は、前記リファレンストランジスタに関連する前記電圧の変化に応答して前記供給電圧を調整するステップを更に有する。
【０００７】
多数の技術的利点が、本開示の様々な実施形態に従って提供される。本開示の具体的な実施形態は、実施に依存して下記の利点の一部若しくは全てを示し、又はそれらのいずれも示さないことがある。或る実施形態で、実質的に一貫した性能が、広範囲の温度にわたって１又はそれ以上のトランジスタについて保たれ得る。或る他の実施形態では、オンチップ構造が温度測定のために使用されてよい。いくつかの実施形態で、電力損失は低減され得る。
【０００８】
本開示の他の技術的利点は、以下の記載並びに添付の図面及び特許請求の範囲から当業者には容易に理解されるであろう。更に、特定の利点が先に挙げられているが、様々な実施形態は、上記利点の全て若しくは一部を有しても、又はそれらのいずれも有さなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】適応電力管理のためのシステムの例のブロック図を表す。
【図２】様々な温度でのｐｎ接合の電流及び電圧特性を表す。
【図３】デジタル論理回路で使用されうるＪＦＥＴデバイスの例を表す。
【図４】適応電力管理システムで使用される温度検知デバイスの一実施例を表す。
【図５】電力管理システムの例を表す。
【図６】適応電力管理のための方法の一例を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示及びその利点のより完全な理解のために、ここで、添付の図面に関連して取られる下記の記載を参照する。
【００１１】
図１は、適応電力管理のためのシステム１０の例のブロック図を表す。システム１０の構成要素は、如何なる適切な配置で設置又は接続をされてもよい。特定のデジタル論理回路で、１又はそれ以上の高度の（advanced）トランジスタデバイスは、正の温度係数を有してよい。より低い温度ではより低い性能が生じ、より高い温度ではより高い性能が生じうる。適応電力管理システム１０は、１又はそれ以上のデバイスのうち少なくとも１つに関連する温度を検知して、温度範囲にわたって一貫性のある性能を保つよう電圧供給を適応的に調整するために使用されてよい。高チップ温度で、供給電圧は低下させられてよく、低チップ温度で、供給電圧は高められてよい。システム１０は、デジタルロジック１２、電圧源１４、温度センサ１６、制御器１８、及びフィードバックループ２０を有する。
【００１２】
デジタルロジック１２は、集積回路に又は如何なる適切な位置でも配置されてよい。デジタルロジック１２は、１又はそれ以上の機能を実行するよう動作する１若しくはそれ以上のトランジスタ又は他の半導体部品を有してよい。特定の実施形態で、デジタルロジック１２は、１又はそれ以上の接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）を有してよい。いくつかのＪＦＥＴは、低動作電圧及び低閾値電圧を有しうる。いくつかの実施形態で、動作電圧は０．５ボルト以下であってよい。
【００１３】
システムは、広範囲の温度又はプロセス変動にわたってトランジスタの一貫性のある性能を確保するよう、温度変化又はプロセス変動が生ずる場合に供給電圧を増減するために使用され得る。システム１０のような適応電力管理システムは、デジタルロジック１２での又はその近くの温度が上昇する場合は供給電圧を低下させ、デジタルロジック１２での又はその近くの温度が低下する場合は供給電圧を高めるために使用されてよい。このシステムは、また、温度範囲にわたる一貫性のある動作速度及び駆動電流のように、一貫性のある性能を保ちながら、削減された電力消費をもたらしうる。オンチップ構造は、デジタルロジック１２の近くの温度を読み取るために使用されてよい。
【００１４】
電圧源１４は、１又はそれ以上の電圧をデジタルロジック１２に供給するよう動作する何らかの適切な回路を有する。特定の実施形態で、電圧源１４は、約０．３から０．７ボルトの電圧をデジタルロジック１２に供給して、１若しくはそれ以上のトランジスタ又は他の半導体部品に給電する。いくつかの実施形態で、電圧源１４は、エンハンスメントモードＪＦＥＴで見られるように、デジタルロジック１２内の１又はそれ以上のトランジスタのゲート端子へ電圧を供給する。特定の他の実施形態で、電圧源１４は、電圧をデジタルロジック１２に供給してよく、デジタルロジック１２内の適切な回路は、デジタルロジック１２内の使用のためにその電圧をより高い及び／又はより低い電圧に変換してよい。
【００１５】
温度センサ１６は、デジタルロジック１２における又はその近くの１又はそれ以上の温度変化を検出し、感知し、又は別なふうに温度変化に応答するよう動作する何らかの適切な構成要素又は構成要素の組を有する。いくつかの実施形態で、温度センサ１６は、例えば、検知目的で使用されるトランジスタ又はダイオードのような、オンチップの半導体構造を有してよい。例えば、温度センサ１６は、温度変化に反応するダイオードを有してよい。ダイオードのｐｎ接合の間の電圧は、温度変化とともに変化してよく、この電圧は、電圧源１４によって供給される電圧を調整するよう、例えばフィードバックループ２０のようなフィードバックループで使用され得る。温度センサ１６は、また、温度の変化に応答するリファレンストランジスタを有してよい。リファレンストランジスタの応答は検知されて、電圧源１４によって供給される電圧を調整するために使用されてよい。特定の実施形態で、リファレンストランジスタは、デジタルロジック１２に含まれるトランジスタのうち少なくとも１つと同じものであってよい。特定の実施形態で、リファレンストランジスタは、約０．５ボルトの動作電圧を有して動作するエンハンスメントモードＪＦＥＴを有してよい。
【００１６】
制御器１８は、電圧源１４によって供給される電圧を調整するハードウェア、ソフトウェア、及びファームウェアの何らかの適切な組み合わせを有する。制御器１８は、温度センサ１６からの１又はそれ以上の信号に応答して電圧源１４を調整してよい。特定の実施形態で、制御器１８は、フィードバックループの一部を有することができる。
【００１７】
フィードバックループ２０は、温度センサ１６、制御器１８、及び電圧源１４を有する。フィードバックループ２０は、温度が変化する場合に、デジタルロジック１２に関連する１又はそれ以上の電圧を測定して調整するために使用されてよい。フィードバックループ２０は、実時間で、又は設定された間隔で周期的に、調整してよい。
【００１８】
システム１０は、また、特定の実施形態で、プロセス又は電圧変動を補償してよい。例えば、電圧源１４によって供給される電圧は、デバイスの欠点又は限界により僅かに変動することがある。このような変動は、デジタルロジック１２内の１又はそれ以上のデバイスの温度を増減させうる。温度センサ１６は、このような温度変化を検出することができ、制御器１８は、電圧源１４によって供給される電圧を変更するためにその情報を使用することができる。このようにして、システム１０は、電圧源１４において変動又は変化を補償することができる。
【００１９】
システム１０は、また、特定の実施形態で、１又はそれ以上の半導体デバイス内のプロセス変動を補償してよい。プロセス変動は、半導体デバイスの１又はそれ以上の特性（例えば、電圧閾値）をデバイスごとに異ならせることがある。システム１０は、デジタルロジック１２内のデバイスと同じである１又はそれ以上の半導体デバイスを有するセンサを用いてよい。これは、プロセス変動の影響を低減するために使用され得る。
【００２０】
図２は、２つの例となる温度において低電力ＪＦＥＴのｐｎ接合の電流及び電圧特性を表す。ｐｎ接合ダイオード電圧は、特定の実施形態で、電流が一定である場合に、約２ｍＶ／℃によって低下する。一定電流は、水平なラインによってグラフ上に表されている。グラフに示されるように、より高い温度では、電流／電圧曲線は左へ移動し、結果として、電流が一定である場合に電圧はより低い。一定電流を有して、より高い温度では、電圧はより低い。この電圧はモニタされ、温度管理のために使用されてよい。
【００２１】
図３は、デジタル論理回路で使用され得るＪＦＥＴデバイス９０の例を表す。ＪＦＥＴデバイス９０はノンスケールであり、他の構造を有してよく、依然として本開示の適用範囲内にある。デバイス９０は、ｐタイプの基板９３及びｎタイプのチャネル９８と、ソース９４と、ドレイン９５と、ゲート９２と、ｐｎ接合ダイオード９６とを有する。ｐｎ接合ダイオード９６の電流が制御に用いられる場合に、ダイオードの順方向バイアスは妨げられ得る。例えばエンハンスメントモードＪＦＥＴ技術のような特定の低電圧技術で、ゲート９２とソース９４との間（又はバックゲートとソース９４との間）のｐｎ接合の強い順方向バイアスは、デバイスを非稼動としうる。ｐｎ接合ダイオード９６を通る電流の制御はこれを防ぐことができる。同時に、高温動作と低温動作との間の速度差は、より小さくなりうる。
【００２２】
図４は、適応電力管理システム１０で使用される温度センサ１６の一実施例を表す。センサ１６は、１又はそれ以上の半導体デバイスでの又はその近くでの温度を測定するよう動作する何らかの構成要素又は任意の数の構成要素を有してよい。特定の実施形態では、多数のセンサが、チップ上の異なった特定の場所で異なった最適な供給電圧を有するよう実施されてよい。
【００２３】
センサ１６はリファレンストランジスタ５４を有する。本実施例で、リファレンストランジスタ５４は、接地ノード５６に接続されているソース端子７２及びドレイン端子７４を有する。リファレンストランジスタ５４は、また、定電流源５２に接続されているゲート端子７０を有する。図４には図示されないが、リファレンストランジスタ５４は、また、接地に接続され得る本体端子を有してよい。表される実施例で、リファレンストランジスタ５４はｐタイプＪＦＥＴである。特定の実施形態で、リファレンストランジスタ５４は、デジタルロジック１２を有する１又はそれ以上のトランジスタのうち少なくとも１つと同じであるべきである。リファレンストランジスタ５４が、デジタルロジック１２に含まれるトランジスタと同じように温度変化に反応する場合に、リファレンストランジスタ５４はモニタされて、電圧源１４を調整するようフィードバックループ２０の一部として使用され得る。例えばゲートｐｎ接合の両端電圧のような、リファレンストランジスタ５４に関連する電圧は、温度が変化するにつれて変化してよく、この変化は、温度変化を補償するよう電圧源１４を変更するためにフィードバックループ２０で使用されてよい。
【００２４】
定電流源５２は、リファレンストランジスタ５４のゲート端子７０へ一定電流を供給するよう動作する。定電流源５２は、例えば簡単なトランジスタ電流源のような、斯かる機能を実行するよう動作する何らかの構成要素又は構成要素のシステムを有する。定電流源５２は、例えばノード５８のような１又はそれ以上の電圧ノードに接続されてよい。この電圧ノード５８は、電力を定電流源５２に供給する。
【００２５】
センサ１６は、また、比較器６０を有してよい。比較器６０は、１又はそれ以上の温度変化を補償するよう電圧源１４を調整するフィードバックループ（正又は負）の一部として使用されてよい。本実施例で、比較器６０は、リファレンストランジスタ５４のゲート端子７０での電圧を入力として受ける入力ノード６６を有する。比較器６０は、また、デジタルロジック回路１２で１又はそれ以上のトランジスタによって使用される供給電圧６２を入力として受ける入力ノード６４を有する。特定の実施形態で、この供給電圧６２は、デジタルロジック１２内の１又はそれ以上のＪＦＥＴのゲート端子に印加される。供給電圧６２は、図４に表されるように、電圧源１４からの出力であってよく、あるいは、デジタルロジック１２内からもたらされてよい。比較器６０は、供給電圧６２を、入力ノード６６に結合されているリファレンストランジスタ５４のゲート端子での電圧と比較する。比較器６０は、供給電圧６２と入力端子６６でのリファレンス電圧との間の差に少なくとも部分的に基づいてノード６８へ電圧を出力するよう動作する。ノード６８での出力電圧は、２つの比較器入力ノード６４及び６６での電圧の間の差に依存して変化する。ノード６８での出力電圧は、制御器１８に供給されて、（入力ノード６４及び６６での）２つの比較器入力電圧がお互いの許容可能な範囲内に入るまで供給電圧６２を変更するようフィードバックループ２０で使用され得る。
【００２６】
制御器１８は、ノード６８での出力電圧を受けて、そのノード６８での電圧の値に少なくとも部分的に基づいて電圧源１４を上下いずれかに調整してよい。特定の実施形態で、この調整は、リファレンストランジスタ５４のゲート端子７０での電圧におおよそ等しくなるまで供給電圧６２を変更する。
【００２７】
動作において、センサ１６は、次のように動作する。リファレンストランジスタ５４は、定電流源５２から一定電流を受ける。リファレンストランジスタ５４は、そのゲート端子とトランジスタのチャネルとの間にｐｎ接合を有する。定電流源５２からの電流はこのｐｎ接合を通って流れ、ゲート端子で電圧を生じさせる。リファレンストランジスタ５４での又はその近くでの温度が一定であって、定電流源５２からの電流が一定である場合は、リファレンストランジスタ５４のゲート端子７０での電圧も比較的一定でありうる。
【００２８】
温度が上昇するにつれて、リファレンストランジスタ５４のｐｎ接合ダイオード電圧は、電流が一定である場合に、約２ｍＶ／℃で低下する。この関係は、１又はそれ以上の温度変化に応答して電圧源１４を変更するために使用され得る。例えば、ｐｎ接合ダイオード電圧が低下する場合に、比較器６０は、入力ノード６６で、この低下した電圧を受ける。供給電圧６２は、この場合に、ノード６６でのトランジスタリファレンス電圧よりも大きく、比較器６０は、少なくとも部分的にこの差に基づいてノード６８で電圧を出力しうる。次いで、ノード６８での電圧は、リファレンストランジスタ５４のゲート端子７０でのリファレンス電圧におおよそ等しくなるまで供給電圧６２を低下させるよう適応的に電圧源１４を調整するために、例えば制御器１８のような他の構成要素によって使用され得る。
【００２９】
温度が低下する場合には、反対の効果が起こる。リファレンストランジスタ５４のｐｎ接合ダイオード電圧は増大し、比較器６０は、この増大した電圧を入力端子６６で受ける。次いで、比較器６０及び制御器１８は、リファレンストランジスタ５４のゲート端子７０でのリファレンス電圧におおよそ等しくなるまで供給電圧６２を高めるよう動作することができる。
【００３０】
このように、温度が上昇するにつれて、デジタルロジック回路１２に含まれる１又はそれ以上のトランジスタの速度又は駆動電流も増大する。過剰な電力消費を防ぐとともに、温度の範囲にわたって一貫した速度及び駆動電流を生ずるよう、システム１０は、デジタルロジック１２に含まれる１又はそれ以上のトランジスタを動作させるために使用され得る供給電圧６２を低下させるために使用され得る。これは、温度が上昇するにつれてトランジスタの速度を落とし、又はトランジスタの駆動電流を低減するために、行われ得る。これは、トランジスタに対するダメージを防ぐとともに、トランジスタの順方向バイアスを防ぐことができる。また、トランジスタはより低い供給電圧６２を有して動作しているので、電力消費が低減され得る。対照的に、温度が低下するにつれて、トランジスタの速度又は駆動電流も低減しうる。その状況で、本開示は、広範囲の温度にわたって一貫した性能を確保するようトランジスタの速度又は駆動電流を増大させるべく供給電圧６２を高めるために使用され得る。特定の実施形態で、−１０℃から１２５℃のチップ温度範囲は、供給電圧における最大４００ｍＶの適応調整をもたらしうる。例えば、供給電圧は、温度変化に依存して３００ｍＶから７００ｍＶの間の何らかの値に調整されてよい。
【００３１】
センサ１６は、また、デジタルロジック１２内のトランジスタのゲートｐｎ接合電圧をカットイン電圧（cut-in  voltage）を下回ったままとするよう動作する。温度が上昇するにつれて、カットイン電圧は低下し、トランジスタが順方向バイアス状態となるリスクが現れる。しかし、供給電圧６２は、温度が上昇する場合に低下する。これは、トランジスタが順方向バイアス状態となるリスクを小さくする。反対に、温度が低下するにつれて、カットイン電圧は上昇し、従って、供給電圧６２は、トランジスタに順方向バイアスをかけるリスクを伴うことなく高められ得る。
【００３２】
図５は、例となる電力管理システム１００を表す。電力管理システム１００の構成要素は、如何なる適切な配置で設置又は接続をされてもよい。システム１００は、供給電圧を調整するよう少なくとも部分的に温度変化に基づいて制御信号１１８を生成する。電力管理システム１００は、パルス幅変調器（ＰＷＭ）１０２と、センサ１０４と、デジタルロジック１０６と、トランジスタ１１０及び１１２と、インダクタ１１４と、キャパシタ１１６と、等温環境１２２とを有する。
【００３３】
電力管理システム１００で、センサ１０４は、デジタルロジック１０６の近くの温度の変化を検出するために使用され得る。センサ１０４及びデジタルロジック１０６は、等温環境１２２に存在する。これは、センサ１０４での温度がデジタルロジック１０６の温度又はそれに近い温度であることを意味する。それらは同じ温度に近いので、センサ１０４によって検出される温度変化は、デジタルロジック１０６に供給されるノード１２６での電圧を調整するために使用されてよい。
【００３４】
温度の変化がセンサ１０４によって検出される場合に、制御信号１１８はＰＷＭ１０２に送信される。ＰＷＭ１０２は、デジタルロジック１０６に供給される電圧をどのように調整すべきかを決定するために制御信号１１８を使用する。ＰＷＭ１０２は、少なくとも部分的に制御信号１１８に基づいて１又はそれ以上の信号を出力することができる。ＰＷＭ１０２によって出力される信号は、ノード１２４で適切な電圧を生成するよう選択的にトランジスタ１１０及び１１２をオン及びオフするために使用されてよい。トランジスタ１１０は、外部電圧供給１０８及びノード１２４に結合されている。トランジスタ１１２は、ノード１２４及び接地ノード１２０に結合されている。
【００３５】
ノード１２４で生じた電圧は、インダクタ１１４及びキャパシタ１１６によってフィルタをかけられ得る。このＬＣフィルタは、ノード１２６での電圧リップルを低減するために使用され得る。このようにして、ＰＷＭ１０２は、ノード１２６でデジタルロジック１０６へ供給される電圧が増減されるべきであるかどうかを決定するために制御信号１１８を使用する。ＰＷＭ１０２の出力はノード１２４で適切な電圧を発生させ、この電圧は、デジタルロジック１０６によって使用され得る場合に、フィルタをかけられて、ノード１２６に送られる。この処理によって、電力管理システム１００は、温度の範囲にわたって一貫性のある性能を保つために、デジタルロジック１０６の近くで測定される温度に少なくとも部分的に基づいてデジタルロジック１０６に対する供給電圧を調整するよう動作する。
【００３６】
図６は、適応電力管理システム１０のための方法３００の一例を表すフローチャートである。具体的に、表される方法は、１又はそれ以上の温度変化に応答して電圧源１４を調整することができる。図６に表されるステップは、必要に応じて結合、変更又は削除をされてよい。また、追加のステップが、例となる動作に付加されてよい。更に、記載されるステップは、如何なる適切な順序で実行されてもよい。
【００３７】
方法はステップ３１０から始まる。ステップ３１０で、一定電流がリファレンストランジスタ５４に供給される。特定の実施形態で、リファレンストランジスタ５４は、デジタルロジック１２内の１又はそれ以上のトランジスタのうち少なくとも１つと同じものである。リファレンストランジスタ５４は、また、約−２ｍＶ／℃で１又はそれ以上の温度変化に適応する電圧を有する。
【００３８】
ステップ３２０で、温度の変化に反応するリファレンストランジスタ５４の電圧がモニタされる。特定の実施形態で、この電圧は、リファレンストランジスタ５４のゲート端子７０での電圧であってよい。リファレンス電圧は様々な方法でモニタされてよい。いくつかの実施形態では、温度に伴って変化するｐｎ接合電圧がモニタされてよい。
【００３９】
ステップ３３０で、リファレンストランジスタ５４のリファレンス電圧は、デジタルロジック１２に対する供給電圧６２と比較され得る。比較器６０が使用されてよく、比較器６０は、リファレンストランジスタ５４のリファレンス電圧及び供給電圧６２を入力として受け入れる。比較器６０は、リファレンストランジスタ５４のリファレンス電圧と供給電圧６２との間の差に少なくとも部分的に基づく値を出力してよい。この値は、供給電圧６２を調整するためにフィードバックループ２０で使用されてよい。
【００４０】
ステップ３４０で、リファレンストランジスタ５４のリファレンス電圧及び供給電圧６２は、それらがおおよそ等しいかどうかを決定するために比較される。それらがおおよそ等しい場合は、ステップ３５０で表されるように、調整は行われる必要がない。電圧がおおよそ等しくない場合は、方法はステップ３６０に続く。この場合に「おおよそ等しい」とは、システムの所望の動作のために許容可能であるお互いの範囲内に電圧があることをいう。この範囲は、デジタルロジック１２又はモニタされる何らかの他の回路の詳細に依存して変化しうる。
【００４１】
ステップ３６０で、リファレンストランジスタ５４のリファレンス電圧及び供給電圧６２は、どちらが大きいかを決定するために比較される。リファレンス電圧の方が大きい場合は、回路の温度は低下しているはずであり、供給電圧６２はステップ３７０で高められ得る。これにより、デジタルロジック１２内のトランジスタの速度及び駆動電流も増大しうる。供給電圧６２のこのような増大は、低下した温度の影響に対抗する働きをし、温度の範囲にわたってデジタルロジック１２内のトランジスタについてより一貫性のある性能を提供することができる。
【００４２】
リファレンストランジスタ５４のリファレンス電圧が供給電圧６２より低い場合は、回路の温度は上昇しているはずであり、供給電圧６２は、デジタルロジック１２内のトランジスタの速度及び駆動電流も低減させるようステップ３８０で低下しうる。これは、トランジスタによる過剰な電力消費を防ぐことができる。それは、また、デジタルロジック１２に含まれる１又はそれ以上のトランジスタの順方向バイアスを防ぐことができる。それは、また、温度が上昇する場合にトランジスタのより一貫性のある性能を実現することができる。
【００４３】
比較器６０の出力は、リファレンストランジスタ５４の電圧におおよそ適合するまで供給電圧６２を断続的に調整するフィードバックループ２０で入力として使用されてよい。リファレンストランジスタ５４のリファレンス電圧が上昇するにつれて、供給電圧６２は高められ得る。リファレンストランジスタ５４のリファレンス電圧が低下するにつれて、供給電圧６２は下げられ得る。ステップ３１０乃至３８０は、供給電圧６２が如何なる温度変化にも適応的に適合することができるように、ループにおいて断続的に行われてよい。供給電圧６２に対する調整は、如何なる適切な時間間隔で行われてもよい。
【００４４】
本開示はいくつかの実施形態により記載されてきたが、無数の変更、変化、交代、変形及び改良が当業者には示唆され得、本開示は添付の特許請求の範囲の適用範囲内にあるこのような変更、変化、交代、変形及び改良を包含することが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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