(57)【要約】【課題】駆動電流を節約し、負荷の電流消耗を下げ、電力を節約できる容量性負荷の電流消耗を下げる構造及びその方法を提供する。【解決手段】容量性負荷の電流消耗を下げる構造は、駆動部品の出力端に対して、電圧信号を容量性負荷へ伝送する。そのうち、保存容量は、出力端と容量性負荷の間に設置し、切換スイッチは保存容量に切り換えて、出力端と容量性負荷に連接する。また容量性負荷の電流消耗を下げる方法は、出力端の電圧信号が転換した時、切換スイッチは先ず保存容量と容量性負荷の負荷容量を同等化する。同等化が完了した後、切換スイッチを切り換えて出力端と容量性負荷を連接し、容量性負荷に対して充電/放電を行う。【選択図】図３
2007243690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動部品の出力端に対して、電圧信号を容量性負荷へ伝送する容量性負荷の電流消耗を下げる構造において、
出力端と容量性負荷の間に設置する保存容量と、且つ、
保存容量に切り換えて、出力端と容量性負荷に連接する切換スイッチを含むことを特徴とする容量性負荷の電流消耗を下げる構造。
【請求項２】
駆動部品の出力端と、容量性負荷の間に設置する保存容量と、
保存容量に切り換えて、出力端と容量性負荷に連接する切換スイッチを含む容量性負荷の電流消耗を下げる方法において、
出力端の電圧信号が転換した時、切換スイッチは先ず保存容量と容量性負荷の負荷容量を同等化し、
同等化が完了した後、切換スイッチを切り換えて出力端と容量性負荷を連接し、容量性負荷に対して充電/放電を行うことを特徴とする容量性負荷の電流消耗を下げる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量性負荷の電流消耗を下げる構造及びその方法に関するもので、駆動電流を節約し、負荷の電流消耗を下げ、電力を節約できるものである。
【背景技術】
【０００２】
３Ｃが整合されるに従い、単一システムチップには、次々と多くの機能が含まれている。例として以前は携帯電話の機能は単純であったが、現在の携帯電話には多種の機能、例としてデジタルカメラ、ＭＰ３放送及びゲーム等の機能が備わって初めて消費者の興味を引く。しかしながら機能が常に増えていくと、電気消費量の問題が発生する。これらに求められるのは、単一チップに多くの機能を整合すること、更に電力の低消費を達成し、電池寿命を延ばすことである。
【０００３】
今日、ＩＣ製品の設計は日々複雑になり、電源の設計が成功しなければ、チップの設計も成功しない。このため、電源管理は、ＩＣ製品成功を決める鍵のひとつであり、チップを更に高機能、低消費にしなければならない。消耗効率は主に二つの部分である、原動力消耗(dynamic power)と静力消耗(static power)に分けられる。原動力消耗の原因は電流の切換、負荷容量の充電及び放電であり、静力消耗の原因は、漏電流(leakage current)、ＩＣの不通があった時で、製造工程のときに回路本体に微小な電流があり、それが消耗の原因となる。
【０００４】
そのうち、原動力消耗は主に、回路を稼動させるときにＰdynamic＝αＣLＶDD2ｆに示すように発生する。原動力消耗を負荷容量（ＣL）、供給電圧（ＶDD）及び周波数（ｆ）の乗積とする。すべてのスイッチ極が同時に切り換え運転するわけではないので、これに更にα因子を掛ける。αは半導体切り換えの平均値とし、百分率で表示する。
【０００５】
Ｐdynamic＝αＣLＶDD2ｆからわかるように、原動力消耗を下げたい時には、周波数、供給電圧及び負荷容量等の三方面から考える。進んだ製造工程の設計を使用すると、往々にして周波数を上げることが要求される。このため、この方法を実行するには、如何にして供給電圧及び負荷容量を下げるかが課題になる。
１．供給電圧を下げる：原動力消耗と供給電圧の平方は正比例する。このため、静力消耗を下げるためには電圧を下げることが効果的である。１９８０年代半導体は、ＣＭＯＳ製造へ進んだ後、原動力消耗を下げることに成功した。しかしながらＤＳＭ製造に入ってからは、供給電圧が臨界電圧(Threshold voltage)へ入ってしまい、効果が下がってしまう。この場合の方法は、個別に演算操作して異なる供給電圧を提供する。演算速度が下がった回路は供給電圧も低くなる。
２．負荷容量を下げる：負荷容量全体を下げることは、原動力消耗の別の方法である。時脈を常に切り換え続けると、負荷容量値は相対して高くなってしまう。つまり時脈ネットワークは全体の５０％を占める。そのため回路稼動が引き起こす原動力効率の消耗を下げたい時には、一時的に使用しなくてもいい時脈ネットワークを消して容量を下げ、原動力効率の消耗を下げる。例を挙げると、運用時の時脈選択の方法は、時脈信号を常時動かす一時保存器の使用を避け、有効に容量を最小化し、原動力効率の消耗を管理する。
【０００６】
図１に示すのは、容量性負荷の実施表示図であり、液晶パネルの駆動を例としている。現在パネル負荷の構造は、駆動部品１０（例：液晶駆動ＩＣ）は二つの半導体ＰＭとＮＭで電圧信号（高電圧標準位ＶDDと低電圧標準位ＶSS）を制御する。出力端ＶOUTを制御して信号を容量性負荷２０（例として液晶パネル）の負荷容量ＣL（例としてパネル上の同一列画素の全保存容量と寄生容量）まで伝送する。図２に示すのは出力端ＶOUTの電圧信号である。容量性負荷２０が駆動した時、負荷容量ＣLはすべて充電されるか（高電圧標準位ＶDDまで上がる）、すべて放電され（低電圧標準位ＶSSまで下がる）、負荷を駆動する。
【０００７】
今日、駆動部品１０の電流消耗は徐々に小さくなっており、相対する容量性負荷２０は往々にして主要な電流消耗となっている。もしも、供給電圧を下げることがなく、容量性負荷２０の運用に影響を与えないならば、負荷の電流消耗を下げ、即ち総電流の消耗は更に下がる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の主要目的は、供給電圧を下げず、また負荷容量を下げず、つまり現製品の設計を変更することなく、負荷の電流消耗を下げ、更には製品の総電流消耗を下げ、電力を節約することである。
【０００９】
本発明は、容量性負荷の電流消耗を下げる方法であり、駆動部品の出力端に保存容量を設置し、且つその保存容量に切換スイッチの制御を受け、出力端の電圧情報が変化した時、先ず暫時出力を止め、同時にこの保存容量と容量性負荷の負荷容量を同等化する。二つの容量が同等化した後、この同等化プログラムを閉じる。この時、容量性負荷の負荷容量は同等化された結果、負荷容量はすでにいくらかの電位が保存される。例として二分の一の電圧標準位を得るとする。
【００１０】
同等化を閉鎖した後、続いて出力端を開き、負荷容量に対して電圧情報を伝送する。この保存容量と容量性負荷の負荷容量はすでに同等化されているため、出力端は、負荷容量に於いて、すでに初歩の電圧標準位がある状況で、充電もしくは放電を行う。これによって、出力端は負荷容量の充電もしくは放電において、全標準位ではなく、更に多くの不必要な電流を消耗することなく、負荷容量の電圧標準位を負荷に必要な電圧標準位まで上げることができる。これにより、駆動電流を節約し、負荷の電流消耗を下げ、電力を節約できる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明は、駆動部品の出力端に対して、電圧信号を容量性負荷へ伝送する容量性負荷の電流消耗を下げる構造において、
出力端と容量性負荷の間に設置する保存容量と、且つ、
保存容量に切り換えて、出力端と容量性負荷に連接する切換スイッチを含むことを特徴とする容量性負荷の電流消耗を下げる構造としている。
請求項２の発明は、駆動部品の出力端と、容量性負荷の間に設置する保存容量と、
保存容量に切り換えて、出力端と容量性負荷に連接する切換スイッチを含む容量性負荷の電流消耗を下げる方法において、
出力端の電圧信号が転換した時、切換スイッチは先ず保存容量と容量性負荷の負荷容量を同等化し、
同等化が完了した後、切換スイッチを切り換えて出力端と容量性負荷を連接し、容量性負荷に対して充電/放電を行うことを特徴とする容量性負荷の電流消耗を下げる方法としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の容量性負荷の電流消耗を下げる構造及びその方法は、供給電圧を下げず、容量性負荷の運用に影響を与えずに、負荷の電流消耗を下げることができ、電流消耗が更に下がるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図３に示すのは、本発明の容量性負荷の実施図で、液晶パネルの駆動を例とする。このパネル負荷の構造は、駆動部品１００、保存容量、切換スイッチ１１０を含む。駆動部品１００（例：液晶駆動ＩＣ）は二つの半導体ＰＭとＮＭで電圧信号（高電圧標準位ＶDDと低電圧標準位ＶSS）を作り、出力端ＶOUTを制御して信号を容量性負荷２００（例として液晶パネル）の負荷容量ＣL（例としてパネル上の同一列画素の全保存容量と寄生容量）まで伝送する。保存容量ＣSは、出力端ＶOUTと容量性負荷２００の間に設置する。更に切換スイッチ１１０は、保存容量ＣSと出力端ＶOUTと容量性負荷２００の連接を切り換える。
【００１４】
この負荷容量ＣLは、初めて充電作業を行った後、この出力端ＶOUTの信号が負荷容量ＣLを転換して放電を行う時、切換スイッチ１１０は先ずこの保存容量ＣSと負荷容量ＣLを連接して同等化する。この時、高電圧標準位ＶDDの負荷容量ＣLは、保存容量ＣSに対して充電する。同等化完了を待って、切換スイッチ１１０が切り換わり、出力端ＶOUTと容量性負荷２００を連接し、負荷容量ＣLを放電し、その負荷容量ＣLを低電圧標準位ＶSSまで下げる。
【００１５】
この負荷容量ＣLを更に高電圧標準位ＶDDまで充電する時、この切換スイッチ１１０は先ず保存容量ＣSと負荷容量ＣLを連接して同等化する。この時、比較的高標準位の負荷容量ＣLは保存容量ＣSに対して充電する。同等化完成後、この切換スイッチ１１０が切り換わり、出力端ＶOUTと容量性負荷２００を連接し、容量性負荷２００に対して充電する。
【００１６】
これによって、この出力端ＶOUTは、負荷容量の充電もしくは放電に対して全標準位ではなくなる。更に不必要に消耗した電流は負荷容量の電圧を負荷が必要とする電圧標準位（余計に消耗した電流は切換スイッチ１１０の切換動作上にある）まで引き上げ、これによって駆動電流を節約でき、負荷の電流消耗を下げ、電力を節約する。
【００１７】
充電、放電の関係から本発明の各標準位の電圧算式を以下のように推計できる。
架設ＣS＝Ｘ、ＣL
そのうち、Ｘは、保存容量ＣSを負荷容量ＣLの比率の大きさと比較したものとする。初めの状態は負荷容量ＣLを出力端ＶOUTと接続し、且つ高電圧ＶDDまで充電し、保存容量ＣSは浮遊接続且つ電荷無保存である。
【００１８】
ステップ０．１
ＶOUT＝ＶDD＝ＮL；（半導体ＰＭを通じて負荷容量ＣLに充電する）
ＮS＝０；（保存容量ＣＳは浮遊接続状態である）
ステップ０．２
保存容量ＣSと負荷容量ＣLは切換スイッチ１１０を経て相互に電荷を分け合う。そのため、保存容量ＣSと切換スイッチ１１０の間の標準位ＮS電圧、及び負荷容量ＣLと切換スイッチ１１０の間の標準位ＮL電圧は、
ＮS＝ＮL＝（ＣL・ＶDD）/（ＣL＋ＸＣL）＝ＶDD/（１＋Ｘ）である。
ステップ０．３
ＶOUT＝ＮL＝ＶSS；（半導体ＮＭを通じて負荷容量ＣLへ放電する）
ＮS＝ＶDD/（１＋Ｘ）；
ステップ０．４
保存容量ＣSと負荷容量ＣLは切換スイッチ１１０を経て相互に電荷を分け合う。そのため、
ＮS＝ＮL＝((ＶDD/（１＋Ｘ）)・ＸＣL)/（ＣL＋ＸＣL）＝ＸＶDD/（１＋Ｘ）2；
【００１９】
ステップ１．１
ＶOUT＝ＶDD＝ＮL；
ＮS＝ＸＶDD/（１＋Ｘ）2；
ステップ１．２
ＮS＝ＮL＝（ＣL・ＶDD＋（ＸＶDD/（１＋Ｘ）2）・ＸＣL）/（ＣL＋ＸＣL）
＝（Ｘ2＋（１＋Ｘ）2ＶDD/（１＋Ｘ）3
Ｖout＝ＮL＋ＶSS
ＮS＝（Ｘ2＋（１＋Ｘ）2）ＶDD/（１＋Ｘ）3；
ステップ１．３
Ｖout＝ＮL＋ＶSS；
ＮS＝（Ｘ2＋（１＋Ｘ）2）ＶＤＤ/（１＋Ｘ）3；
ステップ１．４
ＮS＝ＮL＝（（（１＋Ｘ）2＋Ｘ2）ＶDD/（１＋Ｘ）3）・ＸＣL/（ＣL＋ＸＣL）
＝（Ｘ3＋Ｘ（１＋Ｘ）2）ＶDD/（１＋Ｘ）4。
【００２０】
前述のステップ０．１〜ステップ０．４及びステップ１．１〜ステップ１．４は、ｎ回循環した後、負荷容量ＣLは、高電圧標準位ＶDDから保存容量ＣSに対して電荷を分け合った後のポイントＮSの電圧は、
ＮS、H＝((１＋Ｘ)2n/（１＋Ｘ）2n+1)Σ（(Ｘ2i/（１＋Ｘ）2i)ＶDD)
＝（１/（１＋Ｘ））Σ((Ｘ2i/（１＋Ｘ）2i)・ＶDD；（そのうちｉ＝０〜ｎ）
ｎ→∞の時、ｌｉｍ  ＮS、H＝（１/（１＋Ｘ））ｌｉｍΣ((Ｘ2i/（１＋Ｘ）2i)・ＶDD ＝（１/（１＋Ｘ））・（(１/（１−（Ｘ2/（１＋Ｘ）2））・ＶDD)
＝（１/（１＋Ｘ））・（(１/(（２Ｘ＋１）/（１＋Ｘ）2))・ＶDD）
＝((Ｘ＋１)/（２Ｘ＋１）)・ＶDD。
【００２１】
同じ道理から、この負荷容量ＣLは低電圧標準位ＶSSから保存容量ＣSへ電荷を分け合った後のポイントＮSの電圧は、
ＮS、L＝（Ｘ（１＋Ｘ）2n/（１＋Ｘ）2n+2）Σ((Ｘ2i/（１＋Ｘ）2i)・ＶDD)
＝（Ｘ/（１＋Ｘ））Σ((Ｘ2i/（１＋Ｘ）2i)・ＶDD)；（そのうちｉ＝０〜ｎ）
ｎ→∞の時、ｌｉｍ  ＮS、L＝（Ｘ/（１＋Ｘ））ｌｉｍΣ((Ｘ2i/（１＋Ｘ）2i)・ＶDD)＝（Ｘ/（１＋Ｘ））・（（１/１−Ｘ2/（１＋Ｘ）2））・ＶDD）
＝（Ｘ/（１＋Ｘ））・((１/((２Ｘ＋１)/ （１＋Ｘ）2))・ＶDD)
＝（Ｘ/（２Ｘ＋１））・ＶDD。
【００２２】
そのため、保存容量ＣＳが負荷容量ＣＬと同じである時、即ちＸ＝１である時、容量性負荷２００の作動が安定した後、ＮS、H＝（１＋１）/(２ｘ１+１))・ＶDD  、  ＮS、L＝((１)/（２ｘ１＋１）)・ＶDD＝１/３ＶDDである。そのポイントＮSとＮLの電圧は、図４に示すとおり、ステップｎ.１の時、この出力端ＶOUTは容量性負荷２００と連接し、容量性負荷２００に対して充電する。この時、出力端ＶOUTは負荷容量ＣLに対して充電する。開始時、負荷容量ＣLは１/３ＶDD（低電圧標準位ＶSS＝０とする）まで充電されているので、ポイントＮLの電圧は、１/３ＶDDから高電圧ＶDDへ至る。またこのときのポイントＮSの電圧は１/３ＶDDに維持される。
【００２３】
充電プログラム終了してからステップｎ.２へ進み、この負荷容量ＣLが放電プログラムを実行する。この時、負荷容量ＣLは保存容量ＣSに対して同等化を実行し、このときのポイントＮSの電圧は、１/３ＶDDから２/３ＶDDへ上昇する。またこのポイントＮLの電圧は高電圧標準位ＶDDから２/３ＶDDへ下がる。
【００２４】
同等化が完了した後、ステップｎ.３へ進み、出力端ＶOUTが負荷容量ＣLと連接する。この時負荷容量ＣLは完全に放電し、この時のポイントＮLの電圧は２/３ＶDDから直接低電圧標準位ＶSSへ下がり、ポイントＮSの電圧は２/３ＶDDを維持する。
【００２５】
その後、負荷容量ＣLが充電される前に、ステップｎ.４へ進み、この時の保存容量ＣSは負荷容量ＣLに対して同等化を実行し、ポイントＮSの電圧は２/３ＶDDから１/３ＶDDへ下がり、この時のポイントＮLの電圧は低電圧標準位ＶSSから１/３ＶDDへ上がる。ステップｎ.４が完了してステップｎ.１へ進み、この循環が繰り返される。
【００２６】
同じ道理で、保存容量が負荷容量の比率と比較して二分の一になった時、即ちＸ＝１/２になった時、容量性負荷２００の作動が安定した後、
ＮS、H＝((１＋１/２)/（２ｘ（１/２）＋１）・ＶDD＝３/４ＶDD  、  ＮS、L＝((１/２)/（２ｘ（１/２）＋１）・ＶDD＝１/４ＶDDで、この各ポイントの電圧は図５に示すとおりである。
【００２７】
前述に戻ると、本発明の省電力率の算式は：Ｒ＝Ｘ/（２Ｘ＋１）であり、そのうち、Ｒはいくら電力を節約できるかの百分率であり、Ｘは保存容量ＣSを負荷容量ＣLと比較した比率の大きさである。そのため保存容量ＣSは負荷容量ＣLと同じである場合、例として負荷容量ＣLが２０ｐｆで且つ内建容量も２０ｐｆとする。即ちＸ＝２０ｐｆ/２０ｐｆ＝１、  Ｒ＝１/３で、本発明に於いて、保存容量ＣSは負荷容量ＣLと同じ状況の下、３３％電力を節約する。また、この保存容量ＣSが負荷容量ＣLと比較した比率が二分の一である時、負荷容量は２０ｐｆで内建容量は１０ｐｆであり、即ちＸ＝１０ｐｆ/２０ｐｆ＝１/２、Ｒ＝１/４で、本発明に於いて、本発明損容量ＣSは負荷容量ＣLと同じ状況の下、２５％電力を節約する。
【００２８】
このため、理論上、保存容量ＣSが負荷容量ＣＬより極端に大きくなった場合、つまりＸが無限大になった時、Ｒ＝１/２で算出し、本発明の構造の下最大昇殿率は５０％となる。
【００２９】
本発明は、保存容量ＣSに進んだ後、入った保存容量ＣSは負荷容量ＣLが同等化するため、出力端ＶOUTは負荷容量ＣLがすでに初歩の標準位状況下、充電もしくは放電を行う。これによって出力端ＶOUTの充電もしくは放電は全標準位ではなく、駆動電流が節約され、負荷の電流消耗も下がり、電力の節約ができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】公知の容量性負荷の表示図である。
【図２】図１の出力端の信号表示図である。
【図３】本発明の容量性負荷の表示図である。
【図４】本発明の保存容量が負荷容量と同じである時、各標準位点の信号表示図である。
【図５】本発明の保存容量が負荷容量と比較して比率が二分の一になった時、各標準位点の信号表示図である。
【符号の説明】
【００３１】
１００        駆動部品
１１０        切換スイッチ
２００        容量性負荷
【図１】
2007243690.tif 000003
【図２】
2007243690.tif 000004
【図３】
2007243690.tif 000005
【図４】
2007243690.tif 000006
【図５】
2007243690.tif 000007