KR20100124275A

KR20100124275A - 저 전류 모드를 이용한 스위치드 모드 전압 변환기 및, 저 전류 모드를 이용한 전압 변환을 실행하는 방법

Info

Publication number: KR20100124275A
Application number: KR1020107020013A
Authority: KR
Inventors: 프란시스쿠스 엔. 엠. 후예슈르; 야코부스 하르트센; 찹코 유일드릭스
Original assignee: 소니 에릭슨 모빌 커뮤니케이션즈 에이비
Priority date: 2008-03-12
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2010-11-26
Also published as: EP2274822A1; CN101965676A; US7928705B2; WO2009112900A1; CN101965676B; US20090230934A1

Abstract

호스트 전자 장치용 전압 변환 회로는, 제 1 노드에 결합된 입력 단자 및, 제 2 노드에 결합된 출력 단자를 가진 벅 변환기 회로, 상기 제 1 노드에 결합된 입력 및, 상기 제 2 노드에 결합된 출력을 가진 스위치드 커패시터 전압 변환기 회로를 포함한다. 상기 벅 변환기 회로는 제어 신호에 응답하여 선택적으로 인에이블되고 디스에이블되도록 구성될 수 있고, 상기 스위치드 커패시터 전압 변환기 회로는 상기 벅 변환기 회로가 디스에이블될 시에 동작하도록 구성될 수 있다.

Description

저 전류 모드를 이용한 스위치드 모드 전압 변환기 및, 저 전류 모드를 이용한 전압 변환을 실행하는 방법{SWITCHED MODE VOLTAGE CONVERTER WITH LOW-CURRENT MODE AND METHODS OF PERFORMING VOLTAGE CONVERSION WITH LOW-CURRENT MODE}

본 출원은, 2008년 3월 13일자로 출원되고, 명칭이 "SWITCHED MODE VOLTAGE CONVERTER WITH LOW-CURRENT MODE"인 미국 가특허 출원 제61/035,821호의 이권 및 우선권을 청구하며, 이의 개시물은 여기서 전적으로 참조로 포함된다.

본 발명은 전자 회로에 관한 것으로서, 특히, 전자 회로용 전압 변환기 회로에 관한 것이다.

무선 시스템에 이용되는 CMOS 회로와 같은 디지털 전자 회로는 전형적으로 매우 안정한 공급 전압에 의해 가동된다. 전형적으로, 1.8V의 전압이 요구된다. 리튬 전지와 같이 전자 장치에 이용되는 어떤 전지의 공칭 전압은 너무 높아 (예컨대, 3.3V - 4.2V), 전원 공급 전압으로서의 직접 이용에 충분히 안정적일 수 없다. 더욱이, 전지에 의한 출력 전압은 전지가 방전될 시에 강하(drop)한다. 그래서, 전지로부터의 입력 전압 신호를 수신하여, 전자 회로에 대한 전원 공급 전압으로서 이용될 수 있는 원하는 전압 레벨에서 안정 전압을 생성시키는 전압 변환기가 이용될 수 있다. 통상의 전압 변환기는, 전형적으로 2개의 스테이지, 즉, 공급 전압을 제 2 스테이지에 제공하기에 충분한 고정된 저 전압으로 입력 전지 전압을 변환하는 강압형(step-down) (또는 벅(buck)) 변환기, 및 강압형 변환기로부터 저 전압을 수신하여, 이에 응답하여, 예컨대, 1.8V의 안정 출력 전압을 제공하는 로우 드롭 아웃(Low-Drop Out (LDO)) 조정기 회로를 포함한다.

2개의 스테이지는 하나의 스테이지 대신에 이용될 수 있는데, 그 이유는 벅 변환기가 고 전압에서 저 전압으로 효율적으로 변환을 행할 수 있지만, 벅 변환기에 의한 출력 전압이 전압 리필(voltage ripple)이 너무 많아 일부 CMOS 회로를 직접 공급할 수 없기 때문이다. LDO 조정기는 저 리필을 가진 클린(clean) 출력 전압을 제공할 수 있다. 그러나, LDO 조정기는 고 전지 전압에 직접 접속될 시에 효율이 나쁠 수 있다.

변환기의 효율은 전형적으로 큰 부하 전류에 최적으로 된다. 부하 전류가 감소됨에 따라, 벅 변환기의 효율도 또한 감소한다. 또한, 벅 변환기의 누설 전류는 저 부하 전류에서 역할을 하도록 개시할 수 있다. 이것은 벅 변환기 내의 복합(complex) 회로 때문이다. 기존의 벅 변환기 회로는 저 출력 전류에서의 효율 강하를 감소시킬 수 있는 "펄스 주파수" 모드로 동작될 수 있다. 그러나, 정확한 출력 전압을 유지하는 복합 회로가 여전히 인에이블(enable)되므로, 누설 전류가 여전히 존재할 수 있다. 누설 전류의 문제는 일부 전자 장치의 대기 시간을 감소시켜, 누설 전류가 존재하지 않았을 경우에 가능한 것의 절반보다 적도록 할 수 있다.

일부 실시예는 호스트 전자 장치에 전압 변환 회로를 제공하며, 이 전압 변환 회로는, 제 1 노드에 결합된 입력 단자 및, 제 2 노드에 결합된 출력 단자를 가진 벅 변환기 회로, 상기 제 1 노드에 결합된 입력 및, 상기 제 2 노드에 결합된 출력을 가진 스위치드(switched) 커패시터 전압 변환기 회로를 포함한다. 벅 변환기 회로는, 제어 신호에 응답하여 선택적으로 인에이블되고 디스에이블(disable)되도록 구성될 수 있고, 스위치드 커패시터 전압 변환기 회로는, 상기 벅 변환기 회로가 디스에이블될 동안에 상기 제 1 노드를 통한 커패시터의 충전과, 상기 제 2 노드를 통한 커패시터의 방전 간에 반복적으로 스위치하고, 상기 벅 변환기가 인에이블될 동안에 상기 제 2 노드를 통한 커패시터의 방전을 중지하도록 구성될 수 있다. 전압 변환 회로는 상기 제 2 노드에 결합된 입력 단자를 포함하는 전압 조정기 회로를 더 포함할 수 있다.

상기 벅 변환기 회로는 제어 라인에 결합되는 인에이블 입력을 포함할 수 있고, 상기 벅 변환기 회로는 상기 제어 라인 상의 제어 신호에 응답하여 선택적으로 인에이블 및/또는 디스에이블되도록 구성될 수 있다.

상기 커패시터는 제 2 커패시터일 수 있고, 상기 스위치드 커패시터 전압 변환기 회로는 상기 제 2 노드와 접지 사이에 결합되는 제 1 커패시터 및 스위치를 포함할 수 있다. 상기 스위치는 상기 제 2 커패시터를 상기 제 1 노드 또는 상기 제 2 노드에 제어 가능하게 접속하도록 구성될 수 있다.

상기 스위치드 커패시터 전압 변환기 회로는 상기 스위치의 상태를 제어하도록 구성되는 스위치 제어 회로를 더 포함할 수 있다. 상기 스위치 제어 회로는, 비반전 입력, 반전 입력 및 출력을 포함하는 비교기, 및 상기 비교기의 상기 반전 입력에 결합된 기준 전압을 포함할 수 있다. 상기 비반전 입력은 상기 제 2 노드에 결합될 수 있고, 상기 출력은 상기 스위치의 제어 단자에 결합될 수 있다.

상기 전압 변환 회로는 상기 제 2 노드에 결합되는 입력 단자를 포함하는 전압 조정기 회로를 더 포함할 수 있다. 상기 기준 전압은, 상기 전압 조정기가 원하는 전압 레벨에서 안정 출력 전압을 생성시키기에 충분할 수 있는 전압 레벨을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 원하는 전압 레벨은 약 1.8 V일 수 있다.

상기 스위치 제어 회로는 상기 비교기의 출력과 상기 스위치의 사이에 접속되는 타이머 회로를 더 포함할 수 있다. 상기 타이머 회로는, 상기 제 2 노드에서의 전압이 상기 기준 전압보다 작음을 나타내는 상기 비교기로부터의 출력 신호에 응답하여, 출력 펄스를 생성하여, 상기 출력 펄스를 상기 스위치의 상기 제어 단자에 공급하도록 구성될 수 있다. 상기 타이머에 의해 생성되는 상기 출력 펄스의 지속 기간(duration)은 상기 제 1 커패시터를 상기 기준 전압보다 높은 전압으로 충전하기에 충분할 수 있다.

상기 전압 변환 회로는, 저 전류 모드로 배치되는 호스트 전자 장치에 응답하여 상기 벅 변환기를 디스에이블하도록 구성될 수 있는 제어기를 더 포함할 수 있다. 상기 제어기는, 고 전류 모드로 배치되는 상기 호스트 전자 장치에 응답하여 상기 벅 변환기를 인에이블하도록 더 구성될 수 있다.

상기 커패시터는 제 1 커패시터를 포함할 수 있고, 상기 스위치드 커패시터 전압 변환기 회로는, 제 2 커패시터, 상기 제 1 노드와 상기 제 2 노드 간에 상기 제 2 커패시터의 제 1 단자를 스위치하도록 구성되는 제 1 스위치, 및 상기 제 2 노드와 접지 간에 상기 제 2 커패시터의 제 2 단자를 스위치하도록 구성되는 제 2 스위치를 포함할 수 있다.

상기 전압 변환 회로는 상기 제 2 노드에 결합되는 스위치 제어 회로를 더 포함할 수 있으며, 상기 스위치 제어 회로는, 상기 제 1 스위치가, 기준 전압 레벨 아래로 떨어지는 상기 제 2 노드에서의 전압에 응답하여, 상기 제 2 커패시터의 제 1 단자를 상기 제 1 노드에 접속하고, 상기 제 2 커패시터의 제 2 단자를 상기 제 2 노드에 접속하도록 구성된다.

상기 스위치드 커패시터 전압 변환기 회로는, 상기 제 1 노드에 결합되는 전지, 상기 제 2 노드에 결합되는 인덕터, 상기 전지와 상기 인덕터의 사이에 결합되는 스위치, 상기 인덕터를 통해 전류를 측정하도록 구성되는 전류 측정 회로, 및 기준 전압 레벨 아래로 떨어지는 상기 제 2 노드에서의 전압에 응답하여, 상기 스위치가 상기 전지를 상기 인덕터에 접속하도록 구성되는 스위치 제어 회로를 포함할 수 있다.

일부 실시예에 따라 호스트 전자 장치에 대한 전압 변환을 실행하는 방법은, 상기 호스트 전자 장치가 고 전류 모드에 있는지 저 전류 모드에 있는지를 결정하는 단계, 고 전류 모드에 있는 장치에 응답하여 벅 변환기 회로를 인에이블하는 단계, 및 저 전류 모드에 있는 장치에 응답하여 벅 변환기 회로를 디스에이블하는 단계를 포함한다.

상기 방법은, 상기 벅 변환기가 인에이블될 동안에, 상기 벅 변환기의 출력 전압에서의 제 1 커패시터를 충전하고, 전지 전압 레벨에서는 제 2 커패시터를 충전하는 단계, 및 상기 벅 변환기가 디스에이블될 시에는 상기 제 1 커패시터를 방전하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 방법은, 상기 벅 변환기가 디스에이블될 동안에, 기준 전압 레벨 아래로 감소되는 상기 제 1 커패시터 상의 전압 레벨에 응답하여 상기 제 2 커패시터를 상기 제 1 커패시터에 접속하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 제 2 커패시터를 상기 제 1 커패시터에 접속하는 단계는, 상기 제 1 커패시터 상의 전압 레벨을 상기 기준 전압 레벨과 비교하는 단계, 상기 제 1 커패시터 상의 전압 레벨과 상기 기준 전압 레벨과의 비교에 응답하여 스위치 제어 신호를 생성하는 단계, 및 상기 스위치 제어 신호에 응답하여 상기 제 2 커패시터를 상기 제 1 커패시터에 제어 가능하게 접속하는 스위치의 상태를 변화시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 스위치 제어 신호를 생성하는 단계는, 상기 제 1 커패시터 상의 전압 레벨과 상기 기준 전압 레벨과의 비교에 응답하여 비교 신호를 생성하는 단계, 및 상기 비교 신호에 응답하여 제어 펄스를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 방법은, 상기 벅 변환기 회로가 디스에이블될 시에는 제 1 커패시터와 제 2 커패시터를 병렬로 접속하여, 제 1 및 2 커패시터 상의 전압이 기준 전압보다 작을 때까지 상기 제 1 및 2 커패시터를 방전시키는 단계, 및 상기 기준 전압보다 작은 상기 제 1 및 2 커패시터 상의 전압에 응답하여, 상기 제 1 및 2 커패시터를 직렬로 전지에 접속하여, 상기 제 1 및 2 커패시터를 직렬로 충전시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 방법은, 상기 벅 변환기 회로가 인에이블될 동안에는 커패시터를 충전시키는 단계, 상기 커패시터 상의 전압이 기준 전압보다 작을 때까지 상기 벅 변환기 회로가 디스에이블될 동안에 상기 커패시터를 방전시키는 단계, 및 상기 커패시터 상의 전압이 상기 기준 전압보다 작을 시에, 상기 커패시터에 접속된 인덕터에 전지를 접속하여, 상기 인덕터를 통해 상기 커패시터를 충전시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

일부 실시예에 따른 전압 변환기 회로는, 제 1 노드에 결합된 입력 단자 및, 제 2 노드에 결합된 출력 단자를 가져, 1차(primary) 모드 및 바이패스 모드로 동작하도록 구성되는 벅 변환기 회로를 포함하며, 상기 벅 변환기는, 전지 단자 입력과 인덕터의 사이에 접속되는 스위치, 상기 인덕터에 결합되어, 상기 인덕터를 통해 전류를 측정하도록 구성되는 전류 측정 회로, 상기 인덕터에 결합되는 커패시터, 및 상기 커패시터에 결합되어, 상기 스위치가 기준 전압 아래로 떨어지는 상기 커패시터 상의 전압에 응답하여 상기 전지를 상기 인덕터에 접속하도록 구성되는 스위치 제어 회로를 포함할 수 있다. 상기 전류 측정 회로는, 상기 스위치가 상기 인덕터 내의 전류 레벨에 응답하여 상기 인덕터로부터 상기 전지를 분리시키도록 구성될 수 있다.

일부 실시예에 따른 전자 장치는, 전지 전압 레벨을 가진 전지 전압을 수신하도록 구성되는 전지 단자, 상기 전지 전압 레벨보다 작을 수 있는 공급 전압에 응답하여 동작하도록 구성되는 통신 모듈, 및 상기 전지 전압을 상기 공급 전압으로 변환하도록 구성되는 전압 변환 회로를 포함한다. 상기 전압 변환 회로는, 제 1 노드에 결합된 입력 단자 및, 제 2 노드에 결합된 출력 단자를 가진 벅 변환기 회로, 상기 제 1 노드에 결합된 입력 및, 상기 제 2 노드에 결합된 출력을 가진 스위치드 커패시터 전압 변환기 회로, 및 저 전류 모드로 배치되는 호스트 전자 장치에 응답하여 상기 벅 변환기를 디스에이블하도록 구성되는 제어기를 포함한다.

도 1은 전력 관리 회로를 도시한 것이다.
도 2는 펄스 주파수 변조 (PFM) 모드 또는 펄스 폭 변조 (PWM) 모드로 동작되는 전형적 벅 변환기의 효율 곡선을 도시한 것이다.
도 3a, 3b 및 3c는 일부 실시예에 따른 전압 변환 회로를 도시한 것이다.
도 4, 5a, 5b 및 5c는 일부 실시예에 따른 동작을 도시한 흐름도이다.
도 6은 일부 실시예에 따른 호스트 전자 장치 및 관련된 통신 네트워크의 개략적 블록도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예들이 더욱 충분히 기술될 것이며, 여기서, 본 발명의 실시예들이 도시된다. 그러나, 본 발명은 많은 서로 다른 형태로 실시될 수 있고, 여기서 설명된 실시예로 제한되는 것으로 해석되지 않아야 된다. 오히려, 이들 실시예는, 본 개시물이 철저하고 완전하며, 본 발명의 범주를 당업자로 충분히 전달하도록 제공된다. 동일한 번호는 내내 동일한 소자를 나타낸다.

용어, 제 1, 제 2 등은 여기서 여러 소자를 기술하는데 이용될 수 있지만, 이들 소자는 이들 용어로 제한되지 않아야 하는 것으로 이해될 것이다. 이들 용어는 한 소자를 다른 소자와 구별하는데에만 이용된다. 예컨대, 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고, 제 1 소자는 제 2 소자라 칭하고, 제 2 소자는 제 1 소자라 칭한다. 여기에 이용된 바와 같이, 용어 "및/또는"는 하나 이상의 관련된 리스트된 항목의 어떤 및 모든 조합을 포함한다.

여기에 이용되는 술어는 특정 실시예만을 기술하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 단수의 형태 "a", "an" 및 "the"는, 문맥이 명백히 달리 나타내지 않으면, 복수의 형태도 또한 포함하는 것으로 의도된다. 여기에 이용되는 용어 "포함한다" 및/또는 "포함하는"는 진술된 특징, 완전체(integers), 단계, 동작, 소자, 및/또는 구성 요소의 존재를 열거하지만, 하나 이상의 다른 특징, 완전체, 단계, 동작, 소자, 구성 요소, 및/또는 이의 그룹의 존재 또는 부가를 배제하지 않는다.

달리 정의되지 않으면, 여기에 이용되는 (기술적 및 과학적 용어를 포함하는) 모든 용어는 본 발명이 속하는 당업자에 의해 통상 이용되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 여기에 이용되는 용어는, 본 명세서 및 관련 기술 분야와 관련하여 이들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되고, 여기서 달리 정의되지 않으면 이상적이거나 몹시 형식적인 면으로 해석되지 않는 것으로 이해될 것이다.

본 발명의 일부 실시예는, 본 발명의 실시예에 따른 방법, 시스템 및 컴퓨터 프로그램 제품의 흐름도 및/또는 블록도에 관련하여 아래에 기술된다. 흐름도 및/또는 블록도의 각 블록, 및 흐름도 및/또는 블록도의 블록의 조합은 컴퓨터 프로그램 명령에 의해 실시될 수 있는 것으로 이해될 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 명령은, 범용 컴퓨터, 특수 목적 컴퓨터, 또는 다른 프로그램 가능 데이터 처리 장치의 프로세서에 제공되어, 이 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능 데이터 처리 장치의 프로세서를 통해 실행하는 명령이 흐름도 및/또는 블록도 또는 블록에서 명기된 기능/작용을 실시하는 수단을 생성하도록 하는 머신을 생산할 수 있다.

이들 컴퓨터 프로그램 명령은 또한, 특정 방식으로 기능을 하도록 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능 데이터 처리 장치에 지시할 수 있는 컴퓨터 판독 가능 메모리 내에 저장되어, 컴퓨터 판독 가능 메모리 내에 저장된 명령이 흐름도 및/또는 블록도 또는 블록에서 명기된 기능/작용을 실시하는 명령 수단을 포함하는 제조물을 생산하도록 한다.

컴퓨터 프로그램 명령은 또한 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능 데이터 처리 장치 상에 적재되어, 일련의 동작 단계가 컴퓨터 실시 프로세스를 생성하도록 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능 장치 상에서 실행되어, 컴퓨터 또는 다른 프로그램 가능 장치 상에서 실행하는 명령이 흐름도 및/또는 블록도 또는 블록에서 명기된 기능/작용을 실시하는 단계를 제공하도록 한다.

상기 블록 내에 언급된 기능/작용은 동작 예시로 언급된 순서에서 벗어날 수 있는(out of the order) 것으로 이해될 수 있다. 예컨대, 포함된 기능/작용에 따라, 계속하여 도시된 2개의 블록은 사실상 거의 동시에 실행될 수 있거나, 이들 블록은 때때로 역 순서로 실행될 수 있다. 이들 블록도의 일부가 통신 경로 상에서 제 1 통신 방향을 나타내는 화살표를 포함하지만, 도시된 화살표에 대한 대향 방향으로 통신이 일어날 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

CMOS 회로와 같은 전자 회로에는 약 1.8V의 매우 안정한 공급 전압을 공급하는 것이 바람직할 수 있다. 무선 송수신기에 이용되는 회로는 특히, 어떤 교란이 수신기의 감도에 영향을 미칠 수 있을 시에 안정 전압 공급을 필요로 할 수 있다.

상술한 바와 같이, 전자 장치 (즉, 호스트 장치)의 통상의 전원 공급 회로는 벅 변환기 및 로우 드롭 아웃(LDO) 조정기 회로를 포함하는 2-스테이지 회로를 포함할 수 있다. 그러나, 이와 같은 장치는 저 부하 전류 조건 하에 받아들이기 어려운 고 레벨의 누설 전류를 가질 수 있다.

많은 응용에서, 그것은 더욱 큰 전류가 전원 공급부로부터 필요로 될 시에 사전에 알려진다. 예컨대, 블루투스 무선 시스템에서, 송수신기는 슬립 모드(sleep mode)와 활성 모드(active mode)로 선택적으로 동작될 수 있다. 가끔, 호스트 장치는 슬립 모드에서 송수신기를 활성화시켜, 정보를 수신 및/또는 송신할 수 있다. 호스트 장치의 제어기는, 송수신기가 활성화될 시기를 알고 있어, 이에 의해 보다 큰 전류가 전원 공급부로부터 필요로 되는 시기를 예측할 수 있다. 본 발명은 블루투스 또는 다른 무선 장치로 제한되지 않고, 고 전류 활성 모드 및 저 전류 슬립 모드로 동작하거나, 이들 모드로 동작하는 구성 요소를 가진 어떤 시스템에 이용될 수 있음을 알게 될 것이다.

호스트 장치의 예상 부하 전류에 관한 정보는 2개의 모드, 하나는 저 부하 전류를 위해 조정되는 성능을 가진 모드, 및 다른 하나는 고 부하 전류를 위해 조정되는 성능을 가진 모드로 전원 공급부를 동작시키는데 이용될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 저 부하 전류의 기간 동안에 전압 변환기로서 이용될 수 있는 스위치드 커패시터 전압 변환기 회로는 고 부하 전류의 기간 동안에 전압 변환기로서 이용될 수 있는 벅 변환기 회로와 통합된다. 전압 변환기의 동작 모드는 전압 변환기가 채용되는 호스트 장치의 제어기에 의해 출력되는 제어 신호를 통해 제어될 수 있다.

도 1은 라디오와 같은 전자 장치의 통상의 전력 관리 회로(10)를 도시한 것이다. 전지(12)는 입력 전압으로서의 단자 전압을 고 효율의 강압형 벅 변환기(14)에 공급한다. 이 전지의 단자 전압은 충분히 충전된 전지에 대해 4.2 V만큼 높을 수 있다. 단자 전압은 먼저 벅 변환기(14)에 의해 약 2 V의 중간 레벨까지 낮은 값으로 감소된다. 벅 변환기의 설계는 본 기술 분야에 잘 알려져 있어, 여기서 상세히 기술될 필요가 없다.

벅 변환기의 출력 전압이 바람직하지 않게 높은 레벨의 전압 리플을 여전히 가질 수 있으므로, 로우 드롭 아웃(LDO) 조정기(16)를 이용하여 제 2 전압 변환이 실행된다. LDO 조정기의 설계는 본 기술 분야에 잘 알려져 있어, 여기서 상세히 기술될 필요가 없다.

무선 송수신기와 같이 LDO 조정기(16)에 의해 부하 회로(18)로 출력되는 최종 전압은 안정한 1.8 V일 수 있으며, 이는 일부 CMOS 회로가 정확히 동작하도록 하는데 필요로 될 수 있다. LDO 조정기(16)의 입력 및 출력 전류는 실질적으로 동일하다. 그러나, 벅 변환기(14)의 입력과 출력 전류 간의 비율은 그의 출력 및 입력 전압 간의 비율에 비례한다.

벅 변환기(14)가 고 부하 전류에 대해서는 고 전력 효율을 갖지만, 이 효율은 저 부하 전류에 대해서는 보다 나쁠 수 있다. 예컨대, 도 2는 Texas Instruments (T1) 모델 TPS623×× 벅 변환기의 효율 곡선을 도시한 것이다. 10-100 mA 범위 내의 부하 전류에 대해, 효율은 칩이 PFM (Pulse Frequency Modulation) 모드에서 동작할 시에 85-90%이다. PFM 모드에서 벅 변환기를 동작하는 것이 저 부하 전류 상황에 특히 중요하다는 것을 알게 될 것이다. PWM (Pulse Width Modulation) 모드만을 이용하면, 효율은, 부하 전류가 50mA보다 낮을 시에 빠르게 떨어진다. T1 칩 내의 PFM 모드는 이미 저 부하 전류에 개선된 효율을 제공한다. 그러나, 상당한 저 부하 전류 (예컨대, 100 ㎂)의 경우, 효율은 30% 아래로 떨어질 수 있음을 도 2에서 알 수 있다.

(헤드셋 및 시계(watches)와 같은) 일부 블루투스 애플리케이션에서, 호스트 장치는 주로 "스니프(sniff)" 모드로 동작되는 "슬래브(slave)" 장치이다. 이 모드에서, 슬래브 장치는 여전히 마스터 장치에 고정되어 있지만, 듀티 사이클이 매우 낮다. 슬래브 장치는 단지 마스터 송신을 듣도록 1 또는 2 초마다 한번씩 웨이크업(wake up)한다. 대부분의 시간, 슬래브 장치는, (Low Power Oscillator, 또는 LPO와 같은) 실시간 클록 및 일부 타이머만이 실행하는 슬립 모드에 있다. 슬립 전류는 약 20-25㎂이다. 100% 효율 및, 공급 전압의 두배인 전지 전압으로, 10-12 ㎂의 전지의 방전 전류가 예상된다. 대신에, 벅 변환기(14)가 더욱 효율적인 PFM 모드에서 동작된다는 사실에도 불구하고, 50 ㎂의 방전 전류가 측정될 수 있으며, 이는 결과적으로 (벅 변환기(14) 내의 누설 전류를 포함하는) 벅 변환기(14)의 효율을 제한하는 것으로 믿는다.

일부 실시예에 따른 전압 변환기 회로(20A)는 도 3a에 도시된다. 전압 변환기 회로(20)는, 일부 실시예에 따라, 저 전류 슬립 모드 및 고 전류 활성 모드의 양방에서 효율적으로 동작하도록 구성될 수 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 전압 변환기 회로(20A)는 제 1 노드 N1에서 전지 B1의 공급 단자에 결합되는 입력 단자를 가진 벅 변환기(14)를 포함한다. 벅 변환기(14)의 출력 단자는 제 2 노드 N2에서 LDO 조정기(16)의 입력 단자에 결합된다. 벅 변환기(14)는 인에이블 입력 E을 포함한다. 제어기(30)는 MODE INPUT 제어 신호를 라인(24)을 통해 벅 변환기(14)의 인에이블 입력 E에 공급한다. 따라서, 벅 변환기(14)는 제어기(30)에 의해 출력되는 MODE INPUT 제어 신호에 의해 인에이블/디스에이블될 수 있다. 벅 변환기(14)가 디스에이블되면, 벅 변환기(14)의 입력은 고 임피던스 상태에 위치되고, 벅 변환기(14)의 출력은 플로트(float)하도록 허용된다. 인덕터 L1는 벅 변환기의 통상의 소자이고, 전형적으로 분리 구성 요소로서 공급된다.

노드 N2에서의 LDO 조정기(16)의 입력과 접지 사이에는 제 1 커패시터 C1가 결합된다. 스위치 S1와 접지 사이에는 제 2 커패시터 C2가 결합된다. 스위치 S1는, 제 2 커패시터 C2를 제어 가능하게, 라인(21)을 통해 전지 B1의 공급 단자에 접속하거나, 라인(22)을 통해서는 노드 N2에서 제 1 커패시터 C1에 접속한다.

스위치 S1는, 비교기 U, 타이머 T, 및 기준 전압 Vref을 포함하는 스위치 제어 회로(26)에 의해 제어된다. 비교기 U의 비반전 입력(+)은 라인(25)을 통해 노드 N2에서 LDO 조정기(16)의 입력 단자에 결합되지만, 비교기 U의 반전 입력(-)은 기준 전압 Vref에 결합된다. 비교기 U의 출력은 타이머 T의 입력에 결합되고, 타이머 T의 출력은 제어 라인(23)을 통해 스위치 S1에 결합된다. 제 1 및 2 커패시터 C1, C2 및 스위치 제어 회로(26)는, 아래에 기술되는 바와 같이, 벅 변환기(14)가 디스에이블될 시에 동작하는 스위치드 커패시터 전압 변환기를 제공한다.

호스트 장치에서 동작하는 응용 프로그램이 실행될 동작을 요구하면, 제어기(30)는 요구된 동작이 호스트 장치를 고 전류 모드 (예컨대, 활성 모드)로 위치하는지 저 전류 모드 (예컨대, 슬립 모드)로 위치하는지를 결정할 수 있다. 이런 결정에 응답하여, 고 전류 모드의 벅 변환기(14) 또는 저 전류 모드의 스위치드 커패시터 변환기를 이용하도록 결정이 행해진다. 제어기는 호스트 장치가 저 전류 소모 모드이거나 이 모드에 있을 것인지를 결정하면, 제어기는 벅 변환기(14)가 서트 다운(shut down)(즉, 디스에이블)되도록 하는 라인(24) 상에 MODE INPUT 신호를 출력한다. 이것은 벅 변환기(14) 내의 누설 전류를 감소 및/또는 제거할 수 있다. 더욱이, 벅 변환기(14)가 디스에이블되면, 스위치드 커패시터 전압 변환기는 아래에 기술되는 바와 같이 자동으로 활성화된다.

상술한 바와 같이, 스위치드 커패시터 전압 변환기는 제 1 커패시터 C1 및 제 2 커패시터 C2, 무슨 노드 C2가 접속되는 지를 결정하는 스위치 S1, 비교기 U 및 타이머 T를 포함한다. 제 2 커패시터 C2는 통상 전지 B1에 접속된다. 그래서, 벅 변환기(12)가 인에이블될 동안에, 제 2 커패시터 C2는 제 2 커패시터 C2에 걸친 전압이 전지 전압과 동일하게 충전되어 있다. 제 1 커패시터 C1는 벅 변환기(14)의 출력에 의해 충전된다.

벅 변환기(14)가 디스에이블되면, 제 1 커패시터 C1에 걸친 전압은 호스트 장치가 이용하는 작은 전류 때문에 완만하게 떨어질 것이다. 기준 전압 Vref은, LDO의 출력에서 조정된 1.8V의 출력 전압을 유지하기에 충분히 높은 전압을 출력한다. 비교기 U는 LDO로의 입력 전압이 기준 전압 Vref보다 낮음을 검출하면, 비교기는 타이머 T에 의해 출력 펄스로 변환되는 신호를 출력한다. 출력 펄스의 지속 기간은 제 2 커패시터 C2에서 제 1 커패시터 C1로의 전하 전달이 일어나기에 충분한 시간을 제공해야 한다. 제 1 커패시터 C1 상의 최종 전압 레벨은 전지 전압 B1, 기준 전압 Vref, 및 비율 C1/C2에 의존한다. 도 3a의 실시예에서, C1은 C2보다 많이 클수 있다. 출력 펄스가 너무 길면, C1 및 C2는 동시에 방전될 것이고, 그것이 너무 짧으면, 제 1 커패시터 C1는 충분히 충전되지 않을 수 있다. 그러나, 출력 펄스의 정확한 지속 기간은 변할 수 있다.

출력 펄스는 스위치 S1가 순간적으로 제 2 커패시터 C2를 라인(22)을 통해 제 1 커패시터 C1에 접속하도록 한다. 이 때에, 전하 전달이 일어날 것이다. 제 2 커패시터 C2 내에 저장되는 전하의 부분은 제 1 커패시터 C1 내로 흘러, 제 1 커패시터 C1에 걸친 전압을 상승시킬 것이다. C1 및 C2의 병렬 조합에 걸친 최종 전압은 커패시턴스 C1 및 C2의 비율에 의해 결정될 것이고, 설계에서 자유 등급(a degree of freedom)이다

전하 재분포가 완전할 시에 미리 정해진 시간 (즉, 출력 펄스 지속 기간) 후에, 커패시터 C2는 다시 전지 B1에 접속되어, 그것이 다시 충전할 것이다. 비교기 U가 다시 노드 N2에서 너무 낮은 전압을 검출하면, 프로세스 자체가 반복할 것이다. 호스트 장치가 저 전류 모드에 있을 동안에, 반복율(repetition rate)은 그 자체가 자동으로 조정하여, 회로가 호스트 장치에 의해 필요로 되는 실제 (저) 레벨 전류를 제공할 수 있다. 실제적인 구성에서, 비교기 U 및 기준 전압 Vref은 이미 LDO에 제공된 일부 기존의 회로를 이용하여 실시될 수 있다.

그래서, 일부 실시예에 따르면, 활성 모드 및 대기 모드의 양방에서 동작하는 저 전력 전자 장치의 대기 시간은 상당히 연장될 수 있다.

도 4는 일부 실시예에 따른 동작을 도시한 흐름도이다. 도 3a 및 4를 참조하면, 제어기(30)는 전압 변환 회로(20)가 위치되는 휴대용 라디오와 같은 호스트 전자 장치의 동작 모드를 검출/예측한다 (블록 42). 즉, 제어기(30)는, 호스트 장치가 고 전류 모드 (예컨대, 활성 모드)에 있는지 저 전류 모드 (예컨대, 슬립 모드)에 있는지, 또는 이들 양방의 모드에 막 위치될려고 하는지를 결정한다. 호스트 장치가 고 전류 모드에 있거나 이 모드에 막 위치될려고 결정되면 (블록 44), 벅 변환기(14)는 제어 라인(24) 상의 MODE INPUT 신호를 통해 벅 변환기(14)의 인에이블 입력 E로 인에이블된다 (블록 46). 벅 변환기(14)가 인에이블되면, 제 1 커패시터 C1는 벅 변환기(14)의 출력 전압 레벨에서 충전되고, 제 2 커패시터 C2는 전지 B1의 전압 레벨에서 충전된다.

그렇지 않으면, 호스트 장치가 저 전류 모드에 있거나 이 모드에 막 위치될려고 결정되면, 벅 변환기(14)는 제어 라인(24) 상에 제공된 MODE INPUT 신호를 통해 벅 변환기(14)의 인에이블 입력 E로 디스에이블된다 (블록 48). 벅 변환기(14)가 인에이블되거나 디스에이블된 후에, 제어는 블록 42으로 복귀하고, 제어기는 다시 장치의 동작 모드를 검출/예측한다.

도 5a는 벅 변환기(14)가 디스에이블될 시에 (즉, 호스트 장치가 저 전류 모드에 있을 시에) 실행될 수 있는 일부 동작을 도시한 것이다. 도 5a를 참조하면, 벅 변환기(14)가 디스에이블되면, 제 1 커패시터는 LDO 조정기(16)로 방전된다 (블록 50). 더욱이, 벅 변환기(14)가 디스에이블되고, 제 1 커패시터 C1 상의 전압 레벨이 기준 전압 레벨 Vref 아래로 감소되면 (블록 52), 제 2 커패시터 C2는 스위치 S1를 통해 제 1 커패시터 C1에 접속된다 (블록 54). 제 2 커패시터 C2 내의 저장된 전하는 제 1 커패시터 C1로 전달되어, 제 1 커패시터 C1를 충전한다 (블록 56). 충분한 전하가 제 1 커패시터에서 제 2 커패시터로 전달되었으면, 제 2 커패시터는 전지 B1에 접속된다 (블록 58).

제 1 커패시터 C1 상의 전압 레벨을 기준 전압 레벨 Vref과 비교하여, 이 비교에 응답하여 스위치 제어 신호를 생성시킴으로써, 제 2 커패시터 C2가 제 1 커패시터 C1에 접속될 수 있다. 스위치 S1의 상태는 제 2 커패시터 C2를 제 1 커패시터 C1에 제어 가능하게 접속하도록 스위치 제어 신호에 응답하여 변경될 수 있다. 상술한 바와 같이, 상기 비교에 응답하여 제어 펄스는 타이머 T에 의해 생성될 수 있고, 제어 펄스는 스위치 S1의 상태를 제어하는데 이용될 수 있다.

다른 실시예에 따른 전압 변환기 회로(20B)는 도 3b에 도시된다. 도 3a의 전압 변환기 회로(20A)의 소자와 유사한 전압 변환기 회로(20B)의 소자는 동일한 참조 번호를 갖는다.

도 3a의 전압 변환기 회로(20A)와 비교하면, 도 3b의 전압 변환기 회로(20B)는 여분 스위치 S2를 포함한다. 스위치 S1 및 S2는 동시에 동작하고, 양방이 타이머 T의 출력 펄스가 출력되는 제어 라인(23)에 의해 제어된다. 스위치 S1 및 S2는 통상 양자 모두 위치 "b"에 있으며, 여기서, 제 1 스위치 S1는 제 2 커패시터 C2의 한 단자를 노드 N2에 접속하고, 제 2 스위치 S2는 제 2 커패시터 C2의 다른 단자를 접지에 접속한다. 결과로서, 제 1 및 제 2 커패시터 C1 및 C2는 병렬로 접속된다. 벅 변환기(14)가 인에이블되면, 제 1 및 제 2 커패시터 C1 및 C2는 벅 변환기(14)의 출력 전압에서 충전된다.

벅 변환기(14)가 디스에이블되면, 제 1 및 제 2 커패시터 C1 및 C2는 양자 모두 LDO(16)의 작은 입력 전류에 의해 방전된다. 비교기 U가 노드 N2에서 LDO로의 입력이 기준 전압 Vref보다 낮음을 검출하면, 비교기는 타이머 T에 의해 변환되는 신호를 제어 라인(23) 상의 출력 펄스로 출력한다. 제어 라인(23) 상의 출력 펄스는, 제 2 커패시터 C2의 한 단자가 전지 B1에 결합되고, 다른 단자가 노드 N2에 결합되는 위치 "a"로 스위치 S1 및 S2가 스위치시키도록 한다. 그리고 나서, 제 1 및 제 2 커패시터 C1 및 C2는 전지 B11와 접지 사이에서 직렬로 접속된다. 결과로서, 제 1 및 제 2 커패시터 C1 및 C2는 전지 B1에 의해 충전된다. 커패시턴스 C1 및 C2가 통상 동일하면, 이들 커패시턴스는 양자 모두 전지 전압의 절반으로 충전된다. 타이머 T에 의해 제공되는 출력 펄스가 종료하면, 스위치 S1 및 S2는 "b" 위치로 되돌려 보내고, 커패시터 C1 및 C2는 병렬로 위치되어, 전지 전압의 절반으로 충전된다.

도 3b의 실시예에서, 커패시터 C1 및 C2는 통상 동일한 값이다. 결과로서, 충전 후에 커패시터 C1 및 C2의 각각에 걸친 전압은 전지 전압의 절반이다. 도 3b에 도시된 회로(20B)에 대한 수정은 다른 전압 비율이 바람직할 경우에 가능하다. 예컨대, 2/3 비율은, 각 3개의 커패시터의 2개의 뱅크(banks)를 직렬로 배치함으로써 달성될 수 있다. 충전 후에, 3개의 뱅크는 병렬로 접속될 수 있으며, 각 뱅크는 직렬의 2개의 커패시터를 갖는다.

벅 변환기(14)가 디스에이블될 시의 전압 변환기 회로(3B)의 동작은 도 5b에 도시된다. 도 3b 및 5b를 참조하면, 벅 변환기(14)가 디스에이블되면 (즉, 호스트 장치가 저 전류 모드에 있으면), 커패시터 C1 및 C2의 병렬 조합은 LDO 조정기(16)로 방전된다 (블록 60). 더욱이, 벅 변환기(14)가 디스에이블되고, 제 1 및 2 커패시터 C1, C2 상의 전압 레벨이 기준 전압 레벨 Vref 아래로 감소되면 (블록 62), 제 2 커패시터 C2는, 스위치 S2를 통해서는 제 1 커패시터 C1에 직렬로 접속되고, 스위치 S1를 통해서는 전지에 직렬로 접속된다 (블록 64). 제 1 및 2 커패시터는 전지 B1에 의해 충전된다 (블록 66). 충분한 전하가 전지 B1에서 제 1 및 2 커패시터 C1, C2로 전달되었으면, 제 2 커패시터 C2는 제 1 커패시터 C1에 병렬로 접속된다 (블록 68).

추가적 실시예에 따른 전압 변환기 회로(20C)는 도 3c에 도시된다. 도 3a의 전압 변환기 회로(20A)의 소자와 유사한 전압 변환기 회로(20C)의 소자는 동일한 참조 번호를 갖는다. 도 3c의 실시예에서, 벅 변환기(14C)는 MODE INPUT 신호(24)에 응답하여 정상 모드 및 바이패스 모드로 동작할 수 있다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 전압 변환기 회로(20C)의 벅 변환기(14C)는, 스위치 S3, 다이오드 D1, 셋/리셋 플립플롭 FF1과 같은 데이터 래치, 및 전류 측정 회로(31)를 포함한다. 타이머 출력 펄스는, 제어 라인(23) 상에서, S/R 플립플롭 FF1의 SET 입력 S에 제공된다. 전지 B1는 스위치 S3에 접속되고, 이는 S/R 플립플롭 FF1의 출력에 의해 제어된다. 전류 측정 회로(31)는 인덕터 L1를 통해 흐르는 전류를 측정하여, 측정된 전류에 응답하여 S/R 플립플롭 FF1의 RESET 입력 R로의 입력을 제공한다.

전압 변환기 회로(20C)의 동작은 도 5c에 도시된다. 도 3c 및 5c를 참조하면, 호스트 장치가 저 전류 모드에 들어가면, 벅 변환기(14C)는 전압 변환이 다음과 같이 실행되는 바이패스 모드로 위치된다. 제 1 커패시터 C1에 걸친 전압은 호스트 장치가 이용하는 작은 전류 때문에 완만하게 떨어질 것이다 (블록 70). 비교기 U는 LDO 조정기(16)로의 입력 전압이 기준 전압 Vref보다 낮음을 검출하면, 비교기 U는 타이머 T에 의해 출력 펄스로 변환되는 신호를 출력한다. 이 출력 펄스는 SET 입력 S를 통해 플립플롭 FF1을 활성화시킬 것이다 (블록 74). 활성화된 플립플롭 FF1은 스위치 S3를 턴온할 것이고, 선형적으로 증가하는 전류는, 전지 B1에서 스위치 S3, 인덕터 L1 및 전류 측정 회로(31)를 통해 커패시터 C1로 흐르기 시작할 것이다. C1에 걸친 전압은 상승하기 시작할 것이고, 에너지는 인덕터 L1의 자기장에 구축될 것이다.

인덕터 L1를 통한 전류가 스위치 S3 및 인덕터 L1의 전류 능력에 의존하는 미리 정해진 최대값에 도달하면, 전류 측정 회로(31)는, RESET 신호를 플립플롭 FF1의 RESET 입력 R에 인가함으로써 플립플롭 FF1을 리셋할 것이다 (블록 76). 리셋에 응답하여, 플립플롭 FF1은 스위치 S3를 턴오프 (즉, 개방)하여, 전류가 다이오드 D1를 통해 흐르도록 하여, 변환될 인덕터 L1 내의 자기장의 에너지가 커패시터 C1 내에 충전하도록 한다 (블록 78). 커패시터 C1에 걸친 전압은 이제 상승하고, 프로세스는, 노드 N2에서의 전압이 기준 전압 Vref 아래로 다시 떨어졌을 시에 다시 개시할 것이다.

이 프로세스의 실제 반복율은 호스트 장치가 이용하고 있는 전류에 의해 자동으로 조정된다. 이것은 통상의 벅 변환기의 정상 "PWM" 동작 모드와 대조될 수 있는데, 그 이유는 스위칭 주파수가 일정하고, 스위치 S3에 대한 듀티사이클만이 제어 루프에 의해 조정되기 때문이다. 그것은 또한 통상의 벅 변환기의 저 전력 "PFM" 동작 모드와 상이한데, 그 이유는 벅 변환기가 PWM 모드에서 적은 기간 동안 동작하고, 보다 긴 기간 동안에 디스에이블되기 때문이다.

일부 실시예에서, LDO 조정기(16)에 제공된 회로는 도 3a, 3b 및 3c에서 스위치 제어 회로(26) 내의 비교기 기능을 실시하도록 채용될 수 있다. 예컨대, 비교기 및 기준 전압은 출력 전압을 안정 레벨로 조정할 LDO 조정기(16) 내의 폐루프 시스템의 부분이다. 입력 전압과 출력 전압 간의 변환 계수를 제어하는데 이용되는 피드백 신호는 타이머 T에 대한 입력으로서 재사용될 수 있다. 결과로서, 일부 실시예에 따라 전압 변환기 회로를 실시하기 위해 매우 적은 부가적 회로 및/또는 전력 소비가 필요로 될 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에 따른 예시적 호스트 전자 장치(80)는 도 6에 도시된다. 본 발명의 실시예들이 무선 통신 단말기와 관련하여 예시되지만, 본 발명은 유선 이동 및/또는 고정(nonmobile) 통신 단말기 및 다른 전자 장치 및 방법을 포함할 수 있다. 휴대용 전자 장치(80)는, 하나 이상의 다른 무선 단말기 간의 직접 무선 통신 인터페이스, 하나 이상의 셀룰러 기지국을 통한 다른 무선 통신 인터페이스, 및/또는 무선 근거리 통신망 (WLAN) 라우터를 통한 다른 무선 통신 인터페이스를 통해 하나 이상의 다른 무선 단말기와 데이터를 통신하도록 구성될 수 있다. 휴대용 전자 장치(80)는 셀룰러 전화가 아니라, 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 핸드헬드 GPS 유닛, 또는 다른 타입의 전자 장치와 같은 디스플레이 스크린을 포함하는 어떤 다른 타입의 휴대용 전자 장치일 필요가 있음을 알게 될 것이다.

휴대용 전자 장치(80)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 무선 전화 통신 시스템(92)의 일부를 형성하는 이동 무선 전화일 수 있다. 시스템(92)은 휴대용 전자 장치(80) 및, 무선 통신 네트워크(92)의 부분인 송수신기 기지국(93)을 포함한다. 본 발명의 일부 실시예에서, 송수신기 기지국(93)은, 셀룰러 네트워크에서 개별 셀을 규정하는 무선 송수신기(들)를 포함하고, (인터페이스(97)를 통해) 휴대용 전자 장치(80)와 통신하며, 무선 링크 프로토콜을 이용하여 셀 내의 다른 이동 단말기와 통신한다. 본 발명의 일부 실시예에서, 많은 송수신기 기지국은, 예컨대, 이동 스위칭 센터 및 무선 통신 네트워크를 규정할 다른 장치를 통해 접속될 수 있다. 송수신기 기지국(93)은 통신 링크(99)를 경유하여 인터넷과 같은 데이터 통신 네트워크(96)에 접속될 수 있다. 통신 링크(99)는, 무선 통신 네트워크의 소자 및/또는 하나 이상의 게이트웨이, 라우터, 또는 다른 통신 노드를 포함할 수 있음을 알게 될 것이다.

도시된 실시예 내의 휴대용 전자 장치(80)는, 휴대용 하우징 조립체(81), 제어기 회로(83) ("제어기"), 통신 모듈(84), 메모리(85), 전지(86) 및, 전지(86)에 의해 출력되는 전압을 장치(80)에 의해 이용 가능한 전압 레벨로 변환하는 전압 변환기 회로(20)를 포함한다. 전압 변환기 회로(20)는 도 3a 내지 3c에 도시된 바와 같은 구성을 가질 수 있고, 및/또는 도 4, 5a, 5b 및/또는 5c의 흐름도에 따라 동작할 수 있다.

휴대용 전자 장치(80)는, 디스플레이 스크린(82A), 스피커(82B), 하나 이상의 입력 장치(82C), 및 카메라(82D)를 포함하는 사용자 인터페이스(82) (즉, 주요 머신 인터페이스)를 더 포함할 수 있다. 입력 장치(82C)는, 통상의 무선 전화에서 발견될 수 있는 바와 같이 하나 이상의 문자 뿐만 아니라 숫자에 대응하는 키를 포함하는 숫자 키보드일 수 있는 키보드를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 입력 장치(82C)는, 예컨대, 썸(thumbs)을 이용하여 동작될 수 있는 전체 QWERTY 키보드를 포함할 수 있다. 하나 이상의 입력 장치(82C)가 포함될 수 있다.

카메라(82D)는 CCD (전하 결합 소자), CMOS (상보형 MOS) 또는 다른 타입의 이미지 센서를 가진 디지털 카메라를 포함할 수 있고, 정지 이미지 및/또는 이동 이미지를 기록하여, 이들 이미지를 표시 및/또는 조작에 적절한 포맷으로 변환하도록 구성될 수 있다.

디스플레이 스크린(82A)은 어떤 적절한 디스플레이 스크린 조립체일 수 있다. 예컨대, 디스플레이 스크린(82A)은 보조 라이팅(auxiliary lighting) (예컨대, 라이팅 패널)을 가지거나 가지지 않은 액정 디스플레이 (LCD)일 수 있다. 어떤 경우에, 휴대용 전자 장치(80)는 특정 품질의 비디오 내용을 플레이(play)할 수 있다. 예컨대, 휴대용 전자 장치(80)는, 16:9 또는 4:3과 같은 특정 종횡비를 가진 비디오 스트림을 디스플레이하도록 구성될 수 있다. 따라서, 휴대용 전자 장치(80)는 하나 이상의 서로 다른 디스플레이 포맷으로 비디오를 디스플레이할 수 있다.

디스플레이 스크린(82A)은, 터치(touches)를 검출하여, 검출된 터치를 제어기(83)에 의해 처리될 수 있는 위치 정보로 변환하도록 구성되는 터치 감응(touch-sensitive) 디스플레이 스크린을 포함할 수 있다.

사용자 인터페이스(82)은, 예컨대, 터치 활성화 또는 터치 감응 장치 (예컨대, 터치 스크린), 조이스틱, 키보드/키패드, 다이얼, 방향 키(directional key) 또는 키들, 및/또는 (마우스, 트랙볼, 터치 패드 등과 같은) 포인팅 장치(pointing device)를 포함하는 어떤 적절한 입력 장치(들)를 포함할 수 있다. 스피커(82B)는 입력 오디오 신호에 응답하여 소리를 발생시킨다. 사용자 인터페이스(82)은 또한 마이크로폰에 입사한 소리에 응답하여 오디오 데이터 스트림을 생성시키도록 구성되는 오디오 프로세서에 결합된 마이크로폰을 포함할 수 있다.

제어기(83)는 휴대용 전자 장치(80)의 여러 기능을 지원할 수 있고, 어떤 상업적 이용 또는 주문형(custom) 마이크로프로세서일 수 있다. 사용 시에, 휴대용 전자 장치(80)의 제어기(83)는 이미지를 생성시켜 디스플레이 스크린(82A) 상에 디스플레이할 수 있다. 그러나, 일부 실시예에서, 분리 신호 프로세서 및/또는 비디오 칩 (도시되지 않음)은 휴대용 전자 장치(80) 내에 제공될 수 있고, 디스플레이 스크린(82A) 상에 디스플레이 이미지를 생성시키도록 구성될 수 있다. 따라서, 제어기(83)의 기능성은 휴대용 전자 장치(80) 내의 다수의 칩/장치에 분배될 수 있다.

메모리(85)는, 디지털 멀티미디어 파일 (예컨대, 디지털 오디오, 이미지 및/또는 비디오 파일)과 같은 디지털 정보 신호 및 데이터를 저장하도록 구성된다.

통신 모듈(84)은, 여기에 기술되는 바와 같이 데이터를 하나 이상의 무선 인터페이스를 통해 다른 원격 무선 단말기로 통신하도록 구성된다. 통신 모듈(84)은 셀룰러 통신 모듈, 직접 점 대 점 접속 모듈, 및/또는 WLAN 모듈을 포함할 수 있다.

휴대용 전자 장치(80)는, 예컨대, Advanced Mobile Phone Service (AMPS), ANSI-136, Global Standard for Mobile (GSM) 통신, General Packet Radio Service (GPRS), Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE), Code Division Multiple Access (CDMA), wideband-CDMA, CDMA2000, 및 Universal Mobile Telecommunications System (UMTS)와 같은 하나 이상의 셀룰러 통신 프로토콜을 이용하여 장치(80)가 네트워크(95)의 송수신기 기지국(들)(93)을 통해 통신하도록 하는 셀룰러 통신 모듈을 포함할 수 있다. 셀룰러 기지국은 결과적으로 PSTN 및/또는 다른 네트워크에 접속될 수 있는 Mobile Telephone Switching Office (MTSO) 무선 네트워크에 접속될 수 있다.

직접 점 대 점 접속 모듈은 직접 RF 통신 모듈 또는 직접 IR 통신 모듈을 포함할 수 있다. 직접 RF 통신 모듈은 블루투스 모듈을 포함할 수 있다. 블루투스 모듈을 이용하여, 휴대용 전자 장치(80)는 직접 점 대 점 인터페이스를 통해 ad-hoc 네트워크를 경유하여 통신할 수 있다.

WLAN 모듈을 이용하여, 장치(80)는, 802.11a, 802.11b, 802.11e, 802.11g, 및/또는 802.11i를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는 통신 프로토콜을 이용하여 WLAN을 통해 통신할 수 있다.

통신 모듈(84)은, 안테나를 통해 음성 및 데이터 신호와 같이, 제각기 (예컨대, 네트워크(95), 라우터 또는 직접 다른 단말기로) 발신(outgoing) 무선 주파수 신호를 송신하고, (예컨대, 네트워크(95), 라우터 또는 직접 다른 단말기로부터) 착신(incoming) 무선 주파수 신호를 수신하는 송신기 회로 및 수신기 회로를 전형적으로 가진 송수신기를 포함할 수 있다. 통신 모듈(84)은 블루투스 송신기 및 수신기와 같은 단거리 송신기 및 수신기를 포함할 수 있다. 안테나는, 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고, 매립형 안테나, 수축 가능한 안테나 또는 당업자에 알려진 어떤 안테나일 수 있다. 휴대용 전자 장치(80)와 네트워크(95), 라우터 또는 다른 단말기 간에 송신되는 무선 주파수 신호는, 다른 당사자 또는 목적지와의 통신을 확립하고 유지하는데 이용되는 양방의 트래픽 및 제어 신호 (예컨대, 입중계호에 대한 페이징 신호 및 메시지)를 포함할 수 있다. 무선 주파수 신호는 또한, 예컨대, 셀룰러 디지털 패킷 데이터 (CDPD) 정보와 같은 패킷 데이터 정보를 포함할 수 있다. 게다가, 송수신기는 적외선(IR) 신호를 IR 포트를 통해 다른 전자 장치로/로부터 송신/수신하도록 구성되는 적외선 송수신기를 포함할 수 있다.

통신 모듈(84)은, 채용되는 프로토콜의 필요 조건에 따라, 슬립 모드 또는 활성 모드로 선택적으로 동작할 수 있다. 슬립 모드에서, 통신 모듈(84)은 전압 변환기(20)로부터 보다 적은 전류를 끌어 당길 수 있다. 제어기(83)는 통신 모듈(84)이 원격 장치로부터의 송신을 듣도록 가끔 슬립 모드로부터 웨이크업하도록 할 수 있다.

휴대용 전자 장치(80)는 또한 디지털 통신 신호의 전송을 위해 유선 또는 케이블을 통해 다른 단말기와 전기적으로 통신하도록 구성될 수 있다.

도 6이 이동 단말기 및/또는 다른 전자 장치 내에 이용될 수 있는 예시적 하드웨어/소프트웨어 구조를 도시하지만, 본 발명은 이와 같은 구성으로 제한하지 않고, 여기에 기술된 동작을 실행할 수 있는 어떤 구성을 포함하도록 의도되는 것으로 이해될 것이다. 예컨대, 메모리(85)가 제어기(83)에서 분리되는 것으로 도시되지만, 메모리(85) 또는 이의 부분은 제어기(83)의 일부로서 간주될 수 있다. 특히, 특정 기능성이 예시에 의해 특정 블록에 도시되지만, 서로 다른 블록 및/또는 이의 부분의 기능성은 조합, 분할, 및/또는 제거될 수 있다. 더욱이, 도 6의 하드웨어/소프트웨어 구조의 기능성은 본 발명의 여러 실시예에 따라 단일 프로세서 시스템 또는 멀티 프로세서 시스템으로 구현될 수 있다.

도면 및 명세서에서, 본 발명의 전형적 실시예가 개시되었고, 특정 용어가 사용되었지만, 이들은 제한을 위해서가 아니고, 일반적 및 기술적 면에서만 이용되며, 본 발명의 범주는 다음의 청구범위에서 설명된다.

10; 전지, 14; 벅 변환기, 16; LDO 조정기, 20; 전압 변환기, 30; 제어기, 80; 휴대용 전자 장치, 82; 사용자 인터페이스, 85; 메모리

Claims

호스트 전자 장치용 전압 변환 회로에 있어서,
제 1 노드에 결합된 입력 단자 및, 제 2 노드에 결합된 출력 단자를 가진 벅 변환기 회로; 및
상기 제 1 노드에 결합된 입력 및, 상기 제 2 노드에 결합된 출력을 가진 스위치드 커패시터 전압 변환기 회로를 포함하는데;
상기 벅 변환기 회로는 제어 신호에 응답하여 선택적으로 인에이블되고 디스에이블되도록 구성되고, 상기 스위치드 커패시터 전압 변환기 회로는, 상기 벅 변환기 회로가 디스에이블될 동안에 상기 제 1 노드를 통한 커패시터의 충전과, 상기 제 2 노드를 통한 커패시터의 방전 간에 반복적으로 스위치하고, 상기 벅 변환기가 인에이블될 동안에는 상기 제 2 노드를 통한 커패시터의 방전을 중지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 호스트 전자 장치용 전압 변환 회로.
제 1 항에 있어서,
상기 벅 변환기 회로는 제어 라인에 결합되는 인에이블 입력을 포함하고, 상기 벅 변환기 회로는 상기 제어 라인 상의 제어 신호에 응답하여 선택적으로 인에이블 및/또는 디스에이블되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 호스트 전자 장치용 전압 변환 회로.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 커패시터는 제 2 커패시터를 포함하고, 상기 스위치드 커패시터 전압 변환기 회로는 상기 제 2 노드와 접지 사이에 결합되는 제 1 커패시터 및, 상기 제 2 커패시터를 상기 제 1 노드 또는 상기 제 2 노드에 제어 가능하게 접속하도록 구성되는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 호스트 전자 장치용 전압 변환 회로.
제 3 항에 있어서,
상기 스위치드 커패시터 전압 변환기 회로는 상기 스위치의 상태를 제어하도록 구성되는 스위치 제어 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 호스트 전자 장치용 전압 변환 회로.
제 4 항에 있어서,
상기 스위치 제어 회로는,
비반전 입력, 반전 입력, 및 출력을 포함하는 비교기로서, 상기 비반전 입력은 상기 제 2 노드에 결합되고, 상기 출력은 상기 스위치의 제어 단자에 결합되는 비교기; 및
상기 비교기의 상기 반전 입력에 결합되는 기준 전압을 포함하는 것을 특징으로 하는 호스트 전자 장치용 전압 변환 회로.
제 5 항에 있어서,
상기 제 2 노드에 결합되는 입력 단자를 포함하는 전압 조정기 회로를 더 포함하는데, 상기 기준 전압은, 상기 전압 조정기가 원하는 전압 레벨에서 안정 출력 전압을 생성시키기에 충분할 수 있는 전압 레벨을 갖는 것을 특징으로 하는 호스트 전자 장치용 전압 변환 회로.
제 5 항에 있어서,
상기 스위치 제어 회로는 상기 비교기의 출력과 상기 스위치의 사이에 접속되는 타이머 회로를 더 포함하는데, 상기 타이머 회로는, 상기 제 2 노드에서의 전압이 상기 기준 전압보다 작음을 나타내는 상기 비교기로부터의 출력 신호에 응답하여, 출력 펄스를 생성시켜, 상기 출력 펄스를 상기 스위치의 상기 제어 단자에 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 호스트 전자 장치용 전압 변환 회로.
제 7 항에 있어서,
상기 타이머에 의해 생성되는 상기 출력 펄스의 지속 기간은 상기 제 1 커패시터를 상기 기준 전압보다 높은 전압으로 충전하기에 충분한 것을 특징으로 하는 호스트 전자 장치용 전압 변환 회로.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
저 전류 모드로 배치되는 호스트 전자 장치에 응답하여 상기 벅 변환기를 디스에이블하고, 고 전류 모드로 배치되는 상기 호스트 전자 장치에 응답하여 상기 벅 변환기를 인에이블하도록 구성되는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 호스트 전자 장치용 전압 변환 회로.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커패시터는 제 1 커패시터를 포함하고, 상기 스위치드 커패시터 전압 변환기 회로는,
제 2 커패시터;
상기 제 1 노드와 상기 제 2 노드 간에 상기 제 2 커패시터의 제 1 단자를 스위치하도록 구성되는 제 1 스위치; 및
상기 제 2 노드와 접지 간에 상기 제 2 커패시터의 제 2 단자를 스위치하도록 구성되는 제 2 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 호스트 전자 장치용 전압 변환 회로.
제 10 항에 있어서,
상기 제 2 노드에 결합되어, 상기 제 1 스위치가, 기준 전압 레벨 아래로 떨어지는 상기 제 2 노드에서의 전압에 응답하여, 상기 제 2 커패시터의 제 1 단자를 상기 제 1 노드에 접속하고, 상기 제 2 커패시터의 제 2 단자를 상기 제 2 노드에 접속하도록 구성되는 스위치 제어 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 호스트 전자 장치용 전압 변환 회로.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스위치드 커패시터 전압 변환기 회로는,
상기 제 1 노드에 결합되는 전지;
상기 제 2 노드에 결합되는 인덕터;
상기 전지와 상기 인덕터의 사이에 결합되는 스위치;
상기 인덕터를 통해 전류를 측정하도록 구성되는 전류 측정 회로; 및
상기 스위치가, 기준 전압 레벨 아래로 떨어지는 상기 제 2 노드에서의 전압에 응답하여, 상기 전지를 상기 인덕터에 접속하도록 구성되는 스위치 제어 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 호스트 전자 장치용 전압 변환 회로.
호스트 전자 장치에 대한 전압 변환을 실행하는 방법에 있어서,
상기 호스트 전자 장치가 고 전류 모드에 있는지 저 전류 모드에 있는지를 결정하는 단계;
고 전류 모드에 있는 장치에 응답하여 벅 변환기 회로를 인에이블하는 단계; 및
저 전류 모드에 있는 장치에 응답하여 상기 벅 변환기 회로를 디스에이블하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 호스트 전자 장치에 대한 전압 변환을 실행하는 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 벅 변환기가 인에이블될 동안에, 상기 벅 변환기의 출력 전압에서의 제 1 커패시터를 충전하고, 전지 전압 레벨에서 제 2 커패시터를 충전하는 단계; 및
상기 벅 변환기가 디스에이블될 시에는 상기 제 1 커패시터를 방전하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 호스트 전자 장치에 대한 전압 변환을 실행하는 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 벅 변환기가 디스에이블될 동안에, 기준 전압 레벨 아래로 감소되는 상기 제 1 커패시터 상의 전압 레벨에 응답하여 상기 제 2 커패시터를 상기 제 1 커패시터에 접속하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 호스트 전자 장치에 대한 전압 변환을 실행하는 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 제 2 커패시터를 상기 제 1 커패시터에 접속하는 단계는,
상기 제 1 커패시터 상의 전압 레벨을 상기 기준 전압 레벨과 비교하는 단계;
상기 제 1 커패시터 상의 전압 레벨과 상기 기준 전압 레벨과의 비교에 응답하여 스위치 제어 신호를 생성하는 단계; 및
상기 스위치 제어 신호에 응답하여 스위치의 상태를 변화시키는 단계로서, 상기 스위치는 상기 제 2 커패시터를 상기 제 1 커패시터에 제어 가능하게 접속하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 호스트 전자 장치에 대한 전압 변환을 실행하는 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 스위치 제어 신호를 생성하는 단계는,
상기 제 1 커패시터 상의 전압 레벨과 상기 기준 전압 레벨과의 비교에 응답하여 비교 신호를 생성하는 단계; 및
상기 비교 신호에 응답하여 제어 펄스를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 호스트 전자 장치에 대한 전압 변환을 실행하는 방법.
제 13 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 벅 변환기 회로가 디스에이블될 시에는 제 1 커패시터와 제 2 커패시터를 병렬로 접속하여, 제 1 및 2 커패시터 상의 전압이 기준 전압보다 작을 때까지 상기 제 1 및 2 커패시터를 방전시키는 단계; 및
상기 기준 전압보다 작은 상기 제 1 및 2 커패시터 상의 전압에 응답하여, 상기 제 1 및 2 커패시터를 직렬로 전지에 접속하여, 상기 제 1 및 2 커패시터를 직렬로 충전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 호스트 전자 장치에 대한 전압 변환을 실행하는 방법.
제 13 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 벅 변환기 회로가 인에이블될 동안에 커패시터를 충전시키는 단계;
상기 커패시터 상의 전압이 기준 전압보다 작을 때까지 상기 벅 변환기 회로가 디스에이블될 동안에 상기 커패시터를 방전시키는 단계; 및
상기 커패시터 상의 전압이 상기 기준 전압보다 작을 시에, 상기 커패시터에 접속된 인덕터에 전지를 접속하여, 상기 인덕터를 통해 상기 커패시터를 충전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 호스트 전자 장치에 대한 전압 변환을 실행하는 방법.
전압 변환기 회로에 있어서,
제 1 노드에 결합된 입력 단자 및, 제 2 노드에 결합된 출력 단자를 가져, 1차 모드 및 바이패스 모드로 동작하도록 구성되는 벅 변환기 회로로서, 상기 벅 변환기는, 전지 단자 입력과 인덕터의 사이에 접속되는 스위치, 및 상기 인덕터에 결합되어, 상기 인덕터를 통해 전류를 측정하도록 구성되는 전류 측정 회로를 포함하는 상기 벅 변환기 회로;
상기 인덕터에 결합되는 커패시터; 및
상기 커패시터에 결합되어, 상기 스위치가 기준 전압 아래로 떨어지는 상기 커패시터 상의 전압에 응답하여 상기 전지를 상기 인덕터에 접속하도록 구성되는 스위치 제어 회로를 포함하는데;
상기 전류 측정 회로는, 상기 스위치가 상기 인덕터 내의 전류 레벨에 응답하여 상기 인덕터로부터 상기 전지를 분리시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전압 변환기 회로.