전력 조절 집적 회로를 포함하는 반도체 장치 document_id A220623070198

도 1은 응용 프로세서에 있어서, 클럭 주파수 변화에 따른 공급 전압의 변화를 나타내는 그래프이다. 핸드폰, 네비게이션, PMP(Portable Multimedia Player) 등을 포함하는 모바일 시스템(mobile)은, 내부적으로 여러 개의 전력 조절 집적 회로(PMIC: Power Management Integrated Circuit)를 구비한다. 전력 조절 집적 회로(PMIC)는 모바일 시스템에 전력(power)을 인가하는 역할을 한다. 모바일 시스템은 코어 회로를 포함할 수 있으며, 코어 회로에서 필요한 전력은 전력 조절 집적 회로(PMIC)가 공급하게 된다. 코어 회로의 동작 주파수(operation frequency)가 변화하게 되면, 상기 동작 주파수 변화에 따라서 공급 전압도 바꾸어야할 필요가 있다. 코어 회로의 동작 주파수가 변화하는데도 불구하고, 동작 전압을 변화시키지 않으면 전력 소모를 줄일 수 없기 때문이다. 예를 들어, 동작 주파수가 감소하면, 그에 따라서 감소된 동작 전압을 인가시키면 된다. 동작 주파수가 감소하였는데도 불구하고, 동작 전압을 감소시키지 않으면, 전류 소모(또는, 전력 소모)를 줄일 수 없는 것이다. 도 1을 참조하면, 코어 클럭 레벨의 변화가 도시되어 있다. 여기서, '코어 클럭 레벨'이란, 응용 프로세서(AP: Application Processor) 내에 구비되는 코어 회로(또는 코어 블록(core block))의 동작을 위하여 공급되는 클럭 신호의 동작 주파수 레벨을 뜻한다. 120 곡선은 응용 프로세서 내에 구비되는 코어 회로에 공급되는 동작 전압(Operation Voltage)을 나타낸다. 코어 클럭 레벨이 0부터 t1 시점까지의 제1 구간(112) 동안에는 600MHz이고, t1 시점부터 t2 시점까지의 제2 구간(114) 동안에는 200MHz가 된다. 그리고, t2 시점 이후부터의 제3 구간(116) 동안에 코어 클럭 레벨은 600MHz 이다. 즉, 코어 클럭 레벨은, t1 시점을 기준으로 600MHz에서 200MHz로 변화되고, t2 시점을 기준으로 200MHz에서 600MHz로 변화된다. 클럭 신호의 동작 주파수 레벨(코어 클럭 레벨)이 600MHz일 때 필요한 동작 전압은 1.1 V이고, 200MHz 일 때 필요한 동작 전압은 0.9V라고 하자. 모바일 시스템이 전력 소모 절약을 위하여 이상적으로 동작하는 경우를 고려하면, 동작 전압(Operation Voltage)(120)은 t1 시점을 기준으로 1.1V에서 0.9V로 변화하여야 한다. 그리고, t2 시점을 기준으로, 동작 전압(120)은 0.9V에서 1.1V로 변화하여야 한다. 코어 클럭 레벨이 200MHz인 구간(t1~t2)이 1ms인 경우, 동작 전압 또한 t1 시점부터 t2 시점까지의 1ms 동안에만 0.9V 값이 되어야 하는 것이다. 도 2a는 종래의 응용 프로세서 및 전압 조절 집적 회로를 구비하는 반도체 장치를 나타내는 도면이다. 도 2a를 참조하면, 반도체 장치(200)는 응용 프로세서(210) 및 전압 조절 집적 회로(220)를 구비한다. 그리고, 응용 프로세서(210)는 내부적으로 인터페이스(interface)(212)를 구비한다. 도시된 응용 프로세서(210)는 모바일 시스템에서 필요로 하는 모든 응용 프로세서들이 될 수 있다. 응용 프로세서의 정의 및 종류 등은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이므로, 상세한 설명은 생략하도록 한다. 응용 프로세서(210)의 내부에 구비되는 인터페이스(212)의 종류로는 IIC(Inter Integrated Circuit)(또는 I2C라고도 함), SPI(Serial Peripheral Interface), GPIO(General Purpose Input/Output) 등이 있다. 응용 프로세서(210)는 IIC, SPI, 또는 GPIO 등으로 이루어지는 인터페이스(212)를 통하여 전압 조절 집적 회로(220)의 전압 레벨 값을 제어(control)한다. 여기서, IIC, SPI, 또는 GPIO 등으로 이루어지는 인터페이스는 특정 동작(예를 들어, 전압 레벨 값을 변경하여 설정하는 동작)을 수행하는데 있어서, 소프트웨어적인 제어(software control)를 추가로 필요로 한다. 전압 조절 집적 회로(220)는 응용 프로세서(210)의 제어에 응답하여, 코어 클럭 레벨의 변화에 상응하여 변경된 전압 레벨 값을 갖는 전압을 발생시킨다. 응용 프로세서(210)의 동작 주파수가 변화하게 되면, 인터페이스(212)는 동작 주파수 변화에 맞춰서 동작 전압 값을 새로이 설정한다. 그리고, 새로이 설정된 동작 전압 값을 전압 조절 집적 회로(220)로 전송한다. 여기서, 새로이 설정된 동작 전압 값의 전송은 214 신호선을 통하여 이루어진다. 214 신호선은 인터페이스(212)와 전압 조절 집적 회로(220)를 연결하는 신호선으로, 동작 전압의 전압 레벨 값을 전송하기 위한 신호선이 되다. 전압 조절 집적 회로(220)는 인터페이스(212)로부터 전송받은 동작 전압의 전압 레벨 값에 응답하여, 상기 전압 레벨 값을 갖는 동작 전압을 생성 및 출력한다. 216 신호선은, 전압 조절 집적 회로(220)에서 생성된 동작 전압을 응용 프로세서(210)로 전송하는데 필요한 전압 공급 신호선이 된다. 여기서, 인터페이스(212)가 동작 전압의 전압 레벨 값을 변경하여 설정하는데 에는 일정 시간이 소요되게 된다. 이하에서는, (인터페이스가 동작 전압의 전압 레벨을 변경 설정하는데 일정 시간이 소요됨에 따라서), 클럭 주파수 변화에 따른 공급 전압의 변화를 도 2b를 참조하여 설명하도록 한다. 도 2b는 도 2a의 응용 프로세서에 있어서, 클럭 주파수 변화에 따른 공급 전압의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 2b를 참조하면, 252, 254, 및 256 구간은 각각 코어 클럭 레벨이 600MHz, 200MHz, 및 600MHz 인 구간을 나타낸다. 도 1에서 설명하였던 바와 같이 모바일 시스템이 전력 소모 절약을 위하여 이상적으로 동작하는 경우, 동작 전압은 260 곡선에서와 같이 변화한다. 그러나, 종래의 반도체 장치는 전술한 인터페이스(212)의 소프트웨어적 제어 동작으로 인하여, 코어 클럭 레벨이 변화하여도 동작 전압을 즉각적으로 변화시키지 못한다. 즉, 인터페이스 장치의 소프트웨어적 제어 동작(코어 클럭 레벨 변화에 따라서, 새롭게 동작 전압의 전압 레벨 값을 설정하고, 설정된 값을 전압 조절 집적 회로(220)로 전송하는 동작)에는 소정 시간이 소요되게 된다. 도 2b를 참조하면, t11 시점에서 코어 클럭 레벨(250)이 600MHz에서 200MHz로 변화하였다. 그러나, 동작 전압은 t11 시점을 기준으로 200us가 지난 후인 t11 시점에서 변화하게 된다. 따라서, t11 시점에서 t13 시점 구간동안에는 0.9V의 동작 전압만이 공급되면 족하나, 종래의 반도체 장치에서는 1.1V의 동작 전압이 공급되게 되어 t11 시점부터 t13시점 동안에 불필요한 전력 소모가 발생하게 된다. 또한, 종래의 반도체 장치에서는 코어 클럭 레벨이 200MHz에서 600MHz로 변화하는 시점(t12) 이전에, 동작 전압(260)을 0.9V에서 다시 1.1V로 변화시켜야 한다. 종래의 반도체 장치에서는, t12 시점 이후에(코어 클럭 레벨이 600MHz가 되는 시점 이전에) 0.9V의 전압이 공급되는 것을 방지하기 위하여, t12 시점 이전에 공급 전압 값을 0.9V에서 1.1V로 승압하게 된다. 즉, t12 시점에 앞서서 t14 시점에서 공급 전압 값이 0.9V에서 1.1V로 변화되는 것이다. 그에 따라서, t14 시점부터 t12시점 동안에 불필요한 전력 소모가 발생하게 된다.