JP7199860B2

JP7199860B2 - 集積回路装置

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Application number: JP2018134306A
Authority: JP
Inventors: 秀磨横山
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Publication date: 2023-01-06
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Description

本発明は集積回路装置に関する。

従来、半導体集積回路の消費電力の削減手法として、半導体集積回路に供給する電源電圧を低減する方法が知られている。電源電圧を低減すると半導体集積回路の遅延量が増加するため、遅延量と消費電力の両方を考慮して適切な電源電圧に設定する必要がある。電源電圧を設定する方法として、ＤＶＦＳ（ＤｙｎａｍｉｃＶｏｌｔａｇｅａｎｄＦｒｅｑｕｅｎｃｙＳｃａｌｉｎｇ）や、ＡＶＳ（ＡｄａｐｔｉｖｅＶｏｌｔａｇｅＳｃａｌｉｎｇ）などが知られている。ＤＶＦＳでは、動作周波数に応じて電源電圧が動的に制御される。また、ＡＶＳでは、温度やプロセスばらつきに応じて適応的に電圧が制御される。

半導体集積回路に備える温度センサにより温度を検出し、温度が所定の閾値を越えた際に電源電圧を制御する構成が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１２－２２１３０１号公報

しかしながら特許文献１では、温度を常時監視し、温度が閾値以上変化するたび、頻繁に電源電圧を制御する必要がある。電源電圧を頻繁に制御しない場合、温度に応じた適切な電源電圧でない期間が発生するため、余分な消費電力の発生や、半導体集積回路の遅延量が増加することによる半導体集積回路の誤動作が発生する可能性がある。

そのため、ＣＰＵは温度センサから温度を取得し、電源電圧を制御する処理を頻繁に行う必要があり、ＣＰＵに大きな負荷がかかってしまう。ＣＰＵの負荷が大きくなると、集積回路内の他の処理回路に対する必要な制御を行うことができず、処理性能が低下するという問題がある。

本発明はこのような問題を解決し、ＣＰＵへの負荷を抑えながら、集積回路装置の動作周波数及び電圧を適切に制御して、消費電力を低減することを目的とする。

クロック信号に応じて動作する集積回路装置であって、前記クロック信号の周波数を制御する周波数制御手段と、前記集積回路装置が動作するための電源電圧を制御する電圧制御手段と、前記周波数制御手段と前記電圧制御手段とを制御する制御指示手段と、前記集積回路装置の温度を検出する温度検出手段とを備え、前記制御指示手段は、前記クロック信号の周波数に応じて前記電源電圧を設定する第１の電圧制御処理と、前記クロック信号の周波数および、前記温度検出手段にて検出された温度に応じて前記電源電圧を設定する第２の電圧制御処理とを行い、前記制御指示手段は、前記周波数制御手段を制御して前記クロック信号の周波数を変更すると、前記第１の電圧制御処理により設定した電源電圧になるように前記電圧制御手段を制御し、その後、前記温度検出手段により検出された温度が安定したと判断すると、前記第２の電圧制御処理により設定した電源電圧になるように前記電圧制御手段を制御する。

本発明によれば、ＣＰＵへの負荷を抑えながら、集積回路装置の動作周波数及び電圧を適切に制御することができる。

第１の実施形態における画像処理装置を示すブロック図である。動作周波数および電源電圧の制御手順を示すフローチャートである。動作モードと動作周波数、及び電圧の変化を示す図である。動作周波数や温度に対応した電源電圧の情報を示す図である。第２の実施形態における画像処理装置を示すブロック図である。電源電圧の制御手順を示すフローチャートである。温度変化に対応した電源電圧の波形を示す図である。動作周波数や温度に対応した電源電圧の情報を示す図である。

以下図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の集積回路装置が適用された、第１の実施形態における画像処理装置１００を示すブロック図である。

図１において、画像処理装置１００は、半導体集積回路１０１と、動作モード指示部１０２と、不揮発メモリ部１０４と、電源電圧生成部１０７と、クロック生成部１０９を含む。半導体集積回路１０１は、本発明の集積回路装置に対応している。半導体集積回路１０１は、一つの集積回路チップとして構成される。また、半導体集積回路１０１は、画像処理用のＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｆｉｃＩＣ）として構成され、図１に示す構成の他に、画像処理のために必要な回路要素を備える。

動作モード指示部１０２は、ボタン、リモコン、タッチパネルなどの操作部材である。動作モード指示部１０２は、半導体集積回路１０１の動作モード変更指示をユーザーから受け付け、半導体集積回路１０１内部の制御指示部１０５へ出力する。半導体集積回路１０１は複数の動作モードを有する。また、各動作モードに対応した動作周波数で動作するように制御される。動作モードに対応した動作周波数の情報が不揮発メモリ部１０４に格納されている。

不揮発メモリ部１０４は、フラッシュＲＯＭなどの不揮発性のメモリである。不揮発メモリ部１０４は、制御指示部１０５によって実行されるプログラム、動作モードに対応した動作周波数の情報、動作周波数に対応した電源電圧の情報、動作周波数および温度に対応した電源電圧の情報などが格納されている。動作周波数に対応した電源電圧の情報と、動作周波数および温度に対応した電源電圧の情報の詳細は後述する。

電源電圧生成部１０７は、半導体集積回路１０１内部の電圧制御部１０８より入力される制御信号により、生成する電源電圧の値を制御可能な電源制御ＩＣである。電源電圧生成部１０７から出力される電源電圧は、半導体集積回路１０１へ供給される。クロック生成部１０９は、一般的には水晶発振子が用いられ、半導体集積回路１０１の基準となるクロックを生成する。

制御指示部１０５は、ＣＰＵ、ＭＰＵなどのプログラマブルプロセッサや、必要なメモリ、レジスタ等を有し、半導体集積回路１０１の各部の処理を制御する。制御指示部１０５は、不揮発メモリ部１０４に格納されている動作プログラムを読み出し、揮発メモリ部１１０に展開する。そして、揮発メモリ部１１０に展開したプログラムを実行することにより、各部を制御する。

制御指示部１０５は、動作モード指示部１０２から動作モード変更の指示を受けると、動作モードに応じた動作周波数を、不揮発メモリ部１０４に格納された動作モードに対応した動作周波数情報に基づいて決定する。さらに、決定した動作周波数に対応した電源電圧を、不揮発メモリ部１０４に格納された、動作周波数に対応した電源電圧情報に基づいて決定する。

続いて制御指示部１０５は、動作モード変更前の動作周波数と、動作モード変更後の動作周波数の比較を行う。比較結果に基づき、動作周波数および電源電圧の制御手順を決定し、決定した手順に従って周波数制御部１０６および電圧制御部１０８へ制御を指示する。

さらに制御指示部１０５は、温度検出部１０３から半導体集積回路１０１の現在の温度を取得することが可能である。取得した温度が安定した場合、動作周波数および温度に応じた電源電圧を、不揮発メモリ部１０４に格納された、動作周波数および温度に対応した電源電圧情報に基づいて決定し、電圧制御部１０８へさらなる電源電圧の制御を指示する。動作周波数および温度に対応した電源電圧情報と、制御指示部１０５の処理手順の詳細は、図を用いて後述する。

周波数制御部１０６は、ＰＬＬ、クロックゲーティングセルから構成され、クロック生成部１０９より出力されたクロック信号を逓倍、分周した後に、半導体集積回路１０１の各動作部に対して動作クロック信号を供給する。また、動作周波数の変更は、制御指示部１０５より受領した動作周波数制御指示に基づく。

電圧制御部１０８は、Ｉ２ＣやＳＰＩといった通信方式により、半導体集積回路１０１の外部にある電源電圧生成部１０７と通信を行うインタフェースである。制御指示部１０５より受領した電圧制御指示に基づき、電源電圧生成部１０７の生成する電源電圧を制御する。

揮発メモリ部１１０は、例えばＳＤＲＡＭなどの揮発性の半導体メモリである。揮発メモリ部１１０は、前記のように、制御指示部１０５が実行するプログラムを展開するために使用される。また、揮発メモリ部１１０は、画像処理のための記憶領域としても使用され、半導体集積回路１０１の各部からアクセスされ、各部の処理に伴う画像データやその他のデータを記憶する。

図２は、第１の実施形態における、動作周波数および電源電圧の制御手順のフローチャートを示す図である。図２に示すフローは、制御指示部１０５が不揮発メモリ１０４から読み出したプログラムに従って実行されるものである。

制御指示部１０５が動作モード指示部１０２より、半導体集積回路１０１の動作モード変更の指示を受けると図２の処理が開始する。制御指示部１０５は、変更後の動作モードを検出し（Ｓ２０１）、変更後の動作モードに対応した動作周波数を、不揮発メモリ部１０４より取得する（Ｓ２０２）。続いて、動作モード変更前の動作周波数と、ステップ２０２にて取得した動作モード変更後の動作周波数を比較して、動作モード変更前後の動作周波数が同じであるか否かを判別する（Ｓ２０３）。

Ｓ２０３における動作周波数の比較によって、動作周波数制御と、後述する第１の電圧制御処理による電源電圧の制御の順序が異なる。これは、動作周波数を下げる場合、先に電源電圧を制御してしまうと、動作周波数に対して半導体集積回路１０１の遅延量が許容されない可能性のある期間が発生するからである。動作周波数を上げる場合も同様であり、先に動作周波数を制御してしまうと、動作周波数に対して半導体集積回路１０１の遅延量が許容されない可能性のある期間が発生する。

Ｓ２０３にて、動作モードの変更前後の動作周波数が同じでないと判別された場合、動作モード変更後の動作周波数より、動作モード変更前の動作周波数の方が高いか否かを判別する（Ｓ２０４）。動作モード変更後の動作周波数より、動作モード変更前の動作周波数の方が高い場合、周波数制御部１０６へ、Ｓ２０２にて取得した動作周波数への変更を指示する（Ｓ２０５）。また、動作周波数を変更したことにより温度が変化し、温度が不安定な状態が継続する。

動作周波数の変更の後、制御指示部１０５は、電圧制御部１０８へ電源電圧の制御を指示する（Ｓ２０６）。Ｓ２０６にて設定される電源電圧は、第１の電圧制御処理に基づき、決定する。第１の電圧制御処理とは、Ｓ２０２にて決定した動作周波数に対応した電源電圧となるように制御する処理である。第１の電圧制御処理にて設定する電源電圧の値は、制御指示部１０５が、不揮発メモリ部１０４に格納された動作周波数に対応した電源電圧の情報を参照し、決定する。動作周波数に対応した電源電圧の情報の詳細は後述する。

次に、制御指示部１０５は温度検出部１０３から温度を検出し（Ｓ２０９）、温度が安定しているか否かの判定を行う（Ｓ２１０）。温度が安定していない場合はＳ２０９へと戻り、温度が安定するまでＳ２０９とＳ２１０を繰り返す。本実施形態では、前回検出された温度と今回検出された温度との差分が所定値以下となった場合、もしくは、前回と今回の温度の差分が所定値以下である状態が複数回の温度検出結果において継続している場合、温度が安定していると判別する。

検出される温度が安定した場合、制御指示部１０５は、電圧制御部１０８へ電源電圧の制御を指示する（Ｓ２１１）。Ｓ２１１にて設定される電源電圧は、第２の電圧制御処理に基づき、決定する。第２の電圧制御処理とは、Ｓ２０２にて決定した動作周波数と、Ｓ２０９にて検出され、Ｓ２１０にて安定したと判断された温度に対応した電源電圧となるように制御する処理である。

第２の電圧制御処理にて設定する電源電圧の値は、制御指示部１０５が、不揮発メモリ部１０４に格納された動作周波数および温度に対応した電源電圧の情報を参照し、決定する。動作周波数および温度に対応した電源電圧の情報の詳細は後述する。

Ｓ２０４にて、動作モード変更後の動作周波数より、動作モード変更前の動作周波数の方が高くない場合、制御指示部１０５は、電圧制御部１０８へ電源電圧の制御を指示する（Ｓ２０７）。Ｓ２０７にて設定される電源電圧は、第１の電圧制御処理により決定する。第１の電圧制御処理は前述の通り、Ｓ２０２にて決定した動作周波数に対応した電源電圧となるように制御する処理である。続いて、周波数制御部１０６へ、Ｓ２０２にて取得した動作周波数になるように指示する（Ｓ２０７）。Ｓ２０９～Ｓ２１１は、Ｓ２０４からＳ２０５へ分岐した場合と同様の処理である。

Ｓ２０３にて、動作モード変更前の動作周波数と動作モード変更後の動作周波数が同じである場合、動作周波数および電源電圧の変更指示を行わずに処理を終了する。

図３（ａ）は、第１の実施形態における、動作モード、動作周波数、電源電圧および温度の動作波形を示す図であり、半導体集積回路１０１の動作モードが高駆動率モードから低駆動率モードへ遷移する場合を示す。低駆動率モードは動作周波数が低い動作モードを、高駆動率モードは動作周波数が高い動作モードをそれぞれ表す。

図３（ａ）において、動作モード３０１は半導体集積回路１０１の動作モードを示す。動作周波数３０２は周波数制御部１０６から各動作部へ供給されるクロックの動作周波数を示し、ｆ１は、ｆ２と比較して高い動作周波数を示す。電源電圧３０３は電源電圧生成部１０７によって生成される電源電圧を示し、ｖ１は高駆動率モード時の電源電圧を、ｖ２は第１の電圧制御手段により設定される電源電圧を、ｖ３は第２の電圧制御手段により設定される電源電圧を示す。温度３０４は半導体集積回路１０１の温度を示す。また、温度が変化していない期間を安定、温度が変化している期間を不安定と示す。図３（ａ）の横軸は経過時間である。

時間ｔ１は、制御指示部１０５が、動作モード３０１の変更を受け、周波数制御部１０６へ動作周波数の制御指示を行う時間を示す。また、動作周波数３０２を変更したことにより、温度３０４が変化を開始する時間である。時間ｔ２は、制御指示部１０５が、電圧制御部１０８へ第１の電圧制御処理を行う時間を示す。時間ｔ３は、制御指示部１０５が温度検出部１０３から取得した温度が安定した時間を示す。また、制御指示部１０５が、電圧制御部１０８へ第２の電圧制御処理示を行う時間である。

時間ｔ１から時間ｔ３の期間は、半導体集積回路１０１に供給される動作周波数が変更したことによる半導体集積回路１０１の温度変化開始から、温度が安定するまでの期間であり、一般的な半導体集積回路によれば数分間程度である。また、時間ｔ３以降の期間は、半導体集積回路１０１の温度が安定後、次に半導体集積回路１０１の動作モードが変更されるまでの期間である。この期間は設定された半導体集積回路１０１の動作モードに依存し、数十分程度継続する場合もある。また、この期間に低減可能な電源電圧はｖ２－ｖ３となり、一般的には数十ミリＶ程度である。

図３（ｂ）は、第１の実施形態における、動作モード、動作周波数、電源電圧および温度の動作波形を示す図であり、動作モードが低駆動率モードから高駆動率モードへ遷移する場合を示す。図３（ｂ）において、動作モード３０５は半導体集積回路１０１の動作モードを示す。

動作周波数３０６は周波数制御部１０６から各動作部へ供給されるクロックの動作周波数を示し、ｆ３は、ｆ４と比較して高い動作周波数を示す。電源電圧３０７は電源電圧生成部１０７によって生成される電源電圧を示し、ｖ４は低駆動率モード時の電源電圧を、ｖ５は第１の電圧制御手段により設定される電源電圧を、ｖ６は第２の電圧制御手段により設定される電源電圧を示す。温度３０８は半導体集積回路１０１の温度を示す。また、温度が変化していない期間を安定、温度が変化している期間を不安定と示す。

図３（ｂ）の横軸は経過時間である。時間ｔ４は、制御指示部１０５が、動作モード３０５の変更を受け、電圧制御部１０８へ第１の電圧制御処理を行う時間を示す。また、電源電圧３０７を変更したことにより、温度３０８が変化を開始する時間である。時間ｔ５は、制御指示部１０５が、周波数制御部１０６へ動作周波数の制御指示を行う時間を示す。時間ｔ４から時間ｔ５の期間は、電源電圧制御部１０８が電源電圧生成部１０７を制御後、電源電圧生成部１０７によって生成される変更後の電源電圧が安定するまでの時間が支配的であり、一般的な電源制御ＩＣによれば数百マイクロ秒程度である。時間ｔ６は、制御指示部１０５が温度検出部１０３から受領した温度が安定した時間を示す。また、制御指示部１０５が、電圧制御部１０８へ第２の電圧制御処理を行う時間である。

図３（ｂ）の時間ｔ４から時間ｔ６の期間は、半導体集積回路１０１に供給される電源電圧が変更したことによる半導体集積回路１０１の温度変化開始から、温度が安定するまでの期間であり、一般的な半導体集積回路によれば数分間程度である。また、時間ｔ６以降の期間は、半導体集積回路１０１の温度が安定後、次に半導体集積回路１０１の動作モードが変更されるまでの期間である。この期間は設定された半導体集積回路１０１の動作モードに依存し、数十分程度継続する場合もある。また、この期間に低減可能な電源電圧はｖ４－ｖ５となり、一般的には数十ミリＶ程度である。

図４（ａ）は、第１の実施形態における、不揮発メモリ部１０４に格納されている、動作周波数に対応した電源電圧の情報を示している。制御指示部１０５は、第１の電圧制御処理において、電圧制御部１０８への制御を指示する際に図４（ａ）の電源電圧の情報を参照する。動作周波数Ｆ１～Ｆｎに対して、電源電圧Ｖ１～Ｖｎがそれぞれ対応する。また、Ｖ１～Ｖｎは、半導体集積回路１０１がそれぞれの動作周波数で動作している場合に、シミュレーションによって動作保証された電源電圧を示す。また、電源電圧Ｖ１～Ｖｎには、温度変化に依存しないよう所定のマージンが含まれている。

図４（ｂ）は、第１の実施形態における、不揮発メモリ部１０４に格納されている、動作周波数および温度に対応した電源電圧の情報を示している。制御指示部１０５は、第２の電圧制御処理において、電圧制御部１０８への制御を指示する際に参照する。動作周波数Ｆ１～Ｆｎと、温度Ｔ１～Ｔｎに対応した電源電圧がＶ１１～Ｖｎｎとなる。また、Ｖ１１～Ｖｎｎは、半導体集積回路１０１がそれぞれの動作周波数および温度で動作している場合に、シミュレーションによって動作保証された電源電圧を示す。

以上で説明したように、第１の実施形態によれば、制御指示部１０５は第１の電圧制御処理によって、動作モード変更後即座に、電圧制御部１０８へ動作周波数に応じた電源電圧への制御指示が可能となる。また、制御指示部１０５は第２の電圧制御処理によって、温度安定後、電圧制御部１０８へ動作周波数および温度に応じた電源電圧への制御指示が可能となる。

また、制御指示部１０５は、電源電圧を制御するために、動作モード変更時から温度が安定する期間においてのみ温度検出部１０３から温度を取得すればよい。温度が安定した後は、電源電圧制御のために温度を取得する必要がない。

また、御指示部１０５が電圧制御部１０８に指示して行う電源電圧の制御は、動作モード変更時および温度安定時の２回のみでよい。従って、制御指示部１０５におけるＣＰＵの負荷を抑えながら、半導体集積回路の動作周波数と温度に応じた効率的な電源電圧の制御が可能となり、半導体集積回路の消費電力の低減を実現できる。

次に、第２の実施形態を説明する。図５は、本発明の集積回路装置が適用された、第２の実施形態における画像処理装置を示すブロック図である。

図５において、画像処理装置５００は、半導体集積回路５０１と、撮像光学部５０２と、撮像センサ部５０３と、動作モード指示部５０６と、不揮発メモリ部５１０と、記録媒体５１４と、電源電圧生成部５１５と、クロック生成部５１８と、表示部５１９を含む。

半導体集積回路５０１は、一つの集積回路チップとして構成される。また、半導体集積回路１０１は、画像処理用のＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｆｉｃＩＣ）として構成され、図２に示す構成の他に、画像処理のために必要な回路要素を備える。

画像処理装置５００の撮影対象となる被写体像は、撮像光学部５０２を通して撮像センサ部５０３上に結像する。撮像センサ部５０３は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサを示し、撮像光学部５０２を通した光を電気信号に変換する。動作モード指示部５０６は、ボタン、リモコン、タッチパネルなどの操作部材を有する。動作モード指示部５０６は、半導体集積回路５０１の動作モード変更の指示をユーザーから受け、半導体集積回路５０１内部の制御指示部５１１へ出力する。半導体集積回路５０１は複数の動作モードを有する。また、各動作モードに対応した動作周波数で動作するように制御される。動作モードに対応した動作周波数の情報が不揮発メモリ部５１０に格納されている。

不揮発メモリ部５１０は、フラッシュＲＯＭ等の不揮発性の記憶装置である。不揮発メモリ部５１０には、制御指示部５１１によって実行されるプログラム、動作モードに対応した動作周波数の情報、動作周波数に対応した電源電圧の情報、動作周波数および温度に対応した電源電圧の情報等が格納されている。動作周波数に対応した電源電圧の情報と、動作周波数および温度に対応した電源電圧の情報の詳細は後述する。

記録媒体５１４は、内蔵式のメモリ、ハードディスク、メモリカード等である。電源電圧生成部５１５は、半導体集積回路５０１内部の電圧制御部５１６より入力される制御信号により、生成する電源電圧の値を制御可能な電源制御ＩＣである。電源電圧生成部５１５から出力される電源電圧は、半導体集積回路５０１へ供給される。

クロック生成部５１８は、一般的には水晶発振子が用いられ、半導体集積回路５０１の基準となるクロックを生成する。表示部５０９は、ＬＣＤモニタといった、半導体集積回路５０１より出力される動画像を表示するモニタである。半導体集積回路５０１において、センサ信号処理部５０４は、撮像センサ部５０３によって変換された電気信号の欠落画素の補完や、ノイズの除去を行う。センサ信号処理部５０４から出力される画像データは一般的に、未現像のデータである事を区別し、ＲＡＷデータと呼ばれる。センサ信号処理部５０４から出力されたＲＡＷデータは、現像部５０５で現像処理される。

現像部５０５は、ＲＡＷデータに対してデベイヤー処理（デモザイク処理もしくは色補間処理とも呼ばれる）、ホワイトバランス調整、ＲＧＢ－ＹＵＶ変換、ノイズ低減、光学歪補正等のいわゆる現像処理を行う。

画像変化検出部５０７は、現像部５０５によって現像された画像データのパラメータを解析し、前回取得の画像データの画像パラメータと比較を行う。画像パラメータとは、輝度、コントラスト、色相、彩度、明度など、画像データの情報において数値化できるパラメータを表す。画像変化の比較には複数の画像パラメータを用いてもよく、どれか一つを用いてもよい。複数のパラメータを用いる場合、複数のパラメータの加減乗除またはそれらの組み合わせによる演算結果と比較してもよい。前回取得の画像データのパラメータとは、１フレーム前の画像のパラメータ、もしくは１フレーム前から複数フレーム前の画像の画像パラメータの平均値である。比較の結果、画像パラメータに所定値以上の変化があった場合、画像変化検出部５０７は、制御指示部５１１へ画像変化検出信号を出力する。

制御指示部５１１は、ＣＰＵ、ＭＰＵなどのプログラマブルプロセッサやレジスタ等の必要な回路を備えている。制御指示部５１１にて実行するプログラムは、不揮発メモリ部５１０に格納されている。制御指示部５１１は、動作モード指示部５０６から動作モード変更指示を受けると、各動作モードに応じた動作周波数を、不揮発メモリ部５１０に格納された動作モードに対応した動作周波数の情報に基づいて決定する。さらに、決定した動作周波数に対応した電源電圧を、不揮発メモリ部５１０に格納された、動作周波数に対応した電源電圧の情報に基づいて決定する。

続いて制御指示部５１１は、動作モード変更前の動作周波数と、動作モード変更後の動作周波数の比較を行う。比較結果に基づき、動作周波数および電源電圧の制御手順を決定し、決定した手順に従って周波数制御部５１２および電圧制御部５１６へ制御を指示する。さらに制御指示部５１１は、温度検出部５０９から半導体集積回路５０１の現在の温度を取得することが可能である。取得した温度が安定した場合、動作周波数および温度に応じた電源電圧を、不揮発メモリ部５０１に格納された、動作周波数および温度に対応した電源電圧情報に基づいて決定し、電圧制御部５１６へさらなる電源電圧の制御を指示する。動作周波数および温度に対応した電源電圧情報の詳細は、図を用いて後述する。

さらに制御指示部５１１は、画像変化検出部５０７より画像検出信号が入力された場合、温度検出部５０９から半導体集積回路５０１の現在の温度を取得し、画像変化検出前に取得した前回の温度と、画像変化後に取得した現在の温度を比較する。また、温度の比較結果に基づき、電源電圧を制御する。制御の詳細は後述する。

制御指示部５１１は、温度検出部５０９から半導体集積回路５０１の現在の温度をさらに取得する。取得した温度が安定した場合、動作周波数および温度に応じた電源電圧を、不揮発メモリ部５０１に格納された、動作周波数および温度に対応した電源電圧の情報に基づいて決定し、電圧制御部５１６へさらなる電源電圧の制御を指示する。

周波数制御部５１２は、ＰＬＬ、クロックゲーティングセルから構成され、クロック生成部５１８より出力されたクロックを逓倍、分周した後に、半導体集積回路５０１の各動作部に対してクロックを供給する。また、動作周波数の変更は、制御指示部５１１より受領した動作周波数の制御の指示に基づく。電圧制御部５１６は、Ｉ２ＣやＳＰＩといった通信方式により、半導体集積回路５０１の外部にある電源電圧生成部５１５と通信を行うインタフェースである。制御指示部５１１より受けた電圧の制御の指示に基づき、電源電圧生成部５１５の生成する電源電圧を制御する。

圧縮部５０８は、現像部５０５より入力される画像データが動画像である場合は、ＭＰＥＧ－２や、Ｈ．２６４、Ｈ．２６５等の符号化手法によって動画ファイルを作成する。入力される画像データが静止画像である場合は、ＪＰＥＧなどの符号化によって静止画ファイルを作成する。作成された動画及び静止画ファイルは、記録再生部５１３によって、記録媒体５１４に記録される。表示処理部５１７は、記録時や記録待機時においては、現像部５０５より入力された動画像を表示部５１９に表示する。また、再生時においては、記録再生部により読み出された動画及び静止画ファイルを復号して伸長し、動画及び静止画ファイルを表示部５１９に表示する。

揮発性メモリ部５２０は、例えばＳＤＲＡＭなどの揮発性のメモリである。揮発メモリ部５２０は、前記のように、制御指示部５１１が実行するプログラムを展開するために使用される。また、揮発メモリ部５２０は、画像処理のための記憶領域としても使用され、半導体集積回路５１１の各部からアクセスされ、各部の処理に伴う画像データやその他のデータを記憶する。

第２の実施形態においても、第１の実施形態と同じく、半導体集積回路５０１は複数の動作モードを持つ。そして、制御指示部５１１は、動作モードと温度とに基づいて、図２の処理を行うことにより、クロック信号の周波数と電源電圧とを制御する。

このような制御に加え、更に、第２の実施形態では、図６に示す処理を行う。図６は、第２の実施形態における、電源電圧の制御手順のフローチャートであり、特に制御指示部５１１が画像変化検出部５０７より画像が変化したことを示す信号を受けた時の制御に関する。図６に示すフローは、制御指示部５１１が不揮発メモリ部５１０からプログラムを読みだすことで実行されるものである。制御指示部５１１が画像変化検出部５０７より画像の変化を検出したことを示す信号を受けると、図６の処理が開始される。

画面の変化が検出された場合、クロックの動作周波数が変化せずとも、圧縮部５０８や表示処理部５１７にて処理するデータ量が変化し、半導体集積回路５０１の温度が変化する場合がある。そこで、制御指示部５１１は温度検出部５０９から温度を取得する（Ｓ６０１）。なお、画面変化が検出されてから所定時間後に温度を取得してもよいものとする。

次に、取得した温度と、前回取得した温度とを比較し、前回の温度と同じであるか否かを判別する（Ｓ６０２）。同じ温度で無い場合、前回の温度よりも今回の温度の方が低いか否かを判別する（Ｓ６０３）。今回取得した温度より、画像変化を検出する前に取得した、前回の温度の方が高い場合、温度は下降していく傾向にあると予測できる。すると半導体集積回路５０１の遅延量は大きくなり、現在設定されている電源電圧では回路が誤動作を起こす可能性がある。

従って、制御指示部５１１は、電圧制御部５１６へ電源電圧の制御を指示する（Ｓ６０４）。Ｓ６０４にて設定される電源電圧は、第１の電圧制御処理に基づき、決定する。第１の電圧制御処理とは、周波数制御部５１２より供給されている動作周波数に対応した電源電圧になるように制御する処理である。第１の電圧制御処理にて設定する電源電圧の値は、制御指示部５１１が、現在の動作モードに対応し、不揮発メモリ部５１０に格納された動作周波数に対応した電源電圧の情報を参照し、決定する。動作周波数に対応した電源電圧の情報の詳細は後述する。

画像変化の検出の前に取得した、前回の温度の方が低い場合、温度は上昇していく傾向にあると予測できる。すると半導体集積回路５０１の遅延量は小さくなり、現在設定されている電源電圧で回路が誤動作を起こす可能性はない。従って、電源電圧の制御は行わず、Ｓ６０５へと移行する。

次に、制御指示部５１１は温度検出部５０９から温度を検出し（Ｓ６０５）、温度が安定しているか否かの判定を行う（Ｓ６０６）。温度が安定していない場合はＳ６０５へと戻り、温度が安定するまでＳ６０５とＳ６０６を繰り返す。本実施形態でも、第１の実施形態と同じく、前回と今回の温度の差分が所定値以下となった場合、もしくは、温度の差分が所定値以下である状態が、所定の回数以上、継続している場合に、安定していると判断する。検出される温度が安定した場合、電圧制御部５１６へ電源電圧の制御を指示する（Ｓ６０７）。

Ｓ６０７にて設定される電源電圧は、第２の電圧制御処理に基づき、決定する。第２の電圧制御処理とは、周波数制御部５１２より供給されている動作周波数と、ステップ６０５にて検出され、かつステップ６０６にて安定したと判断された温度に対応した電源電圧に制御する処理である。第２の電圧制御処理にて設定する電源電圧の値は、制御指示部５１１が、不揮発メモリ部５１０に格納された動作周波数および温度に対応した電源電圧情報を参照し、決定する。動作周波数および温度に対応した電源電圧の情報の詳細は後述する。Ｓ６０２において、前回検出された温度と今回の温度が同じであると判別した場合、制御指示部５１１は、電圧制御部５１６へ電源電圧の変更の指示を行わずに処理を終了する。

図７（ａ）は、第２の実施形態における、画像変化検出信号、処理量、電源電圧および温度の動作波形を示す図であり、半導体集積回路５０１の処理量が多い画像から少ない画像へ変化した場合を示す。半導体集積回路５０１の処理量とは、特に、センサ信号処理部５０４、現像部５０５、圧縮部５０８、記録再生部５１３および表示処理部５１７における動画像データの処理量を示すが、以後は省略する。

図７（ａ）において、画像変化の検出信号７０１は画像変化検出部５０７より出力され、制御指示部５１１へ入力される信号である。前述の通り、半導体集積回路画像５０１に入力される画像のパラメータに所定値以上の変化があった場合に検出される。処理量７０２は、半導体集積回路５０１の処理量を示し、特に処理量が多い画像から少ない画像へ変化した場合を示す。ｄ１は、ｄ２と比較して処理量が多い値を示す。

電源電圧７０３は電源電圧生成部５１５によって生成される電源電圧を示している。ｖ９は画像変化検出前の電源電圧を、ｖ７は第１の電圧制御手段により設定される電源電圧を、ｖ８は第２の電圧制御手段により設定される電源電圧を示す。温度７０４は半導体集積回路５０１の温度を示す。また、温度が変化していない期間を安定、温度が変化している期間を不安定と示す。

図７（ａ）の横軸は経過時間である。時間ｔ７は、画像変化の検出信号７０１が画像変化検出部５０７より出力される時間を示し、また画像の変化により半導体集積回路５０１の処理量７０２が変化する時間を示す。また、半導体集積回路５０１の処理量が変化することにより、温度７０４が変化を開始する時間である。時間ｔ８は、制御指示部５１１が、電圧制御部５１６へ第１の電圧制御処理を行う時間を示す。時間ｔ９は、制御指示部５１１が温度検出部５０９から取得した温度が安定した時間を示す。また、制御指示部５１１が、電圧制御部５１６へ第２の電圧制御処理を行う時間である。

時間ｔ７から時間ｔ９の期間は、半導体集積回路５０１の処理量が変化したことによる半導体集積回路５０１の温度変化開始から、温度が安定するまでの期間であり、一般的な半導体集積回路によれば数分間程度である。また、時間ｔ９以降の期間は、半導体集積回路５０１の温度が安定後、次に画像変化が検出され、半導体集積回路５０１の処理量が変化するまでの期間である。この期間は、被写体の変化に依存し、数十分程度継続する場合もある。また、この期間に低減可能な電源電圧はｖ７－ｖ８となり、一般的には数十ミリＶ程度である。

図７（ｂ）は、第２の実施形態における、画像変化の検出信号、処理量、電源電圧および温度の動作波形を示す図であり、半導体集積回路５０１の処理量が少ない画像から多い画像へ変化した場合を示す。図７（ｂ）において、画像変化の検出信号７０５は画像変化検出部５０７より出力され、制御指示部５１１へ入力される信号である。前述の通り、半導体集積回路５０１に入力される画像のパラメータに所定値以上の変化があった場合に検出される。

処理量７０６は、半導体集積回路５０１の処理量を示し、特に処理量が少ない画像から多い画像へ変化した場合を示す。ｄ３は、ｄ４と比較して処理量が多い値を示す。

電源電圧７０７は電源電圧生成部５１５によって生成される電源電圧を示し、ｖ１０は画像変化検出前の電源電圧を、ｖ１１は第２の電圧制御手段により設定される電源電圧を示す。温度７０８は半導体集積回路５０１の温度を示す。また、温度が変化していない期間を安定、温度が変化している期間を不安定と示す。

図７（ｂ）の横軸は経過時間である。時間ｔ１０は、画像変化検出信号７０５が画像変化検出部５０７より出力される時間を示し、また画像の変化により半導体集積回路５０１の処理量７０６が変化する時間を示す。また、半導体集積回路５０１の処理量が変化することにより、温度７０８が変化を開始する時間である。

時間ｔ１１は、制御指示部５１１が温度検出部５０９より取得した温度が、画像変化が検出される前の温度よりも高く、制御指示部５１１が第１の電圧制御処理を行わないと判断した時間を示す。時間ｔ１２は、制御指示部５１１が温度検出部５０９から取得した温度が安定した時間を示す。また、制御指示部５１１が、電圧制御部５１６へ第２の電圧制御処理を行う時間である。

時間ｔ１０から時間ｔ１１の期間は、半導体集積回路５０１の処理量が変化したことによる半導体集積回路５０１の温度変化開始から、温度が安定するまでの期間であり、一般的な半導体集積回路によれば数分間程度である。また、時間ｔ１１以降の期間は、半導体集積回路５０１の温度が安定後、次に画像変化が検出され、半導体集積回路５０１の処理量が変化するまでの期間である。この期間は、画像処理装置５００が撮影している被写体の変化に依存し、数十分程度継続する場合もある。また、この期間に低減可能な電源電圧はｖ１０－ｖ１１となり、一般的には数十ミリＶ程度である。

図８（ａ）は、第２の実施形態における、不揮発メモリ部５１０に格納されている、動作周波数に対応した電源電圧の情報を示している。制御指示部５１１は、第１の電圧制御処理においてこれらの情報を参照する。動作周波数Ｆ１～Ｆｎに対して、電源電圧Ｖ１～Ｖｎがそれぞれ対応する。また、Ｖ１～Ｖｎは、半導体集積回路５０１がそれぞれの動作周波数で動作している場合に、シミュレーションによって動作保証された電源電圧を示す。また、電源電圧Ｖ１～Ｖｎには、温度変化に依存しないよう所定のマージンが含まれている。

図８（ｂ）は、第２の実施形態における、不揮発メモリ部５１０に格納されている、動作周波数および温度に対応した電源電圧の情報を示している。制御指示部５１１は、第２の電圧制御処理において、これらの情報を参照する。動作周波数Ｆ１～Ｆｎと、温度Ｔ１～Ｔｎに対応した電源電圧がＶ１１～Ｖｎｎとなる。また、Ｖ１１～Ｖｎｎは、半導体集積回路５０１がそれぞれの動作周波数および温度で動作している場合に、シミュレーションによって動作保証された電源電圧を示す。

以上で説明したように、第２の実施形態によれば、画像変化が検出された時に温度の下降が確認された場合、制御指示部５１１が第１の電圧制御処理を行うことによって、温度によらず動作が安全な電源電圧へと設定可能となる。

画像変化検出時に温度の上昇が確認された場合、半導体集積回路５０１の遅延は小さくなるため、制御指示部５１１が電圧制御部５１６へ第１の電圧制御処理を行う必要はなく、現在の電源電圧を維持しても半導体集積回路５０１の動作は安全であるといえる。また、制御指示部５１１は第２の電圧制御処理によって、温度安定後、電圧制御部５１６へ動作周波数および温度に応じた電源電圧への制御指示が可能となる。

制御指示部５１１が温度検出部５０９から行う温度の取得は、画像変化が検出された時から温度が安定する期間のみでよい。制御指示部５１１が電圧制御部５１６に指示して行う電源電圧の制御は、画像変化検出時および温度安定時の最大２回でよい。さらに、画像変化検出時に温度の上昇が確認された場合は第１の電圧制御手順を省略可能である。従って、半導体集積回路の動作周波数と温度に応じた効率的な電源電圧制御が可能となり、半導体集積回路の消費電力の低減を実現できる。

Claims

クロック信号に応じて動作する集積回路装置であって、
前記クロック信号の周波数を制御する周波数制御手段と、
前記集積回路装置が動作するための電源電圧を制御する電圧制御手段と、
前記周波数制御手段と前記電圧制御手段とを制御する制御指示手段と、
前記集積回路装置の温度を検出する温度検出手段とを備え、
前記制御指示手段は、前記クロック信号の周波数に応じて前記電源電圧を設定する第１の電圧制御処理と、前記クロック信号の周波数および、前記温度検出手段にて検出された温度に応じて前記電源電圧を設定する第２の電圧制御処理とを行い、
前記制御指示手段は、前記周波数制御手段を制御して前記クロック信号の周波数を変更すると、前記第１の電圧制御処理により設定した電源電圧になるように前記電圧制御手段を制御し、その後、前記温度検出手段により検出された温度が安定したと判断すると、前記第２の電圧制御処理により設定した電源電圧になるように前記電圧制御手段を制御することを特徴とする集積回路装置。
前記制御指示手段は、動作周波数が異なる複数の動作モードのいずれかの動作モードへの変更の指示に応じて、指示された動作モードで動作するように制御を行い、前記指示された動作モードの動作周波数に対応した周波数の前記クロック信号を生成するように前記周波数制御手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の集積回路装置。
前記制御指示手段は、前記変更の指示による変更の前の動作モードの前記動作周波数が、変更の後の動作モードの前記動作周波数より高い場合、前記周波数制御手段により前記クロック信号の周波数を前記変更の後の動作モードの動作周波数に対応した周波数に変更した後、前記第１の電圧制御処理により設定した電源電圧となるように前記電圧制御手段を制御することを特徴とする請求項２に記載の集積回路装置。
前記制御指示手段は、前記変更の指示による変更の前の動作モードの前記動作周波数が、変更の後の動作モードの前記動作周波数より低い場合、前記電圧制御手段により、前記電源電圧を前記第１の電圧制御処理により設定した電源電圧に変更した後、前記周波数制御手段により、前記クロック信号の周波数を前記変更の後の動作モードの動作周波数に対応した周波数に変更するように制御することを特徴とする請求項２に記載の集積回路装置。
前記制御指示手段は、前記変更の指示による変更の前の動作モードの前記動作周波数と、変更の後の動作モードの前記動作周波数とが同じ場合、前記電圧制御手段による前記電源電圧の変更を行わないようにすることを特徴とする請求項２に記載の集積回路装置。
入力された画像を処理する処理手段を備え、
前記制御指示手段は、前記画像が変化したことが検出された場合、前記温度検出手段により検出された温度が、前記変化が検出される前の前記温度検出手段により検出された温度よりも高いか否かを判別し、前記温度検出手段により検出された温度が、前記変化が検出される前の温度よりも高い場合、前記電圧制御手段により、前記第１の電圧制御処理により設定した電源電圧になるように制御し、前記温度検出手段により検出された温度が、前記変化が検出される前の温度よりも高くない場合、前記第１の電圧制御処理により電源電圧を変更しないようにすることを特徴とする請求項１または２に記載の集積回路装置。
前記制御指示手段は、前記温度検出手段により検出された温度が、前記変化が検出される前の温度よりも高い場合、前記電圧制御手段により、前記第１の電圧制御処理により設定した電源電圧になるように制御した後、さらに、前記温度検出手段にて検出された温度が安定すると、前記電圧制御手段により、前記第２の電圧制御処理により設定した電源電圧になるように制御することを特徴とする請求項６に記載の集積回路装置。
前記温度検出手段により検出された温度が、前記変化が検出される前の前記温度検出手段により検出された温度と同じである場合、前記制御指示手段は、前記電圧制御手段による前記電源電圧の制御を指示しないことを特徴とする請求項６に記載の集積回路装置。
前記温度検出手段にて検出された温度が安定しているか否かの判定は、前回検出された温度と今回検出された温度との差分が所定値以下であるか否か、または、前記温度の差分が所定値以下である状態が所定の回数以上、継続しているか否かに基づく、ことを特徴とする請求項１に記載の集積回路装置。
前記集積回路装置の複数の動作周波数に対応した電源電圧の情報である第１の情報と、
前記複数の動作周波数および前記集積回路装置の複数の温度に対応した情報である第２の情報とを記憶する記憶手段を備え、
前記制御指示手段は、前記第１の電圧制御処理において、前記第１の情報を用いて電源電圧を設定し、前記第２の電圧制御処理において、前記第２の情報を用いて電源電圧を設定することを特徴とする請求項１に記載の集積回路装置。