JP2009003874A - 情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置全体の消費電力を効率よく低減できる情報処理装置を提供する。
【解決手段】ＤＣ−ＤＣコンバータ１１の出力電圧によって駆動され、動作クロックに同期してデータを処理する演算処理部１４を有する情報処理装置において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１の電圧変換効率が最も高くなる出力電流値を記憶する記憶手段４と、演算処理部１４で処理するデータが所定の種別である場合に、記憶手段４に記憶された出力電流値と、演算処理部１４の消費電流値とがほぼ等しくなるように、動作クロックの周波数を制御するクロック周波数制御手段１３と、を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータによって駆動される演算処理部を有する情報処理装置に関するものである。

情報処理装置には、一般に、データを処理する演算処理部を含むＣＰＵが搭載されている。ＣＰＵは、駆動電圧の給電下において、動作クロックに同期してデータを処理するもので、このＣＰＵでの消費電流は、駆動電圧を一定とすると、一般には、例えば図９に示すように、動作クロックの周波数（動作周波数）に比例して多くなる。

このようなＣＰＵの特性を利用した従来の情報処理装置として、例えば、低周波数の動作クロックおよび低電圧で動作する低速モードと、高周波数の動作クロックおよび高電圧で動作する高速モードとを有し、通常の処理では低速モードで動作させ、Ｉ／Ｏアクセスやインタラプトなどの特定の要因が生じた場合には、一定期間、高速モードで動作させることにより、装置全体の消費電流の低減を図ったものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、他の情報処理装置として、接続されている電源の種類に応じて、電池が接続されている時には低速モードで動作させ、商用電源が接続されている時には高速モードで動作させることにより、電池が接続されている時の装置の省電力化を図ったものも知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開平５−１１８９７号公報 特開２００１−８４０５４号公報

ところで、近年の情報処理装置は、例えば携帯通信端末におけるように、ＤＣ−ＤＣコンバータを搭載して、ＤＣ−ＤＣコンバータで変換した直流の出力電圧をＣＰＵに駆動電圧として給電するようにしたものが多くなっている。

しかしながら、ＤＣ−ＤＣコンバータは、一般に、例えば図１０に示すような電圧変換効率特性を有しており、所定の出力電流値（図１０の場合には、１００ｍＡ）で変換効率がピークとなる。このため、ＤＣ−ＤＣコンバータを用いてＣＰＵに給電する構成において、ＣＰＵを上記特許文献１，２に記載のように、低速モードで動作させるようにすると、そのときの出力電流によっては、変換効率が低下して、装置全体の消費電力が増大することもある。

例えば、電源として、定格電圧３．７Ｖの電池を用い、その電池電圧をＤＣ−ＤＣコンバータにより１．８Ｖに変換して用いる場合、ＤＣ−ＤＣコンバータが図１０に示した電圧変換効率特性を有するものとすると、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電流が１５０ｍＡの場合には、そのときの電圧変換効率は８０％であるので、電池の出力電流は約９１ｍＡとなる。これに対し、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧が同じ１．８Ｖでも、出力電流が６０ｍＡの場合には、そのときの電圧変換効率は８５％であるので、電池の出力電流は約３４ｍＡとなる。

このため、例えば、ＣＰＵの動作クロックの周波数（以下、適宜、クロック周波数とも言う）を、消費電流が１５０ｍＡの第１クロック周波数（高速モード）として、あるデータを処理した場合に、処理に６．６ｓを要したとすると、装置の電力量は、（電池電流）×（電池電圧）×（動作時間）から、約２２００ｍＷｓとなる。これに対し、同じデータ処理を、クロック周波数が高速モードよりも低い、消費電流が６０ｍＡの第２クロック周波数（低速モード）で実行した場合に、処理に２０ｓを要したとすると、装置の電力量は、同様に計算すると、約２５００ｍＷｓとなり、高速モードの場合よりも、逆に１割以上増大し、低消費電力化が達成されないことになる。

したがって、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、装置全体の消費電力を効率よく低減できる情報処理装置を提供することにある。

上記目的を達成する請求項１に係る発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧によって駆動され、動作クロックに同期してデータを処理する演算処理部を有する情報処理装置において、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータの電圧変換効率が最も高くなる出力電流値を記憶する記憶手段と、
前記演算処理部で処理するデータが所定の種別である場合に、前記記憶手段に記憶された出力電流値と、前記演算処理部の消費電流値とがほぼ等しくなるように、前記動作クロックの周波数を制御するクロック周波数制御手段と、
を具備することを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の情報処理装置において、
電池の残量または電圧を監視する電池監視手段をさらに有し、
前記クロック周波数制御手段は、前記電池監視手段で監視される前記電池の残量または電圧が所定値以下の場合に、前記動作クロックの周波数制御を実行する、
ことを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の情報処理装置において、
無線送信手段と、該無線送信手段の送信出力を測定する測定手段と、をさらに有し、
前記クロック周波数制御手段は、前記測定手段で測定される送信出力が所定値以上の場合に、前記動作クロックの周波数制御を実行する、
ことを特徴とするものである。

本発明によれば、演算処理部で処理するデータが所定の種別である場合に、演算処理部の動作クロックの周波数を、演算処理部での消費電流が、該演算処理部を駆動するＤＣ−ＤＣコンバータの電圧変換効率が最も高くなる出力電流値とほぼ等しくなる周波数に制御するので、装置全体の消費電力を効率よく低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。

（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る情報処理装置の構成を示す機能ブロック図である。図１に示す情報処理装置は、電池１を電源とする携帯通信端末で、電圧変換部２、データ処理を含む全体の動作を制御するＣＰＵ３、ＣＰＵ３と情報をやり取りするメモリ４、液晶画面などに情報を表示させる表示部５、カメラなどで撮影する撮像部６、ユーザーがキーなどを操作するための操作部７、ＣＰＵ３に動作クロックを供給するクロック発生部８、アンテナ９を介して無線でデータを送受信するための送受信部１０を有する。

電圧変換部２は、電池１の電圧を所要のＤＣ電圧に変換して各部に給電する複数のＤＣ−ＤＣコンバータ１１および複数のレギュレータ１２を有し、少なくともＣＰＵ３および送受信部９の送信部には、それぞれ対応するＤＣ−ＤＣコンバータ１１の出力電圧を給電する。

ＣＰＵ３は、クロック発生部８からの動作クロックの周波数を必要に応じて変換するクロック周波数制御手段である周波数変換部１３と、この周波数変換部１３を経て出力される動作クロックに同期してデータを処理する演算処理部１４とを有する。また、ＣＰＵ３は、図示しないが、外部とのＩ／Ｏ部、音声処理部、映像処理部なども有している。なお、図１では、周波数変換部１３をＣＰＵ３に内蔵させているが、ＣＰＵ３の外部に設ける場合もある。

本実施の形態では、ＣＰＵ３を駆動するＤＣ−ＤＣコンバータ１１の電圧変換効率が最も高くなる出力電流値を、予め測定して記憶手段であるメモリ４に記憶する。また、図９に示したようなＣＰＵ３の動作クロックの周波数と消費電流との関係も、予め実測してメモリ４に記憶する。このようにして、演算処理部１４で処理するデータの種別に応じて、演算処理部１４を含むＣＰＵ３の各部に供給する動作クロックの周波数を、周波数変換部１３により制御する。

以下、図２に示すフローチャートを参照して、本実施の形態に係る携帯通信端末の動作を説明する。

先ず、演算処理部１４は、データの処理要求を受けたら、該処理するデータが所定の種別であるか否か、すなわち演算処理部１４のクロック周波数を低く変動できるデータであるか否かを判定する（ステップＳ１）。

ここで、所定の種別のデータとは、例えば、音声通話やコンテンツのダウンロードなど、負荷が軽いデータや、リアルタイム性が要求されないデータとし、ＴＶ電話やストリーミング再生、動画再生など、負荷が重いデータや、リアルタイム性が要求されるデータは、所定の種別以外のデータとする。この演算処理部１４で処理するデータの種別は、データ自体または起動するアプリケーションによって判定する。

ステップＳ１で、処理するデータが所定の種別以外で、クロック周波数を低く変動できないデータであると判定された場合には、動画像などのデータを遅延することなく表示部５に表示したりする必要があるため、周波数変換部１３によりクロック周波数を高く保ったまま、例えばＣＰＵ３がフルスピードとなる最大クロック周波数に保ったまま（ステップＳ２）、処理を開始させ（ステップＳ３）、処理が終了したら（ステップＳ４）、次のステップに移り、必要に応じてスリープモードに遷移する。

これに対し、ステップＳ１で、処理するデータが所定の種別で、クロック周波数を低く変動できるデータであると判定された場合には、メモリ４に記憶されているＣＰＵ３を駆動するＤＣ−ＤＣコンバータ１１の電圧変換効率が最大となる出力電流値と、ＣＰＵ３の消費電流値とがほぼ等しくなるように、周波数変換部１３によりクロック周波数を低く制御してＣＰＵ３をロースピードとし（ステップＳ５）、ステップＳ３において処理を開始する。例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１が、図１０に示した電圧変換効率特性を有している場合には、メモリ４には、電圧変換効率が最大の９０％となる出力電流値１００ｍＡが記憶されているので、ＣＰＵ３の消費電流が１００ｍＡまたは１００ｍＡに最も近い値、すなわち、ほぼ１００ｍＡとなるクロック周波数に制御する。

このように、ＣＰＵ３のクロック周波数を制御すれば、例えば、上述したと同様に、電池１の定格電圧が３．７Ｖで、その電池電圧をＤＣ−ＤＣコンバータ１１により１．８Ｖに変換してＣＰＵ３を駆動する場合、ＣＰＵ３の消費電流がほぼ１００ｍＡとなるクロック周波数で上記と同じデータを処理した場合に、処理に１０ｓを要したとすると、この場合の電池１の出力電流は、約５４ｍＡとなるので、処理に必要な端末の電力量は、同様に計算すると、約２０００ｍＷｓとなる。

したがって、ＣＰＵ３をフルスピードで動作させるクロック周波数のときの消費電流が１５０ｍＡとすると、その場合よりも処理速度は遅くなるが、端末全体の消費電力は約２００ｍＷｓも削減することができる。また、消費電流が６０ｍＡのクロック周波数で処理する場合よりも、高速処理できるとともに、端末全体の消費電力を約５００ｍＷｓも削減することができる。

本実施の形態によれば、ＣＰＵ３に内蔵されている演算処理部１４で処理するデータが所定の種別のデータである場合、例えば、音声通話やコンテンツのダウンロードなど、負荷が軽いデータや、リアルタイム性が要求されない種別のデータである場合には、ＣＰＵ３の消費電流値が、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１の電圧変換効率が最大となる出力電流値とほぼ等しくなるように、ＣＰＵ３の動作クロックの周波数を制御するようにしたので、端末全体の消費電力を効率よく低減することができ、電池１の使用時間を延長することができる。しかも、演算処理部１４で処理するデータが、ＴＶ電話やストリーミング再生、動画再生など、負荷が重いデータや、リアルタイム性が要求されるデータのように、ＣＰＵパフォーマンスが必要な所定の種別以外のデータである場合には、ＣＰＵ３をフルスピードの動作クロックで動作させるので、ユーザーの操作性に影響を与えることもない。

（第２実施の形態）
図３は、本発明の第２実施の形態に係る情報処理装置の構成を示す機能ブロック図である。本実施の形態は、第１実施の形態に示した携帯通信端末において、電池１の残量または電圧を監視する電池監視部１５を設け、その監視結果をＣＰＵ３に供給して、電池１の残量または電圧が所定値以下の場合に、周波数変換部１３による動作クロックの周波数制御を実行するようにしたものである。その他の構成および動作は、第１実施の形態と同様であるので、第１実施の形態で説明した構成および処理と同一構成および同一処理には、同一の参照符号を付して説明を適宜省略する。

すなわち、本実施の形態では、図４にフローチャートを示すように、データの処理要求を受けたら、ステップＳ１で処理するデータが所定の種別であるか否か、すなわち演算処理部１４のクロック周波数を低く変動できるデータであるか否かを判定するのに先立って、電池監視部１５による監視結果に基づいて、ＣＰＵ３において電池１の残量または電圧が所定値以下か否かを判定する（ステップＳ１１）。なお、以下の説明では、便宜上、電池監視部１５は、電池１の電圧を監視するものとする。

その結果、電池電圧が所定値を超えている場合には、電池残量が充分あるものとして、処理するデータの種別に関係なく、ステップＳ２において、周波数変換部１３によりＣＰＵ３がフルスピードとなる最大クロック周波数に保ったまま、ステップＳ３において処理を開始する。

これに対し、電池電圧が所定値以下の場合には、電池１の電力を効率よく使用するため、第１実施の形態と同様に、演算処理部１４で処理するデータの種別に応じて、周波数変換部１３により、演算処理部１４を含むＣＰＵ３の各部に供給する動作クロックの周波数を制御する。

このように、本実施の形態では、電池監視部１５により、電池１の残量または電圧を監視し、電池１の残量または電圧が所定値以下の場合に、周波数変換部１３による動作クロックの周波数制御を実行するようにしたので、電池１の残量または電圧が所定値以下となった場合に、電池１の電力を効率よく使用することができ、電池１の使用時間を延長することができる。

（第３実施の形態）
図５は、本発明の第３実施の形態に係る情報処理装置の構成を示す機能ブロック図である。本実施の形態は、第１実施の形態に示した携帯通信端末において、送受信部１０に送信出力を測定する送信出力測定部１６を設け、その測定結果をＣＰＵ３に供給して、送信出力が所定値以上の場合に、周波数変換部１３による動作クロックの周波数制御を実行するようにしたものである。その他の構成および動作は、第１実施の形態と同様であるので、第１実施の形態で説明した構成および処理と同一構成および同一処理には、同一の参照符号を付して説明を適宜省略する。

すなわち、本実施の形態では、図６にフローチャートを示すように、データの処理要求を受けたら、ステップＳ１で処理するデータが所定の種別であるか否か、すなわち演算処理部１４のクロック周波数を低く変動できるデータであるか否かを判定するのに先立って、送信出力測定部１６による測定結果に基づいて、ＣＰＵ３において送信出力が所定値以上か否かを判定する（ステップＳ２１）。

その結果、送信出力が所定値を超えていない場合には、送信出力に伴う電力消費は少なく、端末全体の消費電流は少ないので、処理するデータの種別に関係なく、ステップＳ２において、周波数変換部１３によりＣＰＵ３がフルスピードとなる最大クロック周波数に保ったまま、ステップＳ３において処理を開始する。

これに対し、送信出力が所定値以上の場合には、端末全体の消費電流が増加するので、送信出力以外に必要な電力を効率良く使うために、第１実施の形態と同様に、演算処理部１４で処理するデータの種別に応じて、周波数変換部１３により、演算処理部１４を含むＣＰＵ３の各部に供給する動作クロックの周波数を制御して、ステップＳ３にて処理を開始する。

上記の動作を、ステップＳ４にて処理が終了するまで、ステップＳ２１に戻りながら繰り返し、処理が終了したら、次のステップに移り、必要に応じてスリープモードに遷移する。

このように、本実施の形態では、送信出力測定部１６により、送受信部１０における送信出力を測定し、送信出力が所定値以上の場合、すなわち端末全体の消費電流が増加している時のみ、周波数変換部１３による動作クロックの周波数制御を実行するようにしたので、送信出力以外で必要な電力を効率よく使うことができ、電力の限られた電池駆動による動作時間を延長することができる。

また、処理するデータが所定の種別の場合には、周波数変換部１３によりクロック周波数を低く制御することにより、電池電流のピークを減らすことができるので、端末全体の消費電流に制限がある場合に、送信出力をさらに大きくすることができる。したがって、本実施の形態の携帯通信端末が、例えばカード型で、電池１に代えて外部装置から電力の供給を受けて動作する構成で、インタフェースの規格により外部装置からの最大供給電力に制限がある場合には、ＣＰＵ３側の電力を低減できることから、その分、送信部側へ電力を配分して送信出力を高くすることができ、これにより通信相手側の受信感度の改善を図ることができる。

（第４実施の形態）
図７は、本発明の第４実施の形態に係る情報処理装置の構成を示す機能ブロック図である。本実施の形態は、第１実施の形態に示した携帯通信端末において、第２実施の形態に示した電池監視部１５と、第３実施の形態に示した送信出力測定部１６とを設け、電池監視部１５で監視される電池電圧が所定値以下のとき、または、電池電圧が所定値を超える場合でも、送信出力測定部１６で測定された送信出力が所定値以上の場合には、第１実施の形態と同様に、周波数変換部１３による動作クロックの周波数制御を実行するようにしたものである。その他の構成および動作は、上記実施の形態と同様であるので、上記実施の形態で説明した構成および処理と同一構成および同一処理には、同一の参照符号を付して説明を適宜省略する。

すなわち、本実施の形態では、図８にフローチャートを示すように、データの処理要求を受けたら、先ず、ステップ１１において、電池監視部１５による監視結果に基づいて電池１の電圧が所定値以下か否かを判定する。その結果、電池電圧が所定値以下の場合には、電池１の電力を効率よく使用するため、第１実施の形態と同様に、演算処理部１４で処理するデータの種別に応じて、周波数変換部１３により、演算処理部１４を含むＣＰＵ３の各部に供給する動作クロックの周波数を制御する。

これに対し、電池電圧が所定値を超えている場合には、次に、ステップＳ２１において、送信出力測定部１６による測定結果に基づいて送信出力が所定値以上か否かを判定する。その結果、送信出力が所定値を超えていなければ、第３実施の形態と同様に、処理するデータの種別に関係なく、ステップＳ２において、周波数変換部１３によりＣＰＵ３がフルスピードとなる最大クロック周波数に保ったまま、ステップＳ３において処理を開始し、送信出力が所定値以上であれば、第１実施の形態と同様に、演算処理部１４で処理するデータの種別に応じて、周波数変換部１３により、演算処理部１４を含むＣＰＵ３の各部に供給する動作クロックの周波数を制御する。

このように、本実施の形態では、電池電圧が所定値を超える場合でも、送信出力が所定値以上の場合には、周波数変換部１３による動作クロックの周波数制御を実行するようにしたので、電力の限られた電池駆動による動作時間をより延長することが可能となる。

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、本発明は、携帯型の情報処理装置に限らず、固定型の情報処理装置にも適用できるとともに、通信機能を有しない情報処理装置にも適用することができる。

本発明の第１実施の形態に係る情報処理装置の構成を示す機能ブロック図である。 第１実施の形態の動作を説明するフローチャートである。 本発明の第２実施の形態に係る情報処理装置の構成を示す機能ブロック図である。 第２実施の形態の動作を説明するフローチャートである。 本発明の第３実施の形態に係る情報処理装置の構成を示す機能ブロック図である。 第３実施の形態の動作を説明するフローチャートである。 本発明の第４実施の形態に係る情報処理装置の構成を示す機能ブロック図である。 第４実施の形態の動作を説明するフローチャートである。 ＣＰＵの動作周波数と消費電流との関係の一例を示す図である。 ＤＣ−ＤＣコンバータの一般的な電圧変換効率特性を示す図である。

符号の説明

１ 電池
２ 電圧変換部
３ ＣＰＵ
４ メモリ
５ 表示部
６ 撮像部
７ 操作部
８ クロック発生部
９ アンテナ
１０ 送受信部
１１ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１２ レギュレータ
１３ 周波数変換部
１４ 演算処理部
１５ 電池監視部
１６ 送信出力測定部

Claims (3)

1. ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧によって駆動され、動作クロックに同期してデータを処理する演算処理部を有する情報処理装置において、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータの電圧変換効率が最も高くなる出力電流値を記憶する記憶手段と、
   前記演算処理部で処理するデータが所定の種別である場合に、前記記憶手段に記憶された出力電流値と、前記演算処理部の消費電流値とがほぼ等しくなるように、前記動作クロックの周波数を制御するクロック周波数制御手段と、
   を具備することを特徴とする情報処理装置。
2. 電池の残量または電圧を監視する電池監視手段をさらに有し、
   前記クロック周波数制御手段は、前記電池監視手段で監視される前記電池の残量または電圧が所定値以下の場合に、前記動作クロックの周波数制御を実行する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
3. 無線送信手段と、該無線送信手段の送信出力を測定する測定手段と、をさらに有し、
   前記クロック周波数制御手段は、前記測定手段で測定される送信出力が所定値以上の場合に、前記動作クロックの周波数制御を実行する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。

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