JP2017149244A - Semiconductor device and operation method thereof, and electronic control system - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態は、半導体装置およびその動作方法、および電子制御システムに関する。 The present embodiment relates to a semiconductor device, an operation method thereof, and an electronic control system.
自動車に搭載されるあらゆる部品のための安全機能(例えば、フェールセーフ、異常検出、安全停止などの機能)の規格が見直されつつある。特に、車載用の機器の多くは、電気的/電子的に制御されており、高性能化・高機能化だけでなく、安全性の確保も重要なニーズとなっている。 Standards for safety functions (for example, fail-safe functions, abnormality detection functions, safety stop functions, etc.) for all parts mounted on automobiles are being reviewed. In particular, many in-vehicle devices are electrically / electronically controlled, and not only high performance and high functionality but also safety are important needs.
安全な車載用機器の開発手法や管理方式等を体系的にまとめた国際基準規格ISO26262が策定されている(例えば、非特許文献1参照。)。 An international standard ISO 26262 that systematically summarizes development methods and management methods for safe in-vehicle devices has been formulated (for example, see Non-Patent Document 1).
車載用の機器などに電源電圧を供給する電源供給用装置において、特に「時間軸に対してある傾きを持って電源電圧を供給する」電源供給用装置においては、システム的な重大事故を事前に回避するために、装置内の劣化や故障をいち早く検知することが求められる。 For power supply devices that supply power voltage to in-vehicle devices, etc., especially for power supply devices that supply power voltage with a certain inclination with respect to the time axis In order to avoid this, it is required to quickly detect deterioration or failure in the apparatus.
本実施の形態は、電源電圧の供給開始時における電圧変化を監視し、異常の兆候をいち早く検知することができる半導体装置およびその動作方法、および電子制御システムを提供する。 The present embodiment provides a semiconductor device, an operation method thereof, and an electronic control system capable of monitoring a voltage change at the start of supply of a power supply voltage and quickly detecting an abnormality sign.
本実施形態の一態様によれば、電源電圧の供給動作を開始するためのスタート信号を出力するコントロール回路と、前記コントロール回路からのスタート信号に呼応して電源電圧の供給を開始する電源供給部と、前記コントロール回路からの前記スタート信号に呼応して、時間をカウントしてカウント値を逐次出力するタイマと、第1の所定の電圧値と前記電源供給部から供給される電圧値とを比較して比較結果を第1の比較信号として出力する第1の電圧コンパレータと、第2の所定の電圧値と前記電源供給部から供給される電圧値とを比較して比較結果を第2の比較信号として出力する第2の電圧コンパレータと、前記タイマからの前記カウント値と、前記第1の電圧コンパレータからの前記第1の比較信号と、前記第2の電圧コンパレータからの前記第2の比較信号とに基づいて、異常の有無を検知する異常判定部とを備える半導体装置が提供される。 According to one aspect of the present embodiment, a control circuit that outputs a start signal for starting a power supply voltage supply operation, and a power supply unit that starts supplying the power supply voltage in response to the start signal from the control circuit In response to the start signal from the control circuit, a timer that counts time and sequentially outputs a count value is compared with a first predetermined voltage value and a voltage value supplied from the power supply unit The first voltage comparator that outputs the comparison result as the first comparison signal, the second predetermined voltage value and the voltage value supplied from the power supply unit are compared, and the comparison result is compared with the second comparison value. A second voltage comparator to output as a signal, the count value from the timer, the first comparison signal from the first voltage comparator, and the second voltage comparator. Based on the second comparison signal from the motor, the semiconductor device and an abnormality determination unit for detecting the presence or absence of abnormality is provided.
本実施形態の他の態様によれば、コントロール回路からのスタート信号に呼応して、電源供給部が外部の機器に対して電源の供給を開始するステップと、タイマが前記スタート信号に呼応してタイマ動作を開始し、カウント値を逐次出力するステップと、第1の電圧コンパレータが、前記電源供給部からの電圧値と、第1の所定の電圧とを比較して比較結果を第1の比較信号として出力するステップと、第2の電圧コンパレータが、前記電源供給部からの電圧値と、第2の所定の電圧とを比較して比較結果を第2の比較信号として出力するステップと、異常判定部が、前記タイマからの前記カウント値と、前記第1の電圧コンパレータからの前記第1の比較信号と、前記第2の電圧コンパレータからの前記第2の比較信号とに基づいて、異常の有無を検知するステップとを有する半導体装置の動作方法が提供される。 According to another aspect of the present embodiment, in response to a start signal from the control circuit, a step in which the power supply unit starts supplying power to an external device, and a timer in response to the start signal The timer operation is started and the count value is sequentially output, and the first voltage comparator compares the voltage value from the power supply unit with the first predetermined voltage and compares the result with the first comparison. A step of outputting as a signal, a step in which the second voltage comparator compares the voltage value from the power supply unit with a second predetermined voltage, and outputs a comparison result as a second comparison signal; The determination unit detects an abnormality based on the count value from the timer, the first comparison signal from the first voltage comparator, and the second comparison signal from the second voltage comparator. Operation method of a semiconductor device having a step for detecting the presence or absence is provided.
本実施形態の他の態様によれば、1つの半導体チップ上に必要とされるシステムを集積したSoCと、SoCシステムバスを介して前記SoCに接続されたマイクロコンピュータと、前記マイクロコンピュータに接続された電源供給部を構成する半導体装置と、前記半導体装置から電源電圧を供給されるパワーICとを備える電子制御システムであって、前記半導体装置は、前記電源電圧の供給動作を開始するためのスタート信号を出力するコントロール回路と、前記コントロール回路からのスタート信号に呼応して、前記パワーICへの電源電圧の供給を開始する電源供給部と、前記コントロール回路からの前記スタート信号に呼応して時間をカウントしながらカウント値を逐次出力するタイマと、第1の所定の電圧値と前記電源供給部から供給される電圧値とを比較して比較結果を第1の比較信号として出力する第1の電圧コンパレータと、第2の所定の電圧値と前記電源供給部から供給される電圧値とを比較して比較結果を第2の比較信号として出力する第2の電圧コンパレータと、前記タイマからの前記カウント値と、前記第1の電圧コンパレータからの前記第1の比較信号と、前記第2の電圧コンパレータからの前記第2の比較信号とに基づいて、異常の有無を検知する異常判定部とを備える電子制御システムが提供される。 According to another aspect of the present embodiment, a SoC in which required systems are integrated on a single semiconductor chip, a microcomputer connected to the SoC via a SoC system bus, and a microcomputer connected to the microcomputer. An electronic control system comprising a semiconductor device constituting a power supply unit and a power IC to which a power supply voltage is supplied from the semiconductor device, wherein the semiconductor device starts to start supplying the power supply voltage A control circuit for outputting a signal, a power supply unit for starting supply of power supply voltage to the power IC in response to a start signal from the control circuit, and a time in response to the start signal from the control circuit A timer that sequentially outputs a count value while counting the first predetermined voltage value and the power supply unit A first voltage comparator that compares a supplied voltage value and outputs a comparison result as a first comparison signal; and compares a second predetermined voltage value with a voltage value supplied from the power supply unit. A second voltage comparator that outputs a comparison result as a second comparison signal, the count value from the timer, the first comparison signal from the first voltage comparator, and the second voltage comparator. An electronic control system including an abnormality determination unit that detects the presence or absence of an abnormality based on the second comparison signal from is provided.
本実施の形態によれば、電源電圧の供給開始時における電圧変化を監視し、異常の兆候をいち早く検知することができる半導体装置およびその動作方法、および電子制御システムを提供することができる。 According to the present embodiment, it is possible to provide a semiconductor device, an operation method thereof, and an electronic control system capable of monitoring a voltage change at the start of supply of a power supply voltage and quickly detecting an abnormality sign.
次に、図面を参照して、実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。 Next, embodiments will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
又、以下に示す実施の形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 Further, the embodiment described below exemplifies an apparatus and a method for embodying the technical idea, and in this embodiment, the material, shape, structure, arrangement, etc. of the component parts are described below. It is not something specific. This embodiment can be modified in various ways within the scope of the claims.
[実施の形態]
(電源電圧の供給)
図1は、実施の形態に係る半導体装置100における電源電圧の供給動作例を説明するための模式図である。
[Embodiment]
(Supply power supply)
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an example of a power supply voltage supply operation in the
本実施の形態における「時間軸に対してある傾きを持って電源電圧を供給する」動作の一例を説明する。図1に例示するように、時刻t=0で電源供給を開始して電源電圧Vccを供給する供給動作において、時刻t1でVccに達する場合、傾き(Vcc/t1)を持って電源電圧を供給する、と定義する。 An example of the operation of “supplying a power supply voltage with a certain inclination with respect to the time axis” in the present embodiment will be described. As illustrated in FIG. 1, in the supply operation of starting the power supply at time t = 0 and supplying the power supply voltage Vcc, when Vcc is reached at time t1, the power supply voltage is supplied with a slope (Vcc / t1). Is defined as
いま、傾きα1=(Vcc/t1)で電圧を供給する半導体装置を考える。ここで、電圧Voutが目標とする電源電圧Vccの10%の電圧(0.1×Vcc)に到達する時刻をtAとし、電圧Voutが目標とする電源電圧Vccの90%の電圧(0.9×Vcc)に到達する時刻をtBとする。 Consider a semiconductor device that supplies a voltage with an inclination α1 = (Vcc / t1). Here, the time when the voltage Vout reaches 10% of the target power supply voltage Vcc (0.1 × Vcc) is tA, and the voltage Vout is 90% of the target power supply voltage Vcc (0.9%). XBcc) is assumed to be tB.
(半導体装置の構成)
図2に、実施の形態に係る半導体装置100の内部構成を模式的に例示する。
(Configuration of semiconductor device)
FIG. 2 schematically illustrates an internal configuration of the
実施の形態に係る半導体装置100は、電源電圧Vccの供給動作を開始するためのスタート信号STを出力するコントロール回路20と、コントロール回路20からのスタート信号STに呼応して電源電圧Vccの供給を開始する電源供給部10と、コントロール回路20からのスタート信号STに呼応して時間をカウントしながらカウント値TMを逐次出力するタイマ30と、第1の所定の電圧値と電源供給部10から供給される電圧値とを比較して比較結果を比較信号CMPAとして出力する電圧コンパレータC1と、第2の所定の電圧値と電源供給部10から供給される電圧値とを比較して比較結果を比較信号CMPBとして出力する電圧コンパレータC2と、タイマ30からのカウント値TMと、電圧コンパレータC1、C2からの比較信号CMPA、CMPBとに基づいて、異常の兆候の有無を検知する異常判定部40とを備える。
The
異常判定部40が異常を検知した場合、何らかの対策処理(異常時の対応処理)を実行する。異常時の対応処理としては、例えば、アラート(警告メッセージ、警告音など)を出力する、電源の供給を停止する、電源の供給を縮小する、などが想定される。
When the
平常時においては、例えば、外部のマイコンなどから電源供給機能を有効にする制御信号であるイネーブル信号がイネーブル端子ENTに対して供給される。 In normal times, for example, an enable signal that is a control signal for enabling the power supply function is supplied from an external microcomputer or the like to the enable terminal ENT.
また、異常時においては、例えば、外部のマイコンなどから電源供給機能を無効にする制御信号であるディスエーブル信号がイネーブル端子ENTに対して供給される。 Further, when an abnormality occurs, a disable signal, which is a control signal that disables the power supply function, is supplied from an external microcomputer or the like to the enable terminal ENT.
コントロール回路20は、電源電圧Vccの供給動作を開始するためのスタート信号STを電源供給部10に出力する。電源供給部10は、コントロール回路20からのスタート信号STに呼応して、外部の機器に対して電源の供給(出力電圧Vout)を開始する。このスタート信号STは、タイマ30にも出力される。タイマ30は、スタート信号STを受信すると、タイマ動作を開始する。
The
電圧コンパレータC1は、電源供給部10からの出力電圧Voutと、第1の所定の電圧(例えば、電源電圧Vccの10%の電圧(0.1×Vcc))とを比較する。比較の結果、電圧コンパレータC1は、出力電圧Vout≧電源電圧Vccの10%の電圧(0.1×Vcc)であれば、比較信号CMPAをHighレベル(「1」)とし、出力電圧Vout<電源電圧Vccの10%の電圧(0.1×Vcc)であれば、比較信号CMPAをLowレベル(「0」)とする。
The voltage comparator C1 compares the output voltage Vout from the
電圧コンパレータC2は、電源供給部10からの出力電圧Voutと、第2の所定の電圧(例えば、電源電圧Vccの90%の電圧(0.9×Vcc))とを比較する。比較の結果、電圧コンパレータC2は、出力電圧Vout≧電源電圧Vccの90%の電圧(0.9×Vcc)であれば、比較信号CMPBをHighレベル(「1」)とし、出力電圧Vout<電源電圧Vccの90%の電圧(0.9×Vcc)であれば、比較信号CMPBをLowレベル(「0」)とする。
The voltage comparator C2 compares the output voltage Vout from the
タイマ30は、スタート信号STを受信するとそれに呼応して、タイマ動作を開始し、時間を測りながら(カウント値TMをカウントアップしながら)、カウント値TMを出力する。なお、カウント値TMが所定の固定値CNT_MAXまで到達すると、タイマ30はタイマ動作を停止する。所定の固定値CNT_MAXは、実施の形態に係る半導体装置100が電源の供給を開始してから電圧Vccに達するまでの十分な時間に対応する値に設定する。
In response to receiving the start signal ST, the timer 30 starts a timer operation and outputs the count value TM while measuring the time (counting up the count value TM). Incidentally, the count value TM reaches the predetermined fixed value CNT _ MAX, the timer 30 stops the timer operation. A predetermined fixed value CNT _ MAX is set to a value which the
異常判定部40は、電圧コンパレータC1、C2からそれぞれ出力される比較信号CMPA、CMPBと、タイマ30から出力されるカウント値TMとに基づいて、異常の(兆候の)有無を検知する。異常判定部40が異常を検知した場合、半導体装置100は、電源電圧の供給を停止する、などの対応処理を実行する。
The
異常判定部40は、電源電圧Vccの供給開始から第1の所定の電圧値に達するまでの時間軸に対する傾き((0.1×Vcc)/tA)と、電源電圧Vccの供給開始から第2の所定の電圧値に達するまでの時間軸に対する傾き((0.9×Vcc)/tB)とに基づいて、常の有無を検知する。
なお、第1の所定の電圧を、電源電圧Vccの10%の電圧としたが、これに限定されず、例えば、電源電圧Vccの約1%〜約50%程度の範囲の中から適宜選択してもよい。また、第2の所定の電圧を、電源電圧Vccの90%の電圧としたが、これに限定されず、例えば、電源電圧Vccの約50%〜約99%程度の範囲の中から適宜選択してもよい。 The first predetermined voltage is 10% of the power supply voltage Vcc, but is not limited to this. For example, the first predetermined voltage is appropriately selected from the range of about 1% to about 50% of the power supply voltage Vcc. May be. The second predetermined voltage is 90% of the power supply voltage Vcc. However, the second predetermined voltage is not limited to this. For example, the second predetermined voltage is appropriately selected from the range of about 50% to about 99% of the power supply voltage Vcc. May be.
(異常の有無の判定)
タイマ30がカウントを開始してから(すなわち、電源供給部10が電源電圧Vccの供給を開始してから)、目標とする電源電圧Vccの10%の電圧(0.1×Vcc)に到達する時刻tAまでの期間に、タイマカウント設定値CNTAを設定する。また、タイマ30がカウントを開始してから電源電圧Vccの90%の電圧(0.9×Vcc)に到達する時刻tBまでの期間に、タイマカウント設定値CNTBを設定する。つまり、正常な電圧の10%立ち上がりの時刻tAと、90%立ち上がりの時刻tBに対して、タイマ30のカウント値TMを設定する。
(Determining if there is an abnormality)
After the timer 30 starts counting (that is, after the
そして、タイマ30のカウント値TMがタイマカウント設定値CNTAに到達したときの比較信号CMPAおよびCMPBの値と、カウント値TMがタイマカウント設定値CNTBに到達したときの比較信号CMPAおよびCMPBの値とから、正常/異常の判定を実行する。 Then, the values of the comparison signals CMPA and CMPB when the count value TM of the timer 30 reaches the timer count set value CNTA, and the values of the comparison signals CMPA and CMPB when the count value TM reaches the timer count set value CNTB The normal / abnormal judgment is executed.
図3は、実施の形態に係る半導体装置100の電源電圧供給動作例(正常動作例)を概略的に示す。
FIG. 3 schematically shows a power supply voltage supply operation example (normal operation example) of the
図3に示す例では、時刻t=0で電源供給を開始し、時刻tAにおいて目標とする電源電圧Vccの10%の電圧に到達している。したがって、カウント値TMがタイマカウント設定値CNTAに到達したとき(時刻tA1)の比較信号CMPA、CMPBの値は、図4に示すように、それぞれ「1」、「0」である。その後、時刻tBにおいて目標とする電源電圧Vccの90%の電圧に到達しているため、カウント値TMがタイマカウント設定値CNTBに到達したときの比較信号CMPA、CMPBの値は、図4に示すように、それぞれ「1」、「1」である。そして、異常判定部40は、比較信号CMPA、CMPBと、カウント値TMに基づいて、異常の兆候はない、ということを検知する。
In the example shown in FIG. 3, power supply is started at time t = 0, and reaches 10% of the target power supply voltage Vcc at time tA. Therefore, the values of the comparison signals CMPA and CMPB when the count value TM reaches the timer count set value CNTA (time tA1) are “1” and “0”, respectively, as shown in FIG. Thereafter, since the voltage reaches 90% of the target power supply voltage Vcc at time tB, the values of the comparison signals CMPA and CMPB when the count value TM reaches the timer count set value CNTB are shown in FIG. Thus, they are “1” and “1”, respectively. Then, the
図5は、実施の形態に係る半導体装置100の電源電圧供給動作例(異常動作例)を概略的に示す。
FIG. 5 schematically shows a power supply voltage supply operation example (abnormal operation example) of the
図5に示す例では、時刻t=0で電源供給を開始するが、カウント値TMがタイマカウント設定値CNTAに到達する前に目標とする電源電圧Vccの10%の電圧に到達し、さらに、カウント値TMがタイマカウント設定値CNTBに到達する前に目標とする電源電圧Vccの90%の電圧にも到達している。したがって、カウント値TMがタイマカウント設定値CNTAに到達したときの比較信号CMPA、CMPBの値は、図6に示すように、それぞれ「1」、「1」であり、カウント値TMがタイマカウント設定値CNTBに到達したときの比較信号CMPA、CMPBの値も、それぞれ「1」、「1」である。この場合、異常判定部40は、「傾き」が急峻であるので何らかの異常が発生している、ということを検知し、何らかの対策処理(異常時の対応処理)を実行する。
In the example shown in FIG. 5, power supply is started at time t = 0, but the count value TM reaches 10% of the target power supply voltage Vcc before reaching the timer count set value CNTA. Before the count value TM reaches the timer count set value CNTB, the voltage reaches 90% of the target power supply voltage Vcc. Therefore, the values of the comparison signals CMPA and CMPB when the count value TM reaches the timer count setting value CNTA are “1” and “1”, respectively, as shown in FIG. 6, and the count value TM is set to the timer count setting. The values of the comparison signals CMPA and CMPB when reaching the value CNTB are also “1” and “1”, respectively. In this case, the
図7は、実施の形態に係る半導体装置100の電源電圧供給動作例(異常動作の別の例)を示す概略タイミングチャート。
FIG. 7 is a schematic timing chart showing an example of power supply voltage supply operation (another example of abnormal operation) of the
図7に示す例では、時刻t=0で電源供給を開始したはずであるものの、カウント値TMがタイマカウント設定値CNTAに到達しても、出力電圧Voutは、ゼロレベルのままである。さらに、カウント値TMがタイマカウント設定値CNTBに到達しても、出力電圧Voutは、ゼロレベルのままである。したがって、カウント値TMがタイマカウント設定値CNTAに到達したときの比較信号CMPA、CMPBの値は、図8に示すように、それぞれ「0」、「0」であり、カウント値TMがタイマカウント設定値CNTBに到達したときの比較信号CMPA、CMPBの値も、それぞれ「0」、「0」である。この場合、異常判定部40は、電源供給が行われていないので何らかの異常が発生している、ということを検知し、何らかの対策処理(異常時の対応処理)を実行する。
In the example shown in FIG. 7, although power supply should have started at time t = 0, the output voltage Vout remains at the zero level even when the count value TM reaches the timer count set value CNTA. Further, even when the count value TM reaches the timer count set value CNTB, the output voltage Vout remains at the zero level. Therefore, the values of the comparison signals CMPA and CMPB when the count value TM reaches the timer count setting value CNTA are “0” and “0”, respectively, as shown in FIG. 8, and the count value TM is set to the timer count setting. The values of the comparison signals CMPA and CMPB when reaching the value CNTB are also “0” and “0”, respectively. In this case, the
(異常判定部の構成)
図9は、実施の形態に係る半導体装置100の異常判定部40の内部構成例を模式的に示す。また、図10は、図9に例示した異常判定部の動作例を概略的に示す。
(Configuration of abnormality determination unit)
FIG. 9 schematically illustrates an internal configuration example of the
異常判定部40は、カウント値コンパレータ41A、41Bと、ORゲート43と、マルチプレクサ(MUX)44A、44Bと、フリップフロップ45A、45Bと、シフトレジスタ部47と、コントロール部46とを備える。
The
タイマ30は、電源供給の開始とともにカウントアップを開始し、カウント値TMを異常判定部40内に逐次供給している。
The timer 30 starts counting up with the start of power supply, and sequentially supplies the count value TM into the
カウント値コンパレータ41Aは、カウント値TMの値とタイマカウント設定値CNTAとを比較し、カウント値TMの値がタイマカウント設定値CNTAと一致すると、比較結果信号TAをHighレベル(「1」)にする。比較結果信号TAがHighレベル(「1」)になると、ORゲート43は、取得指示信号get_sigをHighレベル(「1」)とし、MUX44Aは、その時の比較信号CMPAの値を選択し、フリップフロップ45Aは、比較信号CMPAの値(Q1)を保持する。
The
また、カウント値コンパレータ41Bは、カウント値TMの値とタイマカウント設定値CNTBとを比較し、カウント値TMの値がタイマカウント設定値CNTBと一致すると、比較結果信号TBをHighレベル(「1」)にする。比較結果信号TBがHighレベル(「1」)になると、ORゲート43は、取得指示信号get_sigをHighレベル(「1」)とし、MUX44Bは、その時の比較信号CMPBの値を選択し、フリップフロップ45Bは、比較信号CMPBの値(Q2)を保持する。
The
また、比較結果信号TAがHighレベル(「1」)になるか、または比較結果信号TBがHighレベル(「1」)になると、フリップフロップ45A、45Bがそれぞれ保持していたデータQ1、Q2が、シフトレジスタ部47内のフリップフロップ45C(Q3)、フリップフロップ45D(Q4)にそれぞれ転送される。すなわち、比較結果信号TAがHighレベル(「1」)になると、データQ1がフリップフロップ45C(Q3)に転送され(データQA1、QA2)、比較結果信号TBがHighレベル(「1」)になると、データQ2がフリップフロップ45D(Q4)に転送される(データQB1、QB2)。
Further, when the comparison result signal TA becomes the high level (“1”) or the comparison result signal TB becomes the high level (“1”), the data Q1 and Q2 held by the flip-
異常判定部40内のコントロール部46は、データQA1、QA2、QB1、QB2のそれぞれの値を用いて、正常であるか異常であるかの判定を実行する。
The
(車載用電子制御システム)
図11は、実施の形態に係る半導体装置100を適用した車載用の電子制御システムの構成例を模式的に示す。
(Electronic control system for vehicles)
FIG. 11 schematically shows a configuration example of an in-vehicle electronic control system to which the
車載用の電子制御システムは、1つの半導体チップ上に必要とされるシステムを集積したSoC(System-on-Chip)200と、SoCシステムバス90を介してそれぞれSoC200に接続されたマイコン(マイクロコンピュータ)A(50A)、マイコンB(50B)、マイコンC(50C)と、マイコンA(50A)、マイコンB(50B)、マイコンC(50C)にそれぞれ接続された電源供給部A(100A)、電源供給部B(100B)、電源供給部C(100C)とを備える。
The in-vehicle electronic control system includes an SoC (System-on-Chip) 200 in which necessary systems are integrated on one semiconductor chip, and a microcomputer (microcomputer) connected to the
電源供給部A(100A)は、パワーIC(1A)に電圧V1を供給し、パワーIC(2A)に電圧V2を供給し、パワーIC(3A)に電圧V3を供給する。同様に、電源供給部B(100B)は、パワーIC(1B)に電圧V1を供給し、パワーIC(2B)に電圧V2を供給し、パワーIC(3B)に電圧V3を供給する。電源供給部C(100C)は、パワーIC(1C)に電圧V1を供給し、パワーIC(2C)に電圧V2を供給し、パワーIC(3C)に電圧V3を供給する。 The power supply unit A (100A) supplies the voltage V1 to the power IC (1A), supplies the voltage V2 to the power IC (2A), and supplies the voltage V3 to the power IC (3A). Similarly, the power supply unit B (100B) supplies the voltage V1 to the power IC (1B), supplies the voltage V2 to the power IC (2B), and supplies the voltage V3 to the power IC (3B). The power supply unit C (100C) supplies the voltage V1 to the power IC (1C), supplies the voltage V2 to the power IC (2C), and supplies the voltage V3 to the power IC (3C).
ここで、電圧V1は、例えば3.3Vであり、電圧V2は、例えば1.8Vであり、電圧V3は、例えば1.2Vである。 Here, the voltage V1 is, for example, 3.3V, the voltage V2 is, for example, 1.8V, and the voltage V3 is, for example, 1.2V.
電源供給部A(100A)、電源供給部B(100B)、電源供給部C(100C)は、それぞれ、電源供給部10と、コントロール回路20と、タイマ30と、電圧コンパレータC1、C2と、異常判定部40とを備える。
The power supply unit A (100A), the power supply unit B (100B), and the power supply unit C (100C) are respectively connected to the
平常時においては、マイコンA(50A)、マイコンB(50B)、マイコンC(50C)は、それぞれ、電源供給部A(100A)、電源供給部B(100B)、電源供給部C(100C)のイネーブル端子ENに対して、電源供給機能を有効にする制御信号であるイネーブル信号ENA、ENB、ENCを出力する。 In normal times, the microcomputer A (50A), the microcomputer B (50B), and the microcomputer C (50C) are respectively connected to the power supply unit A (100A), the power supply unit B (100B), and the power supply unit C (100C). Enable signals ENA, ENB, and ENC, which are control signals for enabling the power supply function, are output to the enable terminal EN.
また、電源供給部A(100A)、B(100B)、C(100C)は、電源供給動作中に異常(の兆候)を検出すると、マイコンA(50A)、B(50B)、C(50C)に対して、異常発生を報告する異常発生報告信号(図示せず)を出力する。異常発生報告信号に呼応して、マイコンA(50A)、B(50B)、C(50C)は、SoC200に対して、割り込み信号IRQを出力するとともに、電源供給部A(100A)、B(100B)、C(100C)に対して、電源供給機能を無効にする制御信号であるディスエーブル信号(図示せず)を出力する。ディスエーブル信号を受信した電源供給部A(100A)、B(100B)、C(100C)は、パワーIC(1A・2A・3A)、(1B・2B・3B)、(1C・2C・3C)に対する電源供給を停止する。
Further, when the power supply units A (100A), B (100B), and C (100C) detect an abnormality (a sign) during the power supply operation, the microcomputers A (50A), B (50B), and C (50C) In response to this, an abnormality occurrence report signal (not shown) for reporting the occurrence of the abnormality is output. In response to the abnormality occurrence report signal, the microcomputers A (50A), B (50B), and C (50C) output the interrupt signal IRQ to the
図12は、実施の形態に係る半導体装置(スイッチング電源)100をI2Cバスに適用した構成例を模式的し示し、図12(a)は、正常動作時の電源電圧供給動作例、図12(b)は、異常動作時の電源電圧供給動作例である。 FIG. 12 schematically shows a configuration example in which the semiconductor device (switching power supply) 100 according to the embodiment is applied to an I2C bus. FIG. 12A shows an example of a power supply voltage supply operation during normal operation, and FIG. b) is an example of a power supply voltage supply operation during an abnormal operation.
スイッチング電源100は、電源供給部(Vcc)10と、コントロール回路20と、タイマ30(図示せず)と、電圧コンパレータC(C1、C2)と、異常判定部(異常判定ブロック)40とを備える。スイッチング電源100は、I2Cバスを介して、パワーIC1、IC2に電源を供給する。
The switching
スイッチング電源100は、図12(a)に例示するように、正常動作時にはパワーIC1、IC2に電源を供給する。
As illustrated in FIG. 12A, the switching
異常判定ブロック40が異常を検知すると、図12(b)に例示するように、パワーIC1、IC2への電源の供給を停止する。
When the
図13は、実施の形態に係る半導体装置100を、負荷15に電源を供給するシステムに適用した例を模式的に示す。電源供給システムは、エンジンコントロールユニット(ECU:Engine Control Unit)マイコン50と、コントロール回路20と、電源供給部10と、ローパスフィルタ(L1・Co)と、例えばスピーカなどの負荷15とを備える。図13におけるコントロール回路20が、実施の形態に係る半導体装置100に対応する。コントロール回路20の出力は、コンパレータ11の正(+)入力に接続されており、一方、コンパレータ11の負(−)入力には、基準電圧VREFとして、出力電圧が供給される。
FIG. 13 schematically illustrates an example in which the
電源供給部10は、コンパレータ11と、PWM変調器12と、ドライバ13と、ドライバ出力段14とを備える。
The
平常時においては、ECUマイコン50は、コントロール回路20に対して、電源供給機能を有効にする制御信号であるイネーブル信号ENSをイネーブル端子ENから出力する。イネーブル信号ENSを受信したコントロール回路20は、電源供給機能を有効にする制御信号をコンパレータ11に供給する。
In normal times, the
また、コントロール回路20は、電源供給動作中に異常(の兆候)を検出すると、ECUマイコン50に対して、異常発生を報告する異常発生報告信号(図示せず)を出力する。異常発生報告信号に呼応して、ECUマイコン50は、コントロール回路20に対して、電源供給機能を無効にする制御信号であるディスエーブル信号(図示せず)を出力する。ディスエーブル信号を受信したコントロール回路20は、電源供給機能を無効にする制御信号をコンパレータ11に供給することで、電源供給を停止する。
When the
(半導体装置の処理動作例)
図14は、実施の形態に係る半導体装置100の処理動作例を概略的に示す。
(Processing operation example of semiconductor device)
FIG. 14 schematically shows a processing operation example of the
ステップS101において、コントロール回路20は、電源電圧Vccの供給動作を開始するためのスタート信号STを電源供給部10に出力し、電源供給部10は、コントロール回路20からのスタート信号STに呼応して、外部の機器に対して電源の供給(出力電圧Vout)を開始する。
In step S101, the
スタート信号STは、タイマ30にも出力され、タイマ30は、スタート信号STを受信すると、タイマ動作を開始する(ステップS102)。タイマ30は、カウント値TMをカウントアップし、カウント値TMを異常判定部40内に逐次供給する。
次に、電圧コンパレータC1は、電源供給部10からの出力電圧Voutと、第1の所定の電圧(例えば、電源電圧Vccの10%の電圧(0.1×Vcc))とを比較する(ステップS103)。
The start signal ST is also output to the timer 30. When the timer 30 receives the start signal ST, the timer operation is started (step S102). The timer 30 counts up the count value TM and sequentially supplies the count value TM into the
Next, the voltage comparator C1 compares the output voltage Vout from the
ステップS103における比較の結果、出力電圧Vout<電源電圧Vccの10%の電圧(0.1×Vcc)であれば、電圧コンパレータC1は、ステップS104において、比較信号CMPAをLowレベル(「0」)とする。 As a result of the comparison in step S103, if output voltage Vout <10% of power supply voltage Vcc (0.1 × Vcc), voltage comparator C1 sets comparison signal CMPA to low level (“0”) in step S104. And
ステップS103における比較の結果、出力電圧Vout≧電源電圧Vccの10%の電圧(0.1×Vcc)であれば、電圧コンパレータC1は、ステップS105において、比較信号CMPAをHighレベル(「1」)とする。 As a result of the comparison in step S103, if the output voltage Vout ≧ the voltage of 10% of the power supply voltage Vcc (0.1 × Vcc), the voltage comparator C1 sets the comparison signal CMPA to the high level (“1”) in step S105. And
カウント値TMがタイマカウント設定値CNTAに到達するまで、ステップS103、S104、S105が行われ、異常判定部40は、カウント値TMがタイマカウント設定値CNTAに到達すると(ステップS106)、比較信号CMPA、CMPBを比較する(ステップS107)。
Until the count value TM reaches the timer count set value CNTA, steps S103, S104, and S105 are performed. When the count value TM reaches the timer count set value CNTA (step S106), the
その一方で、電圧コンパレータC2は、電源供給部10からの出力電圧Voutと、第2の所定の電圧(例えば、電源電圧Vccの90%の電圧(0.9×Vcc))とを比較する(ステップS108)。
On the other hand, the voltage comparator C2 compares the output voltage Vout from the
ステップS108における比較の結果、出力電圧Vout<電源電圧Vccの90%の電圧(0.9×Vcc)であれば、電圧コンパレータC2は、ステップS109において、比較信号CMPBをLowレベル(「0」)とする。 As a result of the comparison in step S108, if the output voltage Vout <90% of the power supply voltage Vcc (0.9 × Vcc), the voltage comparator C2 sets the comparison signal CMPB to the low level (“0”) in step S109. And
ステップS108における比較の結果、出力電圧Vout≧電源電圧Vccの90%の電圧(0.9×Vcc)であれば、電圧コンパレータC2は、ステップS114において、比較信号CMPBをHighレベル(「1」)とする。 As a result of the comparison in step S108, if the output voltage Vout ≧ 90% of the power supply voltage Vcc (0.9 × Vcc), the voltage comparator C2 sets the comparison signal CMPB to the high level (“1”) in step S114. And
カウント値TMがタイマカウント設定値CNTBに到達するまで、ステップS108、S109、S114が行われ、異常判定部40は、カウント値TMがタイマカウント設定値CNTAに到達すると(ステップS110)、比較信号CMPA、CMPBを比較する(ステップS111)。
Steps S108, S109, and S114 are performed until the count value TM reaches the timer count set value CNTB. When the count value TM reaches the timer count set value CNTA (step S110), the
異常判定部40は、ステップS107における比較の結果と、ステップS111における比較の結果とに基づいて、異常(の兆候)有無を検知し、異常(の兆候)を検知した場合(ステップS112)、異常時の対応処理を実行する(ステップS113)。逆に、異常(の兆候)が検知されなければ、異常検知処理を終了する。
以上説明したように、本実施の形態によれば、電源電圧の供給開始時における電圧変化を監視し、異常の兆候をいち早く検知することができる半導体装置およびその動作方法、および電子制御システムを提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to monitor a voltage change at the start of supply of a power supply voltage, and to provide a semiconductor device capable of quickly detecting an abnormality sign, an operating method thereof, and an electronic control system. can do.
[その他の実施の形態]
上記のように、実施の形態について記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
[Other embodiments]
While the embodiments have been described as described above, the discussion and drawings that form part of this disclosure are illustrative and should not be construed as limiting. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
例えば、実施の形態においては、車載用の電子機器などに電源を供給する電源供給用装置(半導体装置100)について説明したが、半導体装置100が電源電圧を供給するのは車載用の電子機器に限らず、様々な用途に用いられる電子機器に電源を供給することができる。
For example, in the embodiments, a power supply device (semiconductor device 100) that supplies power to a vehicle-mounted electronic device or the like has been described. However, the
このように、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。 As described above, various embodiments that are not described herein are included.
本実施の形態は、例えば、自動車、航空機、船舶、鉄道、ロケット、医療機器、産業機械、ロボットなど様々な分野の電子機器類などに適用可能である。 This embodiment can be applied to electronic devices in various fields such as automobiles, airplanes, ships, railways, rockets, medical equipment, industrial machines, robots, and the like.
1、1A、1B、1C、2、2A、2B、2C、3A、3B、3C…パワーIC
10…電源供給部(Vcc)
11…コンパレータ
12…PWM変調器
13…ドライバ
14…ドライバ出力段
15…負荷
20…コントロール回路
30…タイマ
40…異常判定部(異常判定ブロック)
41A、41B…カウント値コンパレータ
43…ORゲート
44A、44B…マルチプレクサ(MUX)
45A、45B、45C、45D…フリップフロップ
47…シフトレジスタ部
46…コントロール部
50…エンジンコントロールユニット(ECU:Engine Control Unit)マイコン
50A…マイコン(マイクロコンピュータ)A
50B…マイコン(マイクロコンピュータ)B
50C…マイコン(マイクロコンピュータ)C
90…SoCシステムバス
100…半導体装置(スイッチング電源)
100A…電源供給部A
100B…電源供給部B
100C…電源供給部C
200…SoC(System-on-Chip)
C、C1、C2…電圧コンパレータ
CMPA、CNTB…比較信号
CNTA、CNTB…タイマカウント設定値
CNT_MAX…固定値
CMPA、CMPB…比較信号
EN、ENT…イネーブル端子
ENA、ENB、ENC、ENS…イネーブル信号
get_sig…取得指示信号
(L1・Co)…ローパスフィルタ
IRQ…割り込み信号
Q1、Q2、Q3、Q4、QA1、QA2、QB1、QB2…データ
ST…スタート信号
TA、TB…比較結果信号
TM…カウント値
t、t1、tA、tB、tA1…時刻
Vcc…電圧(電源電圧)
Vout…電圧(出力電圧)
α1…傾き
1, 1A, 1B, 1C, 2, 2A, 2B, 2C, 3A, 3B, 3C ... Power IC
10 ... Power supply unit (Vcc)
DESCRIPTION OF
41A, 41B ...
45A, 45B, 45C, 45D ... flip-
50B ... Microcomputer B
50C ... microcomputer (microcomputer) C
90 ...
100A ... Power supply unit A
100B ... Power supply unit B
100C ... Power supply unit C
200 ... SoC (System-on-Chip)
C, C1, C2 ... voltage comparator CMPA, CNTB ... comparison signal CNTA, CNTB ... timer count set value CNT _ MAX ... fixed value CMPA, CMPB ... comparison signal EN, ENT ... enable terminal ENA, ENB, ENC, ENS ... enable signal get_sig ... acquisition instruction signal (L1 · C o ) ... low-pass filter IRQ ... interrupt signals Q1, Q2, Q3, Q4, QA1, QA2, QB1, QB2 ... data ST ... start signal TA, TB ... comparison result signal TM ... count value t, t1, tA, tB, tA1 ... time Vcc ... voltage (power supply voltage)
Vout ... Voltage (output voltage)
α1 ... tilt
Claims (15)
前記コントロール回路からのスタート信号に呼応して電源電圧の供給を開始する電源供給部と、
前記コントロール回路からの前記スタート信号に呼応して、時間をカウントしてカウント値を逐次出力するタイマと、
第1の所定の電圧値と前記電源供給部から供給される電圧値とを比較して比較結果を第1の比較信号として出力する第1の電圧コンパレータと、
第2の所定の電圧値と前記電源供給部から供給される電圧値とを比較して比較結果を第2の比較信号として出力する第2の電圧コンパレータと、
前記タイマからの前記カウント値と、前記第1の電圧コンパレータからの前記第1の比較信号と、前記第2の電圧コンパレータからの前記第2の比較信号とに基づいて、異常の有無を検知する異常判定部と
を備えることを特徴とする半導体装置。 A control circuit that outputs a start signal for starting the supply operation of the power supply voltage;
A power supply unit for starting supply of power supply voltage in response to a start signal from the control circuit;
In response to the start signal from the control circuit, a timer that counts time and sequentially outputs a count value;
A first voltage comparator that compares a first predetermined voltage value with a voltage value supplied from the power supply unit and outputs a comparison result as a first comparison signal;
A second voltage comparator that compares a second predetermined voltage value with a voltage value supplied from the power supply unit and outputs a comparison result as a second comparison signal;
Based on the count value from the timer, the first comparison signal from the first voltage comparator, and the second comparison signal from the second voltage comparator, the presence or absence of abnormality is detected. A semiconductor device comprising: an abnormality determination unit.
タイマが前記スタート信号に呼応してタイマ動作を開始し、カウント値を逐次出力するステップと、
第1の電圧コンパレータが、前記電源供給部からの電圧値と、第1の所定の電圧とを比較して比較結果を第1の比較信号として出力するステップと、
第2の電圧コンパレータが、前記電源供給部からの電圧値と、第2の所定の電圧とを比較して比較結果を第2の比較信号として出力するステップと、
異常判定部が、前記タイマからの前記カウント値と、前記第1の電圧コンパレータからの前記第1の比較信号と、前記第2の電圧コンパレータからの前記第2の比較信号とに基づいて、異常の有無を検知するステップと
を有することを特徴とする半導体装置の動作方法。 In response to a start signal from the control circuit, the power supply unit starts supplying power to an external device; and
A timer starts timer operation in response to the start signal, and sequentially outputs count values;
A first voltage comparator comparing a voltage value from the power supply unit with a first predetermined voltage and outputting a comparison result as a first comparison signal;
A second voltage comparator comparing a voltage value from the power supply unit with a second predetermined voltage and outputting a comparison result as a second comparison signal;
An abnormality determination unit detects an abnormality based on the count value from the timer, the first comparison signal from the first voltage comparator, and the second comparison signal from the second voltage comparator. And a step of detecting the presence or absence of the semiconductor device.
前記半導体装置は、
前記電源電圧の供給動作を開始するためのスタート信号を出力するコントロール回路と、
前記コントロール回路からのスタート信号に呼応して、前記パワーICへの電源電圧の供給を開始する電源供給部と、
前記コントロール回路からの前記スタート信号に呼応して時間をカウントしながらカウント値を逐次出力するタイマと、
第1の所定の電圧値と前記電源供給部から供給される電圧値とを比較して比較結果を第1の比較信号として出力する第1の電圧コンパレータと、
第2の所定の電圧値と前記電源供給部から供給される電圧値とを比較して比較結果を第2の比較信号として出力する第2の電圧コンパレータと、
前記タイマからの前記カウント値と、前記第1の電圧コンパレータからの前記第1の比較信号と、前記第2の電圧コンパレータからの前記第2の比較信号とに基づいて、異常の有無を検知する異常判定部と
を備える
ことを特徴とする電子制御システム。 A SoC in which required systems are integrated on one semiconductor chip, a microcomputer connected to the SoC via a SoC system bus, and a semiconductor device constituting a power supply unit connected to the microcomputer; An electronic control system comprising a power IC supplied with a power supply voltage from the semiconductor device,
The semiconductor device includes:
A control circuit for outputting a start signal for starting the supply operation of the power supply voltage;
In response to a start signal from the control circuit, a power supply unit for starting supply of a power supply voltage to the power IC;
A timer that sequentially outputs a count value while counting time in response to the start signal from the control circuit;
A first voltage comparator that compares a first predetermined voltage value with a voltage value supplied from the power supply unit and outputs a comparison result as a first comparison signal;
A second voltage comparator that compares a second predetermined voltage value with a voltage value supplied from the power supply unit and outputs a comparison result as a second comparison signal;
Based on the count value from the timer, the first comparison signal from the first voltage comparator, and the second comparison signal from the second voltage comparator, the presence or absence of abnormality is detected. An electronic control system comprising: an abnormality determination unit.
前記マイクロコンピュータは、前記異常発生報告信号に呼応して、前記SoCに対して割り込み信号を出力するとともに、前記半導体装置に対して、電源供給機能を無効にするディスエーブル信号を出力することを特徴とする請求項11に記載の電子制御システム。 The semiconductor device outputs an abnormality occurrence report signal to the microcomputer when the abnormality determination unit detects an abnormality,
In response to the abnormality occurrence report signal, the microcomputer outputs an interrupt signal to the SoC and outputs a disable signal for invalidating a power supply function to the semiconductor device. The electronic control system according to claim 11.
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2016
- 2016-02-24 JP JP2016032960A patent/JP2017149244A/en active Pending
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