JP6013070B2 - 半導体装置及びその制御方法 - Google Patents
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Description
1−1.基本構成
図1は、本発明の実施の形態に係る発振回路10の構成を示す回路図である。発振回路10は、外付け部品である水晶振動子1、第1容量C1及び第2容量C2に接続される。より詳細には、発振回路10は、第1端子T1及び第2端子T2を有しており、それら第1端子T1及び第2端子T2が水晶振動子1の両端にそれぞれ接続される。また、第1容量C1は、第1端子T1とグランド端子との間に接続され、第2容量C2は、第2端子T2とグランド端子との間に接続される。発振回路10は、これら水晶振動子1、第1容量C1及び第2容量C2と共に動作し、それにより、クロック信号CLKを生成、出力する。
図2は、本実施の形態に係る発振回路10の制御方法を示すタイミングチャートである。本例において、Lowレベルのモード信号MODEは第1モードを表し、Highレベルのモード信号MODEは第2モードを表すとする。
図3は、発振回路10の変形例を示す回路図である。上述の通り、本実施の形態では、第1モードと第2モードとで、発振回路10の負荷容量が変わる。負荷容量が変わると共振条件が変わるため、発振周波数も変動してしまう。具体的には、図4に示されるように、負荷容量が増加すると、発振周波数が低下する。発振周波数の低下は、コンパレータ回路400から出力されるクロック信号CLKの周波数の低下を意味する。すなわち、動作モードが第1モードから第2モードへ切り替わると、コンパレータ回路400から出力されるクロック信号CLKの周波数が低下する。
上述の通り、インバータ回路100の駆動能力は、第1制御信号CON1によって可変制御される。そのようなインバータ回路100の構成例としては様々考えられる。
既出の図1の例では、第1可変容量200−1が第1端子T1に接続され、第2可変容量200−2が第2端子T2に接続されていた。しかし、可変容量200の配置は、これに限られない。可変容量200は、第1端子T1と第2端子T2の少なくとも一方に接続されていればよく、それによりノイズ耐性向上の効果は得られる。
2−1.半導体装置
図12は、本実施の形態に係る発振回路10が適用された半導体装置(半導体チップ5)の構成例を示している。半導体チップ5は、電源2に接続され、電源2から半導体チップ5には電源電圧VCC(通常電源電圧)が供給される。また、半導体チップ5は、予備電源であるバッテリ3に接続され、バッテリ3から半導体チップ5にはバッテリ電源電圧VBAT(予備電源電圧)が供給される。
発振回路10は、小電流で微弱な発振を行う回路である。そのため、発振回路10及び水晶振動子1に接続される第1ピンP1に隣接するピンPA(図12参照)に入力される信号が、発振回路10の動作に影響を与えてしまう可能性がある。従って、その隣接ピンPAは、最終製品では使用されないようなピンであることが望ましい。例えば、隣接ピンPAは、半導体チップ5のエミュレーションを行う「デバッグモード」において用いられるピンであることが望ましい。
上述の通り、電源切替回路50、電源検出回路60及びシステムコントローラ30によって、RTC電源電圧VRTCの切り替えが自動的に行われる(図12参照)。このRTC電源電圧VRTCの切り替えについて、図15を参照してより詳しく説明する。
例えば、半導体チップ5がノイズを発生しやすい機能ブロックを含んでいる場合を考える。その機能ブロックの動作開始時及び動作停止時に、発振回路10の動作モードが第2モードに設定されるとよい。これにより、機能ブロックからのノイズが発振回路10の動作に与える影響を最小限にすることができる。
以下、ノイズ耐性を高めるためのコンパレータ回路400の様々な構成例を説明する。
図20は、電源切り替えに対するノイズ耐性を向上させるための他の構成例を示している。図20に示される例では、発振回路10にRTC電源電圧VRTCを供給するための電源ライン上に、ローパスフィルタ70が設けられている。ローパスフィルタ70は、可変抵抗71と容量72を備えている。
2 電源
3 バッテリ
5 半導体チップ
10 発振回路
20 RTC回路
30 システムコントローラ
40 論理回路
50 電源切替回路
60 電源検出回路
70 ローパスフィルタ
71 可変抵抗
72 容量
100 インバータ回路
101 入力端子
102 出力端子
110 NMOSトランジスタ
120 可変電流源
121〜125 PMOSトランジスタ
126、127 NMOSトランジスタ
128 可変抵抗
130 インバータ
140 NANDゲート
150 インバータ
160 インバータ
170 スイッチ
200 可変容量
200−1 第1可変容量
200−2 第2可変容量
210 容量
220 スイッチ
230 容量
240 スイッチ
300 帰還抵抗
400 コンパレータ回路
401、402 ノード
410 コンパレータ
420 参照電圧電源
430 コンパレータ
440 容量
450 抵抗
460 参照電圧電源
470 容量
480 選択回路
500 制御回路
600 分周回路
C1 第1容量
C2 第2容量
N1〜N3 ノード
P1 第1ピン
P2 第2ピン
PA 隣接ピン
SW 電源切替信号
T1 第1端子
T2 第2端子
CLK クロック信号
CLK1 第1クロック信号
CLK2 第2クロック信号
CON1 第1制御信号
CON2 第2制御信号
CON3 第3制御信号
MODE モード信号
VCC 電源電圧
VBAT バッテリ電源電圧
VRTC RTC電源電圧
XMOD デバッグモード信号
XVOL 電源切替許可信号
Claims (13)
- 水晶振動子の両端にそれぞれ接続される第1端子及び第2端子と、
前記第1端子に入力が接続され、前記第2端子に出力が接続されたインバータ回路と、
前記第1端子と前記第2端子との間を接続する帰還抵抗と、
前記第1端子と前記第2端子の少なくとも一方に接続された可変容量と、
第1モードと第2モードを指定するモード信号に基づいて、前記インバータ回路の駆動能力及び前記可変容量の容量値を制御する制御回路と
を備え、
前記制御回路は、前記インバータ回路の前記駆動能力及び前記可変容量の前記容量値の両方が、前記第1モードよりも前記第2モードにおいて大きくなるように制御を行い、
前記第1モードから前記第2モードへの切り替え時、前記制御回路は、前記インバータ回路の前記駆動能力を増加させた後に、前記可変容量の前記容量値を増加させ、
前記第2モードから前記第1モードへの切り替え時、前記制御回路は、前記可変容量の前記容量値を減少させた後に、前記インバータ回路の前記駆動能力を減少させる
半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置であって、
更に、
前記第2端子に接続され、前記第2端子の電圧からクロック信号を生成するコンパレータ回路と、
前記コンパレータ回路から出力される前記クロック信号の分周を行う分周回路と
を備え、
前記制御回路は、前記第1モードと前記第2モードとで前記クロック信号の周波数が等しくなるように、前記モード信号に応じて、前記分周回路の分周比を切り替える
半導体装置。 - 請求項1又は2に記載の半導体装置であって、
前記第2モードは、前記半導体装置のエミュレーションを行うデバッグモードであり、
前記第1モードは、前記エミュレーションが行われないモードである
半導体装置。 - 請求項3に記載の半導体装置であって、
前記エミュレーションにおいて用いられるピンは、前記水晶振動子に接続されるピンに隣接している
半導体装置。 - 請求項4に記載の半導体装置であって、
前記可変容量は、前記第1端子と前記第2端子のうち前記エミュレーションにおいて用いられる前記ピンに近い一方にのみ接続された
半導体装置。 - 請求項1又は2に記載の半導体装置であって、
前記第2モードは、前記半導体装置の電源電圧の切り替えを許可するモードであり、
前記第1モードは、前記電源電圧の切り替えを禁止するモードである
半導体装置。 - 請求項6に記載の半導体装置であって、
前記第1端子、前記第2端子、前記インバータ回路、前記帰還抵抗、前記可変容量、及び前記制御回路を備える発振回路と、
前記発振回路によって生成されるクロック信号に基づいて動作するクロック回路と、
前記発振回路及び前記クロック回路に供給される前記電源電圧を、通常電源電圧と予備電源電圧とで切り替える電源切替回路と、
前記通常電源電圧が所定の閾値以下になった場合に前記電源電圧が前記通常電源電圧から前記予備電源電圧に切り替わるように、且つ、前記通常電源電圧が前記所定の閾値以上になった場合に前記電源電圧が前記予備電源電圧から前記通常電源電圧に切り替わるように、前記電源切替回路を制御するコントローラと
を備え、
前記コントローラは、前記電源電圧の切り替えに基づいて前記モード信号を生成し、前記モード信号を前記制御回路に出力する
半導体装置。 - 請求項7に記載の半導体装置であって、
前記コントローラは、前記電源電圧の切り替えに先立ってモードが前記第2モードに切り替わるように前記モード信号を制御し、且つ、前記電源電圧の切り替えの終了後にモードが前記第1モードに切り替わるように前記モード信号を制御する
半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置であって、
前記インバータ回路は、
前記第1端子にゲートが接続され、前記第2端子にドレインが接続され、グランド端子にソースが接続されたトランジスタと、
前記第2端子に電流を供給する可変電流源と
を備え、
前記制御回路は、前記モード信号に応じて、前記可変電流源の電流供給能力を制御することによって、前記インバータ回路の前記駆動能力を制御する
半導体装置。 - 請求項1に記載の半導体装置であって、
前記可変容量は、前記第1端子と前記第2端子との間を接続している
半導体装置。 - 半導体装置の制御方法であって、
前記半導体装置は、
水晶振動子の両端にそれぞれ接続される第1端子及び第2端子と、
前記第1端子に入力が接続され、前記第2端子に出力が接続されたインバータ回路と、
前記第1端子と前記第2端子との間を接続する帰還抵抗と、
前記第1端子と前記第2端子の少なくとも一方に接続された可変容量と
を備え、
前記制御方法は、
動作モードを第1モードと第2モードとで切り替えるステップと、
前記インバータ回路の駆動能力及び前記可変容量の容量値の両方が、前記第1モードよりも前記第2モードにおいて大きくなるように制御を行うステップと
を含み、
前記制御を行うステップは、
前記第1モードから前記第2モードへの切り替え時、前記インバータ回路の前記駆動能力を増加させた後に、前記可変容量の前記容量値を増加させるステップと、
前記第2モードから前記第1モードへの切り替え時、前記可変容量の前記容量値を減少させた後に、前記インバータ回路の前記駆動能力を減少させるステップと
を含む
半導体装置の制御方法。 - 請求項11に記載の半導体装置の制御方法であって、
前記第2モードは、前記半導体装置のエミュレーションを行うデバッグモードであり、
前記第1モードは、前記エミュレーションが行われないモードである
半導体装置の制御方法。 - 請求項11に記載の半導体装置の制御方法であって、
前記第2モードは、前記半導体装置の電源電圧の切り替えを許可するモードであり、
前記第1モードは、前記電源電圧の切り替えを禁止するモードである
半導体装置の制御方法。
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