CN109428392A - 半导体器件、电源系统、以及半导体器件的控制方法 - Google Patents

半导体器件、电源系统、以及半导体器件的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及半导体器件、电源系统、以及半导体器件的控制方法。为了即使在用于控制电路的电源中发生异常时安全地停止系统，半导体器件包括：控制电路；第一电源，其输出作为电源电压供应到控制电路的第一电压；第一电压监视电路，其确定第一电压是否异常；第一开关，其耦合到第一电源和控制电路，并在确定第一电压异常时，切断第一电压向控制电路的供应；以及，电源切换电路，其耦合到控制电路和输出作为电源电压供应到除了所述控制电路之外的被电源供电的电路的第二电压的第二电源，并且在切断向控制电路的第一电压的提供的状态下，向控制电路供应第二电压。

Description

半导体器件、电源系统、以及半导体器件的控制方法
对于相关申请的交叉引用
包括说明书、附图和摘要的、在2017年8月24日提交的日本专利申请No.2017-161318的公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明涉及一种半导体器件，并且更具体地涉及一种使用例如冗余电源的半导体器件。
背景技术
在诸如压降的异常发生在电源的输出电压中的情况下，在控制电路的控制下，诸如系统LSI(大规模集成电路)的半导体器件执行停止序列以安全地停止包括半导体器件的整个系统。
然而，如果向控制电路提供电源电压的常规电源的输出电压变得异常并且不能从常规电源向控制电路提供电源电压，则控制电路不能执行停止序列，使得可能例如损坏半导体器件内部的模拟电路。另外，如果不能从常规电源向控制电路提供电源电压，则很可能将非预期的信号从控制电路传输到半导体器件的内部或外部，导致例如该系统的故障。
因此，已经提出了稳定地向控制电路提供电源电压的技术。例如，根据日本未审查专利申请公开No.2009-055686，除了当前使用的电源之外，还提供至少一个备用电源，并且监视当前使用的电源的输出电压。当当前使用的电源的输出电压下降到阈值或更低时，执行用于启动正在停止的备用电源的操作，并且在备用电源的启动完成的情况下，执行电源开关操作，其使得备用电源成为新的当前使用的电源。
发明内容
然而，在日本未审查专利申请公开No.2009-055686中公开的技术除了当前使用的电源之外还需要备用电源，并且因此区域影响较大。
根据本说明书的描述和附图，其他目的和新颖特征将显而易见。
根据实施例，当从第一电源输出并作为电源电压供应到控制电路的第一电压被确定为异常时，切断向控制电路的第一电压的供应。在切断向控制电路的第一电压的供应的状态下，向控制电路供应第二电压，第二电压是从第二电源输出的并作为电源电压被供应给除了控制电路之外的被电源供电的电路。
根据前述实施例，可以有助于解决上述问题。
附图说明
图1是根据第一实施例的电源系统100的配置示例的电路图。
图2是示出在电源8的输出电压V1下降的情况下根据第一实施例的系统LSI 1A的操作示例的时序图。
图3是示出在电源8的输出电压V1下降的情况下根据第一实施例的系统LSI 1A的操作示例的时序图。
图4是示出在电源8的输出电压V1上升的情况下根据第一实施例的系统LSI 1A的操作示例的时序图。
图5是示出在电源10的输出电压V2上升的情况下根据第一实施例的系统LSI 1A的操作示例的时序图。
图6是示出在电源10的输出电压V2下降的情况下根据第一实施例的系统LSI 1A的操作示例的时序图。
图7是表示根据第一实施例的系统LSI 1A的整体操作流程的示例的流程图。
图8是示出根据第二实施例的电源系统200的配置示例的电路图。
图9是示出在电源8的输出电压V1下降的情况下根据第二实施例的系统LSI 2A的操作示例的时序图。
图10是示出在电源8的输出电压V1上升的情况下根据第二实施例的系统LSI 2A的操作示例的时序图。
图11是示出在电源10的输出电压V2上升的情况下根据第二实施例的系统LSI 2A的操作示例的时序图。
图12是示出在电源10的输出电压V2下降的情况下根据第二实施例的系统LSI 2A的操作示例的时序图。
图13是示出根据第三实施例的电源系统300的配置示例的电路图。
图14是示出在电源8的输出电压V1下降的情况下根据第三实施例的系统LSI 3A的操作示例的时序图。
图15是示出在电源8的输出电压V1上升的情况下根据第三实施例的系统LSI 3A的操作示例的时序图。
图16是示出在电源16的输出电压V3上升的情况下根据第三实施例的系统LSI 3A的操作示例的时序图。
图17是示出在电源16的输出电压V3下降的情况下根据第三实施例的系统LSI 3A的操作示例的时序图。
图18是示出概念性地示出第一至第三实施例的电源系统400的配置示例的电路图。
具体实施方式
以下描述实施例。为了澄清解释，适当地在以下描述和附图中进行省略和简化。在整个附图中，用相同的附图标记标注相同的部件，并且根据需要省略其冗余描述。
(1)第一实施例
<第一实施例的配置>
首先，参考图1，描述根据该第一实施例的电源系统100的配置。图1是示出根据该第一实施例的电源系统100的配置示例的电路图。
如图1中所示，根据该第一实施例的电源系统100包括系统LSI 1A和MCU(微控制器单元)7等。系统LSI 1A对应于根据该第一实施例的半导体器件。系统LSI 1A包括控制电路2、模拟电路(被电源供电的电路)3、电源(第一电源)8、电压监视电路(第一电压监视电路)13、SW(第一开关)9、电源(第二电源)10、电压监视电路(第二电压监视电路)14、SW(第二开关)11、和二极管12。
控制电路2控制模拟电路3的操作，并与MCU 7通信，以将系统LSI 1A内部和外部的异常发送到MCU 7。
电源8是用于控制电路2的常规电源，其输出将作为电源电压Vlogic被供应到控制电路2的电压V1。电源8经由SW 9耦合到控制电路2。因此，电源8的输出电压V1经由SW 9被供应到控制电路2。
电压监视电路13监视电源8的输出电压V1，并向SW9和控制电路2输出指示该监视的结果的检测信号Vmon1。当检测到电源8的输出电压V1的异常(电压下降或升高)时，电压监视电路13将检测信号Vmon1从L切换到H。
当从电压监视电路13输出的检测信号Vmon1从L切换到H时，SW9断开并切断电源8的输出电压V1向控制电路2的供应。
模拟电路3包括：例如监视电压、电流和温度的监视电路4，；将从电源10供应的电源电压转换为各种电压的DCDC转换器5；以及驱动器6，其驱动各种致动器；等等。
电源10是用于模拟电路3的电源，其输出作为电源电压被供应到模拟电路3的电压V2。电源10直接耦合到模拟电路3。因此，电源10的输出电压V2被直接供应到模拟电路3。
电源10还经由SW 11和二极管12耦合到控制电路2。更详细地，SW 11耦合到电源10，二极管12的阴极耦合到控制电路2，并且二极管12的阳极和SW 11彼此耦合。因此，电源10的输出电压V2也可以经由SW11和二极管12供应到控制电路2。因此，电源10还用作用于控制电路2的冗余电源。
电压监视电路14监视电源10的输出电压V2，并将指示该监视的结果的检测信号Vmon2向SW11和控制电路2输出。在检测到电源10的输出电压V2的异常(电压下降或上升)时，电压监视电路14将检测信号Vmon2从L切换为H。
当从电压监视电路14输出的检测信号Vmon2从L切换到H时，SW11断开并切断电源10的输出电压V2向控制电路2的供应。
二极管12是其正向电压为Vf的二极管。
SW 11和二极管12构成电源切换电路。在通过SW 9切断电源8的输出电压V1向控制电路2的供应的状态下，该电源切换电路将电源10的输出电压V2供应到控制电路2。作为电源电压Vlogic经由该电源切换电路供应到控制电路2的电压是V2-Vf，该电压比电源10的输出电压V2低二极管12的正向电压Vf。
电源切换电路开始向控制电路2关于电源10的输出电压V2的定时不一定与由SW 9切断电源8的输出电压V1向控制电路2的供应的定时一致，并且可以在切断定时之前。也就是说，电源切换电路被配置为在电源8的输出电压V1向控制电路2的供应被SW 9切断之后将电源10的输出电压V2供应到控制电路2是足够的。
如上所述，当输出电压V1正常时，电源8的输出电压V1作为电源电压Vlogic被供应到控制电路2，并且当在电源8的输出电压V1中出现异常时，电源10的输出电压V2作为电源电压Vlogic供应到控制电路2。因此，即使当在电源8的输出电压V1中出现异常时，控制电路2也能保持正常操作。
电源10的输出电压V2是与电源8的输出电压V1大致相同的电压，并且实际供应到控制电路2的V2-Vf的电压值等于或大于控制电路2能够正常工作的电压值是足够的。
<第一实施例中的操作>
作为根据该第一实施例的系统LSI 1A的操作，下面描述在电源8的输出电压V1和电源10的输出电压V2中发生异常的情况下的操作。在假设电源8的输出电压V1和电源10的输出电压V2都通常为3.3V情况下提供以下描述。
<在电源8的输出电压V1下降的情况下的操作>
首先，描述在电源8的输出电压V1下降的情况下的操作示例。因为在电源8的输出电压V1下降的情况下的操作根据在输出电压V1的下限阈值Vth1和V2-Vf之间的大小关系而不同。因此，下面针对每种情况描述操作。
<电源8的输出电压V1下降的情况下的操作(Vth1≤V2-Vf)>
首先，参考图2，描述了在设置在其中Vth1≤V2-Vf的状态下电源8的输出电压V1下降的情况下的操作示例。图2是示出在其中设置了Vth1≤V2-Vf的状态下电源8的输出电压V1下降的情况下根据第一实施例的系统LSI 1A的操作示例的时序图。这里假设电源8的输出电压V1从3.3V逐渐下降到0V。
如图2中所示，在初始状态下，电源8的输出电压V1和电源10的输出电压V2两者均为通常的3.3V。因此，为3.3V的电源8的输出电压V1作为电源电压Vlogic被供应到控制电路2。此外，在系统LSI1A中的模拟电路3是激活的(Active)。
在时刻t11，当电源8的输出电压V1从3.3V下降时，供应到控制电路2的电源电压Vlogic也下降。
在时刻t12，当电源8的输出电压V1下降到V2-Vf——其比电源10的输出电压V2低二极管12的正向电压Vf——或更低时，电源10的输出电压V2也被供应到控制电路2。因此，从时刻t12到时刻t13，电源8的输出电压V1和电源10的输出电压V2两者都作为电源电压Vlogic被供应到控制电路2。
在时刻t13，当电源8的输出电压V1下降到V1的下限阈值Vth1或更低时，电压监视电路13检测V1的压降并将检测信号Vmon1从L切换到H。响应于该切换，SW9断开，从而电源8的输出电压V1向控制电路2的供应被切断。因此，在时刻t13之后，仅将电源10的输出电压V2供应到控制电路2。
在时刻t13之后，供应到控制电路2的电源电压Vlogic逐渐上升，并且在由耦合到控制电路2的输入级的电容分量(未示出)导致的延迟时间之后在时刻t14达到V2-Vf。因此，控制电路2可以保持正常操作。
此外，在时刻t13，当电压监视电路13将检测信号Vmon1从L切换到H时，控制电路2响应于该切换进入停止序列，该停止序列安全地停止系统LSI 1A中的模拟电路3。在时刻t15，当停止序列结束时，模拟电路3变为失活(Inactive)。
此外，在时刻t13，控制电路2将错误标志(错误信号)输出到设置在系统LSI 1A外部的MCU 7。响应于该输出，MCU 7也进入停止序列。因此，可以安全地停止整个电源系统100。
<在电源8的输出电压V1下降的情况下的操作(Vth1>V2-Vf)>
随后，参考图3，描述了在其中设置了Vth1>V2-Vf的状态下电源8的输出电压V1下降的情况下的操作示例。图3是示出在其中设置了Vth1>V2-Vf的状态下电源8的输出电压V1下降的情况下根据该第一实施例的系统LSI 1A的操作示例的时序图。这里假设电源8的输出电压V1从3.3V逐渐下降到0V。
如图3中所示，初始状态与图2中的相同。
在时刻t21，当电源8的输出电压V1从3.3V下降时，供应到控制电路2的电源电压Vlogic也下降。
在时刻t22，当电源8的输出电压V1下降到V1的下限阈值Vth1或更低时，电压监视电路13检测V1的压降并将检测信号Vmon1从L切换到H。响应于该切换，SW9断开，从而电源8的输出电压V1向控制电路2的供应被切断。因此，在时刻t22之后，电源10的输出电压V2被供应到控制电路2。
在时刻t22之后，供应到控制电路2的电源电压Vlogic逐渐下降，并且在由耦合到控制电路2的输入级的电容组件(未示出)导致的延迟时间之后的时刻t23达到V2-Vf。因此，控制电路2可以保持正常操作。
此外，在时刻t22，当电压监视电路13将检测信号Vmon1从L切换到H时，响应于该切换，控制电路2进入使系统LSI 1A中的模拟电路3安全停止的停止序列。在时刻t24，当停止序列结束时，模拟电路3变为失活。
此外，在时刻t22，控制电路2将错误标志(错误信号)输出到设置在系统LSI 1A外部的MCU 7。响应于该输出，MCU 7也进入停止序列。因此，可以安全地停止整个电源系统100。
<电源8的输出电压V1上升的情况下的操作>
随后，参照图4，描述在电源8的输出电压V1上升的情况下的操作示例。图4是表示电源8的输出电压V1上升的情况下根据该第一实施例的系统LSI 1A的操作示例的时序图。这里假设电源8的输出电压V1从3.3V逐渐上升到10V。此外，电源8的输出电压V1的上限阈值Vth2是控制电路2未被破坏时的任何值。
如图4中所示，初始状态与图2中的相同。
在时刻t31，当电源8的输出电压V1从3.3V上升时，供应到控制电路2的电源电压Vlogic也上升。
在时刻t32，当电源8的输出电压V1上升至V1的上限阈值Vth2或更高时，电压监视电路13检测V1的电压上升，并且将检测信号Vmon1从L切换为H。响应于该切换，SW9断开，从而电源8的输出电压V1向控制电路2的供应被切断。因此，在时刻t32之后，将电源10的输出电压V2供应到控制电路2。
在时刻t32之后，供应到控制电路2的电源电压Vlogic逐渐下降，并且在由耦合到控制电路2的输入级的电容组件(未示出)导致的延迟时间之后的时刻t33达到V2-Vf。因此，在保护控制电路2免受过压击穿的影响的同时，可以保持控制电路2的正常操作。
此外，在时刻t32，当电压监视电路13将检测信号Vmon1从L切换到H时，控制电路2响应于该切换进入停止序列，该停止序列安全地停止在系统LSI 1A中的模拟电路3。在时刻t34，当停止序列结束时，模拟电路3变为失活。
此外，在时刻t32，控制电路2将错误标志(错误信号)输出到设置在系统LSI 1A外部的MCU 7。响应于该输出，MCU 7也进入停止序列。因此，可以安全地停止整个电源系统100。
<在电源10的输出电压V2上升的情况下的操作>
随后，参照图5，描述在电源10的输出电压V2上升的情况下的操作示例。图5是表示在电源10的输出电压V2上升的情况下根据本第一实施例的系统LSI 1A的操作示例的时序图。这里假设电源10的输出电压V2从3.3V逐渐上升到10V。输出电压V2的上限阈值Vth3由电压监视电路14的设置值确定，并且是模拟电路3和控制电路2不被破坏时的任何值。另外，通过将电压V2的上限阈值Vth3设置为高于作为比电源8的输出电压V1高二极管12的正向电压Vf的V1+Vf的任何电压值，可以获得下述有利效果：在电源8的输出电压V1下降到正常状态以下的情况下能够实现从电源10向控制电路2的电力供应。然而，该第一实施例不限于电压V2的上限阈值电压Vth3高于V1+Vf的情况。
如图5中所示，初始状态与图2中的初始状态相同。
在时刻t41，电源10的输出电压V2从3.3V上升。
在时刻t42，当电源10的输出电压V2上升到作为比电源8的输出电压V1高二极管12的正向电压Vf或更高的V1+Vf时，电源10的输出电压V2也被供应到控制电路2。因此，从时刻t42到时刻t43，电源8的输出电压V1和电源10的输出电压V2这两者都作为电源电压Vlogic被供应到控制电路，使电源电压Vlogic上升。
在时刻t43，当电源10的输出电压V2上升到V2的上限阈值Vth3或更高时，电压监视电路14检测V2的电压上升并将检测信号Vmon2从L切换到H。响应于该切换，SW 11断开，从而电源10的输出电压V2向控制电路2的供应被切断。因此，在时刻t43之后，仅将电源8的输出电压V1供应到控制电路2。
在时刻t43之后，供应到控制电路2的电源电压Vlogic逐渐下降，并且在由耦合到控制电路2的输入级的电容组件(未示出)导致的延迟时间之后的时刻t44达到V1。因此，在保护控制电路2免受过压击穿的影响的同时，可以保持控制电路2的正常操作。
此外，在时刻t43，当电压监视电路14将检测信号Vmon2从L切换到H时，控制电路2响应于该切换进入停止序列，该停止序列安全地停止系统LSI 1A中的模拟电路3。在时刻t45，当停止序列结束时，模拟电路3变为失活。
此外，在时刻t43，控制电路2将错误标志(错误信号)输出到设置在系统LSI 1A外部的MCU 7。响应于该输出，MCU 7也进入停止序列。因此，可以安全地停止整个电源系统100。
<电源10的输出电压V2下降的情况下的操作>
随后，参照图6，描述在电源10的输出电压V2下降的情况下的操作示例。图6是示出在电源10的输出电压V2下降的情况下根据第一实施例的系统LSI 1A的操作示例的时序图。这里假设电源10的输出电压V2从3.3V逐渐下降到0V。此外，电源10的输出电压V2的下限阈值Vth4是低于3.3V的任何值。
如图6中所示，初始状态与图2中的初始状态相同。
在时刻t51，电源10的输出电压V2从3.3V下降。
在时刻t52，当电源10的输出电压V2下降到V2的下限阈值Vth4或更低时，电压监视电路14检测V2的压降并将检测信号Vmon2从L切换到H。响应于该切换，SW 11断开，从而电源10的输出电压V2向控制电路2的供应被切断。
因此，同样在时刻t52之后，电源10的输出电压V2的压降不会传播到控制电路2，并且保持了电源8的输出电压V1作为电源电压Vlogic被供应到控制电路2的状态。因此，可以维持控制电路2的正常操作。
此外，在时刻t52，当电压监视电路14将检测信号Vmon2从L切换到H时，控制电路2响应于该切换进入停止序列，该停止序列安全地停止系统LSI 1A中的模拟电路3。在时刻t53，当停止序列结束时，模拟电路3变为失活。
此外，在时刻t52，控制电路2将错误标志(错误信号)输出到设置在系统LSI 1A外部的MCU 7。响应于该输出，MCU 7也进入停止序列。因此，可以安全地停止整个电源系统100。
<整体操作流程>
接下来，参照图7，描述根据该第一实施例的系统LSI 1A的整体操作流程的示例。图7是根据第一实施例的系统LSI 1A的整体动作流程的一例的流程图。
如图7中所示，假设电源8的输出电压V1已上升到V1的上限阈值Vth2或更高(步骤S100中的“是”)。在这种情况下，电压监视电路13检测电源8的输出电压V1的上升(步骤S101)，并切断SW9(步骤S102)。因此，供应到控制电路2的电源电压Vlogic最终从电源8的输出电压V1切换到作为比电源10的输出电压V2低二极管12的正向电压Vf的V2-Vf(步骤S103)。然后，控制电路2执行停止序列(步骤S104)。
假设电源8的输出电压V1下降到V1的下限阈值Vth1或更低(步骤S110中的“是”)。在这种情况下，电压监视电路13检测电源8的输出电压V1的下降(步骤S111)，并切断SW9(步骤S112)。因此，供应到控制电路2的电源电压Vlogic最终从电源8的输出电压V1切换到作为比电源10的输出电压V2低二极管12的正向电压Vf的V2-Vf(步骤S113)。然后，控制电路2执行停止序列(步骤S114)。
假设电源10的输出电压V2已上升到V2的上限阈值Vth3或更高(步骤S120中的“是”)。在这种情况下，电压监视电路14检测电源10的输出电压V2的上升(步骤S121)，并切断SW11(步骤S122)。因此，供应到控制电路2的电源电压Vlogic保持电源8的输出电压V1(步骤S123)。然后，控制电路2执行停止序列(步骤S124)。
假设电源10的输出电压V2下降到V2的下限阈值Vth4或更低(步骤S130中的“是”)。在这种情况下，电压监视电路14检测电源10的输出电压V2的下降(步骤S131)，并切断SW11(步骤S132)。因此，供应到控制电路2的电源电压Vlogic保持电源8的输出电压V1(步骤S133)。然后，控制电路2执行停止序列(步骤S134)。
在电源8的输出电压V1既不上升也不下降(步骤S100和S110中都为否)，并且电源10的输出电压V2既不上升也不下降(步骤S120和S130都为否)的情况下，处理再次返回步骤S100。
<第一实施例的有利效果>
根据该第一实施例，向除了控制电路2以外的模拟电路3供应电源电压的电源10用作控制电路2的冗余电源。当在控制电路2的常规电源8的输出电压V1中出现异常(电压下降或上升)时，电源8的输出电压V1向控制电路2的供应被SW9切断，并且电源10的输出电压V2通过由SW 11和二极管12构成的电源切换电路供应到控制电路2。
以这种方式，将电源电压供应到除控制电路2之外的模拟电路3的电源10用作控制电路2的冗余电源，并且不设置备用电源。因此，可以通过使控制电路2的电源冗余来抑制面积影响。
此外，当控制电路2的常规电源8的输出电压V1中发生异常时，电源8的输出电压V1向控制电路2的供应被切断，并且电源10的输出电压V2被供应到控制电路2。因此，控制电路2可以保持正常操作。此外，在电源8的输出电压V1的异常是电压上升的情况下，还可以保护控制电路2免于过压击穿。
因此，即使在常规电源8的输出电压V1中发生异常，控制电路2也可以执行停止序列。因此，可以安全地停止在系统LSI 1A内的模拟电路3而不破坏它。而且，抑制了来自控制电路2的非预期信号向系统LSI 1A内部或外部的传输。因此，可以防止电源系统100的故障。
另外，根据该第一实施例，当在作为控制电路2的冗余电源的电源10的输出电压V2中发生异常(电压下降或上升)时，通过SW 11切断电源10的输出电压V2向控制电路2的供应。
因此，同样在电源10的输出电压V2中的异常是电压上升的情况下，也可以保护控制电路2免受过压击穿。
(2)第二实施例
上述第一实施例通过SW和二极管实现了电源切换电路。
另一方面，该第二实施例通过钳位电路实现电源切换电路。
<第二实施例的配置>
首先，参考图8，描述根据该第二实施例的电源系统200的配置。图8是示出根据该第二实施例的电源系统200的配置示例的电路图。
如图8中所示，根据该第二实施例的电源系统200与根据上述第一实施例的电源系统100的不同之处在于，设置系统LSI 2A来代替系统LSI 1A。系统LSI 2A对应于根据该第二实施例的半导体器件。此外，系统LSI 2A与上述系统LSI 1A的不同之处在于，设置钳位电路15来代替SW 11和二极管12。
在该第二实施例中，电源10经由钳位电路15耦合到控制电路2。钳位电路15将电源10的输出电压V2钳位到钳位电压V2_clamp。假设作为电源电压Vlogic的经由钳位电路15供应到控制电路2的电压被限制为低于电源8的输出电压V1的钳位电压V2_clamp(例如，在V1为3.3V的情况下，V2_clamp为2.5V)。
此外，因为钳位电路15总是将电源10的输出电压V2限制为钳位电压V2_clamp，所以不必接收表示监视V2的结果的检测信号Vmon2。因此，电压监视电路14仅将检测信号Vmon2输出到控制电路2。
其他配置与第一实施例中的配置相同，并且因此省略其描述。
<第二实施例中的操作>
作为根据该第二实施例的系统LSI 2A的操作，下面描述在电源8的输出电压V1和电源10的输出电压V2中发生异常的情况下的操作。在假设电源8的输出电压V1和电源10的输出电压V2的正常电压值均为3.3V并且钳位电路15的钳位电压V2_clamp为2.5V的情况下，提供以下描述。
<在电源8的输出电压V1下降的情况下的操作>
首先，参考图9，描述在电源8的输出电压V1下降的情况下的操作示例。图9是示出在电源8的输出电压V1下降的情况下根据第二实施例的系统LSI 2A的操作示例的时序图。这里假设电源8的输出电压V1从3.3V逐渐下降到0V。此外，假设输出电压V1的下限阈值Vth1与钳位电压V2_clamp之间的大小关系被设置为满足Vth1≤V2_clamp。
如图9内所示，在初始状态下，电源8的输出电压V1和电源10的输出电压V2均为3.3V，即，均为正常。因此，为3.3V的电源8的输出电压V1作为电源电压Vlogic供应到控制电路2。此外，在系统LSI 2A中的模拟电路3激活。
在时刻t11，当电源8的输出电压V1从3.3V下降时，供应到控制电路2的电源电压Vlogic也下降。
在时刻t12，当电源8的输出电压V1下降到钳位电压V2_clamp或更低时，电源10的输出电压V2也被供应到控制电路2。因此，从时刻t12到时刻t13，电源8的输出电压V1和电源10的输出电压V2两者都作为电源电压Vlogic供应到控制电路2。
后续操作与上述第一实施例的图2中的操作相同，并且省略了对其的描述。
上述操作是在设置Vth1≤V2_clamp的情况下的操作。同时，在设置Vth1>V2_clamp的情况下的操作对应于通过将在上述第一实施例中的图3的操作中的V2-Vf替换为V2_clamp而实现的操作，并且因此省略其描述。
<电源8的输出电压V1上升的情况下的操作>
随后，参考图10，描述在电源8的输出电压V1上升的情况下的操作示例。图10是示出在电源8的输出电压V1上升的情况下根据该第二实施例的系统LSI 2A的操作示例的时序图。假设电源8的输出电压V1从3.3V逐渐上升到10V。此外，电源8的输出电压V1的上限阈值Vth2是控制电路2不被破坏时的任何值。
如图10中所示，初始状态与图9中的初始状态相同。
在时刻t31，当电源8的输出电压V1从3.3V上升时，供应到控制电路2的电源电压Vlogic也升高。
在时刻t32，电源8的输出电压V1上升至V1的上限阈值Vth2或更高时，电压监视电路13检测V1的电压上升，并且将检测信号Vmon1从L切换为H。响应于该切换，SW9断开，从而电源8的输出电压V1向控制电路2的供应被切断。因此，在时刻t32之后，将电源10的输出电压V2供应到控制电路2。
在时刻t32之后，供应到控制电路2的电源电压Vlogic逐渐下降，并且在由耦合到控制电路2的输入级的电容分量(未示出)导致的延迟时间之后的时刻t33达到V2_clamp。因此，在保护控制电路2免受过压击穿的影响的同时，可以保持控制电路2的正常操作。
后续操作与上述第一实施例的图4中的操作相同，并且省略了对其的描述。
<在电源10的输出电压V2上升的情况下的操作>
随后，参考图11，描述在电源10的输出电压V2上升的情况下的操作示例。图11是示出在电源10的输出电压V2上升的情况下根据该第二实施例的系统LSI 2A的操作示例的时序图。假设电源10的输出电压V2从3.3V逐渐上升到10V。此外，电源10的输出电压V2的上限阈值Vth3是模拟电路3和控制电路2不被破坏时的任何值。
如图11中所示，初始状态与图9中的初始状态相同。
在时刻t41，电源10的输出电压V2从3.3V上升。
在时刻t43，当电源10的输出电压V2上升到V2的上限阈值Vth3或更高时，电压监视电路14检测V2的电压上升并将检测信号Vmon2从L切换到H。
此时，经由钳位电路15从电源10供应到控制电路2的钳位电压V2_clamp被限制在2.5V，并且即使V2上升也不会改变。因此，电源10的输出电压V2的电压上升不会传播到控制电路2，并且保持电源8的输出电压V1作为电源电压Vlogic被供应到控制电路2的状态。因此，可以在保护控制电路2免受过压击穿的同时保持控制电路2的正常操作。
后续操作与上述第一实施例的图5中的操作相同，并且省略了对其的描述。
<电源10的输出电压V2下降的情况下的操作>
随后，参考图12，描述在电源10的输出电压V2下降的情况下的操作示例。图12是示出在电源10的输出电压V2下降的情况下根据第二实施例的系统LSI 2A的操作示例的时序图。假设电源10的输出电压V2从3.3V逐渐下降到0V。此外，电源10的输出电压V2的下限阈值Vth4是低于3.3V并且高于钳位电压V2_clamp——2.5V的任何值。
如图12中所示，初始状态与图9中的初始状态相同。
在时刻t51，电源10的输出电压V2从3.3V下降。
在时刻t52，当电源10的输出电压V2下降到V2的下限阈值Vth4或更低时，电压监视电路14检测V2的压降并将检测信号Vmon2从L切换到H。
此时，经由钳位电路15从电源10供应到控制电路2的钳位电压V2_clamp被限制为2.5V。因此，电源10的输出电压V2的压降不会传播到控制电路2，并且保持电源8的输出电压V1作为电源电压Vlogic被供应到控制电路2的状态。因此，可以保持控制电路2的正常操作。
后续操作与上述第一实施例的图6中的操作相同，并且省略了对其的描述。
<第二实施例的有利效果>
根据该第二实施例，钳位电路15用作电源切换电路。钳位电路15不使用从监视电源10的输出电压V2的电压监视电路14输出的检测信号Vmon2，而是始终将V2限制为钳位电压V2_clamp。因此，即使在发生比电压监视电路14的响应时间更陡的电压变化的情况下，也可以抑制电源电压Vlogic的上升。
其他有益效果与第一实施例中的相同。
(3)第三实施例
上述第一和第二实施例使用相同的半导体装置中的电源作为用于控制电路的冗余电源。
另一方面，该第三实施例使用不同半导体器件中的电源作为用于控制电路的冗余电源。
<第三实施例的配置>
首先，参考图13，描述根据该第三实施例的电源系统300的配置。图13是示出根据该第三实施例的电源系统300的配置示例的电路图。
如图13所示，根据该第三实施例的电源系统300与根据上述第一实施例的电源系统100的不同之处在于，提供系统LSI 3A来代替系统LSI 1A，并且进一步提供了具有电源并且耦合到系统LSI 3A的外部LSI 3B。系统LSI 3A对应于根据该第三实施例的半导体器件。此外，系统LSI 3A与上述系统LSI 1A的不同之处在于，提供电压监视电路(第二电压监视电路)23、SW(第二开关)20和二极管21来代替电压监视电路14、SW 11和二极管12。
外部LSI 3B包括电源(第二电源)16、模拟电路(被电源供电的电路)18、和控制电路19。
控制电路19控制模拟电路18的操作，并与系统LSI 3A中的控制电路2通信。
模拟电路18对应于系统LSI 3A中的模拟电路3，并且与模拟电路3一样例如包括监视电路、DCDC转换器和驱动器。
电源16是用于模拟电路18的电源，其输出作为电源电压被供应到模拟电路18的电压V3。电源16直接耦合到模拟电路18。因此，电源16的输出电压V3直接被供应到模拟电路18。
电源16还经由系统LSI 3A中的SW 20和二极管21耦合到控制电路2。更详细地，SW20耦合到电源16，二极管21的阴极耦合到控制电路2，并且二极管21的阳极和SW 20彼此耦合。因此，电源16的输出电压V3也可以经由SW 20和二极管21供应到控制电路2。因此，电源16还用作控制电路2的冗余电源。
电压监视电路23监视电源16的输出电压V3，并将表示该监视结果的检测信号Vmon3输出到SW20和控制电路2。在检测到电源16的输出电压V3中的异常(电压下降或上升)时，电压监视电路23将检测信号Vmon3从L切换到H。
当从电压监视电路23输出的检测信号Vmon3从L切换到H时，SW20断开并切断电源16的输出电压V3向控制电路2的供应。
二极管21是其正向电压为Vf的二极管。
SW 20和二极管21构成电源切换电路。在通过SW9切断电源8的输出电压V1向控制电路2的供应的状态下，该电源切换电路将电源16的输出电压V3供应到控制电路2。经由该电源切换电路作为电源电压Vlogic供应到控制电路2的电压是V3-Vf，其比电源16的输出电压V3低二极管12的正向电压Vf。
其他配置与上述第一实施例中的配置相同，并且因此省略其描述。
<第三实施例中的操作>
图14是示出在设置了Vth1≤V3-Vf的状态下电源8的输出电压V1下降的情况下根据该第三实施例的系统LSI 3A的操作示例的时序图。图15是示出在电源8的输出电压V1上升的情况下的操作示例的时序图。图16是示出在电源16的输出电压V3上升的情况下的操作示例的时序图。图17是示出在电源16的输出电压V3下降的情况下的操作示例的时序图。
该第三实施例的图14至17中的操作对应于通过将在上述第一实施例的图2和4至7中的操作中的电源10替换为电源16而实现的操作，并且因此省略其描述。
此外，在设置了Vth1>V3-Vf的状态下电源8的输出电压V1下降的情况下的根据该第三实施例的系统LSI 3A的操作对应于通过将在上述第一实施例的图3中的操作中的电源10替换为电源16而实现的操作，并且因此省略其描述。
<第三实施例的有利效果>
根据该第三实施例，在与系统LSI 3A不同的外部LSI 3B中的电源16用作控制电路2的冗余电源。在系统LSI 3A内的电源8和电源10因共同原因而发生故障的情况下(例如，在相同的带隙电路用作两个电源的参考电压的情况下)，电源8和电源10两者中同时都出现异常，并且很可能不能执行停止序列并且控制电路2停止。然而，通过使用与系统LSI 3A不同的外部LSI 3B内部的电源16作为控制电路2的冗余电源，即使在系统LSI 3A内的电源8和电源10中同时发生异常的情况下，向控制电路2提供用于执行停止序列的足够电压。
其他有益效果与第一实施例中的相同。
(4)第一至第三实施例的概念
接下来，参考图18描述上述第一至第三实施例的概念。图18是示出概念性地示出上述第一至第三实施例的电源系统400的配置示例的电路图。
如图18所示，电源系统400包括控制电路91、第一电源92、第一电压监视电路93、第一开关94、第二电源95、被电源供电的电路96、以及电源切换电路97。
控制电路91对应于在第一至第三实施例中的控制电路2。
第一电源92输出作为电源电压Vlogic供应到控制电路91的第一电压V1。第一电源92对应于第一至第三实施例中的电源8。
第一电压监视电路93确定第一电压V1是否异常，并将表示确定结果的信号Vmon1输出到第一开关94和控制电路91。第一电压监视电路93确定例如在第一电压V1等于或高于V1的上限阈值电压Vth2或者等于或低于V1的下限阈值Vth1的情况下，第一电压V1异常。第一电压监视电路93对应于第一至第三实施例中的电压监视电路13。
第一开关94耦合到第一电源92和控制电路91。当由第一电压监视电路93确定第一电压V1异常时，第一开关94断开，并切断第一电压V1向第一开关94的供应。第一开关94对应于第一至第三实施例中的SW9。
第二电源95将作为电源电压供应的第二电压V2输出到除控制电路91之外的被电源供电的电路96。第二电源95对应于第一和第二实施例中的电源10或第三实施例中的电源16。
对于被电源供电的电路96，从第二电源95供应电源电压。被电源供电的电路96对应于第一和第二实施例中的模拟电路3或第三实施例中的模拟电路18。
电源切换电路97耦合到第二电源95和控制电路91。在通过第一开关94切断第一电压V1向控制电路91的供应的状态下，电源切换电路97将第二电压V2供应到控制电路91。电源切换电路97对应于在第一实施例中的SW 11和二极管12、在第二实施例中的钳位电路15、或在第三实施例中的SW 20和二极管21。
电源切换电路97开始向控制电路91供应第二电压V2的定时不一定与第一电压V1向控制电路91的供应的被第一开关94切断定时一致，并且可以在切断定时之前。也就是说，只要在通过开关94切断第一电压V1向控制电路91的供应之后将第二电压V2供应到控制电路91，电源切换电路97具有任何配置是足够的。
其中电源系统400的所有组件安装在同一半导体器件上的实施例对应于第一和第二实施例。同时，控制电路91、第一电源92、第一电压监视电路93、第一开关94、和电源切换电路97安装在第一半导体器件上，并且第二电源95和被电源供电的电路96被安装在与第一半导体器件不同的第二半导体器件上的实施例与第三实施例对应。
根据电源系统400，向除了控制电路91以外的被电源供电的电路96供应电源电压的第二电源95用作控制电路91的冗余电源，并且没有提供备用电源。因此，可以抑制由于使控制电路91的电源冗余而导致的面积影响。
此外，当用于控制电路91的从第一电源92输出的第一电压V1中发生异常时，通过第一开关94切断第一电压V1向控制电路91的供应，并且通过电源切换电路97将第二电压V2供应到控制电路91。因此，控制电路91可以保持正常操作。
在上文中，已经通过实施例具体描述了由本申请的发明人做出的发明。然而，自然理解的是，本发明不限于上述实施例，并且可以在不脱离其主旨的范围内以各种方式进行改变。
例如，尽管SW 20和二极管21用作上述第三实施例中的电源切换电路，但是电源切换电路不限于此。在第三实施例中，电源切换电路可以使用对应于上述第二实施例的钳位电路15的钳位电路。
此外，尽管在上述第一至第三实施例中通过硬件实现半导体器件内部的组件，但是除了半导体器件内部的电源之外的所有或部分组件可以通过软件通过例如从存储器读取的程序来实现。在这种情况下，半导体器件可以由计算机构成，该计算机包括执行算术处理和控制等的的处理器——例如CPU(中央处理单元)，其中存储由处理器读出并执行的程序和各种数据的存储器的。因此，本领域技术人员将理解，这些组件可以仅通过硬件、仅通过软件或通过以各种方式的硬件和软件的组合来实现，并且这些组件的实现不限于它们中的任何一个。
上述程序可以存储在各种类型的非暂时性计算机可读介质中以供应到计算机。非暂时性计算机可读介质包括各种类型的有形记录介质。非暂时性计算机可读介质的示例包括磁记录介质(例如，软盘、磁带和硬盘驱动器)、磁光记录介质(例如，磁光盘)、CD-ROM(光盘只读存储器)、CD-R(可记录光盘)、CD-R/W(可重写光盘)和半导体存储器(例如，掩模ROM、PROM(可编程ROM)、EPROM(可擦除ROM)、闪存ROM和RAM(随机存取存储器))。而且，程序可以通过各种类型的暂时性计算机可读介质供应到计算机。暂时性计算机可读介质的示例包括电信号、光信号和电磁波。暂时性计算机可读介质可以经由有线通信路径(例如，电线和光纤)或无线通信路径将程序供应到计算机。

Claims (17)

1.一种半导体器件，包括：
控制电路；
第一电源，所述第一电源输出要被供应到所述控制电路的第一电压作为电源电压；
第一电压监视电路，所述第一电压监视电路确定所述第一电压是否异常；
第一开关，所述第一开关被耦合到所述第一电源和所述控制电路，并且当确定所述第一电压为异常时，所述第一开关切断向所述控制电路的所述第一电压的供应，以及
电源切换电路，所述电源切换电路被耦合到所述控制电路以及第二电源，其中，所述第二电源输出要被供应到除了所述控制电路之外的被电源供电的电路的第二电压作为电源电压，并且在向所述控制电路的所述第一电压的供应被切断的状态下，所述电源切换电路向所述控制电路供应所述第二电压。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括第二电压监视电路，所述第二电压监视电路确定所述第二电压是否异常，
其中，所述电源切换电路包括：
第二开关，所述第二开关被耦合到所述第二电源，并且当确定所述第二电压为异常时，所述第二开关切断向所述控制电路的所述第二电压的供应，以及
二极管，所述二极管在该所述二极管阴极处被耦合到所述控制电路，并且在该二极管的阳极处被耦合到所述第二开关。
3.根据权利要求1所述的半导体器件，
其中，所述电源切换电路是钳位电路，所述钳位电路被耦合到所述第二电源和所述控制电路，并且所述钳位电路钳位所述第二电压。
4.根据权利要求3所述的半导体器件，还包括:
第二电压监视电路，所述第二电压监视电路确定所述第二电压是否异常。
5.根据权利要求1所述的半导体器件，
其中，所述第二电源被设置在所述半导体器件内部。
6.根据权利要求1所述的半导体器件，
其中，所述第二电源被设置在所述半导体器件外部。
7.根据权利要求1所述的半导体器件，
其中，当确定所述第一电压为异常时，所述控制电路执行用于停止所述半导体器件内部的电路的停止序列，并且将错误信号输出到所述半导体器件外部。
8.根据权利要求2所述的半导体器件，
其中，当确定所述第二电压为异常时，所述控制电路执行用于停止所述半导体器件内部的电路的停止序列，并且将错误信号输出到所述半导体器件外部。
9.根据权利要求4所述的半导体器件，
其中，当确定所述第二电压为异常时，所述控制电路执行用于停止所述半导体器件内部的电路的停止序列，并且将错误信号输出到所述半导体器件外部。
10.一种电源系统，包括：
第一半导体器件；以及
第二半导体器件，
其中，所述第二半导体器件包括第二电源，所述第二电源输出要被供应到在所述第二半导体器件内部的被电源供电的电路的第二电压作为电源电压，以及
其中，所述第一半导体器件包括：
控制电路，
第一电源，所述第一电源输出要被供应到所述控制电路的第一电压作为电源电压；
第一电压监视电路，所述第一电压监视电路确定所述第一电压是否异常，
第一开关，所述第一开关被耦合到所述第一电源和所述控制电路，并且当确定所述第一电压为异常时，所述第一开关切断向所述控制电路的所述第一电压的供应，以及
电源切换电路，所述电源切换电路被耦合到所述第二电源和所述控制电路，并且在向所述控制电路的所述第一电压的供应被切断的状态下，所述电源切换电路向所述控制电路供应所述第二电压。
11.根据权利要求10所述的电源系统，其中，所述第一半导体器件还包括第二电压监视电路，所述第二电压监视电路确定所述第二电压是否异常，以及
其中，所述电源切换电路包括：
第二开关，所述第二开关被耦合到所述第二电源，并且当确定所述第二电压为异常时，所述第二开关切断向所述控制电路的所述第二电压的供应，以及
二极管，所述二极管在该二极管的阴极处被耦合到所述控制电路，并且在该二极管的阳极处被耦合到所述第二开关。
12.根据权利要求10所述的电源系统，
其中，所述电源切换电路是钳位电路，所述钳位电路被耦合到所述第二电源和所述控制电路，并且所述钳位电路钳位所述第二电压。
13.根据权利要求12所述的电源系统，
其中，所述第一半导体器件还包括第二电压监视电路，所述第二电压监视电路确定所述第二电压是否异常。
14.根据权利要求10所述的电源系统，
其中，当确定所述第一电压为异常时，所述控制电路执行用于停止所述第一半导体器件内部的电路的停止序列，并且将错误信号输出到所述第二半导体器件。
15.根据权利要求11所述的电源系统，
其中，当确定所述第二电压为异常时，所述控制电路执行用于停止所述第一半导体器件内部的电路的停止序列，并且将错误信号输出到所述第二半导体器件。
16.根据权利要求13所述的电源系统，
其中，当确定所述第二电压为异常时，所述控制电路执行用于停止所述第一半导体器件内部的电路的停止序列，并且将错误信号输出到所述第二半导体器件。
17.一种半导体器件的控制方法，包括：
确定从第一电源输出的并且作为电源电压被供应到控制电路的第一电压是否异常；
当确定所述第一电压为异常时，切断向所述控制电路的所述第一电压的供应，并且
在向所述控制电路的所述第一电压的供应被切断的状态下，向所述控制电路供应第二电压，所述第二电压是从第二电源输出的并且作为电源电压被供应到除了所述控制电路之外的被电源供电的电路。
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