JP2002110911A - 半導体装置、電源電圧供給システムを備えた半導体装置及び電源電圧供給システムを備えた半導体装置に電源電圧を供給する電源電圧供給方法 - Google Patents

半導体装置、電源電圧供給システムを備えた半導体装置及び電源電圧供給システムを備えた半導体装置に電源電圧を供給する電源電圧供給方法

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JP2002110911A JP2000299675A JP2000299675A JP2002110911A JP 2002110911 A JP2002110911 A JP 2002110911A JP 2000299675 A JP2000299675 A JP 2000299675A JP 2000299675 A JP2000299675 A JP 2000299675A JP 2002110911 A JP2002110911 A JP 2002110911A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 互いに独立した電源電圧を、複数の回路ブロ
ックに対して供給することが可能な半導体装置を提供す
る。 【解決手段】 半導体装置1001は、MCUブロック
1003、USB制御ブロック1005及びI/Oブロ
ック1007とで構成されている。各ブロックには専用
の電源端子が設けられており、各ブロックは専用の電源
電圧で動作する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、パーソナルコンピ
ュータ(以下、PCと称す。)等の上位装置(ホストと
も称される。)と、プリンタ、デジタルカメラ、デジタ
ルオーディオプレーヤ等の周辺装置との間で実行される
データの通信を制御する半導体装置に関するものであ
る。特に、本発明は、上位装置と周辺装置との間のデー
タ通信が、Universal Serial Bus(以下、USBと称
す。)を使用して実行される技術に好適な半導体装置に
関するものである。さらに、本発明は、電源電圧供給シ
ステムを備えた上記の半導体装置及び電源電圧供給シス
テムを備えた上記の半導体装置に電源電圧を供給する電
源電圧供給方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、周辺装置として、携帯可能なデジ
タルオーディオプレーヤ等の需要が急増してきている。
このような周辺装置は、主に、実装基板と、この実装基
板上に搭載されたUSBコネクタ、Flashメモリ等のメ
モリが接続可能なスロットとを備えている。この実装基
板上には、さらにUSB制御回路(USBトランシーバ
とも称する。)、マイクロコントローラユニット(以
下、MCUと称す。)、Flashメモリ等の外部装置との
インターフェイスを行うI/Oブロックとが1チップに
集積化されたコントローラICが搭載されている。この
実装基板は、デジタルタルオーディオプレーヤーに内蔵
されている。
【0003】USBコネクタはUSBが接続可能になっ
ており、上位装置であるPCと周辺装置とはUSBを介
して接続される。
【0004】USB制御回路は、USBからのデータを
受信する機能、及びUSBへデータを出力する機能を有
している。
【0005】MCUは、USB制御回路、及びI/Oブ
ロックが所望の動作を実行するよう、これらの回路に対
して所定の指示を与える。
【0006】スロットには周辺部品、すなわち音楽デー
タ等を格納するFlashメモリ等のメモリが接続される。
【0007】PCに格納された音楽データは、PCの制
御に基きUSBを介して周辺装置へ転送され、転送され
た音楽データはMCUの制御に基きUSB制御回路を介
してFlashメモリに格納される。また、Flashメモリに格
納されたデータは、MCUの制御に基きMCU、USB
制御回路、USBを介してPCへ転送され、転送された
音楽データはPCに格納される。このように、音楽デー
タなどのコンテンツデータをPCと周辺装置間で転送す
るためにUSBが使用される。
【0008】以上のような周辺装置は、携帯可能である
が故に、電池で駆動される。従って、電池の消耗を抑え
るため、周辺装置内の動作電圧は低く設定されなければ
ならない。動作電圧とは、周辺装置に供給される電源電
圧を意味する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、USB
制御回路の動作電圧、Flashメモリ等の動作電圧は規格
化されているため、例えば周辺装置の動作電圧はこの規
格化された動作電圧を無視して低くすることはできな
い。つまり、周辺装置の最低動作電圧は、USB制御回
路、I/Oブロックの規格化された動作電圧に依存して
しまう。従って、周辺装置全体(デジタルオーディオプ
レーヤ全体)としてさらなる低消費電力化は望めない。
特に、USBを使用してデータ通信が実行されている間
は、USB制御回路は、比較的高い周波数のクロック信
号を使用して動作するため、電池の消耗が激しい。従っ
て、消費電力が改善された半導体装置が望まれていた。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を克
服するために、考え出されたものである。本願において
開示される発明のうち、代表的なものの概要は以下の通
りである。
【0011】すなわち、第1の電源電圧が供給される第
1電源端子と、第2の電源電圧が供給される第2電源端
子と、第3の電源電圧が供給される第3電源端子と、上
位装置と接続可能な第1の端子と、周辺装置と接続可能
な第2の端子と、前記第1の端子及び前記第1電源端子に
接続され、前記第1の電源電圧に基き、前記上位装置か
ら出力されたデータを受信する第1の回路ブロックと、
前記第2の端子及び前記第3の電源端子に接続され、前記
第3の電源電圧に基き、前記周辺装置から出力されたデ
ータを受信する第2の回路ブロックと、前記第2の電源端
子に接続され、前記第2の電源電圧に基き、前記第1の回
路ブロック及び前記第2の回路ブロックの動作を制御す
る第3の回路ブロックとを有する半導体装置である。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。
【0013】なお、説明を容易にするため、同様の構成
には同様の符号を付与する。また、重複した構成の説明
は省略する。
【0014】(第1の実施の形態)図1は本発明の半導
体装置の概略を説明する図である。
【0015】本発明の半導体装置1001は、主に、M
CUブロック1003、USB制御ブロック1005、
I/Oブロック1007、電源端子1009、電源端子
1011及び電源端子1013を有している。
【0016】MCUブロック1003は、電源端子10
11に接続されている。MCUブロック1003内の全
ての回路は、電源端子1011に供給される電源電圧V
DD2に基いて動作する。ここで、電源電圧VDD2に
基いて動作するとは、MCUブロック1003内の回路
の電源ノードが、電源端子1011に接続されている
が、電源端子1009及び電源端子1013には接続さ
れていないということを意味する。例えば、CMOSイ
ンバータを例にとると、PMOSトランジスタのソース
電極が電源端子1011に接続されていているが、電源
端子1009及び電源端子1013には接続されていな
いことを意味する。
【0017】USB制御ブロック1005は、電源端子
1009に接続されている。USB制御ブロック100
5内の全ての回路は、電源端子1009に供給される電
源電圧VDD1に基いて動作する。ここで、電源電圧V
DD1に基いて動作するとは、USB制御ブロック10
05内の回路の電源ノードが、電源端子1009に接続
されているが、電源端子1011及び電源端子1013
には接続されていないということを意味する。例えば、
CMOSインバータの場合、PMOSトランジスタのソ
ース電極が電源端子1009に接続されていているが、
電源端子1011及び電源端子1013には接続されて
いないことを意味する。
【0018】I/Oブロック1007は、電源端子10
13に接続されている。I/Oブロック1007内の全
ての回路は、電源端子1013に供給される電源電圧V
DD3に基いて動作する。ここで、電源電圧VDD3に
基いて動作するとは、I/Oブロック1007内の回路
の電源ノードが、電源端子1013に接続されている
が、電源端子1009及び電源端子1011には接続さ
れていないということを意味する。例えば、CMOSイ
ンバータの場合、PMOSトランジスタのソース電極が
電源端子1013に接続されているが、電源端子100
9及び電源端子1011には接続されていないことを意
味する。各電源端子1009、1011、1013に供
給される電圧のレベルについては後述する。
【0019】本発明の半導体装置1001の特徴点の1
つは、MCUブロック1003を構成する回路の電源ノ
ードと、USB制御ブロック1005を構成する回路の
電源ノードと、I/Oブロック1007を構成する回路
の電源ノードとが互いに電気的に分離されていることで
ある。このような構成を、以下セパレート電源方式と称
す。このようなセパレート電源方式の半導体装置に電源
電圧を供給する方法をセパレート電源供給方法と称す。
【0020】本発明の半導体装置1001は、例えばU
SB1019を介して上位装置であるPC1015と接
続され、スロットもしくはデータバス1021を介して
周辺部品であるフラッシュメモリ1017と接続され
る。半導体装置1001は、例えばPC1015とフラ
ッシュメモリ1017との間で行われるデータ転送を制
御する。
【0021】MCUブロック1003、USB制御ブロ
ック1005、I/Oブロック1007は、1つの半導
体チップに集積化されている。集積化された半導体チッ
プは、樹脂封止工程等を経てパッケージングされ、図示
のような半導体装置1001となる。なお、MCUブロ
ック1003、USB制御ブロック1005、I/Oブ
ロック1007は、必ずしも1つの半導体チップに集積
化されていなくても良い。例えば、MCUブロック10
03とI/Oブロック1007とが第1の半導体チップ
に集積化され、USB制御ブロック1005が第2の半
導体チップに集積化されていても良い。この場合、第1
の半導体チップと第2の半導体チップは、樹脂封止工程
等を経てパッケージングされ、図示のような半導体装置
1001となる。パッケージングされた半導体装置10
01の概観については後述する。
【0022】図2は、本発明の半導体装置1001の使
用方法の一例を説明する図である。
【0023】図2には、上記セパレート電源供給方法を
実現するために、電源端子1009と電源端子1011
との間に電源電圧降下手段としてのダイオード2001
が接続され、電源端子1011と電源端子1013との
間に電源電圧降下手段としてのダイオード2003、2
005が接続されている例が示されている。
【0024】例えば、ダイオード2001のアノード及
びダイオード2005のアノードに3.3Vが供給され
ると、USB制御ブロック1005及びI/Oブロック
1007にはそれぞれ3.3Vが供給される。よって、
USB制御ブロック1005及びI/Oブロック100
7はそれぞれ3.3Vで動作する。
【0025】一方、電源端子1011には、下記の式
(1)、もしくは式(2)のいずれか高い方の電圧が現
れる。すなわち、ダイオード2001、2003、20
05は、外部から供給された2つの電源電圧のうちの一
方を選択するスイッチング素子として機能する。“外部
から供給された2つの電源電圧のうちの一方を選択す
る”とは、図2で示された経路Aが選択されるか、経路
Bが選択されるかということを意味する。
【0026】 (ダイオード2001のアノードの電圧)−(ダイオード2001の順方向降 下電圧Vf)・・・式(1) (ダイオード2005のアノードの電圧)−(ダイオード2003の順方向降 下電圧Vf+ダイオード2005の順方向降下電圧Vf)・・・式(2) ここで、ダイオードの順方向降下電圧Vfは、約0.4
5Vであると仮定する。
【0027】今、ダイオード2001のアノードの電圧
及びダイオード2005のアノードの電圧が共に3.3
Vであるため、電源端子1011には、上記式(1)で
計算された電圧レベルが現れる。(経路Aが選択され
る。)すなわち、電源端子1011には3.3V−0.
45V=2.85Vが現れる。電源端子1011に2.
85Vが供給されると、MCUブロック1003は2.
85Vで動作する。電源端子1009,1011、10
13の全てに電源電圧が供給されている状態を第1のモ
ードと称す。
【0028】一方、ダイオード2001のアノードの電
圧が0Vであり、ダイオード2005のアノードの電圧
が3.3Vである時は、電源端子1011には、上記式
(2)で計算された電圧レベルが現れる。(経路Bが選
択される。)すなわち、電源端子1011には3.3V
−(0.45V+0.45V)=2.4Vが現れる。電
源端子1011に2.4Vが供給されると、MCUブロ
ック1003は2.4Vで動作する。電源端子101
1、1013に電源電圧が供給されているが、電源端子
1009には電源電圧が供給されていない状態を第2の
モードと称す。
【0029】図2における半導体装置1001の使用方
法として、次のような例が考えられる。以下の例は、半
導体装置1001がデジタルオーディオプレーヤ等の携
帯可能な装置に組み込まれ、上位装置であるPCにUS
Bを介して接続されている場合が想定されている。
【0030】電池によって駆動され3.3Vの電源電圧
を出力する第1のレギュレータの出力を電源端子101
3に接続し、USBの電源バスによって駆動され3.3
Vの電源電圧を出力する第2のレギュレータの出力を電
源端子1009に接続する。第1及び第2のレギュレー
タがともに3.3Vを出力している場合、半導体装置1
001は、上記第1のモードになる。
【0031】この第1のモードにおいては、経路Aが選
択されるので、MCUブロック1003、USB制御ブ
ロック1005は、USBの電源バスの電源電圧に基い
て動作するが、電池の起電力に基いて動作するブロック
はI/Oブロック1007のみである。USB制御ブロ
ック1005は、比較的高い周波数のクロック信号を使
用して動作する。しかし、USB制御ブロック1005
の電源電圧は電池から供給されないので、電池の消耗を
抑える事が可能である。言い換えると、USB制御ブロ
ック1005の電源電圧であるUSBの電源バスには、
上位装置であるPCから供給されるため、電池の起電力
が、MCUブロック1003とUSB制御ブロック10
05により消費されることはない。
【0032】第1のレギュレータが3.3Vを出力し、
第2のレギュレータが0Vを出力している場合、すなわ
ち、半導体装置1001が上位装置から切り離されてい
る場合、USBの電源バスから半導体装置1001への
電源電圧の供給が停止される。半導体装置1001は、
上記第2のモードになる。
【0033】この第2のモードにおいては、電源端子1
009に電源電圧が供給されないので、USB制御ブロ
ック1005は動作を停止する。この第2のモードにお
いては、半導体装置1001が上位装置であるPCから
切り離されている。この第2のモードは、データの送受
信(あるいはデータの通信とも称される。)が半導体装
置1001とPCとの間で実行されないモードであるの
で、USB制御ブロック1005は動作を行う必要がな
い。従って、電源端子1009には電源電圧が供給され
る必要はない。
【0034】電源端子1011には2.4Vが供給さ
れ、電源端子1013には3.3Vが供給される。電源
端子1011、1013に供給される電源電圧は、第1
のレギュレータを介して電池から供給される。第2のモ
ードにおいては、I/Oブロック1007に加えて、M
CUブロック1003が電池の起電力に基いて動作す
る。しかしながら、MCUブロック1003の電源電圧
2.4Vは、I/Oブロック1007の電源電圧3.3
Vよりも低い。
【0035】従って、本発明に基くセパレート電源供給
方法を採用すると、MCUブロック1003の電源電圧
がI/Oブロック1007の電源電圧と同じである場合
に比較して、電池の消耗をより抑えることができる。
【0036】さらに、本発明に基くセパレート電源供給
方法を採用すると、上位装置とデータの送受信を行うU
SB制御ブロック1005には、電池の起電力に基く電
源電圧が供給されない。従って、USB制御ブロック、
MCUブロック、I/Oブロック等の全ての回路に対し
て、電池の起電力に基く電源電圧が供給される一般的な
携帯可能な装置に比較して、電池の消耗をより抑えるこ
とができる。なぜなら、動作に必要な回路ブロックのみ
に電源電圧が供給されるからである。
【0037】以上の使用例では、電源端子1009に供
給される電源電圧がUSBの電源バスから供給される例
が説明されている。しかしながら、電源端子1009に
供給される電源電圧は、USBの電源バスに限定される
ものではない。電源端子1009に供給される電源電圧
は、上位装置から供給される電源電圧であれば良い。言
い換えると、電源端子1009に供給される電源電圧
は、電池から供給される電源電圧以外のものであり、か
つ上位装置から供給される電源電圧であれば良い。
【0038】また以上の使用例では、電源端子1009
に供給される電源電圧VDD1が3.3V、電源端子1
011に供給される電源電圧VDD2が2.4V〜2.
85V、電源端子1013に供給される電源電圧VDD
3が3.3Vである例が説明されている。しかしなが
ら、本発明のセパレート電源供給方法が、これらの電源
電圧の値に限定されるものと解釈されるものではない。
少なくとも第2のモード時において、MCUブロックに
供給される電源電圧が、他のいかなるブロックに供給さ
れる電源電圧よりも低くなるような供給方法であれば良
い。
【0039】さらに、図2の使用例では、電源端子10
11に現れる電源電圧VDD2を、電源端子1013に
現れる電源電圧VDD3よりも低くするための手段とし
てダイオード2003、2005が開示されている。し
かしながら、本発明のセパレート電源供給方法が、以上
の構成に限定されるものと解釈されるものではない。電
池の起電力に基き2.4Vの電源電圧及び3.3Vの電
源電圧を出力するレギュレータを、電源端子1011及
び電源端子1013に接続しても良い。要するに、VD
D2<VDD3なる関係が電池の起電力に基き生成でき
れば良い。但し、この場合、電源端子1011とレギュ
レータの出力端子との間には、逆流防止用のダイオード
を設けることが望ましい。
【0040】図3は、本発明の半導体装置1001のブ
ロック図である。図3は、図1に示されている半導体装
置1001をより詳細に説明した図である。
【0041】半導体装置1001には、先に説明した電
源端子1009、電源端子1011、電源端子1013
の他に、データ端子3001、3003、接地端子30
07、及びバス接続検出端子3009とが設けられてい
る。半導体装置1001には、その他にも多くの端子が
存在するが、本発明の説明を容易にするため全ての端子
は開示されていない。
【0042】データ端子3001、3003、電源端子
1009、接地端子3007は、USBを構成する4本
のラインに対応している。データ端子3001、300
3は、USB制御ブロック1005に接続されている。
【0043】データ端子3001は、USBの第1のデ
ータ線を介して転送される上位装置からのデータD+を
受信するための端子である。さらに、データ端子300
1は、I/Oブロック1007を介して受信した、図示
しないフラッシュメモリ等の周辺部品からのデータD+
をUSBの第1のデータ線に対して送信するための端子
である。この周辺部品からのデータD+には、MCUブ
ロック1003で処理されたデータも含まれる。
【0044】データ端子3003は、USBの第2のデ
ータ線を介して転送される上位装置からのデータD−を
受信するための端子である。さらに、データ端子300
3は、I/Oブロック1007を介して受信した、図示
しないフラッシュメモリ等の周辺部品からのデータをデ
ータD−としてUSBの第2のデータ線に対して送信す
るための端子である。この周辺部品からのデータには、
MCUブロック1003で処理されたデータである場合
もある。データD+とデータD−とは互いに相補的であ
る。故に、データ端子3001に接続されるUSBのう
ちの1本のバス及びデータ端子3003に接続されるU
SBのうちの1本のバスは、データバス対と称される。
【0045】USB制御ブロック1005は、例えば6
MHzのクロック信号を48MHzのクロック信号に逓
倍するPLL回路3011を有する。USB制御ブロッ
ク1005は、PLL回路3011の出力に基き、デー
タバス対からのデータを受信する。この受信したデータ
は、CPUの指示に基づき、他の回路、例えばMCUブ
ロック1003内のDMAブロック3013へ転送され
る。さらに、USB制御ブロック1005は、CPUの
指示に基き、他の回路、例えばDMAブロック3013
に格納されたデータをデータバス対を介して上位装置へ
転送する。
【0046】USBを使用したデータ転送は、12Mb
ps(フルスピード)、1.5Mbps(スロースピー
ド)の速度で実行される。データ転送がこのような速度
で実現されるためには、USB制御ブロック1005
は、48MHzという比較的高い周波数で動作すること
が要求される。一方、MCUブロック1003は、12
MHzという比較的低い周波数で動作させることによ
り、半導体装置全体の低消費電力化が図られている。特
に、先に説明したような第2のモードにおいては、この
効果は顕著である。
【0047】MCUブロック1003は、図示したよう
に、CPUと、割り込み要求発生回路INT、タイマ、
PWM、ADコンバータ、ROM、RAM等の周辺回路
とで構成されている。これらCPU及び周辺回路は一般
的なものであるため、これらの詳細な説明は省略する。
但し、割り込み要求発生回路INTに関する説明は後述
する。
【0048】MCUブロック1003は、さらに周辺回
路としてDirect Memory Access block(以下、DMAブ
ロックと称す。)を含む。このDMAブロック3013
は、USB制御ブロック1005から転送されたデータ
D+、D−を一時的に格納し、この格納されたデータを
I/Oブロック1007に接続されるフラッシュメモリ
等の周辺部品へ転送する。さらに、このDMAブロック
3013は、I/Oブロック1007に接続されるフラ
ッシュメモリ等の周辺部品から転送されたデータを一時
的に格納し、USB制御ブロック1005へ転送する。
【0049】USB制御ブロック1005からDMAブ
ロック3013へのデータの転送は、CPUからの指示
により逐次実行されるものではない。よって、データ転
送が高速に実行される。このようなデータ転送は、DM
A転送として知られている。
【0050】MCUブロック1003はさらに、USB
制御ブロック1005から転送されたデータD+,D−
に基いて、MCUブロック1003内の所定の回路の動
作を制御する制御信号を発生する機能を有する。
【0051】バス接続検出端子3009には、USBコ
ネクタを介して、USBを構成する電源バス5001
(Vbusと称される。)が接続される。割り込み要求
発生回路INTは端子3009に接続されており、この
端子3009の電位レベルをモニターする。割り込み要
求発生回路INTは、この端子3009の電位レベルを
モニターすることによって、USBが半導体装置100
1に接続されたことを検知し、CPUに割込み要求を出
力する。この割込み要求によって、CPUは、半導体装
置1001が上位装置であるPCと接続されたことを認
識する。
【0052】I/Oブロック1007は、半導体装置1
001内のデータを周辺部品である例えばフラッシュメ
モリに出力する機能及びフラッシュメモリのデータを入
力する機能を有する。I/Oブロック1007は、主に
入出力バッファで構成されている。この入出力バッファ
の電源電圧VDD3は、MCUブロック1003の電源
電圧VDD2及びUSB制御ブロック1005の電源電
圧VDD1とは独立して、周辺部品の動作電圧に対応し
て設定可能になっている。すなわち、半導体装置100
1には、上記したセパレート電源方式が採用されてい
る。
【0053】具体的には、周辺部品であるフラッシュメ
モリの動作電圧が3.3Vであるため、入出力バッファ
には3.3Vが供給可能になっている。
【0054】I/Oブロック1007にはさらに、発振
回路3015が設けられている。発振回路3015は、
例えば12MHzの発振信号を生成し、この発振信号に
基くクロック信号を出力する。このクロック信号は、レ
ベルシフタ3017を介してMCUブロック1003に
出力される。MCUブロック1003は、この12MH
zのクロック信号に基き動作する。12MHzのクロッ
ク信号は、1/2分周回路3023に供給され、6MH
zのクロック信号に分周される。6MHzのクロック信
号は、レベルシフタ3019を介してUSB制御ブロッ
ク1005内のPLL回路3011に伝達される。PL
L回路3011は、6MHzのクロック信号を8倍に逓
倍し、48MHzのクロック信号を出力する。USB制
御ブロック1005は、この48MHzのクロック信号
に基き動作する。
【0055】USB制御ブロック1005とMCUブロ
ック1003との間には、レベルシフタ3019が設け
られている。MCUブロック1003とI/Oブロック
1007との間には、レベルシフタ3017、3021
が設けられている。このように、電源電圧が異なるブロ
ック間には、レベルシフタを設けなくてはならない。こ
のことは、本技術分野においては周知な技術である。
【0056】しかしながら、本発明の半導体装置100
1には、特別なレベルシフタが採用されている。特に、
レベルシフタ3019には、特別な構造が要求される。
なぜなら、USB制御ブロック1005は、USBが半
導体装置1001に接続されている時、USBの電源バ
ス経由で電源供給を受けるが、USBが半導体装置10
01から取り外された時は、電源の供給が断たれる。従
って、単に電圧レベルを変換するだけでなく、電源の供
給が断たれる時にも対応した特殊なレベルシフタが必要
なのである。
【0057】図4には、レベルシフタ3019の詳細回
路図が示されている。
【0058】レベルシフタ3019は、インバータ40
01、4003、4005及び4007を有している。
インバータ4001、4003の電源ノードは、電源端
子1009に接続された電源端子VIに接続され、イン
バータ4005、4007の電源ノードは、電源端子1
011に接続された電源端子VOに接続されている。
【0059】さらにレベルシフタ3019は、USB制
御ブロック1005からのデータを受信する入力端子I
Nと、MCUブロック1003へデータを出力する出力
端子OUTとを有する。
【0060】さらにレベルシフタ3019は、PMOS
4013とNMOS4015とで構成されたインバータ
INV1と、PMOS4017とNMOS4019とで
構成されたインバータINV2とを有する。これらイン
バータINV1とINV2とは互いにクロス接続されて
おり、ラッチ回路を構成している。
【0061】さらにレベルシフタ3019は、ノードN
1に接続されたNMOS4009と、ノードN2に接続
されたNMOS4011を有している。
【0062】インバータ4001、4003の電源ノー
ドには、USB制御ブロック1005の動作電源である
VDD1が供給されているので、インバータ4001、
4003は電源電圧3.3Vで動作する。よって、イン
バータ4001、4003は、0Vの論理Lレベル及び
3.3Vの論理Hレベルを出力する。
【0063】インバータ4005、4007の電源ノー
ドには、MCUブロック1003の動作電源であるVD
D2供給されているので、インバータ4005、400
7は第1のモードの時、電源電圧2.85Vで動作し、
第2のモードの時、2.4Vで動作する。よって、イン
バータ4001、4003は、第1のモードの時、0V
の論理Lレベル及び2.85Vの論理Hレベルを出力
し、第2のモードの時、0Vの論理Lレベル及び2.4
Vの論理Hレベルを出力する。
【0064】次に、このレベルシフタ3019の動作を
説明する。 (半導体装置1001が第1のモードの時)USB制御
ブロック1005から論理Hレベル(3.3V)の信号
が入力端子INに与えられると、NMOS4009がオ
ン状態になり、ノードN1が0Vになる。ノードN1が
0Vになると、PMOS4017がオン状態になるの
で、ノードN2が2.85Vの論理Hレベルになる。ノ
ードN2が論理Hレベルになると、出力端子OUTが論
理Hレベルになる。またノードN2が論理Hレベルにな
ると、NMOS4015がオン状態になる。このよう
に、USB制御ブロック1005から出力された3.3
Vの論理Hレベルが、MCUブロック1003へ2.8
5Vの論理Hレベルとして転送されたことになる。
【0065】(半導体装置1001が第2のモードの
時)この状態で、半導体装置1001が上位装置から切
り離されてしまった場合、上位装置からの電源供給が断
たれてしまう。すなわち、半導体装置1001は第2の
モードに入る。半導体装置1001が第2のモードに入
ると、電源端子VIのレベルがフローティング状態にな
る。しかしながら、ラッチ回路を構成するインバータI
NV1、INV2には、電源端子VOから電源電圧2.
4Vが供給されている。従って、第1のモード時にUS
Bブロック1005から出力された論理Hレベルは、こ
のラッチ回路に記憶されている。よって、出力端子OU
Tの論理Hレベルは維持される。
【0066】もし、レベルシフタ3019が、単なるレ
ベルシフトを実行する機能のみを有する回路であれば、
第2のモード時に出力端子OUTのレベルが不定にな
る。その結果、不定のレベルを受信するMCUブロック
1003内の回路部において不要な貫通電流が生じ、消
費電流が増大することなる。
【0067】本発明のレベルシフタを採用することによ
り、USB制御ブロック1005の電流消費を完全に断
つことができる。その結果、半導体装置1001全体の
消費電流を低下させることが可能になる。
【0068】図4に示した構造のレベルシフタは、複数
個設けられている。また、入力端子INがMCUブロッ
ク1003に接続され、出力端子OUTがUSB制御ブ
ロック1005に接続され、電源端子VIが電源端子1
011に接続され、電源端子VOが電源端子1009に
接続されているレベルシフタも、レベルシフタ3019
として設けられている。なぜならば、MCUブロック1
003とUSB制御ブロック1005との間は、双方向
にデータが転送されるからである。
【0069】図5は、本発明の半導体装置1001をデ
ジタルオーディオプレーヤーに応用した例を示す図であ
る。
【0070】図5において、周辺部品としてのフラッシ
ュメモリ1017、1.5Vの起電力を有する電池50
09、電源バス5001、接地電圧バス5003、デー
タバス対5005で構成されたUSBを除く全ての構成
要素は、図示しない実装基板上に実装されている。実装
基板は、デジタルオーディオプレーヤーに内蔵されてい
る。
【0071】フラッシュメモリ1017は、スロット1
021に着脱可能になっている。電池5009は、図示
しない電池用ボックスに着脱可能になっている。USB
は、ケーブルの形態になっており、USBコネクタに着
脱可能になっている。
【0072】電源端子1009と、電源バス5001に
対応するUSBコネクタの端子との間には、USBから
供給される5Vの電源電圧を3.3Vに変換するレギュ
レータ5011が接続されている。電源バス5001に
対応するUSBコネクタの端子と、バス接続検出端子3
009とは実装基板上に形成された配線で接続され、こ
の配線は例えば1Mオームの抵抗素子5013を介して
接地されている。つまり、バス接続検出端子3009は
抵抗素子5013によりプルダウンされている。
【0073】データ端子3001とUSBコネクタとの
間には、例えば22オームの抵抗素子5015が接続さ
れている。
【0074】データ端子3003とUSBコネクタとの
間には、例えば22オームの抵抗素子5017が接続さ
れている。
【0075】接地端子3007と接地電圧バス5003
に対応するUSBコネクタの端子との間は、他の配線よ
りも太い実装基板上に形成された配線で接続され、この
配線は接地されている。他の配線よりも太い配線を使用
する理由は、ノイズ低減のためである。
【0076】電源端子1009と電源端子1011との
間には、電源電圧降下素子としてのダイオード2001
が接続されている。
【0077】電源端子1011と電源端子1013との
間には、電圧降下素子としてのダイオード2003とダ
イオード2005とが直列に接続されている。
【0078】電源端子1013と、電池5009との間
には、電池5009から供給される1.5Vの電圧を
3.3Vに変換するレギュレータ5007が接続されて
いる。レギュレータ5007の出力は、フラッシュメモ
リ1017の電源端子5019にも供給されている。
【0079】図6は、半導体装置1001の外観を示す
図である。
【0080】図6において、“VBUS”が付与されて
いる端子は図5の電源端子1009に対応し、“P9
0/VBUSIN”が付与されている端子は図5のバス
接続検出端子3009に対応し、“D+”が付与されて
いる端子は図5のデータ端子3001に対応し、“D
−”が付与されている端子は図5のデータ端子3003
に対応し、“VDD CORE”が付与されている端子
は図5の電源端子1011に対応し、“VDD IO”
が付与されている端子は図5の電源端子1013に対応
する。図6において、“VDD CORE”が付与され
ている端子は、複数個存在するが、これらは全て半導体
装置1001の内部で共通接続されている。“VDD
IO”が付与されている端子についても同様である。
【0081】以上のようなデジタルオーチオプレーヤに
USBケーブルが接続されることによって、このプレー
ヤが上位装置であるPCに接続された場合の動作(第1
のモード)と、USBケーブルが取り外されることによ
って、このプレーヤがPCから離れた場所で使用可能に
なった場合の動作(第2のモード)は、上述した説明に
よって容易に理解されるであろう。
【0082】(第2の実施の形態)図7は、本発明の半
導体装置1001の第2の実施の形態を示す図である。
【0083】第2の実施の形態と第1の実施の形態との
差異は、USBから供給される5Vの電源電圧を3.3
Vに変換するレギュレータ5011が半導体装置100
1に内蔵されている点である。その他の構成について
は、実質的に同様であるので説明を省略する。
【0084】図8は、本発明の半導体装置1001をデ
ジタルオーディオプレーヤーに応用した例を示す図であ
る。図8に示されたデジタルオーディオプレーヤーの動
作は、図5に示された応用例の説明によって容易に理解
されるであろう。
【0085】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果の概要を簡単に説明す
ると以下の通りである。
【0086】すなわち、本発明の半導体装置によれば、
上位装置から出力されたデータを受信する第1の回路ブ
ロックと、周辺装置から出力されたデータを受信する第
2の回路ブロックと、第1の回路ブロック及び第2の回路
ブロックの動作を制御する第3の回路ブロックとの各ブ
ロックには、互いに独立した電源電圧を供給することが
可能である。従って、各ブロックに要求される動作電圧
を満足しつつ電池の消耗を最低限に抑えることが可能な
半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置の概略を説明する図であ
る。
【図2】本発明の半導体装置の使用方法の一例を説明す
る図である。
【図3】本発明の半導体装置のブロック図である。
【図4】レベルシフタの詳細回路図である。
【図5】本発明の半導体装置をデジタルオーディオプレ
ーヤーに応用した例を示す図である。
【図6】半導体装置の外観を示す図である。
【図7】本発明の半導体装置の第2の実施の形態を示す
図である。
【図8】本発明の半導体装置の第2の実施の形態をデジ
タルオーディオプレーヤーに応用した例を示す図であ
る。
【符号の説明】
1001・・・半導体装置 1003・・・MCUブロック 1005・・・USB制御ブロック 1007・・・I/Oブロック 1009・・・電源端子 1011・・・電源端子 1013・・・電源端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋立 修一 東京都港区虎ノ門1丁目7番12号 沖電気 工業株式会社内 Fターム(参考) 5F038 BE09 BG06 CA07 CD02 DF04 DF08 DF11 DF17 EZ20

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の電源電圧が供給される第1電源端
    子と、 第2の電源電圧が供給される第2電源端子と、 第3の電源電圧が供給される第3電源端子と、 上位装置と接続可能な第1の端子と、 周辺装置と接続可能な第2の端子と、 前記第1の端子及び前記第1電源端子に接続され、前記第
    1の電源電圧に基き、前記上位装置から出力されたデー
    タを受信する第1の回路ブロックと、 前記第2の端子及び前記第3の電源端子に接続され、前記
    第3の電源電圧に基き、前記周辺装置から出力されたデ
    ータを受信する第2の回路ブロックと、 前記第2の電源端子に接続され、前記第2の電源電圧に基
    き、前記第1の回路ブロック及び前記第2の回路ブロック
    の動作を制御する第3の回路ブロックとを有することを
    特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体装置と、 前記第1電源端子と前記第2電源端子との間に接続さ
    れ、前記第1の電源電圧を降圧させ前記第2の電源電圧
    を生成する第1の電源電圧降圧手段と、 前記第2電源端子と前記第3電源端子との間に接続さ
    れ、前記第3の電源電圧を降圧させ前記第2の電源電圧
    を生成する第2の電源電圧降圧手段とを有することを特
    徴とする電源電圧供給システムを備えた半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記第1の電源電圧は前記上位装置から
    供給され、前記第3の電源電圧は電池から供給されるこ
    とを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記第1の電源電圧は前記上位装置から
    供給され、前記第3の電源電圧は電池から供給されるこ
    とを特徴とする請求項2記載の電源電圧供給システムを
    備えた半導体装置。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の電源電圧供給システムを
    備えた半導体装置に電源電圧を供給する電源電圧供給方
    法であって、 前記第1電源端子に前記上位装置を接続することにより
    前記第1電源端子に前記第1の電源電圧を供給するととも
    に、前記第3電源端子に前記電池を接続することにより
    前記第3電源端子に前記第3の電源電圧を供給し、前記
    第1の電源電圧降圧手段を介して前記第2電源端子に前
    記第2の電源電圧を供給するステップと、 その後、前記第1電源端子と前記上位装置を非接続とす
    ることにより、前記第2の電源電圧降圧手段を介して前
    記第2電源端子に前記第2の電源電圧を供給するステッ
    プとを有することを特徴とする電源電圧供給システムを
    備えた半導体装置に電源電圧を供給する電源電圧供給方
    法。
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