JP2005252654A - Semiconductor integrated circuit incorporating a/d converter circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、汎用マイクロコントローラなどの半導体集積回路に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor integrated circuit such as a general-purpose microcontroller.
従来、1系統以上のアナログ入力端子を有するA/D変換回路とCPUを内蔵した半導体集積回路において、A/D変換を行う場合、アナログ入力端子から入力されたアナログ信号の信号レベルの変化如何に関わらずA/D変換動作を実行するとともに、A/D変換完了時にはCPUに対してA/D変換の完了を通知していた。また、CPUは完了通知を受けて、メインプログラムの実行を一時中断してA/D変換結果を確認するとともに、もう一度A/D変換動作を実行することでA/D変換結果の精度を高めていた。
上記従来の構成では、A/D変換回路はCPUに対してA/D変換の完了通知を発行するが、この完了通知は、アナログ信号の信号レベルの変化如何に関わらずA/D変換動作を実行し、発行されるため、CPUは完了通知が発行される度にメインプログラムの処理を一時中断してA/D変換結果を確認する必要があり、CPUの負担が増加し,CPUを含めたハードウェア資源を有効に活用できていなかった。 In the above-described conventional configuration, the A / D conversion circuit issues an A / D conversion completion notification to the CPU, and this completion notification performs the A / D conversion operation regardless of the change in the signal level of the analog signal. Since it is executed and issued, it is necessary for the CPU to suspend the processing of the main program and check the A / D conversion result every time a completion notification is issued, which increases the burden on the CPU and includes the CPU. Hardware resources could not be used effectively.
また、A/D変換結果がアナログ信号の信号レベルが安定していない時の変換結果である可能性があるため、CPUは変換完了通知を受けた際に、A/D変換動作をもう一度行わせて変換結果の再確認を行う必要があり、CPUの負担が増加した。 In addition, since the A / D conversion result may be a conversion result when the signal level of the analog signal is not stable, the CPU causes the A / D conversion operation to be performed once again when the conversion completion notification is received. Therefore, it is necessary to reconfirm the conversion result, which increases the burden on the CPU.
また、アナログ信号の信号レベルの変化如何に関わらずA/D変換動作を実行するため、不要な電力消費が発生していた。 In addition, unnecessary power consumption occurs because the A / D conversion operation is executed regardless of the change in the signal level of the analog signal.
また、アナログ入力端子が複数ある場合には、信号レベルに変化のない端子のA/D変換に時間を要するため、信号レベルに変化があるアナログ入力端子のA/D変換動作を開始するまでの遅延時間が長くなるという課題があった。 In addition, when there are a plurality of analog input terminals, it takes time to perform A / D conversion for a terminal whose signal level does not change, and therefore, until the A / D conversion operation for an analog input terminal whose signal level has changed is started. There was a problem that the delay time was long.
本発明の目的は、A/D変換動作時のCPUの負担を軽減できる、またさらには低消費電力化やアナログ入力端子の高速センシングも可能となる半導体集積回路を提供することである。 An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit that can reduce the load on the CPU during an A / D conversion operation, and further enables low power consumption and high-speed sensing of an analog input terminal.
本発明の半導体集積回路は、1系統以上のアナログ入力端子を有し、アナログ入力端子から入力されるアナログ信号をA/D変換するA/D変換回路と、CPUとを内蔵した半導体集積回路であって、A/D変換回路は、アナログ入力端子から入力されたアナログ信号の信号レベルの変化を検知する機能を有し、かつアナログ信号の信号レベルの変化を検知している場合にのみA/D変換動作を完了させるとともに、CPUに対してA/D変換の完了を通知する機能を有することを特徴とする。 A semiconductor integrated circuit according to the present invention is a semiconductor integrated circuit having an A / D conversion circuit that has an analog input terminal of one or more systems, A / D converts an analog signal input from the analog input terminal, and a CPU. The A / D conversion circuit has a function of detecting a change in the signal level of the analog signal input from the analog input terminal, and only when the change in the signal level of the analog signal is detected. It has a function of completing the D conversion operation and notifying the CPU of the completion of A / D conversion.
この構成によれば、アナログ信号の信号レベルが変化している場合にのみ、A/D変換の完了をCPUに通知するため、従来のようにアナログ信号の信号レベルの変化如何に関わらずA/D変換動作を実行し、CPUに通知される場合に比べ、CPUの負担を軽減できる。 According to this configuration, since the completion of the A / D conversion is notified to the CPU only when the signal level of the analog signal is changed, the A / D conversion is performed regardless of the change in the signal level of the analog signal as in the related art. Compared with the case where the D conversion operation is executed and notified to the CPU, the burden on the CPU can be reduced.
また、本発明において、A/D変換回路は、アナログ信号の信号レベルの変化を検知している場合に、1度目のA/D変換動作を完了させた後に、アナログ信号に対して2度目のA/D変換動作を行い、かつ1度目と2度目のA/D変換結果に差分がないときに、CPUに対してA/D変換の完了を通知することが好ましい。 In the present invention, when the A / D conversion circuit detects a change in the signal level of the analog signal, the A / D conversion circuit completes the first A / D conversion operation and then performs the second time on the analog signal. It is preferable to notify the CPU of the completion of A / D conversion when an A / D conversion operation is performed and there is no difference between the first and second A / D conversion results.
これにより、1度目と2度目のA/D変換結果に差分がない、すなわちアナログ信号の信号レベルが安定した後でA/D変換の完了を通知する。したがって、A/D変換動作が完了した場合に、その時のアナログ信号の信号レベルが過渡状態を過ぎて定常状態にあることを確認してからA/D変換の完了を通知することにより、完了通知受理後のCPUのA/D変換結果の確認動作を省略し、CPUの負担を軽減できる。 As a result, there is no difference between the first and second A / D conversion results, that is, the completion of the A / D conversion is notified after the signal level of the analog signal is stabilized. Accordingly, when the A / D conversion operation is completed, it is confirmed that the signal level of the analog signal at that time has passed the transient state and is in a steady state, and then the completion of A / D conversion is notified. The operation of checking the A / D conversion result of the CPU after acceptance can be omitted, and the burden on the CPU can be reduced.
また、本発明において、A/D変換回路は、アナログ信号の信号レベルの変化を検知していない場合に、A/D変換動作を中断することが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the A / D conversion circuit interrupts the A / D conversion operation when a change in the signal level of the analog signal is not detected.
これにより、低消費電力化を実現できる。 Thereby, low power consumption can be realized.
また、本発明において、A/D変換回路は、アナログ信号の信号レベルの変化を検知していない場合に、A/D変換動作を中断し、同一または別のアナログ入力端子から入力されるアナログ信号に対してA/D変換動作を開始することが好ましい。 In the present invention, the A / D conversion circuit interrupts the A / D conversion operation when no change in the signal level of the analog signal is detected, and the analog signal input from the same or another analog input terminal It is preferable to start the A / D conversion operation.
このように、A/D変換動作を中断するとともに、同一または別のアナログ入力端子のアナログ信号をA/D変換することで、高速なアナログ入力端子のセンシングを実現できる。 In this way, high-speed sensing of analog input terminals can be realized by interrupting the A / D conversion operation and A / D converting analog signals of the same or different analog input terminals.
以上のように本発明によれば、A/D変換動作を適切に処理することで、CPUの負担軽減、低消費電力化、アナログ入力端子の高速センシングを実現することができる。 As described above, according to the present invention, by appropriately processing the A / D conversion operation, it is possible to reduce the burden on the CPU, reduce power consumption, and realize high-speed sensing of analog input terminals.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態の半導体集積回路の構成を示すブロック図である。図1において、1は半導体集積回路、2はA/D変換回路、6はCPUであり、A/D変換回路2とCPU6は半導体集積回路1に内蔵されている。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a semiconductor integrated circuit according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a semiconductor integrated circuit, 2 is an A / D conversion circuit, and 6 is a CPU. The A /
3はアナログ入力端子T101、T102から入力されるアナログ信号101、102のいずれかを選択して選択したアナログ信号をアナログ信号104として出力するアナログ入力選択回路、4は入力されるアナログ信号104のA/D変換を行い、デジタル変換結果105を出力するA/D変換処理回路である。5は入力されたデジタル変換結果105を格納し、かつ変換動作制御信号106によりA/D変換処理回路4のA/D変換動作を制御し、かつ入力端子切替信号107によりアナログ入力選択回路3に対してアナログ信号101、102のどちらをA/D変換処理回路4に入力するかを選択させ、かつA/D変換完了時にCPU6に対してA/D変換完了信号109を出力するA/D変換制御回路である。
CPU6はA/D変換制御回路5に対して、A/D変換の開始を制御するためのA/D変換開始信号108と、A/D変換に使用する変換用クロック111を出力する。また、CPU6は内部バス110を介して、A/D変換制御回路5からA/D変換結果を取得する。7、8はアナログ信号101、102に付加された抵抗であり、この抵抗7、8の一端は基準電圧20に接続されている。
The
図2は、図1におけるA/D変換制御回路5の構成図である。
FIG. 2 is a configuration diagram of the A / D
図2において、13はデジタル変換結果105を変換用クロック111をトリガとして取り込むA/D変換結果格納レジスタで、変換用クロック111が入力されると1ビットずつ右にシフトしていくものとする。16はA/D変換完了時にA/D変換結果格納レジスタ13の値を格納するためのメモリレジスタ、15はA/D変換開始時にメモリレジスタ16の値を格納するとともに変換用クロック111によってビットがシフトするバッファレジスタである。
In FIG. 2,
図3はバッファレジスタ15の動作を表したフローであり、変換用クロック111が入力されるとバッファレジスタ15の各ビットは1ビットずつ右にシフトしている。なお、最上位ビットであるB9のシフト先はB0であるものとする。14はA/D変換結果格納レジスタ13とバッファレジスタ15のビット比較を行う比較回路である。
FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the
9はA/D変換完了ビット数カウンタであり、A/D変換が完了したビット数をカウントする機能を有する。10、11、12はA/D変換完了ビット数カウンタ9に内蔵されており、11はA/D変換動作を中断させて変換結果の途中比較を行うビット数を定義するための比較用レジスタ、12はA/D変換されたビット数をカウントするカウント用レジスタ、10は比較用レジスタ11とカウント用レジスタ12の値を比較する比較回路であり、前述の比較結果が一致した場合には一致信号114を出力し、カウント用レジスタ12のカウント値がA/D変換結果格納レジスタ13に格納できるビット数と同一になった場合に変換完了信号115を出力する。ここでは、A/D変換結果格納レジスタ13、バッファレジスタ15、メモリレジスタ16はそれぞれ10ビットであるものとし、カウント用レジスタ12のカウント値が10進法で「10」になった場合に変換完了信号115が出力されるものとする。
17はA/D変換制御回路5におけるコントロール回路であり、変換結果比較回路14に対して比較開始信号119の出力を行い、比較一致信号118を受け取る。また、信号線117を介してメモリレジスタ16に、信号線120を介してA/D変換結果格納レジスタ13にアクセスすることができ、A/D変換完了時にはA/D変換結果格納レジスタ13のデータをメモリレジスタ16にコピーする。18、19はコントロール回路17に内蔵されており、18はアナログ入力端子から入力されるアナログ信号の信号レベルに変化があった場合にセットされるアナログ信号変化検出フラグである。19は低消費モード設定フラグであり、A/D変換制御回路5の動作モードを設定するものである。なお、アナログ信号変化検出フラグ18は、比較一致信号118がネゲートされるとセットされる。また、アナログ信号101、102のそれぞれにアナログ信号変化検出フラグ18は搭載されている。また、低消費モードの設定は、LSIを動作させるタイミングで決定し、低消費モード設定フラグ19の設定は、内部バス110を介して、CPU6が行う。
A
以下、本実施の形態の半導体集積回路の動作を、図4の制御フロー図に基づいて説明する。 Hereinafter, the operation of the semiconductor integrated circuit according to the present embodiment will be described with reference to the control flowchart of FIG.
A/D変換回路2は、半導体集積回路1の電源をオフ(S0)からオンに立上げることでスタンバイ状態に遷移する(S1)。
The A /
A/D変換回路2を使用する場合、CPU6は最初に内部バス110を介して比較用レジスタ11にA/D変換を一時中断するビット数を入力する(S2)。ここでは、10進数における「3」を設定する。
When the A /
次に、CPU6はA/D変換回路5に対して変換用クロック111を供給するとともに、A/D変換開始信号108を出力する。これにより、コントロール回路17はアナログ入力選択回路3に対して入力端子切替信号107を出力してアナログ信号を選択するとともに、A/D変換処理回路4に対して変換動作制御信号106を出力してA/D変換処理回路4にA/D変換動作を開始させる(S3)。ここでは、アナログ信号101が選択されるものとする。また、A/D変換開始信号108の出力を受けて、メモリレジスタ16の値はバッファレジスタ15にコピーされる(S4)。
Next, the
A/D変換処理回路4から出力されるデジタル変換結果105は、A/D変換結果格納レジスタ13に入力されるが、比較用レジスタ11に設定した「3」と一致する3ビットの変換が完了した時点で比較回路10から一致信号114が出力される。
The
図5は3ビットのA/D変換動作が完了した時のA/D変換結果格納レジスタ13とバッファレジスタ15の状態を表している。A/D変換結果格納レジスタ13のA9、A8、A7はA/D変換処理回路4から出力されたデジタル変換結果であり、一致信号114を受けたコントロール回路17は変換結果比較回路14に比較開始信号119を出力して比較動作を開始させる(S5)。この時に比較されるのは図5のA9とB9、A8とB8、A7とB7であり、これらのビットの値が全て一致した場合には比較一致信号118を出力する。ここで、比較一致信号118が出力されない場合は、外部からのアナログ信号101が変化していることを表しているので、比較一致信号118が出力されるまでA/D変換を繰り返す(S11〜)。
FIG. 5 shows the states of the A / D conversion
コントロール回路17は、比較一致信号118を入力し(前述のビット比較結果が一致し)、かつアナログ信号変化検出フラグ18がセットされていない時には、アナログ信号101の信号レベルに変化がないものと判断し、アナログ信号変化検出フラグ18がセットされている時には、アナログ信号101の信号レベルに変化があるものと判断する。
The
アナログ信号101の信号レベルに変化がない場合には、低消費モード設定フラグ19の設定値によって低消費モードか否かを判断し(S21)、低消費モードであれば、残りの7ビットのA/D変換動作が完了するまでの時間をカウント用レジスタ12でカウントし、変換完了信号115が出力されるまでの間、A/D変換処理回路4を停止させることで低消費電力化を実現する(S22)。低消費モードでない場合には、カウント用レジスタ12をクリアする(S23)とともに、入力端子切替信号107を発生させて、選択されるアナログ信号104を101から102に切り替える(S24)ことで、高速にアナログ入力端子をセンシングすることが可能となる。また、低消費モードの場合も、変換完了信号115が出力されると、カウント用レジスタ12をクリアする(S23)とともに、入力端子切替信号107を発生させて、選択されるアナログ信号104を101から102に切り替える(S24)ことで、高速にアナログ入力端子をセンシングすることが可能となる。S24の後は、切り替えられたアナログ信号102対しS3からのA/D変換処理が行われることになる。
If there is no change in the signal level of the analog signal 101, it is determined whether or not the low consumption mode is set based on the set value of the low consumption mode setting flag 19 (S21). The time until the / D conversion operation is completed is counted by the
また、アナログ信号101の信号レベルに変化がある場合には、残りの7ビットのA/D変換動作を行い(S31)、変換が完了して比較回路10から変換完了信号115が出力されると、A/D変換格納レジスタ13とメモリレジスタ16の全ビットの比較を行う(S32)。このS32での比較も変換結果比較回路14が行う。この比較結果が一致すると、A/D変換完了信号109が出力される(S35)と同時に、アナログ信号変化検出フラグ18はクリアされ(S33)、A/D変換結果格納レジスタ13のデータをメモリレジスタ16にコピーする(S34)。なお、S3,S4,S5,S31,S32→S3のループは、S5で上位3ビットが安定した後に、下位ビットが安定するまでウェイトしている状態を表している。
If the signal level of the analog signal 101 is changed, the remaining 7-bit A / D conversion operation is performed (S31). When the conversion is completed and the
図6は、アナログ信号101の変化とA/D変換完了信号109とアナログ信号変化検出フラグ18の関係を表したものである。アナログ信号が変化している遷移状態の時に、アナログ信号変化検出フラグ18がセットされ、定常状態になった後のA/D変換時にA/D変換格納レジスタ13とメモリレジスタ16のデータが一致(図6中の2回目の一致)することでA/D変換完了信号109が出力されると同時に、アナログ信号変化検出フラグ18はクリアされ、A/D変換結果格納レジスタ13のデータをメモリレジスタ16にコピーする。なお、図6中の1変換時間は、A/D変換を行う基本時間を表し、図6では均等な時間のように示されているが、入力されるアナログに変化がある場合とない場合でその時間は異なる。
FIG. 6 shows the relationship between the change in the analog signal 101, the A / D
以上のように本実施の形態によれば、A/D変換回路2は、外部から入力されA/D変換対象のアナログ信号の信号レベルに変化がある場合にのみ、A/D変換動作を完了するとともに、CPU6に対してA/D変換の完了通知(A/D変換完了信号109)を発行する。さらに、A/D変換動作を完了した場合に、その時のアナログ信号の信号レベルが過渡状態を過ぎて定常状態にあることを確認してから完了通知を発生させることにより、完了通知受理後のCPU6のA/D変換結果の確認動作を省略させる。これによりCPU6の負担を軽減できる。
As described above, according to the present embodiment, the A /
また、アナログ信号の信号レベルに変化がない場合に、A/D変換動作を中断するとともに、同一または別のアナログ入力端子のアナログ信号のA/D変換を開始することで、高速なアナログ入力端子のセンシングを実現できる。ここで、同一または別のアナログ入力端子のアナログ信号のA/D変換を開始させない場合には、A/D変換動作を中断することで低消費電力化を実現できる。なお、実際のセットでは、アナログ入力端子が単一端子、複数端子のいずれの場合でも、A/D変換は常に実施され、変換が完了したらまた変換するという動作をとるようにされる。 In addition, when there is no change in the signal level of the analog signal, the A / D conversion operation is interrupted, and the A / D conversion of the analog signal at the same or different analog input terminal is started, so that a high-speed analog input terminal Can be realized. Here, when A / D conversion of analog signals at the same or different analog input terminals is not started, power consumption can be reduced by interrupting the A / D conversion operation. In an actual set, A / D conversion is always performed regardless of whether the analog input terminal is a single terminal or a plurality of terminals, and when the conversion is completed, the conversion is performed again.
本発明にかかる半導体集積回路は、アナログ入力信号をA/D変換する際のCPUの負担を軽減でき、汎用マイクロコントローラ等として有用である。 The semiconductor integrated circuit according to the present invention can reduce the load on the CPU when A / D converting an analog input signal, and is useful as a general-purpose microcontroller or the like.
1 半導体集積回路
2 A/D変換回路
3 アナログ入力選択回路
4 A/D変換処理回路
5 A/D変換制御回路
6 CPU(中央演算装置)
7 抵抗
8 抵抗
9 A/D変換完了ビット数カウンタ
10 比較回路
11 比較用レジスタ
12 カウント用レジスタ
13 A/D変換結果格納レジスタ
14 変換結果比較回路
15 バッファレジスタ
16 メモリレジスタ
17 コントロール回路
18 アナログ信号変化検出フラグ
19 低消費モード設定フラグ
101 アナログ信号
102 アナログ信号
104 アナログ信号
105 デジタル変換結果
106 変換動作制御信号
107 入力端子切替信号
108 A/D変換開始信号
109 A/D変換完了信号
110 内部バス
111 変換用クロック
112 カウント値
113 カウント値
114 一致信号
115 変換完了信号
116 カウンタリセット信号
117 信号線
118 比較一致信号
119 比較開始信号
120 信号線
DESCRIPTION OF
7
Claims (4)
前記A/D変換回路は、前記アナログ入力端子から入力されたアナログ信号の信号レベルの変化を検知する機能を有し、かつ前記アナログ信号の信号レベルの変化を検知している場合にのみA/D変換動作を完了させるとともに、前記CPUに対してA/D変換の完了を通知する機能を有することを特徴とする半導体集積回路。 A semiconductor integrated circuit having an analog input terminal of one or more systems, an A / D conversion circuit for A / D converting an analog signal input from the analog input terminal, and a CPU;
The A / D conversion circuit has a function of detecting a change in the signal level of the analog signal input from the analog input terminal, and only when the change in the signal level of the analog signal is detected. A semiconductor integrated circuit having a function of completing a D conversion operation and notifying the CPU of the completion of A / D conversion.
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