JP2011096238A - 半導体装置、電圧比較回路およびそれを利用した電源管理回路、ならびにそれらを用いた電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1スイッチSW1は、判定部14と信号ライン12の間に設けられる。第1スイッチSW1は、判定部14がデバイス4を判定する期間オンであり、その後オフする。第2スイッチSW2は、判定部14がデバイス4を判定する期間オフであり、その後オンする。信号ライン12は、複数の異なる種類のデバイス4が接続されうる通信インタフェース用のポートP1と、デバイス4とデータ通信を行うプロセッサの通信用端子P2との間を接続する。判定部14は、信号ラインの電気的状態を監視し、ポートに接続されるデバイス4を判定する。
【選択図】図1
Description
この場合、判定部が動作中に、プロセッサが判定部による判定処理に及ぼす影響を低減することができる。
この態様によれば、デバイスの素性を正確に判定できるとともに、確実なデータ通信が実現できる。
この態様によれば、第1電圧が印加されているときには、第2電圧比較部は非アクティブとなることが保証され、第2電圧が印加されているときのみ、高精度な電圧比較を行うことで、第2電圧の印加の有無を検出することができる。
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態に係る半導体装置10を備える電子機器2の構成を示すブロック図である。電子機器2は、ポート(もしくはコネクタまたは端子ともいう)P1、半導体装置10、プロセッサ20を備える。ポートP1は、複数の異なる種類のデバイスが接続されうる通信インタフェース用のコネクタである。
ポートP3は、ポートP1と接続される。プロセッサ側端子P4はプロセッサ20の通信用端子P2と接続される。
1. USB専用充電器
2. USBホストデバイス、USBハブ
3. USBハンズフリーコネクタ
4. USBヘッドホン
のいずれかが接続される。
この場合、バス電圧VBUSとして4〜5.3V程度が供給される。またデバイス4の内部において、通信用バス6の差動データラインD+、D−同士が、つまりポートP1+とP1−がショートされている(図2の一点鎖線)。
この場合、バス電圧VBUSとして4〜5.3V程度が供給される。またデバイス4の内部において、通信用バス6の差動データラインD+、D−同士が、つまりポートP1+とP1−がそれぞれプルダウンされる(図2の実線)。
この場合、(2)のホストが接続された場合と同様である。
この場合、バス電圧VBUSが、1.7〜1.92V程度にバイアスされる。このとき、VBUS<Vth1であるから、半導体装置10aの各ユニットは動作せず、USBCHG_DET信号はハイインピーダンスとなる。図示しない別の回路により、ヘッドホンがステレオかモノラルかが判定される。
図4は、第2の実施の形態に係る電源管理回路101を備える電子機器200の構成を示すブロック図である。電子機器200は、たとえば携帯電話端末や、PDA、ノート型PCなどの電池駆動型の情報端末機器である。電子機器200は、電源管理回路101、電池110、負荷112、アダプタ端子114、を備える。
V2>V1
なる関係が成立している。たとえば電池電圧V1は、3.5〜4.2V程度であり、外部電圧V2(=VBUS)は5V程度である。
後述のように第2電圧比較部44は、非アクティブな状態における消費電力が実質的にゼロかもしくは非常に小さくなるように構成される。
第1トランジスタM1はオフしている。第1トランジスタM1がオフのとき、そのドレイン電圧は0Vであり、分圧回路の出力電圧V10も0Vとなる。このとき第2トランジスタM2はオフであり、判定信号S2はハイレベル(ネゲート)となる。
第1トランジスタM1がオンする。分圧回路(R1、R2)の出力電圧V10は、
V10=VIN×R2/(R1+R2)
となり、第2トランジスタM2がオンする。その結果、判定信号S2はローレベル(アサート)される。
すなわち、判定信号S2がローレベル(アサート)するには、
VIN>V3+Vthp …(1)
VIN×R2/(R1+R2)>Vthn …(2)
が満たされる必要がある。式(2)を変形すると、
VIN>(R1+R2)/R2×Vthn …(2’)
が得られる。したがって、第1電圧比較部42に設定される第1しきい値電圧Vth1は、
(a) (V3+Vthp)
(b) (R1+R2)/R2×Vthn
の2つの電圧のうち、高い方の電圧とみなすこともできる。
第2電圧比較部44は、基準電圧源46、コンパレータ48、第4抵抗R4、第5抵抗R5、第1スイッチSW1、第2スイッチSW2を含む。
判定信号S2がネゲートされているとき、第1スイッチSW1はオフである。したがって、基準電圧源46、コンパレータ48には電源が供給されず、それらの消費電力は実質的にゼロである。また第2スイッチSW2もオフであるため、第4抵抗R4および第5抵抗R5に流れる電流も遮断され、消費電力が低減されている。なお第4抵抗R4および第5抵抗R5のインピーダンスが十分に高い場合には、第2スイッチSW2を省略してもよい。
VIN×R5/(R4+R5)>Vref
のとき、検出信号S1がアサートされる(ハイレベル)。反対に
VIN×R5/(R4+R5)<Vref
のとき、検出信号S1がネゲート(ローレベル)される。
このときスイッチSW3がオンしていれば、入力端子P1の入力電圧VINは電池電圧V1にプルアップされる。VIN(=V1)は、第1しきい値電圧Vth1よりも低いため、判定信号S2はネゲートされたままである。したがって第2電圧比較部44は非アクティブ状態である。第2電圧比較部44が非アクティブのとき、検出信号S1はローレベル(ネゲート)である。
この状態では、第1電圧比較部42および第2電圧比較部44の消費電力はともにゼロに抑えられる。
このときスイッチSW3がオフし、入力端子P1の外部電圧V2と等しくなる。そしてVIN(=V12)が、第1しきい値電圧Vth1よりも高くなると判定信号S2がアサートされ、第2電圧比較部44によって高精度な電圧比較が行われる。
VIN×(R7)/(R6+R7))<Vthn
のとき、第3トランジスタM3はオフであり、判定信号S2はネゲート(ハイレベル)される。
VIN×(R7)/(R6+R7))>Vthn
のとき第3トランジスタM3はオンし、判定信号S2はアサート(ローレベル)される。
Claims (18)
- 複数の異なる種類のデバイスが接続されうる通信インタフェース用のポートと、前記デバイスとデータ通信を行うプロセッサの通信用端子との間を接続する信号ラインと、
前記信号ラインの電気的状態を監視し、前記ポートに接続されるデバイスを判定する判定部と、
前記判定部と前記信号ラインの間に設けられた第1スイッチと、
を備え、
前記第1スイッチは、前記判定部が前記デバイスを判定する期間オンであり、その後オフすることを特徴とする半導体装置。 - 前記信号ラインの経路上に設けられた第2スイッチをさらに備え、
前記第2スイッチは、前記判定部が前記デバイスを判定する期間オフであり、その後オンすることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 複数の異なる種類のデバイスが接続されうる通信インタフェース用のポートと、前記デバイスとデータ通信を行うプロセッサの通信用端子との間を接続する信号ラインと、
前記信号ラインの電気的状態を監視し、前記ポートに接続されるデバイスを判定する判定部と、
を備え、
前記判定部は、前記判定部が前記デバイスを判定する期間アクティブであり、その後、非アクティブとなることを特徴とする半導体装置。 - 前記信号ラインの経路上に設けられた第2スイッチをさらに備え、
前記第2スイッチは、前記判定部が前記デバイスを判定する期間オフであり、その後オンすることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。 - 前記ポートに何らかのデバイスが接続されたか否かを判定する接続検出部をさらに備え、
前記判定部が前記デバイスを判定する期間は、前記接続検出部により前記デバイスの接続を検出してから、所定時間経過するまでの期間であることを特徴とする請求項2または4に記載の半導体装置。 - 前記ポートは、USB(Universal Serial Bus)インタフェースの差動信号ラインが接続される端子であり、
前記接続検出部は、USBインタフェースの電源ラインと接続される第2ポートの電気的状態を監視し、USBインタフェースを介しての電源の供給の有無を判定することにより、前記デバイスが接続されたか否かを判定することを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。 - 前記接続検出部は、前記第2ポートに印加される入力電圧を、所定のしきい値電圧と比較する電圧比較回路を含み、当該電圧比較回路は、
前記入力電圧を所定の第1しきい値電圧と比較し、前記入力電圧が前記第1しきい値電圧より高いときにアサートされる判定信号を生成する第1電圧比較部と、
前記判定信号がアサートされたときにアクティブとなり、前記入力電圧を所定の第2しきい値電圧と比較する第2電圧比較部と、
を備えることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。 - 複数の異なる種類のデバイスのいずれかが接続される通信インタフェース用のポートと、
前記デバイスとデータ通信を行うプロセッサと、
前記ポートと前記プロセッサと接続される請求項1から7のいずれかに記載の半導体装置と、
を備えることを特徴とする電子機器。 - 入力端子に印加される入力電圧を、所定のしきい値電圧と比較する電圧比較回路であって、
前記入力電圧を所定の第1しきい値電圧と比較し、前記入力電圧が前記第1しきい値電圧より高いときにアサートされる判定信号を生成する第1電圧比較部と、
前記判定信号がアサートされたときにアクティブとなり、前記入力電圧を所定の第2しきい値電圧と比較する第2電圧比較部と、
を備えることを特徴とする電圧比較回路。 - 前記入力端子には、第1電圧または前記第1電圧よりも高い第2電圧が印加され、
前記第1しきい値電圧は、前記第1電圧よりも高い値であることを特徴とする請求項9に記載の電圧比較回路。 - 前記第1電圧比較部は、そのゲートに所定の電圧が入力され、そのソースが前記入力端子と接続されたPチャンネルの第1MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を含み、前記第1MOSFETのオン、オフに応じた判定信号を生成することを特徴とする請求項9に記載の電圧比較回路。
- 前記第1電圧比較部は、
そのゲートに所定の電圧が入力され、そのソースが前記入力端子と接続されたPチャンネルの第1MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)と、
前記第1MOSFETのドレインの電圧を分圧する分圧回路と、
そのゲートに前記分圧回路の出力電圧が印加され、そのソースの電位が固定されたNチャンネルの第2MOSFETと、
を含み、前記第2MOSFETのオン、オフに応じたレベルを有する前記判定信号を生成することを特徴とする請求項9に記載の電圧比較回路。 - 前記第1電圧比較部は、
前記入力電圧を分圧する分圧回路と、
そのゲートに分圧された前記入力電圧が入力され、そのソースの電位が固定されたNチャンネルの第3MOSFETと、
を含み、前記第3MOSFETのオン、オフに応じたレベルを有する前記判定信号を生成することを特徴とする請求項9に記載の電圧比較回路。 - 前記第2電圧比較部は、
その第1端子に前記入力電圧に応じた電圧を受け、その第2端子に所定の基準電圧を受け、前記第1端子と前記第2端子の電圧を比較するコンパレータと、
前記コンパレータの電源端子と前記入力端子の間に設けられたスイッチと、
を含み、前記スイッチは、前記判定信号がアサートされるときにオンすることを特徴とする請求項9から13のいずれかに記載の電圧比較回路。 - 前記第2電圧比較部は、前記基準電圧を生成する基準電圧生成部をさらに含み、前記基準電圧生成部の電源端子は、前記スイッチを介して前記入力端子と接続されることを特徴とする請求項14に記載の電圧比較回路。
- 前記第2電圧比較部は、前記入力端子と前記コンパレータの前記第1端子の間に設けられた第2スイッチをさらに含むことを特徴とする請求項14または15に記載の電圧比較回路。
- 外部電源が接続される第1端子と、
電池が接続されるの第2端子と、
前記第1端子に印加された前記外部電源からの電圧を前記入力電圧として前記入力端子に受ける請求項9から16のいずれかに記載の電圧比較回路と、
前記外部電源からの電圧と、前記電池からの電池電圧のいずれかを、前記電圧比較回路の比較結果にもとづいて選択する選択回路と、
前記選択回路により選択された電圧を、外部の負荷回路へと出力する出力端子と、
を備えることを特徴とする電源管理回路。 - 電池と、
外部電源が着脱可能なアダプタ端子と、
請求項17に記載の電源管理回路と、
前記電源管理回路の出力端子に接続される負荷回路と、
を備えることを特徴とする電子機器。
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