JP2014011733A - 遅延回路及び半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体装置の端子数を増加させることなく、外付けの容量によって検出遅延時間を設定する機能を追加できる遅延回路と、当該遅延回路を備えた半導体装置とを提供する。
【解決手段】出力制御回路120は、出力端子OUTからの出力信号のレベルを、ハイレベル又はローレベルに制御し、もしくは、出力端子をハイインピーダンス状態にするように制御する。遅延時間設定回路110は、論理回路130からの制御信号CntSに応答して容量1を放電し、容量1の両端電圧に基づいて遅延時間設定信号DLYを発生する。論理回路130は、検出信号Detに応答して、出力端子OUTをハイインピーダンス状態にするように出力制御回路120を制御するとともに、遅延時間設定回路110に制御信号CntSを出力する。そして、遅延時間設定信号DLYに応答して、ローレベルの出力信号を出力するように出力制御回路120を制御する。
【選択図】図1
【解決手段】出力制御回路120は、出力端子OUTからの出力信号のレベルを、ハイレベル又はローレベルに制御し、もしくは、出力端子をハイインピーダンス状態にするように制御する。遅延時間設定回路110は、論理回路130からの制御信号CntSに応答して容量1を放電し、容量1の両端電圧に基づいて遅延時間設定信号DLYを発生する。論理回路130は、検出信号Detに応答して、出力端子OUTをハイインピーダンス状態にするように出力制御回路120を制御するとともに、遅延時間設定回路110に制御信号CntSを出力する。そして、遅延時間設定信号DLYに応答して、ローレベルの出力信号を出力するように出力制御回路120を制御する。
【選択図】図1
Description
本発明は、二次電池の保護用の半導体装置及び電圧検出用の半導体装置などの半導体装置のための遅延回路と、当該遅延回路を備えた半導体装置とに関する。
非特許文献1及び2記載の二次電池の保護用の半導体装置は、例えば、二次電池の過電流状態、過充電状態又は過放電状態などの異常状態を検出し、当該異常状態が所定の検出遅延時間だけ継続したときに、検出結果を示す検出信号を出力する。また、非特許文献3及び4記載の電圧検出用の半導体装置は、入力される電圧が所定の第1のしきい値電圧以上であることを所定の検出遅延時間だけ検出したとき、及び入力される電圧が第1のしきい値電圧より低い所定の第2のしきい値電圧以下であることを上述した検出遅延時間だけ検出したとき、検出結果を示す検出信号を出力する。ここで、使用者は、半導体装置に外付けされた容量の容量値によって、上述した検出遅延時間を自由に設定できる。
非特許文献1乃至4記載の各半導体装置は、検出遅延時間を設定するための容量を接続するための端子を備える。このため、検出遅延時間を外付けの容量を用いて設定する機能を、当該機能を有していない半導体装置に追加する場合、使用していたパッケージによっては、端子数が多く、実装面積の大きいパッケージに変更しなければならないという課題があった。例えば、6端子の半導体装置が6端子のパッケージを使用していた場合、上述した機能を追加すると、7端子の半導体装置となるので、より大きいサイズのパッケージに変更する必要が生じる。これは、携帯型の電子機器など、部品の小型化を求められるようなアプリケーションで使用される半導体装置では好ましくない。
本発明の目的は以上の問題点を解決し、半導体装置の端子数を増加させることなく、外付けの容量によって検出遅延時間を設定する機能を追加できる遅延回路と、当該遅延回路を備えた半導体装置とに関する。
本発明に係る遅延回路は、
入力される第1の検出信号を所定の検出遅延時間だけ遅延させ、反転し又は反転せずに、第1の出力信号として第1の出力端子から出力する遅延回路において、
上記検出遅延時間は、上記遅延回路の外部に設けられかつ上記第1の出力端子と接地端子との間に接続された第1の容量に基づいて設定され、
上記遅延回路は、上記第1の検出信号に応答して、上記第1の容量の両端電圧に基づいて、上記検出遅延時間が経過したことを示す遅延時間設定信号を発生し、当該遅延時間設定信号の発生タイミングにおいて、上記第1の出力信号を発生して出力することを特徴とする。
入力される第1の検出信号を所定の検出遅延時間だけ遅延させ、反転し又は反転せずに、第1の出力信号として第1の出力端子から出力する遅延回路において、
上記検出遅延時間は、上記遅延回路の外部に設けられかつ上記第1の出力端子と接地端子との間に接続された第1の容量に基づいて設定され、
上記遅延回路は、上記第1の検出信号に応答して、上記第1の容量の両端電圧に基づいて、上記検出遅延時間が経過したことを示す遅延時間設定信号を発生し、当該遅延時間設定信号の発生タイミングにおいて、上記第1の出力信号を発生して出力することを特徴とする。
本発明に係る遅延回路及び半導体装置によれば、検出遅延時間は、遅延回路の外部に設けられかつ第1の出力端子と接地端子との間に接続された第1の容量に基づいて設定され、遅延回路は、第1の検出信号に応答して、第1の容量の両端電圧に基づいて、検出遅延時間が経過したことを示す遅延時間設定信号を発生し、当該遅延時間設定信号の発生タイミングにおいて、第1の出力信号を発生して出力するので、半導体装置の端子数を増加させることなく、外付けの容量によって検出遅延時間を設定する機能を追加できる。
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。また、以下の図1、図3、図5、図7及び図9〜図12の各回路図及びブロック図において、本発明に係る遅延回路、二次電池の保護回路、電圧検出回路及び半導体装置と関係がない回路の記載を省略している。
第1の実施形態.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置100の構成を示す回路図であり、図2は、図1の半導体装置100の動作を示すタイミングチャートである。図1において、半導体装置100は、例えば、二次電池保護用の半導体装置又は電圧検出用の半導体装置であって、遅延回路101と、電源端子VDDと、出力端子OUTと、接地端子VSSとを備えて構成される。半導体装置100が二次電池保護用の半導体装置である場合、当該半導体装置は、二次電池に流れる電流を検出し、検出された電流の電流値が所定の第1のしきい値以上又は第1のしきい値より低い所定の第2のしきい値以下であるときにハイレベルの検出信号Det1を遅延回路201に出力する電流監視回路(図示せず。)を備えて構成される。また、半導体装置100が電圧検出用の半導体装置である場合、当該半導体装置は、入力される電圧を検出し、検出された電圧の電圧値が所定のしきい値以上であるときにハイレベルの検出信号Detを遅延回路101に出力する電圧検出回路(図示せず。)を備えて構成される。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置100の構成を示す回路図であり、図2は、図1の半導体装置100の動作を示すタイミングチャートである。図1において、半導体装置100は、例えば、二次電池保護用の半導体装置又は電圧検出用の半導体装置であって、遅延回路101と、電源端子VDDと、出力端子OUTと、接地端子VSSとを備えて構成される。半導体装置100が二次電池保護用の半導体装置である場合、当該半導体装置は、二次電池に流れる電流を検出し、検出された電流の電流値が所定の第1のしきい値以上又は第1のしきい値より低い所定の第2のしきい値以下であるときにハイレベルの検出信号Det1を遅延回路201に出力する電流監視回路(図示せず。)を備えて構成される。また、半導体装置100が電圧検出用の半導体装置である場合、当該半導体装置は、入力される電圧を検出し、検出された電圧の電圧値が所定のしきい値以上であるときにハイレベルの検出信号Detを遅延回路101に出力する電圧検出回路(図示せず。)を備えて構成される。
詳細後述するように、本実施形態に係る遅延回路101は、入力される検出信号Detを所定の検出遅延時間Dだけ遅延させ、反転して、出力信号として出力端子OUTから出力する遅延回路101において、検出遅延時間Dは、遅延回路101の外部に設けられかつ出力端子OUTと接地端子VSSとの間に接続された容量1に基づいて設定され、遅延回路101は、検出信号Detに応答して、容量1の両端電圧に基づいて、検出遅延時間Dが経過したことを示す遅延時間設定信号DLYを発生し、当該遅延時間設定信号DLYの発生タイミングにおいて、出力信号を発生して出力することを特徴とする。
また、遅延回路101は、
(a)出力信号のレベルをハイレベル又はローレベルに制御して出力端子OUTから出力し、もしくは出力端子OUTをハイインピーダンス状態になるように制御する出力制御回路120と、
(b)入力される制御信号CntSに応答して容量1を放電し、容量1の両端電圧に基づいて遅延時間設定信号DLYを発生する遅延時間設定回路110と、
(c)検出信号Detに応答して、出力端子OUTをハイインピーダンス状態にするように出力制御回路120を制御するとともに、遅延時間設定回路110に制御信号CntSを出力し、遅延時間設定信号DLYに応答して、ローレベルの出力信号を出力端子OUTから出力するように出力制御回路120を制御する論理回路130とを備えたことを特徴とする。
(a)出力信号のレベルをハイレベル又はローレベルに制御して出力端子OUTから出力し、もしくは出力端子OUTをハイインピーダンス状態になるように制御する出力制御回路120と、
(b)入力される制御信号CntSに応答して容量1を放電し、容量1の両端電圧に基づいて遅延時間設定信号DLYを発生する遅延時間設定回路110と、
(c)検出信号Detに応答して、出力端子OUTをハイインピーダンス状態にするように出力制御回路120を制御するとともに、遅延時間設定回路110に制御信号CntSを出力し、遅延時間設定信号DLYに応答して、ローレベルの出力信号を出力端子OUTから出力するように出力制御回路120を制御する論理回路130とを備えたことを特徴とする。
さらに、遅延時間設定回路110は、容量1の両端電圧を、検出遅延時間Dに対応する所定のしきい値電圧V1と比較し、両端電圧がしきい値電圧V1に到達したときに遅延時間設定信号DLYを発生することを特徴とする。またさらに、遅延時間設定回路110は、所定の定電流を発生して、定電流により、容量1を放電する定電流源114を備えたことを特徴とする。
図1において、遅延回路101は、論理回路130と、遅延時間設定回路110と、出力制御回路120とを備えて構成される。また、遅延時間設定回路110は、所定の基準電圧値Vrefを有する基準電圧を発生する基準電圧源111と、比較回路(コンパレータ)112と、Nチャネル型MOS電界効果トランジスタ(以下、NMOSトランジスタという。)113と、所定の基準電流値Irefを有する基準電流を発生する定電流源114とを備えて構成される。さらに、出力制御回路120は、Pチャネル型MOS電界効果トランジスタ(以下、PMOSトランジスタという。)121と、NMOSトランジスタ122と、インバータ123〜126とを備えて構成される。また、出力端子OUTと接地端子VSSとの間であって半導体装置100の外部に、容量値Cdlyを有するキャパシタの容量1が接続される。
ここで、論理回路130は、詳細後述するように、入力される検出信号Detと、遅延時間設定回路110からの遅延時間設定信号DLYとに基づいて、制御信号CntS,CntP及びContNを発生する。さらに、論理回路130は、制御信号CntSをNMOSトランジスタ113のゲートに出力し、制御信号CntPを、インバータ123及び124を介してPMOSトランジスタ121のゲートに出力し、制御信号CntNを、インバータ125及び126を介してNMOSトランジスタ122のゲートに出力する。
また、比較回路112の非反転入力端子は、基準電圧源111を介して電源端子VDDに接続される。一方、比較回路112の反転入力端子は、NMOSトランジスタ113と定電流源114とを介して接地されるとともに、出力端子OUTに接続される。さらに、NMOSトランジスタ113は論理回路130からの制御信号CntSに応答してオンオフする。比較回路112は、出力端子OUTからの出力信号の電圧レベルが、電源端子VDDの電圧レベル(電源電圧ともいう。)より基準電圧値Vrefだけ低いしきい値電圧V1(図2参照。)より高いときはローレベルの遅延時間設定信号DLYを発生して論理回路130に出力する一方、出力端子OUTからの出力信号の電圧レベルがしきい値電圧V1以下であるときはハイレベルの遅延時間設定信号DLYを発生して論理回路130に出力する。
さらに、PMOSトランジスタ121と、NMOSトランジスタ122とは、出力端子OUTに接続された接続点を介して、電源端子VDDと接地端子VSSとの間に直列に接続される。論理回路130からの制御信号CntPは、駆動回路を構成するインバータ123及び124を介してPMOSトランジスタ121のゲートに出力され、制御信号CntNは、駆動回路を構成するインバータ125及び126を介してNMOSトランジスタ122のゲートに出力される。ここで、PMOSトランジスタ121と、NMOSトランジスタ122とは、互いに独立にオンオフされる。このため、出力制御回路120は、3ステート出力の回路である。具体的には、出力制御回路120は、制御信号CntP及びCntNに従って、出力端子OUTからの出力信号のレベルをハイレベル又はローレベルに制御し、もしくは、出力端子OUTをハイインピーダンス状態になるように制御する。
以上説明したように構成された半導体装置100の動作を、図2を参照して説明する。なお、図2ならびに後述する図4A、図4B、図6及び図8における出力端子OUTの電圧レベルのタイミングチャートにおいて、電源端子VDDの電圧レベル(電源電圧レベル)をVDDと表記し、接地端子VSSの電圧レベル(接地電位)をVSSと表記する。
図2において、検出信号Detの電圧レベルがローレベルであるとき、論理回路130は、ローレベルの制御信号CntS,CntP及びCntNを発生する。これに応答して、NMOSトランジスタ113及び122はオフされる一方、PMOSトランジスタ121はオンされる。従って、出力制御回路120は、ハイレベル(電源電圧レベル)の出力信号を、出力端子OUTを介して出力する。また、容量1は、出力端子OUTとPMOSトランジスタ121とを介して電源端子VDDに接続され、充電される。
タイミングT1において、検出信号Detの電圧レベルがローレベルからハイレベルに反転すると、これに応答して、論理回路103は制御信号CntP及びCntSの各電圧レベルをローレベルからハイレベルに反転させる。これに応答して、PMOSトランジスタ121はオフする。この結果、PMOSトランジスタ121及びNMOSトランジスタ122がともにオフするので、出力端子OUTはハイインピーダンス状態となる。しかしながら、出力端子OUTと接地端子VSSとの間に容量1が接続されているので、出力端子OUTの電圧レベルは不定にはならず、電源電圧レベルを保持する。
一方、タイミングT1において、ハイレベルの制御信号CntSに応答して、NMOSトランジスタ113はオンする。従って、出力端子OUTに定電流源114が接続され、容量1は定電流源114からの基準電流によって放電され、容量1の両端電圧(すなわち、出力端子OUTからの出力信号の電圧レベル。)は徐々に低下していく。出力端子OUTからの出力信号の電圧レベルがタイミングT2においてしきい値電圧V1以下になると、比較回路112からの遅延時間設定信号DLYの電圧レベルはローレベルからハイレベルに反転する。これに応答して、論理回路130は、制御信号CntNの電圧レベルをローレベルからハイレベルに反転させ、出力制御回路120のNMOSトランジスタ122をオンさせる。従って、容量1はNMOSトランジスタ122を介して、実質的にタイミングT2において放電され、出力制御回路120から出力端子OUTを介してローレベルの出力信号が出力される。
従って、タイミングT1において検出信号Detの電圧レベルがローレベルからハイレベルに反転すると、タイミングT1より後のタイミングT2において、出力端子OUTからの出力信号の電圧レベルはローレベルに変化する。ここで、タイミングT1とタイミングT2との時間差を検出遅延時間Dとすると、検出遅延時間Dは次式により計算される。
式(1)から明らかであるとおり、出力端子OUTと接地端子VSSとの間に接続された容量1の容量値Cdlyを変更することで、検出遅延時間Dを自由に設定することができる。すなわち、本実施形態によれば、出力端子OUTに、信号を出力する機能だけでなく、出力端子OUTに接続された外付け容量1によって検出遅延時間Dを設定できる機能を持たせた。従って、本実施形態によれば、半導体装置の端子数を増加させることなく、当該半導体装置に、外付けの容量1によって検出遅延時間Dを設定する機能を追加できる。
なお、半導体装置100において、ハイレベル又はローレベルの出力信号を出力する出力端子OUTの電圧レベルは、仕様上、ハイレベル出力時及びローレベル出力時において保証されている。例えば、仕様書において、ハイレベルの出力信号の出力時における当該出力信号の電圧レベルの最小値は電源端子VDDの電圧レベル×0.8であると明記され、ローレベルの出力信号の出力時における当該出力信号の電圧レベルの最大値は接地端子VSSの電圧レベル+0.5Vであると明記されている。このため、本実施形態において、基準電圧値Vrefは、しきい値電圧V1がハイレベルの出力信号の電圧レベルの最小値以上になるように設定される。
また、本実施形態において、遅延回路101は、入力される検出信号Detを所定の検出遅延時間Dだけ遅延させ、反転して、出力信号として出力端子OUTから出力したが、本発明はこれに限られない。遅延回路101は、入力される検出信号Detを所定の検出遅延時間Dだけ遅延させ、反転せずに、出力信号として出力端子OUTから出力してもよい。この場合、遅延時間設定回路110に代えて例えば図3の遅延時間設定回路210(第2の実施形態において詳述する。)を用いればよい。
第2の実施形態.
図3は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置200の構成を示す回路図である。また、図4Aは、検出信号Det1の電圧レベルがローレベルからハイレベルに変化するときの図3の半導体装置200の動作を示すタイミングチャートであり、図4Bは、検出信号Det2の電圧レベルがローレベルからハイレベルに変化するときの図3の半導体装置200の動作を示すタイミングチャートである。図3において、半導体装置200は、例えば、二次電池保護用の半導体装置又は電圧検出用の半導体装置であって、遅延回路201と、電源端子VDDと、出力端子OUT1及びOUT2と、接地端子VSSとを備えて構成される。
図3は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置200の構成を示す回路図である。また、図4Aは、検出信号Det1の電圧レベルがローレベルからハイレベルに変化するときの図3の半導体装置200の動作を示すタイミングチャートであり、図4Bは、検出信号Det2の電圧レベルがローレベルからハイレベルに変化するときの図3の半導体装置200の動作を示すタイミングチャートである。図3において、半導体装置200は、例えば、二次電池保護用の半導体装置又は電圧検出用の半導体装置であって、遅延回路201と、電源端子VDDと、出力端子OUT1及びOUT2と、接地端子VSSとを備えて構成される。
半導体装置200が二次電池保護用の半導体装置である場合、当該半導体装置は、二次電池に流れる電流を検出し、検出された電流の電流値が所定の第1のしきい値以上又は第1のしきい値より低い所定の第2のしきい値以下であるときにハイレベルの検出信号Det1を遅延回路201に出力する電流監視回路(図示せず。)と、二次電池の電圧を検出し、検出された電圧の電圧値が所定の第3のしきい値以上であるとき及び第3のしきい値より低い所定の第4のしきい値以下であるときに、ハイレベルの検出信号Det2を遅延回路201に出力する電池電圧監視回路(図示せず。)とを備えて構成される。また、半導体装置200が電圧検出用の半導体装置である場合、当該半導体装置は、入力される電圧を検出し、検出された電圧の電圧値が所定の第1のしきい値以上であるときにハイレベルの検出信号Det1を遅延回路201に出力する一方、検出された電圧が第1のしきい値より低い所定の第2のしきい値以下であるときにハイレベルの検出信号Det2を遅延回路201に出力する電圧検出回路(図示せず。)を備えて構成される。
詳細後述するように、本実施形態に係る遅延回路201は、
(a)出力端子OUT1からの第1の出力信号のレベルを所定のハイレベル又はローレベルに制御して出力端子OUT1から出力し、もしくは出力端子OUT1をハイインピーダンス状態になるように制御する出力制御回路120と、
(b)入力される制御信号CntSに応答して容量1を充電し、容量1の両端電圧に基づいて遅延時間設定信号DLYを発生する遅延時間設定回路210と、
(c)検出信号Det1に応答して、出力端子OUT1をハイインピーダンス状態にするように出力制御回路120を制御するとともに、遅延時間設定回路210に制御信号CntSを出力し、遅延時間設定信号DLYに応答して、ハイレベルの第1の出力信号を出力端子OUT1から出力するように出力制御回路120を制御する論理回路240とを備えたことを特徴とする。
(a)出力端子OUT1からの第1の出力信号のレベルを所定のハイレベル又はローレベルに制御して出力端子OUT1から出力し、もしくは出力端子OUT1をハイインピーダンス状態になるように制御する出力制御回路120と、
(b)入力される制御信号CntSに応答して容量1を充電し、容量1の両端電圧に基づいて遅延時間設定信号DLYを発生する遅延時間設定回路210と、
(c)検出信号Det1に応答して、出力端子OUT1をハイインピーダンス状態にするように出力制御回路120を制御するとともに、遅延時間設定回路210に制御信号CntSを出力し、遅延時間設定信号DLYに応答して、ハイレベルの第1の出力信号を出力端子OUT1から出力するように出力制御回路120を制御する論理回路240とを備えたことを特徴とする。
また、遅延回路201は、第2の出力信号のレベルをローレベル又はハイレベル得に制御して出力端子OUT2から出力する出力制御回路230をさらに備え、
論理回路240は、入力される検出信号Det2に応答して、出力端子OUT1をハイインピーダンス状態にするように出力制御回路120を制御するとともに、遅延時間設定回路210に制御信号CntSを出力し、遅延時間設定信号DLYに応答して、第2の出力信号のレベルをローレベルからハイレベルに変化させるように出力制御回路230を制御することを特徴とする。
論理回路240は、入力される検出信号Det2に応答して、出力端子OUT1をハイインピーダンス状態にするように出力制御回路120を制御するとともに、遅延時間設定回路210に制御信号CntSを出力し、遅延時間設定信号DLYに応答して、第2の出力信号のレベルをローレベルからハイレベルに変化させるように出力制御回路230を制御することを特徴とする。
図3において、遅延回路201は、論理回路240と、遅延時間設定回路210と、出力制御回路120及び230とを備えて構成される。また、遅延時間設定回路210は、基準電圧源111と、比較回路112と、PMOSトランジスタ212と、定電流源114とを備えて構成される。さらに、出力制御回路120は、図1の出力制御回路120と同様に構成される。なお、本実施形態において、出力制御回路12のPMOSトランジスタ122とNMOSトランジスタ122との接続点は、出力端子OUT1に接続される。またさらに、出力制御回路230は、PMOSトランジスタ231と、NMOSトランジスタ232と、インバータ233及び234とを備えて構成される。
ここで、論理回路240は、詳細後述するように、入力される検出信号Det1及びDet2と、遅延時間設定回路210からの遅延時間設定信号DLYとに基づいて、制御信号CntS,CntP,CntN及びCnt2を発生する。そして、制御信号CntSをPMOSトランジスタ212のゲートに出力し、制御信号CntPを、インバータ123及び124を介してPMOSトランジスタ121のゲートに出力し、制御信号CntNを、インバータ125及び126を介してNMOSトランジスタ122のゲートに出力し、制御信号Cnt2を、インバータ233及び234を介してPMOSトランジスタ231及びNMOSトランジスタの各ゲートに出力する。
また、比較回路112の反転入力端子は、基準電圧源111を介して接地される。一方、比較回路112の非反転入力端子は、PMOSトランジスタ212と定電流源114とを介して電源端子VDDに接続されるとともに、出力端子OUT1に接続される。さらに、PMOSトランジスタ212は論理回路240からの制御信号CntSに応答してオンオフする。比較回路112は、出力端子OUT1の電圧レベルが接地電位より基準電圧値Vrefだけ高いしきい値電圧V2(図4A及び図4B参照。)より低いときはローレベルの遅延時間設定信号DLYを発生して論理回路240に出力する一方、出力端子OUT1の電圧レベルがしきい値電圧V2以上であるときはハイレベルの遅延時間設定信号DLYを発生して論理回路240に出力する。
さらに、PMOSトランジスタ231とNMOSトランジスタ232とは、出力端子OUT2に接続された接続点を介して、電源端子VDDと接地端子VSSとの間に直列に接続される。ここで、論理回路240からの制御信号Cnt2は、駆動回路を構成するインバータ233及び234を介してPMOSトランジスタ231及びNMOSトランジスタ232の各ゲートに出力される。出力制御回路230は、2ステート出力の回路である。具体的には、出力制御回路230は、制御信号Cnt2に従って、ハイレベル又はローレベルの出力信号を出力端子OUT2から出力する。
以上説明したように構成された半導体装置200の動作を、図4A及び図4Bを参照して説明する。
図4A及び図4Bにおいて、検出信号Det1及びDet2の各電圧レベルがローレベルであるとき、論理回路240は、ローレベルの制御信号CntSと、ハイレベルの制御信号CntP,CntN及びCnt2を発生する。これに応答して、NMOSトランジスタ122及び232はオンされる一方、PMOSトランジスタ121及び231はオフされる。また、PMOSトランジスタ212はオフされる。従って、出力制御回路120は、出力端子OUT1からローレベルの出力信号を出力する。さらに、出力制御回路230はお、ローレベル出力信号を出力端子OUT2から出力する。
次に、図4AのタイミングT1において、検出信号Det1の電圧レベルがローレベルからハイレベルに反転し、または、図4BのタイミングT1において、検出信号Det2の電圧レベルがローレベルからハイレベルに反転する。これに応答して、論理回路240は、制御信号CntSの電圧レベルをローレベルからハイレベルに反転させ、制御信号CntNの電圧レベルをハイレベルからローレベルに反転させる。これに応答して、NMOSトランジスタ122はオフする。この結果、PMOSトランジスタ121もNMOSトランジスタ122もオフし、出力端子OUT1はハイインピーダンス状態になる。しかしながら、出力端子OUT1と接地端子VSSとの間に容量1が接続されているので、出力端子OUT1の電圧レベルは不定にはならず、ローレベルである接地電位を保持する。
一方、タイミングT1において、ハイレベルの制御信号CntSに応答して、PMOSトランジスタ212はオンする。従って、出力端子OUT1に定電流源114が接続され、容量1は定電流源114からの基準電流によって充電され、容量1の両端電圧(すなわち、出力端子OUT1の電圧レベル。)は徐々に上昇していく。そして、出力端子OUT1の電圧レベルがタイミングT2においてしきい値電圧V2以上になると、比較回路112からの遅延時間設定信号DLYの電圧レベルはローレベルからハイレベルに反転する。
論理回路230は、タイミングT2において、遅延時間設定信号DLYの電圧レベルがローレベルからハイレベルに反転したことを検出すると、当該検出時の検出信号Det1及びDet2の各電圧レベルに応じて、出力制御回路120及び230を制御するための制御信号CntP,CntN及びCnt2を発生する。
具体的には、図4Aに示すように、タイミングT2において検出信号Det1の電圧レベルがハイレベルであるとき(すなわち、タイミングT1において検出信号Det1の電圧レベルがローレベルからハイレベルに反転した場合。)、論理回路230は、制御信号CntPの電圧レベルをハイレベルからローレベルに反転させ、出力制御回路120のPMOSトランジスタ121をオンさせる。従って、容量1はPMOSトランジスタ121を介して、実質的にタイミングT2において充電され、出力制御回路120から出力端子OUT1を介してハイレベルの出力信号が出力される。
また、図4Bに示すように、タイミングT2において検出信号Det2の電圧レベルがハイレベルであるとき(すなわち、タイミングT1において検出信号Det2の電圧レベルがローレベルからハイレベルに反転した場合。)、論理回路230は、制御信号CntNの電圧レベルをローレベルからハイレベルに反転させるとともに、制御信号Cnt2の電圧レベルをハイレベルからローレベルに反転させる。制御信号CntNの電圧レベルがハイレベルになると、出力制御回路120のNMOSトランジスタ122がオンされ、容量1はNMOSトランジスタ121を介して、実質的にタイミングT2において放電され、出力制御回路120は出力端子OUT1からローレベルの出力信号を出力する。さらに、制御信号Cnt2の電圧レベルがローレベルになると、出力制御回路230は、ハイレベルの出力信号を出力端子OUT2から出力する。
従って、タイミングT1において検出信号Det1の電圧レベルがローレベルからハイレベルに反転すると(図4A)、タイミングT1より後のタイミングT2において、出力端子OUT1の電圧レベルはハイレベルに変化する。また、タイミングT1において検出信号Det2の電圧レベルがローレベルからハイレベルに反転すると(図4B)、タイミングT1より後のタイミングT2において、出力端子OUT2の電圧レベルはハイレベルに変化する。ここで、タイミングT1とタイミングT2との時間差を検出遅延時間Dとすると、検出遅延時間Dは、第1の実施形態と同様に、式(1)により計算される。
従って、出力端子OUT1と接地端子VSSとの間に接続された容量1の容量値Cdlyを変更することで、検出遅延時間Dを自由に設定することができる。すなわち、本実施形態によれば、出力端子OUT1に、信号を出力する機能だけでなく、出力端子OUT1に接続された外付け容量1によって検出遅延時間Dを設定できる機能を持たせた。従って、本実施形態によれば、半導体装置の端子数を増加させることなく、当該半導体装置に、外付けの容量1によって検出遅延時間Dを設定する機能を追加できる。
なお、本実施形態において、検出信号Det1及びDet2に対して、共通の検出遅延時間Dを設定したが、本発明はこれに限られない。図4A及び図4BのタイミングT1において検出信号Det1及びDet2のうち何れの信号の電圧レベルが反転したかに応じて、基準電圧値Vref及び基準電流値Irefのうちの少なくとも一方を変化させることにより、検出信号Det1及びDet2に対して異なる検出遅延時間を設定してもよい。
また、本実施形態では、出力端子OUT1に出力制御回路120と、遅延時間設定回路210と、容量1とを接続して、出力端子OUT1に、信号を出力する機能だけでなく、出力端子OUT1に接続された外付け容量1によって、検出信号Det1及びDet2の検出遅延時間Dを設定できる機能を持たせた。しかしながら、本発明はこれに限られず、出力端子OUT2にも、出力制御回路120と同様の出力制御回路と、遅延時間設定回路210と同様の遅延時間設定回路と、容量とを接続して、検出信号Det2の検出遅延時間を、検出信号Det1の検出遅延時間Dと独立に設定できるように構成してもよい。
さらに、半導体装置200において、ハイレベル又はローレベルの出力信号を出力する出力端子OUT1及びOUT2の各電圧レベルは、仕様上、ハイレベル出力時及びローレベル出力時において保証されている。例えば、仕様書において、ハイレベルの出力信号の出力時における当該出力信号の電圧レベルの最小値は電源端子VDDの電圧レベル×0.8であると明記され、ローレベルの出力信号の出力時における当該出力信号の電圧レベルの最大値は接地端子VSSの電圧レベル+0.5Vであると明記されている。このため、本実施形態において、基準電圧値Vrefは、しきい値電圧V2がローレベルの出力信号の電圧レベルの最大値以下になるように設定される。
第3の実施形態.
図5は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置300の構成を示す回路図であり、図6は、図5の半導体装置300の動作を示すタイミングチャートである。本実施形態に係る半導体装置300は、第1の実施形態に係る半導体装置100に比較して、遅延回路101に代えて遅延回路301を備えた点のみが異なる。以下、第1の実施形態との相違点のみを説明する。
図5は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置300の構成を示す回路図であり、図6は、図5の半導体装置300の動作を示すタイミングチャートである。本実施形態に係る半導体装置300は、第1の実施形態に係る半導体装置100に比較して、遅延回路101に代えて遅延回路301を備えた点のみが異なる。以下、第1の実施形態との相違点のみを説明する。
図5において、遅延回路301は、論理回路330と、遅延時間設定回路310と、出力制御回路120とを備えて構成される。ここで、図5の出力制御回路120は、図1の出力制御回路120と同様に構成されるので、説明を省略する。
詳細後述するように、遅延時間設定回路310は、
(a)制御信号CntSに応答して、容量1によって設定される所定の周期Tcを有するクロックCLKを発生する発振回路301と、
(b)クロックCLKをカウントし、クロックCLKのカウント数が、検出遅延時間Dに対応する所定のしきい値回数Countになったとき、遅延時間設定信号DLYを発生するカウンター回路360とを備えたことを特徴とする。
(a)制御信号CntSに応答して、容量1によって設定される所定の周期Tcを有するクロックCLKを発生する発振回路301と、
(b)クロックCLKをカウントし、クロックCLKのカウント数が、検出遅延時間Dに対応する所定のしきい値回数Countになったとき、遅延時間設定信号DLYを発生するカウンター回路360とを備えたことを特徴とする。
遅延時間設定回路310は、発振回路350と、カウンター回路360とを備えて構成される。さらに、発振回路350は、所定の基準電流値Itを有する基準電流を発生する定電流源351と、PMOSトランジスタ352と、NMOSトランジスタ353と、所定の基準電圧値Vtを有する基準電圧を発生する基準電圧源354と、比較回路355と、ナンドゲート356と、オアゲート357と、ノットゲート358とを備えて構成される。またさらに、カウンター回路360は、Tフリップフロップ361〜364と、アンドゲート365とを備えて構成される。
発振回路350において、定電流源351は電源端子VDDに接続される。また、PMOSトランジスタ352と、NMOSトランジスタ353とは、出力端子OUTに接続された接続点を介して、定電流源351と接地端子VSSとの間に直列に接続される。論理回路330からの制御信号CntSはナンドゲート356の第1の入力端子に出力され、オアゲート357からの出力信号はナンドゲート356の第2の入力端子に出力される。そして、ナンドゲート356からの出力信号は、PMOSトランジスタ352及びNMOSトランジスタ353の各ゲートに出力される。また、比較回路355の非反転入力端子は出力端子OUTに接続される一方、反転入力端子は基準電圧源354を介して接地端子VSSに接続される。比較回路355は、出力端子OUTの電圧レベルが接地電位より基準電圧値Vtだけ高いしきい値電圧V3(図6参照。)より低いときはローレベルのクロック355を発生する一方、出力端子OUTの電圧レベルがしきい値電圧V3以上であるときはハイレベルの出力信号を発生する。比較回路355からの出力信号は、クロックCLKとしてノットゲートを介してオアゲート358の第1の入力端子に出力されるとともに、カウンター回路360のTフリップフロップ361に出力される。
また、カウンター回路360において、Tフリップフロップ361〜364は互いに直列に接続される。Tフリップフロップ362及び364からの出力信号はアンドゲート365に出力され、アンドゲート365からの出力信号は、遅延時間設定信号DLYとして、論理回路330と、オアゲート357の第2の入力端子に出力される。
カウンター回路360は、発振回路350からのクロックCLKをカウントし、クロックCLKのカウント数が所定のしきい値回数Countになったとき、遅延時間設定信号DLYの電圧レベルをローレベルからハイレベルに反転させる。なお、図5において、カウンター回路360は4個のTフリップフロップ361〜364を備えたが、本発明はこれに限られず、任意の数の直列接続されたTフリップフロップ3を備えてもよい。
以上説明したように構成された半導体装置300の動作を、図6を参照して説明する。図6において、検出信号Detの電圧レベルがローレベルであるとき、論理回路330は、ローレベルの制御信号CntSと、ハイレベルの制御信号CntP及びCntNを発生する。これに応答して、NMOSトランジスタ122はオンされる一方、PMOSトランジスタ121はオフされる。従って、出力制御回路120は、出力端子OUTからローレベル出力信号を出力する。さらに、出力端子OUTの電圧レベルがローレベルであるため、クロックCLKの電圧レベルはローレベルになる。
次に、図6のタイミングT1において、検出信号Det1の電圧レベルがローレベルからハイレベルに反転すると、これに応答して、論理回路330は、制御信号CntSの電圧レベルをローレベルからハイレベルに反転させ、制御信号CntNの電圧レベルをハイレベルからローレベルに反転させる。これに応答して、NMOSトランジスタ122はオフする。この結果、PMOSトランジスタ121及びNMOSトランジスタ122がともにオフするので、出力端子OUTはハイインピーダンス状態となる。しかしながら、出力端子OUTと接地端子VSSとの間に容量1が接続されているので、出力端子OUTの電圧レベルは不定にはならず、ローレベルである接地電位を保持する。
また、タイミングT1において制御信号CntSの電圧レベルがハイレベルになると、PMOSトランジスタ352はオンされ、NMOSトランジスタ253はオフされる。従って、出力端子OUTにPMOSトランジスタ352を介して定電流源351が接続される。これにより、容量1は定電流源351からの基準電流によって充電され、容量1の両端電圧(すなわち、出力端子OUTからの出力信号の電圧レベル。)は徐々に上昇していく。出力端子OUTの電圧レベルがタイミングT3においてしきい値電圧V3以上になると、比較回路355からのクロックCLKの電圧レベルはローレベルからハイレベルに反転する。これに応答して、ナンドゲート356からハイレベルの出力信号が出力されるので、PMOSトランジスタ352がオフされ、かつNMOSトランジスタ353がオンされる。従って、容量1はNMOSトランジスタ353を介して放電され、出力端子OUTの電圧レベルは接地電位まで低下する。
出力端子OUTの電圧レベルの低下に伴ってクロックCLKの電圧レベルはローレベルになり、ナンドゲート356からローレベルの出力信号が出力されるので、PMOSトランジスタ352がオンされ、かつNMOSトランジスタ253がオフされる。従って、容量1は再び定電流源351からの基準電流によって充電され、容量1の両端電圧(すなわち、出力端子OUTからの出力信号の電圧レベル。)は再び徐々に上昇していく。発振回路350は、制御信号CntSの電圧レベルがハイレベルであり、かつカウンター回路360からの遅延時間設定信号DLYの電圧レベルがローレベルである期間中、上述した動作を繰り返して、以下の周期TcでクロックCLKを発生する。
カウンター回路360は、発振回路310からのクロックCLKをアンドゲート365でカウントし、所定のしきい値回数CountだけクロックCLKをカウントすると、遅延時間設定信号DLYの電圧レベルをローレベルからハイレベルに反転させる(図6のタイミングT2)。これに応答して、論理回路330は、制御信号CntPの電圧レベルをハイレベルからローレベルに反転させる。従って、容量1はPMOSトランジスタ121を介して、実質的にタイミングT2において充電され、出力施漁火色120は出力端子OUTからハイレベルの出力信号を出力する。
従って、タイミングT1において検出信号Detの電圧レベルがローレベルからハイレベルに反転すると、タイミングT1より後のタイミングT2において、出力端子OUTからの出力信号の電圧レベルはハイレベルに変化する。ここで、タイミングT1とタイミングT2との時間差を検出遅延時間Dとすると、検出遅延時間Dは次式により計算される。
上述したように、周期Tcは式(2)で表されるので、出力端子OUTと接地端子VSSとの間に接続された容量1の容量値Cdlyを変更することで、周期Tcを変更し、検出遅延時間Dを自由に設定することができる。すなわち、出力端子OUTに、信号を出力する機能だけでなく、出力端子OUTに接続された外付け容量1によって検出遅延時間Dを設定できる機能を持たせた。従って、本実施形態によれば、半導体装置の端子数を増加させることなく、当該半導体装置に、外付けの容量1によって検出遅延時間Dを設定する機能を追加できる。
なお、発振回路350の構成は図5に示した構成に限られず、出力端子OUTに接続された容量1の容量値Cdlyによって周期Tcを設定可能な構成であればよい。
また、第2の実施形態に係る半導体装置200の遅延時間設定回路210を、本実施形態に係る遅延時間設定回路310に置き換えてもよい。この場合、図4A及び図4BのタイミングT1において検出信号Det1及びDet2のうち何れの信号の電圧レベルが反転したかに応じてしきい値回数Countを変化させ、検出信号Det1及びDet2に対して異なる検出遅延時間を設定してもよい。
さらに、本実施形態において、遅延回路201は、ハイレベルの検出信号Det2に応答して、ハイレベルの出力信号を出力端子OUT2から出力したが、本発明はこれに限られず、ハイレベルの検出信号Det2に応答して、ローレベルの出力信号を出力端子OUT2から出力してもよい。この場合、図4Bの制御信号Cnt2のタイミングチャートにおいて、制御信号Cnt2の電圧レベルを反転させればよい。
またさらに、カウンター回路360は、複数のしきい値回数から選択された1つのしきい値回数を用いてもよい。これにより、複数の検出遅延時間を設定できる。
第4の実施形態.
図7は、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置400の構成を示す回路図であり、図8は、図5の半導体装置400の動作を示すタイミングチャートである。本実施形態に係る半導体装置400は、第1の実施形態に係る半導体装置100に比較して、遅延回路101に代えて遅延回路401を備えた点のみが異なる。以下、第1の実施形態との相違点のみを説明する。
図7は、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置400の構成を示す回路図であり、図8は、図5の半導体装置400の動作を示すタイミングチャートである。本実施形態に係る半導体装置400は、第1の実施形態に係る半導体装置100に比較して、遅延回路101に代えて遅延回路401を備えた点のみが異なる。以下、第1の実施形態との相違点のみを説明する。
詳細後述するように、遅延回路401は、
(a)出力端子OUTに接続されたデプレッション型のNMOSトランジスタ122Aと、
(b)容量1の両端電圧を、検出遅延時間Dに対応する所定のしきい値電圧V1と比較し、両端電圧がしきい値電圧V1に到達したときに遅延時間設定信号DLYを発生する比較回路112と、
(c)検出信号Detに応答して、NMOSトランジスタ122Aを、所定の定電流を発生する定電流源として動作させることにより、容量1を上記定電流により放電し、遅延時間設定信号DLYに応答してNMOSトランジスタ122Aをオンするゲート制御回路425とを備えたことを特徴とする。
(a)出力端子OUTに接続されたデプレッション型のNMOSトランジスタ122Aと、
(b)容量1の両端電圧を、検出遅延時間Dに対応する所定のしきい値電圧V1と比較し、両端電圧がしきい値電圧V1に到達したときに遅延時間設定信号DLYを発生する比較回路112と、
(c)検出信号Detに応答して、NMOSトランジスタ122Aを、所定の定電流を発生する定電流源として動作させることにより、容量1を上記定電流により放電し、遅延時間設定信号DLYに応答してNMOSトランジスタ122Aをオンするゲート制御回路425とを備えたことを特徴とする。
図7において、遅延回路401は、PMOSトランジスタ121と、デプレッション型のNMOSトランジスタ122Aと、インバータ123及び124と、基準電圧源111と、比較回路112と、ゲート制御回路425とを備えて構成される。PMOSトランジスタ121とNMOSトランジスタ122Aとは、出力端子OUTに接続された接続点を介して、電源端子VDDと接地端子VSSとの間に直列に接続されている。また、比較回路112の非反転入力端子は基準電圧源111を介して電源端子VDDに接続される一方、反転入力端子は出力端子OUTに接続される。
検出信号Detは、ゲート制御回路425に出力されるとともに、駆動回路を構成するインバータ123及び124を介して、制御信号CntPとしてPMOSトランジスタ121のゲートに出力される。また、比較回路112は、出力端子OUTの電圧レベルが、電源端子VDDの電圧レベル(電源電圧ともいう。)より基準電圧値Vrefだけ低いしきい値電圧V1(図8参照。)より高いときはローレベルの遅延時間設定信号DLYを発生してゲート制御回路425に出力する一方、出力端子OUTの電圧レベルがしきい値電圧V1以下であるときはハイレベルの遅延時間設定信号DLYを発生してゲート制御回路425に出力する。さらに、ゲート制御回路425は、検出信号Detと、遅延時間設定信号DLYとに基づいて、詳細後述するように制御信号CntNを発生してNMOSトランジスタ122Aのゲートに出力する。
以上説明したように構成された半導体装置400の動作を、図8を参照して説明する。検出信号Detの電圧レベルがローレベルであるとき、制御信号CntPの電圧レベルもローレベルであるので、PMOSトランジスタ121はオンされる。また、ゲート制御回路425は、ローレベルの検出信号Detに応答して、ローレベルのCntNを発生する。このため、NMOSトランジスタ122Aはオフされ、容量1は、出力端子OUTとPMOSトランジスタ121とを介して電源端子VDDに接続され、充電される。このため、出力端子OUTからの出力信号の電圧レベルは電源電圧レベル(ハイレベル)となる。
タイミングT1において、検出信号Detの電圧レベルがローレベルからハイレベルに反転すると、これに応答して、制御信号CntPの電圧レベルもローレベルからハイレベルに反転する。従って、PMOSトランジスタ121はオフする。一方、ハイレベルの検出信号Detに応答して、ゲート制御回路425はNMOSトランジスタ122Aのしきい値電圧Vthより低い所定の制御電圧CntNをNMOSトランジスタ122Aのゲートに出力することにより、NMOSトランジスタ122Aのドレイン−ソース間電流に一定の電流を流すようにNMOSトランジスタ122Aのゲートを定電流制御する。これにより、容量1は定電流源として動作するNMOSトランジスタ122Aによって放電され、容量1の両端電圧(すなわち、出力端子OUTからの出力信号の電圧レベル。)は徐々に低下していく。
出力端子OUTの電圧レベルがタイミングT2においてしきい値電圧V1以下になると、比較回路112からの遅延時間設定信号DLYの電圧レベルはローレベルからハイレベルに反転する。これに応答して、ゲート制御回路425は、制御信号CntNの電圧レベルをしきい値電圧Vth以上のハイレベルに変化させ、NMOSトランジスタ122Aをフルオンさせる。従って、容量1はNMOSトランジスタ122Aを介して、実質的にタイミングT2において放電され、出力端子OUTからローレベルの出力信号が出力される。
従って、タイミングT1において検出信号Detの電圧レベルがローレベルからハイレベルに反転すると、タイミングT1より後のタイミングT2において、出力端子OUTからの出力信号の電圧レベルはローレベルに変化する。ここで、タイミングT1とタイミングT2との時間差を検出遅延時間Dとすると、検出遅延時間Dは、第1の実施形態と同様に、式(1)により計算される。
従って、出力端子OUTと接地端子VSSとの間に接続された容量1の容量値Cdlyを変更することで、検出遅延時間Dを自由に設定することができる。すなわち、本実施形態によれば、出力端子OUTに、信号を出力する機能だけでなく、出力端子OUTに接続された外付け容量1によって検出遅延時間Dを設定できる機能を持たせた。従って、本実施形態によれば、半導体装置の端子数を増加させることなく、当該半導体装置に、外付けの容量1によって遅延時間Dを設定する機能を追加できる。
なお、本実施形態において、遅延回路401は検出信号Detを検出遅延時間Dだけ遅延させ、反転して出力信号として出力端子OUTから出力したが、本発明はこれに限られない。遅延回路401は、検出信号Detを検出遅延時間Dだけ遅延させ、反転せずに出力信号として出力端子OUTから出力してもよい。この場合、PMOSトランジスタ121をデプレッション型のPMOSトランジスタに置き換え、ゲート制御回路425は、検出信号Detに応答して、デプレッション型のPMOSトランジスタを、所定の定電流を発生する定電流源として動作させることにより、容量1を上記定電流により充電し、遅延時間設定信号DLYに応答してデプレッション型のPMOSトランジスタをオンすればよい。
第5の実施形態.
図9は、本発明の第5の実施形態に係る半導体装置100Aの構成を示す回路図である。本実施形態に係る半導体装置100Aは、第1の実施形態に係る半導体装置100(図1参照。)に比較して、遅延回路101に代えて遅延回路101Aを備えて構成される。また、遅延回路101Aは、遅延回路101Aに比較して、遅延回路160と、アンドゲート120とをさらに備えて構成される。これ以外の構成は、第1の実施形態に係る半導体装置100と同様であるので、第1の実施形態との相違点のみを説明する。
図9は、本発明の第5の実施形態に係る半導体装置100Aの構成を示す回路図である。本実施形態に係る半導体装置100Aは、第1の実施形態に係る半導体装置100(図1参照。)に比較して、遅延回路101に代えて遅延回路101Aを備えて構成される。また、遅延回路101Aは、遅延回路101Aに比較して、遅延回路160と、アンドゲート120とをさらに備えて構成される。これ以外の構成は、第1の実施形態に係る半導体装置100と同様であるので、第1の実施形態との相違点のみを説明する。
図9において、論理回路130からの制御信号CntSは、遅延回路160により所定の最小遅延時間Dintだけ遅延された後、遅延制御信号CntDとして、NMOSトランジスタ113のゲートと、アンドゲート161の第1の入力端子に出力される。また、論理回路130は、制御信号CntPをアンドゲート161の第2の入力端子に出力する。さらに、アンドゲート161からの出力信号は、出力制御回路120のインバータ123及び124を介してPMOSトランジスタ121のゲートに出力される(図1参照。)。
従って、本実施形態によれば、検出信号Detがローレベルからハイレベルに変化した後、最小遅延時間Dintが経過した後に、遅延制御信号CntDとPMOSトランジスタ121とがそれぞれローレベルからハイレベルに反転する。このため、検出信号Detがローレベルからハイレベルに変化した後に、出力端子OUTからの出力信号の電圧レベルがハイレベルからローレベルに変化するまでの検出遅延時間Dは、次式で表される。
従って、本実施形態によれば、出力端子OUTに容量1が接続されない場合でも、検出信号Detに対して、式(4)で表される最小の検出遅延時間を与えることができる。
なお、遅延回路160の回路構成は、制御信号CntSを所定の最小遅延時間Dintだけ遅延させることができる任意の回路構成であってよい。
また、上記各実施形態及び以下の各実施形態に係る遅延回路101,201,201A,301,401において、制御信号CntS又は検出信号Det1及びDet2を所定の最小遅延時間Dintだけ遅延させる遅延回路160をさらに備えてもよい。
第6の実施形態.
図10は、本発明の第6の実施形態に係る遅延時間設定回路210Aの構成を示す回路図である。本実施形態に係る遅延時間設定回路210Aは、図3の遅延時間設定回路210に比較して、容量値Cintを有するキャパシタの容量2をさらに備えた点のみが異なる。以下、遅延時間設定回路210との相違点のみを説明する。図10において、容量2は、出力端子OUT1と接地端子VSSとの間に接続される。従って、本実施形態において、検出遅延時間Dは次式で表される。
図10は、本発明の第6の実施形態に係る遅延時間設定回路210Aの構成を示す回路図である。本実施形態に係る遅延時間設定回路210Aは、図3の遅延時間設定回路210に比較して、容量値Cintを有するキャパシタの容量2をさらに備えた点のみが異なる。以下、遅延時間設定回路210との相違点のみを説明する。図10において、容量2は、出力端子OUT1と接地端子VSSとの間に接続される。従って、本実施形態において、検出遅延時間Dは次式で表される。
式(5)は、次のように変形される。
従って、本実施形態によれば、出力端子OUT1に容量1が接続されない場合でも、検出信号Detに対して、(Cint×Vref)/Irefで表される最小の検出遅延時間を与えることができる。
なお、上述した各実施形態及び、以下の各実施形態において、遅延回路101,101A,201,201A,301,401は、容量1に並列に接続された容量2をさらに備えてもよい。これにより、出力端子OUT1に容量1が接続されない場合でも、検出信号Detに対して、最小の検出遅延時間を与えることができる。
第7の実施形態.
図11は、本発明の第7の実施形態に係る二次電池保護用の半導体装置500を備えたバッテリパックの構成を示すブロック図である。図11のバッテリパックは、二次電池3と、保護用半導体装置500と、容量1及びC51と、抵抗R51,R52,R53と、放電制御用FETQdと、充電制御用FETQcと、端子Tp,Tmとを備えて構成される。なお、端子TpとTmとの間に、二次電池3を充電する充電器又は二次電池3の負荷が接続される。また、保護用半導体装置500は、電池電圧監視回路501と、電流監視回路502と、遅延回路201Aと、電源端子VDDと、接地端子VSSと、検出端子Sensと、出力端子DOUT及びCOUTと、端子V−とを備えて構成される。さらに、遅延回路201Aは、図3の遅延回路201に比較して、遅延回路160Aをさらに備えた点のみが異なる。また、出力端子DOUT及びCOUTは、それぞれ図3の出力端子OUT1及びOUT2に対応する。
図11は、本発明の第7の実施形態に係る二次電池保護用の半導体装置500を備えたバッテリパックの構成を示すブロック図である。図11のバッテリパックは、二次電池3と、保護用半導体装置500と、容量1及びC51と、抵抗R51,R52,R53と、放電制御用FETQdと、充電制御用FETQcと、端子Tp,Tmとを備えて構成される。なお、端子TpとTmとの間に、二次電池3を充電する充電器又は二次電池3の負荷が接続される。また、保護用半導体装置500は、電池電圧監視回路501と、電流監視回路502と、遅延回路201Aと、電源端子VDDと、接地端子VSSと、検出端子Sensと、出力端子DOUT及びCOUTと、端子V−とを備えて構成される。さらに、遅延回路201Aは、図3の遅延回路201に比較して、遅延回路160Aをさらに備えた点のみが異なる。また、出力端子DOUT及びCOUTは、それぞれ図3の出力端子OUT1及びOUT2に対応する。
また、二次電池3の正極端子は端子Tpに接続されるとともに、抵抗R51を介して電下端子VDDに接続される。二次電池の負極端子は、接地端子VSSに接続されるとともに、抵抗R53と、放電制御用FETQdと、充電制御用FETQcとを介して端子Tmに接続される。容量C51は電源端子VDDと接地端子VSSとの間に接続され、容量1は出力端子DOUTと接地端子VSSとの愛出に接続される。抵抗R52は、端子V−とTmとの間に接続される。
電流監視回路502はコンパレータ、基準電圧源及びセンス抵抗などの素子を備えて構成され、接地端子VSSと検出端子Sensとの間に接続された抵抗R52の両端電圧を検出することにより、二次電池3に流れる充電電流及び放電電流を検出する。そして、所定の第1のしきい値以上又は第1のしきい値より低い所定の第2のしきい値以下であるときにハイレベルの検出信号Det1を論理回路240に出力する。ここで、第1のしきい値及び第2のしきい値は、それぞれ二次電池3の過充電時及び過放電時の電流値に対応するように設定される。すなわち、電流監視回路502は二次電池の異常電流(過充電電流又は過放電電流)を検出したときにハイレベルの検出信号Det1を発生する。
電池電圧監視回路501は、コンパレータ、基準電圧源及びセンス抵抗などの素子を備えて構成され、電源端子VDDと接地端子VSSとの間の電圧に基づいて二次電池3のセル電圧を検出する。そして、検出されたセル電圧の電圧値が所定の第3のしきい値以上であるとき及び第3のしきい値より低い所定の第4のしきい値以下であるときに、ハイレベルの検出信号Det2を遅延回路201に出力する。
遅延回路201Aにおいて、論理回路240は、図3の論理回路240と同様に、入力される検出信号Det1及びDet2と、遅延時間設定信号DLYとに基づいて、制御信号CntS,CntP,CntN及びCnt2を発生する。本実施形態において、論理回路240は、制御信号CntS及びCntNを遅延回路160Aに出力し、制御信号CntPを出力制御回路120に出力し、制御信号Cnt2を出力制御回路230に出力する。遅延回路160Aは、制御信号CntS及びCntNを所定の固定の遅延時間だけ遅延させ、遅延後の制御信号CntSDを遅延時間設定回路210に出力し、遅延後の制御信号CntNdを出力制御回路120に出力する。さらに、遅延時間設定回路210と、出力制御回路120及び230とはそれぞれ、図3の遅延時間設定回路210と、出力制御回路120及び230と同様に動作する。
従って、本実施形態によれば、ハイレベルの検出信号Det1及びDet2は、容量1の容量値Cdlyを用いて式(1)によって設定される検出遅延時間Dに、遅延回路160Aによって設定される遅延時間を加算した時間だけ遅延されて、出力端子DOUT及びCOUTから、放電制御FETQd及び充電制御FETQcに出力される。これにより、二次電池3を、異常状態(例えば、過充電、過放電、高電圧及び停電圧)から保護できる。
以上説明したように、本実施形態によれば、バッテリパックの保護用半導体装置500の検出遅延時間を、半導体装置500の外部に接続した容量1により設定できる。
なお、本実施形態において、保護用半導体装置500は遅延回路201Aを備えたが、本発明はこれに限られず、遅延回路201を備えてもよい。この場合、検出遅延時間は、容量1のみによって設定される。
また、本実施形態に係るバッテリパックは1つの二次電池3を備えたが、本発明はこれに限られず、複数の二次電池を備えてもよい。
また、本実施形態では、出力端子DOUTに出力制御回路120と、遅延時間設定回路210と、容量1とを接続して、出力端子DOUTに、信号を出力する機能だけでなく、出力端子DOUTに接続された外付け容量1によって、検出信号Det1及びDet2の検出遅延時間Dを設定できる機能を持たせた。しかしながら、本発明はこれに限られず、出力端子COUTにも、出力制御回路120と同様の出力制御回路と、遅延時間設定回路210と同様の遅延時間設定回路と、容量とを接続して、検出信号Det2の検出遅延時間を、検出信号Det1の検出遅延時間Dと独立に設定できるように構成してもよい。
第8の実施形態.
図12は、本発明の第8の実施形態に係る電圧検出用の半導体装置600の構成を示すブロック図である。図12において、半導体装置600は、電圧検出回路603と、図1の遅延回路101と、電源端子VDDと、入力端子Sensと、出力端子OUTと、接地端子VSSとを備えて構成される。また、電圧検出回路603は、入力端子Sensと接地端子VSSとの間に直列に接続された抵抗R61及びR62と、基準電圧源602と、比較回路601とを備えて構成される。また、出力端子OUTと接地端子VSSとの間であって半導体装置600の外部に、容量値Cdlyを有する容量1が接続される。
図12は、本発明の第8の実施形態に係る電圧検出用の半導体装置600の構成を示すブロック図である。図12において、半導体装置600は、電圧検出回路603と、図1の遅延回路101と、電源端子VDDと、入力端子Sensと、出力端子OUTと、接地端子VSSとを備えて構成される。また、電圧検出回路603は、入力端子Sensと接地端子VSSとの間に直列に接続された抵抗R61及びR62と、基準電圧源602と、比較回路601とを備えて構成される。また、出力端子OUTと接地端子VSSとの間であって半導体装置600の外部に、容量値Cdlyを有する容量1が接続される。
入力端子Sensを介して入力される入力電圧Vinは、抵抗R61及びR62によって分圧された後に比較回路601の非反転入力端子に出力される。比較回路601は、分圧後の入力電圧Vinが基準電圧源602からの所定の基準電圧以上であるときはハイレベルの検出信号Detを遅延回路101に出力する一方、分圧後の入力電圧Viが上述した基準電圧未満であるときはローレベルの検出信号Detを遅延回路101に出力する。
なお、本実施形態に係る半導体装置600は遅延回路100を備えたが、本発明はこれに限られず、遅延回路301、401又は101Aを備えてもよい。
なお、上記各実施形態において、基準電圧源111及び354は、それぞれ1つの基準電圧を発生したが、本発明はこれに限られない。基準電圧源111及び354は、複数の基準電圧を発生し、発生した複数の基準電圧から選択された1つの基準電圧を出力してもよい。これにより、複数の検出遅延時間を設定できる。
また、上記各実施形態において、定電流源144及び351は、それぞれ1つの定電流を発生したが、本発明はこれに限られない。定電流源144及び351は、複数の定電流を発生し、発生した複数の定電流から選択された1つの定電流を出力してもよい。これにより、複数の検出遅延時間を設定できる。この場合、定電流源144及び351は、それぞれカレントミラー回路又はデプレッション型のMOSトランジスタを備えてもよい。
1,2…容量、
100,100A,200,300,400,500,600…半導体装置、
101,101A,201,201A,301,401…遅延回路、
110,210,210A,310…遅延時間設定回路、
120,230…出力制御回路、
130,240,330…論理回路、
160,160A…遅延回路、
350…発振回路、
360…カウンター回路。
100,100A,200,300,400,500,600…半導体装置、
101,101A,201,201A,301,401…遅延回路、
110,210,210A,310…遅延時間設定回路、
120,230…出力制御回路、
130,240,330…論理回路、
160,160A…遅延回路、
350…発振回路、
360…カウンター回路。
株式会社リコー、「R5432Vシリーズ Liイオン/Liポリマー3/4/5セル電池用保護IC」、[オンライン]、[2012年6月5日検索]、インターネット<URL:http://www.ricoh.co.jp/LSI/product_power/flyer/r5432v-c-j.pdf>
セイコーインスツル株式会社、「S−8232シリーズ 2セル直列用バッテリー保護IC」、[オンライン]、[2012年6月5日検索]、インターネット<URL: http://datasheet.sii-ic.com/jp/battery_protectiオン/S8232_J.pdf>
株式会社リコー、「R3150Nシリーズ 36V耐圧電圧監視IC」、[オンライン]、[2012年6月5日検索]、インターネット<URL: http://www.ricoh.co.jp/LSI/product_power/vd/r3150/r3150-j.pdf>
セイコーインスツル株式会社、「S−1009シリーズ 超低消費電流 遅延回路内蔵(遅延時間外部設定)超高精度電圧検出器」、[オンライン]、[2012年6月5日検索]、インターネット<URL: http://datasheet.sii-ic.com/jp/voltage_detector/S1009_J.pdf>
Claims (10)
- 入力される第1の検出信号を所定の検出遅延時間だけ遅延させ、反転し又は反転せずに、第1の出力信号として第1の出力端子から出力する遅延回路において、
上記検出遅延時間は、上記遅延回路の外部に設けられかつ上記第1の出力端子と接地端子との間に接続された第1の容量に基づいて設定され、
上記遅延回路は、上記第1の検出信号に応答して、上記第1の容量の両端電圧に基づいて、上記検出遅延時間が経過したことを示す遅延時間設定信号を発生し、当該遅延時間設定信号の発生タイミングにおいて、上記第1の出力信号を発生して出力することを特徴とする遅延回路。 - 上記遅延回路は、
上記第1の出力信号のレベルを所定の第1のレベル又は所定の第2のレベルに制御して上記第1の出力端子から出力し、もしくは上記第1の出力端子をハイインピーダンス状態になるように制御する第1の出力制御回路と、
入力される制御信号に応答して上記第1の容量を充電し又は放電し、上記第1の容量の両端電圧に基づいて上記遅延時間設定信号を発生する遅延時間設定回路と、
上記第1の検出信号に応答して、上記第1の出力端子をハイインピーダンス状態にするように上記第1の出力制御回路を制御するとともに、上記遅延時間設定回路に上記制御信号を出力し、上記遅延時間設定信号に応答して、上記第1又は第2のレベルを有する第1の出力信号を上記第1の出力端子から出力するように上記第1の出力制御回路を制御する論理回路とを備えたことを特徴とする請求項1記載の遅延回路。 - 上記遅延回路は、
第2の出力信号のレベルを上記第1又は第2のレベルに制御して第2の出力端子から出力する第2の出力制御回路をさらに備え、
上記論理回路は、入力される第2の検出信号に応答して、上記第1の出力端子をハイインピーダンス状態にするように上記第1の出力制御回路を制御するとともに、上記遅延時間設定回路に上記制御信号を出力し、上記遅延時間設定信号に応答して、上記第2の出力信号のレベルを上記第1のレベルから上記第2のレベルに、又は上記第2のレベルから上記第1のレベルに変化させるように上記第2の出力制御回路を制御することを特徴とする請求項2記載の遅延回路。 - 上記遅延時間設定回路は、上記第1の容量の両端電圧を、上記検出遅延時間に対応する所定のしきい値電圧と比較し、上記両端電圧が上記しきい値電圧に到達したときに上記遅延時間設定信号を発生することを特徴とする請求項2又は3記載の遅延回路。
- 上記遅延時間設定回路は、
所定の定電流を発生して、上記定電流により、上記第1の容量を充電し又は放電する定電流源を備えたことを特徴とする請求項2乃至4のうちのいずれか1つに記載の遅延回路。 - 上記遅延時間設定回路は、
上記制御信号に応答して、上記第1の容量によって設定される所定の周期を有するクロックを発生する発振回路と、
上記クロックをカウントし、上記クロックのカウント数が、上記検出遅延時間に対応する所定のしきい値回数になったとき、上記遅延時間設定信号を発生するカウンター回路とを備えたことを特徴とする請求項2又は3記載の遅延回路。 - 上記遅延回路は、上記制御信号を所定の最小検出遅延時間だけ遅延させる遅延手段をさらに備えたことを特徴とする請求項2乃至6のうちのいずれか1つに記載の遅延回路。
- 上記遅延回路は、
上記第1の出力端子に接続されたデプレッション型のMOSトランジスタと、
上記第1の容量の両端電圧を、上記検出遅延時間に対応する所定のしきい値電圧と比較し、上記両端電圧が上記しきい値電圧に到達したときに上記遅延時間設定信号を発生する比較回路と、
上記第1の検出信号に応答して、上記MOSトランジスタを、所定の定電流を発生する定電流源として動作させることにより、上記第1の容量を上記定電流により充電し又は放電し、上記遅延時間設定信号に応答して上記MOSトランジスタをオンするゲート制御回路とを備えたことを特徴とする請求項1記載の遅延回路。 - 上記遅延回路は、
上記第1の容量に並列に接続され、上記検出遅延時間の最小値を設定する第2の容量をさらに備えたことを特徴とする請求項1乃至8のうちのいずれか1つに記載の遅延回路。 - 請求項1乃至9のうちのいずれか1つに記載の遅延回路を備えたことを特徴とする半導体装置。
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