JP2017143448A - リセット信号発生回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】電源電圧が低電圧化した場合であっても処理装置の動作を安定させることができるリセット信号発生回路を提供すること。【解決手段】電源システムは、入力電圧がリセット解除電圧以下のときにマイクロプロセッサ100に向けてリセット信号を出力し、リセット解除電圧を超えたときにリセット信号の出力を解除するとともに、入力電圧がリセット解除電圧を超えた後に、リセット解除電圧よりも低いリセット検出電圧以下に入力電圧がなったときに再びリセット信号をマイクロプロセッサ100に向けて出力する電圧検出IC300と、マイクロプロセッサ100の動作開始前は、電源電圧の変化に連動する第1の電圧を上記入力電圧として設定し、マイクロプロセッサ100の動作開始後は、電源電圧の変化に連動するとともに第1の電圧よりも低い第2の電圧を上記入力電圧として設定する電圧変換回路100とを備えている。【選択図】図1

Description

本発明は、電源回路から印加される電圧で動作する処理装置に対して、電圧低下時にリセット信号を出力するリセット信号発生回路に関する。
従来から、電源投入時にはより高い電圧となるまでリセットをかけ続けることが可能となり、また、電源電圧の下降時には動作に支障がでない程度の低い電圧となるまで、リセットがかからないようにすることが可能な構成を有するリセット信号発生回路が知られている(例えば、特許文献1参照。)。このリセット信号発生回路では、電源電圧が第1の電圧(リセット解除電圧)を越えたときにリセット信号の出力を停止し、その後電源電圧が第1の電圧よりも低い第2の電圧(リセット検出電圧)以下となったときに再びリセット信号を出力する。このように、リセット信号を発生させる電圧にヒステリシスを持たせることにより、LSI等の処理装置の安定した動作を確保することが可能となる。
特開平11−31956号公報
ところで、上述した特許文献1に開示されたリセット信号発生回路における第1および第2の電圧は、処理装置の動作保証よりも高く、通常動作時の電源電圧よりも低い範囲で設定される。しかし、最近では電源電圧が低電圧化(例えば、3.3V)しており、しかも電源回路のばらつきを考慮すると、この範囲は狭くなる傾向にある。一方、第1および第2のしきい値電圧の差は、動作の安定性を考慮すると、ある値を確保する必要がある。このため、第1の電圧を、処理装置の動作保証電圧よりも高く、通常動作時の電源電圧よりも低い範囲に含まれるように設定したときに、第2の電圧が動作保証電圧よりも低くなってしまい、動作が安定しなくなるおそれがあるという問題があった。例えば、電源電圧が動作保証電圧よりも低くなり、その後再び高くなって動作保証電圧を超えた場合に、電源電圧が動作保証電圧よりも低くなった期間の処理内容がその後の処理に反映されるため、異常動作や誤動作の原因になる。
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、電源電圧が低電圧化した場合であっても処理装置の動作を安定させることができるリセット信号発生回路を提供することにある。
上述した課題を解決するために、本発明のリセット信号発生回路は、入力電圧がリセット解除電圧以下のときに処理装置に向けてリセット信号を出力し、リセット解除電圧を超えたときにリセット信号の出力を解除するとともに、入力電圧がリセット解除電圧を超えた後に、リセット解除電圧よりも低いリセット検出電圧以下に入力電圧がなったときに再びリセット信号を処理装置に向けて出力するリセット信号発生手段と、処理装置の動作開始前は、電源電圧の変化に連動する第1の電圧を入力電圧として設定し、処理装置の動作開始後は、電源電圧の変化に連動するとともに第1の電圧よりも低い第2の電圧を入力電圧として設定する電圧変換手段とを備えている。
処理装置の動作開始後に、電源電圧の変化に連動する第2の電圧を用いてリセット検出電圧との比較を行うことにより、実質的にこのリセット検出電圧を高電位側にシフトさせることができるため、電源電圧が低電圧化した場合であっても、第2の電圧がリセット解除電圧よりも低くなる際の電源電圧を、処理装置の動作を安定させることができる程度に高くすることができる。
また、上述した処理装置の動作開始前であって、第1の電圧がリセット解除電圧に一致したときに、この第1の電圧に対応する電源電圧は、処理装置の動作保証電圧よりも高いことが望ましい。また、上述した処理装置の動作開始後であって、第2の電圧がリセット検出電圧に一致したときに、この第2の電圧に対応する電源電圧は、処理装置の動作保証電圧よりも高いことが望ましい。これにより、電源電圧が低電圧化した場合であっても、処理装置に対するリセット解除やリセット検出を、電源電圧が動作保証電圧よりも高い範囲で確実に行うことが可能となる。
また、上述した処理装置の動作開始前であって、第1の電圧がリセット解除電圧に一致したときに、この第1の電圧に対応する電源電圧は、複数の電源回路の通常動作時に生成される電源電圧のばらつきの下限値よりも低いことが望ましい。また、上述した処理装置の動作開始後であって、第2の電圧がリセット検出電圧に一致したときに、この第2の電圧に対応する電源電圧は、複数の電源回路の通常動作時に生成される電源電圧のばらつきの下限値よりも低いことが望ましい。これにより、電源電圧が低電圧化した場合に、電源回路の製造のばらつきがあっても、処理装置に対するリセット解除やリセット検出を、電源回路の通常動作時に生成される電源電圧よりも低い範囲で確実に行うことが可能となる。
また、上述した電圧変換手段は、処理装置の動作開始前と動作開始後に分圧比を変更する分圧回路を用いて構成され、分圧回路によって、電源電圧を分圧することにより第1および第2の電圧を生成することが望ましい。このように、分圧回路を用いて電圧変換手段を構成することより、電圧変換手段の構成の簡略化が可能となる。
また、上述した第1の電圧に対応する分圧回路の分圧比に比べて、第2の電圧に対応する分圧回路の分圧比を小さな値に設定することが望ましい。これにより、電源電圧の変化に連動する第1および第2の電圧であって、第1の電圧よりも低い第2の電圧を容易に生成することが可能となる。
また、上述した分圧比の変更は、分圧回路に含まれる抵抗と並列接続されたスイッチング素子をオン/オフすることにより行うことが望ましい。これにより、簡単な構成により分圧回路の分圧比を可変することが可能となる。
また、上述したリセット信号発生手段および電圧変換手段は、1つの集積回路を用いて構成されていることが望ましい。これにより、製造工程が簡略化できるとともに、部品組み立ての手間や製造コストの増大を防止することができる。
また、上述した電圧変換手段は、リセット信号発生手段が含まれる集積回路とは別部品として構成されていることが望ましい。電圧変換手段としての別部品を追加するだけでよいため、設計変更が容易となり、設計変更に要するコストの増大を防止することができる。
一実施形態の電源システムの構成を示す図である。 電源ICの動作開始時および終了時のリセット信号の生成動作の説明図である。
以下、本発明を適用した一実施形態の電源システムについて、図面を参照しながら説明する。
図1は、一実施形態の電源システムの構成を示す図である。図1に示すように、本実施形態の電源システムは、マイクロコンピュータ100、電源IC200、電圧検出IC300、電圧変換回路400、車両インタフェース回路(車両I/F)500を備えている。この電源システムは、例えば車両に搭載されている。
マイクロコンピュータ100は、動作クロック信号に同期して動作し、所定のプログラムを実行することにより各種の動作を行う処理装置である。このマイクロコンピュータ100は、リセット信号Rが車両インタフェース回路500入力されるリセット端子Rと、G信号が入力される入力端子Gと、U信号を出力する出力端子Uとを有する。リセット信号Rは、マイクロコンピュータ100の動作をリセットするためのものであり、ローレベルのリセット信号Rがリセット端子Rに入力されたときにマイクロコンピュータ100の動作がリセットされる。また、リセット信号Rがハイレベルになるとこのリセット動作が解除されて、マイクロコンピュータ100が起動される。G信号は、マイクロコンピュータ100の動作の有効/無効を指示する信号であり、例えばハイレベルが「有効」に、ローレベルが「無効」に対応している。U信号は、マイクロコンピュータ100の起動後に動作中であることを外部に通知するための信号であり、ハイレベルが「動作中」に、ローレベルが「停止」に対応している。
電源IC200は、マイクロコンピュータ100やその他の電子機器に供給する所定の電源電圧(動作電圧)を生成する電源回路である。例えば、車両に搭載されたバッテリ(図示せず)に接続されており、安定動作時には3.3Vの電源電圧が生成される。生成された電源電圧は、出力端子OUTから電源ラインを介してマイクロコンピュータ100等に供給される。
電圧検出IC300は、入力電圧が印加される端子Vinと、接地端子Eと、リセット信号Rを出力する端子OUTを有している。電圧検出IC300は、端子Vinに印加される入力電圧がリセット解除電圧以下のときに端子OUTからマイクロコンピュータ100のリセット端子Rに向けてリセット信号Rを出力(リセット信号Rをローレベルに設定)し、リセット解除電圧を超えたときにリセット信号Rの出力を解除(リセット信号Rをハイレベルに設定)するとともに、入力電圧がリセット解除電圧を超えた後に、このリセット解除電圧よりも低いリセット検出電圧以下に入力電圧がなったときに再びリセット信号をマイクロコンピュータ100のリセット端子Rに向けて出力する。従来は、端子Vinに、電源IC200によって生成された電源電圧が直接印加されていたが、本実施形態では、電圧変換回路400によって電源電圧に基づいて生成された第1および第2の電圧が入力電圧として端子Vinに印加されている。この電圧検出IC300がリセット信号発生手段に対応している。
電圧変換回路400は、電源IC200によって生成された電源電圧の変化に連動する第1および第2の電圧を生成する。例えば、電源電圧が第1の電圧として設定され、電源電圧を分圧した電圧が第2の電圧として設定される。
図1に示すように、電圧変換回路400は、3つの抵抗R1、R2、R3と3つのトランジスタQ1、Q2、Q3を含んで構成されている。
抵抗R1と抵抗R2によって分圧回路が構成されており、この分圧回路の一方端が電源ラインに、他方端が接地され、抵抗R1、R2の接続点が電圧検出IC300の端子Vinに接続されている。さらに、この分圧回路の一方(電源ライン側)の抵抗R1には、トランジスタQ3のコレクタ・エミッタ間(エミッタが電源ライン側)が並列接続されている。スイッチング素子としてのトランジスタQ3がオンのときに、分圧回路を構成する一方の抵抗R1の両端間が短絡されるため、電源ラインに現れる電源電圧が、電圧検出ICの端子Vinに入力電圧として直接印加される。また、トランジスタQ3がオフのときに、電源ラインに現れる電源電圧が、抵抗R1、R2によって構成される分圧回路によって分圧された電圧が、電圧検出IC300の端子Vinに入力電圧として印加される。
トランジスタQ1は、ベースがマイクロコンピュータ100の出力端子Uに接続され、エミッタが接地されており、コレクタに抵抗R3を介してG信号が入力されている。また、トランジスタQ2は、コレクタがトランジスタQ3のベースに接続され、エミッタが接地されており、ベースに抵抗R3を介してG信号が入力されている。この電圧変換回路400が電圧変換手段に対応している。
車両インタフェース回路500は、エンジン制御装置等の外部装置(図示せず)によって生成されるG信号をマイクロコンピュータ100の入力端子Gに伝送するためのものであり、外部装置内に設けてもよいが、外部装置とは別に設けるようにしてもよい。例えば、G信号は、アクセサリースイッチACCがオンになったときに生成される。
本実施形態の電源システムはこのような構成を有しており、次に、その動作を説明する。図2は、電源IC200の動作開始時および終了時のリセット信号の生成動作の説明図である。図2において、「V」は電源IC200によって生成される電源電圧であって、縦軸はその電圧値を、横軸は経過時間を示している。また、「G」は車両インタフェース回路500から電圧変換回路400やマイクロコンピュータ100の入力端子Gに入力されるG信号を示している。「/Reset」は、電圧検出IC300の端子OUTから出力されてマイクロコンピュータ100のリセット端子Rに入力されるリセット信号Rを示している。「U」は、マイクロコンピュータ100の出力端子Uから出力されて電圧変換回路400に入力されるU信号を示している。
また、「状態」は、G信号とU信号の組み合わせで決まる電圧変換回路400の内部状態を示している。この状態は1〜4あり、それぞれの内容は以下のようになっている。
・状態1:G信号がハイレベル、U信号がローレベルであり、トランジスタQ1がオフ、トランジスタQ2がオン、トランジスタQ3がオンになる。
・状態2:G信号がローレベル、U信号がハイレベルであり、トランジスタQ1がオフ、トランジスタQ2がオフ、トランジスタQ3がオフになる。
・状態3:G信号がハイレベル、U信号がハイレベルであり、トランジスタQ1がオン、トランジスタQ2がオン、トランジスタQ3がオフになる。
・状態4:G信号がローレベル、U信号がローレベルであり、トランジスタQ1がオフ、トランジスタQ2がオフ、トランジスタQ3がオンになる。
(電源投入後の動作)
例えばアクセサリースイッチACCがオンされて、電源IC200が動作を開始すると、電源電圧Vが徐々に上昇する。このとき、G信号のみがハイレベルであり、マイクロコンピュータ100が動作開始前であるためU信号はローレベルとなる(状態1)。すなわち、電圧変換回路400のトランジスタQ3がオンになって、電源ラインに現れる電源電圧V(第1の電圧)が、電源検出IC300の端子Vinに直接印加される。このような状態において、電源電圧Vが徐々に上昇して動作保証電圧Vmin を越え、さらにリセット解除電圧(V10)を越えて所定の遅延時間が経過すると、電圧検出IC300の端子OUTから出力されるリセット信号Rがそれまでのローレベル(リセット状態)からハイレベル(リセット解除状態)に変化する。このようにして、マイクロコンピュータ100が動作を開始すると、出力端子UからハイレベルのU信号が出力され、状態2あるいは状態3に移行する。
なお、電源電圧Vが徐々に上昇して動作保証電圧Vmin を越えた後に、電源電圧Vが一時的に動作保証電圧Vmin を下回ることがあるが、リセット検出電圧(V12)がリセット解除電圧(V10)よりも低い値に設定されているため、リセット解除の状態が維持される。
その後、電源IC200の動作が安定して電源電圧が一定値を維持するが、この電源電圧の値は、電源IC200自体の構成部品のばらつきや電源IC200に接続された周辺部品の影響などにより、ある程度ばらついている。本実施形態では、リセット解除電圧V10は、このような電源電圧のばらつきの最小値(例えば、製造時の検査等により測定した複数の電源IC200の電源電圧の下限値が用いられる)よりも低く、動作保障電圧Vmin よりも高い値が用いられる。
(電源切断時の動作)
マイクロコンピュータ100が動作中で、電源IC200の動作が安定している場合には、状態2あるいは状態3にあり、電圧変換回路400では、トランジスタQ3がオフされるため、抵抗R1、R2によって構成された分圧回路(分圧比n(<1))によって電源電圧Vを分圧した電圧(第2の電圧)が電圧検出IC300の端子Vinに印加される。
上述したように、電圧検出IC300では、入力電圧がリセット解除電圧であるV10を越えるとリセット解除(リセット信号の出力停止)し、リセット検出電圧であるV12よりも低くなるとリセット検出(リセット信号の出力開始)が行われる。したがって、電源電圧をVとすると、分圧回路から出力される分圧電圧はnVとなり、これがリセット検出電圧であるV12と等しくなる場合を考えると、nV=V12の関係が成立する。これを変形して、V=V12/nとなる。nは1よりも小さい値を有するため、V12/nはV12よりも高い値となる。リセット解除電圧であるV10についても同様であり、V10/nはV10よりも高い値となる。図2では、V12/nがV22として、V10/nがV20として示されている。
その後、例えば、アクセサリースイッチACCがオフされて、電源IC200が動作を停止すると、電源電圧Vが徐々に下降を開始する。さらに、電源電圧Vが下降してリセット検出電圧であるV22よりも低くなると、電源検出IC300のリセット端子Rからリセット信号R(ローレベル)が出力されて状態4に移行する。
このように、本実施形態の電源システムでは、マイクロコンピュータ100の動作開始後に、電源電圧の変化に連動する第2の電圧(電源電圧を分圧した電圧)を用いてリセット検出電圧V12との比較を行うことにより、実質的にこのリセット検出電圧を高電位側にシフト(V12→V22)させることができるため、電源電圧が低電圧化した場合であっても、第2の電圧がリセット解除電圧よりも低くなる際の電源電圧を、マイクロコンピュータ100の動作を安定させることができる程度に高くすることができる。
また、マイクロコンピュータ100の動作開始前に対応するリセット解除電圧V10に一致する電源電圧や、マイクロコンピュータ100の動作開始後に対応するリセット検出電圧V22に一致する電源電圧を、マイクロコンピュータ100の動作保証電圧Vmin よりも高い値に設定している。これにより、電源電圧が低電圧化した場合であっても、マイクロコンピュータ100に対するリセット解除やリセット検出を、電源電圧が動作保証電圧よりも高い範囲で確実に行うことが可能となる。
また、マイクロコンピュータ100の動作開始前に対応するリセット解除電圧V10に一致する電源電圧や、マイクロコンピュータ100の動作開始後に対応するリセット検出電圧V22に一致する電源電圧を、複数の電源IC200の通常動作時に生成される電源電圧のばらつきの下限値よりも低い値に設定している。これにより、電源電圧が低電圧化した場合に、電源IC200の製造のばらつきがあっても、マイクロコンピュータ100に対するリセット解除やリセット検出を、電源IC200の通常動作時に生成される電源電圧よりも低い範囲で確実に行うことが可能となる。
また、分圧回路を用いて電圧変換回路400を構成することより、電圧変換回路400の構成の簡略化が可能となる。また、マイクロコンピュータ100の動作開始前に電圧変換回路400から電圧検出IC300の端子Vinに印加される第1の電圧に対応する分圧回路の分圧比(トランジスタQ3がオンされて電源電圧そのものが第1の電圧になるため、分圧比n=1)に比べて、マイクロコンピュータ100の動作開始前に電圧変換回路400から電圧検出IC300の端子Vinに印加される第2の電圧に対応する分圧回路の分圧比n(<1)を小さな値に設定している。これにより、電源電圧の変化に連動する第1および第2の電圧であって、第1の電圧よりも低い第2の電圧を容易に生成することが可能となる。また、このような第1および第2の電圧における分圧比の変更は、分圧回路に含まれる抵抗R1と並列接続されたスイッチング素子としてのトランジスタQ3をオン/オフすることにより行っており、簡単な構成により分圧回路の分圧比を可変することが可能となる。
また、電圧変換回路400は、電圧検出IC300とは別部品として構成されており、従来から用いられている電圧検出IC300を用いる場合に、電圧変換回路400としての別部品を追加するだけでよいため、設計変更が容易となり、設計変更に要するコストの増大を防止することができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、マイクロコンピュータ100のリセット端子Rに入力するリセット信号を生成する構成について説明したが、リセット信号を入力する処理装置はマイクロコンピュータ100以外であってもよい。
また、上述した実施形態では、電圧検出IC300とは別に電圧変換回路400を設けたが、電圧検出IC300に電圧変換回路400の機能を内蔵したり、電源IC200に電圧検出IC300の機能と電圧変換回路400の機能を内蔵するようにしてもよい。これにより、製造工程が簡略化できるとともに、部品組み立ての手間や製造コストの増大を防止することができる。
また、上述した実施形態の電圧変換回路400では、抵抗R1の両端間をトランジスタQ3をオンして短絡することにより、電源電圧を第1の電圧として電圧検出IC300の端子Vinに印加するようにしたが、抵抗R1と並列に、トランジスタQ3と抵抗からなる直列回路を接続し、トランジスタQ3をオン/オフしたときに分圧比が異なるように設定して第1および第2の電圧を生成するようにしたもよい。
また、上述した実施形態では、電圧変換回路400を抵抗R1、R2とトランジスタQ3とからなる分圧回路を用いて構成したが、必ずしも抵抗やトランジスタを用いる必要はなく、電源電圧と第1および第2の電圧のそれぞれとの比(分圧回路の場合の分圧比)を異ならせるものであればその他の構成を用いるようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、車両に搭載された電源システムについて説明したが、車両以外で用いられる電源システムに本発明を適用することができる。
上述したように、本発明によれば、処理装置の動作開始後に、電源電圧の変化に連動する第2の電圧を用いてリセット検出電圧との比較を行うことにより、実質的にこのリセット検出電圧を高電位側にシフトさせることができるため、電源電圧が低電圧化した場合であっても、第2の電圧がリセット解除電圧よりも低くなる際の電源電圧を、処理装置の動作を安定させることができる程度に高くすることができる。
100 マイクロコンピュータ
200 電源IC
300 電圧検出IC
400 電圧変換回路
500 車両インタフェース回路(車両I/F)

Claims (10)

  1. 入力電圧がリセット解除電圧以下のときに処理装置に向けてリセット信号を出力し、前記リセット解除電圧を超えたときに前記リセット信号の出力を解除するとともに、前記入力電圧が前記リセット解除電圧を超えた後に、前記リセット解除電圧よりも低いリセット検出電圧以下に前記入力電圧がなったときに再び前記リセット信号を前記処理装置に向けて出力するリセット信号発生手段と、
    前記処理装置の動作開始前は、電源電圧の変化に連動する第1の電圧を前記入力電圧として設定し、前記処理装置の動作開始後は、前記電源電圧の変化に連動するとともに前記第1の電圧よりも低い第2の電圧を前記入力電圧として設定する電圧変換手段と、
    を備えることを特徴とするリセット信号発生回路。
  2. 請求項1において、
    前記処理装置の動作開始前であって、前記第1の電圧が前記リセット解除電圧に一致したときに、この第1の電圧に対応する前記電源電圧は、前記処理装置の動作保証電圧よりも高いことを特徴とするリセット信号発生回路。
  3. 請求項1または2において、
    前記処理装置の動作開始後であって、前記第2の電圧が前記リセット検出電圧に一致したときに、この第2の電圧に対応する前記電源電圧は、前記処理装置の動作保証電圧よりも高いことを特徴とするリセット信号発生回路。
  4. 請求項1〜3のいずれか一項において、
    前記処理装置の動作開始前であって、前記第1の電圧が前記リセット解除電圧に一致したときに、この第1の電圧に対応する前記電源電圧は、複数の電源回路の通常動作時に生成される電源電圧のばらつきの下限値よりも低いことを特徴とするリセット信号発生回路。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項において、
    前記処理装置の動作開始後であって、前記第2の電圧が前記リセット検出電圧に一致したときに、この第2の電圧に対応する前記電源電圧は、複数の電源回路の通常動作時に生成される電源電圧のばらつきの下限値よりも低いことを特徴とするリセット信号発生回路。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項において、
    前記電圧変換手段は、前記処理装置の動作開始前と動作開始後に分圧比を変更する分圧回路を用いて構成され、
    前記分圧回路によって、前記電源電圧を分圧することにより前記第1および第2の電圧を生成することを特徴とするリセット信号発生回路。
  7. 請求項6において、
    前記第1の電圧に対応する前記分圧回路の分圧比に比べて、前記第2の電圧に対応する前記分圧回路の分圧比を小さな値に設定することを特徴とするリセット信号発生回路。
  8. 請求項6または7において、
    前記分圧比の変更は、前記分圧回路に含まれる抵抗と並列接続されたスイッチング素子をオン/オフすることにより行うことを特徴とするリセット信号発生回路。
  9. 請求項1〜8のいずれか一項において、
    前記リセット信号発生手段および前記電圧変換手段は、1つの集積回路を用いて構成されていることを特徴とするリセット信号発生回路。
  10. 請求項1〜8のいずれか一項において、
    前記電圧変換手段は、前記リセット信号発生手段が含まれる集積回路とは別部品として構成されていることを特徴とするリセット信号発生回路。
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