JP2017174980A - Abnormality detection circuit and operation method therefor, semiconductor device and operation method therefor, and communication system - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態は、異常検出回路およびその動作方法、半導体装置およびその動作方法、および通信システムに関する。 The present embodiment relates to an abnormality detection circuit and an operation method thereof, a semiconductor device and an operation method thereof, and a communication system.
自動車に搭載されるあらゆる部品のための安全機能(例えば、フェールセーフ、異常検出、安全停止などの機能)の規格が見直されつつある。特に、車載用の機器の多くは、電気的/電子的に制御されており、高性能化・高機能化だけでなく、安全性の確保も重要なニーズとなっている。 Standards for safety functions (for example, fail-safe functions, abnormality detection functions, safety stop functions, etc.) for all parts mounted on automobiles are being reviewed. In particular, many in-vehicle devices are electrically / electronically controlled, and not only high performance and high functionality but also safety are important needs.
安全な車載用機器の開発手法や管理方式等を体系的にまとめた国際基準規格ISO26262が策定されている(例えば、非特許文献1参照。)。 An international standard ISO 26262 that systematically summarizes development methods and management methods for safe in-vehicle devices has been formulated (for example, see Non-Patent Document 1).
例えば、プルアップ電圧を供給する電源素子などの劣化や故障によって通信システムに発生し得る重大な事故を事前に回避するために、電源素子などの劣化や故障をいち早く検知することが求められる。 For example, in order to avoid in advance a serious accident that may occur in a communication system due to deterioration or failure of a power supply element that supplies a pull-up voltage, it is required to quickly detect deterioration or failure of the power supply element.
本実施の形態は、電源供給時における電圧変化を監視し、電源素子などの劣化や故障等の異常の兆候をいち早く検知することができる異常検出回路およびその動作方法、半導体装置およびその動作方法、および通信システムを提供する。 The present embodiment monitors a voltage change at the time of power supply, and can quickly detect an abnormality such as deterioration or failure of a power supply element, an abnormality detection circuit and an operation method thereof, a semiconductor device and an operation method thereof, And a communication system.
本実施形態の一態様によれば、外部から入力される電圧が上昇を始めるとカウント値のカウントアップを開始し、前記カウント値が所定のカウント設定値に達するまでカウントアップを実行するタイマと、前記外部から入力される前記電圧と、所定の閾値電圧とを比較し、前記電圧が前記閾値電圧以上であれば、カウンタ出力を第1のレベルに設定し、前記電圧が閾値電圧未満であれば、前記カウンタ出力を第2のレベルに設定するコンパレータとを備え、前記タイマは、前記カウント値が前記所定のカウント設定値に達すると、前記コンパレータから出力される前記カウンタ出力を参照し、前記カウンタ出力が前記第1のレベルでない場合に異常が発生したと判断して異常時の対応処理を実行する異常検出回路が提供される。 According to one aspect of the present embodiment, a timer that starts counting up when a voltage input from the outside starts increasing, and executes count-up until the count value reaches a predetermined count setting value; The externally input voltage is compared with a predetermined threshold voltage. If the voltage is equal to or higher than the threshold voltage, the counter output is set to the first level. If the voltage is lower than the threshold voltage, A comparator for setting the counter output to a second level, and the timer refers to the counter output output from the comparator when the count value reaches the predetermined count set value, and the counter An abnormality detection circuit is provided that determines that an abnormality has occurred when the output is not at the first level and executes a response process at the time of abnormality.
本実施形態の他の態様によれば、外部から入力される電圧がLowレベルから所望の電圧値まで上昇する際の傾きと所要時間に基づいて、異常が発生したか否かを監視する異常検出回路を備え、前記電圧が正常の傾き且つ正常の所要時間で前記所望の電圧まで上昇しなかった場合、異常時の対応処理を実行する半導体装置が提供される。 According to another aspect of the present embodiment, abnormality detection is performed to monitor whether or not an abnormality has occurred based on the slope and required time when the externally input voltage rises from a low level to a desired voltage value. There is provided a semiconductor device that includes a circuit and executes a response process when an abnormality occurs when the voltage does not rise to the desired voltage with a normal slope and a normal required time.
本実施形態の他の態様によれば、バスを介して複数のデバイスを相互に通信可能に接続する通信システムであって、前記バスにプルアップされた電圧がLowレベルから所望の電圧値まで上昇する際の傾きと所要時間に基づいて、異常が発生したか否かを監視する異常検出回路を備え、前記電圧が正常の傾き且つ正常の所要時間で前記所望の電圧まで上昇しなかった場合、異常時の対応処理を実行する半導体装置を備える通信システムが提供される。 According to another aspect of the present embodiment, a communication system for connecting a plurality of devices to each other via a bus so that the voltage pulled up to the bus rises from a low level to a desired voltage value. When an abnormality detection circuit for monitoring whether or not an abnormality has occurred based on the inclination and the required time when the voltage is not increased to the desired voltage at a normal inclination and a normal required time, There is provided a communication system including a semiconductor device that executes a response process when an abnormality occurs.
本実施形態の他の態様によれば、外部から入力される電圧が上昇を始めると、タイマが、カウント値のカウントアップを開始し、前記カウント値が所定のカウント設定値に達するまでカウントアップを実行するステップと、コンパレータが、前記外部から入力される前記電圧と、所定の閾値電圧とを比較し、前記電圧が前記閾値電圧以上であれば、カウンタ出力を第1のレベルに設定し、前記電圧が閾値電圧未満であれば、前記カウンタ出力を第2のレベルに設定するステップと、前記カウント値が前記所定のカウント設定値に達すると、前記タイマが、前記コンパレータから出力される前記カウンタ出力を参照し、前記カウンタ出力が前記第1のレベルでない場合に異常時の対応処理を実行するステップとを有する異常検出回路の動作方法が提供される。 According to another aspect of the present embodiment, when the externally input voltage starts to rise, the timer starts counting up the count value, and counts up until the count value reaches a predetermined count setting value. A step of executing, the comparator compares the voltage inputted from the outside with a predetermined threshold voltage, and if the voltage is equal to or higher than the threshold voltage, the counter output is set to a first level; If the voltage is less than the threshold voltage, setting the counter output to a second level; and when the count value reaches the predetermined count set value, the timer outputs the counter output from the comparator And an operation method of an abnormality detection circuit comprising the step of executing a response process when an abnormality occurs when the counter output is not at the first level It is provided.
本実施形態の他の態様によれば、外部から入力される電圧がLowレベルから所望の電圧値まで上昇する際の傾きと所要時間に基づいて、異常が発生したか否かを監視するステップと、前記電圧が正常の傾き且つ正常の所要時間で前記所望の電圧まで上昇しなかった場合、異常時の対応処理を実行するステップとを有し、前記異常が発生したか否かを監視するステップは、前記外部から入力される前記電圧が上昇を始めると、タイマが、カウント値のカウントアップを開始し、前記カウント値が所定のカウント設定値に達するまでカウントアップを実行するステップと、コンパレータが、前記外部から入力される前記電圧と、所定の閾値電圧とを比較し、前記電圧が前記閾値電圧以上であれば、カウンタ出力を第1のレベルに設定し、前記電圧が閾値電圧未満であれば、前記カウンタ出力を第2のレベルに設定するステップと、前記カウント値が前記所定のカウント設定値に達すると、前記タイマが、前記コンパレータから出力される前記カウンタ出力を参照し、前記カウンタ出力が前記第1のレベルでない場合に異常時の対応処理を実行するステップとを有する半導体装置の動作方法が提供される。 According to another aspect of the present embodiment, the step of monitoring whether or not an abnormality has occurred based on the slope and required time when the externally input voltage rises from the Low level to a desired voltage value; And a step of performing a response process when an abnormality occurs when the voltage does not rise to the desired voltage with a normal slope and a normal required time, and monitoring whether or not the abnormality has occurred When the voltage input from the outside starts to rise, a timer starts counting up the count value, and executes a count-up until the count value reaches a predetermined count setting value; and a comparator The externally input voltage is compared with a predetermined threshold voltage. If the voltage is equal to or higher than the threshold voltage, the counter output is set to the first level, and the voltage is Is less than a threshold voltage, the counter output is set to a second level, and when the count value reaches the predetermined count set value, the timer outputs the counter output output from the comparator. A method of operating a semiconductor device is provided that includes a step of executing a response process when an abnormality occurs when the counter output is not at the first level.
本実施の形態によれば、電源供給時における電圧変化を監視し、スイッチング電源素子などの劣化や故障等の異常の兆候をいち早く検知することができる異常検出回路およびその動作方法、半導体装置およびその動作方法、および通信システムを提供することができる。 According to the present embodiment, an abnormality detection circuit capable of monitoring voltage changes during power supply and quickly detecting signs of abnormality such as deterioration or failure of a switching power supply element, an operation method thereof, a semiconductor device, and the An operation method and a communication system can be provided.
次に、図面を参照して、実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。 Next, embodiments will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
又、以下に示す実施の形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 Further, the embodiment described below exemplifies an apparatus and a method for embodying the technical idea, and in this embodiment, the material, shape, structure, arrangement, etc. of the component parts are described below. It is not something specific. This embodiment can be modified in various ways within the scope of the claims.
[実施の形態]
(I2Cシステムに適用した半導体装置の構成例)
図1は、I2Cインタフェースによる通信システムを模式的に例示する。この通信システムは、複数のブロック(ブロックA(81)とブロックB(82)と)を、I2C(Inter-Integrated Circuit:集積回路間通信)バスを介して通信可能にシリアル接続する。
[Embodiment]
(Configuration example of semiconductor device applied to I2C system)
FIG. 1 schematically illustrates a communication system using an I2C interface. In this communication system, a plurality of blocks (block A (81) and block B (82)) are serially connected so as to be communicable via an I2C (Inter-Integrated Circuit) bus.
I2Cインタフェースは、マイコンシステムなどにおいてIC間(例えばブロックA(81)とブロックB(82)との間)で通信をする際に用いられる同期式シリアル通信インタフェースである。I2Cインタフェースにおける信号線は、クロック線(SCL:シリアルクロック)とデータ線(SDA:シリアルデータ)の2本の信号線(図1においては省略)により構成されており、例えばプルアップ抵抗RPでプルアップされた双方向信号線である。ここで、ブロックA(81)は、例えばマスタデバイスであり、ブロックB(82)は、例えばスレーブデバイスである。 The I2C interface is a synchronous serial communication interface used when communication is performed between ICs (for example, between block A (81) and block B (82)) in a microcomputer system or the like. The signal line in the I2C interface is composed of two signal lines (not shown in FIG. 1) of a clock line (SCL: serial clock) and a data line (SDA: serial data). For example, the signal line is pulled by a pull-up resistor RP. This is an up-and-down bidirectional signal line. Here, the block A (81) is, for example, a master device, and the block B (82) is, for example, a slave device.
データ線は、ある電圧にプルアップされている。このプルアップ電圧は、スイッチング電源素子10などから供給されるが、スイッチング電源素子10に劣化、故障、破壊などが生じることにより、マイコンシステムのプログラムが誤動作(例えば暴走など)する恐れがある。
The data line is pulled up to a certain voltage. The pull-up voltage is supplied from the switching
スイッチング電源素子10などの劣化や故障等の異常の兆候をいち早く検知することができれば、重大な事故等を事前に防止することができる可能性がある。
If signs of abnormality such as deterioration or failure of the switching
図2は、スイッチング電源素子10に異常が発生した場合の電圧値Vccの一例を概略的に示す。
FIG. 2 schematically shows an example of the voltage value Vcc when an abnormality occurs in the switching
スイッチング電源素子10などに劣化や軽微な故障が生じると、正常動作時(スペックの範囲内)において安定的に供給されていた電圧(段階SP1)は、次第に下降し始め(段階SP2)、そのまま放置すると、破壊等の重大な故障に結びつくくらいまで著しく下降し(段階SP3)、その結果、重大な事故を引き起こす場合もある。段階SP3に至る前、すなわち、下降し始めの段階SP2において異常を検知してアラートなどを出力することができれば、重大な事故等を未然に防止することができる可能性がある。
When the switching
図3は、I2Cシステムに適用した実施の形態に係る半導体装置100の一例を模式的に示す。
FIG. 3 schematically shows an example of the
半導体装置100は、プルアップ抵抗RPでプルアップされたI2Cデータバスに、ポート(Port)Aを介して接続され、ノードN1の電圧VN1がLowレベルから所望の電圧Vcc(閾値電圧Vth)まで上昇する際の傾き(Vth/(t2−t1))と所要時間(t2−t1)とに基づいて、スイッチング電源素子10に異常が発生したか否かを監視する異常検出回路40を備える。
The
異常検出回路40は、外部からポートAを介して入力されるノードN1の電圧VN1が上昇を始めるとカウント値CNTのカウントアップを開始し、カウント値CNTが所定のカウント設定値CNT_MAXに達するまでカウントアップを実行するタイマA(30)と、外部からポートAを介して入力されるノードN1の電圧VN1と、所定の閾値電圧Vthとを比較し、ノードN1の電圧VN1≧閾値電圧Vthであれば、カウンタ出力C1を第1のレベル(Highレベル(「1」))に設定し、ノードN1の電圧VN1<閾値電圧Vthであれば、カウンタ出力C1を第2のレベル(Lowレベル(「0」))に設定するコンパレータA(20)とを備える。タイマA(30)は、カウント値CNTが所定のカウント設定値CNT_MAXに達すると、コンパレータA(20)から出力されるカウンタ出力C1を参照し、カウンタ出力C1がHighレベルでない場合に異常時の対応処理を実行する。
The
所定のカウント設定値CNT_MAXは、正常動作時(スペックの範囲内)において電圧VN1が所望の電圧Vcc(閾値電圧Vth)に達するのに要する標準的な時間に基づいて、設定される。 The predetermined count set value CNT_MAX is set based on a standard time required for the voltage VN 1 to reach the desired voltage Vcc (threshold voltage Vth) during normal operation (within the specification range).
所定の閾値電圧Vthは、スイッチング電源素子10に異常が発生したか否かを判定するのに十分な値に設定される。閾値電圧Vthの値を大きく設定すれば、異常発生の検出精度が上がるが、異常発生の検出に要する時間は長くなる。閾値電圧Vthの値を小さく設定すれば、異常発生の検出精度は下がるが、異常発生の検出に要する時間は短縮される。
The predetermined threshold voltage Vth is set to a value sufficient to determine whether or not an abnormality has occurred in the switching
また、半導体装置100は、タイマ処理(カウントアップ)の開始を指示するタイマスタート信号SをタイマA(30)に供給するnMOSトランジスタM1を備えても良い。
Further, the
また、異常検出回路40は、ポートAから入力される電圧VN1などを一時的に蓄えるバッファ35を備えても良い。
Further, the
ポートAは、双方向(入出力)端子である。例えば、I2Cのデータ線(SDA)が接続される。 Port A is a bidirectional (input / output) terminal. For example, an I2C data line (SDA) is connected.
ノードN1の電圧VN1は、半導体装置100内のドライブ(Drive)Nにより、GNDレベル(Lowレベル「0」)と、電源電圧Vccとの2つの値をとる。nMOSトランジスタM1のドライブNがHighレベル(「1」)であれば、ノードN1の電圧VN1はLowレベル(「0」)となり、ドライブNがLowレベル(「0」)であれば、ノードN1の電圧VN1は、Highレベル(「1」)となる。ノードN1の電圧VN1のHighレベルは、スイッチング電源素子10により維持される。
The voltage VN 1 of the node N 1 takes two values, that is, a GND level (Low level “0”) and a power supply voltage Vcc by a drive N in the
図4は、半導体装置100における正常動作時のドライブN(図4(a))とノードN1の電圧VN1(図4(b))との関係を模式的に例示する。ドライブNがHighレベルからLowレベルに移行する時刻t1、すなわち、ノードN1の電圧VN1がLowレベルからHighレベルに移行する時刻t1では、ノードN1の電圧レベルは緩やかに上昇していく。
Figure 4 schematically illustrates the relationship between the normal operation of the drive N (FIG. 4 (a)) and the node N 1 of the voltage VN 1 (FIG. 4 (b)) in the
図5は、半導体装置100における異常動作時のドライブN(図5(a))とノードN1の電圧VN1(図5(b))との関係を模式的に例示する。 Figure 5 is a semiconductor device malfunction during drive N at 100 (FIG. 5 (a)) and a node the relationship between the voltage VN 1 of N 1 (FIG. 5 (b)) schematically illustrates.
ここで、スイッチング電源素子10が劣化し始め、スイッチング電源素子10が供給する電流Iが減り始めたとする。すると、時刻t1から、ノードN1の電圧VN1がLowレベルから所望の電圧Vccまで上昇するのに要する時間(図5(b)での破線)が、正常動作時に要する時間(図5(b)での実線)に比べて長くなり始める。これは、プルアップ抵抗RPの劣化により、スイッチング電源素子10がプルアップ抵抗RPを介して、電流Iで充電していく時間が、正常動作に比べて時間を要するようになるからである。
Here, it is assumed that the switching
実施の形態に係る半導体装置100は、ノードN1の電圧VN1が所望の電圧Vcc(閾値電圧Vth)に達するのに要する時間を測定し、その時間が所定の時間よりも長くなった場合に、スイッチング電源素子10に異常(例えば劣化の兆し)が生じていると判断し、アラート等を出力して、重大な事故等を未然に防止する。
The
図6は、半導体装置100における正常動作時のドライブN(図6(a))とノードN1の電圧VN1(図6(b))とタイマA(30)(図6(c))との関係を模式的に例示する。
6, the semiconductor normal in the
ドライブNがHighレベルからLowレベルに転じると、タイマスタート信号SがタイマA(30)に供給され、タイマA(30)は、カウント値CNTをカウントアップし始める。タイマA(30)は、カウント値CNTが所定のカウント設定値CNT_MAXに達すると、カウントアップを停止する。 When the drive N changes from the High level to the Low level, the timer start signal S is supplied to the timer A (30), and the timer A (30) starts to count up the count value CNT. The timer A (30) stops counting up when the count value CNT reaches a predetermined count set value CNT_MAX.
コンパレータA(20)は、ノードN1の電圧VN1と所定の閾値電圧Vthとを比較し、ノードN1の電圧VN1≧閾値電圧Vthであれば、カウンタ出力C1をHighレベル(「1」)に設定し、ノードN1の電圧VN1<閾値電圧Vthであれば、カウンタ出力C1をLowレベル(「0」)に設定する。 Comparator A (20) compares the voltage VN 1 of node N 1 and a predetermined threshold voltage Vth, if the voltage VN 1 ≧ the threshold voltage Vth of the node N 1, the counter output C1 High level ( "1" set), if the voltage VN 1 <the threshold voltage Vth of the node N 1, sets the counter output C1 to Low level ( "0").
図6に例示するように、正常動作時においては、カウント値CNTが所定のカウント設定値CNT_MAXに達する前に、カウンタ出力C1がLowレベルからHighレベルに転じる(時刻t2)。したがって、ノードN1の電圧VN1が閾値電圧Vthまで達するのに要する時間が正常動作時の範囲内であり、スイッチング電源素子10に異常(例えば劣化の兆し)が生じていないと判断し、タイマA(30)は、アラート等を出力しない。 As illustrated in FIG. 6, during normal operation, the counter output C1 changes from the Low level to the High level before the count value CNT reaches the predetermined count setting value CNT_MAX (time t2). Accordingly, in the range time during normal operation required for the voltage VN 1 of node N 1 reaches the threshold voltage Vth, it is determined that an abnormality in the switching power supply device 10 (e.g., signs of deterioration) does not occur, the timer A (30) does not output an alert or the like.
図7は、実施の形態に係る半導体装置100における異常動作時のドライブN(図7(a))とノードN1の電圧VN1(図7(b))とタイマA(30)(図7(c))との関係を模式的に例示する。 7, the voltage VN 1 (FIG. 7 (b)) and a timer A (30) of the semiconductor device malfunction during drive N at 100 (FIG. 7 (a)) and the node N 1 according to the embodiment (FIG. 7 The relationship with (c)) is schematically illustrated.
図7に例示するように、異常動作時においては、カウント値CNTが所定のカウント設定値CNT_MAXに達しても、カウンタ出力C1はLowレベルのままである(カウンタ出力C1がLowレベルからHighレベルに転じるのは(時刻t2)、カウント値CNTが所定のカウント設定値CNT_MAXに達した後である)。したがって、ノードN1の電圧VN1が閾値電圧Vthまで達するのに要する時間が正常動作時に比べて長く、スイッチング電源素子10に異常(例えば劣化の兆し)が生じていると判断し、タイマA(30)は、アラート等を出力する。
As illustrated in FIG. 7, during an abnormal operation, even when the count value CNT reaches a predetermined count setting value CNT_MAX, the counter output C1 remains at the low level (the counter output C1 changes from the low level to the high level). It is turned (time t2) after the count value CNT reaches a predetermined count set value CNT_MAX). Therefore, it is determined that the time required for the voltage VN 1 at the node N 1 to reach the threshold voltage Vth is longer than that during normal operation, and that the switching
以上説明したように、I2Cシステムに適用した実施の形態に係る半導体装置100によれば、電源供給時における電圧変化を監視することで、スイッチング電源素子10などの劣化や故障等の異常の兆候をいち早く検知することができる。
As described above, according to the
(CANシステムに適用した半導体装置の構成例)
実施の形態に係る半導体装置100は、I2Cシステム以外にも、差動インタフェースを用いるLVDS(Low Voltage Differential Signaling)、DisplayPort(ディスプレイポート)、HDMI(登録商標)(High-Definition Multimedia Interface)、CAN(Controller Area Network)などにも適用することができる。
(Configuration example of semiconductor device applied to CAN system)
In addition to the I2C system, the
図8は、CANシステムに適用した実施の形態に係る半導体装置100の一例を模式的示す。
FIG. 8 schematically shows an example of the
実施の形態に係る半導体装置100においは、特定のデータフレームの特定ビットがHighレベルであることが確定している場合に、その特定ビットが所望の電圧に達するまでに要する時間をタイマA(30)が計測する。
In
異常検出回路40を備える半導体装置100は、CANデバイスSG1(61)、SG2(62)に接続され、CAN信号が正常の傾き且つ正常の所要時間でLowレベルからHighレベルあるいはHighレベルからLowレベルに変化するか否かを監視する。異常を検出した場合、半導体装置100は、CPU200に対してIRQ(Interrupt ReQuest:割り込み要求)信号を出力して、異常検出を通知する。
The
CPU200は、正常動作時には、CANデバイスSG1(61)、SG2(62)の機能を有効にするイネーブル信号EN1、EN2をそれぞれCANデバイスSG1(61)、SG2(62)に出力する。それに対して、半導体装置100からのIRQ信号を受信したCPU200は、IRQ信号に呼応して、CANデバイスSG1(61)、SG2(62)の機能を無効にするディスエーブル信号をイネーブル端子EN1、EN2からCANデバイスSG1(61)、SG2(62)にそれぞれ出力する。
During normal operation, the
以上説明したように、CANシステムに適用した実施の形態に係る半導体装置100によれば、CAN信号の電圧変化を監視することで、CANデバイスなどの劣化や故障等の異常の兆候をいち早く検知することができる。
As described above, according to the
(半導体装置を適用したI2Cシステムの別の構成例)
図9は、実施の形態に係る半導体装置100を適用したI2Cシステムの別の構成例を模式的に示す。
(Another configuration example of the I2C system to which the semiconductor device is applied)
FIG. 9 schematically shows another configuration example of the I2C system to which the
図9に例示するI2Cシステムにおいては、I2Cマスタブロック310とI2Cスレーブブロック320は、クロック線(SCL)とデータ線(SDA)の2本の信号線を介して、通信可能に接続されている。クロック線(SCL)とデータ線(SDA)は、プルアップ抵抗R1、R2でそれぞれプルアップされた双方向信号線である。
In the I2C system illustrated in FIG. 9, the
I2Cマスタデバイス(マスタ1)300は、I2Cマスタブロック310と実施の形態に係る半導体装置100とを内蔵したI2Cのマスタデバイスである。半導体装置100は、少なくとも実施の形態に係る異常検出回路40を備える。
The I2C master device (master 1) 300 is an I2C master device incorporating the
異常検出回路40を備える半導体装置100は、端子SDA1、SCL1を介してクロック線(SCL)とデータ線(SDA)に接続され、クロック線(SCL)とデータ線(SDA)の電圧が正常の傾き且つ正常の所要時間でLowレベルから所望の電圧Vcc(閾値電圧Vth)まで上昇するか否かを監視する。異常を検出した場合、半導体装置100は、CPU200に対してIRQ信号を出力して、異常検出を通知する。
The
CPU200は、正常動作時には、I2Cマスタブロック310とI2Cスレーブブロック320の機能を有効にするイネーブル信号SCL1、SDA1をそれぞれ2Cマスタブロック310とI2Cスレーブブロック320に出力する。
During normal operation, the
それに対して、半導体装置100からIRQ信号を受信したCPU200は、IRQ信号に呼応して、2Cマスタブロック310とI2Cスレーブブロック320の機能を無効にするディスエーブル信号SCL1、SDA1をそれぞれ2Cマスタブロック310とI2Cスレーブブロック320に出力することもできる。しかしながら、異常が発生しているこのような状況において、通常のI2C信号線(バス)を用いてイネーブル信号SCL1、SDA1を送信することは好ましくない場合もある。そこで、CPU200は、せめてI2Cマスタデバイス(マスタ1)300内のI2Cマスタブロック310だけでも機能停止させるために、非常用のI2C信号線(バス)を用いて、ディスエーブル信号SCL2、SDA2を、非常用のバスを用いて、I2Cマスタデバイス(マスタ1)300の非常用の端子SDA2、SCL2に出力する。
On the other hand, the
CPU200から非常用の端子SDA2、SCL2を介してディスエーブル信号SCL2、SDA2を受信した半導体装置100は、I2Cマスタデバイス(マスタ1)300内のI2Cマスタブロック310の機能を停止させる。
The
以上説明したように、半導体装置100を適用したI2Cシステムの別の構成例によれば、劣化や故障等の異常の兆候をいち早く検知することができるとともに、I2Cマスタブロック310などを安全に停止させることができる。
As described above, according to another configuration example of the I2C system to which the
(監視用LSI)
図10は、実施の形態に係る半導体装置100を集積化した監視用LSI70の一例を模式的に示す。監視用LSI70は、異常検出回路40(図示せず)を備える半導体装置100(図示せず)と、監視用レジスタ71とを備え、I2C信号線I2C1を介してCPU200と接続される。監視用LSI70は、異常を検出した場合、CPU200あるいは他のデバイスなどに対してIRQ信号を出力して、異常検出を通知する。
(Monitoring LSI)
FIG. 10 schematically shows an example of the monitoring
図11は、監視用LSI70の1つの適用例を模式的に示しており、I2Cマスタデバイス300は、I2Cマスタブロック310と監視用LSI70とを内蔵する。
FIG. 11 schematically shows one application example of the monitoring
なお、図11に示す例では、I2Cマスタブロック310と監視用LSI70とが一体化された例を示しているが、I2Cスレーブブロック320と監視用LSI70とが一体化されても良い。
In the example illustrated in FIG. 11, the
図12は、監視用LSIのさらに別の例を模式的に示しており、監視用LSI70は、I2Cマスタブロック310やI2Cスレーブブロック320とは独立した形で配備されている。
FIG. 12 schematically shows still another example of the monitoring LSI, and the monitoring
図13は、監視用LSI70(半導体装置100)を適用したCANシステムのバス構成例を模式的に示す。また、図14は、実施の形態に係る半導体装置を適用したCANシステムのCANパケットエラー訂正信号401とシリアルインタフェース402との関係を模式的に例示する。
FIG. 13 schematically shows a bus configuration example of a CAN system to which the monitoring LSI 70 (semiconductor device 100) is applied. FIG. 14 schematically illustrates the relationship between the CAN packet
(半導体装置の処理動作例)
図15は、実施の形態に係る半導体装置100(異常検出回路40)の処理動作例を概略的に示す。
(Processing operation example of semiconductor device)
FIG. 15 schematically shows a processing operation example of the semiconductor device 100 (abnormality detection circuit 40) according to the embodiment.
ステップS101において、ドライブNがHighレベルからLowレベルに転じると、タイマスタート信号SがタイマA(30)に供給され、ステップS102において、タイマA(30)は、カウント値CNTをカウントアップし始める。 In step S101, when the drive N changes from high level to low level, the timer start signal S is supplied to the timer A (30), and in step S102, the timer A (30) starts to count up the count value CNT.
次に、ステップS103において、タイマA(30)は、カウント値CNTが所定のカウント設定値CNT_MAXに達したか否かを判定する。ステップS103における判定の結果、カウント値CNTが所定のカウント設定値CNT_MAXに達していれば、ステップS108に進み、逆に、カウント値CNTが所定のカウント設定値CNT_MAXに達していなければ、ステップS104に進む。 Next, in step S103, the timer A (30) determines whether or not the count value CNT has reached a predetermined count set value CNT_MAX. As a result of the determination in step S103, if the count value CNT has reached the predetermined count set value CNT_MAX, the process proceeds to step S108. Conversely, if the count value CNT has not reached the predetermined count set value CNT_MAX, the process proceeds to step S104. move on.
ステップS104において、コンパレータA(20)は、ノードN1の電圧VN1と所定の閾値電圧Vthとを比較する。ステップS104における判定の結果、ノードN1の電圧VN1≧閾値電圧Vthであれば、コンパレータA(20)は、ステップS106において、カウンタ出力C1をHighレベル(「1」)に設定する。逆に、ノードN1の電圧VN1<閾値電圧Vthであれば、コンパレータA(20)は、ステップS105において、カウンタ出力C1をLowレベル(「0」)に設定する。 In step S104, the comparator A (20) compares the voltage VN 1 of node N 1 and a predetermined threshold voltage Vth. As a result of the judgment in the step S104, if the voltage VN 1 ≧ the threshold voltage Vth of the node N 1, the comparator A (20), in step S106, sets the counter output C1 to the High level ( "1"). Conversely, if the voltage VN 1 of the node N 1 <the threshold voltage Vth, the comparator A (20) sets the counter output C1 to the low level (“0”) in step S105.
次に、ステップS107において、タイマA(30)は、カウント値CNTをカウントアップする。 Next, in step S107, the timer A (30) counts up the count value CNT.
以上のステップS103〜S107の一連の処理を、カウント値CNTが所定のカウント設定値CNT_MAXに達するまで繰り返す。 The series of processes of steps S103 to S107 described above are repeated until the count value CNT reaches a predetermined count set value CNT_MAX.
ステップS103における判定の結果、カウント値CNTが所定のカウント設定値CNT_MAXに達していれば、次に、ステップS108において、半導体装置100は、カウンタ出力C1がHighレベルであるか否かを判定する。
If the count value CNT has reached the predetermined count set value CNT_MAX as a result of the determination in step S103, then in step S108, the
ステップS108における判定の結果、カウンタ出力C1がHighレベルである場合、所定の時間内に、ノードN1の電圧VN1が所望の電圧Vcc(閾値電圧Vth)に到達したためスイッチング電源素子10に異常(例えば劣化の兆し)が生じていないと判断し、一連の処理を終了する。
As a result of the judgment in the step S108, if the counter output C1 is High level, within a predetermined time, the voltage VN 1 of node N 1 is an abnormality in the switching
ステップS108における判定の結果、カウンタ出力C1がHighレベルでない(すなわち、カウンタ出力C1がLowレベルである)場合、所定の時間が経過しても、ノードN1の電圧VN1が所望の電圧Vcc(閾値電圧Vth)に到達していないのでスイッチング電源素子10に異常(例えば劣化の兆し)が生じていると判断し、半導体装置100は、ステップS109において、異常時の対応処理を実行する。ステップS109における異常時の対応処理としては、上述したように、アラート(例えば、警告メッセージ、警告音など)を出力する、CPU200に対してIRQ信号を出力して、電源の供給を停止する、電源の供給を縮小する、などが想定される。
Step S108 a result of the judgment in the counter output C1 is not High level (i.e., the counter output C1 is at Low level), even after the elapse of a predetermined time, the voltage VN 1 of node N 1 is the desired voltage Vcc ( Since the threshold voltage Vth has not been reached, it is determined that an abnormality (for example, a sign of deterioration) has occurred in the switching
以上説明したように、本実施の形態によれば、電源供給時における電圧変化を監視し、スイッチング電源素子などの劣化や故障等の異常の兆候をいち早く検知することができる異常検出回路およびその動作方法、半導体装置およびその動作方法、および通信システムを提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, an abnormality detection circuit that can monitor voltage changes during power supply and quickly detect signs of abnormality such as deterioration or failure of a switching power supply element and the operation thereof A method, a semiconductor device, an operation method thereof, and a communication system can be provided.
[その他の実施の形態]
上記のように、実施の形態について記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
[Other embodiments]
While the embodiments have been described as described above, the discussion and drawings that form part of this disclosure are illustrative and should not be construed as limiting. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
例えば、実施の形態においては、車載用の電子機器などに電源を供給する電源供給用装置(スイッチング電源素子10)を例にして説明したが、電源電圧を供給する対象は車載用の電子機器に限らず、様々な用途に用いられる電子機器に電源を供給することができる。 For example, in the embodiment, a power supply device (switching power supply element 10) that supplies power to a vehicle-mounted electronic device has been described as an example. Not limited to this, power can be supplied to electronic devices used for various purposes.
また、実施の形態においては、I2C、LVDS、DisplayPort、HDMI(登録商標)、CANなどの通信システムに半導体装置100を適用した例を説明したが、半導体装置100を適用する通信システムは、これらに限らず、SIO(Serial Input/Output)、UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter)など、様々な通信システムに適用可能である。
In the embodiments, the example in which the
このように、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。 As described above, various embodiments that are not described herein are included.
本実施の形態は、例えば、自動車、航空機、船舶、鉄道、ロケット、医療機器、産業機械、ロボットなど様々な分野の電子機器類などに適用可能である。 This embodiment can be applied to electronic devices in various fields such as automobiles, airplanes, ships, railways, rockets, medical equipment, industrial machines, robots, and the like.
10…スイッチング電源素子
40…異常検出回路
30…タイマA
20…コンパレータA
61…CANデバイスSG1
62…CANデバイスSG2
70…監視用LSI
71…監視用レジスタ
81…ブロックA
82…ブロックB
100…半導体装置
200…CPU
300…I2Cマスタデバイス(マスタ1)
310…I2Cマスタブロック
320…I2Cスレーブブロック
401…CANパケットエラー訂正信号
402…シリアルインタフェース
C1…カウンタ出力
CNT…カウント値
CNT_MAX…カウント設定値
EN1、EN2…イネーブル端子
EN1、EN2、SCL1、SDA1…イネーブル信号
I…電流
I2C1…I2C信号線
L−ch、R−ch…データ信号
M1…nMOSトランジスタ
N…ドライブ(Drive)
N1…ノード
RP、R1、R2…プルアップ抵抗
S…タイマスタート信号
SCL2、SDA2…ディスエーブル信号
SCL…クロック線
SDA…データ線
SDA1、SCL1…端子
SDA2、SCL2…非常用の端子
SP1、SP2、SP3…段階
t1、t2…時刻
Vcc…電源電圧(所望の電圧)
VN1…電圧
Vth…閾値電圧
DESCRIPTION OF
20 ... Comparator A
61 ... CAN device SG1
62 ... CAN device SG2
70: Monitoring LSI
71 ... Monitoring
82 ... Block B
100 ...
300 ... I2C master device (master 1)
310 ... I2C master block 320 ... I2C slave block 401 ... CAN packet
N 1, nodes RP, R 1 ,
VN 1 ... voltage Vth ... threshold voltage
Claims (21)
前記外部から入力される前記電圧と、所定の閾値電圧とを比較し、前記電圧が前記閾値電圧以上であれば、カウンタ出力を第1のレベルに設定し、前記電圧が閾値電圧未満であれば、前記カウンタ出力を第2のレベルに設定するコンパレータと
を備え、
前記タイマは、前記カウント値が前記所定のカウント設定値に達すると、前記コンパレータから出力される前記カウンタ出力を参照し、前記カウンタ出力が前記第1のレベルでない場合に異常が発生したと判断して異常時の対応処理を実行することを特徴とする異常検出回路。 A timer that starts counting up the count value when the voltage input from the outside starts rising, and executes the count-up until the count value reaches a predetermined count setting value;
The externally input voltage is compared with a predetermined threshold voltage. If the voltage is equal to or higher than the threshold voltage, the counter output is set to the first level. If the voltage is lower than the threshold voltage, A comparator for setting the counter output to a second level,
When the count value reaches the predetermined count setting value, the timer refers to the counter output output from the comparator, and determines that an abnormality has occurred when the counter output is not at the first level. An abnormality detection circuit characterized by executing an emergency response process.
前記電圧が正常の傾き且つ正常の所要時間で前記所望の電圧まで上昇しなかった場合、異常時の対応処理を実行することを特徴とする半導体装置。 An abnormality detection circuit for monitoring whether or not an abnormality has occurred, based on the slope and required time when the voltage input from the outside rises from the Low level to a desired voltage value,
A semiconductor device characterized in that when the voltage does not rise to the desired voltage with a normal slope and a normal required time, processing for handling an abnormality is executed.
前記外部から入力される前記電圧が上昇を始めるとカウント値のカウントアップを開始し、前記カウント値が所定のカウント設定値に達するまでカウントアップを実行するタイマと、
前記外部から入力される前記電圧と、所定の閾値電圧とを比較し、前記電圧が前記閾値電圧以上であれば、カウンタ出力を第1のレベルに設定し、前記電圧が閾値電圧未満であれば、前記カウンタ出力を第2のレベルに設定するコンパレータと
を備え、
前記タイマは、前記カウント値が前記所定のカウント設定値に達すると、前記コンパレータから出力される前記カウンタ出力を参照し、前記カウンタ出力が前記第1のレベルでない場合に異常が発生したと判断することを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。 The abnormality detection circuit is
A timer that starts counting up a count value when the voltage input from the outside starts increasing, and counts up until the count value reaches a predetermined count setting value;
The externally input voltage is compared with a predetermined threshold voltage. If the voltage is equal to or higher than the threshold voltage, the counter output is set to the first level. If the voltage is lower than the threshold voltage, A comparator for setting the counter output to a second level,
When the count value reaches the predetermined count setting value, the timer refers to the counter output output from the comparator, and determines that an abnormality has occurred when the counter output is not at the first level. The semiconductor device according to claim 4.
前記バスにプルアップされた電圧がLowレベルから所望の電圧値まで上昇する際の傾きと所要時間に基づいて、異常が発生したか否かを監視する異常検出回路を備え、前記電圧が正常の傾き且つ正常の所要時間で前記所望の電圧まで上昇しなかった場合、異常時の対応処理を実行する半導体装置を備えることを特徴とする通信システム。 A communication system for connecting a plurality of devices via a bus so that they can communicate with each other.
An abnormality detection circuit for monitoring whether or not an abnormality has occurred based on a slope and a required time when the voltage pulled up to the bus rises from a low level to a desired voltage value, and the voltage is normal A communication system comprising: a semiconductor device that executes a response process when an abnormality occurs when the voltage does not rise to the desired voltage in a slant and normal time.
前記プルアップされた前記電圧が上昇を始めるとカウント値のカウントアップを開始し、前記カウント値が所定のカウント設定値に達するまでカウントアップを実行するタイマと、
前記プルアップされた前記電圧と、所定の閾値電圧とを比較し、前記電圧が前記閾値電圧以上であれば、カウンタ出力を第1のレベルに設定し、前記電圧が閾値電圧未満であれば、前記カウンタ出力を第2のレベルに設定するコンパレータと
を備え、
前記タイマは、前記カウント値が前記所定のカウント設定値に達すると、前記コンパレータから出力される前記カウンタ出力を参照し、前記カウンタ出力が前記第1のレベルでない場合に前記異常時の対応処理を実行することを特徴とする請求項9に記載の通信システム。 The abnormality detection circuit is
A timer that starts counting up a count value when the pulled up voltage starts increasing, and counts up until the count value reaches a predetermined count setting value;
The pulled-up voltage is compared with a predetermined threshold voltage, and if the voltage is greater than or equal to the threshold voltage, the counter output is set to the first level, and if the voltage is less than the threshold voltage, A comparator for setting the counter output to a second level,
The timer refers to the counter output output from the comparator when the count value reaches the predetermined count set value, and performs the processing for the abnormality when the counter output is not the first level. The communication system according to claim 9, wherein the communication system is executed.
前記半導体装置は、前記異常時の対応処理として前記CPUに割り込み要求信号を送信し、
前記割り込み要求信号を受信した前記CPUは、前記複数のデバイスの機能を無効にするディスエーブル信号を、前記複数のデバイスに送信することを特徴とする請求項9〜13のいずれか1項に記載の通信システム。 A CPU that transmits an enable signal for enabling the functions of the plurality of devices to the plurality of devices;
The semiconductor device transmits an interrupt request signal to the CPU as a process for handling the abnormality,
14. The CPU according to claim 9, wherein the CPU that has received the interrupt request signal transmits a disable signal that disables the functions of the plurality of devices to the plurality of devices. Communication system.
コンパレータが、前記外部から入力される前記電圧と、所定の閾値電圧とを比較し、前記電圧が前記閾値電圧以上であれば、カウンタ出力を第1のレベルに設定し、前記電圧が閾値電圧未満であれば、前記カウンタ出力を第2のレベルに設定するステップと、
前記カウント値が前記所定のカウント設定値に達すると、前記タイマが、前記コンパレータから出力される前記カウンタ出力を参照し、前記カウンタ出力が前記第1のレベルでない場合に異常時の対応処理を実行するステップと
を有することを特徴とする異常検出回路の動作方法。 When the voltage input from the outside starts increasing, the timer starts counting up the count value, and executes the count up until the count value reaches a predetermined count setting value;
The comparator compares the voltage input from the outside with a predetermined threshold voltage, and if the voltage is equal to or higher than the threshold voltage, the counter output is set to the first level, and the voltage is less than the threshold voltage. If so, setting the counter output to a second level;
When the count value reaches the predetermined count setting value, the timer refers to the counter output output from the comparator, and executes a response process when the counter output is not the first level. And a step of operating the abnormality detection circuit.
前記電圧が正常の傾き且つ正常の所要時間で前記所望の電圧まで上昇しなかった場合、異常時の対応処理を実行するステップと
を有し、
前記異常が発生したか否かを監視するステップは、
前記外部から入力される前記電圧が上昇を始めると、タイマが、カウント値のカウントアップを開始し、前記カウント値が所定のカウント設定値に達するまでカウントアップを実行するステップと、
コンパレータが、前記外部から入力される前記電圧と、所定の閾値電圧とを比較し、前記電圧が前記閾値電圧以上であれば、カウンタ出力を第1のレベルに設定し、前記電圧が閾値電圧未満であれば、前記カウンタ出力を第2のレベルに設定するステップと、
前記カウント値が前記所定のカウント設定値に達すると、前記タイマが、前記コンパレータから出力される前記カウンタ出力を参照し、前記カウンタ出力が前記第1のレベルでない場合に異常時の対応処理を実行するステップと
を有することを特徴とする半導体装置の動作方法。 Monitoring whether or not an abnormality has occurred based on the slope and required time when the externally input voltage rises from a low level to a desired voltage value;
When the voltage does not rise to the desired voltage with a normal slope and a normal required time, a step of performing a response process at the time of abnormality is included.
Monitoring whether the abnormality has occurred,
When the voltage input from the outside starts to rise, a timer starts counting up the count value, and executes the count up until the count value reaches a predetermined count setting value;
The comparator compares the voltage input from the outside with a predetermined threshold voltage, and if the voltage is equal to or higher than the threshold voltage, the counter output is set to the first level, and the voltage is less than the threshold voltage. If so, setting the counter output to a second level;
When the count value reaches the predetermined count setting value, the timer refers to the counter output output from the comparator, and executes a response process when the counter output is not the first level. And a step of operating the semiconductor device.
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2016
- 2016-03-24 JP JP2016059666A patent/JP2017174980A/en active Pending
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