JP2021111670A - 半導体装置、半導体装置システム、および車載システム - Google Patents

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Abstract

【課題】端子数の削減を可能とする半導体装置を提供する。【解決手段】クロックを入出力可能なクロック端子と、データを入出力可能なデータ端子と、を有し、前記データ端子からは、前記クロック端子に入力または前記クロック端子から出力される前記クロックに同期させた前記データを出力し、前記クロック端子から前記クロックを出力する場合、前記データのデータ転送時であるか否かにかかわらず前記クロックを出力する、半導体装置としている。【選択図】図1

Description

本発明は、半導体装置に関する。
従来、PMIC(パワーマネジメントIC)と呼ばれる半導体装置が登場している。PMICでは、DC/DCコンバータ用の回路ブロックであるDC/DCブロックと、制御ロジック部と、を1つのICチップに集積化して、当該ICチップをパッケージ化している。DC/DCブロックは、複数設けられることが多い(このようなPMICの一例については特許文献1参照)。
特開2019−208141号公報
PMICでは、小型パッケージ品を実現するために、端子数の削減が要望されている。
上記状況に鑑み、本発明は、端子数の削減を可能とする半導体装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明の一態様に係る半導体装置は、
クロックを入出力可能なクロック端子と、
データを入出力可能なデータ端子と、
を有し、
前記データ端子からは、前記クロック端子に入力または前記クロック端子から出力される前記クロックに同期させた前記データを出力し、
前記クロック端子から前記クロックを出力する場合、前記データのデータ転送時であるか否かにかかわらず前記クロックを出力する構成としている(第1の構成)。
また、上記第1の構成において、制御ロジック部と、前記制御ロジック部用のシステムクロックを生成する第1オシレータと、を有し、前記クロックは、前記システムクロックに基づくクロックである構成としてもよい(第2の構成)。
また、上記第1または第2の構成において、DC/DCコンバータ用の回路ブロックである1つ以上のDC/DCブロックと、前記DC/DCブロック用のDC/DC用クロックを生成する第2オシレータと、を有し、前記クロックは、前記DC/DC用クロックに基づくクロックである構成としてもよい(第3の構成)。
また、上記第1から第3のいずれかの構成において、制御ロジック部と、DC/DCコンバータ用の回路ブロックである1つ以上のDC/DCブロックと、前記制御ロジック部用のシステムクロックを生成する第1オシレータと、前記DC/DCブロック用のDC/DC用クロックを生成する第2オシレータと、を有し、前記クロックを、前記システムクロックに基づくクロックとするか、前記DC/DC用クロックに基づくクロックとするかを設定可能である構成としてもよい(第4の構成)。
また、本発明の一態様に係る半導体装置システムは、マスターとしての上記いずれかの構成の半導体装置と、スレーブとしての上記いずれかの構成の1つ以上の半導体装置と、を有し、前記マスターとしての前記半導体装置は、前記クロックを出力し、前記スレーブとしての前記半導体装置は、前記クロックを入力される構成としている(第5の構成)。
また、上記第5の構成において、前記マスターとしての前記半導体装置の有する前記クロック端子と、前記スレーブとしての前記半導体装置の有する前記クロック端子とに接続されるクロックラインと、前記マスターとしての前記半導体装置の有する前記データ端子と、前記スレーブとしての前記半導体装置の有する前記データ端子とに接続されるデータラインと、を有する構成としてもよい(第6の構成)。
また、上記第5または第6の構成において、前記マスターおよび前記スレーブとしての前記半導体装置は、DC/DCコンバータ用の回路ブロックである1つ以上のDC/DCブロックを有する構成としてもよい(第7の構成)。
また、本発明の一態様に係る車載システムは、上記第7の構成の半導体装置システムと、前記DC/DCブロックにより生成される電源電圧を供給されるSOC(System-on-a-chip)と、を有する構成としている(第8の構成)。
また、上記第8の構成において、前記SOCは、ECU(Electronic Control Unit)用のSOCである構成としてもよい(第9の構成)。
本発明の半導体装置によれば、端子数の削減を可能とする。
本発明の例示的な実施形態に係るPMICシステムの構成を示す図である。 本発明の例示的な実施形態に係るPMICシステムの動作を示す図である(システムクロックの同期が設定された場合)。 本発明の例示的な実施形態に係るPMICシステムの動作を示す図である(DC/DC用クロックの同期が設定された場合)。 第1クロックとデータの波形例を示すタイミングチャートである。 第2クロックとデータの波形例を示すタイミングチャートである。 車載システムの一例を示す図である。 参考例に係るPMICシステムの構成を示す図である。
<参考例>
まず、本発明の実施形態について説明する前に、本発明の実施形態の特長を理解するための参考例について説明する。図7は、参考例に係るPMICシステム500の構成を示す図である。
図7に示すPMICシステム(半導体装置システム)500は、PMIC10,11,12と、クロックライン20と、データライン25と、同期クロックライン30と、を有する。
PMIC10,11,12は、いずれも、第1オシレータ1と、第2オシレータ2と、DC/DCブロック3A,3Bと、制御ロジック部4と、を1つのICチップに集積化して有し、当該ICチップをパッケージ化して構成される半導体装置(半導体パッケージ)である。
図7の例では、PMIC10は、マスターとして設定され、PMIC11,12は、それぞれスレーブとして設定される。ただし、PMIC10,11,12は、いずれもマスターとスレーブの両方に設定可能である。すなわち、PMIC10をスレーブに、PMIC11,12をそれぞれマスターに設定することも可能である。なお、スレーブとして用いるPMICは、図7の例のように2個に限らず、1個であっても、3個以上であってもよい。
第1オシレータ1は、制御ロジック部4用のシステムクロックを生成する。第2オシレータ2は、DC/DCブロック3A,3B用のDC/DC用クロックを生成する。DC/DCブロック3A,3Bは、DC/DCコンバータ用の回路ブロックである。
DC/DCブロック3A,3Bは、一例として、DC/DCコントローラ、ドライバ、およびスイッチングアームを有する。スイッチングアームは、DC電源電圧とグランド電位との間に直列に接続されるハイサイドのスイッチング素子とローサイドのスイッチング素子とから構成される。スイッチング素子は、例えばMOSFETやIGBTにより構成される。スイッチングアームに接続されるインダクタやコンデンサは、PMIC10,11,12の外部に配置される。
なお、DC/DCブロック3A,3Bは、DC/DCコントローラのみとして構成し、PMIC10,11,12の外部にドライバやスイッチング素子等を配置してもよい。また、PMICに設けられるDC/DCブロックは、図7に示すような2個に限らず、1個以上であればよい。すなわち、PMICに設けられるDC/DCブロックは、例えば1個や3個であってもよい。
第2オシレータ2により生成されるDC/DC用クロックの周波数は、DC/DCブロック3A,3Bによりスイッチング素子が駆動されるときのスイッチング周波数を規定する。
制御ロジック部4は、PMIC10,11,12の各部を制御する。また、制御ロジック部4は、後述するデータ転送用のデータを生成する。
また、PMIC10,11,12は、外部との電気的接続を確立するための外部端子(リード端子)として、クロック端子T11と、データ端子T12と、同期クロック端子T13と、を有する。なお、PMIC10,11,12は、図7では図示を省略しているが、例えば電源端子、イネーブル端子等の他の外部端子も有している。
PMIC10,11,12のそれぞれのクロック端子T11は、PMIC10,11,12の外部に配置されるクロックライン20に接続される。PMIC10,11,12のそれぞれのデータ端子T12は、PMIC10,11,12の外部に配置されるデータライン25に接続される。
マスターとしてのPMIC10は、自身のクロック端子T11からデータ転送用のデータクロックD_CLKを出力する。出力されたデータクロックD_CLKは、クロックライン20を介して、スレーブとしてのPMIC11,12のそれぞれのクロック端子T11に入力される。
マスターとしてのPMIC10は、自身が出力するデータクロックD_CLKに同期させて、自身のデータ端子T12からデータDTを出力する。出力されたデータDTは、データライン25を介してスレーブとしてのPMIC11,12のデータ端子T12に入力される。また、スレーブとしてのPMIC11,12は、PMIC10から出力されるデータクロックD_CLKに同期させて、自身のデータ端子T12からデータDTを出力する。出力されたデータDTは、データライン25を介してPMIC10のデータ端子T12に入力される。すなわち、データ転送は、マスターとスレーブとの間で双方向に行うことができる。
なお、PMIC10からのデータクロックD_CLKの出力は、データ転送時にのみ行われ、それ以外のときには行われない。また、データ転送方式は、I2C等、特に問わない。
また、PMIC10,11,12のそれぞれの同期クロック端子T13は、同期クロックライン30に接続される。マスターとしてのPMIC10は、自身の第1オシレータ1により生成されるシステムクロックを同期クロックSYN_CLKとして自身の同期クロック端子T13から出力する。出力された同期クロックSYN_CLKは、同期クロックライン30を介してスレーブとしてのPMIC11,12のそれぞれの同期クロック端子T13に入力される。PMIC11,12は、入力された同期クロックSYN_CLKを自身の制御ロジック部4用のシステムクロックとして使用する。これにより、マスターとスレーブとの間でシステムクロックを同期させることができる。
なお、マスターとしてのPMIC10は、自身の第2オシレータ2により生成されるDC/DC用クロックを同期クロックSYN_CLKとして自身の同期クロック端子T13から出力してもよい。この場合、出力された同期クロックSYN_CLKは、同期クロックライン30を介してスレーブとしてのPMIC11,12のそれぞれの同期クロック端子T13に入力される。PMIC11,12は、入力された同期クロックSYN_CLKを自身のDC/DCブロック3A,3B用のDC/DC用クロックとして使用する。これにより、マスターとスレーブとの間でDC/DC用クロックを同期させることができる。
このように、図7に示す構成では、マスターのPMICとスレーブのPMICとの間でクロックの同期を行うことが可能であるが、同期用に専用の端子である同期クロック端子T13が必要となり、PMICのパッケージ小型化が阻まれる課題がある。そこで、後述する本発明の実施形態では、図7に示す構成を改善することにより、PMICの端子数を削減しつつも、クロックの同期を可能としている。
<PMICシステムの構成>
以下、本発明の例示的な実施形態について説明する。図1は、本発明の例示的な実施形態に係るPMICシステム50の構成を示す図である。ここでは、先述した図7に示した参考例に係る構成との相違点について主に述べる。
図1に示すPMICシステム50は、マスターとしてのPMIC10と、スレーブとしてのPMIC11,12と、クロックライン20と、データライン25と、を有する。
PMICシステム10,11,12は、それぞれ参考例に係る構成と同様の第1オシレータ1、第2オシレータ2、DC/DCブロック3A,3B、および制御ロジック4に加え、OTP(One Time Programmable)メモリ5を1つのICチップに集積化して有している。
また、PMIC10,11,12は、参考例に係る構成と異なり、同期クロック端子T13を有していない。これにより、PMICシステム50は、参考例に係る構成と異なり、同期クロックライン30(図7)を有していない。
<PMICシステムの動作>
このような構成のPMICシステム50の動作について述べる。ここで、PMICシステム50においては、PMIC10,11,12のそれぞれのOTPメモリ5にあらかじめ、システムクロックとDC/DC用クロックのいずれを同期させるかが設定される。
システムクロックの同期がOTPメモリ5に設定されている場合、次の動作となる。図2に示すように、マスターとしてのPMIC10は、自身の第1オシレータ1により生成されるシステムクロックを第1クロックCLK1として自身のクロック端子T11から出力する。出力された第1クロックCLK1は、クロックライン20を介してスレーブとしてのPMIC11,12のそれぞれのクロック端子T11に入力される。PMIC11,12は、入力された第1クロックCLK1を自身の制御ロジック部4用のシステムクロックとして使用する。これにより、マスターとスレーブとの間でシステムクロックを同期させることができる。このとき、スレーブとしてのPMIC11,12は、自身の第1オシレータ1の動作を停止させてもよいし、自身の第1オシレータ1により生成されるシステムクロックを使用しないようにしてもよい。
ここで、本実施形態の特長として、マスターであるPMIC10は、後述するデータ転送時であるか否かにかかわらず、常に第1クロックCLK1を自身のクロック端子T11から出力する。
データ転送時は以下の動作となる。マスターとしてのPMIC10は、自身が出力する第1クロックCLK1に同期させて、自身のデータ端子T12からデータDTを出力する。出力されたデータDTは、データライン25を介してスレーブとしてのPMIC11,12のデータ端子T12に入力される。また、スレーブとしてのPMIC11,12は、PMIC10から出力される第1クロックCLK1に同期させて、自身のデータ端子T12からデータDTを出力する。出力されたデータDTは、データライン25を介してPMIC10のデータ端子T12に入力される。すなわち、データ転送は、マスターとスレーブとの間で双方向に行うことができる。
ここで、図4は、第1クロックCLK1と、マスターであるPMIC10、またはスレーブであるPMCI11,12が出力するデータDTの波形例を示すタイミングチャートである。第1クロックCLK1は、所定の周波数f1でハイレベルとローレベルが交互に繰り返されるパルス波形である。周波数f1は、例えば1MHzである。
図4に示す破線で示すタイミングは、データDTのハイレベルまたはローレベルを出力するタイミングである。すなわち、図4に示すように、データDTは、第1クロックCLK1の立上りエッジ/立下りエッジを受けて次のエッジまでにハイレベルまたはローレベルが出力される。このようにして、データDTは、第1クロックCLK1と同期されて出力される。
このように本実施形態では、システムクロックの同期とデータ転送とで第1クロックCLK1を共用するので、参考例に係る構成(図7)のような同期クロック端子T13が不要となる。
一方、DC/DC用クロックの同期がOTPメモリ5に設定されている場合、次の動作となる。図3に示すように、マスターとしてのPMIC10は、自身の第2オシレータ2により生成されるDC/DC用クロックを第2クロックCLK2として自身のクロック端子T11から出力する。出力された第2クロックCLK2は、クロックライン20を介してスレーブとしてのPMIC11,12のそれぞれのクロック端子T11に入力される。PMIC11,12は、入力された第2クロックCLK2を自身のDC/DCブロック3A,3B用のDC/DC用クロックとして使用する。これにより、マスターとスレーブとの間でDC/DC用クロックを同期させることができる。このとき、スレーブとしてのPMIC11,12は、自身の第2オシレータ2の動作を停止させてもよいし、自身の第2オシレータ2により生成されるDC/DC用クロックを使用しないようにしてもよい。
ここで、本実施形態の特長として、マスターであるPMIC10は、後述するデータ転送時であるか否かにかかわらず、常に第2クロックCLK2を自身のクロック端子T11から出力する。
データ転送時は以下の動作となる。マスターとしてのPMIC10は、自身が出力する第2クロックCLK2に同期させて、自身のデータ端子T12からデータDTを出力する。出力されたデータDTは、データライン25を介してスレーブとしてのPMIC11,12のデータ端子T12に入力される。また、スレーブとしてのPMIC11,12は、PMIC10から出力される第2クロックCLK2に同期させて、自身のデータ端子T12からデータDTを出力する。出力されたデータDTは、データライン25を介してPMIC10のデータ端子T12に入力される。すなわち、データ転送は、マスターとスレーブとの間で双方向に行うことができる。
ここで、図5は、第2クロックCLK2と、マスターであるPMIC10、またはスレーブであるPMCI11,12が出力するデータDTの波形例を示すタイミングチャートである。第2クロックCLK2は、所定の周波数f2でハイレベルとローレベルが交互に繰り返されるパルス波形である。周波数f2は、周波数f1よりも高く、例えば4MHzである。
図5に示す破線で示すタイミングは、データDTのハイレベルまたはローレベルを出力するタイミングである。すなわち、図5に示すように、第2クロックCLK2の1回目の立上りエッジから5回目の立上りエッジまでの期間を一区間Tとして、データDTは、第2クロックCLK2の1回目の立上りエッジを受けて3回目の立上りエッジまでにハイレベルまたはローレベルが出力され、第2クロックCLK2の3回目の立上りエッジを受けて5回目の立上りエッジまでにハイレベルまたはローレベルが出力される。このような出力が一区間Tごとに行われることで、データDTは、第2クロックCLK2と同期されて出力される。
このように本実施形態では、DC/DC用クロックの同期とデータ転送とで第2クロックCLK2を共用するので、参考例に係る構成(図7)のような同期クロック端子T13が不要となる。
以上のように、本実施形態では、参考例に係る構成のような同期クロック端子T13が不要となるので、端子数を削減することが可能となり、PMICのパッケージ小型化を図ることができる。
なお、クロックを出力するインタフェースおよびデータを出力するインタフェースは、例えば、オープンドレインにより構成してもよいし、プッシュプル回路により構成してもよい。インタフェースをオープンドレインにより構成する場合は、クロックライン20およびデータライン25を抵抗により電源電圧にプルアップさせる。
<PMICの適用例>
図6は、先述した本発明の実施形態に係るPMICシステムの適用対象例としての車載システム90を示すブロック図である。
図6に示す車載システム90は、PMIC60と、SOC(System-on-a-chip)70と、PMICシステム65と、SOC71と、MCU(マイコン)80と、を有している。
SOC70は、車載カメラ用のSOCであり、PMIC60から電源電圧を供給される。なお、図6では、PMIC60および後述するPMIC61,62,63は、それぞれ一例として、3チャンネルのDC/DCブロックを有している。
PMICシステム65は、マスターとしてのPMIC61と、スレーブとしてのPMIC62,63と、を有する。すなわち、PMIC61は、先述した実施形態のPMIC10に相当し、PMIC62,63は、先述した実施形態のPMIC11,12に相当する。
SOC71は、ECU(Electronic Control Unit)用のSOCであり、PMIC61,62,63から電源電圧を供給される。SOC71は、SOC70よりも多くの電力が必要であるため、3個のPMICから電源電圧を供給される。
MCU80は、SOC70,71を監視するマイコンである。
<その他>
なお、上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
本発明は、例えば、PMICに利用することができる。
1 第1オシレータ
2 第2オシレータ
3A,3B DC/DCブロック
4 制御ロジック部
5 OTPメモリ
10,11,12 PMIC
20 クロックライン
25 データライン
30 同期クロックライン
50,500 PMICシステム
60,61,62,63 PMIC
65 PMICシステム
70,71 SOC
80 MCU
90 車載システム
T11 クロック端子
T12 データ端子
T13 同期クロック端子

Claims (9)

  1. クロックを入出力可能なクロック端子と、
    データを入出力可能なデータ端子と、
    を有し、
    前記データ端子からは、前記クロック端子に入力または前記クロック端子から出力される前記クロックに同期させた前記データを出力し、
    前記クロック端子から前記クロックを出力する場合、前記データのデータ転送時であるか否かにかかわらず前記クロックを出力する、半導体装置。
  2. 制御ロジック部と、
    前記制御ロジック部用のシステムクロックを生成する第1オシレータと、
    を有し、
    前記クロックは、前記システムクロックに基づくクロックである、請求項1に記載の半導体装置。
  3. DC/DCコンバータ用の回路ブロックである1つ以上のDC/DCブロックと、
    前記DC/DCブロック用のDC/DC用クロックを生成する第2オシレータと、
    を有し、
    前記クロックは、前記DC/DC用クロックに基づくクロックである、請求項1または請求項2に記載の半導体装置。
  4. 制御ロジック部と、
    DC/DCコンバータ用の回路ブロックである1つ以上のDC/DCブロックと、
    前記制御ロジック部用のシステムクロックを生成する第1オシレータと、
    前記DC/DCブロック用のDC/DC用クロックを生成する第2オシレータと、
    を有し、
    前記クロックを、前記システムクロックに基づくクロックとするか、前記DC/DC用クロックに基づくクロックとするかを設定可能である、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の半導体装置。
  5. マスターとしての請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の半導体装置と、
    スレーブとしての請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の1つ以上の半導体装置と、を有し、
    前記マスターとしての前記半導体装置は、前記クロックを出力し、
    前記スレーブとしての前記半導体装置は、前記クロックを入力される、半導体装置システム。
  6. 前記マスターとしての前記半導体装置の有する前記クロック端子と、前記スレーブとしての前記半導体装置の有する前記クロック端子とに接続されるクロックラインと、
    前記マスターとしての前記半導体装置の有する前記データ端子と、前記スレーブとしての前記半導体装置の有する前記データ端子とに接続されるデータラインと、を有する、請求項5に記載の半導体装置システム。
  7. 前記マスターおよび前記スレーブとしての前記半導体装置は、DC/DCコンバータ用の回路ブロックである1つ以上のDC/DCブロックを有する、請求項5または請求項6に記載の半導体装置システム。
  8. 請求項7に記載の半導体装置システムと、
    前記DC/DCブロックにより生成される電源電圧を供給されるSOC(System-on-a-chip)と、を有する、車載システム。
  9. 前記SOCは、ECU(Electronic Control Unit)用のSOCである、請求項8に記載の車載システム。
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