JP2021143890A - 故障検出回路及び半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置が未動作のときであっても、故障検出を可能にする。【解決手段】第１レベルと第２レベルとで周期的に切り替わるレベルを有する第１信号を出力する第１信号発生回路と、第１レベル又は第２レベルを有する第２信号が第１信号と同じレベルを有する間は第１レベルを有するとともに、第２信号が第１信号と相違するレベルを有する間は第２レベルを有する第３信号を出力する第１回路と、第３信号が有するレベルと同じレベルを有する第４信号が第１信号と同じレベルを有する間は第１レベルを有するとともに、第４信号が第１信号と相違するレベルを有する間は第２レベルを有する第５信号を出力する第２回路と、第２信号及び第５信号が同じレベルを有する間は第３レベルを有するとともに、第２信号及び第５信号が相違するレベルを有するときに第４レベルを有する第６信号を出力する第３回路とを備える。【選択図】図２

Description

実施形態は、概して故障検出回路に関する。

自動車や工場の産業機械などでの用途で、半導体装置の論理回路に対する故障診断回路が知られている。そのような故障診断回路は、回路規模の増大を低減できることが求められる。

米国特許出願公開第２０１８／１９８４１６号明細書

故障診断回路による回路規模の増大を低減させる。また、診断を行うためのソフトウェア負荷の増加によるパフォーマンス低下を回避する。

実施形態の故障検出回路は、第１信号発生回路と、第１回路と、第２回路と、第３回路とを備える。第１信号発生回路は、第１レベルと第２レベルとで周期的に切り替わるレベルを有する第１信号を出力する。第１回路は第１レベル又は第２レベルを有する第２信号が、第１信号と同じレベルを有する間は第１レベルを有するとともに、第２信号が第１信号と相違するレベルを有する間は第２レベルを有する第３信号を出力する。第２回路は、第３信号が有するレベルと同じレベルを有する第４信号が第１信号と同じレベルを有する間は第１レベルを有するとともに、第４信号が第１信号と相違するレベルを有する間は第２レベルを有する第５信号を出力する。第３回路は、第２信号及び第５信号が同じレベルを有する間は第３レベルを有するとともに、第２信号及び第５信号が相違するレベルを有するときに第４レベルを有する第６信号を出力する。

図１は、第１実施形態に係るシステム１００における機能ブロックを示す。 図２は、第１実施形態に係る半導体装置１における機能ブロックを示す。 図３は、第１実施形態に係る半導体装置１が正常状態にあり、且つ未動作であるときの各信号のタイミングチャートの一例を示す。 図４は、第１実施形態に係る半導体装置１が正常状態にあり、且つ通信開始をしたときの各信号のタイミングチャートの一例を示す。 図５は、第１実施形態に係る半導体装置１が異常状態にあり、且つ未動作であるときの各信号のタイミングチャートの一例を示す。 図６は、第１実施形態の比較例に係る半導体装置１における機能ブロックを示す。 図７は、第１実施形態の比較例に係る半導体装置１が正常状態にあり、且つ通信開始をした時の各信号のタイミングチャートの一例を示す。 図８は、第１実施形態の比較例に係る半導体装置１が異常状態にあり、且つ通信開始をした時の各信号のタイミングチャートの一例を示す。 図９は、第２実施形態に係る半導体装置１における機能ブロックを示す。 図１０は、第２実施形態に係る半導体装置１のクロック信号の伝送の例を示す。 図１１は、第２実施形態に係る半導体装置１が正常状態にあり、且つ未動作であるときの各信号のタイミングチャートの一例を示す。 図１２は、第２実施形態に係る半導体装置１が正常状態にあり、且つ通信開始をしたときの各信号のタイミングチャートの一例を示す。 図１３は、第２実施形態に係る半導体装置１が異常状態にあり、且つ未動作であるときの各信号のタイミングチャートの一例を示す。 図１４は、第３実施形態に係る半導体装置１における機能ブロックを示す。 図１５は、第３実施形態に係る半導体装置１が正常状態にあり、且つ未動作であるときの各信号のタイミングチャートの一例を示す。 図１６は、第３実施形態に係る半導体装置１が正常状態にあり、且つ通信開始をしたときの各信号のタイミングチャートの一例を示す。 図１７は、第３実施形態に係る半導体装置１が異常状態にあり、且つ未動作であるときの各信号のタイミングチャートの一例を示す。 図１８は、第４実施形態に係る半導体装置１における機能ブロックを示す。 図１９は、第４実施形態に係る半導体装置１が正常状態にあり、且つ未動作であるときの各信号のタイミングチャートの一例を示す。 図２０は、第４実施形態に係る半導体装置１が正常状態にあり、且つ通信開始をしたときの各信号のタイミングチャートの一例を示す。 図２１は、第４実施形態に係る半導体装置１が異常状態にあり、且つ未動作であるときの各信号のタイミングチャートの一例を示す。

以下に実施形態が図面を参照して記述される。以下の記述において、略同一の機能および構成を有する構成要素は同一符号を付され、繰り返しの説明は省略される場合がある。各機能ブロックは、ハードウェア、コンピュータソフトウェアのいずれかまたは両者を組み合わせたものとして実現することができる。このため、各機能ブロックがこれらのいずれでもあることが明確となるように、概してそれらの機能の観点から記述される。また、各機能ブロックが、以下の例のように区別されていることは必須ではない。例えば、一部の機能が例示の機能ブロックとは別の機能ブロックによって実行されてもよい。さらに、例示の機能ブロックがさらに細かい機能サブブロックに分割されていてもよい。

また、実施形態の方法のフローにおけるいずれのステップも、例示の順序に限定されず、そうでないと示されない限り、例示の順序とは異なる順序でおよび（または）別のステップと並行して起こることが可能である。

本明細書および特許請求の範囲において、ある第１要素が別の第２要素に「接続されている」とは、第１要素が直接的または常時あるいは選択的に導電性となる要素を介して第２要素に接続されていることを含む。

また、本明細書において、或る信号についての“Ｈ”レベル及び“Ｌ”レベルは、当該信号が取り得る２つのレベルのうちの高い方と低い方を、それぞれ指すに過ぎない。したがって、或る信号の“Ｈ”レベルと別の信号の“Ｈ”レベルが同じ電位を有するとは限らず、或る信号の“Ｌ”レベルと別の信号の“Ｌ”レベルが同じ電位を有するとは限らない。

同様に、特許請求の範囲において、或る信号の第１レベルと別の信号の第１レベルが同じ電位を有するとは限らず、或る信号の第２レベルと別の信号の第２レベルが同じ電位を有するとは限らない。各信号についての第１レベルは、当該信号が取り得る２つのレベルのうちの一方を指し、各信号についての第２レベルは、当該信号が取り得る２つのレベルのうちの他方を指すに過ぎない。よって、或る信号が第１レベルを有するとともに別の信号が第１レベルを有することは、当該２つの信号がともに２つのレベルのうちの高い方を有すること、又は、当該２つの信号がともに２つのレベルのうちの低い方を有することを指す。

本明細書において、「半導体装置１が正常状態にある」とは、半導体装置１に含まれる全ての装置や導線がプログラム通りに機能している状態を指す。例えば、正常状態とは、ある装置において、受信信号のレベルを正確に受信し、受信した信号のレベルに基づいた正確な処理し、次の送信先に情報の誤りや抜けが無い状態の信号を伝送出来る等の状態である。「半導体装置１が異常状態にある」とは、半導体装置１に含まれる装置の中の少なくとも１つが、信号を正確に受信できない、処理できない、及び（又は）送信出来ない等の不具合を抱えている状態である。例えば、異常状態にある装置は、どのような受信信号を受信した場合においても、“Ｌ”レベルの信号を送信してしまう等、次の送信先に対して誤った情報の信号を送信してしまう。

［１］第１実施形態
［１−１］構成
図１は、第１実施形態に係るシステム１００における機能ブロックを示す。システム１００は、例えば車として実現されることができる。図１に示されるように、システム１００は、通信モジュール２００及びコントローラ３００を含む。コントローラ３００は、例えばシステム１００中の他の機能ブロックを制御する。そのような他の機能ブロックの例は、システム１００が車である場合、ブレーキを含む。

通信モジュール２００は、半導体装置１及び半導体装置２を含む。半導体装置２は、例えば、マイクロコンピュータであり、記憶媒体に保持されたコード（プログラム）に基づいて動作する。半導体装置２は、コードに基づいて、種々の制御信号を生成し、生成された制御信号を出力する。制御信号は、種々の情報の通知のための信号や、データを含む。

半導体装置１は、半導体装置２から制御信号を受信する。半導体装置１は、制御信号に基づいて動作する。半導体装置１は、必要に応じて制御信号に対して処理を行う。半導体装置１は、制御信号及び（又は）半導体装置１の状態に基づいて、異常検出信号を生成する。半導体装置１は、異常検出信号を出力する。

コントローラ３００は、半導体装置１から異常検出信号を受信する。コントローラ３００は、異常検出信号を受信すると、異常検出信号に基づいて、他の機能ブロックを制御する。

図２は、第１実施形態に係る半導体装置１における機能ブロックを示す。図２に示されるように、半導体装置１は、端子制御モジュール３、通信制御モジュール４、メモリ５、割り込みコントローラ６、排他的論理和（ＥＸＯＲ）ゲート７及び８、低周波信号発生回路９、並びに比較回路１０を含む。また、半導体装置１は、ノードＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤを含む。ＥＸＯＲゲート７及び８、低周波信号発生回路９、並びに比較回路１０は故障検出回路４００として機能する。

半導体装置１における各要素の機能が以下に記述される。ＥＸＯＲゲートは、第１入力端、第２入力端、及び出力端を有する。ＥＸＯＲゲートは、第１入力端で受信される信号のレベルと、第２入力端で受信される信号のレベルの排他的論理和を出力する。ＥＸＯＲゲート７は、第１入力端において、ノードＡに接続されている。ノードＡは、半導体装置２と接続されており、半導体装置２からの制御信号を伝送する。ＥＸＯＲゲート７の出力端は、ノードＢと接続されている。

端子制御モジュール３は、入力端において、ノードＢと接続されている。端子制御モジュール３は、入力端で受け取られた信号に対して、必要に応じて、簡単な処理を行う。端子制御モジュール３により行われる処理は、例えば、信号のレベルを反転することを含む。端子制御モジュール３は、処理に基づいて生成される信号を出力する。第１実施形態及び後述の各実施形態に関する限りにおいては、端子制御モジュール３は、入力端において受け取られた信号をそのまま出力する。端子制御モジュール３の出力端は、ノードＣと接続されている。

ＥＸＯＲゲート８は、第１入力端において、ノードＣと接続されている。

低周波信号発生回路９は、図示せぬクロック信号を受け取り、クロック信号に基づいて、低周波信号を発生させる。低周波信号は周期的にレベルが変化する信号である。低周波信号は、ＥＸＯＲゲート７の第２入力端、及びＥＸＯＲゲート８の第２入力端に供給される。ＥＸＯＲゲート８の出力端は、ノードＤと接続されている。

通信制御モジュール４は、入力端において、ノードＤと接続されている。通信制御モジュール４は、入力端で受け取られた信号に基づいて、種々の信号及びデータを生成する。通信制御モジュール４は、また、受け取られた信号から制御データを取り出す。通信制御モジュール４は、受け取られた信号に対して判定を行い、判定の結果に基づいて割り込み信号を生成する。割り込み信号は、例えば、入力端において受け取られた信号にエラーが含まれている場合に生成される。

メモリ５は、通信制御モジュール４から制御データを受け取る。制御データは、例えば、システム１００中の他の機能ブロックにより使用される。

割り込みコントローラ６は、通信制御モジュール４から割り込み信号を受け取る。割り込みコントローラ６は、割り込み信号に基づいて、システム１００中での割り込み処理を制御する。

比較回路１０は、第１入力端においてノードＤと接続され、第２入力端においてノードＡと接続されている。比較回路１０は、第１入力端において信号（比較回路信号１）を受け取り、第２入力端において制御信号を受け取る。比較回路１０は、比較回路信号１と制御信号を比較する。比較回路１０は、比較の結果に基づいて、信号を出力する。出力される信号は、異常検出信号として機能する。比較回路１０は、比較回路信号１及び制御信号の有するレベルが常に同じであるとき、“Ｌ”レベルの異常検出信号を出力する。一方、比較回路１０は、比較回路信号１及び制御信号の有するレベルが異なることを検出すると、“Ｈ”レベルの異常検出信号を出力する。一度、比較回路信号１及び制御信号の有するレベルが異なることが検出されると、不一致が検出された旨を示す値（例えば“Ｈ”レベル）が内部のラッチ回路において保持される。そして、比較回路１０は、内部ラッチ回路によって“Ｈ”レベルが保持されている間、“Ｈ”レベルの異常検出信号を出力し続ける。このため、異常検出信号が“Ｈ”レベルに立ち上がった後は、異常検出信号は常に“Ｈ”レベルである。例えば異常検出信号が解除されるまでは、異常検出信号は常に“Ｈ”レベルであり、比較回路信号１及び制御信号の有するレベルに依存しない。

［１−２］各信号のタイミングチャート
以下では、第１実施形態に係る半導体装置１における、各信号のタイミングチャートの一例について説明される。各動作時において、第１実施形態に係る半導体装置１は、以下のようなタイミングチャートを示す。

［１−２−１］正常状態且つ未動作時
図３は、第１実施形態に係る半導体装置１が正常状態にあり、且つ未動作であるときの各信号のタイミングチャートの一例を示す。図３中の制御信号（Ａ）、制御信号（Ｂ）、制御信号（Ｃ）、及び制御信号（Ｄ）は、それぞれ、図２のノードＡ、ノードＢ、ノードＣ、及びノードＤの信号を指す。

制御信号（Ａ）は、未動作時の信号であるため、常に“Ｌ”レベルである。

低周波信号は、低周波信号は周期的に“Ｌ”レベルと“Ｈ”レベルとを繰り返す信号である。図３の例では、低周波信号の１周期は、時刻ｔ１から時刻ｔ３にわたり、低周波信号は、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで“Ｌ”レベルを維持し、時刻ｔ２から時刻ｔ３まで“Ｈ”レベルを維持する。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間、および時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間は、時刻ｔ１からｔ３までの期間の半分である。

また、時刻ｔ３から時刻ｔ５までの期間及び時刻ｔ５から時刻ｔ７までの期間は、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間と同じであり、１周期分の期間である。時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間は、時刻ｔ３から時刻ｔ５までの期間の半分である。時刻ｔ５から時刻ｔ６までの期間は、時刻ｔ５から時刻ｔ７までの期間の半分である。

制御信号（Ｂ）は、低周波信号のレベルと同じレベルを有する。これはＥＸＯＲゲート７が、受信した制御信号（Ａ）と低周波信号とのレベルの排他的論理和を制御信号（Ｂ）として送信するためである。時刻ｔ１から時刻ｔ２において、制御信号（Ａ）は“Ｌ”レベル、且つ低周波信号は“Ｌ”レベルであるため、ＥＸＯＲゲート７は“Ｌ”レベルの制御信号（Ｂ）を送信する。時刻ｔ２から時刻ｔ３において、制御信号（Ａ）は“Ｌ”レベル、且つ低周波信号は“Ｈ”レベルであるため、ＥＸＯＲゲート７は“Ｈ”レベルの制御信号（Ｂ）を送信する。これを周期的に繰り返すため、制御信号（Ｂ）は、低周波信号のレベルと同じレベルを有する。

制御信号（Ｃ）は、制御信号（Ｂ）及び低周波信号と同一の信号である。図３は、端子制御モジュール３が正常に動作している例であるため、制御信号（Ｃ）は、受信した制御信号（Ｂ）のレベルと同じレベルを有する。

制御信号（Ｄ）は、常に“Ｌ”レベルである。これはＥＸＯＲゲート８が、受信した制御信号（Ｃ）と低周波信号とのレベルの排他的論理和を制御信号（Ｄ）として送信するためである。前述の通り、制御信号（Ｃ）と低周波信号とは同一の信号である。具体的には、時刻ｔ１から時刻ｔ２において、制御信号（Ｃ）は“Ｌ”レベル、且つ低周波信号は“Ｌ”レベルであるため、ＥＸＯＲゲート８は“Ｌ”レベルの制御信号（Ｄ）を送信する。時刻ｔ２から時刻ｔ３において、制御信号（Ｃ）は“Ｈ”レベル、且つ低周波信号は“Ｈ”レベルであるため、ＥＸＯＲゲート８は“Ｌ”レベルの制御信号（Ｄ）を送信する。これを周期的に繰り返すため、制御信号（Ｄ）は、常に“Ｌ”レベルの信号となる。このように、未動作時且つ端子制御モジュール３が正常に動作している例において、制御信号（Ｄ）は、制御信号（Ａ）のレベルと同じレベルを有する。

異常検出信号は、常に“Ｌ”レベルである。これは前述の通り、制御信号（Ａ）及び制御信号（Ｄ）が常に同じレベルの信号であるため、比較回路１０が常に“Ｌ”レベルの異常制御信号を送信するからである。すなわち、第１実施形態に係る半導体装置１が正常状態にあり、且つ未動作であるとき、異常検出信号は、常に“Ｌ”レベルとなる。

［１−２−２］正常状態且つ通信開始時
図４は、第１実施形態に係る半導体装置１が正常状態にあり、且つ通信開始をしたときの各信号のタイミングチャートの一例を示す。図４中の制御信号（Ａ）、制御信号（Ｂ）、制御信号（Ｃ）、及び制御信号（Ｄ）は、それぞれ、図３と同様の信号を指す。また、図４中の時刻ｔ１〜ｔ７は、それぞれ、図３と同様の時刻を指す。

制御信号（Ａ）は、時刻ｔｘから時刻ｔｙまで“Ｈ”レベルを維持し、その他の期間は“Ｌ”レベルを維持する。時刻ｔｘは、時刻ｔ４と時刻ｔ５との中間の時刻である。時刻ｔｙは、時刻ｔｘと時刻ｔ５との中間の時刻である。時刻ｔｘから時刻ｔｙまでの期間は、時刻ｔ４からｔ５までの期間の４分の１である。時刻ｔｘから時刻ｔｙまでの“Ｈ”レベルの信号は、起動信号と称される。起動信号は、データ送付の開始を通知するものである。

低周波信号は、図３と同様である。

制御信号（Ｂ）は、時刻ｔｘから時刻ｔｙまで“Ｌ”レベルを維持し、その他の期間は低周波信号と同一の信号である。これは図３と同様に、ＥＸＯＲゲート７が、受信した制御信号（Ａ）と低周波信号とのレベルの排他的論理和を制御信号（Ｂ）として送信するためである。時刻ｔｘから時刻ｔｙにおいて、制御信号（Ａ）は“Ｈ”レベル、且つ低周波信号は“Ｈ”レベルであるため、ＥＸＯＲゲート７は“Ｌ”レベルの制御信号（Ｂ）を送信する。時刻ｔｘから時刻ｔｙまでの期間以外の期間においては、ＥＸＯＲゲート７は図３と同様に制御信号（Ｂ）を送信し、制御信号（Ｂ）は、低周波信号のレベルと同じレベルを有する。

制御信号（Ｃ）は、制御信号（Ｂ）及び低周波信号のレベルと同じレベルを有する。図４は、図３と同様に、端子制御モジュール３が正常に動作している例であるため、制御信号（Ｃ）は、受信した制御信号（Ｂ）のレベルと同じレベルを有する。

制御信号（Ｄ）は、時刻ｔｘから時刻ｔｙまで“Ｈ”レベルを維持し、その他の期間は“Ｌ”レベルを維持する。これはＥＸＯＲゲート８が、受信した制御信号（Ｃ）と低周波信号とのレベルの排他的論理和を制御信号（Ｄ）として送信するためである。前述の通り、制御信号（Ｃ）と低周波信号とは、時刻ｔｘから時刻ｔｙまでの期間以外の期間において、同一の信号である。具体的には、時刻ｔｘから時刻ｔｙにおいて、制御信号（Ｃ）は“Ｈ”レベル、且つ低周波信号は“Ｈ”レベルであるため、ＥＸＯＲゲート８は“Ｌ”レベルの制御信号（Ｄ）を送信する。時刻ｔｘから時刻ｔｙまでの期間以外の期間においては、ＥＸＯＲゲート８は図３と同様に制御信号（Ｄ）を送信し、制御信号（Ｄ）は、“Ｌ”レベルを維持する。このように、通信開始時且つ端子制御モジュール３が正常に動作している例において、制御信号（Ｄ）は、制御信号（Ａ）のレベルと同じレベルを有する。

異常検出信号は、常に“Ｌ”レベルである。これは前述の通り、制御信号（Ａ）及び制御信号（Ｄ）が常に同じレベルの信号であるため、比較回路１０が常に“Ｌ”レベルの異常制御信号を送信するからである。すなわち、第１実施形態に係る半導体装置１が正常状態にあり、且つ通信開始をした時、異常検出信号は、常に“Ｌ”レベルとなる。ここまでの説明から明らかなように、通信開始時に限らず、半導体装置１が正常状態にある間、制御信号（Ｄ）は、制御信号（Ａ）と同じレベルを有するとともに異常検出信号は、常に“Ｌ”レベルである。

［１−２−３］異常状態且つ未動作時
図５は、第１実施形態に係る半導体装置１が異常状態にあり、且つ未動作であるときの各信号のタイミングチャートの一例を示す。第１実施形態における異常状態とは、図２の端子制御モジュール３が時刻ｔ４（後述）において故障し、正常なレベルの信号を正確に送信できなくなった状態である。図５中の制御信号（Ａ）、制御信号（Ｂ）、制御信号（Ｃ）、及び制御信号（Ｄ）は、それぞれ、図３と同様の信号を指す。また、図４中の時刻ｔ１〜ｔ７は、それぞれ、図３と同様の時刻を指す。

各信号は、故障が生じた端子制御モジュール３に到達する以前までは、図３の正常状態の時と同等に伝達される。

制御信号（Ａ）、低周波信号、及び制御信号（Ｂ）は、端子制御モジュール３の故障による影響を受けない。このため、制御信号（Ａ）、低周波信号、及び制御信号（Ｂ）は、図３と同様である。

制御信号（Ｃ）は、故障が発生する時刻ｔ４までは、制御信号（Ｂ）のレベルと同じレベルを有する。制御信号（Ｃ）は、時刻ｔ４以降は、制御信号（Ｂ）のレベルを正確に送信できず、例えば常に“Ｌ”レベルの信号を送信する。

制御信号（Ｄ）は、時刻ｔ４までは、常に“Ｌ”レベルであり、図３と同様である。言い換えると、ＥＸＯＲゲート８が、正常な制御信号（Ｃ）を受け取っている期間において、制御信号（Ｄ）は常に“Ｌ”レベルである。時刻ｔ４以降は、ＥＸＯＲゲート８が、受信した異常な制御信号（Ｃ）と、低周波信号とのレベルの排他的論理和を制御信号（Ｄ）として送信する。このため、制御信号（Ｄ）は、制御信号（Ｃ）と低周波信号とが同一のレベルでなくなった期間において“Ｈ”レベルとなる。このように、未動作時且つ端子制御モジュール３に異常が生じている例において、制御信号（Ｄ）は、異常が生じた時刻以降に、制御信号（Ａ）と異なるレベルとなる期間を有する。

異常検出信号は、時刻ｔ４までは、常に“Ｌ”レベルであり、図３と同様である。時刻ｔ４以降は、常に“Ｈ”レベルである。より正確には、故障が生じた後、制御信号（Ｄ）が最初に“Ｈ”レベルとなった時刻（本例においては時刻ｔ４）以降は、常に“Ｈ”レベルである。これは前述の通り、比較回路１０は、レベルの異なる制御信号（Ａ）と制御信号（Ｄ）とを受信すると、これ以降は常に“Ｈ”レベルの異常制御信号を送信するからである。すなわち、第１実施形態に係る半導体装置１が異常状態であり、且つ未動作であるとき、異常検出信号は、“Ｈ”レベルを有する期間がある。

［１−３］利点（効果）
以上で説明した第１実施形態に係る半導体装置１によれば、半導体装置１が未動作のときであっても、端子制御モジュール３の故障を検出することが可能である。また、故障検出回路による回路規模の増大を低減することが可能である。以下に、第１実施形態に係る半導体装置１の詳細な効果について説明する。

例えば車などに搭載された半導体装置は、制御信号に基づいて動作し、必要に応じて制御信号に対して処理を行う等、重要な役割を担っている。このため、半導体装置を構成する装置が故障した場合、迅速に異常を検出し、他の装置に働きかけを行うことは、システムを維持する上で重要であり、二次被害の抑制にも繋がり得る。

しかしながら、半導体装置１が故障検出装置を有さない場合、異常検出を行えず、システムの制御が行えない場合がある。この場合について図６〜８を用いて説明する。図６は、第１実施形態の比較例に係る半導体装置１における機能ブロックを示す。図６に示されるように、半導体装置１は、故障検出装置を有していない。半導体装置１は、端子制御モジュール３、通信制御モジュール４、メモリ５、割り込みコントローラ６を含む。端子制御モジュール３は、入力端において、ノードＡと接続されている。端子制御モジュール３の出力端は、ノードＢと接続されている。通信制御モジュール４は、入力端において、ノードＢと接続されている。

図７は、第１実施形態の比較例に係る半導体装置１が正常状態にあり、且つ通信開始をした時の各信号のタイミングチャートの一例を示す。図４中の制御信号（Ａ）及び制御信号（Ｂ）は、それぞれ、図６のノードＡ及びノードＢの信号を指す。

制御信号（Ａ）は、時刻ｔ１’から時刻ｔ２’まで“Ｈ”レベルを維持する。時刻ｔ１’から時刻ｔ２’までの“Ｈ”レベルの信号は、起動信号である。起動信号は、例えば、起動信号の後の或る期間の経過後にデータが流れ始めることを通知する。

また制御信号（Ａ）は、時刻ｔ３’から時刻ｔ４’まで、データの内容に応じて“Ｈ”レベルと“Ｌ”レベルが様々な組み合わせで生じている。

また制御信号（Ａ）は、時刻ｔ５’から時刻ｔ６’まで“Ｈ”レベルを維持する。時刻ｔ５’から時刻ｔ６’までの“Ｈ”レベルの信号は、終了信号である。終了信号は、例えば、データが送信された後の或る期間の経過後に流れることにより、データの送信が終了したことを通知する。

制御信号（Ｂ）は、図７において端子制御モジュール３が正常に動作している例を示すため、受信した制御信号（Ａ）のレベルと同じレベルを有する。

受信データは、通信制御モジュール４で受け取られたデータと同じものであり、時刻ｔ６’から出力され始める。

なお、図７から分かるように、半導体装置１が正常状態にあっても、動作していない場合は、制御信号（Ａ）は常に“Ｌ”レベルを有する。

図８は、第１実施形態の比較例に係る半導体装置１が異常状態にあり、且つ通信開始をした時の各信号のタイミングチャートの一例を示す。第１実施形態の比較例における異常状態とは、図６の端子制御モジュール３が時刻ｔ１’において故障し、正常なレベルの信号を正確に送信できなくなった状態である。

各信号は、故障が生じた端子制御モジュール３に到達する以前までは、図３の正常状態の時と同等に伝達される。

制御信号（Ａ）は、端子制御モジュール３の故障による影響を受けない。このため、制御信号（Ａ）は、図７と同様である。制御信号（Ｂ）は、時刻ｔ１’以降は、制御信号（Ａ）のレベルを正確に送信できず、例えば常に“Ｌ”レベルを有する。受信データは、時刻ｔ１’以降は、データを受信していない。これは通信制御モジュール４が、時刻ｔ１’以降は常に“Ｌ”レベルの制御信号（Ｂ）を受信し、起動信号や終了信号を受信できないためである。

以上のように、第１実施形態の比較例に係る半導体装置１においては、端子制御モジュール３が故障した場合、故障した時刻以降の信号を正常に伝達することが出来ない場合がある。これを防ぐために、回路の二重化や、ソフトウェアによる定期的な診断によって故障を検出する場合がある。

しかしながら、回路の二重化や、ソフトウェアによる定期的な診断は、回路規模の増大やソフト負荷の増加によるパフォーマンス低下等が問題となる場合がある。また、回路の二重化や、ソフトウェアによる定期的な診断においては、半導体装置１が作動している状況でなければ、故障検出を行うことが出来ない。すなわち、端子制御モジュール３の故障により制御信号（Ｂ）が“Ｌ”レベルにとどまることと、端子制御モジュール３が正常状態にあっても半導体装置１が未動作であるために制御信号（Ｂ）が“Ｌ”レベルにとどまることは、区別することが出来ない。作動した段階で故障が発覚しても対応が難しい場合も考えられる。

これに対して、第１実施形態における半導体装置１は、ＥＸＯＲゲート７及び８、並びに低周波信号発生回路９を含む。端子制御モジュール３に入力される制御信号（Ｂ）は、低周波信号発生回路９からの低周波信号と制御信号（Ａ）の排他的論理和である。よって制御信号（Ｂ）は、半導体装置１が未動作であるゆえに制御信号（Ａ）が常に“Ｌ”レベルにとどまっている間であっても、周期的に変化するレベルを有し、低周波信号と同じレベルを有する。そして、端子制御モジュール３からの制御信号（Ｃ）と低周波信号がＥＸＯＲゲート８により比較される。半導体装置１が未動作であり、端子制御モジュール３が正常状態にあれば、制御信号（Ｃ）と低周波信号とは同じレベルを有するはずである。一方、半導体装置１が未動作であり、端子制御モジュール３が故障していれば、制御信号（Ｃ）と低周波信号とは異なるレベルを有するはずである。このような制御信号（Ｃ）のレベルと低周波信号のレベルの不一致を検出することにより、半導体装置１が未動作のときでも端子制御モジュール３の故障を検出することが可能である。

また、故障を検出するために付加される要素は、ＥＸＯＲゲート７及び８、並びに低周波信号発生回路９のみである。この構造は、回路を二重化させる場合よりも省スペースである。よって、第１実施形態によれば、省スペースで故障検出を行える。

以上の結果、第１実施形態に係る半導体装置１は、装置が未動作の状態であっても故障検出が可能であり、且つ故障検出回路による回路規模の増大を低減することが可能である。従って、第１実施形態に係る半導体装置１は、故障によるリスクを低減することが可能である。

［２］第２実施形態
［２−１］構成
第２実施形態に係る半導体装置１は、ＥＸＯＲゲート７とＥＸＯＲゲート８との距離が離れている場合に関する。

第２実施形態において、半導体装置１は低周波信号発生回路を複数個備えた構造を有する。その他の構造については第１実施形態とほぼ同様である。以下では、第２実施形態に係る半導体装置１について、第１実施形態と異なる点について主に説明される。

図９は、第２実施形態に係る半導体装置１における機能ブロックを示す。低周波信号発生回路１１が追加されたこと以外は、図２と同様である。ただし、第２実施形態では、ノードＢの配線及びノードＣの配線が長いことが想定されている。ＥＸＯＲゲート７及び８、低周波信号発生回路９及び１１、並びに比較回路１０は故障検出回路５００として機能する。第１実施形態に係る半導体装置１においては、１つの低周波信号発生回路９から、ＥＸＯＲゲート７及び８に低周波信号を送信していた。これに対して、第２実施形態に係る半導体装置１においては、それぞれ、低周波信号発生回路９からＥＸＯＲゲート７に、低周波信号発生回路１１からＥＸＯＲゲート８に、低周波信号を送信している。

図１０は、第２実施形態に係る半導体装置１のクロック信号の伝送の例を示す。半導体装置１は、例えば、外部からクロック信号を受け取り、受け取ったクロック信号から、種々の周波数の内部クロック信号を生成する。そして、生成された内部クロック信号を、内部クロック信号を必要とする回路に供給する。クロック信号は、伝送の過程で遅延を生じることがある。一方、互いに同じタイミングで、すなわち同期して、動作する複数の回路は、同じタイミングでレベルが変化するクロック信号を受け取る必要がある。そのような同じタイミングでレベルが変化するクロック信号が供給される範囲は、クロックドメインと称される。

図１０に示されるように、第２実施形態に係る半導体装置１では、低周波信号発生回路９及び１１は、同じクロックドメインＣＤ１中に位置する。このため、低周波信号発生回路９からの低周波信号と、低周波信号発生回路１１からの低周波信号は、同期しており、実質的に同じタイミングで変化するレベルを有する。半導体装置１は、別のクロックドメインＣＤ２、ＣＤ３、及びＣＤ４等を含み得る。

［２−２］各信号のタイミングチャート
以下では、第２実施形態に係る半導体装置１における、各信号のタイミングチャートの一例について説明される。各動作時において、第２実施形態に係る半導体装置１は、以下の図１１〜１３のようなタイミングチャートを示す。図１１〜１３において、制御信号（Ａ）、制御信号（Ｂ）、制御信号（Ｃ）、制御信号（Ｄ）、及び異常検出信号は、それぞれ、図３と同様の信号を指す。図１１〜１３中の低周波信号（低周波信号発生回路９から出力される信号）は、図３の低周波信号と同様である。図１１〜１３中の時刻ｔ１〜ｔ７は、それぞれ、図３と同様の時刻を指す。以下、低周波信号発生回路９から出力される信号は第１低周波信号と称される場合がある。

図１１は、第２実施形態に係る半導体装置１が正常状態にあり、且つ未動作であるときの各信号のタイミングチャートの一例を示す。

制御信号（Ａ）、第１低周波信号（低周波信号発生回路９）、制御信号（Ｂ）、及び制御信号（Ｃ）は、低周波信号発生回路１１の追加による影響を受けない。このため、制御信号（Ａ）、第１低周波信号、制御信号（Ｂ）、及び制御信号（Ｃ）は、各々図３と同じレベルを有する。低周波信号（低周波信号発生回路１１から出力される信号）は、第１低周波信号（低周波信号発生回路９）のレベルと同じレベルを有する。以下、低周波信号発生回路１１から出力される信号は第２低周波信号と称される場合がある。第２低周波信号（低周波信号発生回路１１）が、第２低周波信号（低周波信号発生回路９）のレベルと同じレベルを有することから、制御信号（Ｄ）及び異常検出信号も、低周波信号発生回路１１の追加による影響を受けず、各々図３と同じレベルを有する。このように、第２実施形態で追加された低周波信号発生回路１１は、低周波信号発生回路９と同じ働きをするため、各信号のタイミングチャートは第１実施形態（図３）と同等である。すなわち、第１実施形態に係る半導体装置１が正常状態にあり、且つ未動作であるとき、異常検出信号は、常に“Ｌ”レベルとなる。

図１２は、第２実施形態に係る半導体装置１が正常状態にあり、且つ通信開始をしたときの各信号のタイミングチャートの一例を示す。図１２中の時刻ｔｘ及びｔｙは、それぞれ、図４と同様の時刻を指す。図１１と同様に、低周波信号発生回路１１は、低周波信号発生回路９からの第１低周波信号と同じタイミングで変化するレベルを有する第２低周波信号を出力するため、各信号のタイミングチャートは第１実施形態（図４）と同等である。すなわち、通信開始時に限らず、半導体装置１が正常状態にある間、制御信号（Ｄ）は、制御信号（Ａ）と同じレベルを有するとともに異常検出信号は、常に“Ｌ”レベルである。

図１３は、第２実施形態に係る半導体装置１が異常状態にあり、且つ未動作であるときの各信号のタイミングチャートの一例を示す。図１１と同様に、低周波信号発生回路１１は、低周波信号発生回路９からの第１低周波信号と同じタイミングで変化するレベルを有する第２低周波信号を出力するため、各信号のタイミングチャートは第１実施形態（図５）と同等である。このように、異常を検出できる。すなわち、第１実施形態に係る半導体装置１が異常状態であり、且つ未動作であるとき、異常検出信号は、“Ｈ”レベルを有する期間がある。

［２−３］利点（効果）
以上で説明した第２実施形態に係る半導体装置１によれば、半導体装置１のＥＸＯＲゲート７とＥＸＯＲゲート８との距離が離れている場合でも、第１実施形態と同等の効果を得ることが可能である。

第１実施形態で述べられたように、半導体装置１が未動作の状態であっても端子制御モジュール３の故障を検出可能であるのは、ＥＸＯＲゲート７を介して端子制御モジュール３を通過した低周波信号と、端子制御モジュール３に入力していない低周波信号とのレベルを比較することで、両者に差異がないか確認しているためである。すなわち、端子制御モジュール３に入力される低周波信号と、端子制御モジュール３に入力していない低周波信号とのレベルは一致していることが前提となっている。

ここで、例えば半導体装置１の回路面積が大きく、ＥＸＯＲゲート７とＥＸＯＲゲート８との距離が大きく離れていた場合、或る１つの低周波信号発生回路から発した低周波信号の伝送距離が長くなることで遅延が生じ得る。遅延が生じた場合、ＥＸＯＲゲート７とＥＸＯＲゲート８とにおいて受信する低周波信号の“Ｌ”レベルと“Ｈ”レベルとの切り替わりのタイミングがずれる場合がある。レベルの切り替わりのタイミングがずれた場合、端子制御モジュール３は正常動作しているにも関わらず、異常検出信号が“Ｈ”レベルとなり、誤った異常の検知をしてしまう可能性がある。

これに対して、第２実施形態に係る半導体装置１は、同じクロックドメインＣＤ１に位置する複数の低周波信号発生回路９及び１１を有することにより、回路規模が大きい場合においても制御信号のレベル判定を正確に行い得る。

具体的には、第２実施形態に係る半導体装置１は、低周波信号発生回路９及び１１を有することで、ＥＸＯＲゲート７及びＥＸＯＲゲート８のそれぞれの近くに、低周波信号発生回路９及び１１を配置することが可能である。このため、ＥＸＯＲゲート７及びＥＸＯＲゲート８は、低周波信号発生回路９及び１１から、遅延の少ない第１低周波信号及び第２低周波信号を受け取ることができる。そして、低周波信号発生回路９及び１１は、同じクロックドメインＣＤ１に位置するので、低周波信号発生回路９及び１１は、たとえ距離が離れている場合でも、実質的に同じタイミング変化するレベルの低周波信号を受け取ることができる。こうすることで、ＥＸＯＲゲート７及びＥＸＯＲゲート８が受信する低周波信号の“Ｌ”レベルと“Ｈ”レベルとの切り替わりのタイミングにずれが発生することを防ぎ得る。このため、ＥＸＯＲゲート７とＥＸＯＲゲート８との距離が大きく離れている場合でも、端子制御モジュール３の異常検出を正確に行うことが可能となる。

以上のように、第２実施形態に係る半導体装置１は、半導体装置１の回路規模が大きい場合においても第１実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

［３］第３実施形態
［３−１］構成
第３実施形態に係る半導体装置１は、第１実施形態と同等の故障検出回路を、割り込み信号のような、内部信号に対して適用する場合に関する。

第３実施形態の半導体装置１において、割り込み信号に対して第１実施形態と同等の故障検出回路を適用した場合、他の実施形態と異なり、比較回路及び異常検出信号は不要となる。以下では、第３実施形態に係る半導体装置１について、第１実施形態と異なる点について主に説明される。

図１４は、第３実施形態に係る半導体装置１における機能ブロックを示す。故障検出回路５００が割り込み信号に適用され、比較回路が含まれないこと以外は、図２と同様である。図１４に示されるように、半導体装置１は、端子制御モジュール３、通信制御モジュール４、メモリ５、割り込みコントローラ６、ＥＸＯＲゲート７及び８、並びに低周波信号発生回路９を含む。また、半導体装置１は、ノードＡ、Ｂ、Ｃ、及びＤを含む。ＥＸＯＲゲート７及び８、並びに低周波信号発生回路９は故障検出回路６００として機能する。

端子制御モジュール３は、入力端において、半導体装置２と接続されている。通信制御モジュール４は、入力端において、端子制御モジュール３の出力端と接続されている。通信制御モジュール４は、第１出力端より、制御データを出力する。通信制御モジュール４は、第２出力端より、割り込み信号を出力する。通信制御モジュール４は、第２出力端において、ノードＡに接続されている。通信制御モジュール４は、受け取られた信号に対して判定を行い、判定の結果に基づいて割り込み信号を生成する。通信制御モジュール４は、例えば“Ｈ”レベルの信号を受け取ることで割り込みを検出すると、通信制御モジュール４の内部において、割り込みフラグをセットする。メモリ５は、通信制御モジュール４から制御データを受け取る。

ＥＸＯＲゲート７は、第１入力端において、ノードＡに接続されている。ノードＡは、通信制御モジュール４と接続されており、割り込み信号を伝送する。ＥＸＯＲゲート７の出力端は、ノードＢと接続されている。ノードＢとノードＣは接続されている。ＥＸＯＲゲート８は、第１入力端において、ノードＣと接続されている。低周波信号発生回路９は、低周波信号を発生させる。低周波信号は、ＥＸＯＲゲート７の第２入力端、及びＥＸＯＲゲート８の第２入力端に供給される。ＥＸＯＲゲート８の出力端は、ノードＤと接続されている。割り込みコントローラ６は、入力端において、ノードＤと接続されている。割り込みコントローラ６は、例えば“Ｈ”レベルの割り込み信号を受け取ることで割り込みを検出すると、通信制御モジュール４の割り込みフラグの読み出しを行う。割り込みコントローラ６で割り込みを検出したにも関わらず、通信制御モジュール４に割り込みフラグがセットされていない場合は、割り込み信号に故障が生じていることが確認できる。

［３−２］各信号のタイミングチャート
以下では、第３実施形態に係る半導体装置１における、各信号のタイミングチャートの一例について説明される。各動作時において、第３実施形態に係る半導体装置１は、以下の図１５〜１７のようなタイミングチャートを示す。図１５〜１７中の割り込み信号（Ａ）、制御信号（Ｂ）、制御信号（Ｃ）、及び割り込み信号（Ｄ）は、それぞれ、図１４のノードＡ、ノードＢ、ノードＣ、及びノードＤの信号を指す。図１５〜１７中の低周波信号は、図３の低周波信号と同様である。図１５〜１７中の時刻ｔ１〜ｔ７は、それぞれ、図３と同様の時刻を指す。

［３−２−１］正常状態且つ未動作時
図１５は、第３実施形態に係る半導体装置１が正常状態にあり、且つ未動作であるときの各信号のタイミングチャートの一例を示す。第３実施形態における正常状態とは、少なくとも図１４のノードＢとノードＣとの間が正常に動作している状態である。

割り込み信号（Ａ）は、未動作時の信号であるため、常に“Ｌ”レベルである。

制御信号（Ｂ）は、低周波信号のレベルと同じレベルを有する。これは実施形態１の制御信号（Ｂ）と同様に、ＥＸＯＲゲート７が、受信した割り込み信号（Ａ）と低周波信号とのレベルの排他的論理和を制御信号（Ｂ）として送信するためである。

制御信号（Ｃ）は、制御信号（Ｂ）及び低周波信号と同一の信号である。図１５は、ノードＢとノードＣとの間が正常に動作している例であるため、制御信号（Ｃ）は、受信した制御信号（Ｂ）のレベルと同じレベルを有する。

割り込み信号（Ｄ）は、常に“Ｌ”レベルである。これは実施形態１の制御信号（Ｄ）と同様に、ＥＸＯＲゲート８が、受信した制御信号（Ｃ）と低周波信号とのレベルの排他的論理和を割り込み信号（Ｄ）として送信するためである。前述の通り、制御信号（Ｃ）と低周波信号とは同一の信号であるため、ＥＸＯＲゲート８は“Ｌ”レベルの割り込み信号（Ｄ）を送信する。割り込み信号（Ｄ）が常に“Ｌ”レベルである為、割り込みコントローラ６は、通信制御モジュール４の割り込みフラグの読み出しを行わない。

［３−２−２］正常状態且つ通信開始時
図１６は、第３実施形態に係る半導体装置１が正常状態にあり、且つ通信開始をしたときの各信号のタイミングチャートの一例を示す。図１６は時刻ｔｘ（後述）において通信が開始された例を示す。図１６中の時刻ｔｘは、図４と同様の時刻を指す。各信号は、通信が開始される時刻ｔｘより前までは、図１５の未動作時と同等に伝達される。

割り込み信号（Ａ）は、時刻ｔｘ以降は“Ｈ”レベルを維持し、時刻ｔｘより前の期間は“Ｌ”レベルを維持する。時刻ｔｘ以降の“Ｈ”レベルの信号は、通信が開始されていることを通知するものである。

制御信号（Ｂ）は、時刻ｔｘから時刻ｔ５まで“Ｌ”レベルを維持する。制御信号（Ｂ）は、時刻ｔ５から時刻ｔ６まで“Ｈ”レベルを維持する。制御信号（Ｂ）は、時刻ｔ６から時刻ｔ７まで“Ｌ”レベルを維持する。これは図１５と同様に、ＥＸＯＲゲート７が、受信した割り込み信号（Ａ）と低周波信号とのレベルの排他的論理和を制御信号（Ｂ）として送信するためである。時刻ｔｘから時刻ｔ５において、割り込み信号（Ａ）は“Ｈ”レベル、且つ低周波信号は“Ｈ”レベルであるため、ＥＸＯＲゲート７は“Ｌ”レベルの制御信号（Ｂ）を送信する。時刻ｔ５から時刻ｔ６において、割り込み信号（Ａ）は“Ｈ”レベル、且つ低周波信号は“Ｌ”レベルであるため、ＥＸＯＲゲート７は“Ｈ”レベルの割り込み信号（Ｂ）を送信する。時刻ｔ６から時刻ｔ７において、割り込み信号（Ａ）は“Ｈ”レベル、且つ低周波信号は“Ｈ”レベルであるため、ＥＸＯＲゲート７は“Ｌ”レベルの割り込み信号（Ｂ）を送信する。このように、制御信号（Ｂ）は、時刻ｔｘ以降は、低周波信号のレベルが反転したレベルを有する。

制御信号（Ｃ）は、制御信号（Ｂ）のレベルと同じレベルを有する。図１６は、図１５と同様に、ノードＢとノードＣとの間が正常に動作している例であるため、制御信号（Ｃ）は、受信した制御信号（Ｂ）のレベルと同じレベルを有する。すなわち、制御信号（Ｃ）は、時刻ｔｘより前は低周波信号のレベルと同じレベルを有し、時刻ｔｘ以降は低周波信号のレベルが反転したレベルを有する。

割り込み信号（Ｄ）は、時刻ｔｘ以降は“Ｈ”レベルを維持し、時刻ｔｘより前の期間は“Ｌ”レベルを維持する。これはＥＸＯＲゲート８が、受信した制御信号（Ｃ）と低周波信号とのレベルの排他的論理和を割り込み信号（Ｄ）として送信するためである。前述の通り、制御信号（Ｃ）は、時刻ｔｘより前は低周波信号のレベルと同じレベルを有し、時刻ｔｘ以降は低周波信号のレベルが反転したレベルを有する。このため、ＥＸＯＲゲート８は時刻ｔｘより前は“Ｌ”レベルの割り込み信号（Ｄ）を送信し、時刻ｔｘ以降は“Ｈ”レベルの割り込み信号（Ｄ）を送信する。時刻ｔｘにおいて割り込み信号（Ｄ）が“Ｈ”レベルとなるため、割り込みコントローラ６は、通信制御モジュール４の割り込みフラグの読み出しを行う。時刻ｔｘにおいて通信制御モジュール４には通信を開始する為の割り込みフラグがセットされている。このため正常な割り込みであることが確認できる。

このように、割り込み信号（Ｄ）は、制御信号（Ｂ）と同一の信号である。すなわち、故障検出回路６００が挿入されるにも関わらず、通信制御モジュール４から出力される制御信号（Ｂ）は、そのままの形態で、割り込み信号（Ｄ）として割り込みコントローラ６に到達することができる。

［３−２−３］異常状態且つ未動作時
図１７は、第３実施形態に係る半導体装置１が異常状態にあり、且つ未動作であるときの各信号のタイミングチャートの一例を示す。第３実施形態における異常状態とは、図１４のノードＢとノードＣとの間が時刻ｔ４において故障し、正常なレベルの信号を正確に送信できなくなった状態である。各信号は、故障が生じたノードＢとノードＣとの間に到達する以前までは、図１５の正常状態の時と同等に伝達される。

割り込み信号（Ａ）、低周波信号、及び制御信号（Ｂ）は、ノードＢとノードＣとの間の故障による影響を受けない。このため、割り込み信号（Ａ）、低周波信号、及び制御信号（Ｂ）は、図１５と同様である。また各信号は、故障が生じる時刻ｔｘより前までは、図１５の未動作時と同等に伝達される。

制御信号（Ｃ）は、故障が発生する時刻ｔ４までは、制御信号（Ｂ）のレベルと同じレベルを有する。制御信号（Ｃ）は、時刻ｔ４以降は、制御信号（Ｂ）のレベルを正確に送信できず、例えば常に“Ｌ”レベルの信号を送信する。

割り込み信号（Ｄ）は、時刻ｔ４までは、常に“Ｌ”レベルである。時刻ｔ４以降は、ＥＸＯＲゲート８が、受信した異常な制御信号（Ｃ）と、低周波信号とのレベルの排他的論理和を制御信号（Ｄ）として送信する。このため、割り込み信号（Ｄ）は、制御信号（Ｃ）と低周波信号とが同一のレベルでなくなった期間において“Ｈ”レベルとなる。このように、未動作時且つ端子制御モジュール３に異常が生じている例において、割り込み信号（Ｄ）は、異常が生じた時刻以降に、割り込み信号（Ａ）と異なるレベルとなる期間を有する。図１７では時刻ｔ４において割り込み信号（Ｄ）が“Ｈ”レベルとなるため、割り込みコントローラ６は、通信制御モジュール４の割り込みフラグの読み出しを行う。時刻ｔ４において通信制御モジュール４には割り込みフラグがセットされていない。このため割り込み信号に故障が生じていることが確認できる。

［３−３］利点（効果）
以上で説明した第３実施形態に係る半導体装置１によれば、割り込み信号のような内部信号に対しても第１実施形態と同等の効果を得ることが可能である。

第１実施形態で端子制御モジュール３の故障を検出したのと同様に、第３実施形態では図１４のノードＢとノードＣとの間の故障を検出している。すなわち、第３実施形態に係る半導体装置１では、ＥＸＯＲゲート７を介してノードＢとノードＣとの間を通過した低周波信号と、ノードＢとノードＣとの間に入力していない低周波信号とのレベルを比較することで、両者に差異がないか確認している。両者は、半導体装置１が正常状態にあり、且つ未動作であるときは一致している。両者が不一致である場合、割り込み信号（Ｄ）は、“Ｈ”レベルを有する状態になる。割り込み信号（Ｄ）の“Ｈ”レベルは、ノードＢとノードＣとの間の故障に起因する場合、又は割り込み信号（Ａ）が“Ｈ”レベルになったことに起因する場合が考えられる。しかし、割り込みコントローラ６は、割り込み信号（Ｄ）からのみでは、ノードＢとノードＣとの間に故障が生じたことと、割り込み信号（Ａ）が“Ｈ”レベルになったこととを区別できない。

割り込みコントローラ６は、“Ｈ”レベルの割り込み信号を受け取った場合、通信制御モジュール４に割り込みフラグが立っているかどうか確認を行い、割り込み信号が正しいかの判定を行う。割り込みフラグが立っている場合、割り込みコントローラ６は、割り込み信号（Ａ）が“Ｈ”レベルになったことを知ることができる。一方、割り込みフラグが立っていない場合、割り込みコントローラ６は、ノードＢとノードＣとの間に故障が生じたことを知ることができる。こうすることで、ノードＢとノードＣとの間における割り込み信号の異常検出を行うことが可能となる。

以上のように、第３実施形態に係る半導体装置１は、割り込み信号のような内部信号に対しても、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

第３実施形態は、割り込み信号に限らず、種々の内部信号に適用されることが可能である。そのような内部信号は、例えば、割り込み信号のように、平時、“Ｌ”レベルであって、特定の状況で“Ｈ”レベルが持続するとともに、“Ｈ”レベルになると半導体装置１の内部でフラグがセットされる信号を含む。

［４］第４実施形態
［４−１］構成
第４実施形態に係る半導体装置１は、第１実施形態と同等の故障検出回路を、複数ビットの列で構成される制御データ信号に対して適用する場合に関する。第４実施形態の半導体装置１において、故障検出回路は、通信制御モジュール４とメモリ５との間に構成される。その他の構造については第１実施形態とほぼ同様である。以下では、第４実施形態に係る半導体装置１について、第１実施形態と異なる点について主に説明される。

図１８は、第４実施形態に係る半導体装置１における機能ブロックを示す。故障検出回路が通信制御モジュール４とメモリ５との間に構成される以外は、構成要素も含め図２と同様である。ＥＸＯＲゲート７及び８、低周波信号発生回路９及び１１、並びに比較回路１０は故障検出回路７００として機能する。

端子制御モジュール３は、入力端において、半導体装置２と接続されている。

通信制御モジュール４は、入力端において、端子制御モジュール３の出力端と接続されている。通信制御モジュール４は、第１出力端より、制御データ信号を出力する。通信制御モジュール４は、第２出力端より、割り込み信号を出力する。通信制御モジュール４は、第１出力端において、ノードＡに接続されている。

ＥＸＯＲゲート７は、第１入力端において、ノードＡに接続されている。ＥＸＯＲゲート７の出力端は、ノードＢと接続されている。ノードＢとノードＣは接続されている。ＥＸＯＲゲート８は、第１入力端において、ノードＣと接続されている。

低周波信号発生回路９からの低周波信号は、ＥＸＯＲゲート７の第２入力端、及びＥＸＯＲゲート８の第２入力端に供給される。ＥＸＯＲゲート８の出力端は、ノードＤと接続されている。メモリ５は、入力端において、ノードＤに接続されている。メモリ５は、入力端から制御データ信号を受け取る。

比較回路１０は、第１入力端においてノードＤと接続され、第２入力端においてノードＡと接続されている。比較回路１０は、第１入力端において信号（比較回路信号１）を受け取り、第２入力端において制御データ信号を受け取る。比較回路１０は、比較回路信号１と制御データ信号を比較する。比較回路１０は、比較の結果に基づいて、異常検出信号を出力する。

［４−２］各信号のタイミングチャート
以下では、第４実施形態に係る半導体装置１における、各信号のタイミングチャートの一例について説明される。各動作時において、第４実施形態に係る半導体装置１は、以下の図１９〜２１のようなタイミングチャートを示す。図１９〜２１中の制御データ信号（Ａ）、制御信号（Ｂ）、制御信号（Ｃ）、及び制御データ信号（Ｄ）は、それぞれ、図１８のノードＡ、ノードＢ、ノードＣ、及びノードＤの信号を指す。図１９〜２１中の低周波信号は、図３の低周波信号と同様である。図１５〜１７中の時刻ｔ１〜ｔ７は、それぞれ、図３と同様の時刻を指す。

［４−２−１］正常状態且つ未動作時
図１９は、第４実施形態に係る半導体装置１が正常状態にあり、且つ未動作であるときの各信号のタイミングチャートの一例を示す。第４実施形態における正常状態とは、少なくとも図１９のノードＢとノードＣとの間が正常に動作している状態である。以下の説明では、制御データ信号（Ａ）、制御信号（Ｂ）、制御信号（Ｃ）、及び制御データ信号（Ｄ）の状態は、レベルによってではなく、伝送されるデータによって記載される。“０”データは、“Ｈ”レベル及び“Ｌ”レベルの内の一方により示される。“１”データは“Ｈ”レベル及び“Ｌ”レベルの内の他方により示される。これは通信制御モジュール４によって生成された制御データ信号において、“Ｈ”レベルの信号が“０”データに割り当てられるか、“１”データに割り当てられるかは、任意である為である。

制御データ信号（Ａ）は、未動作時の信号であり、常に“０”データを示すレベルである。

制御信号（Ｂ）は、低周波信号のレベルが切り替わるのと同じタイミングで、“０”データを示すレベルと“１”データを示すレベルとが切り替わる。具体的には、制御信号（Ｂ）は、低周波信号が“Ｌ”レベルのとき“０”データを示すレベルであり、“Ｈ”レベルのとき“１”データを示すレベルである。これは実施形態１の制御信号（Ｂ）と同様に、ＥＸＯＲゲート７が、受信した割り込み信号（Ａ）と低周波信号とのレベルの排他的論理和を制御信号（Ｂ）として送信するためである。

制御信号（Ｃ）は、制御信号（Ｂ）と同一の信号である。図１９は、ノードＢとノードＣとの間が正常に動作している例であるため、制御信号（Ｃ）は、受信した制御信号（Ｂ）のレベルと同じレベルを有する。

制御データ信号（Ｄ）は、常に“０”データを示すレベルである。これは実施形態１の制御信号（Ｄ）と同様に、ＥＸＯＲゲート８が、受信した制御信号（Ｃ）と低周波信号とのレベルの排他的論理和を制御データ信号（Ｄ）として送信するためである。前述の通り、制御信号（Ｃ）と低周波信号とはレベルが切り替わるタイミングが同じ信号であるため、ＥＸＯＲゲート８は常に“０”データを示すレベルの制御データ信号（Ｄ）を送信する。このように、未動作時且つノードＢとノードＣとの間が正常に動作している例において、制御データ信号（Ｄ）は、制御データ信号（Ａ）のレベルと同じレベルを有する。

異常検出信号は、常に“Ｌ”レベルである。これは前述の通り、制御データ信号（Ａ）及び制御データ信号（Ｄ）が常に同じレベルの信号であるため、比較回路１０が常に“Ｌ”レベルの異常制御信号を送信するからである。すなわち、第４実施形態に係る半導体装置１が正常状態にあり、且つ未動作であるとき、異常検出信号は、常に“Ｌ”レベルとなる。

［４−２−２］正常状態且つ通信開始時
図２０は、第４実施形態に係る半導体装置１が正常状態にあり、且つ通信開始をしたときの各信号のタイミングチャートの一例を示す。図２０は時刻ｔｚから時刻ｔｙ（後述）において制御データ１００が送信された例を示す。制御データ１００は、通信制御モジュール４から送信された、複数ビットの列で構成される制御データ信号であり、複数の“０”データを示すレベル及び“１”データを示すレベルの組み合わせによって構成された信号である。時刻ｔｚは、時刻ｔ４と時刻ｔ５との４分の１の時刻である。時刻ｔｙは、図４と同様の時刻を指す。各信号は、制御データ１００が送信されている時刻ｔｚから時刻ｔｙの間以外は、図１９の未動作時と同等に伝達される。以下では、各信号における時刻ｔｚから時刻ｔｙの間の動作についてのみ説明される。

制御データ信号（Ａ）は、時刻ｔｚから時刻ｔｙの間において、制御データ１００を示すレベルを有する。

制御信号（Ｂ）は、時刻ｔｚから時刻ｔｙの間において、制御データ１００のレベルがそれぞれ反転した、反転データを有する。これは図３と同様に、ＥＸＯＲゲート７が、受信した制御信号（Ａ）と低周波信号とのレベルの排他的論理和を制御信号（Ｂ）として送信するためである。例えば、制御データ信号（Ａ）が“Ｌ”レベルであるとき、低周波信号は“Ｈ”レベルであるため、制御信号（Ｂ）は“Ｈ”レベルとなる。制御データ信号（Ａ）が“Ｈ”レベルであるとき、低周波信号は“Ｈ”レベルであるため、制御信号（Ｂ）は“Ｌ”レベルとなる。よって制御信号（Ｂ）は制御データ１００の反転データとなる。

制御信号（Ｃ）は、時刻ｔｚから時刻ｔｙの間において、制御信号（Ｂ）と同じ制御データ１００の反転データを有する。図１９は、図３と同様に、ノードＢとノードＣとの間が正常に動作している例であるため、制御信号（Ｃ）は、受信した制御信号（Ｂ）のレベルと同じレベルを有する。

制御データ信号（Ｄ）は、時刻ｔｚから時刻ｔｙの間において、制御データ１００と同じレベルを有する。これはＥＸＯＲゲート８が、受信した制御信号（Ｃ）と低周波信号とのレベルの排他的論理和を制御データ信号（Ｄ）として送信するためである。例えば、制御データ信号（Ａ）が“Ｌ”レベルであるとき、低周波信号は“Ｈ”レベルであるため、制御信号（Ｂ）及び制御信号（Ｃ）は“Ｈ”レベルとなり、制御データ信号（Ｄ）は“Ｌ”レベルとなる。制御データ信号（Ａ）が“Ｈ”レベルであるとき、低周波信号は“Ｈ”レベルであるため、制御信号（Ｂ）及び制御信号（Ｃ）は“Ｌ”レベルとなり、制御データ信号（Ｄ）は“Ｈ”レベルとなる。よって制御データ信号（Ｄ）は制御データ１００と同じレベルとなる。このように、通信開始時且つ端子制御モジュール３が正常に動作している例において、制御データ信号（Ｄ）は、制御データ信号（Ａ）のレベルと同じレベルを有する。

異常検出信号は、常に“Ｌ”レベルである。これは前述の通り、制御データ信号（Ａ）及び制御データ信号（Ｄ）が常に同じレベルの信号であるため、比較回路１０が常に“Ｌ”レベルの異常制御信号を送信するからである。すなわち、第４実施形態に係る半導体装置１が正常状態にあり、且つ通信開始をした時、異常検出信号は、常に“Ｌ”レベルとなる。ここまでの説明から明らかなように、通信開始時に限らず、半導体装置１が正常状態にある間、制御データ信号（Ｄ）は、制御データ信号（Ａ）と同じレベルを有するとともに異常検出信号は、常に“Ｌ”レベルである。

［４−２−３］異常状態且つ未動作時
図２１は、第４実施形態に係る半導体装置１が異常状態にあり、且つ未動作であるときの各信号のタイミングチャートの一例を示す。第４実施形態における異常状態とは、図１８のノードＢとノードＣとの間が時刻ｔ４において故障し、正常なレベルの信号を正確に送信できなくなった状態である。各信号は、故障が生じたノードＢとノードＣとの間に到達する以前までは、図１９の正常状態の時と同等に伝達される。

制御データ信号（Ａ）、低周波信号、及び制御信号（Ｂ）は、ノードＢとノードＣとの間の故障による影響を受けない。このため、制御データ信号（Ａ）、低周波信号、及び制御信号（Ｂ）は、図１９と同様である。また各信号は、故障が生じる時刻ｔ４より前までは、図１５の未動作時と同等に伝達される。

制御信号（Ｃ）は、故障が発生する時刻ｔ４までは、制御信号（Ｂ）のレベルと同じレベルを有する。制御信号（Ｃ）は、時刻ｔ４以降は、制御信号（Ｂ）のレベルを正確に送信できず、例えば常に“０”データを示すレベルの信号を送信する。

制御データ信号（Ｄ）は、時刻ｔ４までは、常に“０”データを示すレベルである。時刻ｔ４以降は、ＥＸＯＲゲート８が、受信した異常な制御信号（Ｃ）と、低周波信号とのレベルの排他的論理和を制御データ信号（Ｄ）として送信する。このため、制御データ信号（Ｄ）は、制御信号（Ｃ）と低周波信号とが同一のレベルでなくなった期間において“Ｈ”レベルとなる。このように、未動作時且つノードＢとノードＣとの間に異常が生じている例において、制御データ信号（Ｄ）は、異常が生じた時刻以降に、制御データ信号（Ａ）と異なるレベルとなる期間を有する。

異常検出信号は、時刻ｔ４までは、常に“Ｌ”レベルであり、図１９と同様である。時刻ｔ４以降は、常に“Ｈ”レベルである。より正確には、故障が生じた後、制御データ信号（Ｄ）が最初に“Ｈ”レベルとなった時刻（本例においては時刻ｔ４）以降は、常に“Ｈ”レベルである。これは第１実施形態で述べられた通り、比較回路１０は、レベルの異なる制御データ信号（Ａ）と制御データ信号（Ｄ）とを受信すると、これ以降は常に“Ｈ”レベルの異常制御信号を送信するからである。すなわち、第４実施形態に係る半導体装置１が異常状態であり、且つ未動作であるとき、異常検出信号は、“Ｈ”レベルを有する期間がある。

［４−３］利点（効果）
以上で説明した第４実施形態に係る半導体装置１によれば、複数ビットの列で構成される制御データ信号に対しても第１実施形態と同等の効果を得ることが可能である。

第１実施形態で端子制御モジュール３の故障を検出したのと同様に、第４実施形態では図１８のノードＢとノードＣとの間の故障を検出している。すなわち、第４実施形態に係る半導体装置１では、ＥＸＯＲゲート７を介してノードＢとノードＣとの間を通過した低周波信号と、ノードＢとノードＣとの間に入力していない低周波信号とのレベルを比較することで、両者に差異がないか確認している。

ノードＢに入力される制御信号（Ｂ）は、低周波信号発生回路９からの低周波信号と制御データ信号（Ａ）の排他的論理和である。よって制御信号（Ｂ）は、半導体装置１が未動作であるゆえに制御データ信号（Ａ）が常に“０”データを示すレベルにとどまっている間であっても、周期的に変化するレベルを有し、低周波信号と同じタイミングでレベルが切り替わる。そしてノードＢとノードＣとの間を通過した制御信号（Ｃ）と低周波信号がＥＸＯＲゲート８により比較される。半導体装置１が未動作であり、ノードＢとノードＣとの間が正常状態にある場合、制御信号（Ｃ）と低周波信号とは、レベルが切り替わるタイミングが同じである。このため制御データ信号（Ｄ）は制御データ信号（Ａ）と同じレベルの信号となる。

一方、半導体装置１が未動作であり、ノードＢとノードＣとの間が故障している場合、制御信号（Ｃ）は同じレベルにとどまるため、制御信号（Ｃ）と低周波信号とはレベルが切り替わるタイミングが異なる。このため制御データ信号（Ｄ）は制御データ信号（Ａ）と異なるレベルの信号となる。

このような制御データ信号（Ａ）のレベルと制御データ信号（Ｄ）のレベルの不一致（すなわち制御信号（Ｃ）のレベルと低周波信号のレベルが切り替わるタイミングの不一致）を検出することにより、半導体装置１が未動作のときでもノードＢとノードＣとの間の故障を検出することが可能である。

以上のように、第４実施形態に係る半導体装置１は、複数ビットで構成される制御データ信号に対しても、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

［５］その他の変形例等
本発明の第１〜４実施形態において、半導体装置１の構造はその他の構造であっても良い。例えば、図示されていない構成要素を含み、図示されていない配線等によって接続された構造であっても良い。

本発明の第１〜４実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。第１〜４実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。第１〜４実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１，２…半導体装置、３…端子制御モジュール、４…通信制御モジュール、５…メモリ、６…割り込みコントローラ、７，８…排他的論理和ゲート、９，１１…低周波信号発生回路、１０…比較回路、１００…システム、２００…通信モジュール、３００…コントローラ、４００，５００，６００，７００…故障検出回路、ＣＤ１〜４…クロックドメイン

Claims (9)

1. 第１レベルと第２レベルとで周期的に切り替わるレベルを有する第１信号を出力する第１信号発生回路と、
   前記第１レベル又は前記第２レベルを有する第２信号が前記第１信号と同じレベルを有する間は前記第１レベルを有するとともに、前記第２信号が前記第１信号と相違するレベルを有する間は前記第２レベルを有する第３信号を出力する第１回路と、
   前記第３信号が有するレベルと同じレベルを有する第４信号が前記第１信号と同じレベルを有する間は前記第１レベルを有するとともに、前記第４信号が前記第１信号と相違するレベルを有する間は前記第２レベルを有する第５信号を出力する第２回路と、
   前記第２信号及び前記第５信号が同じレベルを有する間は第３レベルを有するとともに、前記第２信号及び前記第５信号が相違するレベルを有するときに第４レベルを有する第６信号を出力する第３回路と、
   を備える故障検出回路。
2. 前記第１回路の前記第３信号を出力するノードは、前記第２回路の前記第４信号を受け取るノードと接続されている、
   請求項１に記載の故障検出回路。
3. 前記第１回路及び前記第２回路は、排他的論理和ゲートである、
   請求項１に記載の故障検出回路。
4. 第１レベルと第２レベルとで周期的に切り替わるレベルを有する第１信号を出力する第１信号発生回路と、
   前記第１レベル又は前記第２レベルを有する第２信号が前記第１信号と同じレベルを有する間は前記第１レベルを有するとともに、前記第２信号が前記第１信号と相違するレベルを有する間は前記第２レベルを有する第３信号を出力する第１回路と、
   前記第１レベルと前記第２レベルとで周期的に切り替わるレベルを有し、前記第１信号と同じレベルである第４信号を出力する第２信号発生回路と、
   前記第４信号、及び前記第１レベル及び前記第２レベルのうちの前記第３信号が有するレベルと同じレベルを有する第５信号が同じレベルを有する間は前記第１レベルを有するとともに、前記第４信号及び前記第５信号が相違するレベルを有する間は前記第２レベルを有する第６信号を出力する第２回路と、
   前記第２信号及び前記第６信号が同じレベルを有する間は第３レベルを有するとともに、前記第２信号及び前記第６信号が相違するレベルを有するときに第４レベルを有する第７信号を出力する第３回路と、
   を備える故障検出回路。
5. 前記第１回路の前記第３信号を出力するノードは、前記第２回路の前記第５信号を受け取るノードと接続されている、
   請求項４に記載の故障検出回路。
6. 前記第１回路及び前記第２回路は、排他的論理和ゲートである、
   請求項４に記載の故障検出回路。
7. 請求項１に記載の故障検出回路と、
   前記第３信号を受け取り、前記第４信号を出力する第１モジュールと、
   を備える、半導体装置。
8. 請求項４に記載の故障検出回路と、
   前記第３信号を受け取り、前記第５信号を出力する第１モジュールと、
   を備える、半導体装置。
9. 前記第１回路は、第１入力端において前記第２信号を受け取り、第２入力端において前記第１信号を受け取り、第１出力端において前記第３信号を出力し、
   前記第１モジュールは、第３入力端において前記第３信号を受け取り、第２出力端において前記第４信号を出力し、
   前記第２回路は、第４入力端において前記第４信号を受け取り、第５入力端において前記第１信号を受け取り、第３出力端において前記第５信号を出力し、
   前記第３回路は、第６入力端において前記第５信号を受け取り、第７入力端において前記第２信号を受け取り、第４出力端において前記第６信号を出力する、
   請求項７に記載の半導体装置。

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