JP2022015096A - Semiconductor device and environmental power generation system - Google Patents

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Abstract

To execute self-diagnosis while suppressing power loss caused by a failure of an environmental power generation device in an environmental power generation system.SOLUTION: A plurality of environmental power generation devices 11 and 12 for generating a power supply voltage VDD of a semiconductor device 100 is connected to the semiconductor device 100. The semiconductor device 100 comprises: a plurality of power supply nodes N1 and N2 for respectively receiving power generation voltages VG1 and VG2 of the plurality of environmental power generation devices 11 and 12; an internal circuit 110; and a power source selection circuit 101 for selecting any one of the plurality of power supply nodes N1 and N2 as the power supply voltage VDD of the internal circuit 110.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、半導体装置および環境発電システムに関する。 The present disclosure relates to semiconductor devices and energy harvesting systems.

近年、周囲の環境からエネルギーを得て、そのエネルギーを電力に変換してシステムの電源電力として利用する環境発電装置が開発されている。環境発電は、エナジーハーベスト、エナジーハーベスティングなどとも呼ばれる。 In recent years, energy harvesting devices have been developed that obtain energy from the surrounding environment, convert the energy into electric power, and use it as the power source for the system. Energy harvesting is also called energy harvesting or energy harvesting.

環境発電装置は、バッテリレスのシステムを構築することが可能である。たとえば、環境発電装置は、ヘルスモニタリングへの活用が期待されている。多数のバッテリレスのセンシング端末を道路、橋、トンネルのような建造物に設置し、その建造物の歪み、傾き、温度等を測定することによって、建造物が破損に至る前に劣化または老朽化を検知することができる。 Energy harvesting equipment can be used to build battery-less systems. For example, energy harvesting equipment is expected to be used for health monitoring. By installing a large number of batteryless sensing terminals on buildings such as roads, bridges, and tunnels, and measuring the distortion, tilt, temperature, etc. of the building, the building deteriorates or deteriorates before it becomes damaged. Can be detected.

このような、センシング端末を用いたセンサネットワークシステムの例が特許第６５１４４９４号（特許文献１）に開示されている。 An example of such a sensor network system using a sensing terminal is disclosed in Japanese Patent No. 6514494 (Patent Document 1).

特許第６５１４４９４号Patent No. 6514494

センシング端末は、光、熱、振動、電波のエネルギーを電気エネルギーに変換する環境発電装置、歪み、傾き、温度等を検知するセンサ素子、センサ素子の信号を処理または送信する半導体装置、コンデンサまたは抵抗などの受動部品から構成される。ここで、発電素子、センサ素子、半導体装置は一体となっていてもよい。たとえば、半導体製造プロセスで製造可能なセンサ素子であれば、センサ素子は半導体装置の一部として構成されてもよい。 Sensing terminals are energy harvesting devices that convert light, heat, vibration, and radio energy into electrical energy, sensor elements that detect distortion, tilt, temperature, etc., semiconductor devices that process or transmit signals from sensor elements, capacitors, or resistors. It consists of passive components such as. Here, the power generation element, the sensor element, and the semiconductor device may be integrated. For example, a sensor element may be configured as a part of a semiconductor device as long as it is a sensor element that can be manufactured in a semiconductor manufacturing process.

一般的に、橋またはトンネルなどの建造物の寿命と比較すると、センシング端末を構成する電子部品の寿命は短い。そのため、センシング端末の故障により測定データに異常が発生し、センシング対象を正確に測定できないという課題があった。 Generally, the life of electronic components constituting a sensing terminal is short compared to the life of a building such as a bridge or tunnel. Therefore, there is a problem that an abnormality occurs in the measurement data due to a failure of the sensing terminal, and the sensing target cannot be measured accurately.

特許第６５１４４９４号（特許文献１）では、複数のセンサ素子のセンサ情報を蓄積したデータサーバにおいて、各測定値のバラツキが関係範囲内か否かを判定することで、センサ素子の故障を診断する手法を提案しているが、診断内容が限られてしまい、早期に故障を発見するには改善の余地がある。 In Patent No. 6514494 (Patent Document 1), in a data server accumulating sensor information of a plurality of sensor elements, a failure of the sensor element is diagnosed by determining whether or not the variation of each measured value is within the relevant range. We are proposing a method, but the diagnosis content is limited, and there is room for improvement in order to detect a failure at an early stage.

一方で、半導体装置および半導体装置に接続されたセンサ素子などの部品の故障または劣化を診断する手法がある。たとえば、半導体装置の内部回路を半導体装置自身が検査する自己診断機能（ＢＩＳＴ：Ｂｕｉｌｄ Ｉｎ Ｓｅｌｆ Ｔｅｓｔ）と呼ばれる手法が知られている。また、半導体装置に接続される電子部品の診断では、たとえば、センサ素子から出力される電圧の中心値を測定し、測定電圧値と期待値とを比較することで、センサ素子の劣化または故障を診断することが可能である。 On the other hand, there is a method of diagnosing a failure or deterioration of a semiconductor device and a component such as a sensor element connected to the semiconductor device. For example, a method called a self-diagnosis function (BIST: Wild In Self Test) in which an internal circuit of a semiconductor device is inspected by the semiconductor device itself is known. In diagnosing electronic components connected to semiconductor devices, for example, the center value of the voltage output from the sensor element is measured and the measured voltage value is compared with the expected value to prevent deterioration or failure of the sensor element. It is possible to diagnose.

しかしながら、環境発電装置が故障すると、環境発電装置の発電電圧を電源とする半導体装置が動作できなくなるため、自己診断機能も動作できなくなり、センシング端末の故障を診断できなくなるという課題があった。 However, when the energy harvesting device fails, the semiconductor device using the generated voltage of the energy harvesting device as a power source cannot operate, so that the self-diagnosis function cannot operate, and there is a problem that the failure of the sensing terminal cannot be diagnosed.

本開示の半導体装置および環境発電システムは、上記の課題を解決するものであって、故障によって診断不能となる可能性を低減することを目的とする。 The semiconductor device and the energy harvesting system of the present disclosure solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to reduce the possibility of undiagnosis due to a failure.

本開示は、環境発電システムに用いられる半導体装置に関する。半導体装置には半導体装置の電源電圧を生成する複数の環境発電装置が接続されている。半導体装置は、複数の環境発電装置の発電電圧をそれぞれ受ける複数の電源ノードと、内部回路と、複数の電源ノードのうちいずれか１つの電圧を内部回路の電源電圧として選択する電源選択回路とを備える。 The present disclosure relates to semiconductor devices used in energy harvesting systems. A plurality of energy harvesting devices that generate a power supply voltage for the semiconductor device are connected to the semiconductor device. The semiconductor device includes a plurality of power supply nodes each receiving the power generation voltage of a plurality of energy harvesting devices, an internal circuit, and a power supply selection circuit that selects the voltage of any one of the plurality of power supply nodes as the power supply voltage of the internal circuit. Be prepared.

本開示によれば、環境発電装置が故障した場合においても動作を継続可能な半導体装置が実現できる。 According to the present disclosure, it is possible to realize a semiconductor device that can continue to operate even if the energy harvesting device fails.

実施の形態１の環境発電システム３０１の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the energy harvesting system 301 of Embodiment 1. FIG. 実施の形態１における電源選択回路１０１の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the power source selection circuit 101 in Embodiment 1. FIG. 実施の形態１における半導体装置におけるスイッチ制御信号のタイミングチャートである。FIG. 5 is a timing chart of a switch control signal in the semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態１において環境発電装置１１が故障した場合のスイッチ制御信号のタイミングチャートである。FIG. 5 is a timing chart of a switch control signal when the energy harvesting device 11 fails in the first embodiment. 電圧検知回路の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the voltage detection circuit. 実施の形態１の半導体装置を用いたセンシング端末を含む環境発電システムの全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the energy harvesting system including the sensing terminal which used the semiconductor device of Embodiment 1. FIG. 環境発電装置が３つの場合の半導体装置の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the semiconductor device in the case of three energy harvesting devices. 実施の形態２の環境発電システム３０２の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the energy harvesting system 302 of Embodiment 2. 実施の形態２における処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process in Embodiment 2. 実施の形態３における電源選択回路を示す図である。It is a figure which shows the power-source selection circuit in Embodiment 3. FIG. 実施の形態３におけるスイッチ制御信号のタイミングチャートである。It is a timing chart of the switch control signal in Embodiment 3.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In principle, the same or corresponding parts in the figure are designated by the same reference numerals and the description is not repeated.

実施の形態１．
道路、トンネル、橋、ビルディング等の建造物のヘルスモニタリングを行なう環境発電システムにおいて、センシング対象である建造物の寿命と比較して、電子機器であるセンシング端末の寿命は短い。そのため、センシング対象よりも先にセンシング端末が故障してしまう可能性が高い。 Embodiment 1.
In an energy harvesting system that monitors the health of buildings such as roads, tunnels, bridges, and buildings, the life of the sensing terminal, which is an electronic device, is shorter than the life of the building to be sensed. Therefore, there is a high possibility that the sensing terminal will fail before the sensing target.

センシング端末の故障を検知できない場合、センシング端末から送信されてきた測定データが正しいのか、誤っているのかを判断できない場合がある。この場合、センシング対象に異常が発生したため測定データが異常な値となっているのか、センシング端末が故障したため測定データが異常な値となっているのかを区別することができない。そのため、環境発電システムの信頼性が低下してしまうという課題があった。 If the failure of the sensing terminal cannot be detected, it may not be possible to determine whether the measurement data transmitted from the sensing terminal is correct or incorrect. In this case, it is not possible to distinguish whether the measurement data has an abnormal value because an abnormality has occurred in the sensing target or whether the measurement data has an abnormal value because the sensing terminal has failed. Therefore, there is a problem that the reliability of the energy harvesting system is lowered.

この対策として、センシング端末に搭載された部品のうち、半導体装置および半導体装置に接続されたセンサ素子などの部品の故障および劣化を、半導体装置に搭載された自己診断機能で検出することが可能である。しかしながら、半導体装置の電源を生成する環境発電装置が故障すると、半導体装置が動作できなくなるため、半導体装置に搭載された自己診断機能も動作できなくなり、センシング端末に搭載された部品の劣化および故障を検出できなくなるという課題があった。 As a countermeasure, among the parts mounted on the sensing terminal, it is possible to detect the failure and deterioration of the semiconductor device and the component such as the sensor element connected to the semiconductor device by the self-diagnosis function mounted on the semiconductor device. be. However, if the energy harvesting device that generates the power supply for the semiconductor device fails, the semiconductor device cannot operate, so the self-diagnosis function mounted on the semiconductor device cannot operate, and the parts mounted on the sensing terminal deteriorate and fail. There was a problem that it could not be detected.

実施の形態１では、複数の環境発電装置を備えることによってシステムの信頼性を向上させる。 In the first embodiment, the reliability of the system is improved by providing a plurality of energy harvesting devices.

図１は、実施の形態１の環境発電システム３０１の構成を示す図である。図１に示すように、環境発電システム３０１は、センシング端末１と、サーバ３１とを備える。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of the energy harvesting system 301 of the first embodiment. As shown in FIG. 1, the energy harvesting system 301 includes a sensing terminal 1 and a server 31.

センシング端末１は、環境発電装置１１，１２と、センサ素子２１と、受動部品２２と、半導体装置１００とを備える。半導体装置１００は、電源ノードＮ１，Ｎ２と、電源選択回路１０１と、内部回路１１０とを備える。内部回路１１０は、センサ素子２１からの信号を処理するデータ処理回路１０２と、処理されたデータをサーバに送信するデータ送信回路１０３と、半導体装置１００および半導体装置１００に接続された部品の劣化および故障を診断するための自己診断回路１０４とを備える。環境発電装置１１および環境発電装置１２は、半導体装置１００の電源電圧ＶＤＤを生成するために設けられる。環境発電装置１１，１２の各々は、センシング端末１が設置された環境における、光、熱、振動、電波等のエネルギーを電気エネルギーに変換する。 The sensing terminal 1 includes energy harvesting devices 11 and 12, a sensor element 21, a passive component 22, and a semiconductor device 100. The semiconductor device 100 includes power supply nodes N1 and N2, a power supply selection circuit 101, and an internal circuit 110. The internal circuit 110 includes a data processing circuit 102 that processes a signal from the sensor element 21, a data transmission circuit 103 that transmits the processed data to a server, and deterioration and deterioration of components connected to the semiconductor device 100 and the semiconductor device 100. It is provided with a self-diagnosis circuit 104 for diagnosing a failure. The energy harvesting device 11 and the energy harvesting device 12 are provided to generate the power supply voltage VDD of the semiconductor device 100. Each of the energy harvesting devices 11 and 12 converts energy such as light, heat, vibration, and radio waves in the environment in which the sensing terminal 1 is installed into electrical energy.

電源選択回路１０１は、環境発電装置１１および環境発電装置１２のいずれか一方の発電電圧を選択するように構成される。また、センサ素子２１と、受動部品２２（抵抗素子、キャパシタ素子など）が半導体装置１００に接続されている。半導体装置１００の出力データは、データ処理を行なうサーバ３１に送信される。 The power supply selection circuit 101 is configured to select the power generation voltage of either the energy harvesting device 11 or the energy harvesting device 12. Further, the sensor element 21 and the passive component 22 (resistance element, capacitor element, etc.) are connected to the semiconductor device 100. The output data of the semiconductor device 100 is transmitted to the server 31 that performs data processing.

センサ素子２１は、赤外線センサ、磁気センサ、電流センサ、超音波センサ、光学センサ等である。さらに、センサ素子２１は、レーザレーダ、ミリ波レーダ、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）といったセンサでもよい。また、センサ素子２１からの信号に代えて、単眼カメラまたはステレオカメラといったカメラから得られる画像情報が半導体装置１００に入力されてもよい。 The sensor element 21 is an infrared sensor, a magnetic sensor, a current sensor, an ultrasonic sensor, an optical sensor, or the like. Further, the sensor element 21 may be a sensor such as a laser radar, a millimeter wave radar, or a LiDAR (Light Detection and Ringing). Further, instead of the signal from the sensor element 21, image information obtained from a camera such as a monocular camera or a stereo camera may be input to the semiconductor device 100.

自己診断回路１０４は、半導体装置１００の内部の回路の診断部と、外部に接続されるセンサ素子、受動部品の診断部の少なくとも１つを含んで構成される。 The self-diagnosis circuit 104 includes at least one of a diagnostic unit of the circuit inside the semiconductor device 100, a sensor element connected to the outside, and a diagnostic unit of a passive component.

一般的に、半導体装置の内部の回路の自己診断処理は、デジタル回路に対する処理とアナログ回路に対する処理とに大別される。デジタル回路の自己診断機能は、デジタル回路内部に診断用の入力パターンを入力し、その入力に対応する予め保持された出力パターンの期待値と、デジタル回路の出力とを比較することによって診断を行なう。一般的に、デジタル回路の自己診断機能はソフトウェアにより自動で半導体装置に実装することが可能である。アナログ回路の自己診断機能は、実装されるアナログ回路に応じて様々な構成が考えられるが、一般的には、アナログ・デジタル変換器にてアナログ回路が出力する信号をデジタル値に変換し、デジタル値をデジタル回路内部で保持されている期待値と比較することによって診断を行なう。 Generally, the self-diagnosis process of the circuit inside the semiconductor device is roughly classified into the process for the digital circuit and the process for the analog circuit. The self-diagnosis function of a digital circuit inputs a diagnostic input pattern inside the digital circuit, and makes a diagnosis by comparing the expected value of the pre-held output pattern corresponding to the input with the output of the digital circuit. .. In general, the self-diagnosis function of a digital circuit can be automatically mounted on a semiconductor device by software. The self-diagnosis function of an analog circuit can be configured in various ways depending on the analog circuit to be mounted, but in general, an analog-to-digital converter converts the signal output by the analog circuit into a digital value and digitalizes it. Diagnosis is made by comparing the value with the expected value held inside the digital circuit.

半導体装置に接続されるセンサ素子、受動部品を診断する自己診断機能は、接続される素子によって様々な構成が考えられる。一例としては、センサ素子に供給する電流量が期待値の範囲内であることを確認する構成が挙げられる。他の例としては、センサ素子の出力電圧の平均値が期待値の範囲内であることを確認する構成が挙げられる。受動部品の１つであるキャパシタの診断部としては、キャパシタへの電圧の充電時間が期待値の範囲内であることを確認する構成が挙げられる。受動部品の１つである抵抗の診断部としては、ある一定の電圧を印加し、流れる電流が期待値の範囲内であることを確認する構成が挙げられる。 The sensor element connected to the semiconductor device and the self-diagnosis function for diagnosing passive components may have various configurations depending on the connected element. As an example, there is a configuration for confirming that the amount of current supplied to the sensor element is within the range of the expected value. Another example is a configuration for confirming that the average value of the output voltage of the sensor element is within the range of the expected value. The diagnostic unit of the capacitor, which is one of the passive components, includes a configuration for confirming that the charging time of the voltage to the capacitor is within the expected value. The resistance diagnostic unit, which is one of the passive components, includes a configuration in which a certain voltage is applied and the flowing current is confirmed to be within the expected value range.

電源選択回路１０１は、環境発電装置１１および環境発電装置１２が発電する発電電圧ＶＧ１，ＶＧ２のいずれか一方を選択して、半導体装置１００の内部回路１１０の電源電圧ＶＤＤとして供給するための回路である。 The power supply selection circuit 101 is a circuit for selecting one of the power generation voltages VG1 and VG2 generated by the energy harvesting device 11 and the energy harvesting device 12 and supplying them as the power supply voltage VDD of the internal circuit 110 of the semiconductor device 100. be.

図２は、実施の形態１における電源選択回路１０１の構成を示す図である。図２に示すように、電源選択回路１０１は、環境発電装置１１の発電電圧ＶＧ１を検知する電圧検知回路２０１と、環境発電装置１２の発電電圧ＶＧ２を検知する電圧検知回路２０２と、発電電圧ＶＧ１を内部回路１１０の電源電圧ＶＤＤとして供給するためのスイッチ２０４と、発電電圧ＶＧ２を内部回路１１０の電源電圧ＶＤＤとして供給するためのスイッチ２０５と、スイッチ２０４とスイッチ２０５が同時にオンすることのないよう排他制御するスイッチ制御回路２０３を備えている。 FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the power supply selection circuit 101 according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the power supply selection circuit 101 includes a voltage detection circuit 201 that detects the generated voltage VG1 of the environmental power generation device 11, a voltage detection circuit 202 that detects the generated voltage VG2 of the environmental power generation device 12, and a generated voltage VG1. The switch 204 for supplying the power supply voltage VDD of the internal circuit 110, the switch 205 for supplying the generated voltage VG2 as the power supply voltage VDD of the internal circuit 110, and the switch 204 and the switch 205 are not turned on at the same time. A switch control circuit 203 for exclusive control is provided.

電圧検知回路２０１は、発電電圧ＶＧ１が判定しきい値以上であるかどうかを判定するための回路である。発電電圧ＶＧ１が判定しきい値以上であることを電圧検知回路２０１の検知信号ＤＴ１が示す場合、スイッチ制御回路２０３はスイッチ２０４をオンする。逆に、発電電圧ＶＧ１が判定しきい値未満であることを電圧検知回路２０１の検知信号ＤＴ１が示す場合、スイッチ制御回路２０３はスイッチ２０４をオフする。 The voltage detection circuit 201 is a circuit for determining whether or not the generated voltage VG1 is equal to or higher than the determination threshold value. When the detection signal DT1 of the voltage detection circuit 201 indicates that the generated voltage VG1 is equal to or higher than the determination threshold value, the switch control circuit 203 turns on the switch 204. On the contrary, when the detection signal DT1 of the voltage detection circuit 201 indicates that the generated voltage VG1 is less than the determination threshold value, the switch control circuit 203 turns off the switch 204.

同様に、電圧検知回路２０２は、発電電圧ＶＧ２が判定しきい値以上であるかどうかを判定するための回路である。発電電圧ＶＧ２が判定しきい値以上であることを電圧検知回路２０２の検知信号ＤＴ２が示す場合、スイッチ制御回路２０３はスイッチ２０５をオンする。逆に、発電電圧ＶＧ２が判定しきい値未満であることを電圧検知回路２０２の検知信号ＤＴ２が示す場合、スイッチ制御回路２０３はスイッチ２０５をオフする。 Similarly, the voltage detection circuit 202 is a circuit for determining whether or not the generated voltage VG2 is equal to or greater than the determination threshold value. When the detection signal DT2 of the voltage detection circuit 202 indicates that the generated voltage VG2 is equal to or higher than the determination threshold value, the switch control circuit 203 turns on the switch 205. On the contrary, when the detection signal DT2 of the voltage detection circuit 202 indicates that the generated voltage VG2 is less than the determination threshold value, the switch control circuit 203 turns off the switch 205.

ただし、スイッチ制御回路２０３は、スイッチ２０４とスイッチ２０５が同時にオンしないように排他制御する。スイッチ制御回路２０３は、発電電圧ＶＧ１が判定しきい値以上でありスイッチ２０４がオンであるときに、発電電圧ＶＧ２が判定しきい値以上となってもスイッチ２０５がオンしないように制御する。同様に、スイッチ制御回路２０３は、発電電圧ＶＧ２が判定しきい値以上でありスイッチ２０５がオンであるときに、発電電圧ＶＧ１が判定しきい値以上となってもスイッチ２０４がオンしないように制御する。 However, the switch control circuit 203 exclusively controls the switch 204 and the switch 205 so that they are not turned on at the same time. The switch control circuit 203 controls so that the switch 205 does not turn on even if the generated voltage VG2 becomes equal to or higher than the determined threshold when the generated voltage VG1 is equal to or higher than the determination threshold and the switch 204 is turned on. Similarly, the switch control circuit 203 controls so that when the power generation voltage VG2 is equal to or higher than the determination threshold value and the switch 205 is on, the switch 204 is not turned on even if the power generation voltage VG1 is equal to or higher than the judgment threshold value. do.

図２に示すスイッチ制御回路２０３に示す回路構成は、スイッチの排他制御を行なう回路構成の一例である。スイッチ制御回路２０３は、検知信号ＤＴ１を一方の入力に受けてスイッチ２０４を導通させる制御信号ＳＣ１を出力するＡＮＤ回路２１１と、検知信号ＤＴ２を一方の入力に受けてスイッチ２０５を導通させる制御信号ＳＣ２を出力するＡＮＤ回路２１２と、制御信号ＳＣ２を反転させＡＮＤ回路２１１の他方の入力に与える反転回路２２１と、制御信号ＳＣ１を反転させＡＮＤ回路２１２の他方の入力に与える反転回路２２２とを含む。 The circuit configuration shown in the switch control circuit 203 shown in FIG. 2 is an example of a circuit configuration for exclusive control of a switch. The switch control circuit 203 has an AND circuit 211 that receives the detection signal DT1 at one input and outputs a control signal SC1 that conducts the switch 204, and a control signal SC2 that receives the detection signal DT2 at one input and conducts the switch 205. Includes an AND circuit 212 that outputs the control signal SC2, an inverting circuit 221 that inverts the control signal SC2 and gives it to the other input of the AND circuit 211, and an inverting circuit 222 that inverts the control signal SC1 and gives it to the other input of the AND circuit 212.

制御信号ＳＣ１がＨｉｇｈの場合にスイッチ２０４は導通し、制御信号ＳＣ１がＬｏｗの場合にスイッチ２０４は非導通となる。また、制御信号ＳＣ２がＨｉｇｈの場合にスイッチ２０５は導通し、制御信号ＳＣ２がＬｏｗの場合にスイッチ２０５は非導通となる。 When the control signal SC1 is High, the switch 204 is conductive, and when the control signal SC1 is Low, the switch 204 is non-conducting. Further, when the control signal SC2 is High, the switch 205 becomes conductive, and when the control signal SC2 is Low, the switch 205 becomes non-conducting.

スイッチ２０４の制御信号ＳＣ１がＨｉｇｈである間は、電圧検知回路２０２の出力する検知信号ＤＴ２がＨｉｇｈとなっても、スイッチ２０５の制御信号ＳＣ２がＨｉｇｈとなることはない。同様に、スイッチ２０５の制御信号ＳＣ２がＨｉｇｈである間は、電圧検知回路２０１の出力する検知信号ＤＴ１がＨｉｇｈとなっても、スイッチ２０４の制御信号ＳＣ１がＨｉｇｈとなることはない。そのため、スイッチ２０４とスイッチ２０５が同時にオンすることはなく、スイッチ制御回路２０３は排他制御を行なうことが可能である。 While the control signal SC1 of the switch 204 is High, even if the detection signal DT2 output by the voltage detection circuit 202 becomes High, the control signal SC2 of the switch 205 does not become High. Similarly, while the control signal SC2 of the switch 205 is High, even if the detection signal DT1 output by the voltage detection circuit 201 becomes High, the control signal SC1 of the switch 204 does not become High. Therefore, the switch 204 and the switch 205 are not turned on at the same time, and the switch control circuit 203 can perform exclusive control.

図３は、実施の形態１における半導体装置におけるスイッチ制御信号のタイミングチャートである。電圧検知回路２０１は、発電電圧ＶＧ１が判定しきい値Ｖｔｈ以上の場合は制御信号ＳＣ１をＨｉｇｈ出力とする。スイッチ２０４は、制御信号ＳＣ１がＨｉｇｈの場合にオン、Ｌｏｗの場合にオフする。図３のタイミングチャートは、環境発電装置１１と環境発電装置１２が両方とも正常に動作している場合を示している。 FIG. 3 is a timing chart of a switch control signal in the semiconductor device according to the first embodiment. When the generated voltage VG1 is equal to or higher than the determination threshold value Vth, the voltage detection circuit 201 sets the control signal SC1 as High output. The switch 204 is turned on when the control signal SC1 is High and turned off when the control signal SC1 is Low. The timing chart of FIG. 3 shows the case where both the energy harvesting device 11 and the energy harvesting device 12 are operating normally.

時刻ｔ１から発電電圧ＶＧ１が上昇開始し、時刻ｔ２において、発電電圧ＶＧ１が判定しきい値Ｖｔｈ以上になると、電圧検知回路２０１の検知信号ＤＴ１がＨｉｇｈとなり、これに応じて制御信号ＳＣ１が変化し、スイッチ２０４がオンする。 When the generated voltage VG1 starts to rise from time t1 and the generated voltage VG1 becomes equal to or higher than the determination threshold value Vth at time t2, the detection signal DT1 of the voltage detection circuit 201 becomes High, and the control signal SC1 changes accordingly. , Switch 204 turns on.

その後、時刻ｔ３において、環境発電装置１２の発電電圧ＶＧ２が判定しきい値Ｖｔｈ以上となり、電圧検知回路２０２の検知信号ＤＴ２がＨｉｇｈとなっても、制御信号ＳＣ２は変化せず、スイッチ２０５はオンしない。 After that, at time t3, even if the generated voltage VG2 of the energy harvesting device 12 becomes equal to or higher than the determination threshold value Vth and the detection signal DT2 of the voltage detection circuit 202 becomes High, the control signal SC2 does not change and the switch 205 is turned on. do not do.

時刻ｔ４において電圧検知回路２０１の検知信号ＤＴ１がＬｏｗとなると、制御信号ＳＣ２が変化しスイッチ２０５がオンとなる。時刻ｔ５において発電電圧ＶＧ２が判定しきい値Ｖｔｈよりも低下し検知信号ＤＴ２がＬｏｗとなると、制御信号ＳＣ２が変化しスイッチ２０５がオフとなる。 When the detection signal DT1 of the voltage detection circuit 201 becomes Low at time t4, the control signal SC2 changes and the switch 205 is turned on. When the generated voltage VG2 drops below the determination threshold value Vth and the detection signal DT2 becomes Low at time t5, the control signal SC2 changes and the switch 205 is turned off.

図４は、実施の形態１において環境発電装置１１が故障した場合のスイッチ制御信号のタイミングチャートである。図４に示す波形では、環境発電装置１１が故障し、発電電圧ＶＧ１が発生していない。このため、検知信号ＤＴ１および制御信号ＳＣ１もＬｏｗレベルに固定されており、スイッチ２０４はオンしない。 FIG. 4 is a timing chart of a switch control signal when the energy harvesting device 11 fails in the first embodiment. In the waveform shown in FIG. 4, the energy harvesting device 11 has failed and the power generation voltage VG1 has not been generated. Therefore, the detection signal DT1 and the control signal SC1 are also fixed at the Low level, and the switch 204 is not turned on.

このような状態では、時刻ｔ１１から発電電圧ＶＧ２が上昇開始し、時刻ｔ１２において、発電電圧ＶＧ２が判定しきい値Ｖｔｈ以上になると、電圧検知回路２０２の検知信号ＤＴ２がＨｉｇｈとなり、これに応じて制御信号ＳＣ２もＨｉｇｈとなった結果、スイッチ２０５がオンする。 In such a state, the generated voltage VG2 starts to rise from time t11, and when the generated voltage VG2 becomes equal to or higher than the determination threshold value Vth at time t12, the detection signal DT2 of the voltage detection circuit 202 becomes High, and accordingly. As a result of the control signal SC2 also becoming High, the switch 205 is turned on.

スイッチ２０５がオンすることで環境発電装置１２の発電電圧ＶＧ２が内部回路１１０の電源電圧ＶＤＤとして供給されるため、半導体装置１００は動作することが可能である。 When the switch 205 is turned on, the power generation voltage VG2 of the energy harvesting device 12 is supplied as the power supply voltage VDD of the internal circuit 110, so that the semiconductor device 100 can operate.

図５は、電圧検知回路の構成例を示す図である。図５に示すように、電圧検知回路２０６としてコンパレータを用いる。コンパレータは、環境発電装置から生成された発電電圧ＶＧ１またはＶＧ２と、半導体装置内部回路にて生成した判定しきい値電圧Ｖｔｈとを比較することができる。なお、発電電圧と判定しきい値電圧とを直接コンパレータに入力しても良いが、コンパレータの電源も電源電圧ＶＤＤである場合は、電源電圧ＶＤＤ付近はコンパレータの入力レンジ外となることがある。この場合は、図５に示すように、抵抗２３１，２３２で発電電圧ＶＧ１またはＶＧ２を分圧し、抵抗２３３，２３４で判定しきい値電圧Ｖｔｈを分圧し、分圧電圧同士をコンパレータによって比較すればよい。 FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of the voltage detection circuit. As shown in FIG. 5, a comparator is used as the voltage detection circuit 206. The comparator can compare the generated voltage VG1 or VG2 generated from the energy harvesting device with the determination threshold voltage Vth generated by the internal circuit of the semiconductor device. The generated voltage and the determination threshold voltage may be directly input to the comparator, but if the power supply of the comparator is also the power supply voltage VDD, the vicinity of the power supply voltage VDD may be out of the input range of the comparator. In this case, as shown in FIG. 5, if the generated voltage VG1 or VG2 is divided by the resistors 231 and 232, the determination threshold voltage Vth is divided by the resistors 233 and 234, and the divided voltages are compared by the comparator. good.

発電電圧ＶＧ１またはＶＧ２が判定しきい値電圧Ｖｔｈ以上であれば、コンパレータ出力信号ＣＯＵＴがＨｉｇｈレベルとなる。コンパレータ出力信号ＣＯＵＴがＨｉｇｈレベルであれば対応する電圧検知回路の検知信号ＤＴ１またはＤＴ２がＨｉｇｈレベルとなる。 If the generated voltage VG1 or VG2 is equal to or higher than the determination threshold voltage Vth, the comparator output signal COUT becomes the High level. If the comparator output signal COUT is at High level, the detection signal DT1 or DT2 of the corresponding voltage detection circuit becomes High level.

以上説明したように、複数の環境発電装置１１，１２の発電電圧を選択して内部電源として使用することが可能な図１に示す半導体装置１００を備えることによって、環境発電装置の１つが故障しても動作を継続することが可能なセンシング端末１を提供することが可能となる。 As described above, by providing the semiconductor device 100 shown in FIG. 1, which can select and use the power generation voltage of the plurality of energy harvesting devices 11 and 12 as an internal power source, one of the energy harvesting devices fails. However, it is possible to provide a sensing terminal 1 capable of continuing the operation.

図６は、実施の形態１の半導体装置を用いたセンシング端末を含む環境発電システムの全体構成を示す図である。図６に示すように、１個以上のセンシング端末１，２，３，…ｎが建造物などに取付けられ、ネットワーク４１を介してサーバ３１に接続される。ネットワーク４１は、インターネット、移動体端末通信網、赤外線通信、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ）等の各種ネットワークのいずれかである。ネットワーク４１には、有線通信方式を採用してもよいし、無線通信方式を採用してもよい。サーバ３１は、センシング端末１～ｎから得られた情報の処理を行なう。サーバ３１は複数台であってもよい。 FIG. 6 is a diagram showing an overall configuration of an energy harvesting system including a sensing terminal using the semiconductor device of the first embodiment. As shown in FIG. 6, one or more sensing terminals 1, 2, 3, ... n are attached to a building or the like and connected to the server 31 via the network 41. The network 41 is any one of various networks such as the Internet, mobile terminal communication network, infrared communication, Bluetooth (registered trademark), and wireless LAN (Local Area Network). A wired communication method may be adopted or a wireless communication method may be adopted for the network 41. The server 31 processes the information obtained from the sensing terminals 1 to n. There may be a plurality of servers 31.

各センシング端末において、環境発電装置が１つ故障しても動作継続可能な機能を備えることによって、センシング端末の診断を継続することが可能となり、メンテナンス性の向上および異常データ処理の精度向上を実現することが可能となる。そのため、環境発電システムの信頼性を向上させることが可能となる。 By equipping each sensing terminal with a function that can continue operation even if one energy harvesting device fails, it is possible to continue the diagnosis of the sensing terminal, improving maintainability and improving the accuracy of abnormal data processing. It becomes possible to do. Therefore, it is possible to improve the reliability of the energy harvesting system.

なお、センシングする対象は、たとえば、道路、トンネル、橋、ビルディング等の建造物である。多数のセンシング端末を設置し、監視することで、建造物のヘルスモニタリングが可能となる。さらに、センシングする対象は建造物に限定されるものではなく、センサを用いて観測できる対象であればよい。センシング端末が適用されるシステムは、たとえば赤外線センサを用いた人または動物の監視システム、レーダを用いた自動車の監視システム、磁気センサを用いたモータの回転監視システムでもよい。なお、センシング端末は複数設置されることは必須ではない。 The object to be sensed is, for example, a building such as a road, a tunnel, a bridge, or a building. By installing and monitoring a large number of sensing terminals, it is possible to monitor the health of buildings. Further, the object to be sensed is not limited to the building, and may be an object that can be observed using a sensor. The system to which the sensing terminal is applied may be, for example, a human or animal monitoring system using an infrared sensor, a vehicle monitoring system using a radar, or a motor rotation monitoring system using a magnetic sensor. It is not essential that multiple sensing terminals are installed.

ここまで環境発電装置が２つの場合の例で示したが、さらに多くの環境発電装置を用いても良い。図７は、環境発電装置が３つの場合の半導体装置の例を示す図である。 Up to this point, the example of the case where there are two energy harvesting devices has been shown, but more energy harvesting devices may be used. FIG. 7 is a diagram showing an example of a semiconductor device when there are three energy harvesting devices.

図７に示す半導体装置１００Ａには半導体装置１００の電源電圧ＶＤＤを生成する複数の環境発電装置１１～１３が接続されている。半導体装置１００は、複数の環境発電装置１１～１３の発電電圧ＶＧ１～ＶＧ３をそれぞれ受ける複数の電源ノードＮ１～Ｎ３と、内部回路１１０と、複数の電源ノードＮ１～Ｎ３のうちいずれか１つの電圧を内部回路１１０の電源電圧ＶＤＤとして選択する電源選択回路１０１Ａとを備える。 A plurality of energy harvesting devices 11 to 13 for generating the power supply voltage VDD of the semiconductor device 100 are connected to the semiconductor device 100A shown in FIG. 7. The semiconductor device 100 is a voltage of any one of a plurality of power supply nodes N1 to N3, an internal circuit 110, and a plurality of power supply nodes N1 to N3, which receive the power generation voltages VG1 to VG3 of the plurality of energy harvesting devices 11 to 13, respectively. Is provided with a power supply selection circuit 101A for selecting as the power supply voltage VDD of the internal circuit 110.

電源選択回路１０１Ａは、電源ノードＮ１～Ｎ３にそれぞれ対応して設けられ、電源ノードＮ１～Ｎ３の電圧ＶＧ１～ＶＧ３をそれぞれ検知する電圧検知回路２０１，２０２，２０６と、電源ノードＮ１～Ｎ３にそれぞれ対応して設けられ、電源ノードＮ１～Ｎ３の電圧ＶＧ１～ＶＧ３を内部回路１１０の電源電圧ＶＤＤとしてそれぞれ供給するためのスイッチ２０４，２０５，２０７とを備える。半導体装置１００Ａは、電圧検知回路２０１，２０２，２０６の検知信号ＤＴ１～ＤＴ３に基づいて、スイッチ２０４，２０５，２０７のうち２つ以上のスイッチが同時に導通しないようにスイッチ２０４，２０５，２０７に対して排他制御を行なうスイッチ制御回路２０３Ａをさらに備える。 The power supply selection circuit 101A is provided corresponding to the power supply nodes N1 to N3, respectively, and is provided in the voltage detection circuits 201, 202, 206 for detecting the voltages VG1 to VG3 of the power supply nodes N1 to N3, respectively, and in the power supply nodes N1 to N3, respectively. Correspondingly provided, the switches 204, 205, 207 for supplying the voltages VG1 to VG3 of the power supply nodes N1 to N3 as the power supply voltage VDD of the internal circuit 110 are provided. The semiconductor device 100A is based on the detection signals DT1 to DT3 of the voltage detection circuits 201, 202, 206 with respect to the switches 204, 205, 207 so that two or more of the switches 204, 205, 207 do not conduct at the same time. Further includes a switch control circuit 203A that performs exclusive control.

図７に示すように、スイッチ制御回路２０３Ａは、電源ノードＮ１～Ｎ３にそれぞれ対応して設けられるＡＮＤ回路２１１Ａ，２１２Ａ，２１３Ａを備える。ＡＮＤ回路２１１Ａ，２１２Ａ，２１３Ａの各々は、電圧検知回路２０１，２０２，２０６のうちの自己に対応する電圧検知回路の出力と、ＡＮＤ回路２１１Ａ，２１２Ａ，２１３Ａのうちの自己以外の残余のＡＮＤ回路の出力の反転信号とを入力信号として受ける。ＡＮＤ回路２１１Ａ，２１２Ａ，２１３Ａの各々は、スイッチ２０４，２０５，２０７のうちの自己に対応するスイッチの導通と非導通とを切替える制御信号ＳＣ１～ＳＣ３を発生する。 As shown in FIG. 7, the switch control circuit 203A includes AND circuits 211A, 212A, and 213A provided corresponding to the power supply nodes N1 to N3, respectively. Each of the AND circuits 211A, 212A, and 213A has the output of the voltage detection circuit corresponding to the self of the voltage detection circuits 201, 202, 206 and the remaining AND circuit other than the self of the AND circuits 211A, 212A, 213A. The inverted signal of the output of is received as an input signal. Each of the AND circuits 211A, 212A, and 213A generates control signals SC1 to SC3 for switching between continuity and non-conduction of the switch corresponding to itself among the switches 204, 205, and 207.

ＡＮＤ回路２１１Ａ，２１２Ａ，２１３Ａの各々は、３入力のＡＮＤ回路である。 Each of the AND circuits 211A, 212A, and 213A is a 3-input AND circuit.

ＡＮＤ回路２１１Ａは、検知信号ＤＴ１を第１入力に受けてスイッチ２０４を導通させる制御信号ＳＣ１を出力する。ＡＮＤ回路２１２Ａは、検知信号ＤＴ２を第１入力に受けてスイッチ２０５を導通させる制御信号ＳＣ２を出力する。ＡＮＤ回路２１３Ａは、検知信号ＤＴ３を第１入力に受けてスイッチ２０７を導通させる制御信号ＳＣ２を出力する。 The AND circuit 211A receives the detection signal DT1 at the first input and outputs the control signal SC1 that conducts the switch 204. The AND circuit 212A receives the detection signal DT2 at the first input and outputs the control signal SC2 that conducts the switch 205. The AND circuit 213A receives the detection signal DT3 at the first input and outputs the control signal SC2 that conducts the switch 207.

スイッチ制御回路２０３Ａは、反転回路２２１Ａ，２２１Ｂ，２２２Ａ，２２２Ｂ，２２３Ａ，２２３Ｂをさらに備える。 The switch control circuit 203A further includes inverting circuits 221A, 221B, 222A, 222B, 223A, and 223B.

反転回路２２１Ａは、制御信号ＳＣ２を反転させる。ＡＮＤ回路２１１Ａの第２入力は、反転回路２２１Ａの出力を受ける。反転回路２２１Ｂは、制御信号ＳＣ３を反転させる。ＡＮＤ回路２１１Ａの第３入力は、反転回路２２１Ｂの出力を受ける。 The inverting circuit 221A inverts the control signal SC2. The second input of the AND circuit 211A receives the output of the inverting circuit 221A. The inverting circuit 221B inverts the control signal SC3. The third input of the AND circuit 211A receives the output of the inverting circuit 221B.

反転回路２２２Ａは、制御信号ＳＣ１を反転させる。ＡＮＤ回路２１２Ａの第２入力は、反転回路２２２Ａの出力を受ける。反転回路２２２Ｂは、制御信号ＳＣ３を反転させる。ＡＮＤ回路２１２Ａの第３入力は、反転回路２２２Ｂの出力を受ける。 The inverting circuit 222A inverts the control signal SC1. The second input of the AND circuit 212A receives the output of the inverting circuit 222A. The inverting circuit 222B inverts the control signal SC3. The third input of the AND circuit 212A receives the output of the inverting circuit 222B.

反転回路２２３Ａは、制御信号ＳＣ１を反転させる。ＡＮＤ回路２１３Ａの第２入力は、反転回路２２３Ａの出力を受ける。反転回路２２３Ｂは、制御信号ＳＣ２を反転させる。ＡＮＤ回路２１３Ａの第３入力は、反転回路２２３Ｂの出力を受ける。 The inverting circuit 223A inverts the control signal SC1. The second input of the AND circuit 213A receives the output of the inverting circuit 223A. The inverting circuit 223B inverts the control signal SC2. The third input of the AND circuit 213A receives the output of the inverting circuit 223B.

このような構成とすることによって環境発電装置１１の発電電圧ＶＧ１を内部回路１１０に供給するスイッチ２０４は、スイッチ２０５とスイッチ２０７がともにオフのときのみに、オンするよう制御される。同様に、スイッチ２０５は、スイッチ２０４とスイッチ２０７がともにオフのときのみに、オンするよう制御される。同様に、スイッチ２０７は、スイッチ２０４とスイッチ２０５がともにオフのときのみに、オンするよう制御される。接続される環境発電装置が４つ以上となった場合でも同様である。 With such a configuration, the switch 204 that supplies the power generation voltage VG1 of the energy harvesting device 11 to the internal circuit 110 is controlled to be turned on only when both the switch 205 and the switch 207 are turned off. Similarly, switch 205 is controlled to turn on only when both switch 204 and switch 207 are off. Similarly, switch 207 is controlled to turn on only when both switch 204 and switch 205 are off. The same applies when the number of connected energy harvesting devices is four or more.

実施の形態２．
図８は、実施の形態２の環境発電システム３０２の構成を示す図である。図８に示すように、環境発電システム３０２は、センシング端末１Ｂと、サーバ３１とを備える。 Embodiment 2.
FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the energy harvesting system 302 of the second embodiment. As shown in FIG. 8, the energy harvesting system 302 includes a sensing terminal 1B and a server 31.

センシング端末１Ｂは、環境発電装置１１，１２と、センサ素子２１と、受動部品２２と、半導体装置１００Ｂとを備える。半導体装置１００Ｂは、電源ノードＮ１，Ｎ２と、電源選択回路１０１と、内部回路１１０Ｂとを備える。内部回路１１０Ｂは、センサ素子２１からの信号を処理するデータ処理回路１０２と、処理されたデータをサーバに送信するデータ送信回路１０３と、半導体装置１００の劣化および故障と半導体装置１００に接続された部品の劣化および故障とを診断するための自己診断回路１０４Ｂとを備える。環境発電装置１１および環境発電装置１２は、半導体装置１００の電源電圧ＶＤＤを生成するために設けられる。 The sensing terminal 1B includes energy harvesting devices 11 and 12, a sensor element 21, a passive component 22, and a semiconductor device 100B. The semiconductor device 100B includes power supply nodes N1 and N2, a power supply selection circuit 101, and an internal circuit 110B. The internal circuit 110B is connected to the data processing circuit 102 that processes the signal from the sensor element 21, the data transmission circuit 103 that transmits the processed data to the server, the deterioration and failure of the semiconductor device 100, and the semiconductor device 100. It is provided with a self-diagnosis circuit 104B for diagnosing deterioration and failure of parts. The energy harvesting device 11 and the energy harvesting device 12 are provided to generate the power supply voltage VDD of the semiconductor device 100.

半導体装置１００Ｂに搭載された自己診断回路１０４Ｂは、環境発電装置１１，１２の発電電圧が判定しきい値電圧に達していない場合に、環境発電装置が故障していると判定し、診断結果をサーバ３１に送信することを特徴とする。 The self-diagnosis circuit 104B mounted on the semiconductor device 100B determines that the energy harvesting device is out of order when the power generation voltage of the energy harvesting devices 11 and 12 does not reach the determination threshold voltage, and determines the diagnosis result. It is characterized by transmitting to the server 31.

電源選択回路１０１は、図２に示す構成と同様な構成とすることができる。 The power supply selection circuit 101 can have the same configuration as that shown in FIG.

図９は、実施の形態２における処理を示すフローチャートである。 FIG. 9 is a flowchart showing the process according to the second embodiment.

ステップＳ１では、電源選択回路１０１内の電圧検知回路２０１，２０２が、それぞれ発電電圧ＶＧ１，ＶＧ２と判定しきい値電圧とを比較する。 In step S1, the voltage detection circuits 201 and 202 in the power supply selection circuit 101 compare the generated voltage VG1 and VG2 with the determination threshold voltage, respectively.

ステップＳ２において、自己診断回路１０４Ｂは、電圧検知回路２０１，２０２の検知信号ＤＴ１，ＤＴ２を使用し、環境発電装置の発電電圧ＶＧ１，ＶＧ２の各々が判定しきい値電圧未満であるかを判定する。 In step S2, the self-diagnosis circuit 104B uses the detection signals DT1 and DT2 of the voltage detection circuits 201 and 202 to determine whether each of the power generation voltages VG1 and VG2 of the energy harvesting device is less than the determination threshold voltage. ..

発電電圧ＶＧ１，ＶＧ２のいずれかが判定しきい値電圧未満であれば（Ｓ２でＹＥＳ）、自己診断回路１０４Ｂは、対応する環境発電装置が故障または劣化していると判定し、センサ素子２１の監視結果をデータ処理回路１０２で処理した送信データに故障している環境発電装置の情報を追加する。一方、発電電圧ＶＧ１，ＶＧ２のいずれも判定しきい値電圧以上であれば（Ｓ２でＮＯ）、自己診断回路１０４Ｂは、いずれの環境発電装置も正常であると判定し、ステップＳ３の処理は行なわない。 If either the generated voltage VG1 or VG2 is less than the determination threshold voltage (YES in S2), the self-diagnosis circuit 104B determines that the corresponding energy harvesting device has failed or deteriorated, and the sensor element 21 Information on the failed energy harvesting device is added to the transmission data processed by the data processing circuit 102 for the monitoring result. On the other hand, if both the generated voltages VG1 and VG2 are equal to or higher than the determination threshold voltage (NO in S2), the self-diagnosis circuit 104B determines that all the energy harvesting devices are normal, and performs the process of step S3. do not have.

ステップＳ４では、半導体装置１００Ｂは、データ処理回路１０２で処理された送信データをデータ送信回路１０３からサーバ３１に送信する。 In step S4, the semiconductor device 100B transmits the transmission data processed by the data processing circuit 102 from the data transmission circuit 103 to the server 31.

このように、環境発電装置１１，１２の故障を判定することで、センシング端末１Ｂに搭載されたすべての環境発電装置が故障し、半導体装置１００Ｂの電源が失われ動作しなくなる前にセンシング端末１Ｂを交換するといったメンテナンスが可能となり、環境発電システム３０２の信頼性を向上させることが可能となる。なお、図８では、環境発電装置は２台であるが、環境発電装置を３台以上搭載する場合でも、図７に示すような電源選択回路を採用することによって同様な効果を得ることができる。 In this way, by determining the failure of the energy harvesting devices 11 and 12, all the energy harvesting devices mounted on the sensing terminal 1B fail, and before the power supply of the semiconductor device 100B is lost and the semiconductor device 100B stops operating, the sensing terminal 1B Maintenance such as replacement is possible, and the reliability of the energy harvesting system 302 can be improved. Although the number of energy harvesting devices is two in FIG. 8, the same effect can be obtained by adopting the power supply selection circuit as shown in FIG. 7 even when three or more energy harvesting devices are mounted. ..

実施の形態３．
図１０は、実施の形態３における電源選択回路を示す図である。半導体装置１００Ｃは、電源ノードＮ１，Ｎ２と、電源選択回路１０１Ｃと、内部回路１１０とを備える。電源選択回路１０１Ｃは、スイッチ２０４の制御信号ＳＣ１を入力信号として受ける電圧検知回路２０１Ｃを備える。電圧検知回路２０１Ｃは、制御信号ＳＣ１を用いて、スイッチ２０４がオンしている間はしきい値電圧Ｖｔｈ１を低下させる。 Embodiment 3.
FIG. 10 is a diagram showing a power supply selection circuit according to the third embodiment. The semiconductor device 100C includes power supply nodes N1 and N2, a power supply selection circuit 101C, and an internal circuit 110. The power supply selection circuit 101C includes a voltage detection circuit 201C that receives the control signal SC1 of the switch 204 as an input signal. The voltage detection circuit 201C uses the control signal SC1 to lower the threshold voltage Vth1 while the switch 204 is on.

電源選択回路１０１Ｃは、さらに、スイッチ２０５の制御信号ＳＣ２を入力信号として受ける電圧検知回路２０２Ｃを備える。電圧検知回路２０２Ｃは、制御信号ＳＣ２を用いて、スイッチ２０５がオンしている間はしきい値電圧Ｖｔｈ２を低下させる。 The power supply selection circuit 101C further includes a voltage detection circuit 202C that receives the control signal SC2 of the switch 205 as an input signal. The voltage detection circuit 202C uses the control signal SC2 to lower the threshold voltage Vth2 while the switch 205 is on.

電圧検知回路２０１Ｃは、発電電圧ＶＧ１を検知した後にしきい値電圧Ｖｔｈ１を低下させるように構成される。電圧検知回路２０２Ｃは、発電電圧ＶＧ２を検知した後にしきい値電圧Ｖｔｈ２を低下させるように構成される。これによって、発電電圧ＶＧ１，ＶＧ２のうち先に検知された発電電圧が０Ｖ付近に低下するまでは、先に検知された発電電圧を電源電圧ＶＤＤとして供給することが可能となり、動作の途中で電源電圧ＶＤＤの供給先が切り替わることによる電源電圧ＶＤＤの急峻な変化を防ぐことが可能となる。 The voltage detection circuit 201C is configured to lower the threshold voltage Vth1 after detecting the generated voltage VG1. The voltage detection circuit 202C is configured to lower the threshold voltage Vth2 after detecting the generated voltage VG2. As a result, until the previously detected power generation voltage among the power generation voltages VG1 and VG2 drops to near 0V, the previously detected power generation voltage can be supplied as the power supply voltage VDD, and the power supply is supplied during the operation. It is possible to prevent a sudden change in the power supply voltage VDD due to the switching of the supply destination of the voltage VDD.

また、オンしていたスイッチがオフすると内部回路１１０に電源電圧ＶＤＤが供給されなくなる。このとき、電圧検知回路２０１Ｃ，２０２Ｃにも発電電圧ＶＧ１，ＶＧ２は供給されなくなる。このため、しきい値電圧Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２は初期化され、低下する前の電圧に戻る。 Further, when the switch that has been turned off is turned off, the power supply voltage VDD is not supplied to the internal circuit 110. At this time, the generated voltages VG1 and VG2 are not supplied to the voltage detection circuits 201C and 202C. Therefore, the threshold voltages Vth1 and Vth2 are initialized and return to the voltage before the decrease.

図１１は、実施の形態３におけるスイッチ制御信号のタイミングチャートである。図１１に示すように、スイッチ２０４の制御信号ＳＣ１が時刻ｔ２２においてオフ状態からオン状態に変化したら、電圧検知回路２０１は、しきい値電圧Ｖｔｈ１をＶＨからＶＬに低下させる。しきい値電圧Ｖｔｈ１を低下させることによって、時刻ｔ２５において発電電圧ＶＧ１が０Ｖ付近に低下するまでスイッチ２０４のオン状態を継続することが可能となる。図３で説明した波形では時刻ｔ４において電源電圧ＶＤＤの供給元が処理の途中で発電電圧ＶＧ１から発電電圧ＶＧ２に切り替わったが、本実施の形態ではこのような切り替わりを防ぐことが可能となる。 FIG. 11 is a timing chart of the switch control signal according to the third embodiment. As shown in FIG. 11, when the control signal SC1 of the switch 204 changes from the off state to the on state at time t22, the voltage detection circuit 201 lowers the threshold voltage Vth1 from VH to VL. By lowering the threshold voltage Vth1, the switch 204 can be kept on until the generated voltage VG1 drops to around 0V at time t25. In the waveform described with reference to FIG. 3, the supply source of the power supply voltage VDD is switched from the power generation voltage VG1 to the power generation voltage VG2 at time t4, but in the present embodiment, such switching can be prevented.

図示しないが同様に、スイッチ２０５が先にオン状態となったら、電圧検知回路２０２がしきい値電圧Ｖｔｈ２を低下させることによって、スイッチ２０５のオン状態を可能な限り継続させることが可能となる。 Similarly, although not shown, if the switch 205 is turned on first, the voltage detection circuit 202 lowers the threshold voltage Vth2 so that the switch 205 can be kept on as much as possible.

（まとめ）
本開示は、たとえば、図１に示す環境発電システム３０１に用いられる半導体装置１００に関する。半導体装置１００には半導体装置１００の電源電圧ＶＤＤを生成する複数の環境発電装置１１，１２が接続されている。半導体装置１００は、複数の環境発電装置１１，１２の発電電圧ＶＧ１，ＶＧ２をそれぞれ受ける複数の電源ノードＮ１，Ｎ２と、内部回路１１０と、複数の電源ノードＮ１，Ｎ２のうちいずれか１つの電圧を内部回路１１０の電源電圧ＶＤＤとして選択する電源選択回路１０１とを備える。 (summary)
The present disclosure relates to, for example, the semiconductor device 100 used in the energy harvesting system 301 shown in FIG. A plurality of energy harvesting devices 11 and 12 that generate the power supply voltage VDD of the semiconductor device 100 are connected to the semiconductor device 100. The semiconductor device 100 includes a plurality of power supply nodes N1 and N2 that receive the power generation voltages VG1 and VG2 of the plurality of energy harvesting devices 11 and 12, respectively, an internal circuit 110, and a voltage of any one of the plurality of power supply nodes N1 and N2. Is provided with a power supply selection circuit 101 that selects the power supply voltage VDD of the internal circuit 110.

図２に示すように、電源選択回路１０１は、複数の電源ノードＮ１，Ｎ２にそれぞれ対応して設けられ、複数の電源ノードＮ１，Ｎ２の電圧ＶＧ１，ＶＧ２をそれぞれ検知する複数の電圧検知回路２０１，２０２と、複数の電源ノードＮ１，Ｎ２にそれぞれ対応して設けられ、複数の電源ノードＮ１，Ｎ２の電圧ＶＧ１，ＶＧ２を内部回路１１０の電源電圧ＶＤＤとしてそれぞれ供給するための複数のスイッチ２０４，２０５とを備える。半導体装置１００は、複数の電圧検知回路２０１，２０２の検知信号ＤＴ１，ＤＴ２に基づいて、複数のスイッチ２０４，２０５が同時に導通しないように複数のスイッチ２０４，２０５に対して排他制御を行なうスイッチ制御回路２０３をさらに備える。 As shown in FIG. 2, the power supply selection circuit 101 is provided corresponding to each of the plurality of power supply nodes N1 and N2, and the plurality of voltage detection circuits 201 for detecting the voltages VG1 and VG2 of the plurality of power supply nodes N1 and N2, respectively. , 202, and a plurality of switches 204, which are provided corresponding to the plurality of power supply nodes N1 and N2, and for supplying the voltages VG1 and VG2 of the plurality of power supply nodes N1 and N2 as the power supply voltage VDD of the internal circuit 110, respectively. It is equipped with 205. The semiconductor device 100 performs switch control that exclusively controls a plurality of switches 204 and 205 so that the plurality of switches 204 and 205 do not conduct at the same time based on the detection signals DT1 and DT2 of the plurality of voltage detection circuits 201 and 202. Further, the circuit 203 is provided.

図２に示すように、スイッチ制御回路２０３は、複数の電源ノードＮ１，Ｎ２にそれぞれ対応して設けられる複数のＡＮＤ回路２１１，２１２を備える。複数のＡＮＤ回路２１１，２１２の各々は、複数の電圧検知回路２０１，２０２のうちの自己に対応する電圧検知回路の出力と、複数のＡＮＤ回路２１１，２１２のうちの自己以外の残余のＡＮＤ回路の出力の反転信号とを入力信号として受ける。複数のＡＮＤ回路２１１，２１２の各々は、複数のスイッチ２０４，２０５のうちの自己に対応するスイッチの導通と非導通とを切替える制御信号ＳＣ１，ＳＣ２を発生する。 As shown in FIG. 2, the switch control circuit 203 includes a plurality of AND circuits 211 and 212 provided corresponding to the plurality of power supply nodes N1 and N2, respectively. Each of the plurality of AND circuits 211 and 212 has the output of the voltage detection circuit corresponding to the self of the plurality of voltage detection circuits 201 and 202 and the remaining AND circuit other than the self of the plurality of AND circuits 211 and 212. The inverted signal of the output of is received as an input signal. Each of the plurality of AND circuits 211 and 212 generates control signals SC1 and SC2 for switching between continuity and non-conduction of the switch corresponding to itself among the plurality of switches 204 and 205.

図１０に示すように、複数の電圧検知回路２０１Ｃ，２０２Ｃの各々は、電圧を検出するしきい値電圧Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２を変更可能に構成される。スイッチ制御回路２０３は、複数のスイッチ２０４，２０５のうちの第１スイッチ２０４が導通していない場合に比べて、第１スイッチ２０４が導通している場合には、第１スイッチ２０４に対応して設けられる電圧検知回路２０１のしきい値電圧Ｖｔｈ１を低下させる。 As shown in FIG. 10, each of the plurality of voltage detection circuits 201C and 202C is configured so that the threshold voltage Vth1 and Vth2 for detecting the voltage can be changed. The switch control circuit 203 corresponds to the first switch 204 when the first switch 204 is conducting, as compared with the case where the first switch 204 of the plurality of switches 204 and 205 is not conducting. The threshold voltage Vth1 of the voltage detection circuit 201 provided is lowered.

図８に示す半導体装置１００Ｂは、内部回路１１０または半導体装置１００Ｂに接続された環境発電装置１１，１２の故障または劣化を診断するための自己診断回路１０４Ｂをさらに備える。 The semiconductor device 100B shown in FIG. 8 further includes a self-diagnosis circuit 104B for diagnosing a failure or deterioration of the energy harvesting devices 11 and 12 connected to the internal circuit 110 or the semiconductor device 100B.

自己診断回路１０４Ｂは、複数の電源ノードＮ１，Ｎ２のうちの第１電源ノードＮ１の電圧ＶＧ１が判定電圧未満であるかを判断し、第１電源ノードＮ１の電圧ＶＧ１が判定電圧未満であった場合に、第１電源ノードＮ１に対応する環境発電装置１１が故障している旨の診断結果を外部に送信する。また、自己診断回路１０４Ｂは、複数の電源ノードＮ１，Ｎ２のうちの電源ノードＮ２の電圧ＶＧ２が判定電圧未満であるかを判断し、電源ノードＮ２の電圧ＶＧ２が判定電圧未満であった場合に、電源ノードＮ２に対応する環境発電装置１２が故障している旨の診断結果を外部に送信する。 The self-diagnosis circuit 104B determines whether the voltage VG1 of the first power supply node N1 among the plurality of power supply nodes N1 and N2 is less than the determination voltage, and the voltage VG1 of the first power supply node N1 is less than the determination voltage. In this case, the diagnosis result indicating that the environmental power generation device 11 corresponding to the first power supply node N1 is out of order is transmitted to the outside. Further, the self-diagnosis circuit 104B determines whether the voltage VG2 of the power supply node N2 among the plurality of power supply nodes N1 and N2 is less than the determination voltage, and when the voltage VG2 of the power supply node N2 is less than the determination voltage. , The diagnosis result that the environmental power generation device 12 corresponding to the power supply node N2 is out of order is transmitted to the outside.

本開示は、他の局面では、複数の環境発電装置と、上記いずれかの半導体装置を用いたセンシング端末とを備える、環境発電システムに関する。 The present disclosure relates to, in other aspects, an energy harvesting system comprising a plurality of energy harvesting devices and a sensing terminal using any of the above semiconductor devices.

環境発電システムのセンシング端末は、環境発電装置が故障すると環境発電装置の発電電圧を電源とする半導体装置が動作できなくなるため、半導体装置に内蔵された自己診断回路を用いた故障および劣化の検出ができなくなるという課題があった。 In the sensing terminal of the energy harvesting system, if the energy harvesting device fails, the semiconductor device powered by the energy harvesting voltage of the energy harvesting device cannot operate. Therefore, the failure and deterioration can be detected using the self-diagnosis circuit built in the semiconductor device. There was a problem that it could not be done.

しかし、以上説明したように、本実施の形態に用いられる半導体装置によれば、半導体装置の電源電圧を生成する複数の環境発電装置が接続されており、前記複数の環境発電装置の発電電圧のうちいずれか１つの発電電圧を前記半導体装置の内部回路の電源電圧として選択する電源選択回路を備える。 However, as described above, according to the semiconductor device used in the present embodiment, a plurality of environmental power generation devices for generating the power supply voltage of the semiconductor device are connected, and the power generation voltage of the plurality of environmental power generation devices is connected. A power supply selection circuit that selects any one of the generated voltages as the power supply voltage of the internal circuit of the semiconductor device is provided.

以上のような構成によって、１つの環境発電装置が故障した場合であっても、動作が維持できるセンシング端末が実現できる。たとえば、センシング端末において、半導体装置に内蔵された回路と半導体装置に接続された部品の故障または劣化を診断することができる。 With the above configuration, it is possible to realize a sensing terminal that can maintain its operation even if one energy harvesting device fails. For example, in a sensing terminal, it is possible to diagnose a failure or deterioration of a circuit built in a semiconductor device and a component connected to the semiconductor device.

今回開示された各実施の形態は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせて実施することも予定されている。今回開示された実施の形態は、すべ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る。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It is also planned that the embodiments disclosed this time will be appropriately combined and implemented within a consistent range. The embodiments disclosed this time should be considered to be exemplary and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the description of the embodiments described above, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

１～ｎ，１Ｂ センシング端末、１０，１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ 半導体装置、１１，１２，１３ 環境発電装置、２１ センサ素子、２２ 受動部品、３１ サーバ、４１ ネットワーク、１０１，１０１Ａ，１０１Ｃ 電源選択回路、１０２ データ処理回路、１０３ データ送信回路、１０４，１０４Ｂ 自己診断回路、１１０，１１０Ｂ 内部回路、２０１，２０１Ｃ，２０２，２０２Ｃ，２０６ 電圧検知回路、２０３，２０３Ａ スイッチ制御回路、２０４，２０５，２０７ スイッチ、２１１，２１１Ａ，２１２，２１２Ａ，２１３Ａ ＡＮＤ回路、２２１，２２１Ａ，２２１Ｂ，２２２，２２２Ａ，２２２Ｂ，２２３Ａ，２２３Ｂ 反転回路、２３１，２３２，２３３，２３４ 抵抗、３０１，３０２ 環境発電システム、Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３ 電源ノード。 1 to n, 1B sensing terminal, 10,100,100A, 100B, 100C semiconductor device, 11,12,13 environmental power generation device, 21 sensor element, 22 passive component, 31 server, 41 network, 101, 101A, 101C power supply selection Circuit, 102 data processing circuit, 103 data transmission circuit, 104, 104B self-diagnosis circuit, 110, 110B internal circuit, 201, 201C, 202, 202C, 206 voltage detection circuit, 203, 203A switch control circuit, 204, 205, 207 Switch, 211,211A, 212,212A, 213A AND circuit, 221,221A, 221B, 222,222A, 222B, 223A, 223B inverting circuit, 231,232,233,234 resistance, 301,302 Environmental power generation system, N1, N2, N3 power supply node.

Claims (7)

環境発電システムに用いられる半導体装置であって、前記半導体装置には前記半導体装置の電源電圧を生成する複数の環境発電装置が接続されており、
前記半導体装置は、
前記複数の環境発電装置の発電電圧をそれぞれ受ける複数の電源ノードと、
内部回路と、
前記複数の電源ノードのうちいずれか１つの電圧を前記内部回路の電源電圧として選択する電源選択回路とを備える、半導体装置。 A semiconductor device used in an energy harvesting system, wherein a plurality of energy harvesting devices for generating a power supply voltage of the semiconductor device are connected to the semiconductor device.
The semiconductor device is
A plurality of power supply nodes each receiving the generated voltage of the plurality of energy harvesting devices,
With the internal circuit,
A semiconductor device including a power supply selection circuit that selects a voltage of any one of the plurality of power supply nodes as a power supply voltage of the internal circuit. 前記電源選択回路は、
前記複数の電源ノードにそれぞれ対応して設けられ、前記複数の電源ノードの電圧をそれぞれ検知する複数の電圧検知回路と、
前記複数の電源ノードにそれぞれ対応して設けられ、前記複数の電源ノードの電圧を前記内部回路の電源電圧としてそれぞれ供給するための複数のスイッチとを備え、
前記半導体装置は、
前記複数の電圧検知回路の出力に基づいて、前記複数のスイッチが同時に導通しないように前記複数のスイッチに対して排他制御を行なうスイッチ制御回路をさらに備える、請求項１に記載の半導体装置。 The power supply selection circuit is
A plurality of voltage detection circuits provided corresponding to the plurality of power supply nodes and detecting the voltages of the plurality of power supply nodes, respectively.
It is provided corresponding to each of the plurality of power supply nodes, and includes a plurality of switches for supplying the voltage of the plurality of power supply nodes as the power supply voltage of the internal circuit.
The semiconductor device is
The semiconductor device according to claim 1, further comprising a switch control circuit that exclusively controls the plurality of switches so that the plurality of switches do not conduct at the same time based on the outputs of the plurality of voltage detection circuits. 前記スイッチ制御回路は、
前記複数の電源ノードにそれぞれ対応して設けられる複数のＡＮＤ回路を備え、
前記複数のＡＮＤ回路の各々は、前記複数の電圧検知回路のうちの自己に対応する電圧検知回路の出力と、前記複数のＡＮＤ回路のうちの自己以外の残余のＡＮＤ回路の出力の反転信号とを入力信号として受け、
前記複数のＡＮＤ回路の各々は、前記複数のスイッチのうちの自己に対応するスイッチの導通と非導通とを切替える制御信号を発生する、請求項２に記載の半導体装置。 The switch control circuit is
It is equipped with a plurality of AND circuits provided corresponding to each of the plurality of power supply nodes.
Each of the plurality of AND circuits includes an inverting signal of the output of the voltage detection circuit corresponding to the self of the plurality of voltage detection circuits and the output of the remaining AND circuit other than the self of the plurality of AND circuits. As an input signal,
The semiconductor device according to claim 2, wherein each of the plurality of AND circuits generates a control signal for switching between conduction and non-conduction of the switch corresponding to itself among the plurality of switches. 前記複数の電圧検知回路の各々は、電圧を検出するしきい値電圧を変更可能に構成され、
前記スイッチ制御回路は、前記複数のスイッチのうちの第１スイッチが導通していない場合に比べて、前記第１スイッチが導通している場合には、前記第１スイッチに対応して設けられる電圧検知回路のしきい値電圧を低下させる、請求項２に記載の半導体装置。 Each of the plurality of voltage detection circuits is configured so that the threshold voltage for detecting the voltage can be changed.
The switch control circuit is provided with a voltage corresponding to the first switch when the first switch is conducting, as compared with the case where the first switch among the plurality of switches is not conducting. The semiconductor device according to claim 2, wherein the threshold voltage of the detection circuit is lowered. 前記半導体装置は、前記内部回路または前記半導体装置に接続された装置の故障または劣化を診断するための自己診断回路をさらに備える、請求項１～４のいずれか１項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a self-diagnosis circuit for diagnosing a failure or deterioration of the internal circuit or a device connected to the semiconductor device. 前記自己診断回路は、前記複数の電源ノードのうちの第１電源ノードの電圧が判定電圧未満であるかを判断し、前記第１電源ノードの電圧が判定電圧未満であった場合に、前記第１電源ノードに対応する環境発電装置が故障している旨の診断結果を外部に送信する、請求項５に記載の半導体装置。 The self-diagnosis circuit determines whether the voltage of the first power supply node among the plurality of power supply nodes is less than the determination voltage, and when the voltage of the first power supply node is less than the determination voltage, the first power supply node. 1 The semiconductor device according to claim 5, wherein a diagnosis result indicating that the environmental power generation device corresponding to the power supply node is out of order is transmitted to the outside. 前記複数の環境発電装置と、
請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体装置を用いたセンシング端末とを備える、環境発電システム。
With the plurality of energy harvesting devices,
An energy harvesting system including a sensing terminal using the semiconductor device according to any one of claims 1 to 6.
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