JP4254683B2 - コンパレータ切替え回路 - Google Patents

Description

本発明は、２つの動作モードに対応して夫々の特性が異なるように構成されている２つのコンパレータを、モード切替え信号の変化に応じて択一的に動作状態とするように切替えを行なうコンパレータ切替え回路に関する。

例えば、車内ＬＡＮ規格の１つであるＣＡＮを用いて車両のボディー制御を行うためのＥＣＵ（Electronic Control Unit）においては、低消費電力モードであるスタンバイモードと、通常の動作状態であるノーマルモードとの切替えを行うように構成されている。また、そのような通信における受信側では、一般に、バスを介して送信される通信データをコンパレータで受けて当該データレベルをしきい値と比較し、二値レベル判定を行うようになっている。

そして、スタンバイモードにおいても、車両内に配置されている他のＥＣＵ等が送信した通信データを受信した場合は、当該データの受信をトリガとしてマイクロコンピュータに出力を行いノーマルモードに切替えるため（即ち、ウェイクアップ動作）、コンパレータは動作状態にしておく必要がある。
尚、斯様なＥＣＵの細部について開示している先行技術文献を、出願人は発見することができなかった。

ところで、スタンバイモードにおいてコンパレータを動作させ続けると、その分だけ電流を余分に消費することになる。そして、その状態のコンパレータは、通信データを受信した場合にノーマルモードに切替えを行うためのトリガを出力することが目的であるから、信号応答特性が遅いコンパレータであっても問題はない。
出願人は、上記の点に着目して、スタンバイモード中に動作させるコンパレータは、低消費電流型で信号応答特性が遅いものを別途用意し、ノーマルモード時に使用するコンパレータと切替えて動作させるように構成することで、スタンバイモード時における消費電流をより低減することを考えた。しかしながら、斯様な構成を実現するためには、以下のような問題があることが判明した。

図６には、ＥＣＵ間で行う通信における受信側の構成を、説明のために必要な要部だけ概略的に示すものである。コンパレータ１（ＣＯＭＰ１）はノーマルモードにおいて使用され、コンパレータ２（ＣＯＭＰ２）はスタンバイモードにおいて使用されるもので、夫々通信データを非反転入力端子（ＩＮ）で受信し、反転入力端子側に設定されているしきい値（１，２）に応じてハイ，ロウレベルの二値判定を行い、その判定結果を出力する。これら２つのコンパレータ１，２の出力端子は、マルチプレクサ３を介してマイクロコンピュータ４の入力ポートに接続されている。マイクロコンピュータ（マイコン）４は、車内ＬＡＮを介して通信を行うため、ノーマルモードでは、コンパレータ１を介して通信データを受信するようになっている。

尚、２つのコンパレータ１，２に夫々与えられている判定しきい値は、それらの動作特性の相違に基づいて異なるレベルに設定した方が有利であれば（例えば、コンパレータ２は信号応答特性が遅いためより低いレベルに設定するなど）異なるレベルに設定すれば良いが、双方を同じレベルに設定しても問題はない。

そして、２つのコンパレータ１，２の動作状態並びにマルチプレクサ３の選択切替えは、マイコン４が出力するモード切替え信号によって行なわれる。例えば、スタンバイモードではモード切替え信号がロウレベルとなることで、コンパレータ２だけが動作状態になると共に、マルチプレクサ３はコンパレータ２側の出力端子（ｂ側）を選択するようになっている。そして、ノーマルモードではモード切替え信号がハイレベルとなることで、コンパレータ１だけが動作状態になると共に、マルチプレクサ３はコンパレータ１側の出力端子（ａ側）を選択するように切替えられる。

スタンバイモードからノーマルモードへの移行プロセスは、以下のようになる。
（１）コンパレータ２が通信データを受信し、マイコン４に受信データを出力する。
（２）すると、スタンバイードのマイコン４がウェイクアップして、モード切替え信号をハイレベルにする。
（３）そして、コンパレータ１が動作状態になり、マルチプレクサ３はコンパレータ１側の出力端子を選択する。

ここで、図７は、上記した移行プロセスをタイミングチャートで示すものである。即ち、コンパレータ１，２が動作状態と停止状態との間で切替わる場合には、それらの出力信号レベルが不定となる期間が僅かながら存在する（図７ではハッチングで示している）。また、低消費電流型のコンパレータについては、通常のコンパレータよりも上記不定期間が長くなる傾向を示す。そのため、その不定期間においてマイコン４に不適切な信号が出力され、マイコン４が誤動作するおそれがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、動作モードに応じて２つのコンパレータの動作状態を切替える場合でも、外部に対して不定レベルの信号が出力されることを確実に防止できるコンパレータ切替え回路を提供することにある。

請求項１記載のコンパレータ切替え回路によれば、動作切替え回路は、２つのコンパレータの動作切替えを行なう場合に、外部より与えられるモード切替え信号を遅延回路により遅延させた信号を生成すると、モード切替え信号と遅延回路の出力信号とを論理合成して、少なくとも何れか１つのコンパレータが動作状態となっている期間を介して切替えを行う。
斯様に構成すれば、遅延回路において付与される遅延時間に応じて、ハイ，ロウ何れかの信号レベルを継続的に示す期間が異なる２つの切替え信号を生成することができる。そして、それら２つの切替え信号に基づいてコンパレータの動作状態を切替えれば、一方の信号レベルが継続する期間の相違により、何れか一方のコンパレータが動作している状態で他方のコンパレータの動作を停止させるように切替えを行うことができる。
そして、マルチプレクサの選択切替えは遅延回路の出力信号によって行われるので、２つのコンパレータの動作状態が切替わって一方のコンパレータの信号出力レベルが確定した後にマルチプレクサの選択切替えが行なわれるようになる。従って、当該マルチプレクサを介して出力される信号レベルが不定になることを確実に回避できる。

請求項２記載のコンパレータ切替え回路によれば、動作切替え回路は、モード切替え信号と遅延回路の出力信号との論理和信号並びに論理積信号を生成して出力する。例えば、モード切替え信号がハイレベルを示す期間について見ると、前記論理和信号はハイレベルの期間が相対的に長く、前記論理積信号はハイレベルとなる期間が相対的に短くなるように生成される。従って、これらの信号が同じレベルを示し続ける期間の相違に応じて、何れか一方のコンパレータが動作している状態を介して切替えを行うことができる。尚、何れのコンパレータも同じ論理の信号が与えられると動作するように構成されている場合は、一方の信号の論理を反転させてコンパレータに出力すれば良い。

請求項３記載のコンパレータ切替え回路によれば、動作モードの１つは低消費電力モードであり、その低消費電力モードに対応して動作するコンパレータは、他方のコンパレータよりも消費電流が小さくなるように構成される。即ち、低消費電力モード時に動作しているコンパレータの消費電流はより小さくすることが望ましい。そして、消費電流が小さいコンパレータは内部回路に流れる電流値が小さくなるので、動作が停止している状態から動作用電源の供給が開始された場合に、出力信号レベルが確定する時間はより遅くなる傾向を示す。また、その逆の場合も同様である。従って、そのような２つのコンパレータの動作を同じタイミングで切替えようとすれば出力信号レベルが不確定となる期間が発生し易くなるため、本発明のコンパレータ切替え回路の適用が極めて有効となる。

請求項４記載のコンパレータ切替え回路によれば、マイクロコンピュータは、例えば、通信データが送信されない期間が継続すると低消費電力モードに移行して電力消費を抑制し、通信データの送信が再開されると通常の動作モードに移行するように構成されている。そして、そのマイクロコンピュータに対し、通信データレベルを二値判定して出力する２つのコンパレータの動作を切替える回路に本発明を適用すれば、マイクロコンピュータに不定レベルの信号が入力されて誤動作が発生することを防止できる。

（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例について図１及び図２を参照して説明する。尚、図６と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。本実施例では、マイクロコンピュータ（マイコン）４によって出力されるモード切替え信号は、動作切り替え回路１１に与えられており、動作切り替え回路１１より出力される切替え制御信号が、コンパレータ１，２及びマルチプレクサ３に与えられるようになっている。

動作切り替え回路１１は、遅延回路１２，ＯＲゲート１３及びＡＮＤゲート１４で構成されている。遅延回路１２は、マイコン４より出力されるモード切替え信号に所定の遅延時間を付与した遅延信号を、マルチプレクサ３の切替え制御信号として出力すると共に、ＯＲゲート１３及びＡＮＤゲート１４の一方の入力端子にも出力するようになっている。尚、遅延回路１２によって付与される遅延時間は、コンパレータ２の動作特性に基づいて決定されるが、例えば数μ秒〜１００μ秒程度である。そして、ＯＲゲート１３及びＡＮＤゲート１４の他方の入力端子には、モード切替え信号が与えられている。
ＯＲゲート１３の出力信号は、ＣＯＭＰ１制御信号としてコンパレータ１の動作制御端子（正論理）に与えられており、ＡＮＤゲート１４の出力信号は、ＣＯＭＰ２制御信号としてコンパレータ２の動作制御端子（負論理）に与えられている。以上において、マルチプレクサ３と動作切り替え回路１１とがコンパレータ切替え回路１５を構成している。

次に、本実施例の作用について図２も参照して説明する。マイコン４は、スタンバイモード（低消費電力モード）に移行している期間中は、例えば動作クロック信号の出力を停止し、通常の動作状態であるノーマルモードよりも消費電力を低減した状態で待機している。そして、スタンバイモードにおいて動作状態にあるコンパレータ２を介して最初の通信データを受信すると、マイコン４は、起動してノーマルモード（通常動作モード）に移行し、モード切替え信号をハイレベルにする（図２（ａ））。

そして、遅延回路１２を介してモード切替え信号を遅延した信号が出力されると（図２（ｂ））、ＯＲゲート１３は、モード切替え信号と遅延信号との論理和をとり、ハイレベル期間がモード切替え信号よりも長いＣＯＭＰ１制御信号を出力する（図２（ｃ））。また、ＡＮＤゲート１４は、モード切替え信号と遅延信号との論理積をとり、ハイレベル期間がモード切替え信号よりも短いＣＯＭＰ２制御信号を出力する（図２（ｄ））。

すると、ＣＯＭＰ１制御信号の立上がりはモード切替え信号の立上がりと略同時であるから、その立上がりの時点よりコンパレータ１に電源の供給が開始され、コンパレータ１は停止状態から動作状態への移行を開始する（図２（ｅ））。そして、その移行期間においてコンパレータ１の出力信号レベルは一時的に不定となるが、遅延回路１２によって付与される遅延時間内には動作状態への移行が完了し、出力信号レベルは確定する（そのように遅延時間を設定しておく）。

一方、ＣＯＭＰ２制御信号の立上がりは遅延信号の立上がりと略同時であるから、その立上がりの時点よりコンパレータ２に対する電源の供給が停止され、コンパレータ２は動作状態から停止状態への移行を開始する（図２（ｆ））。この移行期間においてもコンパレータ２の出力信号レベルは一時的に不定となるが、停止状態への移行を開始する時点においてコンパレータ１の出力信号レベルは既に確定している。そして、マルチプレクサ３の選択切替え（ｂ→ａ）は遅延信号の立上がりとなるので（図２（ｂ））、ａ側に切替わった時点ではコンパレータ１の確定した信号レベルが出力される（図２（ｇ））。

また、マイコン４が、例えば通信データが所定期間送信されずに処理すべきイベントが発生しない状態が継続することで、ノーマルスタンバイモードからスタンバイモードに移行しようとする場合には、モード切替え信号をロウレベルにする（図２（ａ））。すると、ＡＮＤゲート１４の出力信号はモード切替え信号の立下りと略同時に立ち下がるので（図２（ｄ））、コンパレータ２は、その立下りにおいて停止状態から動作状態への移行を開始する（図２（ｆ））。その移行期間においてもコンパレータ２の出力信号レベルは一時的に不定となるが、遅延時間内には停止状態への移行が完了して出力信号レベルは確定する。

そして、遅延信号は、モード切替え信号の立下りから遅延時間だけ遅れてロウレベルになり（図２（ｂ））、ＯＲゲート１３の出力信号は、遅延信号の立下りと略同時に立ち下がる（図２（ｃ））。すると、その立下がりの時点よりコンパレータ１への電源供給が停止され、コンパレータ１は動作状態から停止状態への移行を開始する（図２（ｅ））。そして、その移行期間においてもコンパレータ１の出力信号レベルは一時的に不定となるが、停止状態への移行を開始する時点においてコンパレータ２の出力信号レベルは既に確定している。そして、マルチプレクサ３の選択切替え（ａ→ｂ）は遅延信号の立下がりとなるので（図２（ｂ））、ｂ側に切替わった時点ではコンパレータ２の確定した信号レベルが出力される（図２（ｇ））。

以上のように本実施例によれば、動作切替え回路１１は、外部より送信される通信データを受信して二値レベル判定を行なう２つのコンパレータ１，２の動作切替えを行なう場合に、マイコン４がスタンバイ，ノーマルモードを切替えるために出力するモード切替え信号を遅延回路１２を介して遅延させた信号を生成する。そして、その遅延信号とモード切替え信号とをＯＲゲート１３及びＡＮＤゲート１４で論理合成してハイレベル期間が異なるＣＯＭＰ１，ＣＯＭＰ２制御信号を生成し、それらの制御信号をコンパレータ１，２に夫々出力することで、何れか一方が動作状態となっている期間を経て動作切替えを行うようにした。

更に、マルチプレクサ３の選択切替えを遅延回路１２の出力信号によって行うことで、一方のコンパレータの信号出力レベルが確定した後にマルチプレクサ３の選択切替えが行なわれるようになり、信号レベルが不定になることを確実に回避できる。従って、マイコン４に不定レベルの信号が入力されて誤動作が発生することを防止できる。

また、コンパレータ２は、スタンバイモードに対応して動作するために低消費電流型として構成されているので、内部回路に流れる電流値が小さく、動作の開始，停止に応じて出力信号レベルが確定する時間は、コンパレータ１よりも遅くなる傾向を示す。そのような２つのコンパレータ１，２の動作を同じタイミングで切替えようとすれば出力信号レベルが不確定となる期間が発生し易くなる。従って、コンパレータ切替え回路１５の適用が極めて有効となる。

（第２実施例）
図３は本発明の第２実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。第２実施例は、遅延回路の具体的構成を示すものであり、遅延回路１６を、抵抗１７とコンデンサ１８とによる積分回路で構成している。以上のように構成した第２実施例によれば、抵抗１７の抵抗値Ｒ１とコンデンサ１８の容量Ｃ１とを適宜選択することで、必要な遅延時間を付与することができる。

（第３実施例）
図４は本発明の第３実施例を示すものであり、第１実施例と異なる部分についてのみ説明する。第３実施例も、遅延回路の具体的構成を示すものであり、ボルテージバッファにより遅延回路１９を構成している。以上のように構成した第３実施例によれば、ボルテージバッファの伝播遅延時間を適宜選択することで、必要な遅延時間を付与することができる。

（第４実施例）
図５は本発明の第４実施例を示すものであり、第２実施例と異なる部分についてのみ説明する。第４実施例は、２つのコンパレータ１，２の動作切替えを行う構成部分と、コンパレータ１，２に夫々異なる判定しきい値レベルを付与する構成部分とをより詳細に示すものである。
コンパレータ１，２のグランド端子と回路グランドとの間には、ＮＰＮトランジスタ２０，２１が接続されており、トランジスタ２０のベースはＯＲゲート１３の出力端子に接続され、トランジスタ２１のベースはＮＯＴゲート２２を介してＡＮＤゲート１４の出力端子に接続されている。

また、電源とグランドとの間には、抵抗２３，２４，２５の直列回路が接続されており、抵抗２３及び２４の共通接続点ＶＨはコンパレータ１，２の非反転入力端子に共通に接続され、抵抗２４及び２５の共通接続点ＶＬは、コンパレータ１，２の反転入力端子に夫々抵抗２６，抵抗２７を介して接続されている。接続点ＶＨには、外部より送信される通信データが与えられる。そして、コンパレータ１，２の反転入力端子には、電流源２８，２９が夫々接続されている。尚、電流源２８，２９の設定電流値は等しく、抵抗２６及び２７の抵抗値も等しくなるように設定されている。

次に、第４実施例の作用について説明する。ＯＲゲート１３の出力端子がハイレベルになるとトランジスタ２０がオンしてコンパレータ１のグランド端子は回路グランドに接続され、コンパレータ１が動作状態となる。一方、ＡＮＤゲート１４の出力端子がロウレベルになるとトランジスタ２１がオンしてコンパレータ２のグランド端子は回路グランドに接続され、コンパレータ２が動作状態となる。

また、コンパレータ１，２の反転入力端子に与えられる判定しきい値レベルは共通に設定されており、外部より通信データが送信されていない状態では、接続点ＶＨの電位はグランドレベルとなっている。そして、通信データが送信されると接続点ＶＨ，ＶＬ間に電位差が発生するようになり、その電位差が反転入力端子に与えられている判定しきい値を超えれば（動作モードに応じて）コンパレータ１，２の出力端子はハイレベルとなる。
以上のように構成された第４実施例によれば、第２実施例等と同様の効果が得られる。

本発明は上記し又は図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形が可能である。
遅延回路は、その他、偶数個のＮＯＴゲートを直列接続したものや、ディレイラインなどを用いて構成しても良い。
遅延回路において付与する遅延時間は、論理合成結果を意味のあるものとするため、モード切替え信号がハイ（又はロウ）レベルを継続する期間を上限として設定すれば良い。
第４実施例において、トランジスタ２０，２１に替えて、コンパレータ１，２の電源側に配置したＰＮＰトランジスタを用いて動作切換えを行うようにしても良い。
通信データの二値レベル判定を行なうためのコンパレータに限ることなく、広く適用することができる。
また、２つの動作モードは、低消費電力モード，通常動作モードに限ることなく、所定の動作条件に対応する回路の動作モードが２つあり、その動作条件に対応するように特性が調整された２つコンパレータを切替えて使用するものであれば適用が可能である。

本発明の第１実施例であり、コンパレータ切替え回路の構成を示す図 コンパレータ切替え回路の動作を示すタイミングチャート 本発明の第２実施例を示す図１相当図 本発明の第３実施例を示す図１相当図 本発明の第４実施例を示す図１相当図 従来技術を示す図１相当図 図２相当図

符号の説明

図面中、１，２はコンパレータ、３はマルチプレクサ、４はマイクロコンピュータ、１１は動作切り替え回路、１２は遅延回路、１５はコンパレータ切替え回路、１６，１９は遅延回路を示す。

Claims (4)

1. 共通の入力信号について比較動作を行なうもので、２つの動作モードに対応して夫々の特性が異なるように構成されている２つのコンパレータについて、外部より与えられるモード切替え信号の変化に応じて、選択された動作モードに対応するものを択一的に動作状態とするように切替えを行なう動作切替え回路と、
   前記モード切替え信号の変化に応じて、前記２つのコンパレータからの出力信号を選択して外部に出力するマルチプレクサとを備え、
   前記動作切替え回路は、前記モード切替え信号を遅延させて出力する遅延回路を備え、前記モード切替え信号と前記遅延回路の出力信号とを論理合成した信号を用いることで、少なくとも何れか１つのコンパレータが動作状態となっている期間を介して切替えを行うように構成されており、
   前記マルチプレクサの選択切替えは、前記遅延回路の出力信号によって行うように構成したことを特徴とするコンパレータ切替え回路。
2. 前記動作切替え回路は、
   前記モード切替え信号と前記遅延回路の出力信号との論理和信号と、
   前記モード切替え信号と前記遅延回路の出力信号との論理積信号とを生成するように構成されていることを特徴とする請求項１記載のコンパレータ切替え回路。
3. 前記動作モードの１つは、低消費電力モードであり、
   前記低消費電力モードに対応して動作するコンパレータは、他方のコンパレータよりも消費電流が小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のコンパレータ切替え回路。
4. 前記２つのコンパレータは、前記入力信号としての通信データを受信してそのレベル判定を行い、判定結果を受信側のマイクロコンピュータに出力するものであり、
   前記マイクロコンピュータは、前記低消費電力モードに移行している状態において通信データを受信すると通常動作モードに移行して、前記動作切替え回路及び前記マルチプレクサに対して前記モード切替え信号を出力するように構成されていることを特徴とする請求項３記載のコンパレータ切替え回路。
   
   

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