JP5370166B2

JP5370166B2 - 電子回路システム

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Publication number: JP5370166B2
Application number: JP2010003880A
Authority: JP
Inventors: 進畔柳
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-01-12
Filing date: 2010-01-12
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2030-01-12
Also published as: JP2011146776A

Description

本発明は、半導体集積回路に搭載され、所定の回路動作を行った結果として得られる信号を外部に出力する信号出力回路を有してなる電子回路システムに関する。

半導体集積回路（ＩＣ）等の電子回路については、従来より外来ノイズ、すなわち不要輻射である電磁波の影響を受けて誤動作が発生することが問題となっている。図７は、ＩＣ１について広く行われているノイズ対策例を示す。ＩＣ１には、例えば加速度センサや圧力センサなどのセンサエレメント２と、そのセンサエレメント２より出力されるセンサ信号について、増幅や調整等の処理を行い外部に出力するセンサ回路３とが形成されている。そして、ＩＣチップ１上の電源ライン４や信号出力（又は入力）ライン５等に抵抗素子６（ａ，ｂ）とコンデンサ７（ａ，ｂ）とによるローパスフィルタ８（ａ，ｂ）を構成し、電源端子や出力端子を介して侵入するノイズの高周波成分を減衰させるようにしている。

しかしながら、このような対策では、フィルタ８を構成する抵抗素子６を電源ライン４等に直列に挿入するため、電源レベルの低下を抑制する必要から抵抗素子４の抵抗値を大きくするのに限界があり、また、チップ上に形成するコンデンサ７の容量も、素子サイズの制約からあまり大きくすることができない。その結果、フィルタ８の遮断周波数を十分に下げることができず、ノイズ成分を有効に除去できないという問題があった。
ノイズ対策に関する従来技術として、特許文献１には、放射線測定器（個人線量計）について、電源ラインに及び信号ライン対する電磁ノイズの影響を遮断するため、充電可能な電池１２４，１２６を有する第１，第２バッテリ部１１０，１１４を内蔵し、充電された状態の第１，第２バッテリ部１１０，１１４により動作可能に構成したものが開示されている。

特開２０００−１３１４３７号公報

しかしながら、特許文献１の放射線測定器は個人が被曝した放射線の線量を計測するものであり、所謂携帯型（ハンディタイプ）に構成されることを前提としているので、ハウジング１０にもある程度の容積があり、充電可能な電池１２４，１２６を内蔵することも容易である。したがって、放射線測定器を使用しない間に第１，第２バッテリ部１１０，１１４を充電しておき、放射線測定器を使用する際には、充電された状態の第１，第２バッテリ部１１０，１１４を使用することが可能となっている。これに対してＩＣでは、二次電池を内蔵することは想定できない。また、特許文献１のように、ある程度の大きさを有する製品に適用することを前提としない限り、外付けした二次電池からＩＣに電源を供給することも想定できない。

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、電源の供給経路を伝搬するノイズの影響を受けないように信号出力回路を動作させることができる電子回路システムを提供することにある。

請求項１記載の電子回路システムによれば、半導体集積回路に搭載される信号出力回路に供給する電源を充電電荷により保持するコンデンサを備え、充放電切替え手段によって、外部より供給される電源によりコンデンサを充電させるか、コンデンサに保持された電源（電荷）を信号出力回路に供給させるかを切替える。また、信号出力回路により出力される信号のレベルを保持して外部に出力するサンプルアンドホールド回路（以下、Ｓ／Ｈ回路と称す）を備え、制御手段は、充放電切替え手段が、放電側となる場合はＳ／Ｈ回路に（当該回路側から見た場合の）入力信号レベルをサンプルさせ、充電側となる場合は前記サンプルレベルをホールドさせるように交互に切替え制御する。
すなわち、信号出力回路からの出力信号をＳ／Ｈ回路がサンプルする期間は、信号出力回路に対しては、コンデンサの充電電荷が電源として供給されているので、外部より電源が直接供給される経路は遮断されている。これにより、信号出力回路は、前記電源供給経路を介して伝搬しようとする電磁ノイズの影響を受けない状態で動作して、信号を出力することができる。

そして、コンデンサが外部電源によって充電されている期間に、Ｓ／Ｈ回路がサンプルレベルをホールドして外部に出力するので、信号出力回路が電磁ノイズの影響を受けない状態で動作した結果出力した信号を、Ｓ／Ｈ回路を介して外部に出力できる。したがって、半導体集積回路及びその集積回路を含む構成上の制約から、二次電池のような電源を使用することが困難であっても、コンデンサの充電電荷を利用して、外来ノイズの影響を回避した結果得られた信号を、外部に出力することが可能となる。尚、上記の構成において、充放電切替え手段，Ｓ／Ｈ回路，制御手段などの構成要素は、外部電源が常時供給されて動作することは言うまでもない。

請求項２記載の電子回路システムによれば、半導体集積回路に搭載される第１，第２信号出力回路にそれぞれ供給する電源を、充電電荷により保持する第１，第２コンデンサを備え、第１，第２充放電切替え手段によって、外部より供給される電源により第１，第２コンデンサを充電させるか、各コンデンサに保持された電源を第１，第２信号出力回路に供給させるかをそれぞれ切替える。また、第１，第２信号出力回路により出力される信号を、選択して外部に出力する出力切替え手段を備え、制御手段は、第１充放電切替え手段が充電側，放電側となる場合に、第２充放電切替え手段が放電側，充電側となるように切替えさせると共に、出力切替え手段に、充放電切替え手段が充電側となっている信号出力回路の出力信号を交互に選択させる。
すなわち、出力切替え手段を介して外部に出力される信号は、常にコンデンサの充電電荷が供給されて、外部より電源が直接供給される経路が遮断されている側の信号出力回路となる。したがって、請求項１のようにＳ／Ｈ回路を用いることなく、外来ノイズの影響を回避した結果得られた信号を常時得ることができる。

請求項３，４記載の電子回路システムによれば、信号出力回路を、センサ素子が検出した物理量に応じて出力するセンサ信号について増幅・調整等の信号処理を行うセンサ回路とする。すなわち、半導体集積回路として構成されるセンサ素子及びセンサ回路は電磁ノイズの影響を受け易いため、センサ回路に適用すればノイズの影響を排除した高精度のセンサ信号を得ることができる。

請求項５記載の電子回路システムによれば、センサ信号切替え手段により、１つのセンサ素子が出力するセンサ信号を、第１，第２センサ回路の一方に出力するように切替える。そして、制御手段は、充放電切替え手段が充電側となっているセンサ回路にセンサ信号を出力するようセンサ信号切替え手段を制御するので、センサ素子を共通化して請求項４と同様の効果を得ることができる。

請求項６記載の電子回路システムによれば、制御手段に、所定周波数のクロック信号を出力するクロック信号発生回路を備え、各切替え手段を、クロック信号の２値レベル変化に応じて切替えを行うように構成するので、クロック信号に同期させて、各部における電源や信号の切替えを一括して行うことができる。

第１実施例であり、ＩＣの構成を示す機能ブロック図動作タイミングチャート第２実施例を示す図１相当図図２相当図第３実施例を示す図１相当図図２相当図従来のＩＣにおけるノイズ対策例を示す図

（第１実施例）
以下、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７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説明する。本実施例のＩＣ（半導体集積回路）１１には、図７と同様にセンサエレメント（センサ素子）２及びセンサ回路（信号出力回路）３が形成されている。そして、ＩＣ１１の電源端子１２と、センサ回路３に繋がる電源ライン１３との間には、切替えスイッチ（充放電切替え手段）１４が挿入されている。切替えスイッチ１４の固定接点Ａは電源端子１２に接続され、固定接点Ｂは電源ライン１３に接続され、可動接点ＭはＩＣ１１の端子１５に接続されている。切替えスイッチ１４は、例えばマルチプレクサを用いても良い。前記端子１５とＩＣ１１のグランド端子１６との間には、容量が例えばμＦオーダーのコンデンサ１７が外付けされている。

すなわち、切替えスイッチ１４の可動接点Ｍが固定接点Ａ側にある場合、コンデンサ１７は、ＩＣ１１の外部より供給される電源によって充電される。一方、前記可動接点Ｍが固定接点Ｂ側にある場合、コンデンサ１７は充電された電荷を放電し、電源としてセンサ回路３及びセンサエレメント２に供給する。ＩＣ１１は、例えばＣＲ発振回路などで構成されるクロック発生回路（制御手段）１８を備えており、クロック発生回路１８より出力されるクロック信号で切替えスイッチ１４の可動接点Ｍを切替えるようになっている。クロック信号のレベルがハイの場合に可動接点Ｍは固定接点Ａ側となり、例えばクロック信号のレベルがロウの場合に可動接点Ｍは固定接点Ｂ側となる。

また、センサ回路３の出力端子は、サンプルアンドホールド回路（以下、Ｓ／Ｈ回路と称す）１９を介して出力端子２０に接続されている。そして、Ｓ／Ｈ回路１９のサンプル／ホールド制御も、クロック発生回路１８より出力されるクロック信号により行われる。クロック信号のレベルがロウの場合にＳ／Ｈ回路１９は入力信号レベルをサンプルし、クロック信号のレベルがハイの場合にＳ／Ｈ回路１９はサンプルした信号レベルをホールドする。

次に、本実施例の作用について図２を参照して説明する。図２に示すタイミングチャートのように、（ａ）クロック信号レベルがハイの場合に（ｂ）可動接点Ｍは固定接点Ａ側となってコンデンサ１７を充電し、（ｃ）Ｓ／Ｈ回路１９はサンプルした信号レベルをホールドする。一方、（ａ）クロック信号のレベルがロウの場合に（ｂ）可動接点Ｍは固定接点Ｂ側となり、コンデンサ１７は充電電荷を放電してセンサ回路３等に電源を供給し、その時（ｃ）Ｓ／Ｈ回路１９は、センサエレメント２が出力したセンサ信号をサンプルする。以上の制御を、クロック信号の周期毎に繰り返す。

すなわち、Ｓ／Ｈ回路１９がセンサ信号をサンプルする場合、センサ回路３には、コンデンサ１７より電源が供給されているので、電源端子１２との接続は遮断された状態にある。したがって、この期間にセンサエレメント２及びセンサ回路３は、電源端子１２を介して侵入しようとする電磁ノイズの影響を受けない状態で、センサ信号を出力することができる。尚、クロック信号の周波数は、例えば数１０ｋＨｚ〜１００数１０ｋＨｚ程度となるが、センサ回路３等の消費電力，その消費電力に基づき設定されるコンデンサ１７の容量に応じて、必要な充電時間を確保できるように設定する。

以上のように本実施例によれば、ＩＣ１１に搭載されるセンサエレメント２及びセンサ回路３に供給する電源を充電電荷により保持するコンデンサ１７を備え、切替えスイッチ１４によって、外部より供給される電源によりコンデンサ１７を充電させるか、コンデンサ１７に保持された電源をセンサ回路３に供給させるかを切替える。また、センサ回路３により出力される信号のレベルを保持して外部に出力するＳ／Ｈ回路１９を備え、クロック発生回路１８は、切替えスイッチ１４が放電側となる場合はＳ／Ｈ回路１９に入力信号レベルをサンプルさせ、充電側となる場合はそのサンプルレベルをホールドさせるように交互に切替え制御する。したがって、センサエレメント２及びセンサ回路３は、外部電源の供給経路を介して伝搬しようとする電磁ノイズの影響を受けない状態で動作して、信号を出力することができる。

そして、コンデンサ１７が外部電源によって充電されている期間に、Ｓ／Ｈ回路１９がサンプルレベルをホールドして外部に出力するので、センサ回路３が電磁ノイズの影響を受けない状態で動作した結果出力した信号を、Ｓ／Ｈ回路１９を介して外部に出力できる。したがって、ＩＣ１１を含む構成上の制約から二次電池のような電源を使用することが困難でも、コンデンサ１７の充電電荷を利用して、外来ノイズの影響を回避した結果得られた信号を外部に出力することができる。
また、ＩＣ１１上に構成されるセンサエレメント２及びセンサ回路３は電磁ノイズの影響を受け易いので、センサ回路３に適用することでノイズの影響を排除した高精度のセンサ信号を得ることができる。そして、クロック信号発生回路１８より出力されるクロック信号の２値レベル変化に応じて切替えスイッチ１４及びＳ／Ｈ回路１９の制御を行うので、クロック信号に同期させて、各部における電源や信号の切替えを一括して行うことができる。

（第２実施例）
図３及び図４は本発明の第２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説明する。第２実施例のＩＣ（半導体集積回路）２１には、第１実施例のセンサエレメント２及びセンサ回路３と同じ構成のセンサエレメント２及びセンサ回路３が、もう１組設けられている（前者の組の符号に（１）を付し、後者の組の符号に（２）を付す）。それに併せて切替えスイッチ１４（２），コンデンサ１７（２）が追加されており、Ｓ／Ｈ回路１９は削除されている。切替えスイッチ１４（２）の可動接点Ｍ（２）は、ＩＣ２１の端子１５（２）を介してコンデンサ１７（２）の一端に接続されている。

また、ＩＣ２１には切替えスイッチ（マルチプレクサ）２２（出力切替え手段）が追加されており、その固定接点（１）はセンサ回路３（１）（第１信号出力回路）の出力端子に接続され、固定接点（２）はセンサ回路３（２）（第１信号出力回路）の出力端子に接続され、可動接点Ｍ（３）は出力端子２０に接続されている。切替えスイッチ１４（１），１４（２）（第１，第２充放電切替え手段）及び２２は、何れもクロック発生回路１８より出力されるクロック信号によって切替えが制御される。

すなわち、クロック信号のレベルがハイの場合に切替えスイッチ１４（１）の可動接点Ｍ（１）は固定接点Ａ側，切替えスイッチ１４（２）の可動接点Ｍ（２）は固定接点Ｃ側，切替えスイッチ２２の可動接点Ｍ（３）は固定接点（１）側となり、クロック信号のレベルがロウの場合に可動接点Ｍ（１）は固定接点Ｂ側，可動接点Ｍ（２）は固定接点Ｄ側，切替えスイッチ２２の可動接点Ｍ（３）は固定接点（２）側となる。尚、図２において、クロック発生回路１８より出力されるクロック信号は複数の系統に分かれて示されているが、何れも同相のクロック信号である。

次に、第２実施例の作用について図４を参照して説明する。図４に示すタイミングチャートのように、（ａ）クロック信号のレベルがハイの場合に（ｂ）切替えスイッチ１４（１）（回路（１）スイッチ）の可動接点Ｍ（１）は固定接点Ａ側，（ｃ）切替えスイッチ１４（２）（回路（２）スイッチ）の可動接点Ｍ（２）は固定接点Ｄ側，（ｄ）切替えスイッチ２２（出力スイッチ）の可動接点Ｍ（３）は固定接点（２）側となる。この時、コンデンサ１７（１）（第１コンデンサ）は充電され、コンデンサ１７（２）（第２コンデンサ）はセンサ回路３（２）側に電源を供給し、出力端子２０にはセンサ回路３（２）からのセンサ信号が出力される。

一方、（ａ）クロック信号のレベルがロウの場合に（ｂ）可動接点Ｍ（１）は固定接点Ｂ側，（ｃ）可動接点Ｍ（２）は固定接点Ｃ側，（ｄ）切替えスイッチ２２の可動接点Ｍ（３）は固定接点（１）側となる。この時、コンデンサ１７（１）はセンサ回路３（１）側に電源を供給し、コンデンサ１７（２）は充電され、出力端子２０にはセンサ回路３（１）からのセンサ信号が出力される。以上の制御をクロック信号の周期毎に繰り返すことで、センサ回路３（１），３（２）は、一方のコンデンサ１７が充電側となっている期間に他方のコンデンサ１７が放電側となるように交互に切り換えられる。これにより、出力端子２０には、コンデンサ１７の充電電荷によって電源が供給されている側の、センサエレメント２及びセンサ回路３からのセンサ信号が常に出力されるようになる。

以上のように第２実施例によれば、切替えスイッチ１４（１，２）によって、外部電源によりコンデンサ１７（１，２）を充電させるか、コンデンサ１７（１，２）に保持された電源をセンサ回路３（１，２）に供給させるかを切替える。また、クロック発生回路１８は、切替えスイッチ１４（１）が充電側，放電側となる場合に、切替えスイッチ１４（２）が放電側，充電側となるように切替えさせると共に、切替えスイッチ２２に、切替えスイッチ１４が充電側となっているセンサ回路３の出力信号を交互に選択させるようにした。したがって、切替えスイッチ２２を介して外部に出力される信号は、常にコンデンサ１７の充電電荷が供給されて、外部電源の供給経路が遮断されている側のセンサ回路３となるので、Ｓ／Ｈ回路１９を用いることなく、外来ノイズの影響を回避した結果得られた信号を常時得ることができる。

（第３実施例）
図５及び図６は本発明の第３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説明する。図５に示す第３実施例のＩＣ３１は、第２実施例のＩＣ２１におけるセンサエレメント２を１つだけにした場合の構成を示す。この場合、センサエレメント２に対して供給される電源は、切替えスイッチ３２（センサ素子電源切替え手段）を介してセンサ回路３（１）側，３（２）側に切り換えられる。そして、センサエレメント２が出力するセンサ信号は、切替えスイッチ３３（デマルチプレクサ，センサ信号切替え手段）を介して２つのセンサ回路３（１），３（２）に振り分けられる。

切替えスイッチ３２，３３の切替え制御も、クロック発生回路１８が出力するクロック信号によって行われる。クロック信号のレベルがハイの場合に切替えスイッチ３２の可動接点Ｍ（４）はセンサ回路３（２）側となり、クロック信号のレベルがロウの場合に可動接点Ｍ（４）センサ回路３（１）側となる。

次に、第３実施例の作用について図６も参照して説明する。クロック信号の２値レベルに応じて、（ｆ）切替えスイッチ３２（エレメントスイッチ）及び（ｄ）切替えスイッチ３３（入力スイッチ）が、（ｅ）切替えスイッチ２２（出力スイッチ）と共にセンサ回路３（１），３（２）側を交互に選択するように切り換えられることで、１つのセンサエレメント２より出力されるセンサ信号を、センサ回路３（１），３（２）に交互に入力させて、第２実施例と同様の動作を行わせることができる。

以上のように第３実施例によれば、切替えスイッチ３３により、１つのセンサエレメント２が出力するセンサ信号を、センサ回路３（１，２）の一方に出力するように切替え、クロック発生回路１８は、切替えスイッチ１４が充電側となっているセンサ回路３にセンサ信号を出力するよう切替えスイッチ３３を制御するので、センサエレメント２を共通化して第２実施例と同様の効果を得ることができる。

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、以下のような変形又は拡張が可能である。
コンデンサは、信号出力回路の消費電力，コンデンサの容量と切替え用クロック信号周波数との関係等から、形成可能である場合は半導体集積回路上に形成すれば良い。
センサ素子及びセンサ回路に適用するものに限らず、半導体集積回路に搭載され、所定の回路動作を行った結果として得られる信号を外部に出力する信号出力回路であれば適用可能である。

図面中、２はセンサエレメント（センサ素子）、３はセンサ回路（信号出力回路）、１１はＩＣ（半導体集積回路）、１４は切替えスイッチ（充放電切替え手段）、１７はコンデンサ、１８はクロック発生回路（制御手段）、１９はサンプルアンドホールド回路、２１はＩＣ（半導体集積回路）、２２は切替えスイッチ（出力切替え手段）、３１はＩＣ（半導体集積回路）、３３は切替えスイッチ（センサ信号切替え手段）を示す。

Claims

半導体集積回路に搭載され、所定の回路動作を行った結果として得られる信号を外部に出力する信号出力回路と、
この信号出力回路に供給する電源を、充電電荷により保持するコンデンサと、
外部より前記半導体集積回路に供給される電源によって前記コンデンサを充電させるか（充電側）、前記コンデンサに保持された電源を前記信号出力回路に供給させるか（放電側）を切替える充放電切替え手段と、
前記信号出力回路により出力される信号のレベルを保持して外部に出力するサンプルアンドホールド回路と、
前記充放電切替え手段が前記放電側となる場合に、前記サンプルアンドホールド回路に前記信号出力回路により出力される信号のレベルをサンプルさせ、
前記充放電切替え手段が前記充電側となる場合に、前記サンプルアンドホールド回路のサンプルレベルをホールドさせるように交互に切替え制御する制御手段とを備えたことを特徴とする電子回路システム。
半導体集積回路に搭載され、同一の回路動作を行い、その結果として得られた同一の信号を外部に出力する第１，第２信号出力回路と、
これらの信号出力回路にそれぞれ供給する電源を、充電電荷により保持する第１，第２コンデンサと、
外部より前記半導体集積回路に供給される電源によって前記第１，第２コンデンサを充電させるか（充電側）、前記コンデンサに保持された電源を前記第１，第２信号出力回路に供給させるか（放電側）をそれぞれ切替える第１，第２充放電切替え手段と、
前記第１，第２信号出力回路により出力される信号を、選択して外部に出力する出力切替え手段と、
前記第１充放電切替え手段が前記充電側，前記放電側となる場合に、前記第２充放電切替え手段が前記放電側，前記充電側となるように切替えさせると共に、
前記出力切替え手段に、前記充放電切替え手段が前記充電側となっている信号出力回路の出力信号を交互に選択させるように制御する制御手段とを備えたことを特徴とする電子回路システム。
前記信号出力回路は、センサ素子が検出した物理量に応じて出力するセンサ信号について増幅・調整等の信号処理を行うセンサ回路であることを特徴とする請求項１記載の電子回路システム。
前記第１，第２信号出力回路は、センサ素子が検出した物理量に応じて出力するセンサ信号について増幅・調整等の信号処理を行う第１，第２センサ回路であることを特徴とする請求項２記載の電子回路システム。
１つのセンサ素子が出力するセンサ信号を、前記第１，第２センサ回路の一方に出力するように切替えるセンサ信号切替え手段を備え、
前記制御手段は、前記充放電切替え手段が前記充電側となっているセンサ回路に前記センサ信号を出力するよう、前記センサ信号切替え手段を制御することを特徴とする請求項４記載の電子回路システム。
前記制御手段は、所定周波数のクロック信号を出力するクロック信号発生回路を備え、
前記各切替え手段は、前記クロック信号の２値レベル変化に応じて切替えを行うように構成されることを特徴とする請求項１ないし５の何れかに記載の電子回路システム。