JP6094260B2

JP6094260B2 - 異常検出保護回路

Info

Publication number: JP6094260B2
Application number: JP2013037119A
Authority: JP
Inventors: 英治長友; 鈴木　彰; 彰鈴木
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-02-27
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2017-03-15
Anticipated expiration: 2033-02-27
Also published as: US9680296B2; US20160013629A1; JP2014165812A; WO2014132571A1

Description

本発明は、複数の通信用トランシーバが１つのＩＣチップ上に統合された通信回路において、各通信回路の異常を検出して保護するための異常検出保護回路に関する。

通信用のＩＣ（Integrated Circuit）チップにおいては、特定の通信バスが電源やグランドにショートすると、過電流が流れてＩＣチップの温度が上昇し、デバイスの熱破壊が生じる可能性がある。通常は過電流によるデバイスの熱破壊を防ぐために過熱検知機能を設け、ある一定の温度以上（通常はＩＣが例えば１５０℃以下で動作するので、例えば１７０℃以上）となった場合に、動作を停止するように過熱保護機能を働かせる。過熱保護機能を設ける構成として例えば特許文献１に開示されている技術がある。

特開２０１２−２１０００５号公報

近年、セントラルゲートウェイ等の車載通信インフラの中心となるＥＣＵ（Electronic Control Unit）において、複数の通信用トランシーバが１つのＩＣチップ上に統合された構成が供されている。複数の通信用トランシーバが統合されたＩＣチップにおいては、一の通信用トランシーバが異常となり過熱保護機能が働くと、他の正常な通信用トランシーバも動作を停止する。その結果、正常な通信バスのデータ通信を強制的に停止することになり、ゲートウェイ機能を搭載したＥＣＵの場合、車両挙動に影響を与えるという問題がある。又、無線の電波等が外乱ノイズとなって過熱保護機能に影響を与えた場合にも、正常な通信チャンネルのデータ通信を停止する等の問題がある。更に、過電流保護機能を内蔵しているＩＣチップについても同様に過電流保護機能の誤動作により正常な通信チャンネルのデータ通信を停止する等の問題がある。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の通信用トランシーバが１つのＩＣチップ上に統合された構成において、一の通信チャンネルで保護機能が働いた場合に、その影響が他の正常な通信チャンネルに波及することを回避することができ、しかも、耐ノイズ特性を高めることができる異常検出保護回路を提供することにある。

請求項１に記載した発明によれば、過熱検知部は、ＩＣチップ上に複数の通信チャンネルの各々に対応して設けられ、通信チャンネル毎の温度を検知温度として検知する。チップ温度検知部は、ＩＣチップ上の任意の部位に設けられ、その任意の部位の温度を基準温度として検知する。検出部は、過熱検知部により検知された通信チャンネル毎の検知温度と、チップ温度検知部により検知された基準温度とに基づいて、過熱保護温度と基準温度との差分の所定比率の値を閾値として通信チャンネル毎に設定し、検知温度が閾値を越えた場合に当該通信チャンネルが過熱検知前の状態であると特定する。停止制御部は、複数の通信チャンネルのうち一の通信チャンネルが過熱検知前の状態であると検出部が特定し、且つ一の通信チャンネルが過電流状態であると特定した場合に、その一の通信チャンネルの出力を停止する。

即ち、過熱検知前の状態となったか否かの比較基準となる閾値を通信チャンネル毎に設定し、一の通信チャンネルが何らかの要因で過電流状態となり、且つ過電流状態となった一の通信チャンネルが過熱検知前の状態となったと特定した場合に、その一の通信チャンネルの出力を停止するようにした。これにより、一の通信チャンネルで過熱保護機能が働いたことの影響を他の通信チャンネルに波及することを回避することができ、正常な通信チャンネルのデータ通信を継続することができる。又、通信チャンネルの出力を停止する条件として、過電流状態となったことと、過熱検知前の状態となったこととの論理積を判定するようにした。これにより、無線の電波等が外乱ノイズとなって誤動作した場合や過電流状態となったことを検出したのみの場合に、その通信チャンネルの出力を停止することを回避することができ、耐ノイズ特性を高めることができる。

本発明の第１の実施形態を示す機能ブロック図過熱検知部及びチップ温度検知部の配置を示す図過熱保護温度、チップ温度及び保護動作閾値の関係を示す図本発明の第２の実施形態を示す図１相当図

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について、図１から図３を参照して説明する。本実施形態では、車載通信インフラの中心となるＥＣＵ（Electronic Control Unit）に実装されるＩＣチップに適用した構成を説明する。又、複数の通信用トランシーバが１つのＩＣチップ上に統合された構成として、３個の通信用トランシーバが１つのＩＣチップ上に統合された構成を説明する。図２に示すように、ＩＣチップ１上には、３個の通信用トランシーバ２ａ〜２ｃが近接して配置されており、それら３個の通信用トランシーバ２ａ〜２ｃに対応して３個の通信出力段３ａ〜３ｃが配置されている。３個の通信用トランシーバ２ａ〜２ｃは、近接して配置されている構成上、熱が伝播し易くなっており、他の通信用トランシーバからの熱の影響を受け易くなっている。

３個の通信出力段３ａ〜３ｃの周囲には、それら通信出力段３ａ〜３ｃの各々の温度を検知する過熱検知部４ａ〜４ｃが配置されている。即ち、３個の通信チャンネルの各々の温度（検知温度）を検知可能に過熱検知部４ａ〜４ｃが配置されている。過熱検知部４ａ〜４ｃが配置されている側（図２では右端側）の反対側（図２では左端側）には、その部位の温度（基準温度）を検知するチップ温度検知部５が配置されている。即ち、チップ温度検知部５は、ＩＣチップ１上で３個の通信出力段３ａ〜３ｃから最も遠い部位に配置されており、３個の通信出力段３ａ〜３ｃからの熱的な影響が最も少ない部位に配置されている。又、３個の通信出力段３ａ〜３ｃは、それぞれＩＣ端子６ａ〜６ｃを介して通信バス７ａ〜７ｃに接続されている。通信バス７ａ〜７ｃは、コネクタ８によりＥＣＵ側と車両側とに切分けられ、ＥＣＵ側には通信保護回路９ａ〜９ｃと終端（ある場合）が接続されている。尚、通信バス７ａ〜７ｃの構成については単線や複線があるが、ここでは略式的に単線として示している。

３個の通信用トランシーバ２ａ〜２ｃに対応する３個の通信チャンネル（通信チャンネル１〜３）には、図１に示すように、それぞれ異常検出保護回路１０ａ〜１０ｃが設けられている。ここでは、通信チャンネル１に対応して設けられている異常検出保護回路１０ａについて説明する。通信チャンネル２、３に対応して設けられている異常検出保護回路１０ｂ、１０ｃも同様の構成である。尚、チップ温度検知回路１３は異常検出保護回路１０ａ〜１０ｃに共通して設けられている。

異常検出保護回路１０ａは、検出部１１ａと、過熱検知回路１２ａと、チップ温度検知回路１３と、ＡＮＤ回路２０ａとを有する。過熱検知回路１２ａは、上記した過熱検知部４ａを含み、その出力端子は、減算器１４ａの一方の入力端子に接続されていると共に、比較器１９ａの一方の入力端子に接続されている。チップ温度検知回路１３は、上記したチップ温度検知部５を含み、その出力端子は、減算器１４ａの他方の入力端子に接続されていると共に、加算器１８ａの一方の入力端子に接続されている。減算器１４ａの出力端子は、ＬＰＦ（Low-pass filter、低域通過濾波器）１５ａの入力端子に接続されている。ＬＰＦ１５ａの出力端子は、抵抗１６ａ及び抵抗１７ａを介して接地されており、抵抗１６ａ及び抵抗１７ａの中間点は、加算器１８ａの他方の入力端子に接続されている。加算器１８ａの出力端子は、比較器１９ａの他方の入力端子に接続されている。比較器１９ａの出力端子は、ＡＮＤ回路２０ａ（停止制御部）の一方の入力端子に接続されている。又、通信チャンネル１に対応して設けられている過電流検出回路２１ａの出力端子は、ＡＮＤ回路２０ａの他方の入力端子に接続されている。ＡＮＤ回路２０ａの出力端子は、Ｄ型フリップフロップ回路２２ａの入力端子に接続されている。

検出部１１ａにおいては、過熱検知回路１２ａの過熱検知部４ａが検知した温度と、チップ温度検知回路１３のチップ温度検知部５が検知した温度との差分を減算器１４ａにより演算する。次いで、その差分を過熱検知と同様に敏感に反応しないようにある一定の遅れを持つようにＬＰＦ１５ａを通過させた後に、その差分の一定比率（所定比率）の値となるように抵抗１６ａ及び抵抗１７ａにより抵抗分圧した値を演算する。即ち、抵抗１６ａの抵抗値及び抵抗１７ａの抵抗値に依存する抵抗分圧した値は、図３に示すように、現在のＩＣチップ１の温度と過熱保護温度との差分の一定比率の値となっており、現在のＩＣチップ１の温度に応じて常に変動する。図３では一定比率が７５％の場合を例示している。次いで、この現在のＩＣチップ１の温度と過熱保護温度との差分の一定比率の値と、チップ温度検知回路１３のチップ温度検知部５が検知した温度とを加算器１８ａにより加算し、過熱検知回路１２ａの過熱検知部４ａが検知した温度に対する比較基準となる保護動作閾値（閾値）を演算する。そして、過熱検知回路１２ａの過熱検知部４ａが検知した温度と、保護動作閾値とを比較器１９ａにより比較する。

比較器１９ａは、過熱検知回路１２ａの過熱検知部４ａが検知した温度が保護動作閾値を越えていなければ、「０」をＡＮＤ回路２０ａに出力するが、過熱検知回路１２ａの過熱検知部４ａが検知した温度が保護動作閾値を越えると、「１」をＡＮＤ回路２０ａに出力する。即ち、比較器１９ａは、過熱検知回路１２ａの過熱検知部４ａが検知した温度が過熱保護温度には達していないが保護動作閾値を超えると（過熱検知前の状態であると）、「１」をＡＮＤ回路２０ａに出力する。

過電流検出回路２１ａは、該当する通信チャンネルに過電流が流れたか否かを検出し、過電流が流れていなければ、「０」をＡＮＤ回路２０ａに出力するが、過電流が流れると、「１」をＡＮＤ回路２０ａに出力する。ＡＮＤ回路２０ａは、検出部１１ａからの入力が「１」であり、且つ過電流検出回路２１ａからの入力が「１」であると、「１」をＤ型フリップフロップ回路２２ａに出力する。検出部１１ａからの入力が「１」であり、且つ過電流検出回路２１ａからの入力が「１」である場合は、該当する通信チャンネルが何らかの要因で過電流状態となり、且つ過熱検知前の状態となった場合である。

そして、Ｄ型フリップフロップ回路２２ａは、ＡＮＤ回路２０ａから「１」を入力すると、その通信チャンネルの出力を停止する。通信チャンネルの出力を停止する方法としては、例えば通信出力段３ａの動作電源を遮断すれば良い。又は、停止制御信号を通信用トランシーバ２ａの各構成回路に出力し、全ての動作を停止させても良い。即ち、過電流状態となり、且つ過熱検知前の状態となった通信チャンネルの出力を停止することで、一の通信チャンネルで過熱保護機能が働いたことの影響を他の通信チャンネルに波及することを回避し、正常な通信チャンネルのデータ通信を妨げないようにしている。尚、過熱検知部４ａからチップ温度検知部５への熱伝播の時間が十分であれば、ＬＰＦ１５ａを削減可能である。又、該当する通信チャンネルが過電流状態になったか否かを特定可能な信号がＡＮＤ回路２０ａに入力されれば良いので、異常検出保護回路１０ａが過電流検出回路２１ａを構成要件として備えない構成、即ち、異常検出保護回路１０ａの外部に過電流検出回路２１ａが設けられる構成であっても良い。

以上に説明したように第１の実施形態によれば、３個の通信用トランシーバ２ａ〜２ｃが１つのＩＣチップ１上に統合された構成において、過熱検知前の状態となったか否かの比較基準となる保護動作閾値を通信チャンネル毎に設定し、一の通信チャンネルが何らかの要因で過電流状態となり、且つ過電流状態となった一の通信チャンネルが過熱検知前の状態となったと特定すると、その一の通信チャンネルの出力を停止するようにした。これにより、一の通信チャンネルで過熱保護機能が働いたことの影響を他の通信チャンネルに波及することを回避することができ、正常な通信チャンネルのデータ通信を継続することができる。又、通信チャンネルの出力を停止する条件として、過電流状態となったことと、過熱検知前の状態となったこととの論理積を判定するようにした。これにより、無線の電波等が外乱ノイズとなって誤動作した場合や過電流状態となったことを検出したのみの場合に、その通信チャンネルの出力を停止することを回避することができ、耐ノイズ特性を高めることができる。

又、チップ温度検知部５をＩＣチップ１上で過熱検知部４ａ〜４ｃから最も遠い部位に配置したので、過熱検知部４ａ〜４ｃからチップ温度検知部５まである程度の距離を確保することができ、過熱検知部４ａ〜４ｃからチップ温度検知部５への影響を抑えることができる。又、検出部１１ａ〜１１ｃを通信チャンネル毎に個別に設けたので、３個の通信チャンネルの状態を常に監視することができ、過熱検知前の状態となったか否かを通信チャンネル毎に迅速に検出することができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について、図４を参照して説明する。尚、第１の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。第１の実施形態は、検出部を通信チャンネル毎に個別に設けた構成であるが、第２の実施形態は、検出部を３個の通信チャンネルに共通して設けた構成である。

異常検出保護回路３１は、通信チャンネル毎の過熱検知回路１２ａ〜１２ｃと、その過熱検知回路１２ａ〜１２ｃに共通する検出部３２と、チップ温度検知回路１３とを有する。検出部３２は、減算器３４と、ＬＰＦ３５と、抵抗３６及び３７と、加算器３８と、比較器３９とを有する。減算器３４、ＬＰＦ３５、抵抗３６及び３７、加算器３８、比較器３９は、それぞれ第１の実施形態で説明した減算器１４ａ〜１４ｃ、ＬＰＦ１５ａ〜１５ｃ、抵抗１６ａ〜１６ｃ及び１７ａ〜１７ｃ、加算器１８ａ〜１８ｃ、比較器１９ａ〜１９ｃと同等である。又、ＡＮＤ回路４０も、第１の実施形態で説明したＡＮＤ回路２０ａ〜２０ｃと同等である。

マルチプレクサ３３は、通信チャンネル毎の過熱検知回路１２ａ〜１２ｃからの入力を、チャンネル切替信号の入力に応じて任意のタイミングで時系列に切替えて排他制御により検出部３２に出力する。同様に、マルチプレクサ４１は、通信チャンネル毎の過電流検出回路２１ａ〜２１ｃからの入力を、チャンネル切替信号の入力に応じて任意のタイミングで時系列に切替えて排他制御によりＡＮＤ回路３０に出力する。又、マルチプレクサ４２は、ＡＮＤ回路４０からの出力を、チャンネル切替信号の入力に応じて任意のタイミングで時系列に切替えて排他制御によりＤ型フリップフロップ回路２２ａ〜２２ｃに出力する。

セレクタ４３は、何れかの通信チャンネルが何らかの要因で過電流状態となり、且つ過電流状態となった何れかの通信チャンネルが過熱検知前の状態となった場合に、停止制御信号を該当する過熱検知回路１２ａ〜１２ｃに出力する。マルチプレクサ３３、マルチプレクサ４１、マルチプレクサ４２及びセレクタ４３は、同じチャンネル切替信号を入力することで、過熱検知回路１２ａ〜１２ｃからの入力の切換制御、過電流検出回路２１ａ〜２１ｃからの入力の切換制御、Ｄ型フリップフロップ回路２２ａ〜２２ｃへの出力の切換制御、過熱検知回路１２ａ〜１２ｃへの停止制御信号の出力の切換制御を同期して行う。

以上に説明したように第２の実施形態によれば、検出部２２が３個の通信チャンネルに共通して設けられている点が異なり、その他の部分は上記した第１の実施形態と同様に作用するので、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。即ち、一の通信チャンネルで過熱保護機能が働いたことの影響を他の通信チャンネルに波及することを回避することができ、正常な通信チャンネルのデータ通信を継続することができる。又、無線の電波等が外乱ノイズとなって誤動作した場合や過電流状態となったことを検出したのみの場合に、その通信チャンネルの出力を停止することを回避することができ、耐ノイズ特性を高めることができる。この場合は、検出部２２を３個の通信チャンネルに共通して設けたので、構成を簡素化することができる。

本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のように変形又は拡張することができる。
１つのＩＣチップ上に配置される通信トランシーバの個数は、２個であっても良いし４個以上であっても良い。チップ温度検知部は、ＩＣチップ上の任意の部位の温度を基準温度として検知可能であり、通信出力段からの熱的な影響を受けない部位であれば、ＩＣチップ上の端部に限らず、どのような部位に配置されても良い。又、チップ温度検知部は、複数の通信チャンネルの各々に対応して個別に設けられても良い。検出部において、例えば接地されている抵抗の抵抗値を外部素子により設定可能とすることで、一定比率の値を可変とし、保護動作閾値を可変としても良い。

図面中、１はＩＣチップ、２ａ〜２ｃは通信用トランシーバ、４ａ〜４ｃは過熱検知部、５はチップ温度検知部、１０ａ〜１０ｃ、３１は異常検出保護回路、１１ａ〜１１ｃ、３２は検出部、２０ａ〜２０ｃ、４０はＡＮＤ回路（停止制御部）である。

Claims

複数の通信用トランシーバ（２ａ〜２ｃ）が１つのＩＣチップ（１）上に統合された通信回路において、各通信回路の異常を検出して保護するための回路（１０ａ〜１０ｃ、３１）であって、
前記ＩＣチップ上に前記複数の通信用トランシーバに対応する複数の通信チャンネルの各々に対応して設けられ、前記通信チャンネル毎の温度を検知温度として検知する過熱検知部（４ａ〜４ｃ）と、
前記ＩＣチップ上の任意の部位に設けられ、その任意の部位の温度を基準温度として検知するチップ温度検知部（５）と、
前記過熱検知部により検知された前記通信チャンネル毎の検知温度と、前記チップ温度検知部により検知された基準温度とに基づいて、過熱保護温度と前記基準温度との差分の所定比率の値を閾値として前記通信チャンネル毎に設定し、前記検知温度が前記閾値を越えた場合に当該通信チャンネルが過熱検知前の状態であると特定する検出部（１１ａ〜１１ｃ、３２）と、
前記複数の通信チャンネルのうち一の通信チャンネルが過熱検知前の状態であると前記検出部が特定し、且つ前記一の通信チャンネルが過電流状態であると特定した場合に、その一の通信チャンネルの出力を停止する停止制御部（２０ａ〜２０ｃ、４０）と、を備えたことを特徴とする異常検出保護回路。
請求項１に記載した異常検出保護回路において、
前記過熱検知部を前記ＩＣチップ上の一端側に設けると共に、前記チップ温度検知部を前記ＩＣチップ上の他端側に設けたことを特徴とする異常検出保護回路。
請求項１又は２に記載した異常検出保護回路において、
前記検出部（１１ａ〜１１ｃ）を複数の通信チャンネルの各々に対応して個別に設けたことを特徴とする異常検出保護回路。
請求項１又は２に記載した異常検出保護回路において、
前記検出部（３２）を複数の通信チャンネルに共通して設けたことを特徴とする異常検出保護回路。
請求項１から４の何れか一項に記載した異常検出保護回路において、
前記検出部における前記過熱保護温度と前記基準温度との差分の所定比率の値を可変としたことを特徴とする異常検出保護回路。