JPWO2005066742A1

JPWO2005066742A1 - 監視回路

Info

Publication number: JPWO2005066742A1
Application number: JP2005516846A
Authority: JP
Inventors: 信広西川; 浩樹猪上
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2004-12-20
Publication date: 2007-12-20
Also published as: US20080141053A1; EP1710661A1; WO2005066742A1; TW200528980A; KR20060124628A

Abstract

コンデンサと、前記コンデンサを充電する充電手段と、前記コンデンサを放電する放電手段と、前記コンデンサが充電されることによって一定以上の電圧となった際に、一定のリファレンス電圧と前記コンデンサの充電電圧とを比較することにより監視対象の動作をリセットするための信号を発する電圧比較手段と、前記監視対象の電源電圧の監視を行い前記監視対象の電源電圧が一定以下となった際に、前記監視対象の動作をリセットする電源電圧判定手段と、を備えたマイコンが誤動作することを防止することを特徴とする監視回路。

Description

本発明はマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と称す）の異常動作を検出して自動的に回避処置をとらせるフェールセーフシステムに利用する有効な技術である監視回路に関するものである。

マイコンが正常に動作しているかどうかを監視する方法として、監視回路がマイコンからの正常動作クロックの到達の有無を判断することによって行なう方法が一般的に行なわれる。このような方式のものとしては、特開２００３−１７２７６２が挙げられる。

しかしこのような方式では、マイコンへの供給電圧が減電したときでも、監視回路がマイコンからの正常動作クロックを一定時間監視することによってのみしかマイコンが正常に動作していないことを検出することができない。このため、マイコンへの供給電源が減電するとき、マイコンをすぐさま安全にリセットすることができないので、電源が減電状態から安定状態に復帰したときにマイコンが動作復帰しても、減電により動作が中断したマイコンの内蔵するメモリやレジスタ等が原因でマイコンが誤動作をするおそれがある。
本発明は従来の前記実情に鑑み、従来の技術に内在する前記課題を解消する為になされたものであり、本発明は、減電時においてマイコンを安全にリセットすることができる監視回路、およびそのリセット解除区間を一定にすることができる監視回路、さらに前述の監視回路を備えた半導体装置、さらに前述の半導体装置を搭載した電子機器の提供を目的とする。
ここで、請求項１記載の発明は、コンデンサと、前記コンデンサを充電する充電手段と、前記コンデンサを放電する放電手段と、前記コンデンサが充電されることによって一定以上の電圧となった際に、一定のリファレンス電圧と前記コンデンサの充電電圧とを比較することにより監視対象の動作をリセットするための信号を発する電圧比較手段と、前記監視対象の電源電圧の監視を行い前記監視対象の電源電圧が一定以下となった際に、前記監視対象の動作をリセットする電源電圧判定手段と、を備えることを特徴とする監視回路である。
請求項２記載の発明は、コンデンサと、前記コンデンサを充電する充電手段と、前記コンデンサを放電する第１の放電手段と、前記コンデンサを放電する第２の放電手段と、前記コンデンサが充電されることによって一定以上の電圧となった際に、一定のリファレンス電圧と前記コンデンサの電圧を比較することにより監視対象の動作をリセットするための信号を発する電圧比較手段と、前記監視対象の電源電圧の監視を行い前記監視対象の電源電圧が一定以下となった際に、前記監視対象の動作をリセットする電源電圧判定手段と、を備えることを特徴とする監視回路である。
請求項３記載の発明は、前記電源電圧判定手段が比較器で、前記充電手段が電流源で構成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の監視回路である。
請求項４記載の発明は、前記第１の放電手段が電流源で、前記第２の放電手段がアナログスイッチで構成され、前記監視対象の電源電圧が一定以下となった際、前記第１及び第２のいずれか一方の、あるいは両方の放電手段を動作させることにより電圧比較手段の出力を反転させ前記監視対象をリセットすることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の監視回路である。
請求項５記載の発明は、前記第１の放電手段が電流源で、前記第２の放電手段がＮ型ＭＯＳトランジスタで構成されたことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の監視回路である。
請求項６記載の発明は、前記電圧比較手段がウィンドコンパレータで構成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の監視回路である。請求項７記載の発明は、前記電圧比較手段がヒステリシスコンパレータで構成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の監視回路である。
請求項８記載の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の監視回路を備えることを特徴とする半導体装置である。
請求項９記載の発明は、前記コンデンサが半導体装置の外部に設けられた請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の監視回路を備えることを特徴とする半導体装置である。
請求項１０記載の発明は、請求項８または請求項９記載の半導体装置と、前記半導体装置によって監視されるマイコンと、を備える事を特徴とする電子機器である。
本発明の効果としては、マイコンを減電時においても安全にリセットし、マイコンのリセット解除状態の区間を一定の長さに保ち、リセット信号を所望のタイミングで発生させることができるため、マイコンをリセットするまでのタイムロスをなくすことができる。さらにマイコンを備える電子機器の制御をより正確なものとすることができる。

図１は、本発明第１の実施形態に係わる監視回路であり、
図２は、図１に示す監視回路の動作状態を示すグラフ（（ａ）電源電圧８ｂ，（ｂ）マイコン７からの正常動作クロック，（ｃ）比較器５とウィンドコンパレータ４からマイコン７へのリセット信号（ローでリセット），（ｄ）ウィンドコンパレータ４で測定するコンデンサ３の電荷量，（ｅ）ウィンドコンパレータ４の出力）であり、
図３は、本発明に係る第２の実施形態としての監視回路である。
図４は、図３に示す監視回路の動作状態を示すグラフで、（ａ）は電源電圧８ｂ，（ｂ）はマイコン７からの正常動作クロック，（ｃ）は比較器５とウィンドコンパレータ４からマイコン７へのリセット信号（ローでリセット），（ｄ）はウィンドコンパレータ４で測定するコンデンサ３の電荷量，また（ｅ）はウィンドコンパレータ４の出力を各々示したものである。
なお、図中の符号、１充電回路、２ａ定電流原、２ｂＮ型ＭＯＳトランジスタ、３コンデンサ、４ウィンドコンパレータ、５比較器、６，９ロジック回路、７マイコン、８ａ，８ｂ電源電圧、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ抵抗、１６監視回路である。

図１に本発明の構成に係る監視回路１５を示す。同図において、コンデンサ３には充電回路としての電流源１および放電回路としての電流源２ａが接続されており、該コンデンサ３は、ウィンドコンパレータ４の入力端子へ接続される。該ウィンドコンパレータ４の閾値は、電源電圧８ａからの電位を抵抗１０ａ，１０ｂ，１０ｃにより分圧し、リファレンス電圧として設定される。ここで、ロジック回路６はウィンドコンパレータ４のリセット出力をマイコン７に伝達させるか、あるいはさせないように動作する。さらに、比較器５においてもマイコン７の電源電圧を監視しつつ、マイコン７の減電気時には該比較器５からマイコン７へとリセット信号が出力され、ロジック回路９へはコンデンサ３の電荷を放電するためのトリガー信号が伝達される。
監視回路１５の動作について図２を用いて説明する。同図において、縦軸は電圧、横軸は時間を表しており、同図に示すグラフはそれぞれ（ａ）電源電圧８ｂ，（ｂ）マイコン７からの正常動作クロック，（ｃ）比較器５とウィンドコンパレータ４からマイコン７へのリセット信号（ローでリセット），（ｄ）ウィンドコンパレータ４で測定するコンデンサ３の電荷量，（ｅ）ウィンドコンパレータ４の出力，を示している。
図２の縦線（１）は、図１に示す本発明の監視回路１５とマイコン７に電源が入ったタイミングを示している。
図２の縦線（２）は電源電圧８ｂが比較器５のハイ側の閾値電圧（ＶＤＤｔｈｈ）を上回ったので充電回路１が起動してコンデンサ３に電荷が蓄積され始めるタイミングを示している。またこのときマイコン７はリセット解除状態となる。
図２の縦線（３）はマイコン７が正常に動作しているときに監視回路１５のロジック回路９に入力されるマイコン７からの正常動作クロックの入力のタイミングを示している。マイコン７からの正常動作クロックがロジック回路９に入力されると、充電回路１が停止して放電回路２ａが起動されるためコンデンサ３の電荷は放出される。
図２の縦線（４）は、ウィンドコンパレータ４のハイ側の閾値電圧（ＶＣｔｈｈ）をウィンドコンパレータ４で測定するコンデンサ３の電荷が上回ったタイミングを示している。マイコン７が正常に動作していないときはマイコン７からの正常動作クロックが従来の監視回路を構成するロジック回路に入力されないことからこの状態となる。このときのウィンドコンパレータ４の出力ハイ（Ｈ）はロジック回路６を介してマイコン７をリセットする。またこのウィンドコンパレータ４の出力Ｈによって充電回路１を停止しするとともに放電回路２ａを起動する。
図２の縦線（５）はウィンドコンパレータ４で測定するコンデンサ３の電荷がウィンドコンパレータ４のロー側の閾値電圧（ＶＣｔｈｌ）を下回ったタイミングを示している。このときウィンドコンパレータ４の出力はハイになり、このウィンドコンパレータ４の出力がロジック回路６，９を介して放電回路２ａを停止するとともに充電回路１を起動する。
図２の縦線（６）は電源電圧８ｂが何らかの原因で比較器５のロー側の閾値電圧（マイコン７が安全に動作するために必要な電圧ＶＤＤｔｈｌ）を下回ったタイミングを示している。このとき比較器５の出力によってマイコン７がリセット状態になる。
図１に示す監視回路１５は以上で説明したように、電源電圧がマイコンの安全な動作のために必要な電圧を下回った時マイコンにリセットをかけ、また、マイコンからの正常動作クロックが一定期間監視回路に入力されないときはマイコンが正常に動作していないものとしてマイコンにリセットをかける構成となっている。
この実施の形態によると、マイコンの減電時においてもマイコンを安全にリセットすることができる。
ところで図１に示す本発明の監視回路１５は、図２に示す縦線（７）と縦線（８）の間に示す区間と、縦線（９）と縦線（１０）の間に示す区間の長さが異なるように、マイコン７のリセット解除区間が異なる。これは、図１に示す本発明の監視回路１５の電圧波形を示す図２の一点鎖線Ａに示すごとく、電源電圧８ｂが正常であり続けた場合で、かつマイコン７からの正常動作クロックが一定期間監視回路に入力されない場合は、コンデンサ３の電荷がウィンドコンパレータ４のハイ側の閾値電圧を上回ったときのみにウィンドコンパレータ４の出力によってマイコン７にリセットをかけるといった回路構成上の制約に起因する現象である。即ち、マイコン７のリセット解除区間で異なる区間が観測されるのは、電源電圧８ｂが正常であるときは、ウィンドコンパレータ４の出力の他には、マイコン７にリセットをかける手段はないということに原因がある。
しかしながら、電源電圧８ｂが正常であるときにおいて、マイコン７の正常動作時に出力されるはずの正常動作クロックが監視回路に到達していない時間を測定するためには、図２の一点鎖線Ａに示すごとく、図１に示す監視回路のコンデンサ３の電荷がウィンドコンパレータ４のハイ側の閾値電圧を上回ったときだけマイコン７にリセットをかける構成を採用せざるを得ない。
また、図２の縦線（７）に示すごとく、コンデンサ３の電荷がある程度高いときに電源電圧８ｂが復帰して比較器５のハイ側の閾値電圧を上回ると、ウィンドコンパレータ４より、あるいはロジック回路６より、マイコン７をリセット解除する信号を出力することがある。そしてこのリセット解除信号は電源電圧が正常である限りは、コンデンサ３の電荷がウィンドコンパレータ４のハイ側の閾値電圧を上回るまでそのままの状態となるのである。
これらのことから図１に示す本発明の監視回路１５は、図２に示す縦線（７）と縦線（８）の間に示す区間と、縦線（９）と縦線（１０）の間に示す区間が互いに長さが異なる区間であるように、異なるマイコン７のリセット解除区間が生成されるというアンバランスが生じる。
このアンバランスなリセット解除区間を是正するのが、本発明における第２の実施の形態である図３に示す監視回路１６である。本実施の形態による監視回路は、図１に示す監視回路１５に比較して、あらたな放電手段である放電回路２ｂを設け、コンデンサ３の電荷をスイッチング動作によって放出を行うものである。
図３に示す本発明に係わる監視回路１６は、監視対象であるマイコン７の電源電圧８ｂ（ＶＤＤ）が、マイコン７が安全に動作するための電源電圧よりも下回った減電時に、マイコン７を安全に終了させるためのマイコン７の電源電圧８ｂの監視と、マイコン７が正常に動作していない時間が一定時間を超えたときにマイコン７をリセットするための、正常動作クロックの到達間隔を測定している。マイコン７の電源電圧８ｂの監視は電源電圧判定手段である比較器５を用いることによって行い、また、正常動作クロックの間隔の監視は、充電手段である充電回路１と、放電手段である放電回路２ａと放電回路２ｂを制御することによりコンデンサ３に蓄積された電圧を電圧比較手段であるウィンドコンパレータ４で測定して一定の時間を作り出し、正常動作クロックの到達を観測して行う。したがって、減電時ではなく、かつ正常動作クロックが図１に示す従来の監視回路に入力されているときは、マイコン７はリセットされることなく動作し続けることになる。なお同図においては監視回路の電源電圧にはマイコン７と異なる電源電圧８ａが使用されている。
以下、図３に示す本発明に係わる監視回路の動作を、図４に示す本発明に係わる監視回路の電圧変動図を用いて説明する。なお、図４において、縦軸は電圧、横軸は時間を表しており、同図に示すグラフはそれぞれ（ａ）電源電圧８ｂ，（ｂ）マイコン７からの正常動作クロック，（ｃ）比較器５からマイコン７へのリセット信号（ローでリセットの状態），（ｄ）ウィンドコンパレータ４で測定するコンデンサ３の電荷量，（ｅ）ウィンドコンパレータ４の出力、を示している。
図４の縦線（１）は、図３に示す従来の監視回路とマイコン７に電源が入ったタイミングを示している。
図４の縦線（２）は電源電圧８ｂが比較器５のハイ側の閾値電圧（ＶＤＤｔｈｈ）を上回ったので充電回路１が起動してコンデンサ３に電荷が蓄積され始めるタイミングを示している。またこのときマイコン７はリセット解除状態となる。なお、比較器５のハイ側の閾値電圧と後述の比較器５のロー側の閾値電圧（ＶＤＤｔｈｌ）は比較器５の出力を帰還して抵抗分割を行うことでヒステリシスを持たせて設定しているが、この手段に限られることはない。
図４の縦線（３）はマイコン７が正常に動作しているときに図３に示す本発明に関わる監視回路のロジック回路９に入力されるマイコン７からの正常動作クロックの入力のタイミングを示している。マイコン７からの正常動作クロックがロジック回路９に入力されると、充電回路１が停止して放電回路２ａが起動されるためコンデンサ３の電荷は放出される。
図４の縦線（４）はウィンドコンパレータ４で測定するコンデンサ３の充電電圧がウィンドコンパレータ４のハイ側の閾値電圧（ＶＣｔｈｈ）を上回ったタイミングを示している。マイコン７からの正常動作クロックが本発明に関わる監視回路に入力されなければこの状態となる。このときのウィンドコンパレータ４の出力ハイ（Ｈ）はロジック回路６を介してマイコン７をリセットする。またこのウィンドコンパレータ４の出力Ｈによって充電回路１を停止するとともに放電回路２ａを起動する。なおウィンドコンパレータ４のハイ側の閾値電圧と後述のウィンドコンパレータ４のロー側の閾値電圧（ＶＣｔｈｌ）は、それぞれウィンドコンパレータ４の電源電圧８ａを柢抗１０ａ、１０ｂ、１０ｃで分圧することによって設定している。
図４の縦線（５）はウィンドコンパレータ４で測定するコンデンサ３の電荷がウィンドコンパレータ４のロー側の閾値電圧（ＶＣｔｈｌ）を下回ったタイミングを示している。このときウィンドコンパレータ４の出力によって放電回路２ａが停止するとともに充電回路１が起動される。
図４の縦線（６）は負荷の変動やノイズ等の原因により電源電圧８ｂが比較器５のロー側の閾値電圧（ＶＤＤｔｈｌ）を下回ったタイミングを示している。このとき比較器５の出力によってマイコン７にリセットがかけられるとともに、比較器５の出力によって放電回路２ｂが起動してコンデンサ３の電荷を放出する。
以上で説明したように、図３に示す本発明に係わる監視回路１６は、コンデンサ３の電荷が蓄積され、ウィンドコンパレータ４で検出する電圧が上がってウィンドコンパレータ４のハイ側の閾値電圧を上回ると、ウィンドコンパレータ４の出力によってマイコン７にリセットをかけ、また電源電圧８ｂが比較器５のロー側の閾値電圧を下回ったときは比較器５の出力によってマイコン７にリセットをかけるように動作するものである。すなわち、本発明に係わる監視回路は、マイコン７の正常動作クロックの間隔と、マイコン７の電源電圧８ｂの二つを監視するものである。
本発明に関わる監視回路は減電時に監視対象物の電源電圧が一定以上下がる度にコンデンサの電荷を放出する構成となっている。これによって図３に示す本発明に関わる監視回路の電圧波形図４は、図１に示す監視回路１５の電圧波形図２と比較して、縦線（７）と縦線（８）の間のリセット解除区間が、縦線（９）と縦線（１０）の間のリセット解除区間とほぼ同一となるのである。マイコンのリセット解除状態の区間を一定の長さに保つことで、リセット信号を所望のタイミングで発生させることができるため、マイコンをリセットするまでのタイムロスをなくすことができ、さらにマイコンを備える電子機器の制御をより正確なものとすることができる。
尚、本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

本発明に係わる監視回路は、該監視回路のみで、あるいは他の集積回路とともに封止されて半導体装置となり、該半導体装置は、監視対象であるマイクロコンピュータとともに電子機器に搭載される。電子機器とは、ここではテレビや冷蔵庫等のマイコンを備えるあらゆる電気製品を指す。
尚、本発明は、上述した実施形態に限られることなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内でのあらゆる設計変更はすべて本発明の範囲に含まれる。例えばＮＭＯＳ２ｂの代わりにアナログスイッチなどが用いられてもよく、ウィンドコンパレータ４に変えてヒステリシスコンパレータが用いられても同一の目的を達成することができる。

Claims

コンデンサと、前記コンデンサを充電する充電手段と、前記コンデンサを放電する放電手段と、前記コンデンサが充電されることによって一定以上の電圧となった際に、一定のリファレンス電圧と前記コンデンサの充電電圧とを比較することにより監視対象の動作をリセットするための信号を発する電圧比較手段と、前記監視対象の電源電圧の監視を行い前記監視対象の電源電圧が一定以下となった際に、前記監視対象の動作をリセットする電源電圧判定手段と、を備えることを特徴とする監視回路。
コンデンサと、前記コンデンサを充電する充電手段と、前記コンデンサを放電する第１の放電手段と、前記コンデンサを放電する第２の放電手段と、前記コンデンサが充電されることによって一定以上の電圧となった際に、一定のリファレンス電圧と前記コンデンサの電圧を比較することにより監視対象の動作をリセットするための信号を発する電圧比較手段と、前記監視対象の電源電圧の監視を行い前記監視対象の電源電圧が一定以下となった際に、前記監視対象の動作をリセットする電源電圧判定手段と、を備えることを特徴とする監視回路。
前記電源電圧判定手段が比較器で、前記充電手段が電流源で構成されたことを特徴とする請求の範囲第１項又は２項記載の監視回路。
前記第１の放電手段が電流源で、前記第２の放電手段がアナログスイッチで構成され、前記監視対象の電源電圧が一定以下となった際、前記第１及び第２のいずれか一方の、あるいは両方の放電手段を動作させることにより電圧比較手段の出力を反転させ前記監視対象をリセットすることを特徴とする請求の範囲第２項又は３項に記載の監視回路。
前記第１の放電手段が電流源で、前記第２の放電手段がＮ型ＭＯＳトランジスタで構成されたことを特徴とする請求の範囲第２項又は第３項に記載の監視回路。
前記電圧比較手段がウィンドコンパレータで構成されたことを特徴とする請求の範囲第１項又は２項に記載の監視回路。
前記電圧比較手段がヒステリシスコンパレータで構成されたことを特徴とする請求の範囲第１項又は２項に記載の監視回路。
前記コンデンサが半導体装置の外部に設けられた請求の範囲第１項又は２項記載の監視回路を備えることを特徴とする半導体装置。