WO2023022190A1 - 電源管理回路および電子機器 - Google Patents

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WO2023022190A1
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circuit
microcontroller
supply voltage
communication
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直樹 井上
隼 浅野
陽信 浅野
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ローム株式会社
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    • G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D10/00—Energy efficient computing, e.g. low power processors, power management or thermal management

Definitions

  • the present invention relates to a power management circuit that manages and controls multiple power sources.
  • a microcontroller (microcomputer) is equipped with a CPU (Central Processing Unit), memory, and a communication circuit with external devices.
  • the inside of the microcontroller is divided into a plurality of circuit blocks, each circuit block is provided with a power supply terminal, and an independent power supply voltage can be supplied to each circuit block.
  • a power management IC (PMIC: Power Management Integrated Circuit) is used to supply power to the microcontroller.
  • the PMIC includes a plurality of power supply circuits and a sequencer that turns on and off the plurality of power supply circuits according to a predetermined sequence.
  • SPI Serial Peripheral Interface
  • the SPI circuit inside the microcontroller and the SPI circuit inside the PMIC must be supplied with the same voltage level power supply voltage.
  • one of a plurality of power supply lanes (also called channels) of the PMIC is assigned to the SPI circuit of the microcontroller, and the SPI circuit inside the PMIC is also supplied with the voltage of this power supply lane.
  • the microcontroller can control on/off of the power lane for the SPI circuit.
  • the SPI circuit of the PMIC is disabled. That is, the SPI circuit is dedicated to communication with the microcontroller and cannot be used to communicate with other circuits.
  • the present disclosure is made, and one exemplary objective of certain aspects thereof is to provide a power management circuit that can communicate with a microcontroller and another circuit.
  • An aspect of the present disclosure relates to a power management circuit that supplies a power supply voltage to a microcontroller and a semiconductor device.
  • the power management circuit is connected to an interface circuit capable of communicating with the microcontroller and the semiconductor device, a first power supply circuit that supplies a first power supply voltage to a power supply pin connected to the communication circuit of the microcontroller, and the communication circuit of the semiconductor device.
  • a second power supply circuit for supplying a second power supply voltage having a voltage level equal to the first power supply voltage to a power supply pin connected to the second power supply circuit; and a sequencer for controlling startup and shutdown of the first power supply circuit and the second power supply circuit.
  • the first power supply circuit can be switched on and off by communication through the interface circuit, and the first power supply voltage is supplied to the interface circuit when the first power supply circuit is on, and the first power supply circuit is off. , the second power supply voltage is supplied.
  • power management circuitry can be provided that can communicate with a microcontroller and another circuit.
  • FIG. 1 is a block diagram of an electronic device including a PMIC according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of a power supply selection circuit.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration example of a power supply selection circuit.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the PMIC of FIG. 1;
  • FIG. 5 is a circuit diagram of a PMIC according to Modification 1. As shown in FIG.
  • a power management circuit supplies a power supply voltage to a microcontroller and a semiconductor device.
  • the power management circuit is connected to an interface circuit capable of communicating with the microcontroller and the semiconductor device, a first power supply circuit that supplies a first power supply voltage to a power supply pin connected to the communication circuit of the microcontroller, and the communication circuit of the semiconductor device.
  • a second power supply circuit for supplying a second power supply voltage having a voltage level equal to the first power supply voltage to a power supply pin connected to the second power supply circuit; and a sequencer for controlling startup and shutdown of the first power supply circuit and the second power supply circuit.
  • the first power supply circuit can be switched on and off by communication through the interface circuit, and the first power supply voltage is supplied to the interface circuit when the first power supply circuit is on, and the first power supply circuit is off. , the second power supply voltage is supplied.
  • the first power supply circuit While the first power supply circuit is on, the first power supply voltage is supplied to the interface circuit of the power management circuit and the communication circuit of the microcontroller. Communication is thus possible between the microcontroller and the power management circuit. Further, since the interface circuit and the communication circuit of the semiconductor device are supplied with the first power supply voltage and the second power supply voltage having the same voltage level, communication is possible. While the first power supply circuit is off, both the interface circuit of the power management circuit and the communication circuit of the semiconductor device are supplied with the second power supply voltage. Communication is thus possible between the power management circuit and the semiconductor device.
  • the current supply capability of the second power supply circuit may be smaller than the current supply capability of the first power supply circuit.
  • the power management circuit may further include a timer circuit. After the microcontroller turns off the first power supply circuit, the sequencer may be able to turn on the first power supply circuit after the time set in the timer circuit has elapsed.
  • the interface circuit may be an SPI (Serial Peripheral Interface).
  • the microcontroller may be an in-vehicle microcontroller (ECU: Electronic Control Unit).
  • ECU Electronic Control Unit
  • the power management circuit may be integrated into one semiconductor substrate.
  • Integrated integration includes the case where all circuit components are formed on a semiconductor substrate, and the case where the main components of a circuit are integrated.
  • a resistor, capacitor, or the like may be provided outside the semiconductor substrate.
  • a state in which member A is connected to member B refers to a case in which member A and member B are physically directly connected, as well as a case in which member A and member B are electrically connected to each other. It also includes the case of being indirectly connected through other members that do not substantially affect the physical connection state or impair the functions and effects achieved by their combination.
  • the state in which member C is connected (provided) between member A and member B refers to the case where member A and member C or member B and member C are directly connected. In addition, it also includes the case of being indirectly connected through other members that do not substantially affect their electrical connection state or impair the functions and effects achieved by their combination.
  • FIG. 1 is a block diagram of an electronic device 500 including a power management integrated circuit (PMIC: Power Management IC) 200 according to an embodiment.
  • the electronic device may be a consumer device, an in-vehicle device, or an industrial device.
  • the electronic device 500 includes a microcontroller 510, a semiconductor device 520 and a PMIC 200.
  • the microcontroller 510 includes a plurality of circuit blocks B1-B4, and has independent power supply pins for each of the circuit blocks B1-B4.
  • circuit block B1 includes CPU core 512
  • circuit block B2 includes communication circuitry 514
  • circuit block B3 includes memory 516
  • circuit block B4 includes A/D converter 518.
  • the microcontroller 510 can communicate with the PMIC 200 using a communication circuit 514.
  • the semiconductor device 520 is an IC (Integrated Circuit) provided separately from the microcontroller 510 .
  • the types and functions of the semiconductor device 520 vary depending on the type of the electronic device 500, and examples thereof include auxiliary microcomputers (microcontrollers), sensors, and timers.
  • Semiconductor device 520 is provided with power supply pins VDD and VDDX.
  • Semiconductor device 520 includes communication circuitry 522 .
  • a power supply voltage V REG is supplied to the communication circuit 522 via a power supply pin VDD.
  • Semiconductor device 520 can communicate with PMIC 200 using communication circuit 522 .
  • Circuit blocks other than the communication circuit 522 are connected to the power supply pin VDDX of the semiconductor device 520 .
  • the power supply to the power supply pin VDDX may be performed by a power supply circuit other than the PMIC 200, or may be performed by the PMIC 200.
  • the communication circuit 514 of the microcontroller 510 and the communication circuit 522 of the semiconductor device 520 are compatible with the same communication method. Although not limited to this, the communication circuit 514 and the communication circuit 522 are SPI (Serial Peripheral Interface) circuits.
  • SPI Serial Peripheral Interface
  • PMIC 200 provides power supply voltages V OUT1 -V OUT4 and V REG to a plurality of power supply pins VDD1 - VDD4 of microcontroller 510 and power supply pin VDD of semiconductor device 520 .
  • the PMIC 200 includes a sequencer 210, a plurality of power supply circuits 250_1 to 250_4, a register 260, an internal regulator 270, a power supply selection circuit 280, and an interface circuit 290.
  • the PMIC 200 is an IC (Integrated Circuit) integrated on one semiconductor substrate or accommodated in one package.
  • a plurality of power supply circuits 250_1 to 250_4 generate power supply voltages V OUT1 to V OUT4 to be supplied to power supply pins VDD1 to VDD4 of the microcontroller 510 .
  • the power supply circuits 250_1 to 250_4 may be switching power supplies such as DC/DC converters and charge pumps, or may be linear power supplies such as LDO (Low Drop Output).
  • the circuit form of the power supply circuit 250 is determined in consideration of the required relationship between the voltage level of the output voltage VOUT and the input voltage VIN , and power loss (efficiency).
  • the input voltage VIN input to PMIC 200 is 5.7V.
  • the CPU core 512 of the microcontroller 510 operates at a low voltage of about 1.25V, the first channel power supply circuit 250_1 can be configured with a step-down converter.
  • the power supply circuits 250_2 to 250_4 of the second to fourth channels are linear regulators (LDO). Can be configured.
  • An inductor may also be connected to the channel of the DC/DC converter. External parts are omitted in FIG.
  • the sequencer 210 controls activation and shutdown of the power supply circuits 250_1 to 250_4 using changes in external event signals (here, referred to as enable signal EN and wakeup signal WU) as triggers.
  • enable signal EN and wakeup signal WU changes in external event signals
  • An interface circuit 290 is provided for PMIC 200 to communicate with microcontroller 510 and semiconductor device 520 .
  • the interface circuit 290 supports the same communication method as the communication circuit 514 of the microcontroller 510 and the communication circuit 522 of the semiconductor device 520, namely SPI.
  • Interface circuit 290 is the SPI master, and communication circuit 514 and communication circuit 522 are SPI slaves.
  • the register 260 stores data and parameters that define the operating conditions of the PMIC 200 .
  • the microcontroller 510 or the semiconductor device 520 can access the register 260 by SPI communication to read any address of the register 260 or write a value to any address.
  • the register 260 includes a flag (enable register EN_CH2) that designates on/off of the power supply circuit 250_2 of the second channel.
  • the sequencer 210 refers to the enable register EN_CH2, operates the power supply circuit 250_2 when the value is 1, and stops the power supply circuit 250_2 when the value is 0.
  • the microcontroller 510 when the microcontroller 510 completes its own predetermined processing and communication by the communication circuit 514 is no longer necessary, it sets the enable register EN_CH2 of the power supply circuit 250_2 to 0 and turns off the power supply circuit 250_2 in order to reduce power consumption. be able to.
  • Internal regulator 270 produces power supply voltage V REG having substantially the same voltage level as power supply voltage V OUT2 (ie, 5V).
  • This power supply voltage V REG is supplied to the communication circuit 522 of the semiconductor device 520 .
  • the power supply voltage V OUT2 may be completely at the same level as the power supply voltage V REG , or a potential difference between the two voltages V OUT2 and V REG is allowed within the range where the communication circuit 522 and the communication circuit 514 can communicate.
  • the potential difference between power supply voltage V OUT2 and power supply voltage V REG may be about ⁇ 100 mV to 200 mV.
  • the current supply capability of the internal regulator 270 is smaller than the current supply capability of the power supply circuit 250_2. As a result, an increase in circuit area due to the addition of the internal regulator 270 can be suppressed.
  • the power supply selection circuit 280 receives a power supply voltage (also referred to as a first power supply voltage) V OUT2 generated by the power supply circuit 250_2 and a power supply voltage (also referred to as a second power supply voltage) V REG generated by the internal regulator 270 .
  • the power supply selection circuit 280 selects the first power supply voltage VOUT2 during the period when the power supply circuit 250_2 is generating the first power supply voltage VOUT2 , and during the period when the power supply circuit 250_2 does not generate the first power supply voltage VOUT2 , A second power supply voltage V_ERG is selected.
  • the power supply voltage VCC selected by the power supply selection circuit 280 is supplied to the interface circuit 290 .
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example (280A) of the power supply selection circuit 280.
  • FIG. Power supply selection circuit 280A includes a diode OR circuit.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration example (280B) of the power supply selection circuit 280.
  • the power selection circuit 280B includes two switches SW1 and SW2.
  • the two switches SW1 and SW2 are controlled according to the state of the power supply circuit 250_2.
  • the switch SW1 is on and the switch SW2 is off. off, switch SW2 is turned on.
  • the two switches SW1 and SW2 can be controlled complementarily.
  • a threshold voltage V UVP is set in the UVP circuit 252, and the switch SW1 is turned on when V OUT2 >V UVP , and the switch SW2 is turned on when V OUT2 ⁇ V UVP .
  • the switch SW1 may be controlled by the enable register EN_CH2 (or its delayed signal), and the switch SW2 may be controlled by the value of the enable register EN_CH2 inverted by the inverter INV1.
  • the configuration of the power supply selection circuit 280 is not limited to that of FIG. 2 or FIG.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of PMIC 200 in FIG.
  • the input voltage V IN rises.
  • the internal regulator 270 becomes operable, and the power supply voltage V REG of 5V is generated at time t1 .
  • This power supply voltage V REG is supplied to semiconductor device 520 .
  • Power supply voltage V REG is selected by power supply selection circuit 280 and supplied to interface circuit 290 .
  • the PMIC 200 and the semiconductor device 520 are capable of SPI communication.
  • the sequencer 210 activates a predetermined number of power supply circuits 250_1 to 250_4 of the plurality of channels assigned to the enable signal EN in a predetermined sequence.
  • the power supply circuits 250_1 and 250_2 are assigned to the enable signal EN, and are activated in order at times t3 and t4 .
  • power supply voltage V OUT2 is supplied to communication circuit 514 of microcontroller 510 .
  • Power supply voltage V OUT2 is selected by power supply selection circuit 280 and supplied to interface circuit 290 .
  • the interface circuit 290 and the microcontroller 510 of the PMIC 200 are supplied with the power supply voltage V OUT2 of 5V, and the communication circuit 522 of the semiconductor device 520 is supplied with the power supply voltage V REG of 5V. Therefore, SPI communication is possible between PMIC 200 and microcontroller 510 and between PMIC 200 and semiconductor device 520 .
  • the sequencer 210 activates a predetermined number of power supply circuits 250_1 to 250_4 of the plurality of channels assigned to the wakeup signal WU in a predetermined sequence.
  • the power supply circuits 250_3 and 250_4 are assigned to the wakeup signal WU and are activated in order at times t6 and t7 .
  • microcontroller 510 rewrites enable register EN_CH2 of register 260 to 0 through SPI communication. Then, at time t9 , the power supply circuit 250_2 of the second channel CH2 stops, and the output voltage VOUT2 becomes 0V. Since the power supply voltage VOUT2 is no longer supplied to the communication circuit 514 of the microcontroller 510, the power consumption of the microcontroller 510 is reduced.
  • the power supply selection circuit 280 switches the power supply voltage VCC supplied to the interface circuit 290 from the first power supply voltage VOUT2 to the second power supply voltage VREG .
  • both the interface circuit 290 of the PMIC 200 and the communication circuit 522 of the semiconductor device 520 are supplied with the second power supply voltage V REG . Therefore, SPI communication between PMIC 200 and microcontroller 510 is disabled, but SPI communication between PMIC 200 and semiconductor device 520 is available. SPI communication between the PMIC 200 and the semiconductor device 520 occurs at time t10 .
  • the power consumption of the microcontroller 510 can be reduced by stopping the power supply circuit 250_2.
  • SPI communication between the PMIC 200 and the semiconductor device 520 is enabled by supplying the second power supply voltage V REG generated by the internal regulator 270 to the interface circuit 290 while the power supply circuit 250_2 is stopped.
  • FIG. 5 is a circuit diagram of the PMIC 200C according to Modification 1.
  • FIG. The PMIC 200C includes a timer circuit 240 in addition to the PMIC 200 of FIG.
  • the time setting of the timer circuit 240 and timer start may be possible by controlling the register 260 .
  • the microcontroller 510 sets the enable register CH2_EN to 0 and instructs the timer start.
  • the timer circuit 240 When the timer circuit 240 completes the timer count for the set time, it notifies the sequencer 210. Triggered by this notification, the sequencer 210 sets the value of the enable register EN_CH2 of the register 260 to 1, and activates the power supply circuit 250_2.
  • the power supply voltage VOUT2 is supplied to the communication circuit 514 of the microcontroller 510, so that the microcontroller 510 can be restored to a state in which SPI communication is possible.
  • the SPI communication at time t10 also allows semiconductor device 520 to write a 1 to enable register EN_CH2.
  • the semiconductor device 520 is a TMU (Time Management Unit) including a timer circuit, or a microcontroller with a timer function.
  • Microcontroller 510 sets a timer time for semiconductor device 520 .
  • the semiconductor device 520 changes the enable register EN_CH2 to 1 after the set time has elapsed.
  • Modification 2 similar to Modification 1, the microcontroller 510 can be restored to a state in which SPI communication is possible.
  • Modification 3 In the embodiment, the case where SPI is used for communication between the PMIC 200 and the microcontroller 510 and between the PMIC 200 and the semiconductor device 520 has been described, but this is not the only option. As with SPI, the present disclosure can also be applied to a communication method in which high-level voltages should be the same on the transmitting side and the receiving side.
  • a power management circuit for supplying a power supply voltage to a microcontroller and a semiconductor device, an interface circuit communicable with the microcontroller and the semiconductor device; a first power supply circuit that supplies a first power supply voltage to a power supply pin connected to a communication circuit of the microcontroller; a second power supply circuit that supplies a second power supply voltage having a voltage level equal to the first power supply voltage to a power supply pin connected to the communication circuit of the semiconductor device; a sequencer that controls startup and shutdown of the first power supply circuit and the second power supply circuit; with the first power supply circuit can be switched on and off by communication through the interface circuit; The interface circuit is supplied with the first power supply voltage when the first power supply circuit is on, and is supplied with the second power supply voltage when the first power supply circuit is off.
  • the present invention relates to a power management circuit that manages and controls multiple power sources.
  • PMICs 210 sequencer 250 power supply circuit 260 register 270 internal regulator 280 power supply selection circuit 290 interface circuit 500 electronic device 510 microcontroller 512 CPU core 514 communication circuit 516 memory 518 A/D converter 520 semiconductor device 522 communication circuit

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Abstract

ＰＭＩＣ２００は、マイクロコントローラ５１０および半導体デバイス５２０に電源電圧を供給する。インタフェース回路２９０は、マイクロコントローラ５１０および半導体デバイス５２０と通信可能である。電源回路２５０＿２は、マイクロコントローラ５１０の通信回路５１４と接続される電源ピンＶＤＤ２に第１電源電圧ＶＯＵＴ２を供給する。内部レギュレータ２７０は、半導体デバイス５２０の通信回路５２２と接続される電源ピンＶＤＤに電源電圧ＶＯＵＴ２と等しい電圧レベルを有する第２電源電圧ＶＲＥＧを供給する。電源回路２５０＿２は、インタフェース回路２９０による通信により、オン、オフが切りかえ可能である。インタフェース回路２９０には、電源回路２５０＿２がオンであるとき、第１電源電圧ＶＯＵＴ２が供給され、電源回路２５０＿２がオフであるとき、第２電源電圧ＶＲＥＧが供給される。

Description

電源管理回路および電子機器
　本発明は、複数の電源を管理、制御する電源管理回路に関する。
　マイクロコントローラ（マイコン）は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、外部機器との通信回路を備える。マイクロコントローラの内部は、複数の回路ブロックに分割されており、回路ブロック毎に電源端子が設けられ、回路ブロックごとに独立した電源電圧が供給可能となっている。
　マイクロコントローラに電力を供給するために、電源管理ＩＣ（ＰＭＩＣ：Power Management Integrated Circuit）が使用される。ＰＭＩＣは、複数の電源回路と、複数の電源回路のオン、オフを、所定のシーケンスにしたがって実行するシーケンサを含む。
特許第６２８５７７９号
　マイクロコントローラとＰＭＩＣが通信を行うシステムを考える。この通信にＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）を採用する場合、マイクロコントローラの内部のＳＰＩ回路と、ＰＭＩＣの内部のＳＰＩ回路には、等しい電圧レベルの電源電圧が供給されている必要がある。この場合、ＰＭＩＣの複数の電源レーン（チャンネルともいう）のひとつをマイクロコントローラのＳＰＩ回路に割り当て、ＰＭＩＣの内部のＳＰＩ回路にも、この電源レーンの電圧を供給すればよい。
　このようなシステムにおいて、マイクロコントローラが、ＳＰＩ回路用の電源レーンのオン、オフを制御可能であるとする。その場合、ＳＰＩ回路用の電源レーンがオフすると、ＰＭＩＣのＳＰＩ回路は動作不能となる。つまりＳＰＩ回路はマイクロコントローラとの通信専用となり、他の回路との通信に用いることができない。
　本開示は係る状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、マイクロコントローラおよび別の回路と通信可能な電源管理回路の提供にある。
　本開示のある態様は、マイクロコントローラおよび半導体デバイスに電源電圧を供給する電源管理回路に関する。電源管理回路は、マイクロコントローラおよび半導体デバイスと通信可能なインタフェース回路と、マイクロコントローラの通信回路と接続される電源ピンに第１電源電圧を供給する第１電源回路と、半導体デバイスの通信回路と接続される電源ピンに、第１電源電圧と等しい電圧レベルを有する第２電源電圧を供給する第２電源回路と、第１電源回路および第２電源回路の起動およびシャットダウンを制御するシーケンサと、を備える。第１電源回路は、インタフェース回路による通信により、オン、オフが切りかえ可能であり、インタフェース回路には、第１電源回路がオンであるとき、第１電源電圧が供給され、第１電源回路がオフであるとき、第２電源電圧が供給される。
　なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、あるいは本開示の表現を、方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
　本開示のある態様によれば、マイクロコントローラおよび別の回路と通信可能な電源管理回路を提供できる。
図１は、実施形態に係るＰＭＩＣを備える電子機器のブロック図である。 図２は、電源選択回路の構成例を示す回路図である。 図３は、電源選択回路の構成例を示す回路図である。 図４は、図１のＰＭＩＣの動作を説明する図である。 図５は、変形例１に係るＰＭＩＣの回路図である。
（実施形態の概要）
　本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。この概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、すべての実施形態の重要な要素を特定することも、一部またはすべての態様の範囲を線引きすることも意図していない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。
　一実施形態に係る電源管理回路は、マイクロコントローラおよび半導体デバイスに電源電圧を供給する。電源管理回路は、マイクロコントローラおよび半導体デバイスと通信可能なインタフェース回路と、マイクロコントローラの通信回路と接続される電源ピンに第１電源電圧を供給する第１電源回路と、半導体デバイスの通信回路と接続される電源ピンに第１電源電圧と等しい電圧レベルを有する第２電源電圧を供給する第２電源回路と、第１電源回路および第２電源回路の起動およびシャットダウンを制御するシーケンサと、を備える。第１電源回路は、インタフェース回路による通信により、オン、オフが切りかえ可能であり、インタフェース回路には、第１電源回路がオンであるとき、第１電源電圧が供給され、第１電源回路がオフであるとき、第２電源電圧が供給される。
　第１電源回路がオンの間は、電源管理回路のインタフェース回路と、マイクロコントローラの通信回路には、第１電源電圧が供給される。したがってマイクロコントローラと電源管理回路の間で通信が可能である。また、インタフェース回路と半導体デバイスの通信回路にも、電圧レベルが等しい第１電源電圧と第２電源電圧が供給されるため、通信が可能である。第１電源回路がオフの間は、電源管理回路のインタフェース回路と、半導体デバイスの通信回路には、ともに第２電源電圧が供給される。したがって電源管理回路と半導体デバイスの間で通信が可能である。
　一実施形態において、第２電源回路の電流供給能力は、第１電源回路の電流供給能力よりも小さくてもよい。
　一実施形態において、電源管理回路は、タイマー回路をさらに備えてもよい。マイクロコントローラが第１電源回路をオフした後、タイマー回路に設定された時間の経過後に、シーケンサは、第１電源回路をオンすることが可能であってもよい。
　一実施形態において、インタフェース回路は、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）であってもよい。
　一実施形態において、マイクロコントローラは、車載用のマイクロコントローラ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）であってもよい。
　一実施形態において、電源管理回路はひとつの半導体基板に集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。回路を１つのチップ上に集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。
（実施形態）
　以下、好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施形態は、開示および発明を限定するものではなく例示であって、実施形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも開示および発明の本質的なものであるとは限らない。
　本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
　同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に接続された（設けられた）状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
　図１は、実施形態に係る電源管理集積回路（ＰＭＩＣ：Power Management IC）２００を備える電子機器５００のブロック図である。電子機器は、民生機器であってもよいし、車載機器であってもよいし、産業機器であってもよい。
　電子機器５００は、マイクロコントローラ５１０、半導体デバイス５２０およびＰＭＩＣ２００を備える。
　マイクロコントローラ５１０は、複数の回路ブロックＢ１～Ｂ４を含み、回路ブロックＢ１～Ｂ４ごとに独立した電源ピンを備える。たとえば回路ブロックＢ１はＣＰＵコア５１２を含み、回路ブロックＢ２は通信回路５１４を含み、回路ブロックＢ３はメモリ５１６を含み、回路ブロックＢ４はＡ／Ｄコンバータ５１８を含む。
　マイクロコントローラ５１０は、通信回路５１４を利用して、ＰＭＩＣ２００と通信可能となっている。
　半導体デバイス５２０は、マイクロコントローラ５１０とは別に設けられたＩＣ（Integrated Circuit）である。半導体デバイス５２０の種類や機能は、電子機器５００の種類によってさまざまであるが、たとえば補助マイコン（マイクロコントローラ）、センサー、タイマーなどが例示される。半導体デバイス５２０は電源ピンＶＤＤおよびＶＤＤＸが設けられる。
　半導体デバイス５２０は通信回路５２２を含む。通信回路５２２には、電源ピンＶＤＤを介して電源電圧ＶＲＥＧが供給される。半導体デバイス５２０は、通信回路５２２を利用してＰＭＩＣ２００と通信可能となっている。半導体デバイス５２０の電源ピンＶＤＤＸには、通信回路５２２以外の回路ブロックが接続される。電源ピンＶＤＤＸへの電源供給は、ＰＭＩＣ２００以外の電源回路が行ってもよいし、ＰＭＩＣ２００が行ってもよい。
　マイクロコントローラ５１０の通信回路５１４と、半導体デバイス５２０の通信回路５２２は同じ通信方式に対応している。その限りでないが、通信回路５１４と通信回路５２２はＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）回路である。
　ＰＭＩＣ２００は、マイクロコントローラ５１０の複数の電源ピンＶＤＤ１～ＶＤＤ４および半導体デバイス５２０の電源ピンＶＤＤに、電源電圧ＶＯＵＴ１～ＶＯＵＴ４およびＶＲＥＧを供給する。
　ＰＭＩＣ２００は、シーケンサ２１０、複数の電源回路２５０＿１～２５０＿４、レジスタ２６０、内部レギュレータ２７０、電源選択回路２８０、インタフェース回路２９０を備える。ＰＭＩＣ２００はひとつの半導体基板に集積化され、あるいはひとつのパッケージに収容されたＩＣ（Integrated Circuit）である。
　複数の電源回路２５０＿１～２５０＿４は、マイクロコントローラ５１０の電源ピンＶＤＤ１～ＶＤＤ４に供給すべき電源電圧ＶＯＵＴ１～ＶＯＵＴ４を生成する。電源回路２５０＿１～２５０＿４は、ＤＣ／ＤＣコンバータやチャージポンプなどのスイッチング電源であってもよいし、ＬＤＯ（Low Drop Output）などのリニア電源であってもよい。電源回路２５０の回路形式は、必要とされる出力電圧ＶＯＵＴの電圧レベルと入力電圧ＶＩＮの関係や、電力損失（効率）を考慮して決められる。
　たとえばＰＭＩＣ２００に入力される入力電圧ＶＩＮが５．７Ｖであるとする。マイクロコントローラ５１０のＣＰＵコア５１２が、１．２５Ｖ程度の低電圧で動作する場合、第１チャンネルの電源回路２５０＿１は、降圧コンバータで構成することができる。
　たとえばマイクロコントローラ５１０の通信回路５１４、メモリ５１６、Ａ／Ｄコンバータ５１８がいずれも５Ｖの電源電圧で動作する場合、第２チャンネル～第４チャンネルの電源回路２５０＿２～２５０＿４は、リニアレギュレータ（ＬＤＯ）で構成することができる。
　なお、ＰＭＩＣ２００の出力ピンＶＯ＃（＃＝１，２，３，４）とマイクロコントローラ５１０の電源ピンＶＤＤ＃の間には、平滑化キャパシタなどの回路部品が接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータのチャンネルについては、インダクタが接続される場合もある。図１では外付けの部品は省略している。
　シーケンサ２１０は、外部からのイベント信号（ここではイネーブル信号ＥＮとウェークアップ信号ＷＵと称する）の変化をトリガとして、電源回路２５０＿１～２５０＿４の起動、シャットダウンを制御する。
　インタフェース回路２９０は、ＰＭＩＣ２００がマイクロコントローラ５１０および半導体デバイス５２０と通信するために設けられている。インタフェース回路２９０は、マイクロコントローラ５１０の通信回路５１４ならびに半導体デバイス５２０の通信回路５２２と同じ通信方式すなわちＳＰＩに対応している。インタフェース回路２９０はＳＰＩマスターであり、通信回路５１４および通信回路５２２はＳＰＩスレーブである。
　レジスタ２６０には、ＰＭＩＣ２００の動作条件を規定するデータやパラメータが格納される。マイクロコントローラ５１０あるいは半導体デバイス５２０は、ＳＰＩ通信によってレジスタ２６０にアクセスし、レジスタ２６０の任意のアドレスを読み出し、あるいは任意のアドレスに値を書き込むことが可能となっている。
　本実施形態において、レジスタ２６０には、第２チャンネルの電源回路２５０＿２のオン、オフを指定するフラグ（イネーブルレジスタＥＮ＿ＣＨ２）が含まれる。シーケンサ２１０は、このイネーブルレジスタＥＮ＿ＣＨ２を参照し、値が１であるときには電源回路２５０＿２を動作させ、値が０であるときには電源回路２５０＿２を停止する。
　たとえばマイクロコントローラ５１０は、自分自身が所定処理を完了し、通信回路５１４による通信が不要になると、消費電力を削減するために、電源回路２５０＿２のイネーブルレジスタＥＮ＿ＣＨ２を０とし、電源回路２５０＿２をオフすることができる。
　内部レギュレータ２７０は、電源電圧ＶＯＵＴ２と実質的に同じ電圧レベル（すなわち５Ｖ）を有する電源電圧ＶＲＥＧを生成する。この電源電圧ＶＲＥＧは、半導体デバイス５２０の通信回路５２２に供給される。電源電圧ＶＯＵＴ２は、電源電圧ＶＲＥＧと完全に同一レベルであってもよいし、２つの電圧ＶＯＵＴ２とＶＲＥＧは、通信回路５２２と通信回路５１４が通信できる範囲での電位差が許容される。たとえば電源電圧ＶＯＵＴ２と電源電圧ＶＲＥＧの電位差は、±１００ｍＶ～２００ｍＶ程度であってもよい。
　内部レギュレータ２７０の電流供給能力は、電源回路２５０＿２の電流供給能力よりも小さい。これにより内部レギュレータ２７０を追加したことによる回路面積の増加を抑えることができる。
　電源選択回路２８０は、電源回路２５０＿２が生成する電源電圧（第１電源電圧ともいう）ＶＯＵＴ２と、内部レギュレータ２７０が生成する電源電圧（第２電源電圧ともいう）ＶＲＥＧを受ける。電源選択回路２８０は、電源回路２５０＿２が第１電源電圧ＶＯＵＴ２を生成している期間は、第１電源電圧ＶＯＵＴ２を選択し、電源回路２５０＿２が第１電源電圧ＶＯＵＴ２を生成しない期間は、第２電源電圧ＶＥＲＧを選択する。電源選択回路２８０が選択した電源電圧ＶＣＣはインタフェース回路２９０に供給される。
　図２は、電源選択回路２８０の構成例（２８０Ａ）を示す回路図である。電源選択回路２８０Ａは、ダイオードＯＲ回路を含む。
　図３は、電源選択回路２８０の構成例（２８０Ｂ）を示す回路図である。電源選択回路２８０Ｂは、２個のスイッチＳＷ１，ＳＷ２を含む。２個のスイッチＳＷ１，ＳＷ２は、電源回路２５０＿２の状態に応じて制御され、電源回路２５０＿２が動作中に、スイッチＳＷ１がオン、スイッチＳＷ２がオフとなり、電源回路２５０＿２が停止中に、スイッチＳＷ１がオフ、スイッチＳＷ２がオンとなる。たとえば、電源回路２５０＿２の出力電圧ＶＯＵＴ２を監視する低電圧保護（ＵＶＰ：Under Voltage Protect）回路２５２の出力ＵＶＰにもとづいて、２つのスイッチＳＷ１，ＳＷ２を相補的に制御することができる。ＵＶＰ回路２５２には、しきい値電圧ＶＵＶＰが設定されており、ＶＯＵＴ２＞ＶＵＶＰのときにスイッチＳＷ１がオン、ＶＯＵＴ２＜ＶＵＶＰのときにスイッチＳＷ２がオンとなる。
　あるいは、ＵＶＰ信号に代えて、イネーブルレジスタＥＮ＿ＣＨ２（またはその遅延信号）によってスイッチＳＷ１を制御し、インバータＩＮＶ１によって反転されたイネーブルレジスタＥＮ＿ＣＨ２の値によって、スイッチＳＷ２を制御してもよい。
　電源選択回路２８０の構成は、図２あるいは図３のものに限定されない。
　図１に戻る。ＳＰＩ通信では、マスターとスレーブ間で送受信される信号の振幅（ハイレベル電圧）が等しくなければならないところ、この回路構成によれば、インタフェース回路２９０、通信回路５１４、通信回路５２２に、等しい電圧（５Ｖ）が供給される。
　以上がＰＭＩＣ２００の構成である。続いてその動作を説明する。図４は、図１のＰＭＩＣ２００の動作を説明する図である。
　時刻ｔ０に入力電圧ＶＩＮが立ち上がる。これにより、内部レギュレータ２７０が動作可能となり、時刻ｔ１に５Ｖの電源電圧ＶＲＥＧが生成される。この電源電圧ＶＲＥＧは、半導体デバイス５２０に供給される。また電源電圧ＶＲＥＧは電源選択回路２８０によって選択され、インタフェース回路２９０に供給される。つまり、ＰＭＩＣ２００と半導体デバイス５２０は、ＳＰＩ通信が可能となる。
　時刻ｔ２にイネーブル信号ＥＮがアサートされると、シーケンサ２１０は、複数チャンネルの電源回路２５０＿１～２５０＿４のうち、イネーブル信号ＥＮに割り当てられている所定のいくつかを所定のシーケンスで起動させる。この例では、電源回路２５０＿１，２５０＿２がイネーブル信号ＥＮに割り当てられており、時刻ｔ３，ｔ４において順に起動する。電源回路２５０＿２の起動が完了すると、電源電圧ＶＯＵＴ２がマイクロコントローラ５１０の通信回路５１４に供給される。また電源電圧ＶＯＵＴ２は電源選択回路２８０によって選択され、インタフェース回路２９０に供給される。
　この状態では、ＰＭＩＣ２００のインタフェース回路２９０およびマイクロコントローラ５１０に、５Ｖの電源電圧ＶＯＵＴ２が供給され、半導体デバイス５２０の通信回路５２２には、５Ｖの電源電圧ＶＲＥＧが供給されている。したがって、ＰＭＩＣ２００とマイクロコントローラ５１０の間、およびＰＭＩＣ２００と半導体デバイス５２０の間で、ＳＰＩ通信が可能でとなる。
　時刻ｔ５にウェークアップ信号ＷＵがアサートされると、シーケンサ２１０は、複数チャンネルの電源回路２５０＿１～２５０＿４のうち、ウェークアップ信号ＷＵに割り当てられている所定のいくつかを所定のシーケンスで起動させる。この例では、電源回路２５０＿３，２５０＿４がウェークアップ信号ＷＵに割り当てられており、時刻ｔ６，ｔ７において順に起動する。
　時刻ｔ８にマイクロコントローラ５１０が、ＳＰＩ通信によってレジスタ２６０のイネーブルレジスタＥＮ＿ＣＨ２を０に書き換える。そうすると、時刻ｔ９に第２チャンネルＣＨ２の電源回路２５０＿２が停止し、出力電圧ＶＯＵＴ２が０Ｖとなる。マイクロコントローラ５１０の通信回路５１４には電源電圧ＶＯＵＴ２が供給されなくなるため、マイクロコントローラ５１０の消費電力が削減される。
　電源選択回路２８０は、インタフェース回路２９０に供給する電源電圧ＶＣＣを、第１電源電圧ＶＯＵＴ２から第２電源電圧ＶＲＥＧに切り換える。これにより、ＰＭＩＣ２００のインタフェース回路２９０と半導体デバイス５２０の通信回路５２２には、ともに、第２電源電圧ＶＲＥＧが供給される。したがって、ＰＭＩＣ２００とマイクロコントローラ５１０の間のＳＰＩ通信は不能であるが、ＰＭＩＣ２００と半導体デバイス５２０の間のＳＰＩ通信は利用可能である。時刻ｔ１０には、ＰＭＩＣ２００と半導体デバイス５２０のＳＰＩ通信が発生している。
　以上がＰＭＩＣ２００の動作である。このＰＭＩＣ２００によれば、電源回路２５０＿２を停止することによって、マイクロコントローラ５１０の消費電力を削減することができる。電源回路２５０＿２の停止中は、インタフェース回路２９０に、内部レギュレータ２７０が生成する第２電源電圧ＶＲＥＧを供給することにより、ＰＭＩＣ２００と半導体デバイス５２０の間のＳＰＩ通信が可能となる。
（変形例）
　上述した実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なことが当業者に理解される。以下、こうした変形例について説明する。
　図５は、変形例１に係るＰＭＩＣ２００Ｃの回路図である。ＰＭＩＣ２００Ｃは、図１のＰＭＩＣ２００に加えて、タイマー回路２４０を備える。
　タイマー回路２４０の時間設定や、タイマースタートは、レジスタ２６０の制御によって可能であってもよい。マイクロコントローラ５１０は、イネーブルレジスタＣＨ２＿ＥＮを０に設定するのと併せて、タイマースタートを指示する。
　タイマー回路２４０が設定時間のタイマーカウントを完了すると、シーケンサ２１０に通知する。シーケンサ２１０は、この通知をトリガとして、レジスタ２６０のイネーブルレジスタＥＮ＿ＣＨ２の値を１にセットし、電源回路２５０＿２を起動する。
　これにより、マイクロコントローラ５１０の通信回路５１４に電源電圧ＶＯＵＴ２が供給されるため、マイクロコントローラ５１０を、ＳＰＩ通信が可能な状態に復帰させることができる。
（変形例２）
　図４を参照する。時刻ｔ１０のＳＰＩ通信によって、半導体デバイス５２０が、イネーブルレジスタＥＮ＿ＣＨ２に１を書き込むことも可能である。半導体デバイス５２０は、タイマー回路を含むＴＭＵ（Time Management Unit）、あるいはタイマー機能を備えるマイクロコントローラである。マイクロコントローラ５１０は、半導体デバイス５２０に対して、タイマーの時間を設定する。半導体デバイス５２０は、設定された時間の経過後に、イネーブルレジスタＥＮ＿ＣＨ２を１に変更する。
　変形例２によれば、変形例１と同様に、マイクロコントローラ５１０が再び、ＳＰＩ通信が可能な状態に復帰させることができる。
（変形例３）
　実施形態では、ＰＭＩＣ２００とマイクロコントローラ５１０間、ＰＭＩＣ２００と半導体デバイス５２０間の通信がＳＰＩである場合を説明したがその限りでない。ＳＰＩと同様に、送信側と受信側でハイレベル電圧が揃っているべき通信方式にも本開示は適用可能である。
　実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにさまざまな変形例が存在すること、またそうした変形例も本開示または本発明の範囲に含まれることは当業者に理解されるところである。
（付記）
　本明細書には以下の技術が開示される。
（項目１）
　マイクロコントローラおよび半導体デバイスに電源電圧を供給する電源管理回路であって、
　前記マイクロコントローラおよび前記半導体デバイスと通信可能なインタフェース回路と、
　前記マイクロコントローラの通信回路と接続される電源ピンに第１電源電圧を供給する第１電源回路と、
　前記半導体デバイスの通信回路と接続される電源ピンに第１電源電圧と等しい電圧レベルを有する第２電源電圧を供給する第２電源回路と、
　前記第１電源回路および前記第２電源回路の起動およびシャットダウンを制御するシーケンサと、
　を備え、
　前記第１電源回路は、前記インタフェース回路による通信により、オン、オフが切りかえ可能であり、
　前記インタフェース回路には、前記第１電源回路がオンであるとき、前記第１電源電圧が供給され、前記第１電源回路がオフであるとき、前記第２電源電圧が供給される、電源管理回路。
（項目２）
　前記第２電源回路の電流供給能力は、前記第１電源回路の電流供給能力よりも小さい、請求項１に記載の電源管理回路。
（項目３）
　タイマー回路をさらに備え、
　前記マイクロコントローラが前記第１電源回路をオフした後、前記タイマー回路に設定された時間の経過後に、前記シーケンサは、前記第１電源回路をオンすることが可能である、請求項１または２に記載の電源管理回路。
（項目４）
　前記インタフェース回路は、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）である、請求項１から３のいずれかに記載の電源管理回路。
（項目５）
　前記マイクロコントローラは、車載用のマイクロコントローラである、請求項１から４のいずれかに記載の電源管理回路。
（項目６）
　ひとつの半導体基板に集積化される、請求項１から５のいずれかに記載の電源管理回路。
（項目７）
　請求項１から６のいずれかに記載の電源管理回路を備える、電子機器。
　本発明は、複数の電源を管理、制御する電源管理回路に関する。
　２００　ＰＭＩＣ
　２１０　シーケンサ
　２５０　電源回路
　２６０　レジスタ
　２７０　内部レギュレータ
　２８０　電源選択回路
　２９０　インタフェース回路
　５００　電子機器
　５１０　マイクロコントローラ
　５１２　ＣＰＵコア
　５１４　通信回路
　５１６　メモリ
　５１８　Ａ／Ｄコンバータ
　５２０　半導体デバイス
　５２２　通信回路

Claims (7)

  1. 　マイクロコントローラおよび半導体デバイスに電源電圧を供給する電源管理回路であって、
    　前記マイクロコントローラおよび前記半導体デバイスと通信可能なインタフェース回路と、
    　前記マイクロコントローラの通信回路と接続される電源ピンに第１電源電圧を供給する第１電源回路と、
    　前記半導体デバイスの通信回路と接続される電源ピンに第１電源電圧と等しい電圧レベルを有する第２電源電圧を供給する第２電源回路と、
    　前記第１電源回路および前記第２電源回路の起動およびシャットダウンを制御するシーケンサと、
    　を備え、
    　前記第１電源回路は、前記インタフェース回路による通信により、オン、オフが切りかえ可能であり、
    　前記インタフェース回路には、前記第１電源回路がオンであるとき、前記第１電源電圧が供給され、前記第１電源回路がオフであるとき、前記第２電源電圧が供給される、電源管理回路。
  2. 　前記第２電源回路の電流供給能力は、前記第１電源回路の電流供給能力よりも小さい、請求項１に記載の電源管理回路。
  3. 　タイマー回路をさらに備え、
    　前記マイクロコントローラが前記第１電源回路をオフした後、前記タイマー回路に設定された時間の経過後に、前記シーケンサは、前記第１電源回路をオンすることが可能である、請求項１または２に記載の電源管理回路。
  4. 　前記インタフェース回路は、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）である、請求項１から３のいずれかに記載の電源管理回路。
  5. 　前記マイクロコントローラは、車載用のマイクロコントローラである、請求項１から４のいずれかに記載の電源管理回路。
  6. 　ひとつの半導体基板に集積化される、請求項１から５のいずれかに記載の電源管理回路。
  7. 　請求項１から６のいずれかに記載の電源管理回路を備える、電子機器。
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