JP2017149244A - 半導体装置およびその動作方法、および電子制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】電源電圧の供給開始時における電圧変化を監視し、異常の兆候をいち早く検知することができる半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１００は、電源供給のスタート信号ＳＴを出力するコントロール回路２０と、スタート信号ＳＴに呼応して電源電圧の供給を開始する電源供給部１０と、スタート信号ＳＴに呼応して時間をカウントし、カウント値ＴＭを出力するタイマ３０と、第１の所定の電圧値と電源供給部から供給される電圧値とを比較して第１の比較信号ＣＭＰＡとして出力する第１の電圧コンパレータＣ１と、第２の所定の電圧値と電源供給部から供給される電圧値とを比較して第２の比較信号ＣＭＰＢとして出力する第２の電圧コンパレータＣ２と、カウント値ＴＭと、第１の比較信号ＣＭＰＡと、第２の比較信号ＣＭＰＢとに基づいて、異常の有無を検知する異常判定部４０とを備える。【選択図】図２

Description

本実施形態は、半導体装置およびその動作方法、および電子制御システムに関する。

自動車に搭載されるあらゆる部品のための安全機能（例えば、フェールセーフ、異常検出、安全停止などの機能）の規格が見直されつつある。特に、車載用の機器の多くは、電気的／電子的に制御されており、高性能化・高機能化だけでなく、安全性の確保も重要なニーズとなっている。

安全な車載用機器の開発手法や管理方式等を体系的にまとめた国際基準規格ＩＳＯ２６２６２が策定されている（例えば、非特許文献１参照。）。

"ISO 26262-1:2011"、［online］、2011-11-15、International Organization for Standardization、［平成２８年２月１７日検索］、インターネット＜URL：https://www.iso.org/obp/ui/#iso:std:iso:26262:-1:ed-1:v1:en＞

車載用の機器などに電源電圧を供給する電源供給用装置において、特に「時間軸に対してある傾きを持って電源電圧を供給する」電源供給用装置においては、システム的な重大事故を事前に回避するために、装置内の劣化や故障をいち早く検知することが求められる。

本実施の形態は、電源電圧の供給開始時における電圧変化を監視し、異常の兆候をいち早く検知することができる半導体装置およびその動作方法、および電子制御システムを提供する。

本実施形態の一態様によれば、電源電圧の供給動作を開始するためのスタート信号を出力するコントロール回路と、前記コントロール回路からのスタート信号に呼応して電源電圧の供給を開始する電源供給部と、前記コントロール回路からの前記スタート信号に呼応して、時間をカウントしてカウント値を逐次出力するタイマと、第１の所定の電圧値と前記電源供給部から供給される電圧値とを比較して比較結果を第１の比較信号として出力する第１の電圧コンパレータと、第２の所定の電圧値と前記電源供給部から供給される電圧値とを比較して比較結果を第２の比較信号として出力する第２の電圧コンパレータと、前記タイマからの前記カウント値と、前記第１の電圧コンパレータからの前記第１の比較信号と、前記第２の電圧コンパレータからの前記第２の比較信号とに基づいて、異常の有無を検知する異常判定部とを備える半導体装置が提供される。

本実施形態の他の態様によれば、コントロール回路からのスタート信号に呼応して、電源供給部が外部の機器に対して電源の供給を開始するステップと、タイマが前記スタート信号に呼応してタイマ動作を開始し、カウント値を逐次出力するステップと、第１の電圧コンパレータが、前記電源供給部からの電圧値と、第１の所定の電圧とを比較して比較結果を第１の比較信号として出力するステップと、第２の電圧コンパレータが、前記電源供給部からの電圧値と、第２の所定の電圧とを比較して比較結果を第２の比較信号として出力するステップと、異常判定部が、前記タイマからの前記カウント値と、前記第１の電圧コンパレータからの前記第１の比較信号と、前記第２の電圧コンパレータからの前記第２の比較信号とに基づいて、異常の有無を検知するステップとを有する半導体装置の動作方法が提供される。

本実施形態の他の態様によれば、１つの半導体チップ上に必要とされるシステムを集積したＳｏＣと、ＳｏＣシステムバスを介して前記ＳｏＣに接続されたマイクロコンピュータと、前記マイクロコンピュータに接続された電源供給部を構成する半導体装置と、前記半導体装置から電源電圧を供給されるパワーＩＣとを備える電子制御システムであって、前記半導体装置は、前記電源電圧の供給動作を開始するためのスタート信号を出力するコントロール回路と、前記コントロール回路からのスタート信号に呼応して、前記パワーＩＣへの電源電圧の供給を開始する電源供給部と、前記コントロール回路からの前記スタート信号に呼応して時間をカウントしながらカウント値を逐次出力するタイマと、第１の所定の電圧値と前記電源供給部から供給される電圧値とを比較して比較結果を第１の比較信号として出力する第１の電圧コンパレータと、第２の所定の電圧値と前記電源供給部から供給される電圧値とを比較して比較結果を第２の比較信号として出力する第２の電圧コンパレータと、前記タイマからの前記カウント値と、前記第１の電圧コンパレータからの前記第１の比較信号と、前記第２の電圧コンパレータからの前記第２の比較信号とに基づいて、異常の有無を検知する異常判定部とを備える電子制御システムが提供される。

本実施の形態によれば、電源電圧の供給開始時における電圧変化を監視し、異常の兆候をいち早く検知することができる半導体装置およびその動作方法、および電子制御システムを提供することができる。

実施の形態に係る半導体装置における電源電圧の供給動作例を説明するための模式図。 実施の形態に係る半導体装置の模式的内部構成図。 実施の形態に係る半導体装置の電源電圧供給動作例（正常動作例）を示す概略タイミングチャート。 図３に例示した供給動作の正常／異常の判定に用いる信号を例示する模式図。 実施の形態に係る半導体装置の電源電圧供給動作例（異常動作例）を示す概略タイミングチャート。 図５に例示した供給動作の正常／異常の判定に用いる信号を例示する模式図。 実施の形態に係る半導体装置の電源電圧供給動作例（異常動作の別の例）を示す概略タイミングチャート。 図７に例示した供給動作の正常／異常の判定に用いる信号を例示する模式図。 実施の形態に係る半導体装置の異常判定部の模式的内部構成図。 図９に例示した異常判定部の動作例を示す概略タイミングチャート。 実施の形態に係る半導体装置を適用した車載用電子制御システムの要部の模式的内部構成図。 実施の形態に係る半導体装置をＩ２Ｃバスに適用した例の模式的構成図であって、（ａ）正常動作時の電源電圧供給動作例、（ｂ）異常動作時の電源電圧供給動作例。 実施の形態に係る半導体装置を、負荷回路に電源を供給するシステムに適用した模式的構成図。 実施の形態に係る半導体装置の処理動作例を示すフローチャートチャート。

次に、図面を参照して、実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

又、以下に示す実施の形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

［実施の形態］
（電源電圧の供給）
図１は、実施の形態に係る半導体装置１００における電源電圧の供給動作例を説明するための模式図である。

本実施の形態における「時間軸に対してある傾きを持って電源電圧を供給する」動作の一例を説明する。図１に例示するように、時刻ｔ＝０で電源供給を開始して電源電圧Ｖｃｃを供給する供給動作において、時刻ｔ１でＶｃｃに達する場合、傾き（Ｖｃｃ／ｔ１）を持って電源電圧を供給する、と定義する。

いま、傾きα１＝（Ｖｃｃ／ｔ１）で電圧を供給する半導体装置を考える。ここで、電圧Ｖｏｕｔが目標とする電源電圧Ｖｃｃの１０％の電圧（０．１×Ｖｃｃ）に到達する時刻をｔＡとし、電圧Ｖｏｕｔが目標とする電源電圧Ｖｃｃの９０％の電圧（０．９×Ｖｃｃ）に到達する時刻をｔＢとする。

（半導体装置の構成）
図２に、実施の形態に係る半導体装置１００の内部構成を模式的に例示する。

実施の形態に係る半導体装置１００は、電源電圧Ｖｃｃの供給動作を開始するためのスタート信号ＳＴを出力するコントロール回路２０と、コントロール回路２０からのスタート信号ＳＴに呼応して電源電圧Ｖｃｃの供給を開始する電源供給部１０と、コントロール回路２０からのスタート信号ＳＴに呼応して時間をカウントしながらカウント値ＴＭを逐次出力するタイマ３０と、第１の所定の電圧値と電源供給部１０から供給される電圧値とを比較して比較結果を比較信号ＣＭＰＡとして出力する電圧コンパレータＣ１と、第２の所定の電圧値と電源供給部１０から供給される電圧値とを比較して比較結果を比較信号ＣＭＰＢとして出力する電圧コンパレータＣ２と、タイマ３０からのカウント値ＴＭと、電圧コンパレータＣ１、Ｃ２からの比較信号ＣＭＰＡ、ＣＭＰＢとに基づいて、異常の兆候の有無を検知する異常判定部４０とを備える。

異常判定部４０が異常を検知した場合、何らかの対策処理（異常時の対応処理）を実行する。異常時の対応処理としては、例えば、アラート（警告メッセージ、警告音など）を出力する、電源の供給を停止する、電源の供給を縮小する、などが想定される。

平常時においては、例えば、外部のマイコンなどから電源供給機能を有効にする制御信号であるイネーブル信号がイネーブル端子ＥＮＴに対して供給される。

また、異常時においては、例えば、外部のマイコンなどから電源供給機能を無効にする制御信号であるディスエーブル信号がイネーブル端子ＥＮＴに対して供給される。

コントロール回路２０は、電源電圧Ｖｃｃの供給動作を開始するためのスタート信号ＳＴを電源供給部１０に出力する。電源供給部１０は、コントロール回路２０からのスタート信号ＳＴに呼応して、外部の機器に対して電源の供給（出力電圧Ｖｏｕｔ）を開始する。このスタート信号ＳＴは、タイマ３０にも出力される。タイマ３０は、スタート信号ＳＴを受信すると、タイマ動作を開始する。

電圧コンパレータＣ１は、電源供給部１０からの出力電圧Ｖｏｕｔと、第１の所定の電圧（例えば、電源電圧Ｖｃｃの１０％の電圧（０．１×Ｖｃｃ））とを比較する。比較の結果、電圧コンパレータＣ１は、出力電圧Ｖｏｕｔ≧電源電圧Ｖｃｃの１０％の電圧（０．１×Ｖｃｃ）であれば、比較信号ＣＭＰＡをＨｉｇｈレベル（「１」）とし、出力電圧Ｖｏｕｔ＜電源電圧Ｖｃｃの１０％の電圧（０．１×Ｖｃｃ）であれば、比較信号ＣＭＰＡをＬｏｗレベル（「０」）とする。

電圧コンパレータＣ２は、電源供給部１０からの出力電圧Ｖｏｕｔと、第２の所定の電圧（例えば、電源電圧Ｖｃｃの９０％の電圧（０．９×Ｖｃｃ））とを比較する。比較の結果、電圧コンパレータＣ２は、出力電圧Ｖｏｕｔ≧電源電圧Ｖｃｃの９０％の電圧（０．９×Ｖｃｃ）であれば、比較信号ＣＭＰＢをＨｉｇｈレベル（「１」）とし、出力電圧Ｖｏｕｔ＜電源電圧Ｖｃｃの９０％の電圧（０．９×Ｖｃｃ）であれば、比較信号ＣＭＰＢをＬｏｗレベル（「０」）とする。

タイマ３０は、スタート信号ＳＴを受信するとそれに呼応して、タイマ動作を開始し、時間を測りながら（カウント値ＴＭをカウントアップしながら）、カウント値ＴＭを出力する。なお、カウント値ＴＭが所定の固定値ＣＮＴ＿ＭＡＸまで到達すると、タイマ３０はタイマ動作を停止する。所定の固定値ＣＮＴ＿ＭＡＸは、実施の形態に係る半導体装置１００が電源の供給を開始してから電圧Ｖｃｃに達するまでの十分な時間に対応する値に設定する。

異常判定部４０は、電圧コンパレータＣ１、Ｃ２からそれぞれ出力される比較信号ＣＭＰＡ、ＣＭＰＢと、タイマ３０から出力されるカウント値ＴＭとに基づいて、異常の（兆候の）有無を検知する。異常判定部４０が異常を検知した場合、半導体装置１００は、電源電圧の供給を停止する、などの対応処理を実行する。

異常判定部４０は、電源電圧Ｖｃｃの供給開始から第１の所定の電圧値に達するまでの時間軸に対する傾き（（０．１×Ｖｃｃ）／ｔＡ）と、電源電圧Ｖｃｃの供給開始から第２の所定の電圧値に達するまでの時間軸に対する傾き（（０．９×Ｖｃｃ）／ｔＢ）とに基づいて、常の有無を検知する。

なお、第１の所定の電圧を、電源電圧Ｖｃｃの１０％の電圧としたが、これに限定されず、例えば、電源電圧Ｖｃｃの約１％〜約５０％程度の範囲の中から適宜選択してもよい。また、第２の所定の電圧を、電源電圧Ｖｃｃの９０％の電圧としたが、これに限定されず、例えば、電源電圧Ｖｃｃの約５０％〜約９９％程度の範囲の中から適宜選択してもよい。

（異常の有無の判定）
タイマ３０がカウントを開始してから（すなわち、電源供給部１０が電源電圧Ｖｃｃの供給を開始してから）、目標とする電源電圧Ｖｃｃの１０％の電圧（０．１×Ｖｃｃ）に到達する時刻ｔＡまでの期間に、タイマカウント設定値ＣＮＴＡを設定する。また、タイマ３０がカウントを開始してから電源電圧Ｖｃｃの９０％の電圧（０．９×Ｖｃｃ）に到達する時刻ｔＢまでの期間に、タイマカウント設定値ＣＮＴＢを設定する。つまり、正常な電圧の１０％立ち上がりの時刻ｔＡと、９０％立ち上がりの時刻ｔＢに対して、タイマ３０のカウント値ＴＭを設定する。

そして、タイマ３０のカウント値ＴＭがタイマカウント設定値ＣＮＴＡに到達したときの比較信号ＣＭＰＡおよびＣＭＰＢの値と、カウント値ＴＭがタイマカウント設定値ＣＮＴＢに到達したときの比較信号ＣＭＰＡおよびＣＭＰＢの値とから、正常／異常の判定を実行する。

図３は、実施の形態に係る半導体装置１００の電源電圧供給動作例（正常動作例）を概略的に示す。

図３に示す例では、時刻ｔ＝０で電源供給を開始し、時刻ｔＡにおいて目標とする電源電圧Ｖｃｃの１０％の電圧に到達している。したがって、カウント値ＴＭがタイマカウント設定値ＣＮＴＡに到達したとき（時刻ｔＡ１）の比較信号ＣＭＰＡ、ＣＭＰＢの値は、図４に示すように、それぞれ「１」、「０」である。その後、時刻ｔＢにおいて目標とする電源電圧Ｖｃｃの９０％の電圧に到達しているため、カウント値ＴＭがタイマカウント設定値ＣＮＴＢに到達したときの比較信号ＣＭＰＡ、ＣＭＰＢの値は、図４に示すように、それぞれ「１」、「１」である。そして、異常判定部４０は、比較信号ＣＭＰＡ、ＣＭＰＢと、カウント値ＴＭに基づいて、異常の兆候はない、ということを検知する。

図５は、実施の形態に係る半導体装置１００の電源電圧供給動作例（異常動作例）を概略的に示す。

図５に示す例では、時刻ｔ＝０で電源供給を開始するが、カウント値ＴＭがタイマカウント設定値ＣＮＴＡに到達する前に目標とする電源電圧Ｖｃｃの１０％の電圧に到達し、さらに、カウント値ＴＭがタイマカウント設定値ＣＮＴＢに到達する前に目標とする電源電圧Ｖｃｃの９０％の電圧にも到達している。したがって、カウント値ＴＭがタイマカウント設定値ＣＮＴＡに到達したときの比較信号ＣＭＰＡ、ＣＭＰＢの値は、図６に示すように、それぞれ「１」、「１」であり、カウント値ＴＭがタイマカウント設定値ＣＮＴＢに到達したときの比較信号ＣＭＰＡ、ＣＭＰＢの値も、それぞれ「１」、「１」である。この場合、異常判定部４０は、「傾き」が急峻であるので何らかの異常が発生している、ということを検知し、何らかの対策処理（異常時の対応処理）を実行する。

図７は、実施の形態に係る半導体装置１００の電源電圧供給動作例（異常動作の別の例）を示す概略タイミングチャート。

図７に示す例では、時刻ｔ＝０で電源供給を開始したはずであるものの、カウント値ＴＭがタイマカウント設定値ＣＮＴＡに到達しても、出力電圧Ｖｏｕｔは、ゼロレベルのままである。さらに、カウント値ＴＭがタイマカウント設定値ＣＮＴＢに到達しても、出力電圧Ｖｏｕｔは、ゼロレベルのままである。したがって、カウント値ＴＭがタイマカウント設定値ＣＮＴＡに到達したときの比較信号ＣＭＰＡ、ＣＭＰＢの値は、図８に示すように、それぞれ「０」、「０」であり、カウント値ＴＭがタイマカウント設定値ＣＮＴＢに到達したときの比較信号ＣＭＰＡ、ＣＭＰＢの値も、それぞれ「０」、「０」である。この場合、異常判定部４０は、電源供給が行われていないので何らかの異常が発生している、ということを検知し、何らかの対策処理（異常時の対応処理）を実行する。

（異常判定部の構成）
図９は、実施の形態に係る半導体装置１００の異常判定部４０の内部構成例を模式的に示す。また、図１０は、図９に例示した異常判定部の動作例を概略的に示す。

異常判定部４０は、カウント値コンパレータ４１Ａ、４１Ｂと、ＯＲゲート４３と、マルチプレクサ（ＭＵＸ）４４Ａ、４４Ｂと、フリップフロップ４５Ａ、４５Ｂと、シフトレジスタ部４７と、コントロール部４６とを備える。

タイマ３０は、電源供給の開始とともにカウントアップを開始し、カウント値ＴＭを異常判定部４０内に逐次供給している。

カウント値コンパレータ４１Ａは、カウント値ＴＭの値とタイマカウント設定値ＣＮＴＡとを比較し、カウント値ＴＭの値がタイマカウント設定値ＣＮＴＡと一致すると、比較結果信号ＴＡをＨｉｇｈレベル（「１」）にする。比較結果信号ＴＡがＨｉｇｈレベル（「１」）になると、ＯＲゲート４３は、取得指示信号ｇｅｔ＿ｓｉｇをＨｉｇｈレベル（「１」）とし、ＭＵＸ４４Ａは、その時の比較信号ＣＭＰＡの値を選択し、フリップフロップ４５Ａは、比較信号ＣＭＰＡの値（Ｑ１）を保持する。

また、カウント値コンパレータ４１Ｂは、カウント値ＴＭの値とタイマカウント設定値ＣＮＴＢとを比較し、カウント値ＴＭの値がタイマカウント設定値ＣＮＴＢと一致すると、比較結果信号ＴＢをＨｉｇｈレベル（「１」）にする。比較結果信号ＴＢがＨｉｇｈレベル（「１」）になると、ＯＲゲート４３は、取得指示信号ｇｅｔ＿ｓｉｇをＨｉｇｈレベル（「１」）とし、ＭＵＸ４４Ｂは、その時の比較信号ＣＭＰＢの値を選択し、フリップフロップ４５Ｂは、比較信号ＣＭＰＢの値（Ｑ２）を保持する。

また、比較結果信号ＴＡがＨｉｇｈレベル（「１」）になるか、または比較結果信号ＴＢがＨｉｇｈレベル（「１」）になると、フリップフロップ４５Ａ、４５Ｂがそれぞれ保持していたデータＱ１、Ｑ２が、シフトレジスタ部４７内のフリップフロップ４５Ｃ（Ｑ３）、フリップフロップ４５Ｄ（Ｑ４）にそれぞれ転送される。すなわち、比較結果信号ＴＡがＨｉｇｈレベル（「１」）になると、データＱ１がフリップフロップ４５Ｃ（Ｑ３）に転送され（データＱＡ１、ＱＡ２）、比較結果信号ＴＢがＨｉｇｈレベル（「１」）になると、データＱ２がフリップフロップ４５Ｄ（Ｑ４）に転送される（データＱＢ１、ＱＢ２）。

異常判定部４０内のコントロール部４６は、データＱＡ１、ＱＡ２、ＱＢ１、ＱＢ２のそれぞれの値を用いて、正常であるか異常であるかの判定を実行する。

（車載用電子制御システム）
図１１は、実施の形態に係る半導体装置１００を適用した車載用の電子制御システムの構成例を模式的に示す。

車載用の電子制御システムは、１つの半導体チップ上に必要とされるシステムを集積したＳｏＣ（System-on-Chip）２００と、ＳｏＣシステムバス９０を介してそれぞれＳｏＣ２００に接続されたマイコン（マイクロコンピュータ）Ａ（５０Ａ）、マイコンＢ（５０Ｂ）、マイコンＣ（５０Ｃ）と、マイコンＡ（５０Ａ）、マイコンＢ（５０Ｂ）、マイコンＣ（５０Ｃ）にそれぞれ接続された電源供給部Ａ（１００Ａ）、電源供給部Ｂ（１００Ｂ）、電源供給部Ｃ（１００Ｃ）とを備える。

電源供給部Ａ（１００Ａ）は、パワーＩＣ（１Ａ）に電圧Ｖ１を供給し、パワーＩＣ（２Ａ）に電圧Ｖ２を供給し、パワーＩＣ（３Ａ）に電圧Ｖ３を供給する。同様に、電源供給部Ｂ（１００Ｂ）は、パワーＩＣ（１Ｂ）に電圧Ｖ１を供給し、パワーＩＣ（２Ｂ）に電圧Ｖ２を供給し、パワーＩＣ（３Ｂ）に電圧Ｖ３を供給する。電源供給部Ｃ（１００Ｃ）は、パワーＩＣ（１Ｃ）に電圧Ｖ１を供給し、パワーＩＣ（２Ｃ）に電圧Ｖ２を供給し、パワーＩＣ（３Ｃ）に電圧Ｖ３を供給する。

ここで、電圧Ｖ１は、例えば３．３Ｖであり、電圧Ｖ２は、例えば１．８Ｖであり、電圧Ｖ３は、例えば１．２Ｖである。

電源供給部Ａ（１００Ａ）、電源供給部Ｂ（１００Ｂ）、電源供給部Ｃ（１００Ｃ）は、それぞれ、電源供給部１０と、コントロール回路２０と、タイマ３０と、電圧コンパレータＣ１、Ｃ２と、異常判定部４０とを備える。

平常時においては、マイコンＡ（５０Ａ）、マイコンＢ（５０Ｂ）、マイコンＣ（５０Ｃ）は、それぞれ、電源供給部Ａ（１００Ａ）、電源供給部Ｂ（１００Ｂ）、電源供給部Ｃ（１００Ｃ）のイネーブル端子ＥＮに対して、電源供給機能を有効にする制御信号であるイネーブル信号ＥＮＡ、ＥＮＢ、ＥＮＣを出力する。

また、電源供給部Ａ（１００Ａ）、Ｂ（１００Ｂ）、Ｃ（１００Ｃ）は、電源供給動作中に異常（の兆候）を検出すると、マイコンＡ（５０Ａ）、Ｂ（５０Ｂ）、Ｃ（５０Ｃ）に対して、異常発生を報告する異常発生報告信号（図示せず）を出力する。異常発生報告信号に呼応して、マイコンＡ（５０Ａ）、Ｂ（５０Ｂ）、Ｃ（５０Ｃ）は、ＳｏＣ２００に対して、割り込み信号ＩＲＱを出力するとともに、電源供給部Ａ（１００Ａ）、Ｂ（１００Ｂ）、Ｃ（１００Ｃ）に対して、電源供給機能を無効にする制御信号であるディスエーブル信号（図示せず）を出力する。ディスエーブル信号を受信した電源供給部Ａ（１００Ａ）、Ｂ（１００Ｂ）、Ｃ（１００Ｃ）は、パワーＩＣ（１Ａ・２Ａ・３Ａ）、（１Ｂ・２Ｂ・３Ｂ）、（１Ｃ・２Ｃ・３Ｃ）に対する電源供給を停止する。

図１２は、実施の形態に係る半導体装置（スイッチング電源）１００をＩ２Ｃバスに適用した構成例を模式的し示し、図１２（ａ）は、正常動作時の電源電圧供給動作例、図１２（ｂ）は、異常動作時の電源電圧供給動作例である。

スイッチング電源１００は、電源供給部（Ｖｃｃ）１０と、コントロール回路２０と、タイマ３０（図示せず）と、電圧コンパレータＣ（Ｃ１、Ｃ２）と、異常判定部（異常判定ブロック）４０とを備える。スイッチング電源１００は、Ｉ２Ｃバスを介して、パワーＩＣ１、ＩＣ２に電源を供給する。

スイッチング電源１００は、図１２（ａ）に例示するように、正常動作時にはパワーＩＣ１、ＩＣ２に電源を供給する。

異常判定ブロック４０が異常を検知すると、図１２（ｂ）に例示するように、パワーＩＣ１、ＩＣ２への電源の供給を停止する。

図１３は、実施の形態に係る半導体装置１００を、負荷１５に電源を供給するシステムに適用した例を模式的に示す。電源供給システムは、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ：Engine Control Unit）マイコン５０と、コントロール回路２０と、電源供給部１０と、ローパスフィルタ（Ｌ１・Ｃ_o）と、例えばスピーカなどの負荷１５とを備える。図１３におけるコントロール回路２０が、実施の形態に係る半導体装置１００に対応する。コントロール回路２０の出力は、コンパレータ１１の正（＋）入力に接続されており、一方、コンパレータ１１の負（−）入力には、基準電圧Ｖ_REFとして、出力電圧が供給される。

電源供給部１０は、コンパレータ１１と、ＰＷＭ変調器１２と、ドライバ１３と、ドライバ出力段１４とを備える。

平常時においては、ＥＣＵマイコン５０は、コントロール回路２０に対して、電源供給機能を有効にする制御信号であるイネーブル信号ＥＮＳをイネーブル端子ＥＮから出力する。イネーブル信号ＥＮＳを受信したコントロール回路２０は、電源供給機能を有効にする制御信号をコンパレータ１１に供給する。

また、コントロール回路２０は、電源供給動作中に異常（の兆候）を検出すると、ＥＣＵマイコン５０に対して、異常発生を報告する異常発生報告信号（図示せず）を出力する。異常発生報告信号に呼応して、ＥＣＵマイコン５０は、コントロール回路２０に対して、電源供給機能を無効にする制御信号であるディスエーブル信号（図示せず）を出力する。ディスエーブル信号を受信したコントロール回路２０は、電源供給機能を無効にする制御信号をコンパレータ１１に供給することで、電源供給を停止する。

（半導体装置の処理動作例）
図１４は、実施の形態に係る半導体装置１００の処理動作例を概略的に示す。

ステップＳ１０１において、コントロール回路２０は、電源電圧Ｖｃｃの供給動作を開始するためのスタート信号ＳＴを電源供給部１０に出力し、電源供給部１０は、コントロール回路２０からのスタート信号ＳＴに呼応して、外部の機器に対して電源の供給（出力電圧Ｖｏｕｔ）を開始する。

スタート信号ＳＴは、タイマ３０にも出力され、タイマ３０は、スタート信号ＳＴを受信すると、タイマ動作を開始する（ステップＳ１０２）。タイマ３０は、カウント値ＴＭをカウントアップし、カウント値ＴＭを異常判定部４０内に逐次供給する。
次に、電圧コンパレータＣ１は、電源供給部１０からの出力電圧Ｖｏｕｔと、第１の所定の電圧（例えば、電源電圧Ｖｃｃの１０％の電圧（０．１×Ｖｃｃ））とを比較する（ステップＳ１０３）。

ステップＳ１０３における比較の結果、出力電圧Ｖｏｕｔ＜電源電圧Ｖｃｃの１０％の電圧（０．１×Ｖｃｃ）であれば、電圧コンパレータＣ１は、ステップＳ１０４において、比較信号ＣＭＰＡをＬｏｗレベル（「０」）とする。

ステップＳ１０３における比較の結果、出力電圧Ｖｏｕｔ≧電源電圧Ｖｃｃの１０％の電圧（０．１×Ｖｃｃ）であれば、電圧コンパレータＣ１は、ステップＳ１０５において、比較信号ＣＭＰＡをＨｉｇｈレベル（「１」）とする。

カウント値ＴＭがタイマカウント設定値ＣＮＴＡに到達するまで、ステップＳ１０３、Ｓ１０４、Ｓ１０５が行われ、異常判定部４０は、カウント値ＴＭがタイマカウント設定値ＣＮＴＡに到達すると（ステップＳ１０６）、比較信号ＣＭＰＡ、ＣＭＰＢを比較する（ステップＳ１０７）。

その一方で、電圧コンパレータＣ２は、電源供給部１０からの出力電圧Ｖｏｕｔと、第２の所定の電圧（例えば、電源電圧Ｖｃｃの９０％の電圧（０．９×Ｖｃｃ））とを比較する（ステップＳ１０８）。

ステップＳ１０８における比較の結果、出力電圧Ｖｏｕｔ＜電源電圧Ｖｃｃの９０％の電圧（０．９×Ｖｃｃ）であれば、電圧コンパレータＣ２は、ステップＳ１０９において、比較信号ＣＭＰＢをＬｏｗレベル（「０」）とする。

ステップＳ１０８における比較の結果、出力電圧Ｖｏｕｔ≧電源電圧Ｖｃｃの９０％の電圧（０．９×Ｖｃｃ）であれば、電圧コンパレータＣ２は、ステップＳ１１４において、比較信号ＣＭＰＢをＨｉｇｈレベル（「１」）とする。

カウント値ＴＭがタイマカウント設定値ＣＮＴＢに到達するまで、ステップＳ１０８、Ｓ１０９、Ｓ１１４が行われ、異常判定部４０は、カウント値ＴＭがタイマカウント設定値ＣＮＴＡに到達すると（ステップＳ１１０）、比較信号ＣＭＰＡ、ＣＭＰＢを比較する（ステップＳ１１１）。

異常判定部４０は、ステップＳ１０７における比較の結果と、ステップＳ１１１における比較の結果とに基づいて、異常（の兆候）有無を検知し、異常（の兆候）を検知した場合（ステップＳ１１２）、異常時の対応処理を実行する（ステップＳ１１３）。逆に、異常（の兆候）が検知されなければ、異常検知処理を終了する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、電源電圧の供給開始時における電圧変化を監視し、異常の兆候をいち早く検知することができる半導体装置およびその動作方法、および電子制御システムを提供することができる。

［その他の実施の形態］
上記のように、実施の形態について記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

例えば、実施の形態においては、車載用の電子機器などに電源を供給する電源供給用装置（半導体装置１００）について説明したが、半導体装置１００が電源電圧を供給するのは車載用の電子機器に限らず、様々な用途に用いられる電子機器に電源を供給することができる。

このように、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。

本実施の形態は、例えば、自動車、航空機、船舶、鉄道、ロケット、医療機器、産業機械、ロボットなど様々な分野の電子機器類などに適用可能である。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ…パワーＩＣ
１０…電源供給部（Ｖｃｃ）
１１…コンパレータ
１２…ＰＷＭ変調器
１３…ドライバ
１４…ドライバ出力段
１５…負荷
２０…コントロール回路
３０…タイマ
４０…異常判定部（異常判定ブロック）
４１Ａ、４１Ｂ…カウント値コンパレータ
４３…ＯＲゲート
４４Ａ、４４Ｂ…マルチプレクサ（ＭＵＸ）
４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ、４５Ｄ…フリップフロップ
４７…シフトレジスタ部
４６…コントロール部
５０…エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ：Engine Control Unit）マイコン
５０Ａ…マイコン（マイクロコンピュータ）Ａ
５０Ｂ…マイコン（マイクロコンピュータ）Ｂ
５０Ｃ…マイコン（マイクロコンピュータ）Ｃ
９０…ＳｏＣシステムバス
１００…半導体装置（スイッチング電源）
１００Ａ…電源供給部Ａ
１００Ｂ…電源供給部Ｂ
１００Ｃ…電源供給部Ｃ
２００…ＳｏＣ（System-on-Chip）
Ｃ、Ｃ１、Ｃ２…電圧コンパレータ
ＣＭＰＡ、ＣＮＴＢ…比較信号
ＣＮＴＡ、ＣＮＴＢ…タイマカウント設定値
ＣＮＴ＿ＭＡＸ…固定値
ＣＭＰＡ、ＣＭＰＢ…比較信号
ＥＮ、ＥＮＴ…イネーブル端子
ＥＮＡ、ＥＮＢ、ＥＮＣ、ＥＮＳ…イネーブル信号
ｇｅｔ＿ｓｉｇ…取得指示信号
（Ｌ１・Ｃ_o）…ローパスフィルタ
ＩＲＱ…割り込み信号
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、ＱＡ１、ＱＡ２、ＱＢ１、ＱＢ２…データ
ＳＴ…スタート信号
ＴＡ、ＴＢ…比較結果信号
ＴＭ…カウント値
ｔ、ｔ１、ｔＡ、ｔＢ、ｔＡ１…時刻
Ｖｃｃ…電圧（電源電圧）
Ｖｏｕｔ…電圧（出力電圧）
α１…傾き

Claims (15)

1. 電源電圧の供給動作を開始するためのスタート信号を出力するコントロール回路と、
   前記コントロール回路からのスタート信号に呼応して電源電圧の供給を開始する電源供給部と、
   前記コントロール回路からの前記スタート信号に呼応して、時間をカウントしてカウント値を逐次出力するタイマと、
   第１の所定の電圧値と前記電源供給部から供給される電圧値とを比較して比較結果を第１の比較信号として出力する第１の電圧コンパレータと、
   第２の所定の電圧値と前記電源供給部から供給される電圧値とを比較して比較結果を第２の比較信号として出力する第２の電圧コンパレータと、
   前記タイマからの前記カウント値と、前記第１の電圧コンパレータからの前記第１の比較信号と、前記第２の電圧コンパレータからの前記第２の比較信号とに基づいて、異常の有無を検知する異常判定部と
   を備えることを特徴とする半導体装置。
2. 前記異常判定部が異常を検知した場合、前記電源電圧の供給を停止することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第１の所定の電圧値は、前記電源電圧の１０％の電圧値であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
4. 前記第２の所定の電圧値は、前記電源電圧の９０％の電圧値であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
5. 前記異常判定部は、前記電源電圧の供給開始から前記第１の所定の電圧値に達するまでの時間軸に対する傾きと、前記電源電圧の供給開始から前記第２の所定の電圧値に達するまでの時間軸に対する傾きとに基づいて、前記異常の有無を検知することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
6. コントロール回路からのスタート信号に呼応して、電源供給部が外部の機器に対して電源の供給を開始するステップと、
   タイマが前記スタート信号に呼応してタイマ動作を開始し、カウント値を逐次出力するステップと、
   第１の電圧コンパレータが、前記電源供給部からの電圧値と、第１の所定の電圧とを比較して比較結果を第１の比較信号として出力するステップと、
   第２の電圧コンパレータが、前記電源供給部からの電圧値と、第２の所定の電圧とを比較して比較結果を第２の比較信号として出力するステップと、
   異常判定部が、前記タイマからの前記カウント値と、前記第１の電圧コンパレータからの前記第１の比較信号と、前記第２の電圧コンパレータからの前記第２の比較信号とに基づいて、異常の有無を検知するステップと
   を有することを特徴とする半導体装置の動作方法。
7. 前記異常判定部が異常を検知した場合、前記電源電圧の供給を停止するステップをさらに有することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の動作方法。
8. 前記第１の所定の電圧値は、前記電源電圧の１０％の電圧値であることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の動作方法。
9. 前記第２の所定の電圧値は、前記電源電圧の９０％の電圧値であることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の動作方法。
10. 前記異常判定部は、前記電源電圧の供給開始から前記第１の所定の電圧値に達するまでの時間軸に対する傾きと、前記電源電圧の供給開始から前記第２の所定の電圧値に達するまでの時間軸に対する傾きとに基づいて、前記異常の有無を検知することを特徴とする請求項６〜９のいずれか１項に記載の半導体装置の動作方法。
11. １つの半導体チップ上に必要とされるシステムを集積したＳｏＣと、ＳｏＣシステムバスを介して前記ＳｏＣに接続されたマイクロコンピュータと、前記マイクロコンピュータに接続された電源供給部を構成する半導体装置と、前記半導体装置から電源電圧を供給されるパワーＩＣとを備える電子制御システムであって、
    前記半導体装置は、
    前記電源電圧の供給動作を開始するためのスタート信号を出力するコントロール回路と、
    前記コントロール回路からのスタート信号に呼応して、前記パワーＩＣへの電源電圧の供給を開始する電源供給部と、
    前記コントロール回路からの前記スタート信号に呼応して時間をカウントしながらカウント値を逐次出力するタイマと、
    第１の所定の電圧値と前記電源供給部から供給される電圧値とを比較して比較結果を第１の比較信号として出力する第１の電圧コンパレータと、
    第２の所定の電圧値と前記電源供給部から供給される電圧値とを比較して比較結果を第２の比較信号として出力する第２の電圧コンパレータと、
    前記タイマからの前記カウント値と、前記第１の電圧コンパレータからの前記第１の比較信号と、前記第２の電圧コンパレータからの前記第２の比較信号とに基づいて、異常の有無を検知する異常判定部と
    を備える
    ことを特徴とする電子制御システム。
12. 前記半導体装置は、前記異常判定部が異常を検知した場合に異常発生報告信号を前記マイクロコンピュータに出力し、
    前記マイクロコンピュータは、前記異常発生報告信号に呼応して、前記ＳｏＣに対して割り込み信号を出力するとともに、前記半導体装置に対して、電源供給機能を無効にするディスエーブル信号を出力することを特徴とする請求項１１に記載の電子制御システム。
13. 前記第１の所定の電圧値は、前記電源電圧の１０％の電圧値であることを特徴とする請求項１１に記載の電子制御システム。
14. 前記第２の所定の電圧値は、前記電源電圧の９０％の電圧値であることを特徴とする請求項１１に記載の電子制御システム。
15. 前記異常判定部は、前記電源電圧の供給開始から前記第１の所定の電圧値に達するまでの時間軸に対する傾きと、前記電源電圧の供給開始から前記第２の所定の電圧値に達するまでの時間軸に対する傾きとに基づいて、前記異常の有無を検知することを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の電子制御システム。

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