特開 2017-174980 異常検出回路およびその動作方法、半導体装置およびその動作方法、および通信システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-174980(P2017-174980A)

(43)【公開日】2017年9月28日

(54)【発明の名称】異常検出回路およびその動作方法、半導体装置およびその動作方法、および通信システム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/822 20060101AFI20170901BHJP

   H01L 27/04 20060101ALI20170901BHJP

   B60R 16/02 20060101ALI20170901BHJP

   B60R 16/023 20060101ALI20170901BHJP

   H02J 1/00 20060101ALI20170901BHJP

【ＦＩ】

   H01L27/04 T

   H01L27/04 H

   B60R16/02 650J

   B60R16/023 P

   H02J1/00 301D

【審査請求】未請求

【請求項の数】21

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-59666(P2016-59666)

(22)【出願日】2016年3月24日

(71)【出願人】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100133514

【弁理士】

【氏名又は名称】寺山 啓進

(72)【発明者】

【氏名】稲田 洋文

【テーマコード（参考）】

5F038

5G165

【Ｆターム（参考）】

5F038BE08

5F038BH19

5F038CD16

5F038DF04

5F038DF17

5F038DT12

5F038DT13

5F038DT15

5F038DT18

5F038DT19

5F038EZ20

5G165GA09

5G165LA01

5G165MA05

5G165MA09

5G165PA01

(57)【要約】

【課題】電源供給時における電圧変化を監視し、電源素子などの劣化や故障等の異常の兆候をいち早く検知する異常検出回路を提供する。
【解決手段】
異常検出回路４０は、外部から入力される電圧ＶＮ₁が上昇を始めるとカウント値ＣＮＴのカウントアップを開始し、カウント値ＣＮＴが所定のカウント設定値ＣＮＴ＿ＭＡＸに達するまでカウントアップを実行するタイマ３０と、電圧ＶＮ₁と、所定の閾値電圧Ｖｔｈとを比較し、電圧が閾値電圧以上であれば、カウンタ出力Ｃ１を第１のレベルに設定し、電圧が閾値電圧未満であれば、カウンタ出力Ｃ１を第２のレベルに設定するコンパレータ２０とを備え、タイマ３０は、カウント値ＣＮＴが所定のカウント設定値ＣＮＴ＿ＭＡＸに達すると、コンパレータ２０から出力されるカウンタ出力Ｃ１を参照し、カウンタ出力Ｃ１が第１のレベルでない場合に異常が発生したと判断して異常時の対応処理を実行する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部から入力される電圧が上昇を始めるとカウント値のカウントアップを開始し、前記カウント値が所定のカウント設定値に達するまでカウントアップを実行するタイマと、
前記外部から入力される前記電圧と、所定の閾値電圧とを比較し、前記電圧が前記閾値電圧以上であれば、カウンタ出力を第１のレベルに設定し、前記電圧が閾値電圧未満であれば、前記カウンタ出力を第２のレベルに設定するコンパレータと
を備え、
前記タイマは、前記カウント値が前記所定のカウント設定値に達すると、前記コンパレータから出力される前記カウンタ出力を参照し、前記カウンタ出力が前記第１のレベルでない場合に異常が発生したと判断して異常時の対応処理を実行することを特徴とする異常検出回路。

【請求項2】

前記外部から入力される前記電圧は、スイッチング電源素子により供給される電圧であることを特徴とする請求項１に記載の異常検出回路。

【請求項3】

前記異常時の対応処理は、アラートの出力処理と割り込み要求信号の出力処理のうちの少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の異常検出回路。

【請求項4】

外部から入力される電圧がＬｏｗレベルから所望の電圧値まで上昇する際の傾きと所要時間に基づいて、異常が発生したか否かを監視する異常検出回路を備え、
前記電圧が正常の傾き且つ正常の所要時間で前記所望の電圧まで上昇しなかった場合、異常時の対応処理を実行することを特徴とする半導体装置。

【請求項5】

前記異常検出回路は、
前記外部から入力される前記電圧が上昇を始めるとカウント値のカウントアップを開始し、前記カウント値が所定のカウント設定値に達するまでカウントアップを実行するタイマと、
前記外部から入力される前記電圧と、所定の閾値電圧とを比較し、前記電圧が前記閾値電圧以上であれば、カウンタ出力を第１のレベルに設定し、前記電圧が閾値電圧未満であれば、前記カウンタ出力を第２のレベルに設定するコンパレータと
を備え、
前記タイマは、前記カウント値が前記所定のカウント設定値に達すると、前記コンパレータから出力される前記カウンタ出力を参照し、前記カウンタ出力が前記第１のレベルでない場合に異常が発生したと判断することを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記カウントアップの開始を指示するタイマスタート信号を前記タイマに供給するトランジスタをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記外部から入力される前記電圧は、スイッチング電源素子により供給される電圧であることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。

【請求項8】

前記異常時の対応処理は、アラートの出力処理と割り込み要求信号の出力処理のうちの少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項9】

バスを介して複数のデバイスを相互に通信可能に接続する通信システムであって、
前記バスにプルアップされた電圧がＬｏｗレベルから所望の電圧値まで上昇する際の傾きと所要時間に基づいて、異常が発生したか否かを監視する異常検出回路を備え、前記電圧が正常の傾き且つ正常の所要時間で前記所望の電圧まで上昇しなかった場合、異常時の対応処理を実行する半導体装置を備えることを特徴とする通信システム。

【請求項10】

前記異常検出回路は、
前記プルアップされた前記電圧が上昇を始めるとカウント値のカウントアップを開始し、前記カウント値が所定のカウント設定値に達するまでカウントアップを実行するタイマと、
前記プルアップされた前記電圧と、所定の閾値電圧とを比較し、前記電圧が前記閾値電圧以上であれば、カウンタ出力を第１のレベルに設定し、前記電圧が閾値電圧未満であれば、前記カウンタ出力を第２のレベルに設定するコンパレータと
を備え、
前記タイマは、前記カウント値が前記所定のカウント設定値に達すると、前記コンパレータから出力される前記カウンタ出力を参照し、前記カウンタ出力が前記第１のレベルでない場合に前記異常時の対応処理を実行することを特徴とする請求項９に記載の通信システム。

【請求項11】

前記カウントアップの開始を指示するタイマスタート信号を前記タイマに供給するトランジスタをさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の通信システム。

【請求項12】

前記プルアップされた前記電圧は、スイッチング電源素子により供給される電圧であることを特徴とする請求項９に記載の通信システム。

【請求項13】

前記異常時の対応処理は、アラートの出力処理と割り込み要求信号の出力処理のうちの少なくとも１つを備えることを特徴とする請求項９に記載の通信システム。

【請求項14】

前記複数のデバイスの機能を有効にするイネーブル信号を、前記複数のデバイスに送信するＣＰＵをさらに備え、
前記半導体装置は、前記異常時の対応処理として前記ＣＰＵに割り込み要求信号を送信し、
前記割り込み要求信号を受信した前記ＣＰＵは、前記複数のデバイスの機能を無効にするディスエーブル信号を、前記複数のデバイスに送信することを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項に記載の通信システム。

【請求項15】

前記割り込み要求信号を受信した前記ＣＰＵは、前記複数のデバイスの機能を無効にするディスエーブル信号を、非常用のバスを用いて、前記複数のデバイスに送信することを特徴とする請求項１４に記載の通信システム。

【請求項16】

前記バスは、Ｉ２ＣバスまたはＣＡＮバスであることを特徴とする請求項９に記載の通信システム。

【請求項17】

前記半導体装置は、前記複数のデバイスのうちの１つのデバイスと一体化されることを特徴とする請求項９に記載の通信システム。

【請求項18】

前記半導体装置は、監視用ＬＳＩとして集積化されることを特徴とする請求項９に記載の通信システム。

【請求項19】

前記監視用ＬＳＩは、監視用レジスタを備えることを特徴とする請求項１８に記載の通信システム。

【請求項20】

外部から入力される電圧が上昇を始めると、タイマが、カウント値のカウントアップを開始し、前記カウント値が所定のカウント設定値に達するまでカウントアップを実行するステップと、
コンパレータが、前記外部から入力される前記電圧と、所定の閾値電圧とを比較し、前記電圧が前記閾値電圧以上であれば、カウンタ出力を第１のレベルに設定し、前記電圧が閾値電圧未満であれば、前記カウンタ出力を第２のレベルに設定するステップと、
前記カウント値が前記所定のカウント設定値に達すると、前記タイマが、前記コンパレータから出力される前記カウンタ出力を参照し、前記カウンタ出力が前記第１のレベルでない場合に異常時の対応処理を実行するステップと
を有することを特徴とする異常検出回路の動作方法。

【請求項21】

外部から入力される電圧がＬｏｗレベルから所望の電圧値まで上昇する際の傾きと所要時間に基づいて、異常が発生したか否かを監視するステップと、
前記電圧が正常の傾き且つ正常の所要時間で前記所望の電圧まで上昇しなかった場合、異常時の対応処理を実行するステップと
を有し、
前記異常が発生したか否かを監視するステップは、
前記外部から入力される前記電圧が上昇を始めると、タイマが、カウント値のカウントアップを開始し、前記カウント値が所定のカウント設定値に達するまでカウントアップを実行するステップと、
コンパレータが、前記外部から入力される前記電圧と、所定の閾値電圧とを比較し、前記電圧が前記閾値電圧以上であれば、カウンタ出力を第１のレベルに設定し、前記電圧が閾値電圧未満であれば、前記カウンタ出力を第２のレベルに設定するステップと、
前記カウント値が前記所定のカウント設定値に達すると、前記タイマが、前記コンパレータから出力される前記カウンタ出力を参照し、前記カウンタ出力が前記第１のレベルでない場合に異常時の対応処理を実行するステップと
を有することを特徴とする半導体装置の動作方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本実施形態は、異常検出回路およびその動作方法、半導体装置およびその動作方法、および通信システムに関する。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】"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＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

例えば、プルアップ電圧を供給する電源素子などの劣化や故障によって通信システムに発生し得る重大な事故を事前に回避するために、電源素子などの劣化や故障をいち早く検知することが求められる。

【0006】

本実施の形態は、電源供給時における電圧変化を監視し、電源素子などの劣化や故障等の異常の兆候をいち早く検知することができる異常検出回路およびその動作方法、半導体装置およびその動作方法、および通信システムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本実施形態の一態様によれば、外部から入力される電圧が上昇を始めるとカウント値のカウントアップを開始し、前記カウント値が所定のカウント設定値に達するまでカウントアップを実行するタイマと、前記外部から入力される前記電圧と、所定の閾値電圧とを比較し、前記電圧が前記閾値電圧以上であれば、カウンタ出力を第１のレベルに設定し、前記電圧が閾値電圧未満であれば、前記カウンタ出力を第２のレベルに設定するコンパレータとを備え、前記タイマは、前記カウント値が前記所定のカウント設定値に達すると、前記コンパレータから出力される前記カウンタ出力を参照し、前記カウンタ出力が前記第１のレベルでない場合に異常が発生したと判断して異常時の対応処理を実行する異常検出回路が提供される。

【0008】

本実施形態の他の態様によれば、外部から入力される電圧がＬｏｗレベルから所望の電圧値まで上昇する際の傾きと所要時間に基づいて、異常が発生したか否かを監視する異常検出回路を備え、前記電圧が正常の傾き且つ正常の所要時間で前記所望の電圧まで上昇しなかった場合、異常時の対応処理を実行する半導体装置が提供される。

【0009】

本実施形態の他の態様によれば、バスを介して複数のデバイスを相互に通信可能に接続する通信システムであって、前記バスにプルアップされた電圧がＬｏｗレベルから所望の電圧値まで上昇する際の傾きと所要時間に基づいて、異常が発生したか否かを監視する異常検出回路を備え、前記電圧が正常の傾き且つ正常の所要時間で前記所望の電圧まで上昇しなかった場合、異常時の対応処理を実行する半導体装置を備える通信システムが提供される。

【0010】

本実施形態の他の態様によれば、外部から入力される電圧が上昇を始めると、タイマが、カウント値のカウントアップを開始し、前記カウント値が所定のカウント設定値に達するまでカウントアップを実行するステップと、コンパレータが、前記外部から入力される前記電圧と、所定の閾値電圧とを比較し、前記電圧が前記閾値電圧以上であれば、カウンタ出力を第１のレベルに設定し、前記電圧が閾値電圧未満であれば、前記カウンタ出力を第２のレベルに設定するステップと、前記カウント値が前記所定のカウント設定値に達すると、前記タイマが、前記コンパレータから出力される前記カウンタ出力を参照し、前記カウンタ出力が前記第１のレベルでない場合に異常時の対応処理を実行するステップとを有する異常検出回路の動作方法が提供される。

【0011】

本実施形態の他の態様によれば、外部から入力される電圧がＬｏｗレベルから所望の電圧値まで上昇する際の傾きと所要時間に基づいて、異常が発生したか否かを監視するステップと、前記電圧が正常の傾き且つ正常の所要時間で前記所望の電圧まで上昇しなかった場合、異常時の対応処理を実行するステップとを有し、前記異常が発生したか否かを監視するステップは、前記外部から入力される前記電圧が上昇を始めると、タイマが、カウント値のカウントアップを開始し、前記カウント値が所定のカウント設定値に達するまでカウントアップを実行するステップと、コンパレータが、前記外部から入力される前記電圧と、所定の閾値電圧とを比較し、前記電圧が前記閾値電圧以上であれば、カウンタ出力を第１のレベルに設定し、前記電圧が閾値電圧未満であれば、前記カウンタ出力を第２のレベルに設定するステップと、前記カウント値が前記所定のカウント設定値に達すると、前記タイマが、前記コンパレータから出力される前記カウンタ出力を参照し、前記カウンタ出力が前記第１のレベルでない場合に異常時の対応処理を実行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。

【発明の効果】

【0012】

本実施の形態によれば、電源供給時における電圧変化を監視し、スイッチング電源素子などの劣化や故障等の異常の兆候をいち早く検知することができる異常検出回路およびその動作方法、半導体装置およびその動作方法、および通信システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】複数のブロックをシリアル接続するＩ２Ｃ通信システムを例示する模式的構成図。

【図2】図１に例示したＩ２Ｃ通信システムのスイッチング電源素子に異常が発生した場合の電圧値の一例を示す概略図。

【図3】Ｉ２Ｃシステムに適用した実施の形態に係る半導体装置の一例を示す模式的構成図。

【図4】（ａ）実施の形態に係る半導体装置における正常動作時のドライブＮの波形例、（ｂ）ノードＮ₁の波形例。

【図5】（ａ）実施の形態に係る半導体装置における異常動作時のドライブＮの波形例、（ｂ）ノードＮ₁の波形例。

【図6】（ａ）実施の形態に係る半導体装置における正常動作時のドライブＮの波形例、（ｂ）ノードＮ₁の波形例、(ｃ)タイマのタイミング例。

【図7】（ａ）実施の形態に係る半導体装置における異常動作時のドライブＮの波形例、（ｂ）ノードＮ₁の波形例、（ｃ）タイマのタイミング例。

【図8】ＣＡＮシステムに適用した実施の形態に係る半導体装置の一例を示す模式的構成図。

【図9】実施の形態に係る半導体装置を適用したＩ２Ｃシステムの別の例を示す模式的構成図。

【図10】実施の形態に係る半導体装置を集積化した監視用ＬＳＩの一例を示す模式的構成図。

【図11】実施の形態に係る半導体装置を集積化した監視用ＬＳＩの１つの適用例を示す模式的構成図。

【図12】実施の形態に係る半導体装置を集積化した監視用ＬＳＩの別の適用例を示す模式的構成図。

【図13】実施の形態に係る監視用ＬＳＩを適用したＣＡＮシステムのバス構成例を示す模式的構成図。

【図14】実施の形態に係る監視用ＬＳＩを適用したＣＡＮシステムのＣＡＮパケットエラー訂正信号とシリアルインタフェースとの関係を例示する模式図。

【図15】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。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

［実施の形態］
（Ｉ２Ｃシステムに適用した半導体装置の構成例）
図１は、Ｉ２Ｃインタフェースによる通信システムを模式的に例示する。この通信システムは、複数のブロック（ブロックＡ（８１）とブロックＢ（８２）と）を、Ｉ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit：集積回路間通信）バスを介して通信可能にシリアル接続する。

【0017】

Ｉ２Ｃインタフェースは、マイコンシステムなどにおいてＩＣ間（例えばブロックＡ（８１）とブロックＢ（８２）との間）で通信をする際に用いられる同期式シリアル通信インタフェースである。Ｉ２Ｃインタフェースにおける信号線は、クロック線（ＳＣＬ：シリアルクロック）とデータ線（ＳＤＡ：シリアルデータ）の２本の信号線（図１においては省略）により構成されており、例えばプルアップ抵抗ＲＰでプルアップされた双方向信号線である。ここで、ブロックＡ（８１）は、例えばマスタデバイスであり、ブロックＢ（８２）は、例えばスレーブデバイスである。

【0018】

データ線は、ある電圧にプルアップされている。このプルアップ電圧は、スイッチング電源素子１０などから供給されるが、スイッチング電源素子１０に劣化、故障、破壊などが生じることにより、マイコンシステムのプログラムが誤動作（例えば暴走など）する恐れがある。

【0019】

スイッチング電源素子１０などの劣化や故障等の異常の兆候をいち早く検知することができれば、重大な事故等を事前に防止することができる可能性がある。

【0020】

図２は、スイッチング電源素子１０に異常が発生した場合の電圧値Ｖｃｃの一例を概略的に示す。

【0021】

スイッチング電源素子１０などに劣化や軽微な故障が生じると、正常動作時（スペックの範囲内）において安定的に供給されていた電圧（段階ＳＰ１）は、次第に下降し始め（段階ＳＰ２）、そのまま放置すると、破壊等の重大な故障に結びつくくらいまで著しく下降し（段階ＳＰ３）、その結果、重大な事故を引き起こす場合もある。段階ＳＰ３に至る前、すなわち、下降し始めの段階ＳＰ２において異常を検知してアラートなどを出力することができれば、重大な事故等を未然に防止することができる可能性がある。

【0022】

図３は、Ｉ２Ｃシステムに適用した実施の形態に係る半導体装置１００の一例を模式的に示す。

【0023】

半導体装置１００は、プルアップ抵抗ＲＰでプルアップされたＩ２Ｃデータバスに、ポート（Ｐｏｒｔ）Ａを介して接続され、ノードＮ₁の電圧ＶＮ₁がＬｏｗレベルから所望の電圧Ｖｃｃ（閾値電圧Ｖｔｈ）まで上昇する際の傾き（Ｖｔｈ／（ｔ２−ｔ１））と所要時間（ｔ２−ｔ１）とに基づいて、スイッチング電源素子１０に異常が発生したか否かを監視する異常検出回路４０を備える。

【0024】

異常検出回路４０は、外部からポートＡを介して入力されるノードＮ₁の電圧ＶＮ₁が上昇を始めるとカウント値ＣＮＴのカウントアップを開始し、カウント値ＣＮＴが所定のカウント設定値ＣＮＴ＿ＭＡＸに達するまでカウントアップを実行するタイマＡ（３０）と、外部からポートＡを介して入力されるノードＮ₁の電圧ＶＮ₁と、所定の閾値電圧Ｖｔｈとを比較し、ノードＮ₁の電圧ＶＮ₁≧閾値電圧Ｖｔｈであれば、カウンタ出力Ｃ１を第１のレベル（Ｈｉｇｈレベル（「１」））に設定し、ノードＮ₁の電圧ＶＮ₁＜閾値電圧Ｖｔｈであれば、カウンタ出力Ｃ１を第２のレベル（Ｌｏｗレベル（「０」））に設定するコンパレータＡ（２０）とを備える。タイマＡ（３０）は、カウント値ＣＮＴが所定のカウント設定値ＣＮＴ＿ＭＡＸに達すると、コンパレータＡ（２０）から出力されるカウンタ出力Ｃ１を参照し、カウンタ出力Ｃ１がＨｉｇｈレベルでない場合に異常時の対応処理を実行する。

【0025】

所定のカウント設定値ＣＮＴ＿ＭＡＸは、正常動作時（スペックの範囲内）において電圧ＶＮ₁が所望の電圧Ｖｃｃ（閾値電圧Ｖｔｈ）に達するのに要する標準的な時間に基づいて、設定される。

【0026】

所定の閾値電圧Ｖｔｈは、スイッチング電源素子１０に異常が発生したか否かを判定するのに十分な値に設定される。閾値電圧Ｖｔｈの値を大きく設定すれば、異常発生の検出精度が上がるが、異常発生の検出に要する時間は長くなる。閾値電圧Ｖｔｈの値を小さく設定すれば、異常発生の検出精度は下がるが、異常発生の検出に要する時間は短縮される。

【0027】

また、半導体装置１００は、タイマ処理（カウントアップ）の開始を指示するタイマスタート信号ＳをタイマＡ（３０）に供給するｎＭＯＳトランジスタＭ１を備えても良い。

【0028】

また、異常検出回路４０は、ポートＡから入力される電圧ＶＮ₁などを一時的に蓄えるバッファ３５を備えても良い。

【0029】

ポートＡは、双方向（入出力）端子である。例えば、Ｉ２Ｃのデータ線（ＳＤＡ）が接続される。

【0030】

ノードＮ₁の電圧ＶＮ₁は、半導体装置１００内のドライブ（Ｄｒｉｖｅ）Ｎにより、ＧＮＤレベル（Ｌｏｗレベル「０」）と、電源電圧Ｖｃｃとの２つの値をとる。ｎＭＯＳトランジスタＭ１のドライブＮがＨｉｇｈレベル（「１」）であれば、ノードＮ₁の電圧ＶＮ₁はＬｏｗレベル（「０」）となり、ドライブＮがＬｏｗレベル（「０」）であれば、ノードＮ₁の電圧ＶＮ₁は、Ｈｉｇｈレベル（「１」）となる。ノードＮ₁の電圧ＶＮ₁のＨｉｇｈレベルは、スイッチング電源素子１０により維持される。

【0031】

図４は、半導体装置１００における正常動作時のドライブＮ（図４（ａ））とノードＮ₁の電圧ＶＮ₁（図４（ｂ））との関係を模式的に例示する。ドライブＮがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに移行する時刻ｔ１、すなわち、ノードＮ₁の電圧ＶＮ₁がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに移行する時刻ｔ１では、ノードＮ₁の電圧レベルは緩やかに上昇していく。

【0032】

図５は、半導体装置１００における異常動作時のドライブＮ（図５（ａ））とノードＮ₁の電圧ＶＮ₁（図５（ｂ））との関係を模式的に例示する。

【0033】

ここで、スイッチング電源素子１０が劣化し始め、スイッチング電源素子１０が供給する電流Ｉが減り始めたとする。すると、時刻ｔ１から、ノードＮ₁の電圧ＶＮ₁がＬｏｗレベルから所望の電圧Ｖｃｃまで上昇するのに要する時間（図５（ｂ）での破線）が、正常動作時に要する時間（図５（ｂ）での実線）に比べて長くなり始める。これは、プルアップ抵抗ＲＰの劣化により、スイッチング電源素子１０がプルアップ抵抗ＲＰを介して、電流Ｉで充電していく時間が、正常動作に比べて時間を要するようになるからである。

【0034】

実施の形態に係る半導体装置１００は、ノードＮ₁の電圧ＶＮ₁が所望の電圧Ｖｃｃ（閾値電圧Ｖｔｈ）に達するのに要する時間を測定し、その時間が所定の時間よりも長くなった場合に、スイッチング電源素子１０に異常（例えば劣化の兆し）が生じていると判断し、アラート等を出力して、重大な事故等を未然に防止する。

【0035】

図６は、半導体装置１００における正常動作時のドライブＮ（図６（ａ））とノードＮ₁の電圧ＶＮ₁（図６（ｂ））とタイマＡ（３０）（図６（ｃ））との関係を模式的に例示する。

【0036】

ドライブＮがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに転じると、タイマスタート信号ＳがタイマＡ（３０）に供給され、タイマＡ（３０）は、カウント値ＣＮＴをカウントアップし始める。タイマＡ（３０）は、カウント値ＣＮＴが所定のカウント設定値ＣＮＴ＿ＭＡＸに達すると、カウントアップを停止する。

【0037】

コンパレータＡ（２０）は、ノードＮ₁の電圧ＶＮ₁と所定の閾値電圧Ｖｔｈとを比較し、ノードＮ₁の電圧ＶＮ₁≧閾値電圧Ｖｔｈであれば、カウンタ出力Ｃ１をＨｉｇｈレベル（「１」）に設定し、ノードＮ₁の電圧ＶＮ₁＜閾値電圧Ｖｔｈであれば、カウンタ出力Ｃ１をＬｏｗレベル（「０」）に設定する。

【0038】

図６に例示するように、正常動作時においては、カウント値ＣＮＴが所定のカウント設定値ＣＮＴ＿ＭＡＸに達する前に、カウンタ出力Ｃ１がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに転じる（時刻ｔ２）。したがって、ノードＮ₁の電圧ＶＮ₁が閾値電圧Ｖｔｈまで達するのに要する時間が正常動作時の範囲内であり、スイッチング電源素子１０に異常（例えば劣化の兆し）が生じていないと判断し、タイマＡ（３０）は、アラート等を出力しない。

【0039】

図７は、実施の形態に係る半導体装置１００における異常動作時のドライブＮ（図７（ａ））とノードＮ₁の電圧ＶＮ₁（図７（ｂ））とタイマＡ（３０）（図７（ｃ））との関係を模式的に例示する。

【0040】

図７に例示するように、異常動作時においては、カウント値ＣＮＴが所定のカウント設定値ＣＮＴ＿ＭＡＸに達しても、カウンタ出力Ｃ１はＬｏｗレベルのままである（カウンタ出力Ｃ１がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに転じるのは（時刻ｔ２）、カウント値ＣＮＴが所定のカウント設定値ＣＮＴ＿ＭＡＸに達した後である）。したがって、ノードＮ₁の電圧ＶＮ₁が閾値電圧Ｖｔｈまで達するのに要する時間が正常動作時に比べて長く、スイッチング電源素子１０に異常（例えば劣化の兆し）が生じていると判断し、タイマＡ（３０）は、アラート等を出力する。

【0041】

以上説明したように、Ｉ２Ｃシステムに適用した実施の形態に係る半導体装置１００によれば、電源供給時における電圧変化を監視することで、スイッチング電源素子１０などの劣化や故障等の異常の兆候をいち早く検知することができる。

【0042】

（ＣＡＮシステムに適用した半導体装置の構成例）
実施の形態に係る半導体装置１００は、Ｉ２Ｃシステム以外にも、差動インタフェースを用いるＬＶＤＳ（Low Voltage Differential Signaling）、ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ（ディスプレイポート）、ＨＤＭＩ（登録商標）（High-Definition Multimedia Interface）、ＣＡＮ（Controller Area Network）などにも適用することができる。

【0043】

図８は、ＣＡＮシステムに適用した実施の形態に係る半導体装置１００の一例を模式的示す。

【0044】

実施の形態に係る半導体装置１００においは、特定のデータフレームの特定ビットがＨｉｇｈレベルであることが確定している場合に、その特定ビットが所望の電圧に達するまでに要する時間をタイマＡ（３０）が計測する。

【0045】

異常検出回路４０を備える半導体装置１００は、ＣＡＮデバイスＳＧ１（６１）、ＳＧ２（６２）に接続され、ＣＡＮ信号が正常の傾き且つ正常の所要時間でＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルあるいはＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化するか否かを監視する。異常を検出した場合、半導体装置１００は、ＣＰＵ２００に対してＩＲＱ（Interrupt ReQuest：割り込み要求）信号を出力して、異常検出を通知する。

【0046】

ＣＰＵ２００は、正常動作時には、ＣＡＮデバイスＳＧ１（６１）、ＳＧ２（６２）の機能を有効にするイネーブル信号ＥＮ１、ＥＮ２をそれぞれＣＡＮデバイスＳＧ１（６１）、ＳＧ２（６２）に出力する。それに対して、半導体装置１００からのＩＲＱ信号を受信したＣＰＵ２００は、ＩＲＱ信号に呼応して、ＣＡＮデバイスＳＧ１（６１）、ＳＧ２（６２）の機能を無効にするディスエーブル信号をイネーブル端子ＥＮ１、ＥＮ２からＣＡＮデバイスＳＧ１（６１）、ＳＧ２（６２）にそれぞれ出力する。

【0047】

以上説明したように、ＣＡＮシステムに適用した実施の形態に係る半導体装置１００によれば、ＣＡＮ信号の電圧変化を監視することで、ＣＡＮデバイスなどの劣化や故障等の異常の兆候をいち早く検知することができる。

【0048】

（半導体装置を適用したＩ２Ｃシステムの別の構成例）
図９は、実施の形態に係る半導体装置１００を適用したＩ２Ｃシステムの別の構成例を模式的に示す。

【0049】

図９に例示するＩ２Ｃシステムにおいては、Ｉ２Ｃマスタブロック３１０とＩ２Ｃスレーブブロック３２０は、クロック線（ＳＣＬ）とデータ線（ＳＤＡ）の２本の信号線を介して、通信可能に接続されている。クロック線（ＳＣＬ）とデータ線（ＳＤＡ）は、プルアップ抵抗Ｒ１、Ｒ２でそれぞれプルアップされた双方向信号線である。

【0050】

Ｉ２Ｃマスタデバイス（マスタ１）３００は、Ｉ２Ｃマスタブロック３１０と実施の形態に係る半導体装置１００とを内蔵したＩ２Ｃのマスタデバイスである。半導体装置１００は、少なくとも実施の形態に係る異常検出回路４０を備える。

【0051】

異常検出回路４０を備える半導体装置１００は、端子ＳＤＡ１、ＳＣＬ１を介してクロック線（ＳＣＬ）とデータ線（ＳＤＡ）に接続され、クロック線（ＳＣＬ）とデータ線（ＳＤＡ）の電圧が正常の傾き且つ正常の所要時間でＬｏｗレベルから所望の電圧Ｖｃｃ（閾値電圧Ｖｔｈ）まで上昇するか否かを監視する。異常を検出した場合、半導体装置１００は、ＣＰＵ２００に対してＩＲＱ信号を出力して、異常検出を通知する。

【0052】

ＣＰＵ２００は、正常動作時には、Ｉ２Ｃマスタブロック３１０とＩ２Ｃスレーブブロック３２０の機能を有効にするイネーブル信号ＳＣＬ１、ＳＤＡ１をそれぞれ２Ｃマスタブロック３１０とＩ２Ｃスレーブブロック３２０に出力する。

【0053】

それに対して、半導体装置１００からＩＲＱ信号を受信したＣＰＵ２００は、ＩＲＱ信号に呼応して、２Ｃマスタブロック３１０とＩ２Ｃスレーブブロック３２０の機能を無効にするディスエーブル信号ＳＣＬ１、ＳＤＡ１をそれぞれ２Ｃマスタブロック３１０とＩ２Ｃスレーブブロック３２０に出力することもできる。しかしながら、異常が発生しているこのような状況において、通常のＩ２Ｃ信号線（バス）を用いてイネーブル信号ＳＣＬ１、ＳＤＡ１を送信することは好ましくない場合もある。そこで、ＣＰＵ２００は、せめてＩ２Ｃマスタデバイス（マスタ１）３００内のＩ２Ｃマスタブロック３１０だけでも機能停止させるために、非常用のＩ２Ｃ信号線（バス）を用いて、ディスエーブル信号ＳＣＬ２、ＳＤＡ２を、非常用のバスを用いて、Ｉ２Ｃマスタデバイス（マスタ１）３００の非常用の端子ＳＤＡ２、ＳＣＬ２に出力する。

【0054】

ＣＰＵ２００から非常用の端子ＳＤＡ２、ＳＣＬ２を介してディスエーブル信号ＳＣＬ２、ＳＤＡ２を受信した半導体装置１００は、Ｉ２Ｃマスタデバイス（マスタ１）３００内のＩ２Ｃマスタブロック３１０の機能を停止させる。

【0055】

以上説明したように、半導体装置１００を適用したＩ２Ｃシステムの別の構成例によれば、劣化や故障等の異常の兆候をいち早く検知することができるとともに、Ｉ２Ｃマスタブロック３１０などを安全に停止させることができる。

【0056】

（監視用ＬＳＩ）
図１０は、実施の形態に係る半導体装置１００を集積化した監視用ＬＳＩ７０の一例を模式的に示す。監視用ＬＳＩ７０は、異常検出回路４０（図示せず）を備える半導体装置１００（図示せず）と、監視用レジスタ７１とを備え、Ｉ２Ｃ信号線Ｉ２Ｃ１を介してＣＰＵ２００と接続される。監視用ＬＳＩ７０は、異常を検出した場合、ＣＰＵ２００あるいは他のデバイスなどに対してＩＲＱ信号を出力して、異常検出を通知する。

【0057】

図１１は、監視用ＬＳＩ７０の１つの適用例を模式的に示しており、Ｉ２Ｃマスタデバイス３００は、Ｉ２Ｃマスタブロック３１０と監視用ＬＳＩ７０とを内蔵する。

【0058】

なお、図１１に示す例では、Ｉ２Ｃマスタブロック３１０と監視用ＬＳＩ７０とが一体化された例を示しているが、Ｉ２Ｃスレーブブロック３２０と監視用ＬＳＩ７０とが一体化されても良い。

【0059】

図１２は、監視用ＬＳＩのさらに別の例を模式的に示しており、監視用ＬＳＩ７０は、Ｉ２Ｃマスタブロック３１０やＩ２Ｃスレーブブロック３２０とは独立した形で配備されている。

【0060】

図１３は、監視用ＬＳＩ７０（半導体装置１００）を適用したＣＡＮシステムのバス構成例を模式的に示す。また、図１４は、実施の形態に係る半導体装置を適用したＣＡＮシステムのＣＡＮパケットエラー訂正信号４０１とシリアルインタフェース４０２との関係を模式的に例示する。

【0061】

（半導体装置の処理動作例）
図１５は、実施の形態に係る半導体装置１００（異常検出回路４０）の処理動作例を概略的に示す。

【0062】

ステップＳ１０１において、ドライブＮがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに転じると、タイマスタート信号ＳがタイマＡ（３０）に供給され、ステップＳ１０２において、タイマＡ（３０）は、カウント値ＣＮＴをカウントアップし始める。

【0063】

次に、ステップＳ１０３において、タイマＡ（３０）は、カウント値ＣＮＴが所定のカウント設定値ＣＮＴ＿ＭＡＸに達したか否かを判定する。ステップＳ１０３における判定の結果、カウント値ＣＮＴが所定のカウント設定値ＣＮＴ＿ＭＡＸに達していれば、ステップＳ１０８に進み、逆に、カウント値ＣＮＴが所定のカウント設定値ＣＮＴ＿ＭＡＸに達していなければ、ステップＳ１０４に進む。

【0064】

ステップＳ１０４において、コンパレータＡ（２０）は、ノードＮ₁の電圧ＶＮ₁と所定の閾値電圧Ｖｔｈとを比較する。ステップＳ１０４における判定の結果、ノードＮ₁の電圧ＶＮ₁≧閾値電圧Ｖｔｈであれば、コンパレータＡ（２０）は、ステップＳ１０６において、カウンタ出力Ｃ１をＨｉｇｈレベル（「１」）に設定する。逆に、ノードＮ₁の電圧ＶＮ₁＜閾値電圧Ｖｔｈであれば、コンパレータＡ（２０）は、ステップＳ１０５において、カウンタ出力Ｃ１をＬｏｗレベル（「０」）に設定する。

【0065】

次に、ステップＳ１０７において、タイマＡ（３０）は、カウント値ＣＮＴをカウントアップする。

【0066】

以上のステップＳ１０３〜Ｓ１０７の一連の処理を、カウント値ＣＮＴが所定のカウント設定値ＣＮＴ＿ＭＡＸに達するまで繰り返す。

【0067】

ステップＳ１０３における判定の結果、カウント値ＣＮＴが所定のカウント設定値ＣＮＴ＿ＭＡＸに達していれば、次に、ステップＳ１０８において、半導体装置１００は、カウンタ出力Ｃ１がＨｉｇｈレベルであるか否かを判定する。

【0068】

ステップＳ１０８における判定の結果、カウンタ出力Ｃ１がＨｉｇｈレベルである場合、所定の時間内に、ノードＮ₁の電圧ＶＮ₁が所望の電圧Ｖｃｃ（閾値電圧Ｖｔｈ）に到達したためスイッチング電源素子１０に異常（例えば劣化の兆し）が生じていないと判断し、一連の処理を終了する。

【0069】

ステップＳ１０８における判定の結果、カウンタ出力Ｃ１がＨｉｇｈレベルでない（すなわち、カウンタ出力Ｃ１がＬｏｗレベルである）場合、所定の時間が経過しても、ノードＮ₁の電圧ＶＮ₁が所望の電圧Ｖｃｃ（閾値電圧Ｖｔｈ）に到達していないのでスイッチング電源素子１０に異常（例えば劣化の兆し）が生じていると判断し、半導体装置１００は、ステップＳ１０９において、異常時の対応処理を実行する。ステップＳ１０９における異常時の対応処理としては、上述したように、アラート（例えば、警告メッセージ、警告音など）を出力する、ＣＰＵ２００に対してＩＲＱ信号を出力して、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。

【0070】

以上説明したように、本実施の形態によれば、電源供給時における電圧変化を監視し、スイッチング電源素子などの劣化や故障等の異常の兆候をいち早く検知することができる異常検出回路およびその動作方法、半導体装置およびその動作方法、および通信システムを提供することができる。

【0071】

［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。

【0072】

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（スイッチング電源素子１０）を例にして説明したが、電源電圧を供給する対象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。

【0073】

また、実施の形態においては、Ｉ２Ｃ、ＬＶＤＳ、ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ、ＨＤＭＩ（登録商標）、ＣＡＮなどの通信システムに半導体装置１００を適用した例を説明したが、半導体装置１００を適用する通信システムは、これらに限らず、ＳＩＯ（Serial Input/Output）、ＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）など、様々な通信システムに適用可能である。

【0074】

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。

【産業上の利用可能性】

【0075】

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。

【符号の説明】

【0076】

１０…スイッチング電源素子
４０…異常検出回路
３０…タイマＡ
２０…コンパレータＡ
６１…ＣＡＮデバイスＳＧ１
６２…ＣＡＮデバイスＳＧ２
７０…監視用ＬＳＩ
７１…監視用レジスタ
８１…ブロックＡ
８２…ブロックＢ
１００…半導体装置
２００…ＣＰＵ
３００…Ｉ２Ｃマスタデバイス（マスタ１）
３１０…Ｉ２Ｃマスタブロック
３２０…Ｉ２Ｃスレーブブロック
４０１…ＣＡＮパケットエラー訂正信号
４０２…シリアルインタフェース
Ｃ１…カウンタ出力
ＣＮＴ…カウント値
ＣＮＴ＿ＭＡＸ…カウント設定値
ＥＮ１、ＥＮ２…イネーブル端子
ＥＮ１、ＥＮ２、ＳＣＬ１、ＳＤＡ１…イネーブル信号
Ｉ…電流
Ｉ２Ｃ１…Ｉ２Ｃ信号線
Ｌ−ｃｈ、Ｒ−ｃｈ…データ信号
Ｍ１…ｎＭＯＳトランジスタ
Ｎ…ドライブ（Ｄｒｉｖｅ）
Ｎ₁…ノード
ＲＰ、Ｒ１、Ｒ２…プルアップ抵抗
Ｓ…タイマスタート信号
ＳＣＬ２、ＳＤＡ２…ディスエーブル信号
ＳＣＬ…クロック線
ＳＤＡ…データ線
ＳＤＡ１、ＳＣＬ１…端子
ＳＤＡ２、ＳＣＬ２…非常用の端子
ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３…段階
ｔ１、ｔ２…時刻
Ｖｃｃ…電源電圧（所望の電圧）
ＶＮ₁…電圧
Ｖｔｈ…閾値電圧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】