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(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】P2024065341
(43)【公開日】2024-05-15
(54)【発明の名称】回路装置及びリアルタイムクロック装置
(51)【国際特許分類】
H02J 9/06 20060101AFI20240508BHJP
H02J 7/00 20060101ALI20240508BHJP
G06F 1/26 20060101ALI20240508BHJP
H03L 3/00 20060101ALN20240508BHJP
【ＦＩ】
H02J9/06 110
H02J7/00 B
G06F1/26 303
H03L3/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022174163
(22)【出願日】2022-10-31
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ
(71)【出願人】
【識別番号】000002369
【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100104710
【弁理士】
【氏名又は名称】竹腰 昇
(74)【代理人】
【識別番号】100090479
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 一
(74)【代理人】
【識別番号】100124682
【弁理士】
【氏名又は名称】黒田 泰
(74)【代理人】
【識別番号】100166523
【弁理士】
【氏名又は名称】西河 宏晃
(72)【発明者】
【氏名】神山 正之
【テーマコード（参考）】
5B011
5G015
5G503
5J106
【Ｆターム（参考）】
5B011DA06
5B011DA11
5B011DA13
5B011EA00
5B011JB10
5G015GB06
5G015JA05
5G015JA07
5G015JA55
5G015JA60
5G503AA08
5G503BA01
5G503BB01
5G503BB03
5G503DA04
5J106AA01
5J106DD08
5J106EE03
5J106EE17
5J106GG16
5J106HH08
5J106KK34
(57)【要約】
【課題】不安定なエナジーハーベスト電源を用いる場合において適切な電源切り替え制御が可能な回路装置等を提供すること。
【解決手段】回路装置１００は、バッテリー電源端子ＴＶＢＡＴと、エナジーハーベスト電源端子ＴＶＤＤ２と、蓄電電源端子ＴＶＤＤと、電源スイッチ回路１１０と、電源スイッチ回路１１０を制御する制御回路１２０と、を含む。電源スイッチ回路１１０は、第１状態では、エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２をバッテリー電源端子ＴＶＢＡＴに供給することでバッテリー７０を充電しながら、蓄電電源電圧ＶＤＤを供給ノードＮＶＯＵＴに出力する。電源スイッチ回路１１０は、第２状態では、エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２を蓄電電源端子ＴＶＤＤに供給することで蓄電用キャパシター５０を充電しながら、蓄電電源電圧ＶＤＤ及びエナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２を供給ノードＮＶＯＵＴに出力する。
【選択図】図１
【解決手段】回路装置１００は、バッテリー電源端子ＴＶＢＡＴと、エナジーハーベスト電源端子ＴＶＤＤ２と、蓄電電源端子ＴＶＤＤと、電源スイッチ回路１１０と、電源スイッチ回路１１０を制御する制御回路１２０と、を含む。電源スイッチ回路１１０は、第１状態では、エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２をバッテリー電源端子ＴＶＢＡＴに供給することでバッテリー７０を充電しながら、蓄電電源電圧ＶＤＤを供給ノードＮＶＯＵＴに出力する。電源スイッチ回路１１０は、第２状態では、エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２を蓄電電源端子ＴＶＤＤに供給することで蓄電用キャパシター５０を充電しながら、蓄電電源電圧ＶＤＤ及びエナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２を供給ノードＮＶＯＵＴに出力する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
バッテリーに接続されるバッテリー電源端子と、
エナジーハーベスト電源に接続されるエナジーハーベスト電源端子と、
蓄電用キャパシターに接続される蓄電電源端子と、
電源スイッチ回路と、
前記電源スイッチ回路を制御する制御回路と、
を含み、
前記電源スイッチ回路は、
第１状態では、前記エナジーハーベスト電源端子からのエナジーハーベスト電源電圧を前記バッテリー電源端子に供給することで前記バッテリーを充電しながら、前記蓄電電源端子からの蓄電電源電圧を供給ノードに出力し、
第２状態では、前記エナジーハーベスト電源電圧を前記蓄電電源端子に供給することで前記蓄電用キャパシターを充電しながら、前記蓄電電源電圧及び前記エナジーハーベスト電源電圧を前記供給ノードに出力することを特徴とする回路装置。
エナジーハーベスト電源に接続されるエナジーハーベスト電源端子と、
蓄電用キャパシターに接続される蓄電電源端子と、
電源スイッチ回路と、
前記電源スイッチ回路を制御する制御回路と、
を含み、
前記電源スイッチ回路は、
第１状態では、前記エナジーハーベスト電源端子からのエナジーハーベスト電源電圧を前記バッテリー電源端子に供給することで前記バッテリーを充電しながら、前記蓄電電源端子からの蓄電電源電圧を供給ノードに出力し、
第２状態では、前記エナジーハーベスト電源電圧を前記蓄電電源端子に供給することで前記蓄電用キャパシターを充電しながら、前記蓄電電源電圧及び前記エナジーハーベスト電源電圧を前記供給ノードに出力することを特徴とする回路装置。
【請求項2】
請求項１に記載された回路装置において、
前記電源スイッチ回路は、
スタートアップ期間において、前記エナジーハーベスト電源電圧を前記蓄電電源端子に供給することで前記蓄電用キャパシターを充電し、
前記スタートアップ期間の後に、前記第１状態と前記第２状態を繰り返すことを特徴とする回路装置。
前記電源スイッチ回路は、
スタートアップ期間において、前記エナジーハーベスト電源電圧を前記蓄電電源端子に供給することで前記蓄電用キャパシターを充電し、
前記スタートアップ期間の後に、前記第１状態と前記第２状態を繰り返すことを特徴とする回路装置。
【請求項3】
請求項１に記載された回路装置において、
前記電源スイッチ回路は、前記エナジーハーベスト電源電圧が非供給であるとき、前記バッテリー電源端子からのバッテリー電源電圧を前記供給ノードに出力することを特徴とする回路装置。
前記電源スイッチ回路は、前記エナジーハーベスト電源電圧が非供給であるとき、前記バッテリー電源端子からのバッテリー電源電圧を前記供給ノードに出力することを特徴とする回路装置。
【請求項4】
請求項１に記載された回路装置において、
前記電源スイッチ回路は、前記バッテリー及び前記蓄電用キャパシターが満充電になったとき、前記エナジーハーベスト電源電圧を放電すると共に前記バッテリー電源端子及び前記蓄電電源端子に対して前記エナジーハーベスト電源電圧を非供給にすることを特徴とする回路装置。
前記電源スイッチ回路は、前記バッテリー及び前記蓄電用キャパシターが満充電になったとき、前記エナジーハーベスト電源電圧を放電すると共に前記バッテリー電源端子及び前記蓄電電源端子に対して前記エナジーハーベスト電源電圧を非供給にすることを特徴とする回路装置。
【請求項5】
請求項４に記載された回路装置において、
前記電源スイッチ回路は、前記バッテリー及び前記蓄電用キャパシターが前記満充電になったとき、前記蓄電電源電圧を前記供給ノードに出力することを特徴とする回路装置。
前記電源スイッチ回路は、前記バッテリー及び前記蓄電用キャパシターが前記満充電になったとき、前記蓄電電源電圧を前記供給ノードに出力することを特徴とする回路装置。
【請求項6】
請求項１に記載された回路装置において、
前記供給ノードの電圧を回路装置の外部に出力する電源出力端子を含むことを特徴とする回路装置。
前記供給ノードの電圧を回路装置の外部に出力する電源出力端子を含むことを特徴とする回路装置。
【請求項7】
請求項１に記載された回路装置において、
インターフェース回路と、
前記インターフェース回路を介して前記電源スイッチ回路の制御パラメーターを書き込み可能なメモリーと、
を含み、
前記制御回路は、前記メモリーに記憶された前記制御パラメーターに基づいて動作するシーケンサー又はコントローラーであることを特徴とする回路装置。
インターフェース回路と、
前記インターフェース回路を介して前記電源スイッチ回路の制御パラメーターを書き込み可能なメモリーと、
を含み、
前記制御回路は、前記メモリーに記憶された前記制御パラメーターに基づいて動作するシーケンサー又はコントローラーであることを特徴とする回路装置。
【請求項8】
請求項１に記載された回路装置において、
前記電源スイッチ回路は、
前記蓄電電源端子と前記供給ノードとの間に設けられる第１スイッチと、
前記バッテリー電源端子と前記供給ノードとの間に設けられる第２スイッチと、
前記バッテリー電源端子と前記エナジーハーベスト電源端子との間に設けられる第３スイッチと、
前記エナジーハーベスト電源端子と前記蓄電電源端子との間に設けられる第４スイッチと、
を含むことを特徴とする回路装置。
前記電源スイッチ回路は、
前記蓄電電源端子と前記供給ノードとの間に設けられる第１スイッチと、
前記バッテリー電源端子と前記供給ノードとの間に設けられる第２スイッチと、
前記バッテリー電源端子と前記エナジーハーベスト電源端子との間に設けられる第３スイッチと、
前記エナジーハーベスト電源端子と前記蓄電電源端子との間に設けられる第４スイッチと、
を含むことを特徴とする回路装置。
【請求項9】
請求項８に記載された回路装置において、
前記第１状態において、前記第１スイッチ及び前記第３スイッチがオンであり、前記第２スイッチ及び前記第４スイッチがオフであり、
前記第２状態において、前記第１スイッチ及び前記第４スイッチがオンであり、前記第２スイッチ及び前記第３スイッチがオフであることを特徴とする回路装置。
前記第１状態において、前記第１スイッチ及び前記第３スイッチがオンであり、前記第２スイッチ及び前記第４スイッチがオフであり、
前記第２状態において、前記第１スイッチ及び前記第４スイッチがオンであり、前記第２スイッチ及び前記第３スイッチがオフであることを特徴とする回路装置。
【請求項10】
請求項８に記載された回路装置において、
電源出力端子を含み、
前記電源スイッチ回路は、前記供給ノードと前記電源出力端子との間に設けられる第５スイッチを含むことを特徴とする回路装置。
電源出力端子を含み、
前記電源スイッチ回路は、前記供給ノードと前記電源出力端子との間に設けられる第５スイッチを含むことを特徴とする回路装置。
【請求項11】
請求項１０に記載された回路装置において、
第３状態において、前記第２スイッチ及び第５スイッチがオンであり、前記第３スイッチ及び前記第４スイッチがオフであり、前記電源スイッチ回路は、前記バッテリー電源電圧を前記供給ノード及び前記電源出力端子に出力することを特徴とする回路装置。
第３状態において、前記第２スイッチ及び第５スイッチがオンであり、前記第３スイッチ及び前記第４スイッチがオフであり、前記電源スイッチ回路は、前記バッテリー電源電圧を前記供給ノード及び前記電源出力端子に出力することを特徴とする回路装置。
【請求項12】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載された回路装置において、
前記制御回路は、発振回路の発振信号に基づいてリアルタイムクロック処理を行い、
前記制御回路の電源電圧は、前記供給ノードの電圧に基づいて供給されることを特徴とする回路装置。
前記制御回路は、発振回路の発振信号に基づいてリアルタイムクロック処理を行い、
前記制御回路の電源電圧は、前記供給ノードの電圧に基づいて供給されることを特徴とする回路装置。
【請求項13】
請求項１２に記載された回路装置と、
前記発振回路に電気的に接続される振動子と、
を含むことを特徴とするリアルタイムクロック装置。
前記発振回路に電気的に接続される振動子と、
を含むことを特徴とするリアルタイムクロック装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、回路装置及びリアルタイムクロック装置等に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、ＲＴＣ回路と電源切替回路とを含むリアルタイムクロック装置が開示されている。電源切替回路には、メイン電源からの電源電圧と、二次電池等のバックアップ電源からの電源電圧とが供給される。電源切替回路は、メイン電源の電圧を監視する電源監視回路からの出力信号に基づいて、通常モードからスタンバイモードに切り替える。通常モードにおいて、電源切替回路は、メイン電源とバックアップ電源の間に設けられたスイッチ回路を間欠的にオンオフさせ、電源監視回路が電源監視を行う。スタンバイモードにおいて、電源切替回路は、スイッチ回路をオフする。これにより、メイン電源が遮断された場合のバックアップ電源からの無駄な電流の流入が低減され、速やかに電源切替が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１４－０１７９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
環境に存在するエネルギーから電力を得るエナジーハーベスト電源を回路の電源として利用する場合がある。エナジーハーベスト電源は不安定であることから、回路に対して安定な電源を供給するためには、適切な電源切り替え制御が求められる。特許文献１には、メイン電源と二次電池等のバックアップ電源との切り替え制御が開示されているが、エナジーハーベスト電源を含めた電源の切り替え制御については開示されていない。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一態様は、バッテリーに接続されるバッテリー電源端子と、エナジーハーベスト電源に接続されるエナジーハーベスト電源端子と、蓄電用キャパシターに接続される蓄電電源端子と、電源スイッチ回路と、前記電源スイッチ回路を制御する制御回路と、を含み、前記電源スイッチ回路は、第１状態では、前記エナジーハーベスト電源端子からのエナジーハーベスト電源電圧を前記バッテリー電源端子に供給することで前記バッテリーを充電しながら、前記蓄電電源端子からの蓄電電源電圧を供給ノードに出力し、第２状態では、前記エナジーハーベスト電源電圧を前記蓄電電源端子に供給することで前記蓄電用キャパシターを充電しながら、前記蓄電電源電圧及び前記エナジーハーベスト電源電圧を前記供給ノードに出力する回路装置に関係する。
【0006】
また本開示の他の態様は、上記の回路装置と、前記発振回路に電気的に接続される振動子と、を含むリアルタイムクロック装置に関係する。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】回路装置、リアルタイムクロック装置、及び電子機器の構成例。
【図2】電源スイッチ回路の詳細構成例。
【図3】スイッチ制御回路の詳細構成例。
【図4】初期状態におけるスイッチ状態。
【図5】スタートアップモードの蓄電用キャパシター充電状態におけるスイッチ状態。
【図6】ＥＨノーマルモードのバッテリー充電状態におけるスイッチ状態。
【図7】ＥＨノーマルモードの蓄電用キャパシター再充電状態におけるスイッチ状態。
【図8】ＥＨノーマルモードの満充電状態におけるスイッチ状態。
【図9】ＥＨノーマルモードのＶＢＯＵＴ出力オン状態におけるスイッチ状態。
【図10】ノーマルモードのＶＢＯＵＴ出力オフ状態におけるスイッチ状態。
【図11】ノーマルモードのＶＢＯＵＴ出力オン状態におけるスイッチ状態。
【図12】バックアップモードのＶＢＯＵＴ出力オフ状態におけるスイッチ状態。
【図13】バックアップモードのＶＢＯＵＴ出力オン状態におけるスイッチ状態。
【図14】電圧モニター状態におけるスイッチ状態。
【図15】電圧波形の一例。
【図16】状態遷移の例。
【図17】遷移条件の例。
【図18】遷移条件の例。
【図19】初期状態に関する状態遷移の例。
【図20】ＥＨノーマルモードのＶＢＯＵＴ出力オン状態に関する状態遷移の例。
【図21】遷移条件の例。
【図22】ノーマルモード及びバックアップモードに関する状態遷移の例。
【図23】遷移条件の例。
【図24】状態遷移の経過を示すタイミングチャート例。
【図25】状態遷移の経過を示すタイミングチャート例。
【図26】状態遷移の経過を示すタイミングチャート例。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが必須構成要件であるとは限らない。
【0009】
１．構成例
図１は、本実施形態の回路装置、回路装置を含むリアルタイムクロック装置、及びリアルタイムクロック装置を含む電子機器の構成例である。ここでは、本実施形態の電源切り替え制御をリアルタイムクロック装置に適用した例を説明するが、電源切り替え制御の適用対象はリアルタイムクロック装置に限らず、エナジーハーベスト電源を利用可能な様々な装置であってよい。
図１は、本実施形態の回路装置、回路装置を含むリアルタイムクロック装置、及びリアルタイムクロック装置を含む電子機器の構成例である。ここでは、本実施形態の電源切り替え制御をリアルタイムクロック装置に適用した例を説明するが、電源切り替え制御の適用対象はリアルタイムクロック装置に限らず、エナジーハーベスト電源を利用可能な様々な装置であってよい。
【0010】
電子機器３００は、リアルタイムクロック装置２００と外部回路９０と安定化キャパシター２０とエナジーハーベスト電源６０と蓄電用キャパシター５０とバッテリー７０とを含む。電子機器３００は、エナジーハーベスト電源６０を備えると共に、リアルタイムクロック装置２００が出力する時刻情報を用いる様々な機器であってよい。電子機器３００は、例えば、腕時計、ウェアラブルデバイス、電子計算機、屋外照明機器、防犯カメラ、定点カメラ、又は構造ヘルスモニターである。
【0011】
外部回路９０は、回路装置１００又はリアルタイムクロック装置２００の外部に設けられた回路であって、リアルタイムクロック装置２００が出力する電圧ＶＢＯＵＴを電源電圧として動作する。外部回路９０は、例えば、無線通信を行うためのＲＦモジュール、システムの状態をモニターするセンサーデバイス、マイクロコンピューター又はＣＰＵ等のプロセッサー、或いは電子機器を制御するコントローラーである。
【0012】
安定化キャパシター２０は、いわゆるバイパスコンデンサーであり、回路装置１００の内部電源電圧である電圧ＶＯＵＴを安定化する。
【0013】
エナジーハーベスト電源６０は、その周囲の環境に存在するエネルギーから発電を行う電源である。エナジーハーベスト電源６０は、外部環境に応じて電圧の供給状態が変化する電源、或いは、不定のタイミングで電圧供給する電源である。環境に存在するエネルギーは、例えば自然光、人工光、熱、温度差、又は振動である。エナジーハーベスト電源６０の一例は、自然光又は人工光を電力に変換するソーラーセル、熱又は温度差を電力に変換する熱電対、振動を電力に変換する圧電素子である。
【0014】
蓄電用キャパシター５０は、エナジーハーベスト電源６０が出力する電源電圧であるエナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２を一時的に蓄電するためのキャパシターである。蓄電用キャパシター５０に蓄電された電圧である蓄電電源電圧ＶＤＤは、メイン電源としてリアルタイムクロック装置２００へ供給される。
【0015】
バッテリー７０は、リアルタイムクロック装置２００のバックアップ電源である。バッテリー７０が出力する電圧であるバッテリー電源電圧ＶＢＡＴは、バックアップ電源としてリアルタイムクロック装置２００へ供給される。バッテリー７０は、繰り返し充放電可能な二次電池であり、例えばリチウム電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、又は鉛蓄電池である。或いは、バッテリー７０は、バックアップ電源用途の電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）である。
【0016】
リアルタイムクロック装置２００は、エナジーハーベスト電源６０、蓄電用キャパシター５０又はバッテリー７０から電力供給を受けて動作し、現在時刻情報を生成する。リアルタイムクロック装置２００は、メイン電源が非供給であっても、バックアップ電源から電力供給を受けて現在時刻情報の生成を継続する。
【0017】
リアルタイムクロック装置２００は、回路装置１００と振動子１０とを含む。リアルタイムクロック装置２００は、例えば、回路装置１００と振動子１０がパッケージに収容されることで構成されている。
【0018】
振動子１０は、電気的な信号により機械的な振動を発生する素子である。振動子１０は、水晶振動片等の振動片により実現できる。例えば振動子１０は、音叉型水晶振動片である。或いは振動子１０は、カット角がＡＴカット又はＳＣカット等の厚みすべり振動する水晶振動片などにより実現できる。なお本実施形態の振動子１０は、音叉型又は厚みすべり振動型以外の振動片、又は水晶以外の材料で形成された圧電振動片等の種々の振動片により実現できる。例えば、振動子１０として、ＳＡＷ共振子、又はシリコン基板を用いて形成されたシリコン製振動子としてのＭＥＭＳ振動子が採用されてもよい。ＳＡＷはSurface Acoustic Waveの略であり、ＭＥＭＳはMicro Electro Mechanical Systemsの略である。
【0019】
回路装置１００は、電源スイッチ回路１１０と制御回路１２０とメモリー１３０とインターフェース回路１４０と電圧検出回路１５０とレギュレーター１６０と発振回路１７０とパワーオンリセット回路ＰＯＲＤとを含む。またリアルタイムクロック装置２００は、蓄電電源端子ＴＶＤＤと、エナジーハーベスト電源端子ＴＶＤＤ２と、バッテリー電源端子ＴＶＢＡＴと、電源出力端子ＴＶＢＯＵＴと、端子ＴＶＯＵＴ、ＴＸ１及びＴＸ２とを含む。回路装置１００は、例えば、複数の回路素子が半導体基板に集積された集積回路装置である。各端子は、例えば半導体基板に形成されたパッドである。
【0020】
蓄電電源端子ＴＶＤＤは、蓄電用キャパシター５０の一端に接続される。蓄電用キャパシター５０の他端はグランドノードに接続される。エナジーハーベスト電源端子ＴＶＤＤ２は、エナジーハーベスト電源６０の電源出力端子に接続される。バッテリー電源端子ＴＶＢＡＴは、バッテリー７０の正極端子に接続される。バッテリー７０の負極端子はグランドノードに接続される。電源出力端子ＴＶＢＯＵＴは外部回路９０の電源ノードに接続される。端子ＴＶＯＵＴは、安定化キャパシター２０の一端に接続される。安定化キャパシター２０の他端はグランドノードに接続される。なお、本実施形態における接続は電気的な接続である。電気的な接続とは、電気信号が伝達可能に接続されていることであり、電気信号による情報の伝達が可能となる接続である。電気的な接続は受動素子又は能動素子等を介した接続であってもよい。
【0021】
電源スイッチ回路１１０は、制御回路１２０からのスイッチ制御信号ＳＷＣＴに基づいて、蓄電用キャパシター５０、エナジーハーベスト電源６０、バッテリー７０及び外部回路９０の間の接続を切り替える。具体的には、電源スイッチ回路１１０は、蓄電電源電圧ＶＤＤ、エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２及びバッテリー電源電圧ＶＢＡＴのいずれかの電圧を、内部電源電圧である電圧ＶＯＵＴとして出力する。また、電源スイッチ回路１１０は、エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２を蓄電用キャパシター５０へ充電する状態と、充電しない状態とを切り替える。また、電源スイッチ回路１１０は、エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２をバッテリー７０へ充電する状態と、充電しない状態とを切り替える。また、電源スイッチ回路１１０は、電圧ＶＯＵＴを電圧ＶＢＯＵＴとして外部に出力する状態と、出力しない状態とを切り替える。例えば、電源スイッチ回路１１０は、バッテリー電源電圧ＶＢＡＴを電源スイッチ回路１１０を介して電圧ＶＯＵＴ経由で電圧ＶＢＯＵＴとして外部に出力する状態と、出力しない状態とを切り替える。
【0022】
レギュレーター１６０は、電圧ＶＯＵＴを、ロジック回路用の電源電圧ＶＬＯＧにレギュレートする。レギュレーター１６０は、例えば、演算増幅器と抵抗で構成されたリニアレギュレーター、或いはスイッチとキャパシターで構成されたスイッチングレギュレーターである。
【0023】
パワーオンリセット回路ＰＯＲＤは、電源電圧ＶＬＯＧのノードに接続され、電源電圧ＶＬＯＧに基づいて、制御回路１２０のパワーオンリセットを行うためのパワーオンリセット信号Ｒ＿ＶＯＵＴを出力する。具体的には、パワーオンリセット回路ＰＯＲＤは、電圧ＶＯＵＴが供給されることで電源電圧ＶＬＯＧが閾値を超えたとき、パワーオンリセット信号Ｒ＿ＶＯＵＴをリセットレベルからリセット解除レベルにする。
【0024】
発振回路１７０は、振動子１０に接続され、振動子１０を発振させることで発振信号を生成し、その発振信号に基づくクロック信号を制御回路１２０へ出力する。振動子１０の一端は端子ＴＸ１に接続され、振動子１０の他端は端子ＴＸ２に接続される。端子ＴＸ１は発振回路１７０の駆動ノードに接続され、端子ＴＸ２は発振回路１７０の入力ノードに接続される。発振回路１７０は、ピアース型、コルピッツ型、インバーター型又はハートレー型等の種々のタイプの発振回路であってよい。
【0025】
メモリー１３０は、制御回路１２０が実行する処理の内容を制御する制御パラメーター１３１を記憶する。また、メモリー１３０は、制御回路１２０が実行する処理の内容が記述された制御プログラムを記憶してもよいし、回路装置１００の動作設定情報を記憶してもよいし、或いは制御回路１２０のワーキングメモリーとして機能してもよい。メモリー１３０は、ＲＡＭ等の揮発性メモリー、及びＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリーの少なくとも一方を含む。ＲＡＭは、Random Access Memoryの略である。ＥＥＰＲＯＭは、Electrically Erasable and Programmable Read Only Memoryの略である。
【0026】
インターフェース回路１４０は、リアルタイムクロック装置２００の外部の処理装置と回路装置１００との間の通信を行う。処理装置は、インターフェース回路１４０を介して、例えば制御パラメーター１３１、制御プログラム又は動作設定情報をメモリー１３０に書き込む。制御パラメーター１３１が外部から書き込み可能であることで、制御回路１２０が行う処理がプログラマブルになっている。
【0027】
電圧検出回路１５０は、蓄電電源電圧ＶＤＤの電圧値、エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２の電圧値、バッテリー電源電圧ＶＢＡＴの電圧値、及び電圧ＶＯＵＴの電圧値を検出し、各電圧値のデータを検出結果ＶＤＥＴとして制御回路１２０へ出力する。電圧検出回路１５０は、例えば、蓄電電源電圧ＶＤＤ、エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２、バッテリー電源電圧ＶＢＡＴ、又は電圧ＶＯＵＴを選択するセレクターと、セレクターが選択した電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換回路と、を含む。
【0028】
制御回路１２０は、ロジック回路用の電源電圧ＶＬＯＧと、発振回路１７０からのクロック信号とにより動作するロジック回路である。制御回路１２０は、ステートマシン等を含むシーケンサー又はコントローラーであり、制御パラメーター１３１に基づいて様々な処理を実施する。制御パラメーター１３１は、シーケンサー又はコントローラーが行う処理の内容を制御するパラメーターである。制御回路１２０は、発振回路１７０からのクロック信号に基づいてリアルタイムクロック処理を行うことで、現在時刻情報を生成する。インターフェース回路１４０は、現在時刻情報を外部の処理装置等に出力する。また、制御回路１２０は、スイッチ制御信号ＳＷＣＴを電源スイッチ回路１１０に出力することで、上述した電源スイッチ回路１１０における接続切り替えを制御する。具体的には、制御回路１２０は、電圧検出回路１５０からの各電圧値と様々な閾値とを比較し、その比較結果に基づいて電源スイッチ回路１１０の接続状態を決定し、その接続状態を指示するスイッチ制御信号ＳＷＣＴを電源スイッチ回路１１０に出力する。
【0029】
なお、上記において制御回路１２０の機能が、シーケンサー又はコントローラー、及びそれらが行う処理の内容を制御する制御パラメーター１３１により実現されるとしたが、これに限定されない。例えば、制御回路１２０は、ＣＰＵ、マイクロコンピューター又はＤＳＰ等のプロセッサーであってもよく、制御プログラムを実行することで様々な処理を実施してもよい。その場合、制御プログラムと共に制御パラメーター１３１がメモリー１３０に記憶され、プロセッサーが制御プログラム及び制御パラメーター１３１を用いて処理を実行することで、上述のシーケンサー又はコントローラーの機能を実現する。或いは、制御回路１２０は、その機能がハードウェアとして予め組み込まれたロジック回路であってもよい。また、上記において制御回路１２０が各電圧値のデータと閾値とを比較する構成としたが、これに限定されず、電圧検出回路１５０が、各電圧値と閾値とを比較するアナログコンパレーターであってもよい。その場合、アナログコンパレーターの比較結果が、検出結果ＶＤＥＴとして制御回路１２０へ出力される。
【0030】
図２は、電源スイッチ回路の詳細構成例であり、図３は、スイッチ制御回路の詳細構成例である。図２に示すように、電源スイッチ回路１１０は、スイッチ制御回路１１１と第１スイッチＳＷＡと第２スイッチＳＷＢと第３スイッチＳＷＣと第４スイッチＳＷＤと第５スイッチＳＷＥとスイッチＳＷＬと抵抗ＲＬとを含む。また電源スイッチ回路１１０は、パワーオンリセット回路ＰＯＲＡ、ＰＯＲＢ及びＰＯＲＣを含む。スイッチ制御回路１１１とスイッチ等との接続例については、図３に示す。以下、第１～第５スイッチの「第１～第５」を省略する。
【0031】
スイッチＳＷＢは、スイッチＳＷＢの一端と他端の間に直列接続されたスイッチＳＷＢａ及びＳＷＢｂを含む。スイッチＳＷＣは、スイッチＳＷＣの一端と他端の間に直列接続されたスイッチＳＷＣａ及びＳＷＣｂを含む。スイッチＳＷＤは、スイッチＳＷＤの一端と他端の間に直列接続されたスイッチＳＷＤａ及びＳＷＤｂを含む。
【0032】
スイッチＳＷＡは、スイッチ素子としてのＭＯＳトランジスターと、そのＭＯＳトランジスターのソース－ドレイン間に寄生するボディーダイオードとを含む。但し、スイッチＳＷＡの構成は、これに限定されない。スイッチＳＷＡは、スイッチ素子と、そのスイッチ素子に並列接続されたダイオードとを含んでいればよい。スイッチ素子がオンであるとき、スイッチＳＷＡの両端がスイッチ素子を介して双方向に接続される。スイッチ素子がオフであるとき、スイッチＳＷＡは、ダイオードの順方向にのみ電流を流すことが可能である。スイッチＳＷＡのオンは、スイッチＳＷＡのスイッチ素子がオンであることを示すものとし、スイッチＳＷＡのオフは、スイッチＳＷＡのスイッチ素子がオフであることを示すものとする。スイッチＳＷＢａ、ＳＷＢｂ、ＳＷＣａ、ＳＷＣｂ、ＳＷＤａ、ＳＷＤｂ及びＳＷＥについても、スイッチＳＷＡと同様である。
【0033】
スイッチＳＷＢのオンは、スイッチＳＷＢａ及びＳＷＢｂの両方がオンであることを示すものとし、スイッチＳＷＢのオフは、スイッチＳＷＢａ及びＳＷＢｂの両方がオフであることを示すものとする。スイッチＳＷＢがオンであるとき、スイッチＳＷＢの両端が双方向に接続され、スイッチＳＷＢがオフであるとき、スイッチＳＷＢの両端が双方向に遮断される。スイッチＳＷＣとスイッチＳＷＤについても、スイッチＳＷＢと同様である。
【0034】
スイッチＳＷＡの一端は、蓄電用キャパシター５０に接続された蓄電電源端子ＴＶＤＤに接続され、他端は、電圧ＶＯＵＴの供給ノードＮＶＯＵＴに接続される。スイッチＳＷＡのダイオードの順方向は、蓄電電源端子ＴＶＤＤから供給ノードＮＶＯＵＴへの方向である。
【0035】
スイッチＳＷＢの一端は、バッテリー７０に接続されたバッテリー電源端子ＴＶＢＡＴに接続され、他端は、電圧ＶＯＵＴの供給ノードＮＶＯＵＴに接続される。スイッチＳＷＢａ及びＳＷＢｂのうちスイッチＳＷＢａが、供給ノードＮＶＯＵＴ側に接続される。スイッチＳＷＢａのダイオードの順方向は、バッテリー電源端子ＴＶＢＡＴから供給ノードＮＶＯＵＴへの方向である。スイッチＳＷＢｂのダイオードの順方向は、供給ノードＮＶＯＵＴからバッテリー電源端子ＴＶＢＡＴへの方向である。
【0036】
スイッチＳＷＣの一端は、エナジーハーベスト電源６０に接続されたエナジーハーベスト電源端子ＴＶＤＤ２に接続され、他端は、バッテリー７０に接続されたバッテリー電源端子ＴＶＢＡＴに接続される。スイッチＳＷＣａ及びＳＷＣｂのうちスイッチＳＷＣａが、バッテリー電源端子ＴＶＢＡＴ側に接続される。スイッチＳＷＣａのダイオードの順方向は、エナジーハーベスト電源端子ＴＶＤＤ２からバッテリー電源端子ＴＶＢＡＴへの方向である。スイッチＳＷＣｂのダイオードの順方向は、バッテリー電源端子ＴＶＢＡＴからエナジーハーベスト電源端子ＴＶＤＤ２への方向である。
【0037】
スイッチＳＷＤの一端は、エナジーハーベスト電源６０に接続されたエナジーハーベスト電源端子ＴＶＤＤ２に接続され、他端は、蓄電用キャパシター５０に接続された蓄電電源端子ＴＶＤＤに接続される。スイッチＳＷＤａ及びＳＷＤｂのうちスイッチＳＷＤａが、蓄電電源端子ＴＶＤＤ側に接続される。スイッチＳＷＤａのダイオードの順方向は、エナジーハーベスト電源端子ＴＶＤＤ２から蓄電電源端子ＴＶＤＤへの方向である。スイッチＳＷＤｂのダイオードの順方向は、蓄電電源端子ＴＶＤＤからエナジーハーベスト電源端子ＴＶＤＤ２への方向である。
【0038】
スイッチＳＷＥの一端は、供給ノードＮＶＯＵＴに接続され、他端は、外部回路９０が接続された電源出力端子ＴＶＢＯＵＴに接続される。スイッチＳＷＥのダイオードの順方向は、電源出力端子ＴＶＢＯＵＴから供給ノードＮＶＯＵＴへの方向である。
【0039】
抵抗ＲＬ及びスイッチＳＷＬは、エナジーハーベスト電源６０の放電回路である。抵抗ＲＬの一端はエナジーハーベスト電源端子ＴＶＤＤ２に接続され、他端はスイッチＳＷＬの一端に接続される。スイッチＳＷＬの他端はグランドノードに接続される。スイッチＳＷＬは、例えば、１又は複数のトランジスターで構成されたアナログスイッチである。
【0040】
パワーオンリセット回路ＰＯＲＡは、蓄電電源端子ＴＶＤＤに接続され、蓄電電源電圧ＶＤＤに基づいてパワーオンリセット信号Ｒ＿ＶＤＤを出力する。具体的には、パワーオンリセット回路ＰＯＲＡは、蓄電電源電圧ＶＤＤが上昇して閾値を超えたとき、パワーオンリセット信号Ｒ＿ＶＤＤをリセットレベルからリセット解除レベルにする。
【0041】
パワーオンリセット回路ＰＯＲＢは、エナジーハーベスト電源端子ＴＶＤＤ２に接続され、エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２に基づいてパワーオンリセット信号Ｒ＿ＶＤＤ２を出力する。具体的には、パワーオンリセット回路ＰＯＲＢは、エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２が上昇して閾値を超えたとき、パワーオンリセット信号Ｒ＿ＶＤＤ２をリセットレベルからリセット解除レベルにする。
【0042】
パワーオンリセット回路ＰＯＲＣは、バッテリー電源端子ＴＶＢＡＴに接続され、バッテリー電源電圧ＶＢＡＴに基づいてパワーオンリセット信号Ｒ＿ＶＢＡＴを出力する。具体的には、パワーオンリセット回路ＰＯＲＣは、バッテリー電源電圧ＶＢＡＴが上昇して閾値を超えたとき、パワーオンリセット信号Ｒ＿ＶＢＡＴをリセットレベルからリセット解除レベルにする。
【0043】
図３に示すように、制御回路１２０には、電圧検出の検出結果ＶＤＥＴと、パワーオンリセット信号Ｒ＿ＶＯＵＴ、Ｒ＿ＶＤＤ、Ｒ＿ＶＤＤ２及びＲ＿ＶＢＡＴとに基づいて、スイッチ制御信号ＳＷＣＴを出力する。
【0044】
スイッチ制御回路１１１は、スイッチ制御信号ＳＷＣＴと、パワーオンリセット信号Ｒ＿ＶＤＤ、Ｒ＿ＶＤＤ２及びＲ＿ＶＢＡＴとに基づいて、信号ＣＳＡ、ＣＳＢａ、ＣＳＢｂ、ＣＳＣａ、ＣＡＣｂ、ＣＳＤａ、ＣＳＤｂ、ＣＳＥ及びＣＳＬを出力する。信号ＣＳＡは、スイッチＳＷＡをオン又はオフに制御する信号である。同様に、信号ＣＳＢａ、ＣＳＢｂ、ＣＳＣａ、ＣＡＣｂ、ＣＳＤａ、ＣＳＤｂ、ＣＳＥ、ＣＳＬは、スイッチＳＷＢａ、ＳＷＢｂ、ＳＷＣａ、ＳＷＣｂ、ＳＷＤａ、ＳＷＤｂ、ＳＷＥ、ＳＷＬをオン又はオフに制御する信号である。スイッチ制御回路１１１は、各スイッチを、スイッチ制御信号ＳＷＣＴにより指示されるオン又はオフの状態に制御する。スイッチ制御回路１１１はロジック回路である。またスイッチ制御回路１１１は、信号レベルを電源電圧ＶＬＯＧから各スイッチのゲート制御に必要な電圧レベルにレベルシフトするレベルシフターを含んでもよい。
【0045】
２．スイッチ回路のモード及び状態
制御回路１２０は、モード及び状態に応じて電源スイッチ回路１１０のスイッチ状態を制御する。ここでは、各モード及び各状態におけるスイッチ状態を説明する。モード間及び状態間の遷移については後述する。
制御回路１２０は、モード及び状態に応じて電源スイッチ回路１１０のスイッチ状態を制御する。ここでは、各モード及び各状態におけるスイッチ状態を説明する。モード間及び状態間の遷移については後述する。
【0046】
図４は、初期状態におけるスイッチ状態である。初期状態ＳＴ０は、回路装置１００が起動する前の状態、即ち回路装置１００に対してエナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２、蓄電電源電圧ＶＤＤ及びバッテリー電源電圧ＶＢＡＴのいずれも投入されていない状態である。
【0047】
初期状態ＳＴ０において、スイッチＳＷＢｂ及びＳＷＤｂがオンであり、スイッチＳＷＡ、ＳＷＢａ、ＳＷＣａ、ＳＷＣｂ、ＳＷＤａ、ＳＷＥ及びＳＷＬがオフである。
【0048】
図５は、スタートアップモードの蓄電用キャパシター充電状態におけるスイッチ状態である。スタートアップモードは、回路装置１００の起動時に設定されるモードである。スタートアップモードの蓄電用キャパシター充電状態ＳＴ１は、エナジーハーベスト電源６０から蓄電用キャパシター５０への１回目の充電を行う状態である。
【0049】
蓄電用キャパシター充電状態ＳＴ１において、スイッチＳＷＡ及びＳＷＤがオンであり、スイッチＳＷＢ、ＳＷＣ、ＳＷＥ及びＳＷＬがオフである。これにより、電源スイッチ回路１１０は、エナジーハーベスト電源端子ＴＶＤＤ２と蓄電電源端子ＴＶＤＤと供給ノードＮＶＯＵＴを接続する。エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２が、スイッチＳＷＤを介して蓄電用キャパシター５０へ供給されると共に、スイッチＳＷＤ及びＳＷＡを介して供給ノードＮＶＯＵＴに電圧ＶＯＵＴとして供給される。
【0050】
図６は、ＥＨノーマルモードのバッテリー充電状態におけるスイッチ状態である。ＥＨはEnergy Harvestの略である。ＥＨノーマルモードは、エナジーハーベスト電源６０が発電しており、回路装置１００にエナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２が供給されているときに設定されるモードである。ＥＨノーマルモードのバッテリー充電状態ＳＴ２は、エナジーハーベスト電源６０からバッテリー７０に充電する状態である。
【0051】
バッテリー充電状態ＳＴ２において、スイッチＳＷＡ及びＳＷＣがオンであり、スイッチＳＷＢ、ＳＷＤ、ＳＷＥ及びＳＷＬがオフである。これにより、電源スイッチ回路１１０は、エナジーハーベスト電源端子ＴＶＤＤ２とバッテリー電源端子ＴＶＢＡＴを接続し、蓄電電源端子ＴＶＤＤと供給ノードＮＶＯＵＴとを接続する。エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２が、スイッチＳＷＣを介してバッテリー７０へ供給される。また、蓄電電源電圧ＶＤＤが、スイッチＳＷＡを介して供給ノードＮＶＯＵＴに電圧ＶＯＵＴとして供給される。
【0052】
図７は、ＥＨノーマルモードの蓄電用キャパシター再充電状態におけるスイッチ状態である。ＥＨノーマルモードの蓄電用キャパシター再充電状態ＳＴ３は、蓄電用キャパシター５０が放電した後に、エナジーハーベスト電源６０から蓄電用キャパシター５０に充電する状態である。
【0053】
蓄電用キャパシター再充電状態ＳＴ３において、スイッチＳＷＡ及びＳＷＤがオンであり、スイッチＳＷＢ、ＳＷＣ、ＳＷＥ及びＳＷＬがオフである。これにより、電源スイッチ回路１１０は、エナジーハーベスト電源端子ＴＶＤＤ２と蓄電電源端子ＴＶＤＤと供給ノードＮＶＯＵＴを接続する。エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２が、スイッチＳＷＤを介して蓄電用キャパシター５０へ供給されると共に、スイッチＳＷＤ及びＳＷＡを介して供給ノードＮＶＯＵＴに電圧ＶＯＵＴとして供給される。また、仮にエナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２が低下したとしても、蓄電電源電圧ＶＤＤがスイッチＳＷＡを介して供給ノードＮＶＯＵＴに電圧ＶＯＵＴとして供給される。バッテリー電源電圧ＶＢＡＴがバッテリー電源端子ＴＶＢＡＴに供給されるが、供給ノードＮＶＯＵＴへは供給されない。
【0054】
図８は、ＥＨノーマルモードの満充電状態におけるスイッチ状態である。ＥＨノーマルモードの満充電状態ＳＴ４は、蓄電用キャパシター５０及びバッテリー７０が満充電になっている状態である。
【0055】
満充電状態ＳＴ４において、スイッチＳＷＡ及びＳＷＬがオンであり、スイッチＳＷＢ、ＳＷＣ、ＳＷＤ及びＳＷＥがオフである。これにより、電源スイッチ回路１１０は、蓄電電源端子ＴＶＤＤと供給ノードＮＶＯＵＴを接続する。蓄電電源電圧ＶＤＤが、スイッチＳＷＡを介して供給ノードＮＶＯＵＴに電圧ＶＯＵＴとして供給される。バッテリー電源電圧ＶＢＡＴがバッテリー電源端子ＴＶＢＡＴに供給されるが、供給ノードＮＶＯＵＴへは供給されない。エナジーハーベスト電源６０は発電しているが、満充電であるため抵抗ＲＬとスイッチＳＷＬを介してグランドノードに放電される。
【0056】
図９は、ＥＨノーマルモードのＶＢＯＵＴ出力オン状態におけるスイッチ状態である。ＥＨノーマルモードのＶＢＯＵＴ出力オン状態ＳＴ６は、電圧ＶＯＵＴを電圧ＶＢＯＵＴとして外部回路９０に供給する状態である。
【0057】
ＶＢＯＵＴ出力オン状態ＳＴ６において、スイッチＳＷＢ、ＳＷＥ及びＳＷＬがオンであり、スイッチＳＷＡ、ＳＷＣ及びＳＷＤがオフである。これにより、電源スイッチ回路１１０は、バッテリー電源端子ＴＶＢＡＴと供給ノードＮＶＯＵＴと電源出力端子ＴＶＢＯＵＴを接続する。また、電源スイッチ回路１１０は、スイッチＳＷＡのダイオードを介して蓄電電源端子ＴＶＤＤと供給ノードＮＶＯＵＴを接続する。バッテリー電源電圧ＶＢＡＴが、スイッチＳＷＢを介して供給ノードＮＶＯＵＴに電圧ＶＯＵＴとして供給される。また、ＶＤＤ＞ＶＢＡＴ＋ΔＶｆである場合には、蓄電電源電圧ＶＤＤがスイッチＳＷＡのダイオードを介して供給ノードＮＶＯＵＴに供給される。ΔＶｆは、スイッチＳＷＡのダイオードの順方向電圧である。電圧ＶＯＵＴが、スイッチＳＷＥを介して電圧ＶＢＯＵＴとして外部回路９０に供給される。エナジーハーベスト電源６０は発電しているが、満充電であるため抵抗ＲＬとスイッチＳＷＬを介してグランドノードに放電される。
【0058】
図１０は、ノーマルモードのＶＢＯＵＴ出力オフ状態におけるスイッチ状態である。ノーマルモードは、エナジーハーベスト電源６０が発電していないが、蓄電用キャパシター５０から回路装置１００への電力供給が可能なときに設定されるモードである。ノーマルモードのＶＢＯＵＴ出力オフ状態ＳＴ５１は、外部回路９０への電力供給がオフになっている状態である。
【0059】
ＶＢＯＵＴ出力オフ状態ＳＴ５１において、スイッチＳＷＡがオンであり、スイッチＳＷＢ、ＳＷＣ、ＳＷＤ、ＳＷＥ及びＳＷＬがオフである。これにより、電源スイッチ回路１１０は、蓄電電源端子ＴＶＤＤと供給ノードＮＶＯＵＴを接続する。蓄電電源電圧ＶＤＤが、スイッチＳＷＡを介して供給ノードＮＶＯＵＴに電圧ＶＯＵＴとして供給される。バッテリー電源電圧ＶＢＡＴがバッテリー電源端子ＴＶＢＡＴに供給されるが、供給ノードＮＶＯＵＴへは供給されない。電圧ＶＯＵＴは、スイッチＳＷＥがオフであるため、外部回路９０に供給されない。
【0060】
図１１は、ノーマルモードのＶＢＯＵＴ出力オン状態におけるスイッチ状態である。ノーマルモードのＶＢＯＵＴ出力オン状態ＳＴ５２は、電圧ＶＯＵＴを電圧ＶＢＯＵＴとして外部回路９０に供給する状態である。
【0061】
ＶＢＯＵＴ出力オン状態ＳＴ５２において、スイッチＳＷＢ及びＳＷＥがオンであり、スイッチＳＷＡ、ＳＷＣ、ＳＷＤ及びＳＷＬがオフである。これにより、電源スイッチ回路１１０は、バッテリー電源端子ＴＶＢＡＴと供給ノードＮＶＯＵＴと電源出力端子ＴＶＢＯＵＴを接続する。また、電源スイッチ回路１１０は、スイッチＳＷＡのダイオードを介して蓄電電源端子ＴＶＤＤと供給ノードＮＶＯＵＴを接続する。バッテリー電源電圧ＶＢＡＴが、スイッチＳＷＢを介して供給ノードＮＶＯＵＴに電圧ＶＯＵＴとして供給される。また、ＶＤＤ＞ＶＢＡＴ＋ΔＶｆである場合には、蓄電電源電圧ＶＤＤがスイッチＳＷＡのダイオードを介して供給ノードＮＶＯＵＴに供給される。電圧ＶＯＵＴが、スイッチＳＷＥを介して電圧ＶＢＯＵＴとして外部回路９０に供給される。
【0062】
図１２は、バックアップモードのＶＢＯＵＴ出力オフ状態におけるスイッチ状態である。バックアップモードは、エナジーハーベスト電源６０が発電しておらず、蓄電用キャパシター５０が放電した状態であり、バッテリー７０から回路装置１００へ電力が供給されるときに設定されるモードである。バックアップモードのＶＢＯＵＴ出力オフ状態ＳＴ５３は、外部回路９０への電力供給がオフになっている状態である。
【0063】
ＶＢＯＵＴ出力オフ状態ＳＴ５３において、スイッチＳＷＢがオンであり、スイッチＳＷＡ、ＳＷＣ、ＳＷＤ、ＳＷＥ及びＳＷＬがオフである。これにより、電源スイッチ回路１１０は、バッテリー電源端子ＴＶＢＡＴと供給ノードＮＶＯＵＴを接続する。バッテリー電源電圧ＶＢＡＴが、スイッチＳＷＢを介して供給ノードＮＶＯＵＴに電圧ＶＯＵＴとして供給される。
【0064】
図１３は、バックアップモードのＶＢＯＵＴ出力オン状態におけるスイッチ状態である。バックアップモードのＶＢＯＵＴ出力オン状態ＳＴ５４は、電圧ＶＯＵＴを電圧ＶＢＯＵＴとして外部回路９０に供給する状態である。
【0065】
ＶＢＯＵＴ出力オン状態ＳＴ５４において、スイッチＳＷＢ及びＳＷＥがオンであり、スイッチＳＷＡ、ＳＷＣ、ＳＷＤ及びＳＷＬがオフである。これにより、電源スイッチ回路１１０は、バッテリー電源端子ＴＶＢＡＴと供給ノードＮＶＯＵＴと電源出力端子ＴＶＢＯＵＴを接続する。バッテリー電源電圧ＶＢＡＴが、スイッチＳＷＢを介して供給ノードＮＶＯＵＴに電圧ＶＯＵＴとして供給される。電圧ＶＯＵＴが、スイッチＳＷＥを介して電圧ＶＢＯＵＴとして外部回路９０に供給される。
【0066】
図１４は、電圧モニター状態におけるスイッチ状態である。電圧モニター状態ＳＴ７は、電圧検出回路１５０が電圧検出を行うときに設定されるモードである。電圧モニター状態ＳＴ７は、上述した状態ＳＴ１～ＳＴ６及びＳＴ５１～ＳＴ５４の各状態において、間欠的に設定される。
【0067】
電圧モニター状態ＳＴ７において、スイッチＳＷＢｂがオンであり、スイッチＳＷＡ、ＳＷＢａ、ＳＷＣ、ＳＷＤ、ＳＷＥ及びＳＷＬがオフである。これにより、電源スイッチ回路１１０は、スイッチＳＷＢａのダイオードを介してバッテリー電源端子ＴＶＢＡＴと供給ノードＮＶＯＵＴを接続する。また、電源スイッチ回路１１０は、スイッチＳＷＡのダイオードを介して蓄電電源端子ＴＶＤＤと供給ノードＮＶＯＵＴを接続する。蓄電電源電圧ＶＤＤがスイッチＳＷＡのダイオードを介して、又はバッテリー電源電圧ＶＢＡＴがスイッチＳＷＢａのダイオードを介して、供給ノードＮＶＯＵＴに電圧ＶＯＵＴとして供給される。
【0068】
以下、上記スイッチ状態を用いたスイッチ制御を説明する。更に詳細なスイッチ制御については図１５以降で説明する。
【0069】
本実施形態において、回路装置１００は、バッテリー７０に接続されるバッテリー電源端子ＴＶＢＡＴと、エナジーハーベスト電源６０に接続されるエナジーハーベスト電源端子ＴＶＤＤ２と、蓄電用キャパシター５０に接続される蓄電電源端子ＴＶＤＤと、電源スイッチ回路１１０と、電源スイッチ回路１１０を制御する制御回路１２０と、を含む。電源スイッチ回路１１０は、第１状態では、エナジーハーベスト電源端子ＴＶＤＤ２からのエナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２をバッテリー電源端子ＴＶＢＡＴに供給することでバッテリー７０を充電しながら、蓄電電源端子ＴＶＤＤからの蓄電電源電圧ＶＤＤを供給ノードＮＶＯＵＴに出力する。電源スイッチ回路１１０は、第２状態では、エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２を蓄電電源端子ＴＶＤＤに供給することで蓄電用キャパシター５０を充電しながら、蓄電電源電圧ＶＤＤ及びエナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２を供給ノードＮＶＯＵＴに出力する。
【0070】
【0071】
本実施形態によれば、不安定なエナジーハーベスト電源６０を用いているが、電源スイッチ回路１１０がエナジーハーベスト電源６０、蓄電用キャパシター５０及びバッテリー７０を適切に切り替えることで、回路装置１００に対して安定な電源を供給できる。即ち、第１状態及び第２状態のいずれにおいても、蓄電用キャパシター５０から供給ノードＮＶＯＵＴへ電力が供給される。このとき、蓄電用キャパシター５０は、第２状態においてエナジーハーベスト電源６０により充電されることで、安定電源として機能できる。また、バッテリー７０は、第１状態においてエナジーハーベスト電源６０により充電されることで、エナジーハーベスト電源６０が発電を停止したときのバックアップ電源として機能できる。
【0072】
また本実施形態では、第２状態において、電源スイッチ回路１１０は、エナジーハーベスト電源６０をバッテリー７０から切り離すことでバッテリー７０への充電を停止させると共に、エナジーハーベスト電源６０から蓄電用キャパシター５０への蓄電を行う。このようにすれば、バッテリー７０への充電が停止していることで、蓄電用キャパシター５０を急速に充電することが可能になる。
【0073】
また本実施形態では、第１状態において、電源スイッチ回路１１０は、エナジーハーベスト電源６０を供給ノードＮＶＯＵＴから切り離すと共に、エナジーハーベスト電源６０からバッテリー７０への充電を行う。このようにすれば、エナジーハーベスト電源６０から供給ノードＮＶＯＵＴへの電力供給が停止するので、バッテリー７０か効率的に充電される。
【0074】
また本実施形態では、電源スイッチ回路１１０は、スタートアップ期間において、エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２を蓄電電源端子ＴＶＤＤに供給することで蓄電用キャパシター５０を充電する。電源スイッチ回路１１０は、スタートアップ期間の後に、第１状態と第２状態を繰り返す。
【0075】
例えば図１５で後述するように、スタートアップ期間の後のバッテリー充電期間において、第１状態に対応するＥＨノーマルモードのバッテリー充電状態ＳＴ２と、第２状態に対応する蓄電用キャパシター再充電状態ＳＴ３とが、繰り返される。
【0076】
本実施形態によれば、スタートアップ期間の後において、エナジーハーベスト電源６０又は蓄電用キャパシター５０から供給ノードＮＶＯＵＴに電力が供給される。これにより、エナジーハーベスト電源６０が発電しているときにはバッテリー７０が消費されないので、エナジーハーベスト電源６０の発電が停止してバックアップモードに移行したとき、バッテリー７０の充電が保たれている。これにより、バックアップモードに移行した後において長期間、バッテリー７０が回路装置１００を駆動可能である。例えば、リアルタイムクロック装置２００は現在時刻情報を出力し続ける必要があるが、エナジーハーベスト電源６０が発電を停止した後においても長時間、動作を続けることが可能である。
【0077】
また本実施形態では、電源スイッチ回路１１０は、エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２が非供給であるとき、バッテリー電源電圧ＶＢＡＴを供給ノードＮＶＯＵＴに出力する。
【0078】
【0079】
本実施形態によれば、エナジーハーベスト電源６０が発電しているときに第１状態と第２状態を繰り返すことでバッテリー７０を充電し、エナジーハーベスト電源６０が発電しなくなったときにバッテリー７０をバックアップ電源として利用できる。また、上述したように、エナジーハーベスト電源６０が発電しているときにバッテリー７０を消費しないスイッチ制御が行われるので、バックアップ電源により回路装置１００を長く駆動できる。
【0080】
また本実施形態では、電源スイッチ回路１１０は、バッテリー７０及び蓄電用キャパシター５０が満充電になったとき、エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２を放電すると共に、バッテリー電源端子ＴＶＢＡＴ及び蓄電電源端子ＴＶＤＤに対してエナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２を非供給にする。
【0081】
本状態は、図８に示すＥＨノーマルモードの満充電状態ＳＴ４に対応する。満充電状態ＳＴ４において抵抗ＲＬを介してエナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２が放電される。また、エナジーハーベスト電源端子ＴＶＤＤ２とバッテリー電源端子ＴＶＢＡＴが非接続であり、エナジーハーベスト電源端子ＴＶＤＤ２と蓄電電源端子ＴＶＤＤが非接続である。
【0082】
本実施形態によれば、エナジーハーベスト電源６０が発電しているが、その電力が不要であるときに、エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２を放電できる。エナジーハーベスト電源６０が無負荷であることで故障する場合があるが、本実施形態では、それを回避できる。
【0083】
また本実施形態では、電源スイッチ回路１１０は、バッテリー７０及び蓄電用キャパシター５０が満充電になったとき、蓄電電源電圧ＶＤＤを供給ノードＮＶＯＵＴに出力する。
【0084】
本状態は、図８に示すＥＨノーマルモードの満充電状態ＳＴ４に対応する。満充電状態ＳＴ４において、蓄電用キャパシター５０がスイッチＳＷＡを介して供給ノードＮＶＯＵＴに接続される。また、スイッチＳＷＢによりバッテリー７０と供給ノードＮＶＯＵＴが遮断される。
【0085】
本実施形態によれば、エナジーハーベスト電源６０が発電しているときにバッテリー７０を消費しないスイッチ制御が行われるので、エナジーハーベスト電源６０が発電しなくなった後において、バックアップ電源により回路装置１００を長く駆動できる。
【0086】
また本実施形態では、回路装置１００は、供給ノードＮＶＯＵＴの電圧ＶＯＵＴを回路装置１００の外部に出力する電源出力端子ＴＶＢＯＵＴを含む。
【0087】
本実施形態によれば、電源スイッチ回路１１０は、エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２、蓄電電源電圧ＶＤＤ又はバッテリー電源電圧ＶＢＡＴを電圧ＶＯＵＴとして供給ノードＮＶＯＵＴに出力する。電源出力端子ＴＶＢＯＵＴが設けられることで、その電圧ＶＯＵＴを、電源出力端子ＴＶＢＯＵＴから外部回路９０へ供給できる。
【0088】
また本実施形態では、回路装置１００は、インターフェース回路１４０とメモリー１３０とを含む。インターフェース回路１４０を介してメモリー１３０へ電源スイッチ回路１１０の制御パラメーター１３１を書き込み可能である。制御回路１２０は、メモリー１３０に記憶された制御パラメーター１３１に基づいて動作するプロセッサーである。
【0089】
本実施形態によれば、電源スイッチ回路１１０の動作がプログラマブルになる。即ち、制御パラメーター１３１の内容を書き換えることによって、電源スイッチ回路１１０に様々なスイッチ動作を行わせることが可能になる。
【0090】
また本実施形態では、電源スイッチ回路１１０は、第１スイッチＳＷＡと第２スイッチＳＷＢと第３スイッチＳＷＣと第４スイッチＳＷＤとを含む。第１スイッチＳＷＡは、蓄電電源端子ＴＶＤＤと供給ノードＮＶＯＵＴとの間に設けられる。第２スイッチＳＷＢは、バッテリー電源端子ＴＶＢＡＴと供給ノードＮＶＯＵＴとの間に設けられる。第３スイッチＳＷＣは、バッテリー電源端子ＴＶＢＡＴとエナジーハーベスト電源端子ＴＶＤＤ２との間に設けられる。第４スイッチＳＷＤは、エナジーハーベスト電源端子ＴＶＤＤ２と蓄電電源端子ＴＶＤＤとの間に設けられる。
【0091】
本実施形態によれば、第１スイッチＳＷＡ、第２スイッチＳＷＢ、第３スイッチＳＷＣ及び第４スイッチＳＷＤをオン又はオフに制御することで、エナジーハーベスト電源６０、蓄電用キャパシター５０及びバッテリー７０を適切に切り替えて回路装置１００に対して安定な電源を供給できる。また、エナジーハーベスト電源６０から蓄電用キャパシター５０への充電経路には第４スイッチＳＷＤのみが設けられ、エナジーハーベスト電源６０からバッテリー７０への充電経路には第３スイッチＳＷＣのみが設けられる。このように充電経路に設けられるスイッチ数が少ないことで、効率の良い充電を実現できる。
【0092】
また本実施形態では、第１状態において、第１スイッチＳＷＡ及び第３スイッチＳＷＣがオンであり、第２スイッチＳＷＢ及び第４スイッチＳＷＤがオフである。第２状態において、第１スイッチＳＷＡ及び第４スイッチＳＷＤがオンであり、第２スイッチＳＷＢ及び第３スイッチＳＷＣがオフである。
【0093】
第１状態において、第３スイッチＳＷＣがオンであることで、エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２によりバッテリー７０が充電される。第２状態において、第４スイッチＳＷＤがオンであることで、エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２により蓄電用キャパシター５０が充電される。また、第１状態及び第２状態において、第１スイッチＳＷＡがオンであり且つ第２スイッチＳＷＢがオフであることで、蓄電電源電圧ＶＤＤが供給ノードＮＶＯＵＴに供給され且つバッテリー７０が供給ノードＮＶＯＵＴから遮断される。
【0094】
また本実施形態では、回路装置１００は、電源出力端子ＴＶＢＯＵＴを含む。電源スイッチ回路１１０は、供給ノードＮＶＯＵＴと電源出力端子ＴＶＢＯＵＴとの間に設けられる第５スイッチＳＷＥを含む。
【0095】
本実施形態によれば、第５スイッチＳＷＥがオンになることで、供給ノードＮＶＯＵＴと電源出力端子ＴＶＢＯＵＴが接続される。これにより、電源スイッチ回路１１０が供給ノードＮＶＯＵＴに出力する電圧ＶＯＵＴを、電源出力端子ＴＶＢＯＵＴから外部回路９０へ供給できる。例えば、図９に示すＥＨノーマルモードのＶＢＯＵＴ出力オン状態ＳＴ６、図１１に示すノーマルモードのＶＢＯＵＴ出力オン状態ＳＴ５２、及び図１３に示すバックアップモードのＶＢＯＵＴ出力オン状態ＳＴ５４において、第５スイッチＳＷＥがオンである。
【0096】
また本実施形態では、第３状態において、第２スイッチＳＷＢ及び第５スイッチＳＷＥがオンであり、第３スイッチＳＷＣ及び第４スイッチＳＷＤがオフであり、電源スイッチ回路１１０は、バッテリー電源電圧ＶＢＡＴを供給ノードＮＶＯＵＴ及び電源出力端子ＴＶＢＯＵＴに出力する。なお、第３状態は、ＶＢＯＵＴ出力オン状態に対応する。第３状態は、例えば、図９のＥＨノーマルモードのＶＢＯＵＴ出力オン状態ＳＴ６であるが、図１１又は図１３の状態であってもよい。
【0097】
本実施形態によれば、電源出力端子ＴＶＢＯＵＴに接続される外部回路９０に対して、安定した放電能力を有するバッテリー７０から電源を供給できる。また、第１状態においてバッテリー７０を十分に充電した後において第３状態に遷移させることで、外部回路９０に安定した電源を供給できるようになる。一例として、電源出力端子ＴＶＢＯＵＴに接続される外部回路９０として、Bluetooth Low Energy（ＢＬＥ）などの無線デバイスを直接駆動する場合は、安定した放電能力を有する電源が求められる。そのため、図９において、バッテリー７０に十分駆動が可能な電力を充電した状態にしてから、駆動可能であることを電圧モニターで判断してから、予め設定された出力タイミングで、第５スイッチＳＷＥの制御でバッテリー７０から電源出力端子ＴＶＢＯＵＴへの出力を開始させることが可能である。さらに、その際には、エナジーハーベスト電源６０の発電状態に依存しないように、第３スイッチＳＷＣと第４スイッチＳＷＤを遮断しており、安定したバッテリー出力と効率の良いバッテリー再充電を繰り返し制御することが可能になる。図９、図１１、及び図１３に示すように、バッテリー７０から電源出力端子ＴＶＢＯＵＴに出力する場合、エナジーハーベスト電源６０の入力の有無に関わらず、電源出力端子ＴＶＢＯＵＴには不安定なエナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２の影響を直接受けた電源が出力されることが無くなり、安定電源の出力が可能になる。
【0098】
また本実施形態では、制御回路１２０は、発振回路１７０の発振信号に基づいてリアルタイムクロック処理を行う。制御回路１２０の電源電圧は、供給ノードＮＶＯＵＴの電圧ＶＯＵＴに基づいて供給される。
【0099】
本実施形態によれば、不安定なエナジーハーベスト電源６０を用いているが、電源スイッチ回路１１０が電源を適切に切り替えることで、供給ノードＮＶＯＵＴに対して安定な電源を供給できる。これにより、安定な電源のもとに制御回路１２０がリアルタイムクロック処理を行って現在時刻情報を生成できる。
【0100】
なお、「制御回路の電源電圧は、供給ノードの電圧に基づいて供給される」とは、例えば供給ノードの電圧そのものが電源電圧として制御回路に供給されること、或いは、供給ノードの電圧がレギュレートされ、そのレギュレート後の電圧が電源電圧として制御回路に供給されること、である。図１の構成例ではレギュレーター１６０が電圧ＶＯＵＴをレギュレートして制御回路１２０の電源電圧ＶＬＯＧを生成しているが、これに限定されない。
【0101】
３．スイッチ制御の詳細
図１５は、電圧波形の一例である。ここでは、エナジーハーベスト電源６０が発電した状態においてスタートアップして定常動作に至り、その後にエナジーハーベスト電源６０が発電しなくなる場合における電圧波形を示す。但し、図１５の電圧波形は一例であって、後述する状態遷移に従って、エナジーハーベスト電源６０の状態等に応じて様々な電圧推移をとってよい。
図１５は、電圧波形の一例である。ここでは、エナジーハーベスト電源６０が発電した状態においてスタートアップして定常動作に至り、その後にエナジーハーベスト電源６０が発電しなくなる場合における電圧波形を示す。但し、図１５の電圧波形は一例であって、後述する状態遷移に従って、エナジーハーベスト電源６０の状態等に応じて様々な電圧推移をとってよい。
【0102】
「スタートアップ期間」に示すように、エナジーハーベスト電源６０が電力を出力すると、スイッチ制御回路１１１が電源スイッチ回路１１０をスタートアップモードの蓄電用キャパシター充電状態ＳＴ１に設定する。ここでは、エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２が最大電力点電圧ＶＤＤ２＿ｍａｘであるとする。エナジーハーベスト電源６０が、スイッチＳＷＤを介して蓄電用キャパシター５０を充電すると共に、スイッチＳＷＤ及びスイッチＳＷＡを介して電圧ＶＯＵＴを上昇させる。
【0103】
「ＰＯＲ解除」に示すように、電圧ＶＯＵＴがパワーオンリセット回路ＰＯＲＤの閾値を超えると、パワーオンリセット回路ＰＯＲＤが制御回路１２０をリセット解除する。以降、制御回路１２０が電源スイッチ回路１１０を制御する。制御回路１２０は、蓄電用キャパシター５０が満充電になると、電源スイッチ回路１１０をＥＨノーマルモードのバッテリー充電状態ＳＴ２に設定する。
【0104】
「バッテリー充電期間」に示すように、バッテリー電源電圧ＶＢＡＴが満充電の閾値ＶＢＦＵＬＬを超えるまでバッテリー７０が充電される。具体的には、制御回路１２０が、電源スイッチ回路１１０を、ＥＨノーマルモードのバッテリー充電状態ＳＴ２と蓄電用キャパシター再充電状態ＳＴ３に交互に繰り返し設定する。バッテリー充電状態ＳＴ２においては、蓄電用キャパシター５０が電圧ＶＯＵＴを供給するので、蓄電電源電圧ＶＤＤが低下すると共に電圧ＶＯＵＴが低下する。また、バッテリー７０がエナジーハーベスト電源６０により充電されることで、バッテリー電源電圧ＶＢＡＴが上昇する。蓄電用キャパシター再充電状態ＳＴ３においては、蓄電用キャパシター５０がエナジーハーベスト電源６０により充電されるので、蓄電電源電圧ＶＤＤが上昇すると共に電圧ＶＯＵＴが上昇する。
【0105】
「定常動作期間」に示すように、バッテリー電源電圧ＶＢＡＴが満充電の閾値ＶＢＦＵＬＬを超えると、定常動作が行われる。具体的には、制御回路１２０が、電源スイッチ回路１１０を、ＥＨノーマルモードの満充電状態ＳＴ４と蓄電用キャパシター再充電状態ＳＴ３に交互に繰り返し設定する。満充電状態ＳＴ４においては、蓄電用キャパシター５０が電圧ＶＯＵＴを供給するので、蓄電電源電圧ＶＤＤが低下すると共に電圧ＶＯＵＴが低下する。蓄電用キャパシター再充電状態ＳＴ３においては、蓄電用キャパシター５０がエナジーハーベスト電源６０により充電されるので、蓄電電源電圧ＶＤＤが上昇すると共に電圧ＶＯＵＴが上昇する。
【0106】
「定常動作期間」において、任意のタイミングにおいて電源スイッチ回路１１０がＥＨノーマルモードのＶＢＯＵＴ出力オン状態ＳＴ６に設定されてもよい。なお、ＶＢＯＵＴ出力のオンオフは、図２０～図２３で後述するように、定常動作期間以降において、予め設定されたＲＴＣ内のタイマーやアラームの割込み機能、内外のイベント信号を元に任意に制御される。状態ＳＴ６において、バッテリー電源電圧ＶＢＡＴが供給ノードＮＶＯＵＴと電源出力端子ＴＶＢＯＵＴに出力されるので、ＶＢＯＵＴ＝ＶＢＡＴとなる。また、バッテリー７０が外部回路９０に電力供給することで、バッテリー電源電圧ＶＢＡＴ低下するので、供給ノードＮＶＯＵＴの電圧ＶＯＵＴが低下する。また蓄電電源電圧ＶＤＤがスイッチＳＷＡのダイオードを介して供給ノードＮＶＯＵＴに供給されるので、バッテリー電源電圧ＶＢＡＴが低下すると、ある時点からバッテリー電源電圧ＶＢＡＴと共に蓄電電源電圧ＶＤＤが低下する。
【0107】
ＥＨノーマルモードのＶＢＯＵＴ出力オン状態ＳＴ６が解除されると、制御回路１２０が電源スイッチ回路１１０をＥＨノーマルモードの蓄電用キャパシター再充電状態ＳＴ３に設定する。状態ＳＴ３において、蓄電用キャパシター５０が充電され、蓄電電源電圧ＶＤＤが上昇する。制御回路１２０は、蓄電用キャパシター５０が満充電になったとき、電源スイッチ回路１１０をＥＨノーマルモードのバッテリー充電状態ＳＴ２に設定する。状態ＳＴ２において、バッテリー７０が充電され、バッテリー電源電圧ＶＢＡＴが上昇する。蓄電用キャパシター５０から供給ノードＮＶＯＵＴに電力が供給されるので、蓄電電源電圧ＶＤＤが低下する。制御回路１２０は、バッテリー７０が満充電になったとき、電源スイッチ回路１１０をＥＨノーマルモードの満充電状態ＳＴ４に設定する。蓄電用キャパシター５０から供給ノードＮＶＯＵＴに電力が供給されるので、蓄電電源電圧ＶＤＤが低下する。以降、制御回路１２０が、電源スイッチ回路１１０を、ＥＨノーマルモードの満充電状態ＳＴ４と蓄電用キャパシター再充電状態ＳＴ３に交互に繰り返し設定する。
【0108】
「ＶＤＤ放電期間」に示すように、エナジーハーベスト電源６０の出力が低下したとき、ノーマルモードへの遷移条件を満たすまではＥＨノーマルモードにおいて満充電状態ＳＴ４又は蓄電用キャパシター再充電状態ＳＴ３に設定される。満充電状態ＳＴ４では蓄電電源電圧ＶＤＤ及び電圧ＶＯＵＴが低下し、蓄電用キャパシター再充電状態ＳＴ３においては蓄電電源電圧ＶＤＤ及び電圧ＶＯＵＴが上昇する。しかし、エナジーハーベスト電源６０の出力が低下しているので、蓄電電源電圧ＶＤＤが満充電とならず、エナジーハーベスト電源６０の出力の低下に伴って蓄電電源電圧ＶＤＤ及び電圧ＶＯＵＴが低下していく。エナジーハーベスト電源６０の出力が低下してノーマルモードへの遷移条件を満たすと、制御回路１２０が、電源スイッチ回路１１０を、ノーマルモードに設定する。ノーマルモードにおいて蓄電用キャパシター５０が放電することで回路装置１００に電力が供給される。図１５には、電源スイッチ回路１１０がノーマルモードのＶＢＯＵＴ出力オフ状態ＳＴ５１に設定された場合の波形を示している。蓄電用キャパシター５０が電圧ＶＯＵＴを供給するので、蓄電電源電圧ＶＤＤが低下すると共に電圧ＶＯＵＴが低下する。
【0109】
「バックアップ期間」に示すように、供給ノードＮＶＯＵＴに電圧ＶＯＵＴとして出力されている蓄電電源電圧ＶＤＤが電圧ＶＤＥＴ以下になると、即時に回路装置１００の電源がバックアップ電源に切り替えられる。具体的には、制御回路１２０が、電源スイッチ回路１１０を、バックアップモードに設定する。バッテリー７０が電圧ＶＯＵＴを供給するので、バッテリー電源電圧ＶＢＡＴが徐々に低下すると共に電圧ＶＯＵＴが徐々に低下していく。蓄電電源電圧ＶＤＤが電圧ＶＤＥＴ以下になったことは、電源スイッチ回路１１０に含まれる不図示のコンパレーターによって検出される。このコンパレーターは、蓄電電源電圧ＶＤＤと電圧ＶＤＥＴとを比較し、その比較結果の信号を制御回路１２０へ出力する。
【0110】
本実施形態によれば、不安定なエナジーハーベスト電源６０を用いているが、電源スイッチ回路１１０がエナジーハーベスト電源６０、蓄電用キャパシター５０及びバッテリー７０を適切に切り替えることで、回路装置１００に対して安定な電源を供給できる。
【0111】
また、エナジーハーベスト電源６０が発電しているＥＨノーマルモードにおいて、ＶＢＯＵＴ出力オン状態を除いてバッテリー７０が消費されず、エナジーハーベスト電源６０又は蓄電用キャパシター５０から回路装置１００に電力が供給される。これにより、エナジーハーベスト電源６０の発電が停止してバックアップモードに移行したとき、バッテリー７０の充電が保たれているので、バックアップモードに移行した後において長期間、バッテリー７０が回路装置１００を駆動可能である。
【0112】
【0113】
制御回路１２０は、スタートアップモードの蓄電用キャパシター充電状態ＳＴ１において条件Ａを満たすか否かの判定を行い、条件Ａを満たしたとき、電源スイッチ回路１１０をＥＨノーマルモードのバッテリー充電状態ＳＴ２に遷移させる。条件Ａは、（ａ１）エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２が閾値ｐＶＤＤ２＿ＯＦＦよりも高く、（ａ２）蓄電電源電圧ＶＤＤが閾値ｐＶＤＦＵＬＬよりも高く、且つ（ａ３）蓄電電源電圧ＶＤＤが閾値ＶＤＤ＿ＰＯＲより高いことである。（ａ１）は、エナジーハーベスト電源６０がオンであることを示す。（ａ２）は、蓄電用キャパシター５０が満充電であることを示す。（ａ３）は、パワーオンリセット信号Ｒ＿ＶＤＤがリセット解除レベルになったことを示す。
【0114】
制御回路１２０は、ＥＨノーマルモードのバッテリー充電状態ＳＴ２において条件Ｂを満たすか否かの判定を行い、条件Ｂを満たしたとき、電源スイッチ回路１１０をＥＨノーマルモードの蓄電用キャパシター再充電状態ＳＴ３に遷移させる。条件Ｂは、（ｂ１）エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２が閾値ｐＶＤＤ２＿ＯＦＦよりも高く、且つ（ｂ２）蓄電電源電圧ＶＤＤが閾値ｍＶＤＦＵＬＬよりも低いことである。（ｂ２）は、蓄電用キャパシター５０の再充電が必要であることを示す。閾値ｍＶＤＦＵＬＬは閾値ｐＶＤＦＵＬＬより低い。
【0115】
制御回路１２０は、ＥＨノーマルモードのバッテリー充電状態ＳＴ２において条件Ｃを満たすか否かの判定を行い、条件Ｃを満たしたとき、電源スイッチ回路１１０をＥＨノーマルモードの満充電状態ＳＴ４に遷移させる。条件Ｃは、（ｃ１）エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２が閾値ｐＶＤＤ２＿ＯＦＦよりも高く、（ｃ２）蓄電電源電圧ＶＤＤが閾値ｍＶＤＦＵＬＬよりも高く、且つ（ｃ３）バッテリー電源電圧ＶＢＡＴが閾値ｐＶＢＦＵＬＬより高いことである。（ｃ２）は、蓄電用キャパシター５０の再充電が不要であることを示す。（ｃ３）は、バッテリー７０が満充電であることを示す。
【0116】
制御回路１２０は、ＥＨノーマルモードのバッテリー充電状態ＳＴ２において条件Ｄを満たすか否かの判定を行い、条件Ｄを満たしたとき、電源スイッチ回路１１０を状態ＳＴ５に遷移させる。状態ＳＴ５は、バックアップモード又はノーマルモードに含まれる状態である。条件Ｄは、（ｄ１）エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２が閾値ｍＶＤＤ２＿ＯＦＦよりも低いことである。（ｄ１）は、エナジーハーベスト電源６０がオフであることを示す。閾値ｍＶＤＤ２＿ＯＦＦは閾値ｐＶＤＤ２＿ＯＦＦより低い。
【0117】
制御回路１２０は、ＥＨノーマルモードの蓄電用キャパシター再充電状態ＳＴ３において条件Ｅを満たすか否かの判定を行い、条件Ｅを満たしたとき、電源スイッチ回路１１０をＥＨノーマルモードのバッテリー充電状態ＳＴ２に遷移させる。条件Ｅは、（ｅ１）エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２が閾値ｐＶＤＤ２＿ＯＦＦよりも高く、且つ（ｅ２）蓄電電源電圧ＶＤＤが閾値ｐＶＤＦＵＬＬよりも高いことである。
【0118】
制御回路１２０は、ＥＨノーマルモードの蓄電用キャパシター再充電状態ＳＴ３において条件Ｆを満たすか否かの判定を行い、条件Ｆを満たしたとき、電源スイッチ回路１１０を状態ＳＴ５に遷移させる。条件Ｆは、（ｆ１）エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２が閾値ｍＶＤＤ２＿ＯＦＦよりも低いことである。
【0119】
制御回路１２０は、ＥＨノーマルモードの満充電状態ＳＴ４において条件Ｇを満たすか否かの判定を行い、条件Ｇを満たしたとき、電源スイッチ回路１１０をＥＨノーマルモードのバッテリー充電状態ＳＴ２に遷移させる。条件Ｇは、（ｇ１）エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２が閾値ｐＶＤＤ２＿ＯＦＦよりも高く、（ｇ２）蓄電電源電圧ＶＤＤが閾値ｍＶＤＦＵＬＬよりも高く、且つ（ｇ３）バッテリー電源電圧ＶＢＡＴが閾値ｍＶＢＦＵＬＬよりも低いことである。（ｇ３）は、バッテリー７０の再充電が必要であることを示す。閾値ｍＶＢＦＵＬＬは閾値ｐＶＢＦＵＬＬよりも低い。
【0120】
制御回路１２０は、ＥＨノーマルモードの満充電状態ＳＴ４において条件Ｈを満たすか否かの判定を行い、条件Ｈを満たしたとき、電源スイッチ回路１１０をＥＨノーマルモードの蓄電用キャパシター再充電状態ＳＴ３に遷移させる。条件Ｈは、（ｈ１）エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２が閾値ｐＶＤＤ２＿ＯＦＦよりも高く、且つ（ｈ２）蓄電電源電圧ＶＤＤが閾値ｍＶＤＦＵＬＬよりも低いことである。
【0121】
制御回路１２０は、ＥＨノーマルモードの満充電状態ＳＴ４において条件Ｉを満たすか否かの判定を行い、条件Ｉを満たしたとき、電源スイッチ回路１１０を状態ＳＴ５に遷移させる。条件Ｉは、（ｉ１）エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２が閾値ｍＶＤＤ２＿ＯＦＦよりも低いことである。
【0122】
制御回路１２０は、状態ＳＴ５において条件Ｊを満たすか否かの判定を行い、条件Ｊを満たしたとき、電源スイッチ回路１１０をＥＨノーマルモードの蓄電用キャパシター再充電状態ＳＴ３に遷移させる。条件Ｊは、（ｊ１）エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２が閾値ｐＶＤＤ２＿ＯＦＦよりも高いことである。
【0123】
【0124】
スイッチ制御回路１１１は、初期状態ＳＴ０において条件Ｋを満たしたとき、電源スイッチ回路１１０をスタートアップモードの蓄電用キャパシター充電状態ＳＴ１に遷移させる。条件Ｋは、（ｋ１）エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２が閾値ｐＶＤＤ２＿ＯＦＦよりも高く、且つ（ｋ２）蓄電電源電圧ＶＤＤ及びバッテリー電源電圧ＶＢＡＴが初期状態の電圧であることである。（ｋ２）は、例えば、蓄電電源電圧ＶＤＤ及びバッテリー電源電圧ＶＢＡＴがグランド電圧ＧＮＤに等しいという条件である。
【0125】
制御回路１２０は、ＥＨノーマルモードの満充電状態ＳＴ４において条件Ｌ１を満たすか否かの判定を行い、条件Ｌ１を満たしたとき、電源スイッチ回路１１０をＥＨノーマルモードのＶＢＯＵＴ出力オン状態ＳＴ６に遷移させる。条件Ｌ１は、内部トリガー又は外部トリガーが発生することである。内部トリガーは、回路装置１００の内部で発生するトリガーである。内部トリガーの一例は、タイマーが所定時間の経過をカウントとしたこと、又はリアルタイムクロック処理において特定の時刻になったことである。外部トリガーは、回路装置１００の外部から回路装置１００に入力されるトリガーである。外部トリガーの一例は、外部の処理装置がインターフェース回路１４０を介して制御回路１２０へ送信するトリガーである。
【0126】
制御回路１２０は、ＥＨノーマルモードのＶＢＯＵＴ出力オン状態ＳＴ６において条件Ｌ２を満たすか否かの判定を行い、条件Ｌ２を満たしたとき、電源スイッチ回路１１０をＥＨノーマルモードの満充電状態ＳＴ４に遷移させる。条件Ｌ２は、内部トリガー又は外部トリガーが発生することである。
【0127】
【0128】
制御回路１２０は、ＥＨノーマルモードのバッテリー充電状態ＳＴ２において条件Ｄを満たしたとき、又はＥＨノーマルモードの蓄電用キャパシター再充電状態ＳＴ３において条件Ｆを満たしたとき、電源スイッチ回路１１０をノーマルモードのＶＢＯＵＴ出力オフ状態ＳＴ５１に遷移させる。制御回路１２０は、ＥＨノーマルモードの満充電状態ＳＴ４において条件Ｉを満たしたとき、電源スイッチ回路１１０をノーマルモードのＶＢＯＵＴ出力オフ状態ＳＴ５１に遷移させる。制御回路１２０は、ノーマルモードのＶＢＯＵＴ出力オフ状態ＳＴ５１又はバックアップモードのＶＢＯＵＴ出力オフ状態ＳＴ５３において条件Ｊを満たしたとき、電源スイッチ回路１１０をＥＨノーマルモードの蓄電用キャパシター再充電状態ＳＴ３に遷移させる。条件Ｄ、Ｆ、Ｉ及びＪは上述の通りである。
【0129】
制御回路１２０は、ノーマルモードのＶＢＯＵＴ出力オフ状態ＳＴ５１において条件Ｍを満たすか否かの判定を行い、条件Ｍを満たしたとき、電源スイッチ回路１１０をバックアップモードのＶＢＯＵＴ出力オフ状態ＳＴ５３に遷移させる。条件Ｍは、（ｍ１）エナジーハーベスト電源電圧ＶＤＤ２が閾値ｍＶＤＤ２＿ＯＦＦよりも低く、且つ（ｍ２）蓄電電源電圧ＶＤＤが閾値ｍＶＤＦＵＬＬよりも低いという条件である。
【0130】
制御回路１２０は、ノーマルモードのＶＢＯＵＴ出力オフ状態ＳＴ５１において条件Ｎ１を満たすか否かの判定を行い、条件Ｎ１を満たしたとき、電源スイッチ回路１１０をノーマルモードのＶＢＯＵＴ出力オン状態ＳＴ５２に遷移させる。条件Ｎ１は、内部トリガー又は外部トリガーが発生することである。
【0131】
制御回路１２０は、ノーマルモードのＶＢＯＵＴ出力オン状態ＳＴ５２において条件Ｎ２を満たすか否かの判定を行い、条件Ｎ２を満たしたとき、電源スイッチ回路１１０をノーマルモードのＶＢＯＵＴ出力オフ状態ＳＴ５１に遷移させる。条件Ｎ２は、内部トリガー又は外部トリガーが発生することである。
【0132】
制御回路１２０は、バックアップモードのＶＢＯＵＴ出力オフ状態ＳＴ５３において条件Ｐ１を満たすか否かの判定を行い、条件Ｐ１を満たしたとき、電源スイッチ回路１１０をバックアップモードのＶＢＯＵＴ出力オン状態ＳＴ５４に遷移させる。条件Ｐ１は、内部トリガー又は外部トリガーが発生することである。
【0133】
制御回路１２０は、バックアップモードのＶＢＯＵＴ出力オン状態ＳＴ５４において条件Ｐ２を満たすか否かの判定を行い、条件Ｐ２を満たしたとき、電源スイッチ回路１１０をバックアップモードのＶＢＯＵＴ出力オフ状態ＳＴ５３に遷移させる。条件Ｐ２は、内部トリガー又は外部トリガーが発生することである。
【0134】
図２４、図２５及び図２６は状態遷移の経過を示すタイミングチャート例である。図２４において左から右に時間が経過し、続いて図２５において左から右に時間が経過する。なお、図２４、図２５及び図２６のタイミングチャートは一例であって、上述した状態遷移に従って、エナジーハーベスト電源６０の状態等に応じて様々な状態遷移の経過をたどってよい。
【0135】
図２４に示すように、初期状態ＳＴ０においてエナジーハーベスト電源６０が電力の供給を開始すると、パワーオンリセット信号Ｒ＿ＶＤＤ２がリセットレベルからリセット解除レベルになる。ここでは、ローレベルがリセットレベルであり、ハイレベルがリセット解除レベルであるとする。また、エナジーハーベスト電源６０がスイッチＳＷＤａのダイオードを介して蓄電用キャパシター５０を充電することで、パワーオンリセット信号Ｒ＿ＶＤＤがリセットレベルからリセット解除レベルになる。また、エナジーハーベスト電源６０がスイッチＳＷＤａのダイオード及びスイッチＳＷＡのダイオードを介して電圧ＶＯＵＴを上昇させることで、パワーオンリセット信号Ｒ＿ＶＯＵＴがリセットレベルからリセット解除レベルになる。ここまでは、スイッチ制御回路１１１が電源スイッチ回路１１０を初期状態ＳＴ０に設定している。
【0136】
パワーオンリセット信号Ｒ＿ＶＯＵＴがリセット解除レベルになると制御回路１２０がリセット解除される。以降、制御回路１２０が電源スイッチ回路１１０を制御する。制御回路１２０は、電源スイッチ回路１１０をスタートアップモードの蓄電用キャパシター充電状態ＳＴ１に遷移させる。
【0137】
なお、ここではパワーオンリセット信号Ｒ＿ＶＯＵＴがリセット解除レベルになったとき初期状態ＳＴ０からスタートアップモードに遷移するとしたが、図１９及び図２１で説明したように、パワーオンリセット信号Ｒ＿ＶＤＤ２がリセット解除レベルになったとき初期状態ＳＴ０からスタートアップモードに遷移してもよい。
【0138】
制御回路１２０は、スタートアップモードの蓄電用キャパシター充電状態ＳＴ１において間欠的に電源スイッチ回路１１０を電圧モニター状態ＳＴ７に設定し、電圧モニター状態ＳＴ７において電圧検出回路１５０に電圧検出を行わせる。図２４には電圧モニター状態ＳＴ７が１回しか記載されていないが、例えば一定間隔毎に繰り返し設定される。また、制御回路１２０は、スタートアップモードのみでなく、各モード及び各状態において間欠的に電源スイッチ回路１１０を電圧モニター状態ＳＴ７に設定する。ＶＳＥＮは電圧検出回路１５０のイネーブル信号であり、ここではハイレベルが電圧検出回路１５０のイネーブルを示す。
【0139】
図２５に示すように、電源スイッチ回路１１０は、スタートアップモードの蓄電用キャパシター充電状態ＳＴ１において間欠的に電圧モニター状態ＳＴ７となり、電圧モニター状態ＳＴ７において条件が満たされたとき、ＥＨノーマルモードのバッテリー充電状態ＳＴ２に遷移する。なお、図２５には、間欠的な電圧モニター状態ＳＴ７のうち遷移条件が満たされたときの電圧モニター状態ＳＴ７のみ図示している。以下同様に、間欠的なＳＴ７の図示を省略する。電源スイッチ回路１１０は、ＥＨノーマルモードのバッテリー充電状態ＳＴ２において間欠的に電圧モニター状態ＳＴ７となり、電圧モニター状態ＳＴ７において条件が満たされたとき、ＥＨノーマルモードの蓄電用キャパシター再充電状態ＳＴ３に遷移する。電源スイッチ回路１１０は、ＥＨノーマルモードの蓄電用キャパシター再充電状態ＳＴ３において間欠的に電圧モニター状態ＳＴ７となり、電圧モニター状態ＳＴ７において条件が満たされたとき、ＥＨノーマルモードのバッテリー充電状態ＳＴ２に遷移する。電源スイッチ回路１１０は、ＥＨノーマルモードのバッテリー充電状態ＳＴ２において間欠的に電圧モニター状態ＳＴ７となり、電圧モニター状態ＳＴ７において条件が満たされたとき、ＥＨノーマルモードの満充電状態ＳＴ４に遷移する。なお、図２５では最初のバッテリー充電状態ＳＴ２の後、蓄電用キャパシター再充電状態ＳＴ３とバッテリー充電状態ＳＴ２が１回だけ行われているが、それが複数回行われてもよい。
【0140】
図２６に示すように、電源スイッチ回路１１０は、ＥＨノーマルモードの満充電状態ＳＴ４において間欠的に電圧モニター状態ＳＴ７となり、条件が満たされたとき、ＥＨノーマルモードのＶＢＯＵＴ出力オン状態ＳＴ６に遷移する。電源スイッチ回路１１０は、ＥＨノーマルモードのＶＢＯＵＴ出力オン状態ＳＴ６において間欠的に電圧モニター状態ＳＴ７となり、条件が満たされたとき、ＥＨノーマルモードの満充電状態ＳＴ４に遷移する。電源スイッチ回路１１０は、ＥＨノーマルモードの満充電状態ＳＴ４において間欠的に電圧モニター状態ＳＴ７となり、電圧モニター状態ＳＴ７において条件が満たされたとき、バックアップモード又はノーマルモードの状態ＳＴ５に遷移する。
【0141】
【0142】
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本開示の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本開示の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本開示の範囲に含まれる。またエナジーハーベスト電源、蓄電用キャパシター、バッテリー、回路装置、振動子、リアルタイムクロック装置、外部回路及び電子機器等の構成及び動作等も、本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【0143】
１０…振動子、２０…安定化キャパシター、５０…蓄電用キャパシター、６０…エナジーハーベスト電源、７０…バッテリー、９０…外部回路、１００…回路装置、１１０…電源スイッチ回路、１１１…スイッチ制御回路、１２０…制御回路、１３０…メモリー、１３１…制御パラメーター、１４０…インターフェース回路、１５０…電圧検出回路、１６０…レギュレーター、１７０…発振回路、２００…リアルタイムクロック装置、３００…電子機器、ＮＶＯＵＴ…供給ノード、ＳＴ１…蓄電用キャパシター充電状態、ＳＴ２…バッテリー充電状態、ＳＴ３…蓄電用キャパシター再充電状態、ＳＴ４…満充電状態、ＳＴ５１…ＶＢＯＵＴ出力オフ状態、ＳＴ５２…ＶＢＯＵＴ出力オン状態、ＳＴ５３…ＶＢＯＵＴ出力オフ状態、ＳＴ５４…ＶＢＯＵＴ出力オン状態、ＳＴ６…ＶＢＯＵＴ出力オン状態、ＳＴ７…電圧モニター状態、ＳＷＡ…第１スイッチ、ＳＷＢ…第２スイッチ、ＳＷＣ…第３スイッチ、ＳＷＤ…第４スイッチ、ＳＷＥ…第５スイッチ、ＴＶＢＡＴ…バッテリー電源端子、ＴＶＤＤ…蓄電電源端子、ＴＶＤＤ２…エナジーハーベスト電源端子、ＶＢＡＴ…バッテリー電源電圧、ＶＤＤ…蓄電電源電圧、ＶＤＤ２…エナジーハーベスト電源電圧、ＶＯＵＴ…供給ノードの電圧
【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】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】