(57)【要約】【課題】ノイズによる誤動作を抑制し、かつ、より柔軟なしきい値電流を選択する。【解決手段】半導体装置は、送信回路と、受信回路と、比較回路と、タイマー回路と、スイッチ回路とを備える。送信回路は、入力信号に基づいた第１信号を、第２信号に変換して送信する。受信回路は、前記送信回路と電気的に絶縁され、前記第２信号を受信して第３信号を出力する。比較回路は、基準電圧と、前記入力信号及び前記第３信号のうちいずれか一方の比較対象信号と、を比較して第４信号を出力する。タイマー回路は、前記第４信号が遷移した場合に、その遷移したタイミングに基づいて、第５信号を出力する。スイッチ回路は、前記第５信号に基づいて、前記基準電圧を切り替えて出力する。【選択図】図１
2020113602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号に基づいた第１信号を、第２信号に変換して送信する、送信回路と、
前記送信回路と電気的に絶縁され、前記第２信号を受信して第３信号を出力する、受信回路と、
基準電圧と、前記入力信号及び前記第３信号のうちいずれか一方の比較対象信号と、を比較して第４信号を出力する、比較回路と、
前記第４信号が遷移した場合に、その遷移したタイミングに基づいて、第５信号を出力する、タイマー回路と、
前記第５信号に基づいて、前記基準電圧を切り替えて出力する、スイッチ回路と、
を備える半導体装置。
【請求項２】
前記第４信号は、前記比較対象信号が、第１基準電圧よりも高くなる状態へと遷移した場合と、前記第１基準電圧よりも低くなる状態へと遷移した場合と、を区別する信号である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記タイマー回路は、
前記比較対象信号が、前記第１基準電圧よりも低い状態から前記第１基準電圧よりも高い状態へと遷移した第１タイミング、
前記第１タイミングから第１所定時間後の第２タイミング、
前記比較対象信号が、前記第１基準電圧よりも高い状態から前記第１基準電圧よりも低い状態へと遷移した第３タイミング、及び、
前記第３タイミングから第２所定時間後の第４タイミング、
において前記第５信号を出力する、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記タイマー回路は、
前記比較対象信号が、前記第１基準電圧よりも低い状態から前記第１基準電圧よりも高い状態へと遷移した第１タイミングから第１所定時間後の第２タイミングまでの間、及び、
前記比較対象信号が、前記第１基準電圧よりも高い状態から前記第１基準電圧よりも低い状態へと遷移した第３タイミングから第２所定時間後の第４タイミングまでの間、
において前記第５信号を出力し続ける、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記スイッチ回路は、前記第５信号に基づいて、
前記比較対象信号が前記第１基準電圧よりも低い状態から前記第１基準電圧よりも高い状態へと遷移してから前記第１所定時間後まで、前記第１基準電圧よりも低い第２基準電圧を選択して出力し、
前記比較対象信号が前記第１基準電圧よりも高い状態から前記第１基準電圧よりも低い状態へと遷移してから前記第２所定時間後まで、前記第１基準電圧よりも高い第３基準電圧を選択して出力する、
請求項３又は請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記受信回路の出力及び前記スイッチ回路の出力は、前記比較回路の入力と接続され、
前記比較回路の出力は、出力端子及び前記タイマー回路の入力と接続され、
前記タイマー回路の出力は、前記スイッチ回路の入力と接続され、
前記比較対象信号は、前記第３信号である、
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記比較回路の出力は、前記送信回路の入力及び前記タイマー回路の入力と接続され、
前記タイマー回路の出力は、前記スイッチ回路の入力と接続され、
入力端子及び前記スイッチ回路の出力は、前記比較回路の入力と接続され、
前記比較対象信号は、前記入力信号であり、
前記第４信号は、前記第１信号である、
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項８】
前記送信回路及び前記受信回路は、フォトカプラ、容量結合素子及び磁気結合素子の少なくとも１つを備える、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトカプラは、電気的絶縁と信号伝送を両立するデバイスであり様々な分野で広く応用されている。特に、高速デジタル信号伝送用フォトカプラは、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）や、ＦＡ（Factory Automation）ネットワーク通信等で広く用いられる。実使用環境においては、入力波形に微少なノイズ成分が重畳される場合があり、このノイズ成分による出力信号誤動作抑制のため、コンパレータしきい値電圧設計においては、一般的に入出力レベルに応じてコンパレータしきい値をシフトさせるヒステリシスが導入される。しかしながら、パルス信号立ち上がり、立ち下がりのコンパレータしきい値に差異が生じることによるパルス幅歪み、伝送遅延時間への影響があり、また、コンパレータしきい値の制限から、低消費電力化の観点において問題が残る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−０２６４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一実施形態は、ノイズ重畳による出力誤動作を抑制し、かつ、より柔軟なしきい値電流の選択を可能とする半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態によれば、半導体装置は、送信回路と、受信回路と、比較回路と、タイマー回路と、スイッチ回路とを備える。送信回路は、入力信号に基づいた第１信号を、第２信号に変換して送信する。受信回路は、前記送信回路と電気的に絶縁され、前記第２信号を受信して第３信号を出力する。比較回路は、基準電圧と、前記入力信号及び前記第３信号のうちいずれか一方の比較対象信号と、を比較して第４信号を出力する。タイマー回路は、前記第４信号が遷移した場合に、その遷移したタイミングに基づいて、第５信号を出力する。スイッチ回路は、前記第５信号に基づいて、前記基準電圧を切り替えて出力する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】一実施形態に係る半導体装置の機能を示すブロック図。
【図２】一実施形態に係る出力信号の概略を示す図。
【図３】一実施形態に係る半導体装置の別の例を示すブロック図。
【図４】一実施形態に係る半導体装置の別の例を示すブロック図。
【図５】一実施形態に係る半導体装置の別の例を示すブロック図。
【図６】一実施形態に係る半導体装置の別の例を示すブロック図。
【図７】一実施形態に係る出力信号の別の例の概略を示す図。
【図８】一実施形態に係る半導体装置の別の例を示すブロック図。
【図９】一実施形態に係る半導体装置の別の例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照して実施形態について説明する。説明において値の大小を示す「より大きい」「より小さい」は、その整合性を維持する範囲で「以上」「以下」と読み替えてもよく、その逆も同様である。また、図示された各素子は、一例として示したものであり、特に説明にある場合には、省略してもよいことがある。例えば、各抵抗は、明示的に示されているが、導線等による抵抗を利用してもよい。
【０００８】
図１は、一実施形態に係る半導体装置の機能を示すブロック図である。
【０００９】
半導体装置１は、送信回路１０と、受信回路２０と、電圧制御回路３０と、を備え、入出力端子として、入力端子Ｖｉｎ１、Ｖｉｎ２と、電源電圧端子Ｖ＋、Ｖ−と、出力端子Ｖｏｕｔと、を備える。この半導体装置１は、例えば、フォトカプラとして機能する。フォトカプラには限られず、容量結合又は磁気結合等の他の結合方法により絶縁部分を介して信号を伝達する装置であってもよい。半導体装置１は、例えば、入力端子Ｖｉｎ１、Ｖｉｎ２から入力された電位差又は電流に基づいて、出力端子ＶｏｕｔからＨｉｇｈ又はＬｏｗの信号を出力する。
【００１０】
電源電圧端子Ｖ＋、Ｖ−には、それぞれ参照電圧となる電源電圧Ｖ＋、Ｖ−が印加される。例えば、Ｖ＋は、５Ｖであり、Ｖ−は、０Ｖ（接地電圧）であるが、これには限られない。例えば、Ｖ＋は、３．３Ｖであってもよい。半導体装置１の用途、機能により、電源電圧Ｖ＋、Ｖ−が決定されてもよい。以下の説明において、電源電圧端子Ｖ＋、Ｖ−は、必要となる回路又は素子等と適切に接続され、接続された回路又は端子に電源電圧を印加する。
【００１１】
送信回路１０は、入力端子Ｖｉｎ１、Ｖｉｎ２と接続される。この送信回路１０は、送信素子１００を備える。送信素子１００は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）である。送信回路１０は、入力端子に与えられた入力信号である送信素子１００を駆動するための第１信号を用いて、送信素子１００から伝送信号である第２信号を出力する。例えば、入力端子間に電圧が与えられた入力信号として与えられた場合に、適切な抵抗（導線による抵抗でもよい）により電流を発生させ、送信素子１００である発光ダイオードを発光させる第１信号へと変換する。そして、この第１信号により送信素子１００から発光ダイオードからの光信号である第２信号を出力する。
【００１２】
受信回路２０は、受信素子２００を備える。受信素子２００は、例えば、フォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）である。受信回路２０は、送信回路１０、特に、送信素子１００とは電気的に絶縁される。この受信回路２０は、送信回路１０から送信された第２信号を受信して電圧へと変換して第３信号を出力する。例えば、送信素子１００が発光ダイオードである場合、受信素子２００は、フォトダイオードである。受信素子２００がフォトダイオードである場合、受信回路２０は、さらに、電流電圧変換器２０２を備え、フォトダイオードが受光することにより出力した電流を電圧へと変換する。この変換された電圧を、第３信号として出力する。電流電圧変換器２０２は、例えば、増幅器と抵抗とを備える。
【００１３】
送信回路１０は、半導体装置１の入力側に、受信回路２０は、出力側に備えられる。そして、送信回路１０から送信する伝送信号を電気的に接続されていない受信回路２０において受信して、出力信号として出力する。
【００１４】
電圧制御回路３０は、受信回路２０と接続される。この電圧制御回路３０は、出力する電圧を制御する。例えば、受信回路２０により受信された第３信号は、入力信号にノイズが重畳されている場合等に、一定のしきい値を用いてＨｉｇｈ、Ｌｏｗの信号へと変換すると、しきい値を超えるタイミングにおいてＨｉｇｈとＬｏｗの信号が短い時間内にノイズにより連続的に変化する可能性がある。電圧制御回路３０は、このようなしきい値を超えるタイミング、例えば、低レベルの信号から高レベルへの信号へと遷移する状態のしきい値をまたぐタイミングの前後において、ノイズの影響を抑制し、制御された電圧を出力信号として出力する回路である。
【００１５】
電圧制御回路３０は、第１基準電圧出力回路３００と、第２基準電圧出力回路３０２と、第３基準電圧出力回路３０４と、スイッチ回路３０６と、比較回路３０８と、タイマー回路３１０と、を備える。
【００１６】
第１基準電圧出力回路３００、第２基準電圧出力回路３０２、第３基準電圧出力回路３０４は、比較回路３０８において比較対象となる信号と比較する基準電圧である、第１基準電圧、第２基準電圧、第３基準電圧をそれぞれ出力する。
【００１７】
これらの基準電圧出力回路は、一般的な電圧源を用いてもよい。例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor）により電源電圧端子Ｖ＋、Ｖ−間に与えられた電位差を変換し、出力するものであってもよいし、これには限られず、他の素子を用いてもよい。別の例としては、半導体装置１は、それぞれの基準電圧に対応する第１基準電圧入力端子、第２基準電圧入力端子、第３基準電圧入力端子を備え、外部からそれぞれの基準電圧を入力する形態であってもよい。さらに別の例として、第１基準電圧入力端子を備え、第２基準電圧及び第３基準電圧を半導体装置１内で生成してもよい。
【００１８】
第１基準電圧は、受信回路２０が出力する電圧に対するしきい値である。受信回路２０が出力する電圧が、第１基準電圧より高い場合に、半導体装置１からは、Ｈｉｇｈの電圧を出力し、第１基準電圧より低い場合に、Ｌｏｗの電圧を出力する。Ｈｉｇｈ、Ｌｏｗは、一例として示したものであり、逆であってもよいし、それぞれに所定の電圧を出力するものであってもよい。例えば、受信回路２０が出力する電圧が、０Ｖ〜３．３Ｖの値を取る場合には、第１基準電圧は、１．８Ｖとしてもよい。これには限られず、受信回路２０が出力する電圧に対して、適切に状態を区別して出力できる電圧であればよい。
【００１９】
第２基準電圧は、第１基準電圧よりも低い電圧である。一方の第３基準電圧は、第１基準電圧よりも高い電圧である。例えば、第１基準電圧が１．８Ｖであり、受信回路２０が出力する電圧に対するノイズの電圧が０．１Ｖ程度である場合には、第２基準電圧は、１．８Ｖ−０．１Ｖよりも低い値となる、１．０Ｖとしてもよい。この場合、第３基準電圧は、１．８Ｖ＋０．１Ｖよりも高い値となる、２．５Ｖとしてもよい。これらの数値も上記と同様に、一例として記載したものであり、これらの値に限られるものではない。
【００２０】
スイッチ回路３０６は、第１基準電圧出力回路３００、第２基準電圧出力回路３０２、第３基準電圧出力回路３０４及びタイマー回路３１０と接続される。このスイッチ回路３０６は、第１基準電圧、第２基準電圧、第３基準電圧のうち１つを選択して出力する回路である。スイッチ回路は、例えば、機械式リレー、ダイオード、ＦＥＴ、アナログスイッチ等を備えて構成され、上記の３つの電圧出力回路との接続を排他的に切り替える。スイッチ回路３０６は、排他的に接続する電圧出力回路を切り替えることにより、比較回路３０８へと入力される基準電圧を選択する。
【００２１】
比較回路３０８は、受信回路２０と、スイッチ回路３０６とに接続される。スイッチ回路３０６によりスイッチされた電圧と、比較対象信号である第３信号と、を比較して第４信号を出力する。第４信号は、例えば、上述したように、Ｈｉｇｈ又はＬｏｗを示す所定の電圧を有する信号である。この比較回路３０８は、出力端子Ｖｏｕｔと接続され、半導体装置１から第４信号を出力する。
【００２２】
タイマー回路３１０は、比較回路３０８と接続される。タイマー回路３１０は、比較回路３０８が出力した第４信号がＨｉｇｈとＬｏｗとの間で遷移した場合に、その遷移したタイミング及びその遷移したタイミングの所定時間後のタイミングに基づいて、第５信号を出力する。第５信号は、スイッチ回路３０６へと出力され、スイッチ回路３０６は、この第５信号に基づいて、比較回路３０８が、いずれかの基準電圧回路と接続するように切り替えを行う。
【００２３】
半導体装置１は、上記のように、入力端子Ｖｉｎ１、Ｖｉｎ２から入力された入力信号に基づいた第１信号を送信回路１０において第２信号へと送信する。送信回路１０の送信素子１００と電気的に絶縁されている受信回路２０の受信素子２００において第２信号を受信し、第３信号へと変換して比較回路３０８へと出力する。比較回路３０８は、基準電圧と、比較対象信号である第３信号とを比較して、比較結果である第４信号を出力端子Ｖｏｕｔから出力する。並行して第４信号は、タイマー回路３１０へと入力される。タイマー回路３１０は、第４信号の遷移状態に基づき第５信号をスイッチ回路３０６へと出力する。スイッチ回路３０６は、第５信号に基づいて、比較回路３０８の基準電圧を切り替える。
【００２４】
基準電圧の切り替えについて詳しく説明する。図２は、基準電圧の切り替えの一例について概略的に示す図である。
【００２５】
半導体装置１は、例えば、光結合を用いた半導体リレーとして動作する。入力信号にノイズが重畳されていない場合にスイッチのしきい値として機能するのが第１基準電圧である。入力信号にノイズが重畳されている場合、第１基準電圧のみをしきい値として用いると、入力信号がしきい値をまたぐ前後のタイミングにおいて、出力信号の波形がノイズの影響によりＨｉｇｈとＬｏｗの値を振動することになる。このようにノイズが重畳されている場合でも、第４信号は、入力信号がしきい値電圧よりも低い状態から高い状態へと遷移した場合に、Ｈｉｇｈとなり、入力信号がしきい値電圧よりも高い状態から低い状態へと遷移した場合に、Ｌｏｗとなるのが理想的である。
【００２６】
そこで、比較回路３０８に入力される比較対象信号が第１基準電圧より低い状態から、第１基準電圧より高い状態へと遷移したタイミング、すなわち、比較器の出力する第４信号がＬｏｗからＨｉｇｈへと遷移したタイミングにおいて、しきい値電圧を第１基準電圧よりも低い電圧である第２基準電圧へと引き下げる。
【００２７】
これを実現するために、タイマー回路３１０は、第４信号がＬｏｗからＨｉｇｈへと遷移した第１タイミングで第５信号をスイッチ回路３０６へと出力する。第５信号を受信したスイッチ回路３０６は、比較回路３０８と接続される回路を第１基準電圧出力回路３００から第２基準電圧出力回路３０２へと切り替える。第１タイミングから第１所定時間Ｔ＿ｔｉｍｅｒ＿ｒが経過した第２タイミングで、タイマー回路３１０は、再び第５信号をスイッチ回路３０６へと出力する。第５信号を受信したスイッチ回路３０６は、比較回路３０８と接続される回路を、第２基準電圧出力回路３０２から第１基準電圧出力回路３００へと切り替える。このように切り替えることにより、信号の立ち上がりの間のノイズに拘わらず、出力される第４信号がＨｉｇｈに維持される。
【００２８】
一方、タイマー回路３１０は、第４信号がＨｉｇｈからＬｏｗへと遷移した第３タイミングで第５信号をスイッチ回路３０６へと出力する。第５信号を受信したスイッチ回路３０６は、比較回路３０８と接続される回路を第１基準電圧出力回路３００から第３基準電圧出力回路３０４へと切り替える。第３タイミングから第２所定時間Ｔ＿ｔｉｍｅｒ＿ｆが経過した第４タイミングで、タイマー回路３１０は、再び第５信号をスイッチ回路３０６へと出力する。第５信号を受信したスイッチ回路３０６は、比較回路３０８と接続される回路を第３基準電圧出力回路３０４から第１基準電圧出力回路３００へと切り替える。このように切り替えることにより、信号の立ち下がりの間のノイズに拘わらず、出力される第４信号がＬｏｗに維持される。
【００２９】
このように、タイマー回路３１０と、スイッチ回路３０６の動作により、第４信号は、入力信号がしきい値電圧である第１基準電圧よりも低い状態から高い状態へと遷移した場合にＨｉｇｈとなり、第１基準電圧よりも高い状態から低い状態へと遷移した場合にＬｏｗとなる。
【００３０】
第５信号とスイッチ回路３０６の動作には、種々の実装が考えられる。
【００３１】
第１実装として、タイマー回路３１０は、それぞれのタイミング、すなわち、上記の第１タイミングから第４タイミングのそれぞれのタイミングにおいて同等のパルスを出力してもよい。スイッチ回路３０６は、事前の状態を保持しておき、保持している状態に基づいて、基準電圧出力回路を切り替える。例えば、初期状態においては、第１基準電圧出力回路３００と接続されており、第５信号を受信すると、第２基準電圧出力回路３０２に切り替える。第１基準電圧出力回路３００から第２基準電圧出力回路３０２に切り替えたという状態を保持しておき、次に第５信号を受信すると、第１基準電圧出力回路３００に切り替える。第２基準電圧出力回路３０２から第１基準電圧出力回路３００に切り替えたという状態を保持しておき、次に第５信号を受信すると、第２基準電圧出力回路３０２に切り替える。このように、１つ前の切り替え状態を保持しておくことにより、タイマー回路３１０は、特に第５信号に対する処理を行うことなく、第５信号としてパルスを発することにより、第４信号を制御する。
【００３２】
第２実装として、タイマー回路３１０は、それぞれのタイミングでスイッチをどのように切り替えるかを示すパルスを出力してもよい。タイマー回路３１０は、第１タイミングにおいて第１基準電圧出力回路３００から第２基準電圧出力回路３０２に切り替える指示をする信号、第２タイミングにおいて第２基準電圧出力回路３０２から第１基準電圧出力回路３００に切り替える指示をする信号、第３タイミングにおいて第１基準電圧出力回路３００から第３基準電圧出力回路３０４へと切り替える指示をする信号、及び、第４タイミングにおいて第３基準電圧出力回路３０４から第１基準電圧出力回路３００へと切り替える指示をする信号、を区別して第５信号としてスイッチ回路３０６へと出力してもよい。第５信号を受信したスイッチ回路３０６は、第５信号に基づいて、出力回路を切り替える。例えば、第５信号のパルスとして異なる電圧又は電流等を有するパルスを発してもよい。このように、タイマー回路３１０において、第５信号にいずれの遷移であるかを識別できる信号を乗せてスイッチ回路３０６へと出力し、スイッチ回路３０６は、受信した第５信号に基づいてスイッチを切り替えてもよい。もちろん、パルスには限られず、実時間で変調を行う等他の実装により、識別信号を生成して送信してもよい。
【００３３】
第３実装として、タイマー回路３１０は、上記ではパルス信号、すなわち、トリガとして動作する信号を出力したが、トグルとして動作する信号を出力してもよい。例えば、第１タイミングから第１所定時間Ｔ＿ｔｉｍｅｒ＿ｒの間、Ｈｉｇｈとなる第５信号を出力する。第２タイミングにおいてＨｉｇｈとなる第５信号を出力するのを終了する。同様に、第３タイミングから第２所定時間Ｔ＿ｔｉｍｅｒ＿ｆの間、Ｈｉｇｈとなる第５信号を出力する。第４タイミングにおいてＨｉｇｈとなる第５信号を出力するのを終了する。Ｈｉｇｈの第５信号を受信している間、スイッチ回路３０６は、保持している１つ前の状態に基づいて、第１基準電圧出力回路３００から第２基準電圧出力回路３０２又は第３基準電圧出力回路３０４へと切り替える。このように、タイマー回路３１０は、トグルとして動作する第５信号を出力してもよい。
【００３４】
第４実装として、タイマー回路３１０は、第３実装におけるトグル信号を第４信号の立ち上がり及び立ち下がりで異なる電圧又は電流等を有する信号としてもよい。スイッチ回路３０６では、入力されている第５信号に基づいて、電圧出力回路を切り替える。このように、タイマー回路３１０は、トグルとして動作し、かつ、いずれの状態であるかを示す第５信号を出力してもよい。第２実装と同様に、電圧値又は電流値ではなく、異なる変調等によりタイミングを識別する信号を生成してもよい。
【００３５】
いずれの場合であっても、スイッチ回路３０６は、比較対象信号が第１基準電圧よりも低い状態から高い状態へと遷移してから第１所定時間後まで、第２基準電圧を選択して出力し、比較対象信号が第１基準電圧よりも高い状態から低い状態へと遷移してから第２所定時間後まで、第３基準電圧を選択して出力する。その他の場合においては、第１基準電圧を選択して出力する。
【００３６】
タイマー回路３１０は、上記の動作を行うために、例えば、インバータ回路を連続的に接続した遅延回路を備え、比較回路３０８の出力に対応して第１タイミングにおいて第５信号を出力し、遅延回路を通り第１所定時間Ｔ＿ｔｉｍｅｒ＿ｒ時間後に第５信号を再度出力してもよい。第２所定時間Ｔ＿ｔｉｍｅｒ＿ｆについても同様である。トグルとして第５信号を出力する場合には、例えば、遅延していない回路と遅延回路との出力を排他的論理和回路により合成してもよい。
【００３７】
別の例として、キャパシタの時定数を用いて所定時間を計測するものであってもよい。この場合さらに、インダクタや抵抗を備え、キャパシタとインダクタや抵抗による時定数により所定時間を計測するものであってもよい。
【００３８】
さらに別の例として、ユーザが外から第１所定時間及び第２所定時間を制御できるように、所定時間を入力するための端子が半導体装置１に備えられていてもよい。これらの実装は一例として記載したものであり、タイマー回路３１０とスイッチ回路３０６の動作が適切に行われるものであれば、これらに限られるものではない。
【００３９】
第１所定時間及び第２所定時間は、同じ時間であってもよいし、異なる時間であってもよい。また、これらの所定時間は、例えば、入力端子Ｖｉｎ１、Ｖｉｎ２に与えられる入力信号の周期等として考えられる値よりも十分小さな値、例えば、１／１００から１／１０等の値となるように、半導体装置１の用途ごとに設定されてもよい。
【００４０】
以上のように、本実施形態によれば、半導体装置１は、入力信号にノイズが重畳されている場合であってもタイマーを用いて所定時間の間において基準電圧を変更することにより適切に出力を制御できる。タイマーを用いることで、ノイズの影響が大きい時間内においてしきい値電圧を変更することが可能となり、しきい値電圧の選択の幅を広げることが可能となる。送信素子１００は、例えば、発光ダイオードであり、受信素子２００は、例えば、フォトダイオードであり、この場合、半導体装置１は、入力信号に対するノイズ耐性の高いフォトカプラとして動作する。また、第２基準電圧を接地電圧とする実装も簡単にすることができ、これにより第１基準電圧及び対応する入力信号の低電圧・低電流化が図ることができることから、低消費電力を促進することが可能である。
【００４１】
図３は、基準電圧出力回路の変形例に係る半導体装置１を示すブロック図である。半導体装置１は、第２基準電圧出力回路３０２としてプルダウン抵抗Ｒ３０２を、第３基準電圧出力回路３０４としてプルアップ抵抗Ｒ３０４と、を備える。
【００４２】
このように、電源電圧Ｖ−に対してプルダウンをすることにより第２基準電圧を出力し、電源電圧Ｖ＋に対してプルアップをすることにより第３基準電圧を出力してもよい。
【００４３】
図４は、半導体装置１の別の形態を示す図である。この図に示すように、半導体装置１は、さらに、入力側の電源電圧端子Ｖ１＋、Ｖ１−を備えていてもよい。この場合、出力側の電源電圧端子と区別するために、図に示すように、出力側の電源電圧端子をＶ２＋、Ｖ２−と記載する。
【００４４】
例えば、送信回路１０の送信素子１００に入力信号を与える際に、電源電圧を必要とすることがある。このような場合、図４の構成を取ることにより、電源電圧と入力信号とをバッファ１０２（又はアンプ等）が適切に変換し、送信回路１０へと入力することが可能となる。なお、上述のように、光結合型の絶縁信号伝送において、ＬＥＤ等を直接駆動できる場合には、もちろん省略することが可能である。
【００４５】
図５は、電圧制御回路３０の変形例に係る半導体装置１を示すブロック図である。半導体装置１は、送信回路１０の入力として電圧制御回路３０の出力を用いてもよい。このようなに電圧制御回路３０を送信回路１０の前段に接続することにより、入力信号に重畳されたノイズを除去した送信回路１０及び受信回路２０間の信号の送受信を行うことが可能となる。電圧制御回路３０は、入力側の電源電圧端子Ｖ１＋、Ｖ１−と接続される。
【００４６】
この場合、スイッチ回路３０６の接続関係は特に変化しないが、比較回路３０８の接続関係が変わる。比較回路３０８は、入力側が入力端子と接続され、出力側が、送信回路１０及びタイマー回路３１０と接続される。
【００４７】
すなわち、比較回路３０８は、比較対象信号である入力信号と、基準電圧とを比較し、入力信号に基づいた第４信号を第１信号として送信回路１０へと出力する。送信回路１０において第４信号は、第２信号へと変換される。受信回路２０は、第２信号を受信して、出力信号として第３信号を出力する。
【００４８】
このように図５のような形態に係る半導体装置１においても、前述の実施形態と同様の機能を奏することが可能となる。例えば、送信素子１００及び受信素子２００は、容量結合素子又は磁気結合素子を形成する素子である。また、フォトカプラの場合であっても、このように送信回路１０の前段に電圧制御回路３０を備えてもよい。
【００４９】
図５に示すように、入力端子Ｖｉｎだけに対して電圧制御回路３０が備えられるのではなく、図1のような入力端子Ｖｉｎ１、Ｖｉｎ２の双方にまたがるように電圧制御回路３０が備えられてもよい。この場合、例えば、図示しない比較回路３０８の入力の前に差動増幅回路をさらに備えてもよい。
【００５０】
さらに、受信回路２０が絶縁信号伝送により受信した信号を、出力側の電源電圧により増幅等してもよい。図５に示すように、受信回路２０と出力電圧端子Ｖｏｕｔとの間に、電源電圧端子Ｖ２＋、Ｖ２−と接続される、バッファ２０４（又はアンプ等）を備えておくことにより、実装することが可能である。もちろん、このバッファ２０４は、回路設計によっては、省略してもよい。
【００５１】
このように、電圧制御回路３０は、入力側に設けることも可能である。
【００５２】
前述の実施形態及び各変形例においては、基準電圧は、３つであるとしたが、これには限られない。例えば、図６に示すように、５つの基準電圧源を備えていてもよい。例えば、第４基準電圧出力回路３１２は、第２基準電圧よりも低い第４基準電圧を出力し、第５基準電圧出力回路３１４は、第３基準電圧よりも高い第５基準電圧を出力する。
【００５３】
タイマー回路３１０は、第１所定時間、第２所定時間に加え、第１所定時間よりも短い第３所定時間と、第２所定時間よりも短い第４所定時間を計測して第５信号を前述の記載に準じて出力する。
【００５４】
スイッチ回路３０６は、立ち上がりのタイミングで第４基準電圧出力回路３１２に切り替わり、立ち上がりのタイミングから第３所定時間経過後、第２基準電圧出力回路３０２に切り替わり、立ち上がりのタイミングから第１所定時間経過後、第１基準電圧出力回路３００に切り替わる。各々のタイミングは、前述と同様に第５信号を受信することにより判断される。
【００５５】
同様に、スイッチ回路３０６は、立ち下がりのタイミングで第５基準電圧出力回路３１４に切り替わり、立ち下がりのタイミングから第４所定時間経過後、第３基準電圧出力回路３０４に切り替わり、立ち下がりのタイミングから第２所定時間経過後、第１基準電圧出力回路３００に切り替わる。
【００５６】
図７は、この場合における入力波形と、しきい値と、出力波形の関係を示す図である。しきい値は、立ち上がり及び立ち下がりのタイミングにおいてそれぞれ大きく変動するが、その後段階的に第１基準電圧へと戻る。入力波形に対する出力波形は、図２に示すものと同等である。一方で、しきい値電圧をノイズの影響を受けない程度により細かく制御することが可能となる。
【００５７】
以上のように、３段階の基準電圧ではなく、さらに細かい基準電圧を用いてもよい。より消費電力を削減するために、第２基準電圧を接地電圧とし、第４基準電圧出力回路３１２を備えない構成とし、第１基準電圧及び対応する入力信号の低電圧化させても良い。さらに、５段階の基準電圧ではなく、より細かい基準電圧を設定してもよい。
【００５８】
電圧制御回路３０について、さらなる変形例を説明する。以下の変形例においては、電源電圧端子Ｖ＋、Ｖ−間に電流源と抵抗を備えることにより、それぞれの基準電圧を生成するものである。
【００５９】
図８は、電圧制御回路３０の一変形例を示す図である。電圧制御回路３０は、定電流源３１６と、抵抗３１８、３２０、３２２と、を備える。定電流源３１６と、各抵抗の組み合わせは、スイッチ回路３０６により排他的に切り替えられる。抵抗は、例えば、その抵抗値が、抵抗３１８＜抵抗３２０＜抵抗３２２を満たすように設定されている。スイッチ回路３０６は、定常状態において、定電流源３１６と第１基準電圧に相当する電圧を生成する抵抗３２０とを接続する。
【００６０】
比較回路３０８からの出力信号が立ち上がりの状態であり、タイマー回路３１０から立ち上がりであることを示す信号、又は、立ち上がりであるタイミングで信号を受信すると、スイッチ回路３０６は、抵抗３２０から抵抗３１８へと接続を切り替える。これにより、第２基準電圧に相当する電圧を生成する抵抗３１８と接続されるため、比較回路３０８のしきい値電圧を下げる。タイマー回路３１０により計測された第１所定時間後に、スイッチ回路３０６は、抵抗３２０へと接続を切り替える。
【００６１】
同様に、信号が立ち下がりである場合には、スイッチ回路３０６は、第３基準電圧に相当する電圧を生成する抵抗３２２へと接続を切り替え、比較回路３０８のしきい値を第３基準電圧へと上げる。第２所定時間後に、スイッチ回路３０６は、抵抗３２０へと接続を切り替える。
【００６２】
なお、定電流源３１６、抵抗３１８、３２０、３２２の位置はこれには限られず、定電流源３１６をスイッチ回路３０６と電源電圧端子Ｖ−間、各抵抗３１８、３２０、３２２をスイッチ回路３０６と電源電圧端子Ｖ＋間としてもよい。すなわち、第１基準電圧から第３基準電圧をスイッチ回路３０６が切り替えられるような任意の配置としてもよい。
【００６３】
図９は、電圧制御回路３０のさらに別の変形例を示す図である。電圧制御回路３０は、定電流源３２４、３２６、３２８と、抵抗３３０と、を備える。抵抗３３０と、各定電流源の組み合わせは、スイッチ回路３０６により排他的に切り替えられる。定電流源は、例えば、その電流値が、定電流源３２４＜定電流源３２６＜定電流源３２８を満たすように設定されている。スイッチ回路３０６は、定常状態において、第１基準電圧に相当する電圧を生成する電流を出力する定電流源３２６と、抵抗３３０とを接続する。
【００６４】
比較回路３０８からの出力信号が立ち上がりの状態であり、タイマー回路３１０から立ち上がりであることを示す信号、又は、立ち上がりであるタイミングで信号を受信すると、スイッチ回路３０６は、定電流源３２６から定電流源３２４へと接続を切り替える。これにより、第２基準電圧に相当する電圧を生成する電流を出力する定電流源３２４と、抵抗３３０とが接続されるため、比較回路３０８のしきい値電圧を下げる。タイマー回路３１０により計測された第１所定時間後に、スイッチ回路３０６は、定電流源３２６へと接続を切り替える。
【００６５】
同様に、信号が立ち下がりである場合には、スイッチ回路３０６は、第３基準電圧に相当する電圧を生成する電流を出力する定電流源３２８へと接続を切り替え、比較回路３０８のしきい値を第３基準電圧へと上げる。第２所定時間後に、スイッチ回路３０６は、定電流源３２６へと接続を切り替える。
【００６６】
図８の場合と同様に、各定電流源、抵抗３３０、電源電圧端子Ｖ＋、Ｖ−、スイッチ回路３０６の位置関係は、第１基準電圧から第３基準電圧を切り替えられるような任意の配置にすることが可能である。
【００６７】
以上の場合も、基準電圧は、３種類である必要は無く、もっと多くの種類の基準電圧を切り替えるものであってもよい。また、図８、図９において、電源電圧端子Ｖ＋、Ｖ−は、電圧制御回路３０が備えられる位置により、電源電圧端子Ｖ１＋、Ｖ１−、又は、電源電圧端子Ｖ２＋、Ｖ２−を示す。
【００６８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６９】
１：半導体装置、１０：送信回路、１００：送信素子、２０：受信回路、２００：受信素子、２０２：電流電圧変換器、３０：電圧制御回路、３００：第１基準電圧出力回路、３０２：第２基準電圧出力回路、３０４：第３基準電圧出力回路、３０６：スイッチ回路、３０８：比較回路、３１０：タイマー回路、３１２：第４基準電圧出力回路、３１４：第５：基準電圧出力回路、３１６、３２４、３２６、３２８：定電流源、３１８、３２０、３２２、３３０：抵抗
Ｖｉｎ、Ｖｉｎ１、Ｖｉｎ２：入力端子、Ｖ＋、Ｖ−、Ｖ１＋、Ｖ１−、Ｖ２＋、Ｖ２−：電源電圧端子、Ｖｏｕｔ：出力素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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