(57)【要約】【課題】高速動作する際にも半導体装置の消費電力を削減可能な技術を提供することにある。【解決手段】半導体装置は、信号を出力するモジュールと、遅延素子と、入力と出力とを有する第１出力回路と、前記第１出力回路の前記出力に接続され、信号配線に接続されるべき第１外部端子と、第２外部端子と、を含む。前記第１出力回路の前記入力は、前記遅延素子によって遅延された前記信号を受ける。前記第２外部端子は、前記遅延素子を介することなく、前記信号を受ける。前記第２外部端子の前記信号は、前記遅延された前記信号に基づいて前記第１出力回路が前記第１外部端子の電位を変化させる前に、前記第１外部端子に接続されるべき前記信号配線の電位レベルを変化させるために利用される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号を出力するモジュールと、
遅延素子と、
入力と出力とを有する第１出力回路と、
前記第１出力回路の前記出力に接続され、信号配線に接続されるべき第１外部端子と、
第２外部端子と、
を含み、
前記第１出力回路の前記入力は、前記遅延素子によって遅延された前記信号を受け、
前記第２外部端子は、前記遅延素子を介することなく、前記信号を受け、
前記第２外部端子の前記信号は、前記遅延された前記信号に基づいて前記第１出力回路が前記第１外部端子の電位を変化させる前に、前記第１外部端子に接続されるべき前記信号配線の電位レベルを変化させるために利用される、
半導体装置。
【請求項２】
請求項１の半導体装置において、
前記遅延素子を含む出力遅延制御部と、
前記出力遅延制御部に接続された充放電制御部と、を含み、
前記充放電制御部は、前記モジュールから出力される前記信号を、前記遅延素子を用いて遅延させるか否かを制御する、半導体装置。
【請求項３】
第１半導体装置と、
第２半導体装置と、
前記第１半導体装置と前記第２半導体装置との間に設けられた信号配線と、
前記信号配線に接続された充放電装置と、を含み、
前記第１半導体装置は、
信号を出力する通信モジュールと、
遅延素子と、
入力と出力とを有する出力回路と、
前記出力回路の前記出力に接続され、前記信号配線に接続された第１外部端子と、
第２外部端子と、
を含み、
前記出力回路の前記入力は、前記遅延素子によって遅延された前記信号を受け、
前記第２外部端子は、前記遅延素子を介することなく、前記信号を受け、
前記充放電装置は、前記第２外部端子から前記信号を受けて、前記信号配線の電圧レベルを制御する、
制御システム。
【請求項４】
請求項３の制御システムにおいて、
前記充放電装置は、前記出力回路が遅延された前記信号に基づいて前記信号配線の電圧レベルを第1参照電位または、前記第1参照電位より低い第２参照電位へ変化させる前に、前記信号配線の電圧レベルを、前記第1参照電位と前記第２参照電位の間の所定電圧レベルへ変化させる、制御システム。
【請求項５】
請求項３の制御システムにおいて、
前記第１半導体装置は、
前記遅延素子を含む出力遅延制御部と、
前記出力遅延制御部に接続された充放電制御部と、を含み、
前記充放電制御部は、前記通信モジュールから出力される前記信号を、前記遅延素子を用いて遅延させるか否かを制御する、制御システム。
【請求項６】
請求項５の制御システムにおいて、
前記充放電制御部は、前記通信モジュールから出力される前記信号を、前記遅延素子を用いて遅延させる制御を行う場合、前記充放電装置による前記信号配線の電圧レベルを、第1参照電位と前記第1参照電位より低い第２参照電位の間の所定電圧レベルへ変化させる制御信号を出力し、
前記充放電制御部は、前記通信モジュールから出力される前記信号を、前記遅延素子を用いて遅延させる制御を行わない場合、前記充放電装置による前記信号配線の電圧レベルを、前記第1参照電位と前記第２参照電位の間の所定電圧レベルへ変化させる制御信号を出力しない、制御システム。
【請求項７】
請求項３の制御システムにおいて、
前記充放電装置は、制御部と、充放電部と、を含み、
前記制御部は、前記充放電部の充電量の不足を検知し、前記充放電部に充電を行う、制御システム。
【請求項８】
第１半導体装置と、
第２半導体装置と、
前記第１半導体装置と前記第２半導体装置との間に設けられた複数の信号配線と、
前記複数の信号配線に接続され、前記複数の信号配線の電圧レベルを制御する充放電装置と、を含み、
前記第１半導体装置は、
複数の通信モジュールと、
遅延素子を含む出力遅延制御部と、
前記出力遅延制御部に接続された充放電制御部と、
前記複数の通信モジュールからの信号が前記出力遅延制御部を介して入力され、前記複数の信号配線に接続される複数の出力回路と、
を含み、
前記充放電制御部は、前記充放電装置へ端子情報を送信し、
前記充放電装置は、前記端子情報に基づいて、前記複数の信号配線の電圧レベルを制御する、
制御システム。
【請求項９】
請求項８の制御システムにおいて、
前記充放電制御部は、前記充放電装置へクロック同期式のプロトコルを用いて前記端子情報を送信する、制御システム。
【請求項１０】
請求項８の制御システムにおいて、
前記充放電制御部は、前記充放電装置へ調歩同期式のプロトコルを用いて前記端子情報を送信する、制御システム。
【請求項１１】
請求項８の制御システムにおいて、
前記充放電制御部は、前記複数の通信モジュールから出力される前記信号を、前記遅延素子を用いて遅延させて、前記複数の出力回路へ供給するか否かを制御する、制御システム。
【請求項１２】
請求項１１の制御システムにおいて、
前記充放電制御部は、前記複数の通信モジュールから出力される前記信号を、前記遅延素子を用いて遅延させる制御を行う場合、前記複数の出力回路が遅延された前記信号に基づいて前記複数の信号配線の電圧レベルを第1参照電位または前記第1参照電位より低い第２参照電位へ変化させる前に、前記充放電装置によって前記複数の信号配線の電圧レベルを、前記第1参照電位と前記第２参照電位の間の所定電圧レベルへ変化させる、制御システム。
【請求項１３】
請求項８の制御システムにおいて、
前記充放電装置は、制御部と、充放電部と、を含み、
前記制御部は、前記充放電部の充電量の不足を検知し、前記充放電部に充電を行う、制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体装置およびそれを用いた制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロコントロルユニット（ＭＣＵ）の様な半導体装置の高性能化に伴い、ＭＣＵを用いた制御装置において、ＭＣＵの発熱量が注目されている。特に、自動車等のエンジン制御用の車載ＭＣＵでは、電力が２Ｗを超えるＭＣＵの開発も行われている。このような発熱量を低減するためには、ＭＣＵの消費電力を削減する技術が必要となる。
【０００３】
特開２００３―２７１２５０号公報には、「マイコンＩＣにおいて、一時的に高速動作させるとき以外は電源電圧を下げることにより消費電力の無駄を低減できる回路を簡素に実現する。」技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３―２７１２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者は、ＭＣＵが高速動作する際の消費電力および発熱の低減可能な技術を検討した。その結果、ＭＣＵによって実行されるアプリケーションの処理負荷の抑制や、ＭＣＵが実装される実装基板の熱対策などの対応が考えられる。しかし、処理負荷の抑制は、ＭＣＵの処理能力を活かすことが出来ないという課題がある。また、実装基板の熱対策は、余分なコストが必要になるという課題がある。
【０００６】
本開示の課題は、高速動作する際にも半導体装置の消費電力を削減可能な技術を提供することにある。
【０００７】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
【０００９】
すなわち、半導体装置は、信号を出力するモジュールと、遅延素子と、入力と出力とを有する第１出力回路と、前記第１出力回路の前記出力に接続され、信号配線に接続されるべき第１外部端子と、第２外部端子と、を含む。前記第１出力回路の前記入力は、前記遅延素子によって遅延された前記信号を受ける。前記第２外部端子は、前記遅延素子を介することなく、前記信号を受ける。前記第２外部端子の前記信号は、前記遅延された前記信号に基づいて前記第１出力回路が前記第１外部端子の電位を変化させる前に、前記第１外部端子に接続されるべき前記信号配線の電位レベルを変化させるために利用される。
【発明の効果】
【００１０】
上記半導体装置によれば、消費電流、発熱量を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１に係る制御システムを示すブロック図である。
【図２】制御システム１の動作フローを示す図である。
【図３】ＩＯＨ削減のメカニズムを説明する概念図である。
【図４】ＩＯＬ削減のメカニズムについて説明する概念図である。
【図５】実施例２に係る制御システムを示すブロック図である。
【図６】実施例２に係るＭＣＵ１００の初期設定から通信完了までの動作フローを示す図である。
【図７】実施例２に係る充放電装置２００の初期設定から処理完了までの動作フローを示す図である。
【図８】実施例２に係る対向ＭＣＵ３００の初期設定から通信完了までの動作フローを示す図である。
【図９】実施例２に係る通信処理および充放電処理の一例の動作フローを示す図である。
【図１０】実施例３に係る制御システムを示すブロック図である。
【図１１】実施例３に係るクロック同期式の制御プロトコルを示す図である。
【図１２】実施例３に係る充放電装置２００の初期設定から処理完了までの動作フローを示す図である。
【図１３】実施例４に係る調歩同期式の制御プロトコルを示す図である。
【図１４】実施例５に係る自動車のエンジン制御システムの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施形態、実施例、比較例および応用例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。なお、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。
【実施例１】
【００１３】
（制御システムの全体構成）
図１は実施例１に係る制御システムを示すブロック図である。
【００１４】
制御システム１は、例えば、自動車の制御に用いられる電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。制御システム１は、マイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）１００と、充放電装置２００と、対向マイクロコントローラユニット（対向ＭＣＵ）３００と、で構成される。ＭＣＵ１００のことを第１半導体装置、対向ＭＣＵ３００のことを第２半導体装置とも称す。ＭＣＵ１００から対向ＭＣＵ３００に接続される出力信号配線ＳＬ１には、充放電装置２００が接続される。充放電装置２００は、充放電装置２００と出力信号配線ＳＬ１との接続点（交点）Ｙの電圧レベルを、制御する。これにより、ＭＣＵ１００から出力信号配線ＳＬ１へ流れるハイレベル出力電流ＩＯＨ（以下、単にＩＯＨとも言う）およびローレベル出力電流ＩＯＬ（以下、単にＩＯＬと言う）を削減する。なお、ＩＯＨおよびＩＯＬについては、図３および図４の説明において、詳細に説明される。
【００１５】
（ＭＣＵ１００）
ＭＣＵ１００は、１つの半導体チップに形成された半導体装置（第１半導体装置）であり、中央演算装置（以下、ＣＰＵと称す。）１０と、バス１１と、通信モジュール１２と、出力遅延素子１３と、端子制御部１４と、を有する。ＣＰＵ１０は、バス１１を介して、通信モジュール１２と端子制御部１４とに接続され、通信モジュール１２と端子制御部１４の各種設定を実施する。
【００１６】
通信モジュール１２は、ＭＣＵ１００と対向ＭＣＵ３００との間で通信を行う為のモジュールである。通信モジュール１２の出力ＣＯは、出力遅延素子１３に接続される信号ＳＧ１と、端子制御部１４を介して、充放電装置２００に接続される信号ＳＧ２との２つに分かれる。なお、信号ＳＧ２は、端子制御部１４に接続される信号ＳＧ１に基づいている。通信モジュール１２への入力ＣＩは、対向ＭＣＵ３００から、信号配線ＳＬ２および端子制御部１４を経由し、通信モジュール１２に接続されている。
【００１７】
充放電装置２００により充電または放電の制御が完了するまでに、通信モジュール１２が通信信号を出力してしまうと、出力遅延素子１３はＩＯＨまたはＩＯＬを削減することができない為、遅延素子による信号遅延を行い、通信モジュール１２の出力信号のタイミング調整を行う機能を有する。出力遅延素子１３により信号ＳＧ１を遅延させて生成された信号ＳＧ３は、端子制御部１４および信号配線ＳＬ１を介して、対向ＭＣＵ３００に接続される。遅延素子は、例えば、フリップフロップ（ＦＦ）やディレイバッファなどを採用することが出来る。
【００１８】
端子制御部１４は、ＭＣＵ１００の入力端子や出力端子の入出力制御を行う機能を有する。端子制御部１４は、また、入力端子に接続された入力バッファＩＢ、および、出力端子に接続された出力バッファＯＢも含む。ＭＣＵ１００とＭＣＵ１００以外の装置（対応ＭＣＵ３００、充放電装置２００）とを繋ぐ場合、端子制御部１４を経由する。本開示で注視しているＩＯＨおよびＩＯＬは、出力バッファＯＢに流れる電流であり、ＭＣＵ１００が発熱する要因の一つである。
【００１９】
（充放電装置２００）
充放電装置２００は、制御部２０と充放電部２１とを有する。
【００２０】
制御部２０は、ＭＣＵ１００からの信号ＳＧ２を受ける。制御部２０は、信号ＳＧ２の信号レベルがハイレベル（以下、Ｈ出力ともいう）の場合、充放電部２１へ放電要求ＤＣを出力して、充放電部２１が放電処理を行うように制御し、信号ＳＧ２の信号レベルがローレベル（以下、Ｌ出力ともいう）の場合、充放電部２１へ充電要求ＣＨを出力して、充放電部２１が充電処理を行うように制御する。制御部２０は、たとえば、マイクロコンピュータや所望の論理回路等の半導体装置を利用することが出来る。
【００２１】
充放電部２１は、制御部２０から放電要求ＤＣを受けた場合、放電処理を行い、制御部２０から充電要求ＣＨを受けた場合、充電処理を行う。
【００２２】
（対向ＭＣＵ３００）
対向ＭＣＵ３００は、１つの半導体チップに形成された半導体装置（第２半導体装置）であり、ＭＣＵ１００と通信を行う。対向ＭＣＵ３００の入力信号および出力信号は、信号配線ＳＬ１および信号配線ＳＬ２を介して、ＭＣＵ１００に接続される。
【００２３】
（動作フロー）
図２は、制御システム１の動作フローを示す図である。実施例１では、ＭＣＵ１００から対向ＭＣＵ３００に対する送信処理の際に充放電装置２００による充放電により、ＭＣＵ１００のＩＯＨおよびＩＯＬを削減する。
【００２４】
ＭＣＵ１００は、対向ＭＣＵ３００と通信する為に、まず端子の端子制御部１４にて出力端子設定を行う（Ｓ１０）。次に、通信を行う為に通信モジュール１２にて送信設定を行い（Ｓ１１）、設定された内容の送信処理を行う（Ｓ１２）。
【００２５】
充放電装置２００の制御部２０は、送信の出力信号ＳＧ２に従い、充放電部２１を制御する。充放電部２１は、出力信号ＳＧ２がＨ出力なら放電、出力信号ＳＧ２がＬ出力なら充電という充放電処理を行うことにより（Ｓ２０）、ＭＣＵ１００のＩＯＨおよびＩＯＬを削減する。
【００２６】
一方、出力遅延素子１３を経由し遅延した出力信号ＳＧ３は、対向ＭＣＵ３００へ出力され（Ｓ１３）、対向ＭＣＵ３００から受信完了通知を受信するまで待機する（Ｓ１４）。
【００２７】
対向ＭＣＵ３００は、受信処理の為に、入力端子設定を行い（Ｓ３０）、通信を受信する為の受信設定を行い（Ｓ３１）、通信を受信するまで待機しており（Ｓ３２）、ＭＣＵ１００からの受信があると受信処理を行う（Ｓ３３）。受信処理が完了すると、ＭＣＵ１００に向け、受信完了通知を発行する（Ｓ３４）。受信完了通知をＭＣＵ１００が受け取ると（Ｓ１５）、通信処理を終了する。
【００２８】
（ＩＯＨ削減メカニズム）
図３は、ＩＯＨ削減のメカニズムを説明する概念図である。図１３は、端子制御部１４の内部に設けられた、信号ＳＧ３を入力に受けるインバータＩＮＶと、インバータＩＮＶの出力にその入力が結合された出力バッファ（第１出力回路）ＯＢと、信号ＳＧ１を入力に受けるバッファ回路４（第２出力回路）と、を例示的に示している。出力バッファＯＢは、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ（以下、ＰＭＯＳと言う）２と、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（以下ＮＭＯＳ）３と、を含む。ＰＭＯＳ２のソースドレイン経路とＮＭＯＳ３のソースドレイン経路とは、第１参照電位とされる電源電圧ＶＣＣと、第１参照電位より低い第２参照電位とされる接地電圧ＶＳＳとの間に、直列に接続される。ＰＭＯＳ２のゲートとＮＭＯＳ３のゲートとは、インバータＩＮＶの出力に共通に接続される。また、ＰＭＯＳ２のソースドレイン経路とＮＭＯＳ３のソースドレイン経路との接続点は、第１外部端子（以下、ＰＡＤと言う）５に接続される。ＰＡＤ５は信号配線ＳＬ１に接続され、対向ＭＣＵ３００に設けられた通信モジュールの入力に通信入力信号を供給する。バッファ回路４の出力は、第２外部端子（以下、ＰＡＤと言う）６に接続される。ＰＡＤ６は、充放電装置２００の入力に配線を介して接続され、信号ＳＧ２を充放電装置２００の入力へ供給する。
【００２９】
図１に示すように、信号ＳＧ３は、通信モジュール１２から出力遅延素子１３を介して端子制御部１４に入力される。信号ＳＧ３がハイレベルの時、インバータＩＮＶを介して出力バッファＯＢのＰＭＯＳ２をＯＮにすることにより、電源電圧ＶＣＣからＰＡＤ５に向かいＩＯＨが流れる。この時、ＩＯＨの電流量は、ＰＡＤ５および交点Ｙの電圧レベルＶＹが接地電圧ＶＳＳに近い程、大きくなり、ＰＡＤ５および交点Ｙの電圧レベルＶＹが電源電圧ＶＣＣに近い程、小さくなる。
【００３０】
図１に示すように、信号ＳＧ１は、通信モジュール１２から出力遅延素子１３を介さず端子制御部１４に入力される。充放電装置２００は、信号ＳＧ１がハイレベルの時、放電動作を行い、ＰＡＤ５の電圧レベルＶＹを接地電圧ＶＳＳより大きくする。
【００３１】
ＩＯＨを削減するメカニズムを、初期状態、状態１、および、状態２の３つの状態に分け、時系列で説明する。
【００３２】
初期状態において、タイミング調整後の通信出力信号（ＳＧ３）は接地電圧ＶＳＳの様なローレベルであり、充放電制御信号（ＳＧ１）は接地電位ＶＳＳの様なローレベルである。ＰＭＯＮ２は動作ＯＦＦ状態であり、充放電装置２００は充電動作、交点Ｙの電圧レベルＶＹは接地電位ＶＳＳの様なローレベルである。したがって、ＩＯＨは流れない状態である。
【００３３】
状態１は、初期状態に対して、充放電制御信号（ＳＧ１）は電源電圧ＶＣＣの様なハイレベル、充放電装置２００は放電動作、交点Ｙの電圧レベルＶＹは電源電圧ＶＣＣ未満、かつ、接地電位ＶＳＳ以上であるＶＯＬレベル（第１所定電圧レベル）に変化した状態である。つまり、交点Ｙの電圧レベルＶＹが、接地電位ＶＳＳから充電されてＶＯＬレベルへ達した状態である。ＶＯＬレベルは、電源電圧ＶＣＣと接地電位ＶＳＳとの間の中間レベルと見做すこともできる。
【００３４】
状態２は、状態１に対して、タイミング調整後の通信出力信号（ＳＧ３）は電源電圧ＶＣＣの様なハイレベル、ＰＭＯＮ２は動作ＯＮ状態、交点Ｙの電圧レベルＶＹは電源電圧ＶＣＣに変化した状態である。この時、ＩＯＨが流れる。ＩＯＨの電流量は、交点Ｙの電圧レベルＶＹが接地電位ＶＳＳの様なローレベルの時に流れる電流よりも、ＶＯＬレベルの時に流れる電流量の方が小さくなる。
【００３５】
（ＩＯＬ削減メカニズム）
図４は、ＩＯＬ削減のメカニズムについて説明する概念図である。図４に示す回路構成自体は、図３と同じであるので、その説明を省略する。
【００３６】
信号ＳＧ３がローレベルの時、インバータＩＮＶを介して出力バッファＯＢのＮＭＯＳ３をＯＮにすることにより、ＰＡＤ５から接地電圧ＶＳＳに向かってＩＯＬが流れる。この時、ＩＯＬの電流量は、ＰＡＤ５および交点Ｙの電圧レベルＶＹが電源電圧ＶＣＣに近い程、大きくなり、ＰＡＤ５および交点Ｙの電圧レベルＶＹが接地電圧ＶＳＳに近い程、小さくなる。
【００３７】
充放電装置２００は、信号ＳＧ１がローレベルの時、充電動作を行い、ＰＡＤ５の電圧レベルＶＹを電源電圧ＶＣＣより小さくする。
【００３８】
ＩＯＬを削減するメカニズムを、初期状態、状態１、および、状態２の３つの状態に分け、時系列で説明する。
【００３９】
初期状態において、タイミング調整後の通信出力信号（ＳＧ３）および充放電制御信号（ＳＧ１）は、ハイレベルの信号である。ＮＭＯＳ３は動作ＯＦＦ状態であり、充放電装置２００は放電動作、交点Ｙの電圧レベルＶＹはハイレベルである。したがって、ＩＯＬが流れない状態である。
【００４０】
状態１では、初期状態に対して、充放電制御信号（ＳＧ１）はローレベルの信号であり、充放電装置２００は充電動作、交点Ｙの電圧レベルＶＹは電源電圧ＶＣＣ未満、接地電位ＶＳＳ以上であるＶＯＨレベルに変化した状態である。つまり、交点Ｙの電圧レベルＶＹが、電源電圧ＶＣＣから放電されてＶＯＨレベル（第２所定電圧レベル）へ達した状態である。ＶＯＨレベルは、電源電圧ＶＣＣと接地電位ＶＳＳとの間の中間レベルと見做すこともできる。
【００４１】
状態２では、状態１に対して、タイミング調整後の通信出力信号（ＳＧ３）は接地電位ＶＳＳの様なローレベル、ＮＭＯＳ３は動作ＯＮ状態、交点Ｙの電圧レベルＶＹは接地電位ＶＳＳに変化した状態であり、この時にＩＯＬが流れる。ＩＯＬの電流量は、交点Ｙの電圧レベルＶＹがハイレベルの時に流れる電流よりもＶＯＨレベルの時に流れる電流量の方が小さくなる。
【００４２】
実施例１によれば、ＭＣＵ１００が高速に動作し、消費電流および発熱量が大きくなるアプリケーションを実行する状態であっても、ＭＣＵ１００の消費電流の内、ＩＯＨおよびＩＯＬを削減することが可能である。そのため、ＭＣＵ１００の発熱量を抑えることができる。また、ＭＣＵ１００の発熱量を抑えることができるので、ＭＣＵ１００が実装される実装基板において、実装基板の熱対策を緩和することができる。さらに、実装基板の熱対策に必要とされるコストを削減することが出来る。
【実施例２】
【００４３】
（制御システムの全体構成）
図５は実施例２に係る制御システムを示すブロック図である。制御システム１ａの全体構成は、実施例１と同様に、ＭＣＵ１００と、充放電装置２００と、対向ＭＣＵ３００と、で構成され、各々（１００、２００，３００）の接続も実施例１と同様であるので、その説明は省略する。
【００４４】
実施例１では、ユーザーが充放電装置２００の使用有無を選択できず、さらに、充放電部２１の充電量が放電処理の際に必要な量を下回った際にＩＯＨの削減ができなくなる場合があることが想定される。実施例２は、これらを解決する為、ＭＣＵ１００と充放電装置２００とに対して制御機能を追加した構成である。
【００４５】
以下、図面を用いて、実施例２を説明する。
【００４６】
（ＭＣＵ１００）
ＭＣＵ１００は、ＣＰＵ１０と、バス１１と、通信モジュール１２と、出力遅延制御部１５と充放電制御部１６と、端子制御部１４と、を有する。
【００４７】
ＣＰＵ１０は、バス１１を介して、通信モジュール１２と、出力遅延制御部１５と、充放電制御部１６と、端子制御部１４とに接続され、通信モジュール１２と出力遅延制御部１５と充放電制御部１６と端子制御部１４の各種設定を実施する。
【００４８】
通信モジュール１２は、出力遅延制御部１５を経由し、端子制御部１４から通信信号の入出力を行う。
【００４９】
出力遅延制御部１５は、遅延素子を含み、通信モジュール１２の出力信号ＳＧ１に対して、遅延素子による信号遅延を行うか否かを制御する。充放電装置２００を使用する場合、充電または放電の制御が完了するまでに、通信信号を出力してしまうと、ＩＯＨまたはＩＯＬを削減することができない為、出力遅延制御部１５により通信モジュール１２の出力信号のタイミング調整を行う。また、タイミング調整前の通信出力信号ＳＧ１は、充放電制御信号（ＳＧ１）として、充放電制御部１６に接続される。
【００５０】
充放電制御部１６は、充放電装置２００の使用有無を制御し、端子制御部１４経由で、充放電装置２００に対して充放電装置２００の使用有無信号ＳＵを出力する。また、充放電制御部１６は、充放電装置２００が待機状態（以下、レディ状態）か否かを監視し、レディ状態の時には、出力遅延制御部１５より出力される充放電制御信号ＳＧ１を端子制御部１４経由で充放電装置２００に出力する。一方、充放電装置２００が動作状態（以下、ビジー状態）の時には、通信モジュール１２へ通信待機要求ＲＨを出力する。
【００５１】
端子制御部１４は、実施例１での説明の通り、端子の入出力に関する機能を有する。
【００５２】
（充放電装置２００）
充放電装置２００は、制御部２０と、充放電部２１と、を有する。
【００５３】
制御部２０は、ＭＣＵ１００から受け取る制御信号にて充放電部２１を制御する機能を有する。具体的には、制御部２０は使用有無信号ＳＵを受け、充放電装置２００を使用する場合は、充放電部２１に対し、接続点Ｙへの接続要求ＲＣＮを出力し、充放電装置２００を使用しない場合は、接続点Ｙの電圧レベルＶＹに影響を与えない為、充放電部２１に対し、接続点Ｙを電気的に切離す為の切断要求ＲＵＣを出力する。
【００５４】
制御部２０は、さらに、受信した充放電制御信号がＨ出力なら充放電部２１へ放電要求ＤＣを出力し、ＳＧ２がＬ出力なら充放電部２１へ充電要求ＣＨを出力する。
【００５５】
また、制御部２０は、充放電部２１の電荷量を監視する機能を有し、放電する為の電荷が不足した場合には、充放電部２１へ充電要求ＲＣＨを出力し、かつ、ＭＣＵ１００に対してはビジー状態であることを通知（以下、ビジー通知ＢＹ）する。一方、制御部２０は充放電部２１の電荷が十分であり、充放電部２１の充電または放電の制御が完了した段階で、ＭＣＵ１００へレディ状態であることを通知（以下、レディ通知ＲＤ）する。
【００５６】
充放電部２１は、制御部２０から使用有無信号ＳＵを受け、使用する場合は、充放電部２１と接続点Ｙを接続させ、使用しない場合は、接続点Ｙの電圧レベルＶＹに影響を与えない為、充放電部２１と接続点Ｙを電気的に切離す。また、充放電部２１は、制御部２０から放電要求を受けた場合、放電処理を行い、充電要求を受けた場合、充電処理を行う。
【００５７】
（対向ＭＣＵ３００）
対向ＭＣＵ３００は、ＭＣＵ１００と通信を行う。対向ＭＣＵ３００の入力信号および出力信号は、信号配線ＳＬ１および信号配線ＳＬ２を介して、ＭＣＵ１００に接続される。
【００５８】
（動作フロー）
実施例２では、ＭＣＵ１００および充放電装置２００の処理内容が実施例１と比較して、複雑である為、各々の動作フローを説明した後、通信処理の一例を説明する。
【００５９】
図６は、実施例２に係るＭＣＵ１００の初期設定から通信完了までの動作フローを示す図である。
【００６０】
ＣＰＵ１０は、充放電制御部１６に対して、充放電装置２００の使用有無設定を行い（Ｓ１００）、充放電装置２００を使用する場合は（Ｓ１０１）、充放電装置２００に対して充放電装置使用通知を出力する（Ｓ１０２）。また、出力遅延制御部１５に対して、充放電装置２００を使用する端子の出力信号が遅延するように設定を行う（Ｓ１０３）。なお、充放電装置２００を使用しない場合は、（Ｓ１０２）および（Ｓ１０３）の処理は実施しない。
【００６１】
次に、ＣＰＵ１０は、通信処理に伴い、端子制御部１４に対して、端子出力設定（例えば、出力モード設定、出力有効設定）を行い（Ｓ１０４）、通信モジュール１２に対して、送信設定（例えば、チャネル設定、通信レート設定、送信データ設定）を行う（Ｓ１０５）。
【００６２】
充放電装置２００を使用する場合（Ｓ１０６）、充放電制御部１６と通信モジュール１２は、充放電装置２００からレディ通知ＲＤを受けるまで待機する（Ｓ１０７）。レディ通知ＲＤを受けると、通信モジュール１２は、通信処理を開始する。出力信号の内、タイミング調整前の充放電制御信号ＳＧ１は、充放電制御部１６と端子制御部１４とを介して、充放電装置２００に充放電制御信号ＳＧ２として出力し（Ｓ１０８）、タイミング調整後の通信信号ＳＧ３は、端子制御部１４を介して、対向ＭＣＵ３００へ出力される（Ｓ１０９）。
【００６３】
通信モジュール１２は、対向ＭＣＵ３００より受信完了通知を受け取るまで待機し（Ｓ１１０）、受信完了通知を受け取ると通信完了となる。
【００６４】
図７は、実施例２に係る充放電装置２００の初期設定から処理完了までの動作フローを示す図である。
【００６５】
制御部２０および充放電部２１は、初期設定（例えば、充放電部２１の切離しやビジー通知ＢＹなど）を行い（Ｓ２００）、ＭＣＵ１００より充放電装置２００の使用通知（使用有無信号ＳＵ）を受けるまで待機する（Ｓ２０１）。
【００６６】
制御部２０は、充放電装置２００の使用通知（使用有無信号ＳＵ）を受けると、充放電部２１に対して、充放電部接続要求ＲＣＮおよび充電処理要求ＲＣＨを出力し（Ｓ２０２、Ｓ２０３）、充電部２１の電荷が十分になるとＭＣＵ１００に対して、レディ通知ＲＤを出力する（Ｓ２０４）。
【００６７】
制御部２０は、ＭＣＵ１００からの充放電制御信号ＳＧ２に従い、充放電制御信号ＳＧ２がＨ出力時は充電部２１に放電要求ＤＣを出力し（Ｓ２０６）、充放電制御信号ＳＧ２がＬ出力時は充電部２１に充電要求ＣＨを出力する（Ｓ２０７）。充放電部２１は、制御部２０からの充電または放電の要求に従い、充電処理または放電処理を実施し、接続点Ｙの電圧レベルＶＹを制御することにより、ＭＣＵ１００のＩＯＨまたはＩＯＬを削減する。
【００６８】
その後、ＭＣＵ１００より充放電装置２００の未使用通知（使用有無信号ＳＵ）を受けるまで（Ｓ２０８：Ｎｏ）、充放電部２１の電荷が十分の間は（Ｓ２０９：Ｎｏ）、Ｓ２０５〜Ｓ２０７までの処理を繰り返す。充放電部２１の電荷が不十分になると（Ｓ２０９：Ｙｅｓ）、制御部２０は、ＭＣＵ１００に対してビジー通知ＢＹを出力し（Ｓ２１０）、充電処理（Ｓ２０３）へ戻り、以降、Ｓ２０３〜Ｓ２１０の処理を繰り返す。
【００６９】
ＭＣＵ１００より充放電装置２００の未使用通知（使用有無信号ＳＵ）を受けると（Ｓ２０８：Ｎｏ）、制御部２０はＭＣＵ１００に対してビジー通知ＢＹを出力し（Ｓ２１１）、充放電部２１の切離しを行い（Ｓ２１２）、処理終了となる。
【００７０】
図８は、実施例２に係る対向ＭＣＵ３００の初期設定から通信完了までの動作フローを示す図である。
【００７１】
ＭＣＵ１００とは逆に、端子入力設定（例えば、入力モード設定、入力有効設定）を行い（Ｓ３００）、受信設定（例えば、チャネル設定、通信レート設定）を行う（Ｓ３０１）。
【００７２】
その後、ＭＣＵ１００より通信信号が入力されるまで待機し（Ｓ３０２）、通信信号が入力されると、受信処理を行う（Ｓ３０３）。受信処理が完了すると、ＭＣＵ１００に対して、受信完了通知を出力し（Ｓ３０４）、処理完了となる。
【００７３】
図９は、実施例２に係る通信処理および充放電処理の一例の動作フローを示す図である。
【００７４】
ＭＣＵ１００は、充放電装置２００を使用する為に充放電使用設定を行い（Ｓ４０）、送信する為に端子の出力の設定を行い（Ｓ４１）、送信の設定を行った後（Ｓ４２）、充電完了のレディ通知ＲＤまで待機する。
【００７５】
対向ＭＣＵ３００は、受信する為に端子の入力の設定を行い（Ｓ８０）、受信設定を行った後（Ｓ８１）、信号を受信するまで待機している（Ｓ８２）。
【００７６】
充放電装置２００は、ＭＣＵ１００から使用設定があるまで待機しており（Ｓ６０）、使用設定されると（Ｓ４０）、充放電部２１とＭＣＵ１００の出力信号とを電気的に接続した後（Ｓ６１）、充電処理を行い（Ｓ６２）、充電が完了するとレディ通知ＲＤを発行する（Ｓ６３）。
【００７７】
レディ通知ＲＤを受け取ったＭＣＵ１００は、送信処理を行う（Ｓ４４）。
【００７８】
充放電装置２００は、送信信号の内、信号ＳＧ２の信号レベルに応じ、信号ＳＧ２がＨ出力なら放電、信号ＳＧ２がＬ出力なら充電を行い（Ｓ６４）、対向ＭＣＵ３００は、送信信号ＳＧ３を受け、受信処理を行う（Ｓ８３）。
【００７９】
充放電装置２００は、充電量が不足したことを検知すると（Ｓ６５）、ビジー信号ＢＹを発行し（Ｓ６６）、充電処理を行った後（Ｓ６７）、充電が完了するとレディ通知ＲＤを発行する（Ｓ６８）。
【００８０】
ＭＣＵ１００は、ビジー信号ＢＹを受けると、送信処理を中断し（Ｓ４６）、レディ通知ＲＤが発行されるまで待機する（Ｓ４７）。レディ通知ＲＤが発行されると、送信処理を再開し（Ｓ４８）、送信処理完了後、受信完了の通知が発行されるまで待機する（Ｓ５０）。
【００８１】
対向ＭＣＵ３００は、再開された送信処理に応じ、受信処理を行い（Ｓ８４）、受信が完了すると、受信完了の通知を発行し（Ｓ８５）。ＭＣＵ１００が受信完了通知を受信すると（Ｓ５１）、処理終了となる。
【００８２】
実施例２によれば、実施例１と同様な効果を得ることが出来る。
【００８３】
実施例２では、さらに、ユーザーが充放電装置２００の使用有無を選択できる。また、充放電部２１の充電量がＩＯＨを削減する為の放電量を確保できない場合、充電処理を実施することにより、充放電部２１の充電量が確保することができる。これにより、ＩＯＨを削減することができる。
【実施例３】
【００８４】
（制御システムの全体構成）
図１０は、実施例３に係る制御システムを示すブロック図である。制御システム１ｂにおいて、ＭＣＵ１００と対向ＭＣＵ３００が複数の通信モジュール（１２、１７、１８）を利用して通信を行う。充放電装置２００は、ＭＣＵ１００から対向ＭＣＵ３００へ向けた複数の通信モジュール（１２、１７、１８）からの出力信号に接続される。他の構成は、実施例２と同様である。なお、図１０では、図面の簡素化および理解を容易とするため、実施例２と異なる部分が主に示されている。
【００８５】
（ＭＣＵ１００）
ＭＣＵ１００は、通信モジュール１２の他に、通信モジュール１７と通信モジュール１８と、をさらに含む。実施例２に示した通信モジュール１２と同様に、通信モジュール１７、１８はＣＰＵ１０と充放電制御部１６とに接続される。通信モジュール１７、１８は、また、出力遅延制御部１５を介して、端子制御部１４に接続される。
【００８６】
（対向ＭＣＵ３００）
対向ＭＣＵ３００は、ＭＣＵ１００の３つの通信モジュール１２、１７、１８と通信を行う為、対向ＭＣＵ３００とＭＣＵ１００とは、複数の信号配線ＳＬ１０、ＳＬ１１、ＳＬ１２を介して接続される。
【００８７】
（充放電装置２００）
３つの通信モジュール１２、１７、１８に対応して、充放電装置２００には、３つの充放電部２１、２２、２３が設けられる。通信モジュール１２の出力信号は、端子制御部１４を介して、信号配線ＳＬ１０へ出力される。同様に、通信モジュール１７の出力信号は、端子制御部１４を介して、信号配線ＳＬ１１へ出力される。通信モジュール１８の出力信号は、端子制御部１４を介して、信号配線ＳＬ１２へ出力される。
【００８８】
充放電部２１、２２、２３は、ＭＣＵ１００と対向ＭＣＵ３００とを接続する複数の信号配線ＳＬ１０、ＳＬ１１、ＳＬ１２のそれぞれに、接続点Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３で接続され、実施例１および実施例２と同様に、接続点Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３の電位レベルを制御する。
【００８９】
制御部２０へのＭＣＵ１００（充放電制御部１６）からの制御信号は、全出力信号の信号数で制御すると端子数も多くなる為、少ない制御信号により充放電装置を制御するように構成される。つまり、実施例３において、充放電制御部１６はクロック同期式の制御プロトコルを用いて送信を行う通信回路（送信回路）を有する。また、制御部２０は、クロック同期式の制御プロトコルを用いて受信を行う通信回路（受信回路）を有する。充放電制御部１６の通信回路（送信回路）は、ＭＣＵ１００から制御部２０へ制御信号を送信し、制御部２０は充放電制御部１６から送信された制御信号を通信回路（受信回路）で受信する。クロック同期式の制御プロトコルで用いられる信号は、同期クロックＣＫ、設定制御信号ＳＣＳ、端子情報信号ＴＩＳの３つの信号であり、この３つの信号によってＭＣＵ１００と制御部２０との間の通信を制御する。
【００９０】
図１１は、クロック同期式の制御プロトコルを示す図である。
【００９１】
設定制御信号ＳＣＳと端子情報信号ＴＩＳは同期クロックＣＫに同期して動作する。
【００９２】
設定制御信号ＳＣＳは、設定の開始を示す設定開始ビットＳＢと、設定の終了を示す設定終了ビットＥＢと、を有する。設定制御信号ＳＣＳにおいて、設定開始ビットＳＢおよび設定終了ビットＥＢはハイレベル（Ｈ出力）であり、それ以外の状態では、設定制御信号ＳＣＳはローレベル（Ｌ出力）とする。設定終了ビットＥＢは、設定する出力信号の数をｎ本（端子数＝ｎ個、端子Ｐ１〜Ｐｎ）とした場合、ｎクロック後にＨ出力するように制御する。
【００９３】
端子制御信号ＴＩＳは、設定開始ビットＳＢの次のクロックからｎ本の出力信号の充放電情報を、１クロック周期で順次出力する。充放電情報は、端子Ｐ（Ｐ１〜Ｐｎ）のそれぞれに対して対応する端子をローレベル（Ｌ）とするのか、ハイレベル（Ｈ）とするのかを示す制御情報（Ｌ  ｏｒ  Ｈ）で構成される。なお、同期クロックＣＫの周期は、充放電部２１、２２、２３が充放電を行うことができる十分な時間を確保する必要がある。
【００９４】
実施例３によれば、図１１で説明された充放電制御方法を用いることにより、ＭＣＵ１００の全通信出力端子数分の制御信号を充放電装置２００に接続する必要はなくなり、制御信号３本でＭＣＵ１００の全通信出力端子数分の充放電の制御が可能となる。
【００９５】
図１２は、実施例３に係る充放電装置２００の初期設定から処理完了までの動作フローを示す図である。
【００９６】
実施例３に係るＭＣＵ１００の動作フローは、端子設定および送受信設定を１つの通信モジュールから３つの通信モジュールになり、ＭＣＵ１００の充放電制御信号出力を図１１のクロック同期式の制御プロトコルにより実施するように変更した場合でも、動作フロー自体は変わらない為、図６の説明を参照することができる。
【００９７】
また、実施例３の対向ＭＣＵ３００の動作フローは、端子設定および送受信設定により１つの通信モジュールから３つの通信モジュールに変更した場合でも動作フロー自体は変わらない為、図８の説明を参照することができる。
【００９８】
実施例３の充放電装置２００の動作フローは、充放電制御（Ｓ２０５〜Ｓ２０７）までは実施例２の図７の説明と同様であり、レディ通知ＲＤ後、設定開始ビットＳＢを受け取るまで待機し（Ｓ２２０）、設定開始ビットＳＢを受けて、Ｓ２０５〜Ｓ２０７までの処理を行う。全端子設定が完了していない場合（Ｓ２２１：Ｎｏ）、全端子の設定が完了するまでＳ２０５〜Ｓ２０７の処理を繰り返す。全端子設定が完了した後（Ｓ２２１：Ｙｅｓ）に行うＳ２０８〜Ｓ２１２までの処理は実施例２の図７の説明と同様である。
【００９９】
複数の出力信号（信号配線ＳＬ１０、ＳＬ１１、ＳＬ１２）に係るＩＯＨまたはＩＯＬを、３本の制御信号（ＣＫ，ＳＣＳ，ＴＩＣ）で充放電の制御をすることにより、効率的にＩＯＨまたはＩＯＬを削減することができる。これにより、ＭＣＵ１００の消費電力が低減されるとともに、ＭＣＵ１００の発熱量を抑えることができる。
【実施例４】
【０１００】
実施例３に示した充放電制御方法では、充放電制御部１６において、クロック同期方式の制御プロトコルを用いた構成を示した。実施例４は、充放電制御部１６に採用される制御プロトコルとして調歩同期式の制御プロトコルを採用した構成である。なお、実施例４における制御システムの構成は、調歩同期式の制御プロトコルを用いる充放電制御部１６および制御回路２０の構成を除き、実施例３における制御システムの構成と同じであるので、当該構成については、実施例４における説明は省略する。
【０１０１】
図１３は、実施例４に係る調歩同期式の制御プロトコルを示す図である。
【０１０２】
充放電装置２００の制御部２０は、充放電制御部１６から送信される充放電制御信号ＣＤＣの信号レベルを、一定間隔のサンプリングポイント（以下、ＳＰという）で、サンプリングを行っている。充放電制御部１６から送信される充放電制御信号ＣＤＣは、通常、ハイレベル（Ｈ）の出力であり、設定開始ビットＳＴＡでローレベル（Ｌ）を出力し、次のＳＰからｎ本分の充放電制御情報（Ｐ１〜Ｐｎの充放電情報（Ｌ  ｏｒ  Ｈ））を順次出力し、ｎ本目の充放電情報（Ｐｎの充放電情報）の次のＳＰにて、設定完了ビットＳＴＰのハイレベル（Ｈ）の出力を行う。
【０１０３】
実施例４によれば、実施例３での３つの制御信号（ＣＫ、ＳＣＳ，ＴＩＳ）に対して、実施例４では１つの制御信号ＣＤＣで充放電を制御でき、より効率的に複数端子のＩＯＨまたはＩＯＬを削減することができる。
【実施例５】
【０１０４】
図１４は、実施例５に係る自動車のエンジン制御システムの構成例を示す図である。
【０１０５】
自動車のエンジンを制御するエンジン制御システムＳＹＳは、エンジンコントロールユニットとしての電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）１０００と、センサー２０００と、スイッチ３０００と、バッテリー４０００と、モーター５０００と、リレー６０００と、対向ＥＣＵ１１００と、を含む。電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）１０００は、複数のＭＣＵ（メインＭＣＵ４００、サブＭＣＵ４１０）、充放電装置２００、入力回路５００、電源回路７００、出力回路６００と、を備える。メインＭＣＵ４００およびサブＭＣＵ４１０のおのおのは、図１、図５または図１０に示すＭＣＵ１００の構成となっている。充放電装置２００は、ＥＣＵ１０００内のメインＭＣＵ４００およびサブＭＣＵ４１０のＩＯＨおよびＩＯＬの削減を行う。
【０１０６】
ＥＣＵ１０００は、バッテリー４０００から電源回路７００を介して電源が供給されており、センサー２０００からの入力信号やスイッチ３０００からの入力信号を、入力回路５００を介して、メインＭＣＵ４００およびサブＭＣＵ４１０へ入力する。一方、ＥＣＵ１０００が制御を行う、モーター５０００やリレー６０００、対向ＥＣＵ１１００は、出力回路６００を介して、メインＭＣＵ４００およびサブＭＣＵ４１０と信号のやり取りを行う。
【０１０７】
充放電装置２００はメインＭＣＵ４００およびサブＭＣＵ４１０からの制御信号を受け取り、メインＭＣＵ４００およびサブＭＣＵ４１０の出力信号の電圧レベルを制御する。したがって、充放電装置２００は、メインＭＣＵ４００からの制御信号を受ける第１入力回路または第１受信回路と、サブＭＣＵ４１０からの制御信号を受ける第２入力回路または第２受信回路と、を含む。第１入力回路または第１受信回路と第２入力回路または第２受信回路とは、並列に、入力動作または受信動作が可能である。メインＭＣＵ４００やサブＭＣＵ４１０から出力される制御信号としては、たとえば、図１のＳＧ２、図５のＳＵおよびＳＧ２、図１０または図１１のＣＫ、ＳＣＳおよびＴＩＳ、または、図１３のＣＤＣ等を利用することができる。
【０１０８】
充放電装置２００は、メインＭＣＵ４００から出力回路６００へ接続される１つまたは複数の信号配線ＳＬ１５、サブＭＣＵ４００から出力回路６００へ接続される１つまたは複数の信号配線ＳＬ１６に接続される。充放電装置２００は、また、メインＭＣＵ４００からサブＭＣＵへ出力される信号の１つまたは複数の信号配線ＳＬ１７、および、サブＭＣＵ４００からメインＭＣＵへ出力される信号の１つまたは複数の信号配線ＳＬ１８と、に接続される。充放電装置２００は、実施例１〜４で説明されたと同様に、各信号配線ＳＬ１５〜ＳＬ１８の電圧レベルを制御する。
【０１０９】
メインＭＣＵ４００と充放電装置２００、およびサブＭＣＵ４１０と充放電装置２００におけるＩＯＨおよびＩＯＬを削減する動作については、実施例１、実施例２、実施例３または実施例４と同様であるので、その説明は省略する。
【０１１０】
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態および実施例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１１１】
１、１ａ、１ｂ：制御システム
１０：ＣＰＵ
１１：バス
１２、１７、１８：通信モジュール
１３：出力遅延素子
１４：端子制御部
１５：出力遅延制御部
１６：充放電制御部
１００：ＭＣＵ
２０：制御部
２１、２２、２３：充放電部
２００：充放電装置
３００：対向ＭＣＵ
ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ１０〜ＳＬ１２、ＳＬ１５〜ＳＬ１８：信号配線
【図１】
2020004119.tif 000003
【図２】
2020004119.tif 000004
【図３】
2020004119.tif 000005
【図４】
2020004119.tif 000006
【図５】
2020004119.tif 000007
【図６】
2020004119.tif 000008
【図７】
2020004119.tif 000009
【図８】
2020004119.tif 000010
【図９】
2020004119.tif 000011
【図１０】
2020004119.tif 000012
【図１１】
2020004119.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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