(57)【要約】【課題】電源復帰後のリアルタイムクロックが生成する誤った時刻情報と関連づけられた消費電力量を電力会社へ送信することは、商用電力の使用者および供給者に不利益を与えかねない。【解決手段】電源切替スイッチ回路（１０）は、停電により主電源電圧（ＶＣＣ）が第１参照電圧（ＶＲ１）より低下する期間に亘り、補助電源電圧（ＶＢＡＴＴ）をリアルタイムクロック（ＲＴＣ）へ供給する。復電後、主電源電圧が第１参照電圧に達した時、第２比較回路（ＣＰ２）は、補助電源電圧の値が第２参照電圧（ＶＲ２）の値より小さい場合、第２比較回路は、データ保持回路（１３）をリセットし、情報処理回路（１１１）は、メモリ回路（１１２）が格納するデータを出力する代わりに、ホストからの情報に基づき、リアルタイムクロックを再設定する。【選択図】図２
2015069224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置であって、
主電源電圧が印加される第１端子と、
補助電源電圧が印加される第２端子と、
第３端子と、
前記主電源電圧、または前記補助電源電圧のいずれか一方を選択して、選択電源電圧を出力する電源切替スイッチ回路と、
前記主電源電圧が印加される第１の内部回路と、
前記選択電源電圧が印加される第２の内部回路と、
前記主電源電圧と第１参照電圧との比較結果に基づき、第１判定信号を生成する第１比較回路と、
前記補助電源電圧と第２参照電圧との比較結果に基づき、第２判定信号を生成する第２比較回路と、
第１データを保持するデータ保持回路と、
を備え、
前記第１の内部回路は、情報処理回路およびメモリ回路を含み、
前記第２の内部回路は、リアルタイムクロックを含み、
前記第１参照電圧の値は、前記第２参照電圧の値より大きく設定され、
前記電源切替スイッチ回路は、前記第１判定信号に応答して、前記選択電源電圧として、
前記主電源電圧が前記第１参照電圧より大きい場合、前記主電源電圧を出力し、
前記主電源電圧が前記第１参照電圧より小さい場合、前記補助電源電圧を出力し、
前記データ保持回路は、前記補助電源電圧が前記第２参照電圧より低下した場合、前記第２判定信号に応答して、前記第１データを第２データに書き換え、
前記情報処理回路は、
前記データ保持回路が前記第１データを保持している場合、前記メモリ回路が格納するデータを前記第３端子へ出力し、
前記データ保持回路が前記第２データを保持している場合、前記メモリ回路が格納する前記データを前記第３端子へ出力しない、半導体装置。
【請求項２】
前記メモリ回路が格納する前記データは、商用交流電力が供給される負荷の所定時間における消費電力量と、前記リアルタイムクロックの時刻情報とを含む、請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記データ保持回路が前記第２データを保持している場合、前記情報処理回路は、ホストからの情報に基づき、前記リアルタイムクロックの時間情報を再設定する、請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記データ保持回路が前記第１データを保持している場合、前記情報処理回路は、前記ホストとの通信時に、前記メモリ回路が格納する前記データを前記第３端子へ出力する、請求項２記載の半導体装置。
【請求項５】
前記データ保持回路は、前記主電源電圧の値が前記第１参照電圧に達した時に、前記補助電源電圧が前記第２参照電圧より低下している場合、前記第１データを前記第２データに書き換える、請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１参照電圧は、前記第１の内部回路の最低動作電圧であり、
前記第２参照電圧は、前記第２の内部回路の最低動作電圧である、請求項１記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置に関し、たとえば、電源バックアップ機能を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
使用電力量の自動測定、さらには通信回線を利用して、使用電力量を電力会社へ送信する機能を有するスマートメータの実用化が検討されている。スマートメータに求められる機能として、月毎の家庭における商用電力の消費電力量の測定に加え、時間毎の消費電力量の計測や、需要総電力量に対する家庭毎の消費電力抑制指示へのデマンドレスポンスが求められている。
【０００３】
このスマートメータの主たる構成要素であるマイクロコンピュータは、それ自身が商用電力の供給を受けて、計測された時間毎の消費電力量の記録や、電力会社からの指示に応答して、記録された時間毎の消費電力量を、通信手段を介して、電力会社へ送信する。この商用電力網における停電や瞬断等の電圧異常時の対応策として、マイクロコンピュータは、電源供給源を商用電力網からバックアップ電源に切り替えるスイッチ回路を備える。
【０００４】
特許文献１は、バックアップ電源判定回路を開示する。バックアップ電源判定回路は、メモリやタイマ等の電源バックアップが必要なデバイスに対し、電源復帰直後に、スーパーキャパシタによる電源バックアップが正常に行われていたか否かを判定する。具体的には、電源復帰直後に、比較回路は、スーパーキャパシタの電圧とデバイスの最低動作レベルと、を比較し、スーパーキャパシタの電圧が最低動作レベルを下回っていた場合、フリップフロップ回路にハイレベルを書き込む。一方、スーパーキャパシタの電圧が最低動作レベルを上回っていた場合、フリップフロップ回路にロウレベルを書き込む。特許文献１が開示するバックアップ電源判定回路は、このフリップフロップ回路が格納するデータを読み出すことで、バックアップが正常に行われていたか否かを判断する、というものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−１３６１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
スマートメータに搭載されるマイクロコンピュータは、所定時間に亘る消費電力量を算出し、内蔵するリアルタイムクロック（ＲＴＣ）が生成する時刻情報と関連づけて記録する。リアルタイムクロックが、スーパーキャパシタによる電源バックアップの対象であっても、スーパーキャパシタ等のバックアップ電源の電圧がリアルタイムクロックの最低動作電圧より低下すると、電源復帰後におけるリアルタイムクロックが生成する時刻情報の信頼性は損なわれる。誤った時刻情報と関連づけられた消費電力量を電力会社へ送信することは、商用電力の使用者および供給者に不利益を与えかねない。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】
【０００７】
一実施の形態によれば、電源切替スイッチ回路は、停電により主電源電圧が第１参照電圧より低下する期間に亘り、補助電源電圧をリアルタイムクロックへ供給する。復電後、主電源電圧が第１参照電圧に達した時、第２比較回路は、補助電源電圧の値が第２参照電圧の値より小さい場合、第２比較回路は、データ保持回路をリセットし、情報処理回路は、メモリ回路が格納するデータを出力する代わりに、ホストからの情報に基づき、リアルタイムクロックを再設定する。
【発明の効果】
【０００８】
前記一実施の形態によれば、半導体装置は、電源復帰後におけるリアルタイムクロックの時刻情報の信頼性を確保し、正確な時刻情報と関連づけられた消費電力量を電力会社へ送信することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置を搭載するスマートメータの回路ブロック図である。
【図２】実施の形態１に係る半導体装置の回路ブロック図である。
【図３】実施の形態１に係る半導体装置およびスマートメータの停電時における動作フロー図である。
【図４】実施の形態１に係る半導体装置において、停電時にリアルタイムクロックが正常動作した場合の動作波形図である。
【図５】実施の形態１に係る半導体装置において、停電時にリアルタイムクロックが異常動作した場合の動作波形図である。
【図６】実施の形態１の変形例に係る半導体装置の回路ブロック図である。
【図７】実施の形態１の変形例に係る半導体装置およびスマートメータの停電時における動作フロー図である。
【図８】実施の形態１の変形例に係る半導体装置において、停電時にリアルタイムクロックが正常動作した場合の動作波形図である。
【図９】実施の形態１の変形例に係る半導体装置において、停電時にリアルタイムクロックが異常動作した場合の動作波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について説明する。実施の形態の説明において、個数、量などに言及する場合、特に記載ある場合を除き、必ずしもその個数、量などに限定されない。実施の形態の図面において、同一の参照符号や参照番号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。また、実施の形態の説明において、同一の参照符号等を付した部分等に対しては、重複する説明は繰り返さない場合がある。
【００１１】
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に係る半導体装置１００を搭載するスマートメータ５０の回路ブロック図である。
【００１２】
スマートメータ５０は、センサ２、交流／直流変換回路４、通信ユニット５、計量ユニット６、表示ユニット７、ダイオード８、およびスーパーキャパシタ９を備える。
【００１３】
センサ２は、商用交流電力１が負荷３に供給する電圧値および電流値を測定し、それらの測定結果を、計量ユニット６へ出力する。交流／直流変換回路４は、商用交流電力１を直流電圧である主電源電圧ＶＣＣに変換し、半導体装置１００へ供給する。通信ユニット５は、図示しないホストと、半導体装置１００の間におけるデータＤ１の送受信を行う。計量ユニット６は、センサ２が計測した電圧値および電流値に基づき、負荷３の消費電力Ｄ２を算出し、半導体装置１００へ出力する。表示ユニット７は、現在の使用電力等を表示する。ダイオード８は、アノードに印加された主電源電圧ＶＣＣを、ダイオードの順方向電圧に相当する電圧だけ降下させ、補助電源電圧ＶＢＡＴＴをカソードに生成し、スーパーキャパシタ９を充電する。
【００１４】
図２は、実施の形態１に係る半導体装置１００の回路ブロック図である。
半導体装置１００は、例えば、マイクロコンピュータである。半導体装置１００は、主電源電圧ＶＣＣが印加される電極パッドＰ１、補助電源電圧ＶＢＡＴＴが印加される電極パッドＰ２、データＤ１が印加される電極パッドＰ３、および消費電力Ｄ２が印加される電極パッドＰ４を備える。
【００１５】
半導体装置１００は、さらに、電源切替スイッチ回路１０、第１の内部回路１１、第２の内部回路１２、データ保持回路１３、電源制御回路１４、降圧回路１５、レベル変換回路１６、および比較回路ＣＰ１〜ＣＰ３を備える。この内、電源切替スイッチ回路１０、第２の内部回路１２、データ保持回路１３、およびレベル変換回路１６の入力側には、補助電源電圧ＶＢＡＴＴが供給され、半導体装置１００が備える他の回路には、主電源電圧ＶＣＣが供給される。
【００１６】
電源切替スイッチ回路１０は、第１判定信号Ｓ１および補助電源電圧ＶＢＡＴＴに応答して、電源ノードＮＰから、主電源電圧ＶＣＣまたは補助電源電圧ＶＢＡＴＴのいずれか一方を選択して、選択電源電圧ＶＳＷとして出力する。電源切替スイッチ回路１０は、一端および他端が、それぞれ、電極パッドＰ１および電源ノードＮＰと接続されるスイッチＳＷ１、一端および他端が、それぞれ、電源ノードＮＰおよび電極パッドＰ２と接続されるスイッチＳＷ２、比較回路ＣＰ３、および論理反転回路１７を有する。
【００１７】
比較回路ＣＰ１は、その非反転入力端子に印加された参照電圧ＶＲ１の値と、反転入力端子に印加された主電源電圧ＶＣＣの値との大小比較結果を、判定信号Ｓ１として出力する。比較回路ＣＰ３は、非反転入力端子に印加された補助電源電圧ＶＢＡＴＴの値と、反転入力端子に印加された判定信号Ｓ１の値との大小比較結果を、スイッチＳＷ１およびＳＷ２へ出力する。なお、比較回路ＣＰ３の出力は、論理反転回路１７を経由して、スイッチＳＷ２へ印加される。比較回路ＣＰ２は、その非反転入力端子に印加された補助電源電圧ＶＢＡＴＴの値と、反転入力端子に印加された参照電圧ＶＲ２の値との大小比較結果を、判定信号Ｓ２として出力する。ここで、参照電圧ＶＲ１は、第１の内部回路１１等の主電源電圧ＶＣＣが供給される回路ブロックの最低動作電圧であり、参照電圧ＶＲ２は、第２の内部回路１２等の補助電源電圧ＶＢＡＴＴが供給される回路ブロックの最低動作電圧である。
【００１８】
電源切替スイッチ１０は、主電源電圧ＶＣＣの値が参照電圧ＶＲ１より大きい場合、電源ノードＮＰから、主電源電圧ＶＣＣを選択電源電圧ＶＳＷとして出力し、主電源電圧ＶＣＣの値が参照電圧ＶＲ１より小さい場合、電源ノードＮＰは、補助電源電圧ＶＢＡＴＴを選択電源電圧ＶＳＷとして出力する。従って、商用交流電力１が正常にスマートメータ５０に供給されている場合、電源切替スイッチ回路１０は、第２の内部回路１２へ主電源電圧ＶＣＣを供給し、停電が発生した場合、電源切替スイッチ回路１０は、第２の内部回路１２へ供給する電圧を、主電源電圧ＶＣＣから補助電源電圧ＶＢＡＴＴに切り替える。
【００１９】
電源制御回路１４は、降圧回路１５への主電源電圧ＶＣＣの供給を制御する。降圧回路１５は、主電源電圧ＶＣＣを降圧し、その降圧電圧を第１の内部回路１１へ供給する。内部回路１１に含まれる各回路は、その降圧電圧を電源電圧として動作する。
【００２０】
第１の内部回路１１は、ＣＰＵ（中央処理装置）１１１、不揮発性メモリ１１２、および入出力ポート１１３ａ〜１１３ｂを含み、互いにバスで接続される（図示せず）。必要に応じ、ＳＲＡＭや各種インターフェース回路が含まれる（図示せず）。
【００２１】
第２の内部回路１２は、リアルタイムクロックを含み、以降、リアルタイムクロック１２とも記載する。上述の通り、主電源電圧ＶＣＣの値が参照電圧ＶＲ１より大きい場合、第２の内部回路１２には、主電源電圧ＶＣＣが供給される。主電源電圧ＶＣＣの値が参照電圧ＶＲ１より低下すると、第２の内部回路１２には、補助電源電圧ＶＢＡＴＴが供給される。即ち、商用交流電力１の交流電圧の値が、停電等のために低下し、交流／直流変換回路４（図１参照）が生成する主電源電圧ＶＣＣの値が参照電圧ＶＲ１より低下すると、リアルタイムクロック１２に供給される電源電圧は、主電源電圧ＶＣＣから補助電源電圧ＶＢＡＴＴに切り替わる。以降、リアルタイムクロック１２は、主電源電圧ＶＣＣの電圧降下の影響を受けることなく、補助電源電圧ＶＢＡＴＴの供給を受けて、時計機能を維持する。
【００２２】
データ保持回路１３は、例えば、フリップフロップ回路であり、セット端子Ｓに印加される第１の内部回路１１の出力信号でセット（フラグ１の書込み）され、リセット端子Ｒに印加される比較回路ＣＰ２が出力する判定信号Ｓ２でリセット（フラグ０の書込み）される。データ保持回路１３の出力Ｑは、レベル変換回路１６に入力される。レベル変換回路１６は、データ保持回路１３の出力振幅を、補助電源電圧ＶＢＡＴＴの値から主電源電圧ＶＣＣの値に変換し、第１の内部回路１１が含む入出力ポート１１３ｂへ出力する。
【００２３】
電極パッドＰ４に印加された消費電力Ｄ２は、入出力ポート１１３ａやインターフェース回路を経由して、ＣＰＵ１１１に入力され、ＣＰＵ１１１は、消費電力Ｄ２を所定時間に亘り積算した消費電力量を算出し、リアルタイムクロック１２が出力する時刻情報と消費電力量の値を関連づけて、不揮発性メモリ１１２に書き込む。不揮発性メモリ１１２に書き込まれた消費電力量および時刻情報は、定期的（例えば、一日に１回）に、電極パッドＰ３および通信ユニット５を経由して、ホストへ送信される。
【００２４】
図３は、実施の形態１に係る半導体装置１００およびスマートメータ５０の停電時における動作フロー図である。
【００２５】
図３（ａ）は、停電に伴う主電源電圧ＶＣＣ低下が発生した場合における、半導体装置１００の動作フロー図である。以下、図２を参照しつつ、図３（ａ）の動作フロー図を説明する。
【００２６】
半導体装置１００に主電源電圧ＶＣＣが印加（電源投入）されると、半導体装置１００は、ホスト側の時刻とリアルタイムクロック１２との時刻合わせを行う初期設定を開始する。その後、第１の内部回路１１は、データ保持回路１３にフラグ１を書き込む。以降、リアルタイムクロック１２は、第１の内部回路１１とともに、主電源電圧ＶＣＣの供給を受けて動作する。
【００２７】
停電により主電源電圧ＶＣＣが参照電圧ＶＲ１より低下すると、電源切替スイッチ回路１０は、リアルタイムクロック１２へ供給する電圧を、主電源電圧ＶＣＣから補助電源電圧ＶＢＡＴＴに切り替える（ＶＢＡＴＴ端子供給）。以降、半導体装置１００へ参照電圧ＶＲ１より大きい値の主電源電圧ＶＣＣが印加される（ＶＣＣ再開）まで、即ち、給電が再開され、主電源電圧ＶＣＣの値が正常値に復帰するまで、リアルタイムクロック１２は、補助電源電圧ＶＢＡＴＴの供給を受けて動作を継続する。
【００２８】
主電源電圧ＶＣＣが参照電圧ＶＲ１より低下する期間において、補助電源電圧ＶＢＡＴＴの値が参照電圧ＶＲ２の値より低下すると、比較回路ＣＰ２は、判定信号Ｓ２により、データ保持回路１３をリセットし、フラグ０を書き込む。補助電源電圧ＶＢＡＴＴの値が参照電圧ＶＲ２の値より大きく維持されている場合、データ保持回路１３はリセットされず、電源投入後に書き込まれたフラグ１を保持する。
【００２９】
復電後、主電源電圧ＶＣＣが参照電圧ＶＲ１に達すると（ＶＣＣ再開）、半導体装置１００が備える第１の内部回路１１は、データ保持回路１３が保持するフラグの値を判定する。リアルタイムクロック１２の時刻情報は、フラグ１が保持されている場合、正常（カウント値は正常）であり、フラグ０が保持されている場合、異常であると判断される。第１の内部回路１１は、フラグ１が保持されている場合、不揮発性メモリ１１２に格納されている消費電力量および時刻情報を含むデータＤ１を、電極パッドＰ３へ出力し、フラグ０が保持されている場合、データＤ１を電極パッドＰ３へ出力しない。
【００３０】
図３（ｂ）は、停電に伴う主電源電圧ＶＣＣ低下が発生した場合における、スマートメータ５０の動作フロー図である。
【００３１】
スマートメータ５０に電源が投入されると、上述の半導体装置１００に加え、交流／直流変換回路４、通信ユニット５、計量ユニット６、または表示ユニット７は、必要な初期設定を実行後、それぞれの動作を開始する。停電が発生すると、スーパーキャパシタ９で電源供給が維持されるリアルタイムクロック１２を除き、他の回路やユニットは、動作を停止する。
【００３２】
復電後、データ保持回路１３がフラグ１を保持している場合、スマートメータ５０は、ホストとの通信時刻になると、半導体装置１００が備える不揮発性メモリ１１２に格納されている消費電力量および時刻情報を含むデータＤ１を、ホストへ送信する。一方、データ保持回路１３がフラグ０を保持している場合、スマートメータ５０は、ホストとの通信時刻になると、データＤ１をホストへ送信する代わりに、ホストから時刻情報を入手して、リアルタイムクロック１２の再設定を行う。
【００３３】
図４は、実施の形態１に係る半導体装置１００において、停電時にリアルタイムクロック１２が正常動作した場合の動作波形図である。
【００３４】
半導体装置１００に主電源電圧ＶＣＣが供給されると、時刻ｔ０に、第１の内部回路１１は、データ保持回路１３のセット端子Ｓにパルスを印加し、データ保持回路１３にデータ１を書き込む（フラグ１を設定）。その後、停電が発生し、時刻ｔ１に、主電源電圧ＶＣＣの値が参照電圧ＶＲ１の値より低下すると、リアルタイムクロック１２への供給電圧は、主電源電圧ＶＣＣから補助電源電圧ＶＢＡＴＴに切り替わり、補助電源電圧ＶＢＡＴＴの値は、リアルタイムクロック１２の消費電力により、低下する。
【００３５】
時刻ｔ２に、商用交流電力１の給電が再開されると、交流／直流変換回路４は動作を開始し、主電源電圧ＶＣＣの値は増加に転じる。時刻ｔ３に、主電源電圧ＶＣＣの値が、参照電圧ＶＲ１を超えると、リアルタイムクロック１２への給電電圧は、補助電源電圧ＶＢＡＴＴから主電源電圧ＶＣＣに切り替わり、補助電源電圧ＶＢＡＴＴの値は、上昇に転じる。図４に示される通り、時刻ｔ３において、補助電源電圧ＶＢＡＴＴの値が参照電圧ＶＲ２より大きい場合、データ保持回路１３は、比較回路ＣＰ２が出力する判定信号Ｓ２によりリセットされず、フラグ１を保持する。即ち、データ保持回路１３がフラグ１を保持することは、リアルタイムクロック１２に補助電源電圧ＶＢＡＴＴが印加される時刻ｔ１〜ｔ３の期間において、リアルタイムクロック１２には、正常動作が可能な電源電圧が供給されていたことを示す。
【００３６】
時刻ｔ３以降、主電源電圧ＶＣＣの値が設定値まで復帰すると、時刻ｔ５以降、半導体装置１００は、所定時間における負荷３の消費電力量を時刻情報とともに、格納する。図４では、一例として、半導体装置１００は、２時間に亘る負荷３の消費電力量を、その計測開始時刻とともに、格納する様子を示す。時刻２：３０から２時間の期間Ｔ１の消費電力量はｘｘ、時刻４：３０から２時間の期間Ｔ２の消費電力量はｙｙ、時刻６：３０から２時間の期間Ｔ３の消費電力量はｚｚである。
【００３７】
時刻ｔ６のホストとの通信時刻になると、半導体装置１００は、期間Ｔ１〜Ｔ３における消費電力量とその測定開始時刻の情報を含むデータＤ１を、通信ユニット５を介して、ホストへ送信する。この半導体装置１００の動作は、データ保持回路１３が保持するフラグの値により決定される。図４の場合、データ保持回路１３は、フラグ１を保持しているため、第１の内部回路１１が備える情報処理回路１１１は、データ保持回路１３の出力に応答して、期間Ｔ１〜Ｔ３におけるデータＤ１を電極パッドＰ３へ出力する。時刻ｔ６から開始される期間Ｔ４以降も、半導体装置１００は、順次、計量ユニット６の測定データを、リアルタイムクロック１２の時刻情報と関連づけて、不揮発性メモリ１１２に格納する。
【００３８】
図５は、実施の形態１に係る半導体装置１００において、停電時にリアルタイムクロック１２が異常動作した場合の動作波形図である。
【００３９】
半導体装置１００に主電源電圧ＶＣＣが供給され、その後、時刻ｔ０から時刻ｔ３までの主電源電圧ＶＣＣの変化は、以下の点の除いて、図４の場合と、同一である。即ち、図４は、時刻ｔ３において、補助電源電圧ＶＢＡＴＴの値が、参照電圧ＶＲ２より大きい場合の例を示すが、図５は、時刻ｔ３において、補助電源電圧ＶＢＡＴＴの値が、参照電圧ＶＲ２より小さい場合の例を示す。つまり、リアルタイムクロック１２に補助電源電圧ＶＢＡＴＴが印加される時刻ｔ１〜ｔ３の期間において、リアルタイムクロック１２の正常動作が保障されない電源電圧が供給された期間が存在する。比較回路ＣＰ２は、時刻ｔ３における補助電源電圧ＶＢＡＴＴの値と参照電圧ＶＲ２の値との大小関係に基づき、時刻ｔ４に、データ保持回路１３をリセットし、データ保持回路１３が保持するフラグ１をフラグ０に書き換える。
【００４０】
時刻ｔ３以降、主電源電圧ＶＣＣの値が設定値まで復帰すると、時刻ｔ５以降、半導体装置１００は、所定時間における負荷３の消費電力量を時刻情報とともに、格納する。リアルタイムクロック１２は、正常動作が保障されない電源電圧が供給されていたため、その時刻情報は正確でない。
【００４１】
図５は、半導体装置１００が、リアルタイムクロック１２が出力する不正確な時刻情報と関連づけて、期間Ｔ１〜Ｔ３における負荷３の消費電力量を格納する様子を示す。各期間Ｔ１〜Ｔ３における消費電力量は、計量ユニット６の計測値および第１の内部回路１１の演算処理により求められるため、図４に示される消費電力量と同一であるが、時刻情報は、異なる。図５では、例えば、期間Ｔ１における消費電力量ｘｘは、３時５５分から５時５５分の２時間に対応する場合を示す。図５と比較すると、時刻情報が１時間半程度遅れている。
【００４２】
時刻ｔ６のホストとの通信時刻になると、半導体装置１００は、期間Ｔ１〜Ｔ３における消費電力量とその測定開始時刻の情報を含むデータＤ１を出力する代わりに、ホストから時刻情報を受信し、リアルタイムクロック１２の時刻情報を再設定する。その後、半導体装置１００は、期間Ｔ４における消費電力量を算出し、正しい時刻情報と関連づけて、不揮発性メモリ１１２に格納する。リアルタイムクロック１２の再設定が完了すると、第１の内部回路１１は、データ保持回路１３をセットし、フラグ１を格納する。
【００４３】
実施の形態１に係る半導体装置１００の効果を説明する。
半導体装置１００は、商用交流電力１から生成される主電源電圧ＶＣＣおよびスーパーキャパシタ９が出力する補助電源電圧ＶＢＡＴＴのいずれか一方を選択して出力する電源切替スイッチ回路１０と、主電源電圧ＶＣＣが印加される第１の内部回路１１と、電源切替スイッチ回路１０が出力する電源電圧が印加されるリアルタイムクロック１２と、を備える。半導体装置１００は、さらに、予めフラグ１がセットされるデータ保持回路１３と、主電源電圧ＶＣＣの値と参照電圧ＶＲ１の値を比較し、判定信号Ｓ１を出力する比較回路ＣＰ１と、補助電源電圧ＶＢＡＴＴの値と参照電圧ＶＲ２の値を比較し、判定信号Ｓ２を出力する比較回路ＣＰ２と、を備える。
【００４４】
停電により、主電源電圧ＶＣＣの値が参照電圧ＶＲ１の値より小さくなると、電源切替スイッチ回路１０は、リアルタイムクロック１２へ補助電源電圧ＶＢＡＴＴを供給する。この期間において、補助電源電圧ＶＢＡＴＴが参照電圧ＶＲ２より低下すると、判定信号Ｓ２に応答して、データ保持回路１３は、保持データをフラグ１からフラグ０に書き換える。給電再開後、主電源電圧ＶＣＣが正常値に復帰すると、半導体装置１００は通常動作を再開し、計量ユニット６の計測値とリアルタイムクロック１２の時刻情報に基づき、所定期間における消費電力量とその測定開始時刻の情報を含むデータを格納する。
【００４５】
半導体装置１００は、ホストとの通信時刻になると、以下の処理を行う。即ち、半導体装置１００は、データ保持回路１３がフラグ１を格納している場合、通常動作再開後の各期間Ｔ１〜Ｔ３における消費電力量とその測定時刻情報を含むデータＤ１を、通信ユニット５を介して、ホストへ送信する。一方、データ保持回路１３がフラグ０を格納している場合、半導体装置１００は、ホストへデータＤ１を送信する代わりに、ホストから時刻情報を受信し、リアルタイムクロック１２の時刻情報の再設定を行う。
【００４６】
その結果、停電発生期間において、リアルタイムクロック１２が補助電源電圧ＶＢＡＴＴにより、正しく電源バックアップがなされた場合、給電再開後に正確な時間情報とともに、消費電力量をホストへ送信することが可能となる。さらに、停電発生期間における電源バックアップが失敗していた場合、消費電力量に誤った時刻情報を添付してホストへ送信することが回避される。給電再開後、最初にホストと通信する時刻において、ホストから送信される時刻情報に基づきリアルタイムクロック１２の時刻情報を再設定することで、次回以降のホストとの通信時刻において、消費電力量に正しい時刻情報を添付してホストへ送信することが可能となる。
【００４７】
電気料金が、使用電力量に加え、使用時間帯毎に設定されている場合、スマートメータ５０に内蔵される半導体装置１００が備えるリアルタイムクロック１２の時刻測定は、正確さが要求される。特に、リアルタイムクロック１２のバックアップ電圧が、電力系統が供給する電力に基づき生成される場合、給電再開後におけるリアルタイムクロック１２の時刻情報の正常／異常を判断する必要がある。半導体装置１００は、停電時における補助電源電圧ＶＢＡＴＴの値が、リアルタイムクロック１２の動作保証電圧である参照電圧ＶＲ２より低下した場合、データ保持回路１３が保持するフラグの値を書き換える。そのデータ保持回路１３のフラグの値に応じて、半導体装置１００は、給電再開後の最初のホストとの通信時刻におけるデータ送信可否の判断と、必要に応じ、リアルタイムクロック１２の再設定を行う。
【００４８】
実施の形態１に係る半導体装置１００によれば、給電再開後に、不正確な時刻情報と関連づけられた消費電力量をホストへ送信せず、ホストからの情報に基づきリアルタイムクロック１２を再設定することで、スマートメータ５０の信頼性が向上する。
【００４９】
＜実施の形態１の変形例＞
図６は、実施の形態１の変形例に係る半導体装置１０１の回路ブロック図である。
【００５０】
図６の半導体装置１０１において、図２の半導体装置１００と同一の符号が付されたものは、同一の機能または構成を備え、それらの重複説明は省略する。
【００５１】
半導体装置１０１は、半導体装置１００と、以下の点で相違する。半導体装置１０１において、データ保持回路１３Ａは、フリップフロップ回路であり、リセット端子Ｒに印加される判定信号Ｓ１でリセット（フラグ０の書込み）され、セット端子Ｓに印加される判定信号Ｓ２でセット（フラグ１の書込み）される。また、データ保持回路１３Ａには、補助電源電圧ＶＢＡＴＴに代えて、主電源電圧ＶＣＣが供給される。その結果、データ保持回路１３Ａの出力端子Ｑから出力される出力信号は、レベル変換されずに、第１の内部回路１１が有する入出力ポート１１３ｂに入力される。
【００５２】
半導体装置１０１は、電源投入後（主電源電圧ＶＣＣ印加後）にデータ保持回路１３Ａをリセット（フラグ０を設定）し、停電が発生した時に、主電源電圧ＶＣＣの値が参照電圧ＶＲ１の値より低下すると、データ保持回路１３Ａをセット（フラグ１を設定）する。つまり、半導体装置１０１は、半導体装置１００のデータ保持回路１３に対するフラグ０およびフラグ１の設定を反転させた構成に相当する。
【００５３】
図７は、実施の形態１の変形例に係る半導体装置１０１およびスマートメータ５０の停電時における動作フロー図である。
【００５４】
図７の動作フロー図において、図３の動作フロー図と同一の符号が付されたものは、同一の処理を備え、それらの重複説明は省略する。図７の処理フロー図は、図３の処理フロー図と、以下の点で相違する。即ち、図３（ａ）の半導体装置１００の動作フローにおいて、「電源投入」および「ＲＴＣ初期設定」に続く「ｆｌａｇ１書込み」の処理が省略される。さらに、フラグ判定後の処理は、フラグ０およびフラグ１を入れ替えた内容となる。
【００５５】
図７（ａ）は、停電に伴う主電源電圧ＶＣＣ低下が発生した場合における、半導体装置１０１の動作フロー図である。以下、図６を参照しつつ、図７（ａ）の動作フロー図を説明する。
【００５６】
半導体装置１０１に主電源電圧ＶＣＣが印加（電源投入）されると、データ保持回路１３Ａは、比較回路ＣＰ１が出力する判定信号Ｓ１によりパワーオンリセット（フラグ０の書込み）される。主電源電圧ＶＣＣが所定の設定値に達すると、半導体装置１０１は、リアルタイムクロック１２の時刻設定を行う。停電により主電源電圧ＶＣＣが参照電圧ＶＲ１より低下すると、データ保持回路１３Ａは、再度、判定信号Ｓ１によりリセットされ、フラグ０を維持する。また、電源切替スイッチ回路１０は、リアルタイムクロック１２へ供給する電圧を、主電源電圧ＶＣＣから補助電源電圧ＶＢＡＴＴに切り替え（ＶＢＡＴＴ端子供給）、リアルタイムクロック１２は動作を継続する（ＲＴＣ動作）。
【００５７】
この期間において、補助電源電圧ＶＢＡＴＴの値が参照電圧ＶＲ２より低下すると、比較回路ＣＰ２は、判定信号Ｓ２により、データ保持回路１３Ａをセットし、フラグ１を書き込む。補助電源電圧ＶＢＡＴＴの値が参照電圧ＶＲ２の値より大きく維持されている場合、データ保持回路１３Ａはセットされず、フラグ０を維持する。
【００５８】
復電して商用交流電力１の供給が再開されると（ＶＣＣ再開）、半導体装置１０１が備える第１の内部回路１１は、データ保持回路１３Ａが保持するフラグの値を判定する。リアルタイムクロック１２の時刻情報は、フラグ０が保持されている場合、正常（カウント値は正常）であり、フラグ１が保持されている場合、異常であると判断される。第１の内部回路１１は、フラグ０が保持されている場合、不揮発性メモリ１１２に格納されている消費電力量および時刻情報を含むデータＤ１を、電極パッドＰ３へ出力し、フラグ１が保持されている場合、データＤ１を電極パッドＰ３へ出力しない。
【００５９】
図７（ｂ）は、停電に伴う主電源電圧ＶＣＣ低下が発生した場合における、スマートメータ５０の動作フロー図である。
【００６０】
スマートメータ５０は、電源投入後、必要な初期設定を実行し、動作を開始する。停電が発生すると、スーパーキャパシタ９で電源供給が維持されるリアルタイムクロック１２を除き、他の回路やユニットは、動作を停止する。復電後、データ保持回路１３Ａがフラグ０を保持している場合、スマートメータ５０は、ホストとの通信時刻になると、半導体装置１０１が備える不揮発性メモリ１１２に格納されている消費電力量および時刻情報を含むデータＤ１を、ホストへ送信する。一方、データ保持回路１３Ａがフラグ１を保持している場合、スマートメータ５０は、ホストとの通信時刻になると、データＤ１をホストへ送信する代わりに、ホストから時刻情報を入手して、リアルタイムクロック１２の再設定を行う。
【００６１】
図８は、実施の形態１の変形例に係る半導体装置１０１において、停電時にリアルタイムクロック１２が正常動作した場合の動作波形図である。
【００６２】
半導体装置１０１に主電源電圧ＶＣＣが供給されると、比較回路ＣＰ１が出力する判定信号Ｓ１により、データ保持回路１３Ａはパワーオンリセットされる（図示せず）。その後、停電が発生し、時刻ｔ１に主電源電圧ＶＣＣの値が参照電圧ＶＲ１の値より低下すると、リアルタイムクロック１２への供給電圧は、主電源電圧ＶＣＣから補助電源電圧ＶＢＡＴＴに切り替わり、補助電源電圧ＶＢＡＴＴの値は、リアルタイムクロックの消費電力により、低下する。
【００６３】
時刻ｔ２に、商用交流電力１の給電が再開されると、交流／直流変換回路４は動作を開始し、主電源電圧ＶＣＣの値は増加に転じる。時刻ｔ３に、主電源電圧ＶＣＣの値が、参照電圧ＶＲ１を超えると、リアルタイムクロック１２への給電電圧は、補助電源電圧ＶＢＡＴＴから主電源電圧ＶＣＣに切り替わり、補助電源電圧ＶＢＡＴＴの値は、上昇に転じる。図８に示される通り、時刻ｔ３において、補助電源電圧ＶＢＡＴＴの値が参照電圧ＶＲ２より大きい場合、データ保持回路１３Ａは、比較回路ＣＰ２が出力する判定信号Ｓ２によりセットされず、フラグ０を保持する。
【００６４】
時刻ｔ３以降、主電源電圧ＶＣＣの値が設定値まで復帰すると、時刻ｔ５以降、半導体装置１００は、所定時間における負荷３の消費電力量を時刻情報とともに格納する。図８では、図４と同様に、２時間に亘る負荷３の消費電力量を、その計測開示時刻とともに、格納する様子が示される。時刻ｔ６に、ホストとの通信時刻になると、半導体装置１０１は、期間Ｔ１〜Ｔ３における消費電力量とその測定開始時刻の情報を含むデータＤ１を、通信ユニット５を介して、ホストへ送信する。この半導体装置１０１の動作は、データ保持回路１３Ａが保持するフラグの値により決定される。図８の場合、データ保持回路１３Ａは、フラグ０を保持しているため、第１の内部回路１１が有する情報処理回路１１１は、データ保持回路１３Ａの出力に応答して、期間Ｔ１〜Ｔ３におけるデータＤ１を電極パッドＰ３へ出力する。時刻ｔ６から開始する期間Ｔ４以降も、半導体装置１０１は、順次、計量ユニット６の測定データを、リアルタイムクロック１２の時刻情報と関連づけて、不揮発性メモリ１１２に格納する。
【００６５】
図９は、実施の形態１の変形例に係る半導体装置１０１において、停電時にリアルタイムクロック１２が異常動作した場合の動作波形図である。
【００６６】
半導体装置１０１に主電源電圧ＶＣＣが供給され、その後、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの主電源電圧ＶＣＣの変化は、以下の点を除き、図８の場合と同一である。即ち、図８は、時刻ｔ３において、補助電源電圧ＶＢＡＴＴの値が、参照電圧ＶＲ２より大きい場合の例を示すが、図９は、時刻ｔ３において、補助電源電圧ＶＢＡＴＴの値が、参照電圧ＶＲ２より小さい場合の例を示す。比較回路ＣＰ２は、時刻ｔ３における補助電源電圧ＶＢＡＴＴの値と参照電圧ＶＲ２の値との大小関係に基づき、時刻ｔ４Ａに、データ保持回路１３Ａをセットし、データ保持回路１３Ａが保持するフラグ０をフラグ１に書き換える。
【００６７】
時刻ｔ３以降、主電源電圧ＶＣＣが設定値まで復帰すると、時刻ｔ５以降、半導体装置１０１は、所定時間における負荷３の消費電力量を時刻情報とともに、格納する。リアルタイムクロック１２は、正常動作が保障されない電源電圧が供給されていたため、その時間情報は正確でない。
【００６８】
図９は、半導体装置１０１が、リアルタイムクロック１２が出力する不正確な時刻情報と関連づけて、期間Ｔ１〜Ｔ３における負荷３の消費電力量を時刻情報とともに格納する様子を示す。各期間Ｔ１〜Ｔ３における消費電力量は、計量ユニット６の計測値および第１の内部回路１１の演算処理により求められるため、図８に示される消費電力量と同一であるが、時刻情報は異なる。これは、停電時において、リアルタイムクロック１２に異常が発生したためである。
【００６９】
時刻ｔ６のホストとの通信時刻になると、半導体装置１０１は、期間Ｔ１〜Ｔ３における消費電力量とその測定開始時刻の情報を含むデータＤ１を出力する代わりに、ホストから時刻情報を受信し、リアルタイムクロック１２の時刻情報を再設定する。その後、半導体装置１０１は、期間Ｔ４における消費電力量を算出し、正しい時刻情報と関連づけて、不揮発性メモリ１１２に格納する。リアルタイムクロック１２の再設定が完了すると、第１の内部回路１１は、データ保持回路１３Ａをリセットし、フラグ０を格納する。
【００７０】
実施の形態１の変形例に係る半導体装置１０１の効果を説明する。
データ保持回路１３Ａは主電源電圧ＶＣＣの供給を受けて動作する。また、データ保持回路１３Ａの出力信号は、半導体装置１００と異なり、レベル変換回路１６による信号レベルの変換が不要となる。その結果、半導体装置１０１において、補助電源電圧ＶＢＡＴＴは、リアルタイムクロック１２のみとなり、停電時におけるスーパーキャパシタ９の出力電圧低下は、半導体装置１００と比較し、抑制される。従って、リアルタイムクロック１２の電源バックアップ時間が増加し、リアルタイムクロックの時刻情報の信頼性が向上する。
【００７１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７２】
１  商用交流電力、２  センサ、３  負荷、４  直流変換回路、５  通信ユニット、６  計量ユニット、７  表示ユニット、８  ダイオード、９  スーパーキャパシタ、１０  電源切替スイッチ回路、１１  第１の内部回路、１２  第２の内部回路、１３，１３Ａ  データ保持回路、１４  電源制御回路、１５  降圧回路、１６  レベル変換回路、１７  論理判定回路、５０  スマートメータ、１００，１０１  半導体装置、１１１  情報処理回路、１１２  不揮発性メモリ、１１３ａ，１１３ｂ  入出力ポート、ＣＰ１〜ＣＰ３  比較回路、Ｄ１  データ、Ｄ２  消費電力、ＮＰ  電源ノード、Ｐ１〜Ｐ４  電極パッド、Ｑ  出力端子、Ｒ  リセット端子、Ｓ  セット端子、Ｓ１，Ｓ２  判定信号、ＳＷ１，ＳＷ２  スイッチ、Ｔ１〜Ｔ４  期間、ＶＢＡＴＴ  補助電源電圧、ＶＣＣ  主電源電圧、ＶＲ１，ＶＲ２  参照電圧、ＶＳＷ  選択電源電圧、ｘｘ，ｙｙ，ｚｚ，ａａ  消費電力量。
【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】
2015069224.tif 000009
【図８】
2015069224.tif 000010
【図９】
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