半导体装置、电压比较电路、电源管理电路及电子仪器的制作方法

专利名称：半导体装置、电压比较电路、电源管理电路及电子仪器的制作方法
技术领域：
本发明涉及连接了多个种类的不同的设备的半导体装置。
技术背景
1.以便携式电话、PDA(个人数字助理)、笔记本型个人电脑为首的各种电子仪器 上搭载了 USB(通用串行总线)端口(接口)。在USB端口上连接各种不同种类的设备。电 子仪器判定对于USB端口的设备连接的有无、设备的种类或状态，并转移到与判定结果对 应的动作模式。就算是USB以外的接口，很多时候也需要确定连接到连接器(connector) 上的设备的种类或状态。
2.并且在以便携式电话、PDA(个人数字助理)、笔记本型个人电脑为首的各种电 子仪器上搭载了进行数字信号处理的CPU(中央处理单元)、DSP (数字信号处理器)、或者 液晶面板、其他模拟、数字电路等众多电路。在搭载电池作为电源的电池驱动型的电子仪器 中，仪器内部的各电子电路根据来自电池的电池电压而工作。
电子仪器中，有经由AC适配器用的端子或USB (通用串行总线)端口等，接受来自 外部电源的供电，即使电池余量较少，或者没有安装电池也能够工作的电子仪器。这时，设 置电池管理电路(功率管理IC)以用于控制要通过来自外部电源的电压和来自电池的电压 中的哪一个使电子仪器工作。在电池为锂离子电池等的蓄电池时，电源管理电路中设置有 通过来自外部电源的电压对电池进行充电的功能。电源管理电路比较来自外部电源的电压 和电池电压，并根据其比较结果来控制将哪个电压提供给负载。
[专利文献1](日本)特开平6-276503号公报
[专利文献2](日本)特开平9-219935号公报
[专利文献3](日本)特开平3-49418号公报
[专利文献4](日本)特开昭61-8677号公报
[专利文献5](日本)特开2009-071534号公报发明内容
1.本发明的一个方式是在有关状况下完成的，这一方式的例示性的目的之一在 于，提供一种在连接多个种类的不同的设备的半导体装置中，判定设备的性质的方式。
2.如专利文献5所记载的那样，电源管理电路中搭载用于比较来自外部电源的电 压和电池电压的电压比较电路。但是，专利文献5的电压比较电路在运算放大器或电阻中 始终流过电流，因此存在功耗变大的问题。另外，这样的问题不限于电源管理电路，在一般 的电压比较电路中也会产生。
本发明的一个方式鉴于这样的课题而完成，这一方式的例示性的目的之一在于， 提供一种降低了功耗的电压比较电路。
1.本发明的一个方式的半导体装置包括信号线，连接能够连接多个种类的设备 的通信接口用的端口、和与设备进行数据通信的处理器的通信用端子之间；判定单元，监视所述信号线的电气状态，判断连接到端口的设备；以及第1开关，被设置在判定单元和信号 线之间。第1开关在判定单元判定设备的期间导通，然后截止。
根据该方式，在基于判定单元的判定结束之后，判定单元和信号线会被分离，因此 能够减少判定单元对数据通信带来的影响。
一个方式的半导体装置还可以包括第2开关，其被设置在信号线的路径上。第2 开关可以在判定单元判定设备的期间截止，然后导通。
这时，当判定单元正在动作时，能够减少处理器对判定单元的判定处理带来的影 响。
本发明的另一个方式也是半导体装置。该装置包括信号线，连接能够连接多个种 类的设备的通信接口用的端口、和与设备进行数据通信的处理器的通信用端子之间；以及 判定单元，监视信号线的电气状态，判断连接到端口的设备。判定单元在判定单元判定设备 的期间有效，然后成为无效。
“无效”是指，从信号线看向判定单元的阻抗充分高到对经由信号线而进行的数据 通信带来的判定单元的影响能够忽视的程度。
一个方式的半导体装置还可以包括第2开关，其被设置在信号线的路径上。第2 开关在判定单元判定设备的期间截止，然后导通。
一个方式的半导体装置还可以包括连接检测单元，判定端口上是否连接了某一 设备。判定单元判定设备的期间可以是，由连接检测单元检测出设备的连接之后，直到经过 规定时间为止的期间。
也可以是端口是连接USB (Universal Serial Bus)接口的差动信号线的端子，连 接检测单元监视与USB接口的电源线连接的第2端口的电气状态，通过判定经由USB接口 的电源的供给的有无，从而判定是否连接了设备。
本发明的又一个方式是电子仪器。该电子仪器包括连接多个种类的设备的任一 个的通信接口用的端口 ；与设备进行数据通信的处理器；以及与端口和处理器连接的上述 的任一方式的半导体装置。
根据该方式，能够正确地判定设备的性质，并且能够实现可靠的数据通信。
2.本发明的一个方式涉及用于比较输入端子上施加的输入电压与规定的阈值电 压的电压比较电路。该电压比较电路包括第1电压比较单元，将输入电压与规定的第1阈 值电压比较，生成在输入电压比第1阈值电压高时被有效化的判定信号；以及第2电压比较 单元，在判定信号被有效化时成为有效，并且将输入电压与规定的第2阈值电压比较。
根据该方式，第2电压比较单元构成为高精度，第1电压比较单元构成为相对低精 度，但减少功耗，从而能够减少输入电压低的状况下的电压比较电路整体的功耗。
输入端子上也可以被施加第1电压或者比第1电压还高的第2电压。这时，第1 阈值电压可以是比第1电压高的值。
根据该方式，在施加了第1电压时，保证第2电压比较单元成为无效，只有在施加 了第2电压时，通过进行高精度的电压比较，能够检测出第2电压的施加的有无。
本发明的另一方式是电源管理电路。该电源管理电路包括第1端子，与外部电源 连接；第2端子，与电池连接；输入端子接受第1端子上所施加的来自外部电源的电压作为 输入电压的上述的任一方式的电压比较电路；选择电路，基于电压比较电路的比较结果来选择来自外部电源的电压和来自电池的电池电压的任一个；以及输出端子，将由选择电路 选择的电压输出到外部的负载电路。
本发明的又一方式是电子仪器。该电子仪器包括电池；适配器，可装卸外部电 源；上述的电源管理电路；以及负载电路，连接到电源管理电路的输出端子。
根据该方式，由于能够减少电源管理电路的功耗，因此能够延长电池的寿命。
另外，以上的构成要素的任意组合或将本发明的构成要素和表现在方法、装置、系 统等之间相互置换的方案，作为本发明的方式也是有效的。
根据本发明的一个方式，能够判定设备的性质。并且根据另一方式，能够减少电压 比较电路的功耗。


图1是表示包括第1实施方式的半导体装置的电子仪器的结构的方框图。
图2是表示第1实施方式的半导体装置的结构的电路图。
图3是表示图2的半导体装置的动作的定时图。
图4是表示包括实施方式的电源管理电路的电子仪器的结构的方框图。
图5是表示实施方式的电压比较电路的结构的电路图。
图6是表示第1电压比较单元的另一结构例的电路图。
标号说明
2...电子仪器，4...设备，6...通信用总线，10...半导体装置，12...信号线，14...判定单元，16...连接检测单元，20...处理器，Pl...端口，P2通信用端子，P3...端 口，P4...处理器侧端子，SWl...第1开关，SW2. .第2开关，IOa. · ·半导体设备，12. · ·信 号线，14a. . . USB充电器判定单元，16a. · · VBUS检测单元，30. · ·控制单元，32. · ·比较器， 34...数据保持单元，Ml...晶体管，Rl...第1电阻，R2...第2电阻，R3...第3电阻， R4...第4电阻，R5...第5电阻。
具体实施方式
以下，基于优选的实施方式并参照附图来说明本发明。对各附图中所示的相同或 者同等的构成要素、构件、处理附加相同的标号，并适当省略重复的说明。此外，实施方式是 例示而并非限定本发明，实施方式中所记述的所有的特征和其组合未必就是本发明的本质 性的内容。
在本说明书中，“构件A与构件B连接的状态”包括构件A和构件B物理地直接连 接的情况、构件A和构件B经由不会对电连接状态产生影响的其他构件而间接连接的情况。
同样地，“构件C被设置在构件A和构件B之间的状态”除了构件A和构件C、或者 构件B和构件C直接连接的情况之外，还包括经由不会对电连接状态产生影响的其他构件 而间接连接的情况。
此外，在本说明书中，假设电压信号、电流信号或者电阻上所附加的符号根据需要 而表示各自的电压值、电流值或者电阻值。
(第1实施方式)
图1是表示包括第1实施方式的半导体装置10的电子仪器2的结构的方框图。电子仪器2包括端口(或者也称为连接器或者端子)P1、半导体装置10、处理器20。端口 Pl 是能够连接多个不同种类的设备的通信接口用的连接器。
在本实施方式中，作为通信接口，以USB(Universal Serial Bus;通用串行总线) 为例进行说明。但本发明不限于此，能够适用于UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter ；通用异步收发报机)、IEEE1397、视频用、音频用的各种接口。
在USB接口中，提供电源线VBUS、地线GND、差动数据线D+、D_。图1的端口 Pl是 连接了差动数据线D+、D-的端子，实际上设置了两个，但在图1中省略而归纳为一个显示。 端口 Pl中经由通信用总线6而连接了外部的设备4。
处理器20在与设备4之间进行数据通信。处理器20可以与半导体装置10 —起 集成在相同的半导体电路板上。
半导体装置10被设置在端口 Pl和处理器20的通信用端子P2之间。半导体装置 10包括端口 P3、处理器侧端子P4、信号线12、判定单元14、连接检测单元16。
端口 P3与端口 Pl连接。处理器侧端子P4与处理器20的通信用端子P2连接。
信号线12用于连接端口 Pl (P3)和通信用端子P2(P4)之间。判定单元14监视信 号线12的电气状态，并判定端口 Pl上连接的设备4的种类、状态等。
在本实施方式中，判定单元14判定端口 Pl上连接的设备是否具有对电子仪器2 提供电源VBUS并对电子仪器2的电池(未图示)进行充电的电流供给能力(1. 8A)。具有 这样的电流供给能力的设备(USB专用充电器)4在其内部，通信用总线6的差动数据线D+、 D-被短路。不具有电流供给能力的设备、即与处理器20进行数据通信的设备(主机或者 USB集线器)4在设备4的内部，差动数据线D+、D-经由电阻而被下拉。关于判定单元14的 具体的判定方法将在后面叙述。
第1开关SWl被设置在判定单元14和信号线12之间。第1开关SWl在判定单元 14判定设备4的期间(检测期间)τ DET的期间导通，然后截止。
第2开关SW2被设置在信号线12的路径上、即设备4和处理器20之间。第2开 关SW2在检测期间τ DET的期间截止，然后导通。
连接检测单元16判定在端口 Pl上是否连接了某一设备。第1开关SWl和第2开 关SW2根据连接检测单元16对设备4的连接检测的有无而被切换。具体地说，检测期间 τ DET是连接检测单元16检测出设备4的连接开始，直到经过规定时间为止的期间。规定 时间被设定为比判定单元14判定设备4所需的时间要长。
连接检测单元16可以通过机械方法来检测出是否有设备4连接端口 Ρ1。这样的 机构利用公知的技术即可。或者，也可以在优选的方式中，连接检测单元16监视与USB接 口的电源线VBUS连接的第2端口(未图示)的电气状态，并判定是否有经由USB接口供给 电源VBUS，从而判定是否连接了设备4。VBUS检测用的电路在具备USB接口的电子仪器中 通常会被搭载，因此通过将其检测结果用于第1开关SWl和第2开关SW2的控制，能够可靠 地判定设备4的连接的有无，并且具有无需新设置连接检测单元16的优点。
以上为半导体装置10的结构。接着说明其动作。
初始状态为端口 Pl上没有连接设备4，第1开关SWl导通，第2开关SW2截止。
用户在电子仪器2的端口 Pl上经由通信用总线6而连接设备4。接受此，连接检 测单元16检测出设备4，并且判定单元14判定设备4的种类。判定单元14的判定期间，由CN 于第2开关SW2截止，因此处理器20对信号线带来的电气影响被切断，能够进行可靠的判定。
并且在连接检测单元16的检测后，经过规定时间后，第1开关SWl截止，第2开关 SW2导通。当设备4为与处理器20之间进行通信的设备时，在第2开关SW2导通之后，确立 处理器20和设备4之间的链路，在处理器20和设备4之间进行数据通信。该数据通信的 期间，由于第1开关SWl截止，因此能够消除连接检测单元16对数据通信率带来的影响。
以上是半导体装置10的动作以及优点。
接着，说明具备上述特征的半导体装置的具体的结构例子。图2是表示实施方式 的半导体装置IOa的结构的电路图。半导体装置IOa被搭载在便携式电话终端上。并且， 在USB接口上，作为设备4，连接了以下中的任一个
1.USB专用充电器
2. USB主机设备、USB集线器
3. USB免提连接器
4. USB头戴耳机
半导体装置IOa包括信号线12p、12n (根据需要而统称为信号线12)、USB充电器 判定单元14a、VBUS检测单元16a、控制单元30。USB充电器判定单元14a、VBUS检测单元 16a分别与图1的判定单元14、连接检测单元16对应。
VBUS检测单元16a在VBUS_DET_EN信号被有效化(assert)时成为有效，监视VBUS 端子，并将其电位与规定的阈值电压Vth比较。其结果，在VBUS > Vth时，有效化VBUS检 测信号(VBUS_DET信号)。
控制单元30接受VBUS_DET信号。控制单元30在VBUS_DET信号被有效化时，在 其2. 6ms之后，有效化起动信号(CHG_DET_EN信号)。CHG_DET_EN信号在规定时间QOms) 的期间内被有效化，然后被无效化(negate)。
USB充电器判定单元1 通过监视信号线12的电气状态，判定设备4的种类。USB 充电器判定单元Ha构成为可切换有效和无效，在CHG_DET_EN信号被有效化的期间成为有 效。在无效状态中，从信号线12看向USB充电器判定单元14a的阻抗非常高。换言之，在 无效状态中，USB充电器判定单元1 构成为对于信号线12实质性不会产生电气作用。图 1的第1开关SWl也可以理解为是用于切换判定单元14的有效、无效的开关。
控制单元30在CHG_DET_EN信号被无效化之后，有效化通路使能信号(PATH_EN信 号)。在PATH_EN信号被有效化时，第2开关SWh、SW2b导通。
接着说明USB充电器判定单元14a的结构。USB充电器判定单元1 包括第1开 关SWla SWlc、第1电阻Rl 第5电阻R5、比较器32、数据保持单元34、晶体管Ml。另 外，第1开关SWla、SWlb相当于图1的第1开关SW1。
起动信号CHG_DET_EN信号被有效化时，第1开关SWla SWlc导通。信号线12p 经由第1电阻Rl以及第1开关SWla而被上拉到规定的电压V33。在信号线12η和接地端 子之间串联连接了第2电阻R2、第1开关SWlb以及第3电阻R3。信号线12η的电位通过 第2电阻R2以及第3电阻R3而被分压，分压后的电压Vx被输入到比较器32的同相输入端子。
第4电阻R4以及第5电阻R5对规定的电压V33进行分压，并将分压后的电压Vref9施加到比较器32的反相输入端子。第1开关SWlc被设置在比较器32的电源的供给路径上。
数据保持单元34保持比较器32的输出信号。比较器32在VBUS_DET信号被无效 化时，从保持(hold)状态被释放。晶体管Ml的漏极通过电阻Rll而被上拉，并以开路漏极 的形式输出由数据保持单元34保持的值。
以上是半导体装置IOa的结构。接着说明其动作。图3是表示图2的半导体装置 IOa的动作的时序图。在时刻t0经由USB电缆而安装设备4。于是，总线电压VBUS上升。
若在时亥Ij tl，总线电压VBUS超过第1阈值电压Vthl ( = 2. 5V)，则VBUS_DET_EN 信号被有效化(高电平)，VBUS检测单元16a成为有效。VBUS_DET_EN信号由未图示的电路 生成。VBUS检测单元16a将总线电压VBUS与阈值电压Vth2 ( = 3. 2V)比较，若成为VBUS > Vth2 (时刻t2)，则有效化VBUS_DET信号(高电平)。控制单元30以VBUS_DET信号被 有效化的情况作为契机，在时刻t3 t4的规定的检测期间τ DET，有效化CHG_DET_EN信号 (高电平)。若CHG_DET_EN信号被有效化，则USB充电器判定单元1 成为有效。USB充电 器判定单元Ha在有效状态下，第1开关SWla SWlc导通。
(1)设备4是USB专用充电器的情况
这时，作为总线电压VBUS提供4 5. 3V左右。此外，在设备4的内部，通信用总 线6的差动数据线D+、D-,即端口 Pl+和Pl-被短路(图2的单点划线)。
通过第1开关SWla导通，信号线12p的电位被上拉到高电平(V33)。在设备4中， 由于端口 Pl+和Pl-被短路，因此，信号线12η的电位也被上拉到高电平(V33)。其结果， Vx > Vref成立，从比较器32输出高电平。
数据保持单元M至少在时刻t4 t5的期间，继续保持比较器32的输出电平。这 期间，USBCHG_DET信号维持用于表示USB专用充电器被检测出的情况的低电平。
然后，取下设备4，若总线电压VBUS在时刻t5低于阈值电压Vth2，则VBUS_DET信 号被无效化。接受此，数据保持单元34的保持状态被释放。
此外，在检测期间τ DET结束之后，时刻t4 t5的期间，PATH_EN信号被有效化， 第2开关SWh、SW2b导通。另外，在作为设备4而连接USB专用充电器时，第2开关SWh、 SW2b可以依然截止。这是因为处理器不需要与设备4进行数据通信。
(2)连接了主机或者USB集线器的情况
这时，作为总线电压VBUS提供4 5. 3V左右。此外，在设备4的内部，通信用总 线6的差动数据线D+、D-,即端口 Pl+和Pl-分别被下拉(图2的实线)。
由于信号线12η被下拉，因此电压Vx成为低电平。从而，成为Vx < Vref，比较器 32的输出成为低电平。这时，USBCHG_DET成为高阻抗。
此外，在检测期间τ DET结束之后，时刻t4 t5的期间，PATH_EN信号被有效化， 第2开关SW2a、SW2b导通。然后，在未图示的处理器20和设备4之间确立链路，数据通信 开始。
(3)连接了 USB免提单元的情况。
这时，与连接了(2)的主机的情况相同。
(4)连接了头戴耳机的情况
这时，总线电压VBUS被偏压至1. 7 1. 92V左右。这时，由于是VBUS < Vthl，因此半导体装置IOa的各单元不动作，USBCHG_DET信号成为高阻抗。通过未图示的其他电路， 判定头戴耳机是立体声还是单声道(monaural)。
以上是半导体装置IOa的动作。根据该图1的半导体装置10或者图2的半导体 装置10a，能够将用于判定设备4的性质的判定单元14(14a)从信号线12分离，因此能够 减少判定单元14(14a)对数据通信带来的影响。相反在判定中，能够将处理器20从信号线 12分离，因此能够减少处理器20对判定单元14的设备4的性质判定带来的影响。
以上，基于第1实施方式说明了本发明的一个方式。该实施方式是例示，在这些各 构成要素或各处理进程、它们的组合中可以存在各种变形例。以下，说明这样的变形例。
图1的半导体装置10不限于图2那样的应用，可适用于各种标准的接口。
(第2实施方式)
图4是表示包括第2实施方式的电源管理电路101的电子仪器200的结构的方框 图。电子仪器200例如是便携式电话终端、PDA、笔记本型PC等的电池驱动型的信息终端仪 器。电子仪器200包括电源管理电路101、电池110、负载112、适配器端子114。
电池110是锂离子电池或镍氢电池等的蓄电池，输出电池电压Vl ( = Vbat)。适 配器端子114是可装卸外部电源210的端子，接受来自外部电源210的电压(以下，称为外 部电压)V2。电源管理电路101接受外部电压V2以及电池电压VI，选择任一个提供给负载 112，并且利用外部电压V2对电池110充电。负载112以未图示的电源电路、DSP、液晶面板 为首，包括其他模拟电路、数字电路。外部电源210例如是USB(通用串行总线)总线电源、 或者将商用交流电压变换为直流电压的AC适配器。以下，说明USB总线电源的情况。8口， 外部电压V2是相当于USB标准中的VBUS电压。
电源管理电路101包括外部电压检测电路(也称为电压比较电路)40、选择电路 50、充电控制单元(未图示)，并且作为功能IC被集成在半导体电路板上。电源管理电路 101在适配器端子102中接受外部电压V2，在电池端子104中接受电池电压VI。输出端子 106上连接了负载112。适配器端子102与USB电缆的VBUS端子连接。S卩，若适配器端子 102装上USB电缆，则适配器端子上被提供电源VBUS ( = V2)。
外部电压检测电路40判定外部电压V2的有无，或者判定外部电压V2是否具有足 以驱动负载112的充分的电压电平，在具有充分的电压电平时，有效化检测信号Sl (高电 平)。具体地说，外部电压检测电路40将输入到输入端子Pl的外部电压V2与规定的阈值 电压(后述的第2阈值电压Vth2)进行比较，并生成表示比较结果的检测信号Si。电源管 理电路101参照检测信号Si，根据是否提供了总线电压VBUS而切换其动作模式。
例如选择电路50接受电压比较电路40的比较结果、即控制信号(也称为VBUS检 测信号)Si，在检测信号Sl被有效化时(高电平)，选择外部电压V2，在检测信号Sl被无效 化时(低电平)，选择电池电压VI。选择电路50的结构不特别限定。
本实施方式的电压比较电路能够恰好利用于进行电压比较处理的外部电压检测 电路40。以下，说明电压比较电路40的结构。
图5是表示第2实施方式的电压比较电路(外部电压检测电路)40的结构的电路 图。此夕卜，图5的电压比较电路40也可以作为图2的VBUS检测单元16a来利用。这时，检 测信号Sl对应于图2的信号VBUS_DET。
电压比较电路40比较施加到输入端子Pl的输入电压VIN和规定的阈值电压。输入电压VIN在输入端子Pl上连接了外部电源210时，成为与外部电压V2相等。输入端子 Pl上经由上拉电阻RlO和开关SW3而施加了电池电压VI。在开关SW3导通时，输入电压 VIN成为与电池电压Vl相等。开关SW3在图4的适配器端子114没有装上连接器时导通。 安装的有无通过未图示的其他块来判定。
即，施加到输入端子Pl上输入电压VIN取电池电压Vl或者外部电压V2的其中一 个值。外部电压V2和电池电压Vl中成立
V2 > Vl
的关系。例如电池电压Vl为3. 5 4. 2V左右，外部电压V2 ( = VBUS)为5V左右。
电压比较电路40包括第1电压比较单元42以及第2电压比较单元44。第1电压 比较单元42将输入电压VIN与规定的第1阈值电压Vthl比较，并生成在输入电压VIN比 第1阈值电压Vthl高时被有效化的判定信号S2。这里，期望将第1阈值电压Vthl设定为 比电池电压Vl所预想的电压要高。
第2电压比较单元44构成为可切换有效和无效。第2电压比较单元44在无效状 态中的功耗实质上为零。至少，第1电压比较单元42的功耗比第2电压比较单元44在有 效状态下的功耗要低。
第2电压比较单元44在判定信号S2被有效化时成为有效。在有效状态中，第2 电压比较单元44将输入电压VIN与规定的第2阈值电压Vth2比较。比较的结果，如果是 VIN > Vth2，则有效化检测信号Sl (高电平)，在VIN < Vth2时无效化(低电平)。
如后述那样，第2电压比较单元44构成为在无效状态中的功耗实质上为零或者变得非常小。
接着，说明第1电压比较单元42的具体的结构例。第1电压比较单元42包括第 1晶体管Ml、第2晶体管M2、第1电阻Rl、第2电阻R2、第3电阻R3。
第1晶体管Ml是P沟道MOSFET，其栅极上输入规定的电压V3，其源极与输入端子 Pl连接。
第1晶体管Ml的漏极和接地端子之间，串联连接了作为阻抗元件的第1电阻R1、 第2电阻R2。第1电阻R1、第2电阻R2对第1晶体管Ml的漏极电压进行分压。第2晶体 管M2是N沟道M0SFET，其栅极上施加分压电路(Rl、R2)的输出电压V10。第2晶体管M2 的源极接地，从而电位被固定。第2晶体管M2的漏极和输入端子Pl之间设置了第3电阻 R3。
接着说明第1电压比较单元42的动作。将第1晶体管Ml以及第2晶体管M2的 各自的栅源间阈值电压写作Vthp、Vthn。
(I)VIN < V3+Vthp 时
第1晶体管Ml截止。在第1晶体管Ml截止时，其漏极电压为0V，分压电路的输出 电压VlO也成为0V。这时，第2晶体管M2截止，判定信号S2成为高电平(被无效化)。
这里，需要关注的是，在VIN < V3+Vthp时，由于第1晶体管Ml以及第2晶体管M2 都截止，因此第1电压比较单元42中不存在有效的电流路径，从而第1电压比较单元42的 功耗实质上为零。另外，由于第1电压比较单元42利用MOSFET的栅极阈值电压，因此电压 比较的精度没那么高。
(2)VIN > Vl+Vthp 时12
第1晶体管Ml导通。分压电路(R1、R2)的输出电压VlO成为
VlO = VINXR2/(R1+R2)
第2晶体管M2导通。其结果，判定信号S2成为低电平(有效化)。
S卩，第1电压比较单元42输出与第1晶体管Ml的导通、截止对应的判定信号S2。 并且，VIN > V3+Vthp相当于上述的第1阈值电压Vthl。规定的电压V3只要决定为V3+Vthp 比电池电压Vl高即可。例如，若作为电压V3使用电池电压Vl本身，则V3+Vthp >V1的条 件当然就满足。另外，作为电压V3，也可以使用不同于电池电压Vl的其他电压。
另外，通过第1电阻Rl和第2电阻R2的组合，可以对第1电压比较单元42设定 两个阈值电压。
即，为了使判定信号S2成为低电平(有效化)，需要满足
VIN > V3+Vthp . . . (1)
VINXR2/(R1+R2) > Vthn . . . (2)
若将式⑵变形，则可得到
VIN > (Rl+R2)/R2XVthn · · · (2，)
从而，对第1电压比较单元42所设定的第1阈值电压Vthl可以视为是
(a) (V3+Vthp)
(b) (R1+R2) /R2 X Vthn
的两个电压中高的电压。
接着说明第2电压比较单元44的具体的结构例。
第2电压比较单元44包括基准电压源46、比较器48、第4电阻R4、第5电阻R5、 第1开关SW1、第2开关SW2。
比较器48在其第1端子(同相输入端子)上接受与输入电压VIN对应的电压 VIN’，其第2端子(反相输入端子)上接受规定的基准电压Vref，并比较VIN’和Vref。在 图5中，第4电阻R4以及第5电阻R5对输入电压VIN进行分压，并生成电压VIN’。第2开 关SW2被设置在第4电阻R4和输入端子Pl之间，在判定信号S2被有效化时导通，被无效 化时截止。
第1开关SWl被设置在比较器48的电源端子49和输入端子Pl之间。第1开关 Sffl在判定信号S2被有效化时导通，被无效化时截止。
基准电压源46在其电源端子上接受输入电压VIN。基准电压源46生成基准电压 Vref。基准电压源46可以是带隙调节器(band gap regulator)，可以使用电池电压Vl来 生成基准电压Vref，其结构不限。在基准电压源46的电源端子47和输入端子Pl之间设置 了第1开关SWl。
接着说明第2电压比较单元44的动作。
在判定信号S2被无效化时，第1开关SWl截止。从而，在基准电压源46、比较器 48中不会被提供电源，它们的功耗实质上为零。此外，由于第2开关SW2也截止，因此流过 第4电阻R4以及第5电阻R5的电流也被切断，功耗减少。另外，在第4电阻R4以及第5 电阻R5的阻抗充分高时，也可以省略第2开关SW2。
若判定信号S2被有效化，则第1开关SW1、第2开关SW2都将导通，比较器48比较 输入电压VIN’和基准电压Vref。并且，在
VINXR5/(R4+R5) > Vref
时，检测信号Sl被有效化(高电平)。相反，在
VINXR5/(R4+R5) < Vref
时，检测信号Sl被无效化(低电平)。
即，￥1~时\(1 4+1 5)/1 5相当于上述的第2阈值电压￥让2。由于第2电压比较单元 44利用比较器48，因此电压比较的精度比第1电压比较单元42高。
以上是电压比较电路40的结构。接着说明电压比较电路40整体的动作。
(1)没有提供外部电压V2时
这时若开关SW3导通，则输入端子Pl的输入电压VIN被上拉为电池电压Vl。由于 VIN( = VI)低于第1阈值电压Vthl，因此判定信号S2仍然被无效化。因此，第2电压比较 单元44为无效状态。在第2电压比较单元44无效时，检测信号Sl为低电平(被无效化)。
在该状态下，第1电压比较单元42以及第2电压比较单元44的功耗都被抑制为零。
(2)提供外部电压V2时
这时开关SW3截止，输入端子Pl的输入电压VIN与外部电压V2相等。并且，若 VIN ( = V2)高于第1阈值电压Vthl，则判定信号S2被有效化，通过第2电压比较单元44 进行高精度的电压比较。
然后，若由第2电压比较单元44判定为V2 < Vth2，则检测信号Sl被无效化。在 检测信号Sl被无效化时，图4的选择电路50选择电池电压VI，并提供给负载112。
相反，若判定为V2 > Vth2,则检测信号Sl被有效化。若检测信号Sl被有效化，则 图4的选择电路50选择外部电压V2，并提供给负载112。
以上是电源管理电路101的动作。归纳如下，电压比较电路40首先由精度低但功 耗小的第1电压比较单元42比较输入电压VIN和第1阈值电压Vthl。然后，若VIN > Vthl 成立，则由高精度的第2电压比较单元44比较输入电压VIN和第2阈值电压Vth2。
以往，只通过比较器对与输入电压VIN对应的电压和规定的阈值电压(与实施方 式的第2阈值电压Vth2对应的电压)进行比较，并基于比较结果来控制选择电路50。因 此，即使在没有提供外部电压V2的状况下，比较器也会动作，功耗变大。
相对地，根据图5的电压比较电路40，在没有提供外部电压V2，或即使提供电压电 平也非常低的状况下，能够减少电压比较电路40整体的功耗。
以上，基于实施方式说明了本发明。该实施方式是例示，在这些各构成要素或各处 理进程、它们的组合中可以存在各种变形例。以下，说明这样的变形例。
图6是表示第1电压比较单元的另一结构例的电路图。第1电压比较单元4 包 括第6电阻R6 第8电阻R8、第3晶体管M3。第6电阻R6、第7电阻R7是分压电路，对输 入电压VIN进行分压。第3晶体管M3是N沟道M0SFET，其源极接地从而电位被固定。第3 晶体管M3的栅极中输入分压后的输入电压Vll ( = VINX (R7)/(R6+R7))。第8电阻R8被 设置在输入端子Pl和第3晶体管M3的漏极之间。
接着说明第1电压比较单元42a的动作。将第3晶体管M3的栅源间阈值电压写 作Vthn。在
VINX (R7)/(R6+R7) < Vthn
时，第3晶体管M3截止，判定信号S2被无效化(高电平)。在
VINX (R7)/(R6+R7) > Vthn
时，第3晶体管M3导通，被有效化(低电平)。
BP, VthnX (R6+R7)/R7相当于上述的第1阈值电压Vthl。
图6的第1电压比较单元4 与图5的第1电压比较单元42相比，不需要接受规 定的电压V3(基准电压)。因此，可恰好利用在无法利用与输入电压VIN不同的电压的情 况。另一方面，由于在第6电阻R6和第7电阻R7的路径中始终有电流流过，因此从功耗的 观点来看，比图5的第1电压比较单元42差，但通过使第6电阻R6和第7电阻R7的电阻 值充分高，第1电压比较单元42a的功耗也能够使其实质上接近零。
在实施方式中，说明了将电压比较电路40利用到用于检测是否提供了外部电压 V2(USB的总线电压VBUS)的检测电路的情况，但电压比较电路40的用途不限于此，能够利 用在比较一个电压和阈值电压值的各种用途上。
基于实施方式，使用具体的语句说明了本发明，但实施方式只不过是表示本发明 的原理、应用，在不脱离权利要求中规定的本发明的思想的范围内，实施方式中可以认可很 多变形例或配置的变更。
权利要求
1.一种半导体装置，其特征在于，包括信号线，连接能够连接多个种类的设备的通信接口用的端口、和与所述设备进行数据 通信的处理器的通信用端子之间；判定单元，监视所述信号线的电气状态，判断连接到所述端口的设备；以及第1开关，被设置在所述判定单元和所述信号线之间，所述第1开关在所述判定单元判定所述设备的期间导通，然后截止。
2.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于， 还包括第2开关，其被设置在所述信号线的路径上，所述第2开关在所述判定单元判定所述设备的期间截止，然后导通。
3.一种半导体装置，其特征在于，包括信号线，连接能够连接多个种类的设备的通信接口用的端口、和与所述设备进行数据 通信的处理器的通信用端子之间；以及判定单元，监视所述信号线的电气状态，判断连接到所述端口的设备， 所述判定单元在所述判定单元判定所述设备的期间有效，然后成为无效。
4.如权利要求3所述的半导体装置，其特征在于， 还包括第2开关，其被设置在所述信号线的路径上，所述第2开关在所述判定单元判定所述设备的期间截止，然后导通。
5.如权利要求2或4所述的半导体装置，其特征在于， 还包括连接检测单元，判定所述端口上是否连接了某一设备，所述判定单元判定所述设备的期间是，由所述连接检测单元检测出所述设备的连接之 后，直到经过规定时间为止的期间。
6.如权利要求5所述的半导体装置，其特征在于， 所述端口是连接USB接口的差动信号线的端子，所述连接检测单元监视与USB接口的电源线连接的第2端口的电气状态，通过判定是 否有经由USB接口供电，从而判定是否连接了所述设备。
7.如权利要求6所述的半导体装置，其特征在于，所述连接检测单元包括电压比较电路，其比较所述第2端口上施加的输入电压与规 定的阈值电压，该电压比较电路包括第1电压比较单元，将所述输入电压与规定的第1阈值电压比较，生成在所述输入电压 比所述第1阈值电压高时被有效化的判定信号；以及第2电压比较单元，在所述判定信号被有效化时成为有效，并且将所述输入电压与规 定的第2阈值电压比较。
8.一种电子仪器，其特征在于，包括连接多个不同种类的设备的任一个的通信接口用的端口； 与所述设备进行数据通信的处理器；以及与所述端口和所述处理器连接的权利要求1至7的任一项所述的半导体装置。
9.一种电压比较电路，比较输入端子上施加的输入电压与规定的阈值电压，该电压比 较电路的特征在于，包括第1电压比较单元，将所述输入电压与规定的第1阈值电压比较，生成在所述输入电压 比所述第1阈值电压高时被有效化的判定信号；以及第2电压比较单元，在所述判定信号被有效化时成为有效，并且将所述输入电压与规 定的第2阈值电压比较。
10.如权利要求9所述的电压比较电路，其特征在于，所述输入端子上被施加第1电压或者比所述第1电压还高的第2电压， 所述第1阈值电压是比所述第1电压高的值。
11.如权利要求9所述的电压比较电路，其特征在于，所述第1电压比较单元包括其栅极输入规定的电压，其源极与所述输入端子连接的P 沟道的第1M0SFET，所述第1电压比较单元生成与所述第1M0SFET的导通、截止对应的判定信号。
12.如权利要求9所述的电压比较电路，其特征在于， 所述第1电压比较单元包括P沟道的第1M0SFET，其栅极输入规定的电压，其源极与所述输入端子连接； 分压电路，对所述第1M0SFET的漏极的电压进行分压；N沟道的第2M0SFET，其栅极被施加所述分压电路的输出电压，其源极的电位被固定， 所述第1电压比较单元生成具有与所述第2M0SFET的导通、截止对应的电平的所述判定信号。
13.如权利要求9所述的电压比较电路，其特征在于， 所述第1电压比较单元包括分压电路，对所述输入电压进行分压；以及N沟道的第3M0SFET，其栅极输入被分压的所述输入电压，其源极的电位被固定， 所述第1电压比较单元生成具有与所述第3M0SFET的导通、截止对应的电平的所述判定信号。
14.如权利要求9至13的任一项所述的电压比较电路，其特征在于， 所述第2电压比较单元包括比较器，其第1端子接受与所述输入电压对应的电压，其第2端子接受规定的基准电 压，比较所述第1端子和所述第2端子的电压；以及开关，被设置在所述比较器的电源端子和所述输入端子之间， 所述开关在所述判定信号被有效化时导通。
15.如权利要求14所述的电压比较电路，其特征在于，所述第2电压比较单元还包括生成所述基准电压的基准电压生成单元，所述基准电压 生成单元的电源端子经由所述开关与所述输入端子连接。
16.如权利要求14或15所述的电压比较电路，其特征在于，所述第2电压比较单元还包括第2开关，其被设置在所述输入端子和所述比较器的所 述第1端子之间。
17.一种电源管理电路，其特征在于，包括 第1端子，用于连接外部电源；第2端子，用于连接电池；在所述输入端子接受所述第1端子上所施加的来自所述外部电源的电压作为所述输 入电压的权利要求9至16的任一项所述的电压比较电路；选择电路，基于所述电压比较电路的比较结果来选择来自所述外部电源的电压和来自 所述电池的电池电压的任一个；以及输出端子，将由所述选择电路选择的电压输出到外部的负载电路。
18. 一种电子仪器，其特征在于，包括电池；适配器端子，可装卸外部电源； 如权利要求17所述的电源管理电路；以及 负载电路，连接到所述电源管理电路的输出端子。
全文摘要
本发明提供一种半导体装置、电压比较电路、电源管理电路及电子仪器。提供在连接多个种类不同的设备的半导体装置中，判定设备的性质的方式。第1开关(SW1)被设置在判定单元(14)和信号线(12)之间。第1开关(SW1)在判定单元(14)判定设备(4)的期间导通，然后截止。第2开关(SW2)在判定单元(14)判定设备(4)的期间截止，然后导通。信号线(12)连接能够连接多个不同种类的设备(4)的通信接口用的端口(P1)、和与设备(4)进行数据通信的处理器的通信用端子(P2)之间。判定单元(14)监视信号线的电气状态，判定端口上连接的设备(4)。
文档编号H02J9/06GK102035250SQ20101050156
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月30日 优先权日2009年10月2日
发明者宫长晃一 申请人:罗姆股份有限公司