日清紡マイクロデバイス株式会社
日清紡マイクロデバイス  株式会社 Webサイト

もっと教えて電源IC+

記事カテゴリ
Filter by Category

おすすめのリセットIC(ボルテージディテクタ、電圧検出器) ちょっとユニークだけど役に立つ!

ユニークなリセット

今回はリセットIC(ボルテージディテクタ、電圧検出器)って何?という、お話の続きです。

ある日、入社3年目の新人B君がベテラン社員の先輩Aさんにつかまってしまいました……

2024年7月30日 公開

 

教えて先輩!シリーズ 第15回

  おすすめのリセットIC(ボルテージディテクタ、電圧検出器) ちょっとユニークだけど役に立つ!

senpai_man_egao先輩A
さあ、ちょっと変わったリセットIC(ボルテージディテクタ、電圧検出器)の話をしよう。

kouhai_man_ase新人B
いや、普通のリセットICでお腹いっぱいです……

senpai_man_egao先輩A
まずは上下監視タイプからいこうか。

kohai_man_cry新人B
……

リセットICの電圧監視は下方向だけで良い?

senpai_man_egao先輩A
上下監視って、リセットICは下しか監視しなくて良いと思っていないかい?

kouhai_man_nayami新人B
……。それはそうですよ。マイコンは最低動作電圧を下回ったら正常動作できないんですから。

senpai_man_egao先輩A
でも、マイコンというかICには動作電圧範囲っていうのがある。それには下限だけではなくて上限もあるわけだよ。

kouhai_man_gimon新人B
そうですけど、それってリニアレギュレータやスイッチングレギュレータのOVP(Over Voltage Protection: 過電圧保護回路)でケアされていますよね?

senpai_man_egao先輩A
でも、過電圧でレギュレータICの出力がオーバーシュートしたらどうする?

kouhai_man_nayami新人B
それは……動作範囲以上の電圧がマイコンにかかって……マイコンが誤動作したり最悪は壊れる恐れがありますね。

上下監視タイプのリセットICがある

senpai_man_egao先輩A
というわけで、電圧上昇を検知してリセットをかけるボルテージディテクタがあるんだ。

kouhai_man_gimon新人B
え~っと。

senpai_man_egao先輩A
まあ、マイコンには当然ながら電圧低下によっても誤動作、暴走のリスクはあるから、電圧低下と電圧上昇の両方を監視するんだ。上下監視タイプ、ウィンドウタイプなんて呼ばれているよ。ウィンドウ(監視窓)から外れた電圧に対してリセット信号を出すからね。下図のR3152シリーズウィンドウ・ボルテージディテクタなんだ。

上下監視タイプ(ウィンドウ・ボルテージディテクタ)

図1: 上下監視タイプ(ウィンドウ・ボルテージディテクタ)

kouhai_man_odoroki新人B
これは前段のDC/DCコンバータ(スイッチングレギュレータ)やLDO(リニアレギュレータ)の出力を監視しているわけですか。+B 12Vって書いてありますからカーバッテリーですよね。あっ、リセット端子が過電圧検出(OV)と低電圧検出(UV)の2つあってプルアップされているのでNMOSオープンドレイン出力ですね。遅延時間設定用の外付けコンデンサがあります。

senpai_man_egao先輩A
タイミングチャートはこんな感じ。電圧低下でも電圧上昇でもリセット信号"L"が出ているよね。

上下監視タイプ(ウィンドウ・ボルテージディテクタ)のタイミングチャート

図2: 上下監視タイプ(ウィンドウ・ボルテージディテクタ)のタイミングチャート

kouhai_man_odoroki新人B
確かに。でも、タイミングチャートには解除遅延時間がないですね~。

senpai_man_egao先輩A
あれ?ホントだね。まあ、模式図だから。このR3152シリーズは最大入力が42Vなんだよ。検出電圧は過電圧検出(OV)が 1.1V~5.9V(0.01V単位)、低電圧検出(UV)が 1.0V~4.8V(0.01V単位)なんだよ。R3152シリーズは自動車関係や産業機器関係に使われることが多いかな。機能安全とか高信頼性が求められるシステムだからね。ウィンドウタイプの製品は他にもたくさんあるんだよ。

senpai_man_egao先輩A
ああ、そうだ。余談なんだけど、ウィンドウタイプって検出電圧が2つ、解除電圧が2つあるよね。最近のマイコンって低電圧化が進んでいるから動作電圧範囲にこの4つの電圧を入れこむのって大変なんだよ。

kouhai_man_gimon新人B
はい?

senpai_man_egao先輩A
つまり、普通に作るとこんな感じになってしまうんだ。下図の説明をすると、真ん中のピンク色の3.3V±1.0%というのがリニアレギュレータの出力電圧範囲だよ。結構精度が良いのを使っているよね。そこに検出電圧が3.55Vと3.08Vのボルテージディテクタ(リセットIC)で上下監視をしたとするとどうなるかってことなんだ。結果的にマイコンの動作電圧範囲である3.3V±5%を上も下もオーバーしちゃっているんだよ。

従来技術でウィンドウタイプのリセットICを作った場合の電圧範囲

図3: 従来技術でウィンドウタイプのリセットICを作った場合

kouhai_man_odoroki新人B
確かに。って、3.3V±0.3V(3.0V~3.6V)のマイコンでも上がはみ出してダメじゃないですか……。そうか、リセットICを2個使えば上下監視ができるかとも思ったのですが、低電圧のマイコンの場合は電圧のばらつきを考慮すると無理なんですね。というか、ヒステリシス幅も大きいってことですか。カタログスペックでは高精度をうたっていても温度ばらつきまで含めるとこんな精度になっちゃうんですね。

senpai_man_egao先輩A
だから、ウィンドウタイプのリセットICは高精度化されているんだ。こんな感じにね。検出電圧精度もヒステリシス幅も全温度範囲で高精度なんだよ。

R3152シリーズの高精度化技術で低電圧マイコンでもウィンドウタイプが使用可能に

図4: R3152シリーズの高精度化技術で低電圧マイコンでもウィンドウタイプが使用可能に

kouhai_man_egao新人B
なるほど。実はすごいんですね。

ウィンドウタイプの製品を見る

高電圧を直接検知可能

senpai_man_egao先輩A
さて、次の変わったリセットICは高電圧を直接検知できるタイプだね。

kouhai_man_egao新人B
それは知ってます。抵抗分圧で電圧を下げる必要がないってやつですよね。抵抗へのリーク電流がないので省エネですし。
自動車など高い電圧のバッテリー駆動機器に最適なんですよね。

高電圧を直接監視可能なリセットIC

図5: 高電圧を直接監視可能なタイプ

senpai_man_egao先輩A
そうだね。産業機器でも使われているかな。R3160シリーズは最大60Vまで入力可能で48Vまで検出可能だからマイルドハイブリッドカーの48Vバッテリーにも対応できるってわけさ。このタイプにCMOS出力タイプが出たって知ってる?

CMOS出力タイプも出た

kouhai_man_odoroki新人B
えっ?NMOSオープンドレイン出力(Nch. オープンドレイン出力)じゃないんですか?

senpai_man_egao先輩A
NV3600シリーズNV3601シリーズだよ。NV3600は高耐圧のSENSE端子分離型なんだけどCMOS出力があるんだ。これだとプルアップ抵抗のリーク電流もないのでさらに省エネになるわけだよ。NV3601は加えてウィンドウタイプなんだよ。どちらもSENSE端子で42Vまで検出可能なんだ。

kouhai_man_egao新人B
結構便利かもしれないですね。

高電圧を直接検出可能な製品(最大検出電圧10V以上の製品)を見る

ヒステリシス幅を変更可能

senpai_man_egao先輩A
それにヒステリシス幅を変更できるタイプがあるんだ。

ヒステリシス幅可変タイプ(検出遅延時間・解除遅延時間も外付けコンデンサで可変)

図6: ヒステリシス幅可変タイプ(検出遅延時間・解除遅延時間も外付けコンデンサで可変)

kouhai_man_ase新人B
ヒステリシスってリセットICの電圧の「遊び」ですよね。変更できるのは良いのかもしれないですけど、そこまで必要でしょうか?

senpai_man_egao先輩A
遅延回路内蔵型があるからね。「遊び」である遅延時間を外付けコンデンサで自由に設定できたら充分と思うかもしれないね。R3150シリーズはそれに加えてヒステリシス幅も設定できるんだよ。厳密には検出電圧と解除電圧の組合せを選択指定するんだけどね。つまり、セミカスタム的な感じかな。

kouhai_man_egao新人B
なるほど、NJU7295シリーズもヒステリシス幅を外部設定できますよね。こちらはVIN端子とHYS端子の間に抵抗をいれることで設定するみたいです。

senpai_man_egao先輩A
話を戻すと、解除遅延時間という「遊び」で充分ではないかという点については、さっきのウィンドウタイプの例を見れば理由がわかるのではないかな?リセットICの検出電圧、解除電圧には製造ばらつきや周囲温度によるばらつきがあるんだよ。これは仕方ないよね。そして、普通のリセットICの解除電圧、つまり、ヒステリシス幅はICメーカーが設定しているわけだよ。それに製造ばらつきや温度ばらつきなどを考慮するとマイコンの動作電圧範囲に収まらないというケースがあったりするわけ。

kouhai_man_odoroki新人B
なるほど。だから、ヒステリシスなしの製品があったりするんですね。

senpai_man_egao先輩A
そうだね。でも、ヒステリシス幅は小さくても欲しいってケースがあるわけだよ。そういうケースの場合は解除電圧を自分で選びたいってなるわけ。そういう用途にはR3150シリーズNJU7295シリーズは持ってこいってわけだよ。

kouhai_man_egao新人B
なるほど。わかりました。

senpai_man_egao先輩A
このタイプには遅延時間も設定できる製品もあるので設計者の思うままに使えるんだ。解除遅延時間だけでなく検出遅延時間も設定できるからね。さっきの2製品以外にもあるから気になったら下のリンクで確認してね。

ヒステリシス可変の(解除電圧を設定できる)製品を見る

自己診断機能を持ったリセットIC

senpai_man_egao先輩A
あとね、自己診断機能を持っている製品があるんだ。

kouhai_man_gimon新人B
自分で正常動作しているかを確認するのですか?

senpai_man_egao先輩A
まあ、そうだね。要は機能安全対応ということなんだけど、リセットIC自身が故障しているか否かを判断するのではないんだ。

kouhai_man_ase新人B
ですよね。壊れていたら自分で診断できないです。

senpai_man_egao先輩A
何をしているかというと、マニュアルリセット端子(下図ではTEST端子)にパルス信号を入力して、リセット信号出力端子から同じ信号が出力された正常、というようなテストができるんだよ。なので、常時チェックしているわけではないんだ。
パソコンとかにもあると思うんだけど、起動時にセルフチェックを行うって感じかな。動作中に変なパルス信号をリセット信号出力端子から出力したらマイコンが「?」ってなるからね。

リセットICの自己診断機能

図7: 自己診断機能

kouhai_man_egao新人B
そうなんですね。リセットICが故障することもあるわけですから、故障を前提としたこういう機能安全対応って大事ですよね。
当然ですけど、二重設計とかのフェールセーフ設計と合わせて利用すべきってことですよね。

自己診断機能を持つ機能安全対応の製品を見る

senpai_man_egao先輩A
そのとおり。わかっているじゃないか。

kouhai_man_egao新人B
はい。私だっていろいろ勉強していますから。

マニュアルリセット機能

senpai_man_egao先輩A
今の話に出てきたマニュアルリセットってわかるかな。

kouhai_man_egao新人B
はい。検出している電圧に関わらず強制的にリセットを行うことができるんですよね。

マニュアルリセット(MR端子)図8: マニュアルリセット(MR端子)

senpai_man_egao先輩A
そうそう。今は少なくなったけど昔の携帯機器には小さなリセット用の穴が開いていて、そこにクリップを伸ばして先を突っ込むとリセットできたんだよ。まあ、携帯機器がフリーズした時の緊急リセットなんだけどね。そういう場合に使うんだよ。

マニュアルリセット機能のあるリセットICを見る

kouhai_man_gimon新人B
はい。そういえば、リセットタイマーICっていうのもありますよね。同じなんですか?

senpai_man_egao先輩A
そうねえ。基本は同じだけど、リセットタイマーICの方が高機能だよ。キーコンビネーション・リセットに対応したりしているからね。

kouhai_man_gimon新人B
はい?

senpai_man_egao先輩A
最近の携帯機器は防水になったりしているからリセット用のピンホールがないんだ。だから、強制リセットする場合は「2つのボタンを何秒以上同時に押す」なんてことになっているんだよ。そういうことに特化しているのがリセットタイマーICなんだ。

リセットタイマーICを見る  リセットタイマーICのブログを読む

kouhai_man_egao新人B
なるほどです。
ありがとうございました。
できれば質問した時だけ答えていただけるとよいのですけど……

ボルテージディテクタ(リセットIC)ってどうやって動いている?

senpai_man_egao先輩A
まあ、そう言うなって。
ところで、ボルテージディテクタってどうやって動いているかわかるかな?

kohai_man_cry新人B
はい?(言ったそばから……)

senpai_man_egao先輩A
ブロック図を見てみようか。

CMOS出力のリセットIC ブロック図

図9: CMOS出力のリセットIC ブロック図

kohai_man_cry新人B
中にオペアンプが入っているんですよね?何を増幅しているんですか?

中にコンパレータが入っている

senpai_man_egao先輩A
それはコンパレータ(比較器)だよ。記号は同じなんだけどね。真ん中のマークはコンパレータにヒステリシスがあるってことを示しているんだよ。+電源とー電源は省略されているね。コンパレータは+入力とー入力を持っていて、+入力の電圧がー入力の電圧より高ければVDD=”H”信号を出力するんだよ。逆の場合はGND=”L”信号を出力するわけさ。

kouhai_man_ase新人B
はあ。

senpai_man_egao先輩A
ブロック図を見ればわかると思うけど基本的なボルテージディテクタは電源端子電圧(VDD)と基準電圧源(Vref: Voltage Reference)の電圧を比較しているんだ。ボルテージディテクタは元々、電源(VDD)、グラウンド(GND)、出力(OUT)の3端子だったから電源端子とSENSE端子は兼用だったわけさ。

kouhai_man_odoroki新人B
なるほど。だから、そうじゃない製品をSENSE端子分離型なんて呼ぶんですね。

senpai_man_egao先輩A
たぶんね。
話を戻すと、基準電圧源はコンパレータの+入力につながっていて、電源端子(兼SENSE端子)はー入力につながっているよね。つまり、基準電圧源の電圧よりも検出電圧(電源電圧)が低くなれば、GND電位の”L”が出力端子から出力されるんだよ。これがリセット信号だよね。

kouhai_man_egao新人B
逆に基準電圧源の電圧よりも検出電圧が高い状態ならば、VDD電位の”H”が出力端子から出力されているってことですね。

senpai_man_egao先輩A
そうだよ。厳密には基準電圧源=検出電圧ではないんだけど。基本動作には関係ないから割愛するけどね。
ちなみに、このあいだ説明したリセット信号が”H”の製品はコンパレータの入力端子が逆になっているんだ。基準電圧源はコンパレータのー入力につながっていて、電源端子(兼SENSE端子)は+入子につながっているんだよね。

"H"リセット、NMOSオープンドレイン出力のリセットIC ブロック図

図10: "H"リセット、NMOSオープンドレイン出力のリセットIC ブロック図

kouhai_man_ase新人B
なるほど。簡単ですね。
ありがとうございました。これでホントに終わりですよね……

日清紡マイクロデバイスのボルテージディテクタ(リセットIC)の一覧を見る

  あとがき
我々の製品がお役立ちできるような紹介ブログの第15回目です。
本記事で気になったことがあれば何なりとこちらからお問い合わせください。


contact_bnr_pk

 

※ 「教えて先輩!」シリーズはほかにもあります。
第1回:太陽電池だけでは朝まで動き続けないんです・・
第2回:携帯機器のスリープ時に電池がどんどん消耗するんです…
第3回:バックアップ電源切換回路が面倒くさいんです。
第4回:AEC-Q100ってなんですか?
第5回:サンプルをこっそり手にいれたいんです。
第6回:こんなリセットICってどうやって使うのですか?(機能安全って?)
第7回:携帯機器がフリーズしても、リセットできないんです~!
第8回:ボタンを触らずに操作できる(ボタンのタッチレス化)ってどうやってるの?
第9回:スイッチICって何かメリットがあるんですか?
第10回:半導体の品質保証って何ですか?(バスタブカーブって?)
第11回:そもそもフリッカー(チラつき)を出さなきゃ良いんじゃない?~ひと味ちがうリニア調光のススメ~
第12回:太陽電池だけで動くIoTエッジ端末評価ボードって知ってる?~環境センサーボードがバージョンアップ~
第13回:半導体部品の上手な取り外し方 ~やさしく取り外さないと後が大変!~
第14回:リセットIC (ボルテージディテクタ、電圧検出器)って何ですか?~ 基本をイチから学んでみよう!~

 

リセットIC (ボルテージディテクタ、電圧検出器)って何ですか?~ 基本をイチから学んでみよう!~
半導体産業の微細化と水平分業化(番外編)~先端ロジック半導体の起源と定義と種類~

About Author

おしえて先輩委員会
おしえて先輩委員会

日清紡マイクロデバイスのマーケティング担当者がFAE(Field Application Engineer)や企画担当者、品質保証担当者のダメ出しを受けながら書いています。 エンジニアの皆さんには当たり前の内容だとは思いますが、初心者の皆さんに少しでもエレクトロニクス分野に興味を持っていただければ幸いです。

Related Posts
リセットIC (ボルテージディテクタ、電圧検出器)って何ですか?~ 基本をイチから学んでみよう!~
リセットIC (ボルテージディテクタ、電圧検出器)って何ですか?~ 基本をイチから学んでみよう!~
そもそもフリッカー(チラつき)を出さなきゃ良いんじゃない?~ひと味ちがうリニア調光のススメ~
そもそもフリッカー(チラつき)を出さなきゃ良いんじゃない?~ひと味ちがうリニア調光のススメ~
DC/DCスイッチングレギュレータ(DC/DCコンバータ)って何?(後編)~昇圧、反転、昇降圧~
DC/DCスイッチングレギュレータ(DC/DCコンバータ)って何?(後編)~昇圧、反転、昇降圧~

ブログを購読する【無料】

最新の情報を入手