CN101213652A - 半导体集成电路装置 - Google Patents

Abstract

一种半导体集成电路装置包括：第一端子(VCC)，在正常安装状态下与电源连接；第二端子(SB)，在正常安装状态下与信号线连接，并在逆向安装状态下与电源连接；第三端子(SGND)，在正常安装状态下与地连接；第四端子(HU－，HW－)，在正常安装状态下与信号线连接，并在逆向安装状态下与地连接；静电保护二极管(D1，D6)，阳极与第三端子连接，阴极与第四端子连接，并用作在正常安装状态下保护第四端子的装置；电流控制电阻器(R1)，一端与第二端子连接，并用作防止第二端子在逆向安装状态下损坏的装置；齐纳二极管(ZD)，阳极与第三端子连接，阴极与电流控制电阻器(R1)的另一端连接。这样，防止半导体集成电路装置在逆向安装到板上或槽中时损坏，而无需设置任何冗余的外部端子。

Description

半导体集成电路装置

技术领域

本发明涉及半导体集成电路装置，具体涉及在将半导体集成电路装置逆向安装到板上或槽中时防止其受到损坏。

在本说明书中，短语“逆向安装”不仅表示在从其正确安装方向绕正交并通过半导体集成装置上表面中心的线旋转180°的方向上错误地安装该半导体集成电路装置，还表示在从其正确安装方向旋转90°或270°的方向上错误地安装该半导体集成电路装置。

背景技术

如果将半导体集成电路装置逆向安装到板上或槽中，则错误的外部导线与其每个外部端子连接。具体而言，当逆向安装时，如果外部端子与电源线错误连接，并且该外部端子具有较低的耐压(例如，如果该外部端子是逻辑信号输入端子)，则大电流可能流经与该外部端子连接的内部元件，造成半导体集成电路装置的损坏或在其中产生热量。

为了应对这种逆向安装，当前已公开并提出了如下半导体集成电路装置：一种半导体集成电路装置，其上附有或印有识别标志，用于指示正确的安装方向；一种半导体集成电路装置，其外部端子具有特殊形状，以防止逆向安装；以及一种半导体集成电路装置，具有成对设置的、特定功能的外部端子(电源端子、接地端子和信号输入/输出端子)，并且这些端子设置在封装上的对角线位置(例如，参见专利公开1和2)。

专利公开1JP-A-H05-190371

专利公开2JP-A-H05-226585

发明内容

本发明要解决的问题

确实，对于采用根据上述专利公开1和2的传统技术的半导体集成电路装置，即使逆向安装到板上或插槽中，也不会招致内部元件的损坏，从而该半导体集成电路装置可以正常工作。

但是，根据专利公开1或2的传统技术难以应用，除非半导体集成电路装置具有足够数目的外部端子。即，在需要尽量减少外部端子数目以减小安装空间的半导体集成电路装置中(例如，在多角镜电机驱动器IC中)，要避免设置冗余的端子，因此难以采用上述传统配置。

应对半导体集成电路装置的逆向安装的更简单方法是将在逆向安装该装置时将与电源线连接的外部端子保留作为非连接端子。但是，由于上述相同的原因，对于需要减少外部端子数目的半导体集成电路装置来说，这不一定是应对逆向安装的适当方式。

本发明的目的是提供一种半导体集成电路装置，其可以防止在逆向安装到板上或槽中时受到损坏，而不需要设置冗余的外部端子。

解决问题的手段

为了实现上述目的，根据本发明，一种半导体集成电路装置，包括：至少第一、第二、第三和第四外部端子，作为与所述装置外部电连接的装置，其中第一外部端子在所述装置正常安装时与电源线连接，第二外部端子在所述装置正常安装时与预定信号线连接并在所述装置逆向安装时与所述电源线连接，第三外部端子在所述装置正常安装时与接地线连接，以及第四外部端子在所述装置正常安装时与预定信号线连接并在所述装置逆向安装时与所述接地线连接；以及静电保护二极管，作为在所述装置正常安装时保护第四外部端子的静电保护装置，所述静电保护二极管的阳极与第三外部端子连接，所述静电保护二极管的阴极与第四外部端子连接。这里，所述半导体集成电路装置还包括作为在所述装置逆向安装时防止第二外部端子损坏的装置：电流控制电阻器，其一端与第二外部端子连接；以及齐纳二极管，其阳极与第三外部端子连接，其阴极与所述电流控制电阻器的另一端连接(第一配置)。

根据本发明，在具有第一配置的半导体集成电路装置中，优选地，第二外部端子是用于输入/输出逻辑信号的外部端子(第二配置)。

根据本发明，优选的是具有第二配置的半导体集成电路装置是用于控制电机的驱动的电机驱动装置，并且第二外部端子是用于接收如下信号之一的外部端子：用于选择施加或不施加短暂制动的信号；用于选择第一或第二激励角度作为所述电机的激励角度的信号；用于选择所述电机的正向或逆向转动的信号；用于选择上侧或下侧PWM控制的信号；用于选择执行或不执行自举的信号；用于选择第一脉冲数目或第二脉冲数目作为控制脉冲数目的信号；以及用于选择执行或不执行PWM同步整流的信号(第三配置)。

本发明有益效果

采用本发明的半导体集成电路装置，可以在将半导体集成电路装置逆向安装到板上或槽中时防止其受到损坏，而无需提供冗余的外部端子。

附图说明

图1是示出了正常安装时本发明的半导体集成电路装置的图。

图2是示出了逆向安装时本发明的半导体集成电路装置的图。

附图标记列表

1逻辑电路

2预驱动器

3驱动器

4霍尔比较器

5调节器

6温度监视电路

7电荷泵

8转矩放大器

9比较器

10比较器

11PWM信号产生电路

12振荡器电路

13电机锁定保护电路

14缓冲器

15箝位器

D1-D8静电保护二极管

R1电流控制电阻器

R2电阻器

ZD齐纳二极管

Q1晶体管

具体实施方式

以下描述论述了如何将本发明应用于对电机的驱动进行控制的电机驱动器IC(具体而言，例如，多角镜电机驱动器IC，其中需要尽可能减少外部端子的数目)的示例。

图1是示出了正常安装时本发明的半导体集成电路装置的图。如图所示，本实施例的半导体集成电路装置具有24个外部端子PGND、RNF、CS、TJMON、SGND、/ACC、/DEC、RCP、SB、CCP、PWM、PROCLK、HW-、HW+、HV-、HV+、HU-、HU+、VREG、FG、VCC、W、V和U，作为与装置外部进行电连接的装置，其中在封装的相对边缘上各排列了12个外部端子。本实施例的半导体集成电路装置具有如下内部电路块：逻辑电路1，预驱动器2，驱动器3，霍尔比较器4，调节器5，温度监视电路6，电荷泵7，转矩放大器8，比较器9和10，PWM信号产生电路11，振荡器电路12，电机锁定保护电路13，缓冲器14以及箝位器15。本实施例的半导体集成电路装置具有如下内部电路元件：静电保护二极管D1-D8，电阻器R1和R2，齐纳二极管ZD，以及晶体管Q1。

PGND端子(引脚1)是将电源处理电路部分(例如预驱动器2和驱动器3)的接地端子与装置外部的接地线连接的外部端子。

RNF端子(引脚2)是用于经由外部连接的感测电阻器(具有大约几百个mΩ的电阻)将流经驱动器3中设置的功率晶体管(未示出)的驱动电流引向接地线的外部端子。

CS端子(引脚3)是用于接收感测电阻器的端电压以检测功率晶体管的驱动电流的外部端子。

TJMON端子(引脚4，图中由TMON表示)是将从温度监视电路6获得的温度监视信号输出至装置外部的外部端子。

SGND端子(引脚5)是将信号处理电路部分(例如逻辑电路1)的接地端子与位于装置外部的接地线连接的外部端子，并且是在正常安装该装置时与该接地线连接。即，SGND端子对应于本申请权利要求中的“第三外部端子”。

/ACC端子(引脚6)和/DEC端子(引脚7)是用于从装置外部接收针对电荷泵7的输出控制信号以实现伺服系统中的速度控制的外部端子。馈送至这些外部端子的伺服信号是为40ns量级的响应要求准备的高速逻辑信号。

RCP端子(引脚8)是将外部电阻器(输出电流设定装置)与电荷泵7连接的外部端子。

SB端子(引脚9)是用于从装置外部接收逻辑信号的外部端子，该逻辑信号用于选择是否施加短暂制动。该短暂制动是如下制动机制：使驱动器3中设置的所有上侧功率晶体管或所有下侧功率晶体管进入导通状态，以便使用电机自身产生的电能来停止电机。当装置被逆向安装时，SB端子与电源线连接(见图2)。即，SB端子对应于本申请权利要求中的“第二端子”。

CCP端子(引脚10)是将充电-放电电路(用于产生转矩控制信号的装置)与电荷泵7的输出端子连接的外部端子。

PWM(脉宽调制)端子(引脚11)是将外部电阻器和外部电容器(用于调整PWM信号的波形的装置)与PWM信号产生电路11连接的外部端子。

PROCLK端子(引脚12，图中由PCLK表示)是将外部电容(振荡频率设定装置)与振荡器电路12连接的外部端子。

HU+端子(引脚18)、HU-端子(引脚17)、HV+端子(引脚16)、HV-端子(引脚15)、HW+端子(引脚14)和HW-端子(引脚13)是用于从外部三相霍尔元件HU、HV和HW接收不同相的霍尔信号的外部端子。在所有这些外部端子中，当半导体集成电路装置逆向安装时，HU-端子和HW-端子与位于该装置外部的接地线连接(见图2)。即，HU-端子和HW-端子对应于本申请权利要求中的“第四外部端子”。

VREG端子(引脚19)是用于输出由调节器电路5产生的恒定电压以作为不同相的霍尔元件的电源电压的外部端子。

FG端子(引脚20)是用于向半导体集成电路装置外部输出控制脉冲(FG脉冲)的外部端子。

VCC端子(引脚21)是用于从位于装置外部的电源线接收电能的外部端子，并且在半导体集成电路装置正常安装时与该电源线连接。即，VCC端子对应于本申请权利要求中的“第一外部端子”。将高电压(例如，最高36V)施加至VCC端子，作为输入电压，因此该端子设计为具有高耐压。

U、V和W端子(引脚24，引脚23和引脚22)是用于向电机中设置的三相(U、V和W相)电机线圈提供驱动信号的外部端子。将高电压施加至这些外部端子，作为驱动信号，因此这些端子设计为具有高耐压。

逻辑电路1是对半导体集成电路装置的整体操作进行中央控制的装置(基于霍尔比较器4的逐相输出信号对电机进行的恒速驱动控制和相控制，基于比较器9的比较输出对电机进行的恒流驱动控制，基于比较器10的比较输出对电机进行的转矩控制，使用晶体管Q1的控制脉冲输出控制，多种电路保护控制等)。具体而言，为了实现对电机的恒速驱动控制和相控制，逻辑电路1在根据从霍尔比较器4输出的不同相的输出信号对电机的转速和相进行反馈控制时，产生针对电机的不同相的预驱动信号(uh、ul、vh、vl、wh和wl)，并将预驱动信号馈送至预驱动器2。

预驱动器2是如下装置：对从逻辑电路1馈送来的预驱动信号(uh、ul、vh、vl、wh和wl)进行电平移动和波形调整，以产生针对电机的不同相的驱动信号(UH、UL、VH、VL、WH和WL)，并且将驱动信号馈送至驱动器3。

驱动器3是使用以H桥形式连接的功率晶体管(未示出)来驱动电机的装置。功率晶体管根据馈送至其栅极的驱动信号(UH、UL、VH、VL、WH和WL)而受到导通-截止控制，并驱动与U、V和W端子外部连接的电机。

霍尔比较器4是如下装置：对施加至HU+端子、HU-端子、HV+端子、HV-端子、HW+端子和HW-端子的每个相的正和负正弦霍尔信号进行比较，从而产生不同相的具有三角波形的输出信号，并且将不同相的输出信号馈送至逻辑电路1。

调节器5是如下电压转换装置：根据施加至VCC端子的输入电压产生所需输出电压，并从VREG端子输出所产生的输出电压，作为针对不同相的霍尔元件的电源电压。

温度监视电路6是如下装置：产生与半导体集成电路装置的芯片温度相称的温度监视信号，并经由TJMON端子向半导体集成电路装置外部输出该温度监视信号。

电荷泵7是用于产生与馈送至/ACC和/DEC端子的伺服信号相称的输出电流并将该输出电流馈送至与CCP端子外部连接的充电-放电电路的装置。即，在CCP端子处获得随电荷泵7的输出电流而变化的转矩控制电压(充电-放电电压)。

转矩放大器8是如下装置：对从CCP端子获得的转矩控制电压与预定基准电压之间的差动电压进行放大，并输出得到的电压。

比较器9是如下装置：将转矩放大器8的输出电压或预定基准电压与馈送至CS端子的感测电阻器的端电压(与功率放大器的驱动电流相称的监视电压)相比较，并将比较输出馈送至逻辑电路1。

比较器10是如下装置：将从CCP端子获得的转矩控制电压与预定基准电压相比较，并将比较输出馈送至逻辑电路1。

PWM信号产生电路11是如下装置：产生与连接至PWM端子的外部电阻器和外部电容器的电阻和电容相称的PWM信号，并将PWM信号馈送至逻辑电路1。

振荡器电路12是如下装置：根据与PROCLK端子连接的外部电容器，产生具有预定振荡频率的时钟信号，并将时钟信号馈送至电机锁定保护电路13。

电机锁定保护电路13是如下装置：检测是否锁定电机，并在发现要锁定电机时指示逻辑电路1停止电机。

缓冲器14是对馈送至SB端子的逻辑信号进行缓冲并将逻辑信号馈送至逻辑电路1的装置。

箝位器15是SB端子的静电保护装置之一，并具有如下功能：在浪涌电压施加至SB端子时，将SB端子的端电压箝制在预定值。典型地将逻辑端子的箝位电压设定为正常施加至逻辑端子的电压的大约两倍(例如，当正常施加至逻辑端子的电压是5V时，箝位电压大约是10V)，从而可以在施加浪涌电压时安全地执行上述箝位操作。但是，本实施例的箝位器15的箝位电压设定得比上述电压高(例如，48V)。采用这种设计，即使逆向安装了半导体集成电路装置，并且从电源线向SB端子施加了高电压(最高36V)，也可以避免箝位器15损坏。

在本实施例的半导体集成电路装置中，箝位电压设定得比上述典型的电压高，稍后将述的、在逆向安装了半导体集成电路装置时进行操作的损坏防止装置(即，电流控制电阻器R1和齐纳二极管ZD)也在正常安装半导体集成电路装置时用作静电保护装置。因此，即使在施加至SB端子的浪涌电压未高到触发箝位器15时，缓冲器14的输入端子电势也不会过度升高。因此，将箝位电压设定得比典型的电压高，这不会引起任何特别的不便。

静电保护二极管D1到D6是如下静电保护装置：其阳极都与SGND端子连接，其阴极分别与霍尔输入端子(HU+、HU-、HV+、HV-、HW+和HW-端子)连接。如此插入静电保护二极管D1到D6，当装置正常安装时，即使浪涌电压施加至霍尔输入端子，也可以经由静电保护二极管D1到D6将浪涌电压转移至SGND端子(由此，至接地线)，从而可以防止内部元件受到损坏。

静电保护二极管D7和D8在PGND端子与SGND端子之间彼此以相反方向并联。如此插入静电保护二极管D7和D8，当装置正常安装时，即使浪涌电压施加至GND端子之一，也可以经由静电保护二极管D7和D8将浪涌电压转移至其他GND端子(由此，至接地线)，从而可以防止内部元件受到损坏。

电流控制电阻器R1是高阻元件(具有大约50kΩ的电阻)，其一端与SB端子连接，另一端与缓冲器14的输入端子连接，如后所述，电流控制电阻器R1用作损坏防止装置，以防止SB端子在装置逆向安装时受到损坏。

电阻器R2是高阻元件(具有大约100kΩ的电阻，即，电阻是电流控制电阻器R1的电阻的大约两倍)，其一端与SB端子连接，另一端与SGND端子连接。当半导体集成电路装置正常安装时，电阻器R2的操作比电流控制电阻器R1更具支配性，并且电阻器R2用作将SB端子的电压电平保持在预定电平(即，5到5.5V)的装置。

齐纳二极管ZD是恒压二极管，其阳极与SGND端子连接，其阴极与电流控制电阻器R1的另一端(缓冲器14的输入端子)连接。如后所述，齐纳二极管ZD用作损坏防止装置，以在装置逆向安装时防止SB端子受到损坏。

晶体管Q1是开漏N沟道场效应晶体管。通过逻辑电路1的栅极控制(开关控制)，使用晶体管Q1，产生FG信号(其逻辑电平是经过移动的)。

接下来，参照图2，详细描述具有上述配置的半导体集成电路装置逆向安装到板上或槽中时的情况。

图2是示出了逆向安装时本发明的半导体集成电路装置的图。如上所述，当半导体集成电路装置逆向安装时，内部元件的损坏中风险最大的是SB端子，这是因为SB端子会错误地与电源线连接。

因此，对于本实施例的SB端子，插入上述电流控制电阻器R1和齐纳二极管ZD，作为半导体集成电路装置逆向安装时的损坏防止装置。采用这种配置，即使在装置逆向安装到板上或插槽中，并且从电源线向SB端子施加高电压(最高36V)时，也经由电流控制电阻器R1、齐纳二极管ZD和静电保护二极管D2和D6将流入的电流转移至HU-端子和HW-端子(即，错误连接至接地线的外部端子)。

此时，齐纳二极管ZD将馈送至逻辑电路1的输入电压(即，缓冲器14的输入端子电压)箝制在预定电平(例如，与装置正常安装时的电平大致相同，即，5到5.5V)。

此外，此时，电流控制电阻器R1控制流经SB端子的电流，以使电流值不会过大。具体而言，假设施加至SB端子的电压是36V，齐纳二极管ZD的箝位电压(即，齐纳电压)是5.5V，静电保护二极管D2和D6的正向电压降是0.6V，并且电流控制电阻器R1的电阻是50kΩ，则如等式I＝(36V-5.5V-0.6V)/50kΩ所给出的，将流经SB端子的电流I控制为小到59.8μA(在该电流值上不会发生内部元件损坏)。

如上所述，在本实施例的半导体集成电路装置中，通过针对在半导体集成电路装置逆向安装时会错误地连接至电源线的SB端子，连接电流控制电阻器R1和齐纳二极管ZD，增大了SB端子相对于电源线和接地线的阻抗，同时没有高电压施加至逻辑电路1。采用这种配置，可以防止逆向安装到板上或槽中时发生损坏，而无需提供冗余的外部端子。

在上述实施例中，假设将本发明应用于电机驱动器IC，但是这并不是要以任何方式来限制本发明的配置。实际上，本发明可以广泛应用于具有高耐压端子的一般半导体集成电路装置(例如，调节器IC)。

上述实施例针对在其封装的每一相对边缘上排列了相等数目的外部端子(即，所谓的双列直插封装)的半导体集成电路装置，但是这并不是要以任何方式限制本发明的应用，本发明显然可以应用于将外部端子排列在封装的全部四个边缘上的半导体集成电路装置。

应该理解，可以采用除以上作为实施例而具体描述的方式之外的任何其他方式来实施本发明，并且在本发明的范围和精神之内可以存在多种修改和变化。

例如，在上述实施例中，假设SB端子处于在装置逆向安装时会与电源线连接的端子位置处，但是这并不是要以任何方式限制本发明的配置，而是除了该外部端子，还可以放置用于接收如下信号之一的外部端子：用于选择120°或150°作为电机的激励角度的信号、用于选择电机正向或逆向转动的信号、用于选择上侧或下侧PWM控制的信号、用于选择执行或不执行自举的信号、用于选择6或12作为FG脉冲数目的信号、以及用于选择是否执行PWM同步整流的信号。

换言之，在装置逆向安装时会与电源线连接的端子所处的端子位置处，可以放置任何外部端子，对此，可能伴随上述对抗逆向装置时的损坏的措施(即，插入电流控制电阻器R1和齐纳二极管ZD)的特性中的多种改变(操作速度、输入偏置、输入阻抗等的改变)不会干扰正常安装状态中装置的正常操作，例如，用于输入/输出逻辑信号的外部端子不需要具有非常快的响应。

工业实用性

本发明提供了对于防止半导体集成电路装置在逆向安装时受到损坏有用的技术，并特别适用于需要尽量减少外部端子数目的半导体集成电路装置(例如，多角镜电机驱动器IC)。

Claims (3)

1.一种半导体集成电路装置，包括：

至少如下端子，作为与所述装置外部电连接的装置：

第一外部端子，在所述装置正常安装时与电源线连接；

第二外部端子，在所述装置正常安装时与预定信号线连接，并在所述装置逆向安装时与所述电源线连接；

第三外部端子，在所述装置正常安装时与接地线连接；以及

第四外部端子，在所述装置正常安装时与预定信号线连接，并在所述装置逆向安装时与所述接地线连接；以及

静电保护二极管，作为在所述装置正常安装时保护第四外部端子的静电保护装置，所述静电保护二极管的阳极与第三外部端子连接，所述静电保护二极管的阴极与第四外部端子连接，

其中所述半导体集成电路装置还包括如下元件，作为在所述装置逆向安装时防止第二外部端子损坏的装置：

电流控制电阻器，其一端与第二外部端子连接；以及

齐纳二极管，其阳极与第三外部端子连接，其阴极与所述电流控制电阻器的另一端连接。

2.根据权利要求1所述的半导体集成电路装置，其中第二外部端子是用于输入/输出逻辑信号的外部端子。

3.根据权利要求2所述的半导体集成电路装置，其中

所述半导体集成电路装置是用于控制电机的驱动的电机驱动装置；以及

第二外部端子是用于接收如下信号之一的外部端子：用于选择施加或不施加短暂制动的信号；用于选择第一或第二激励角度作为所述电机的激励角度的信号；用于选择所述电机的正向或逆向转动的信号；用于选择上侧或下侧PWM控制的信号；用于选择执行或不执行自举的信号；用于选择第一或第二脉冲数目作为控制脉冲数目的信号；以及用于选择执行或不执行PWM同步整流的信号。

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