DE112016004291B4

DE112016004291B4 - Fahrzeuginterne halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE112016004291B4
Application number: DE112016004291.4T
Authority: DE
Inventors: Yoshimitsu Yanagawa; Masahiro Matsumoto; Hiroshi Nakano; Akira Kotabe
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2015-10-28
Filing date: 2016-09-13
Publication date: 2023-06-15
Anticipated expiration: 2036-09-14
Also published as: US10882471B2; JP6499056B2; WO2017073188A1; US20180304829A1; DE112016004291T5; JP2017084121A; CN108138686A; CN108138686B

Abstract

Fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung (100), welche Folgendes aufweist:eine interne Schaltung (103) undeine Spannungsüberwachungseinheit (104, 107), die den Pegel einer ersten Spannung (VE), die eine von außen angelegte Arbeitsspannung ist, überwacht,wobei die erste Spannung (VE) von einer Motorsteuereinheit zugeführt wird, undwobei die Spannungsüberwachungseinheit (104, 107) die interne Schaltung (103) abschaltet, wenn der Pegel der ersten Spannung (VE) unterhalb eines festgelegten Werts (VTE) liegt, und die interne Schaltung (103) aktiviert, wenn der Pegel der ersten Spannung (VE) den festgelegten Wert (VTE) überschreitet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung und insbesondere eine Technik, die verwendbar ist, um Fehlfunktionen infolge einer auf eine Stromversorgungsleitung einwirkenden negativen Überspannung zu verringern.
Technischer Hintergrund
Halbleitervorrichtungen, die einen Regler und einen Oszillator aufweisen, werden weitverbreitet verwendet. Der Regler wandelt eine von außen zugeführte Spannung in eine stabilisierte Spannung mit einem vorgegebenen Pegel um und stellt den Spannungspegel dann der internen Schaltungsanordnung der Halbleitervorrichtung bereit. Der Oszillator erzeugt einen Arbeitstakt für die interne Schaltungsanordnung.
Die Montage eines Reglers auf einer Halbleitervorrichtung ist vorteilhaft, um vor Rauschen zu schützen. Dies liegt daran, dass der Regler Änderungen der Versorgungsspannung bis zu einem gewissen Grad absorbieren kann. Falls die Spannung der Versorgungsleitung den Arbeitsbereich des Reglers jedoch infolge von Rauschen überschreitet, kann der Regler keine interne Nennspannung zuführen.
Bei einem Abfall der dem Oszillator bereitgestellten Versorgungsspannung kann eine abnorme Oszillation des Oszillators oder dergleichen bewirken, dass eine sehr hohe Frequenz einer Logikschaltung der internen Schaltungsanordnung oder dergleichen zugeführt wird, was zu Fehlfunktionen führen kann.
Eine der Techniken zur Verhinderung solcher Fehlfunktionen besteht beispielsweise darin, eine Schaltung zum Überwachen der Eingangs- und Ausgangsspannung des an der Halbleitervorrichtung angeordneten Reglers, d. h. der Spannung an einem Versorgungsspannungsanschluss bzw. der internen Spannung, zu verwenden, um die interne Schaltungsanordnung zurückzusetzen, wenn ein Spannungsabfall auftritt (siehe beispielsweise Patentliteratur 1).
Bei der Technik aus Patentliteratur 1 kann die interne Schaltungsanordnung, weil sie während eines Spannungsabfalls kontinuierlich zurückgesetzt wird, selbst dann durch Rücksetzen schnell wiederhergestellt werden, wenn sich der innere Zustand der Halbleitervorrichtung auf einen ungültigen Wert ändert.
Bei einer anderen Technik überwacht eine Schaltung die Ausgangsspannung des Reglers, welcher einem Prozessor Spannung bereitstellt, und unterbricht eine Taktzufuhr zum Prozessor während Spannungsabnormitäten, so dass zur Verhinderung von Fehlfunktionen verhindert wird, dass der innere Zustand neu geschrieben wird (siehe beispielsweise Patentliteratur 2).
Zitatliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: japanische Patentanmeldung Nr. JP 2004-326 415 A
Patentliteratur 2: japanische Patentanmeldung Nr. JP 2008-217 523 A Weitere bekannte Beispiele für halbleiterbasierte Steuerschaltungen in Fahrzeugen sind in WO 2009/012843 A1 und DE 10 2005 047 610 A1 beschrieben.

Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
Eine fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung ist für kritische Funktionen in der Art einer Steuerung und Messung verschiedener Zustände eines Kraftfahrzeugs verantwortlich, weshalb die fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen muss, damit keine Fehlfunktionen infolge von Rauschen auftreten, wie vorstehend beschrieben wurde. Die fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung, bei der möglicherweise eine Wahrscheinlichkeit besteht, dass sie starkem Rauschen ausgesetzt wird, muss verglichen mit Endverbraucherprodukten ein hohes Maß an Widerstandsfähigkeit gegen Rauschen aufweisen.
Beispielsweise ist bekannt, dass, falls ein Überspannungsrauschen auf einen Kabelbaum einwirkt, durch den ein Versorgungsstrom von einer als ECU (Engine Control Unit) bezeichneten Motorsteuereinheit der fahrzeuginternen Halbleitereinheit zugeführt wird, die Spannung an einem Stromversorgungsanschluss der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung innerhalb eines Bereichs von etwa plus minus einigen zehn Volt variiert.
Die vorstehend beschriebenen Techniken aus Patentliteratur 1 und Patentliteratur 2 waren jedoch für Endverbrauchergeräte ausgelegt, und die Techniken sind daher nicht geeignet, die fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung vor positiven und negativen Überspannungen zu schützen.
Insbesondere wird bei der in Patentliteratur 1 beschriebenen Technik der Prozessor jedes Mal dann zurückgesetzt, wenn eine Spannungsabnormität auftritt. Nach einem Rücksetzen des Prozessors wird ein Initialisierungsprozess ausgeführt. Eine normale Programmausführung wird über einen verhältnismäßig langen Zeitraum, beispielsweise etwa 80 µs oder mehr, ausgesetzt.
Andererseits besteht bei einer fahrzeuginternen LSI die Möglichkeit, dass eine Überspannung beispielsweise während des Betriebs eines Kraftfahrzeugs einwirkt. Deshalb muss der Abschaltzeitraum des Prozessors möglichst kurz sein und sollte keine Fehlfunktion auftreten. Daher ist es schwierig, die in Patentliteratur 1 beschriebene Technik auf die Verwendung zum Schutz der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung anzuwenden.
Andererseits wird bei der in Patentliteratur 2 beschriebene Technik während des Auftretens einer Leistungsabnormität der Takt angehalten, um eine Fehlfunktion zu verhindern. Nachdem der Takt wieder zugeführt wird, kann der Routinebetrieb beibehalten werden. Weil kein Rücksetzvorgang auftritt, wird der Zeitraum für die Unterbrechung des Betriebs auf ein Minimum verringert.
Bei der Technik wird jedoch angenommen, dass der Takt von außen zugeführt wird. Sie kann keine Fehlfunktion behandeln, die durch eine abnorme Oszillation hervorgerufen wird, die auftreten kann, wenn der Takt einwirkt. Ferner zielt die Technik aus Patentliteratur 2 hauptsächlich darauf ab, einem Spannungsabfall bei abrupten Variationen der Last und einem unerwarteten Stromausfall entgegenzuwirken, so dass der Fall, dass die Versorgungsspannung negativ wird, nicht angenommen wird.
Wenngleich Einzelheiten später beschrieben werden, sei bemerkt, dass, nachdem der Versorgungsanschluss eine negative Spannung annimmt, ein auf der Halbleitervorrichtung vorhandener parasitärer Transistor aktiviert wird, wodurch bewirkt wird, dass elektrische Ladungen herausfließen, so dass die Spannung der Halbleitervorrichtung insgesamt verringert wird, was in manchen Fällen zu einer negativen Spannung führt.
Falls der Absolutwert der inneren negativen Spannung die Durchlassspannung (in etwa 0, 6 V bis 0,7 V) einer Diode überschreitet, besteht die Möglichkeit, dass die in einer Speichervorrichtung in der Art eines Flipflops oder dergleichen gehaltenen Daten unabhängig vom Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Takts umgeschrieben werden. Auch besteht die Möglichkeit, dass die Schaltung zur Verhinderung von Fehlfunktionen selbst inkorrekt arbeitet. Bei der in Patentliteratur 2 beschriebenen Technik tritt das Problem auf, dass ein solcher Fall nicht zugelassen ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Technik zum Ermöglichen des Verringerns des Auftretens von Fehlfunktionen in einer Halbleitervorrichtung bereitzustellen, selbst wenn eine positive/negative Überspannung auf eine Stromversorgungsleitung einwirkt.
Die vorstehenden und andere Aufgaben und neuartige Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung der Patentschrift und der anliegenden Zeichnung verständlicher werden.
Lösung des Problems
Die Lösung der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß dadurch, dass die fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale aufweist. Nachfolgend wird ein Überblick über typische Aspekte gegeben.
Insbesondere weist eine typische fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung einen ersten Regler, einen zweiten Regler, eine interne Schaltung und eine Spannungsüberwachungseinheit auf. Der erste Regler wandelt den Pegel einer von außen zugeführten ersten Spannung um, um eine zweite Spannung zu erzeugen. Der zweite Regler wandelt den Pegel der ersten Spannung um, um eine dritte Spannung zu erzeugen.
Die zweite Spannung und die dritte Spannung werden der internen Schaltung bereitgestellt. Die Spannungsüberwachungseinheit überwacht die erste, die zweite und die dritte Spannung. Die interne Schaltung weist einen Prozessor und einen Oszillator auf.
Der Prozessor wird durch die vom ersten Regler bereitgestellte zweite Spannung betrieben. Der Oszillator wird durch die vom zweiten Regler bereitgestellte dritte Spannung betrieben und erzeugt ein als Arbeitstakt des Prozessors dienendes Taktsignal.
Ferner unterbricht die Spannungsüberwachungseinheit das Bereitstellen des Taktsignals für den Prozessor, wenn der Pegel der ersten, der zweiten und/oder der dritten Spannung unterhalb eines festgelegten Werts liegt. Die Spannungsüberwachungseinheit stellt dem Prozessor das Taktsignal bereit, wenn die Pegel der ersten, der zweiten und der dritten Spannung alle den festgelegten Wert überschreiten.
Ferner weist die fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung eine Überspannungs-Schutzschaltung auf, welche eine auf die erste Spannung einwirkende Überspannung absorbiert. Die von der Spannungsüberwachungseinheit überwachte erste Spannung wird von der Überspannungs-Schutzschaltung bereitgestellt.
Insbesondere gibt die Spannungsüberwachungseinheit ein erstes Steuersignal aus, wenn der Pegel der ersten, der zweiten und/oder der dritten Spannung unterhalb des festgelegten Werts liegt, und sie gibt ein zweites Steuersignal aus, wenn die Pegel der ersten, der zweiten und der dritten Spannung alle den festgelegten Wert überschreiten.
Auf der Grundlage des ersten oder des zweiten von einer Spannungsüberwachungsschaltung ausgegebenen Steuersignals stellt eine Schaltereinheit das Taktsignal dem Prozessor bereit oder unterbricht diese Bereitstellung.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Nachfolgend wird die vorteilhafte Wirkung kurz beschrieben, die durch einen repräsentativen Aspekt der in der vorliegenden Anmeldung offenbarten Erfindung erzeugt wird.
Es kann eine fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung mit einer hohen Widerstandsfähigkeit gegen Fehlfunktionen bereitgestellt werden. Kurzbeschreibung der Zeichnung

1 ist ein der Erläuterung dienendes Blockdiagramm einer als Beispiel dienenden Konfiguration einer fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist ein Zeitablaufdiagramm eines als Beispiel dienenden Arbeitsvorgangs in einer Spannungsüberwachungsschaltung der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung aus 1.
3 ist eine der Erläuterung dienende Graphik, welche eine als Beispiel dienende Wellenform zeigt, wenn eine Überspannung auf einen Stromversorgungsanschluss der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung aus 1 einwirkt.
4 ist ein der Erläuterung dienendes Blockdiagramm einer als Beispiel dienenden Konfiguration einer Spannungsüberwachungsschaltung der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung aus 1.
5 ist ein der Erläuterung dienendes Blockdiagramm einer als Beispiel dienenden Konfiguration einer fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
6 ist ein der Erläuterung dienendes Blockdiagramm einer als Beispiel dienenden Konfiguration einer fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
7 ist ein der Erläuterung dienendes Diagramm einer als Beispiel dienenden Konfiguration und eines als Beispiel dienenden parasitären Elements in einem Regler und einer Reserveschaltung der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung aus 6.
8 ist ein der Erläuterung dienendes Diagramm eines als Beispiel dienenden schematischen Querschnitts eines parasitären Transistors aus 7.
9 ist eine der Erläuterung dienende Graphik einer als Beispiel dienenden Stromverstärkung α im parasitären Transistor aus 8.
10 ist ein Zeitablaufdiagramm eines als Beispiel dienenden Arbeitsvorgangs in einer Spannungsüberwachungsschaltung gemäß einer vierten Ausführungsform.
11 ist eine der Erläuterung dienende Graphik einer als Beispiel dienenden Spannungsschwankungswellenform der an einen Stromversorgungsanschluss während eines Funkwelleneinstrahlungstests angelegten Spannung.
12 ist ein der Erläuterung dienendes Diagramm einer als Beispiel dienenden Konfiguration eines Schalters gemäß einer fünften Ausführungsform.
13 ist ein der Erläuterung dienendes Diagramm einer als Beispiel dienenden Arbeitswellenform im Schalter aus 12.
14 ist ein der Erläuterung dienendes Diagramm eines als Beispiel dienenden Zustandsübergangs im Schalter aus 12.
15 ist ein der Erläuterung dienendes Blockdiagramm eines als Beispiel dienenden Layouts einer fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform.
16 ist ein der Erläuterung dienendes Blockdiagramm einer als Beispiel dienenden Konfiguration in einem fahrzeuginternen Sensorsystem gemäß einer siebten Ausführungsform.

Beschreibung von Ausführungsformen
In den folgenden Ausführungsformen wird die Beschreibung aus Gründen der Zweckmäßigkeit nach Bedarf in mehrere Abschnitte oder Ausführungsformen unterteilt, sie sind jedoch, sofern nichts anderes spezifiziert wird, nicht voneinander getrennt. Vielmehr wird eine von ihnen mit einer Modifikation, Einzelheiten, ergänzenden Bemerkungen eines Teils einer anderen oder der gesamten anderen oder dergleichen verbunden.
Ferner ist die Anzahl der Elemente oder dergleichen (einschließlich einer Teileanzahl, von Zahlenwerten, eines Betrags/einer Menge, eines Bereichs oder dergleichen), wie in den folgenden Ausführungsformen erwähnt, nicht auf eine spezifische Anzahl beschränkt, es sei denn, dass etwas anderes spezifiziert ist oder ausdrücklich und prinzipiell auf eine spezifische Anzahl oder dergleichen begrenzt wird, und es kann eine beliebige Anzahl verwendet werden, die größer als die spezifische Anzahl oder kleiner als diese ist.
Ferner ist zu verstehen, dass in den folgenden Ausführungsformen andere Komponenten (einschließlich Elementschritte und dergleichen) nicht notwendigerweise wesentlich sind, es sei denn, dass etwas anderes spezifiziert wird oder prinzipiell explizit als wesentlich festgelegt wird, etc.
Ähnlich umfasst eine Form, eine Positionsbeziehung oder dergleichen einer Komponente oder dergleichen, die in den folgenden Ausführungsformen erwähnt wird, eine beliebige Form oder dergleichen, wie in der Form analog oder ähnlich oder dergleichen, es sei denn, dass etwas anderes spezifiziert wird oder prinzipiell explizit als analog oder ähnlich festgelegt wird, etc. Dies gilt auch für die vorstehend beschriebenen Zahlenwerte und Bereiche.
Ferner ist in allen Zeichnungsbestandteilen zur Veranschaulichung von Ausführungsformen das gleiche Element mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und es wird auf eine erneute Beschreibung verzichtet.
Erste Ausführungsform
Eine Ausführungsform wird nun detailliert beschrieben.
<Als Beispiel dienende Konfiguration einer fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung>
1 ist ein der Erläuterung dienendes Blockdiagramm, worin eine als Beispiel dienende Konfiguration einer fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt ist.
Wie in 1 dargestellt ist, weist die fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung 100 einen Stromversorgungsanschluss 101, Regler 102, 102a, eine interne Schaltung 103 und eine Spannungsüberwachungsschaltung 104 auf. Der Stromversorgungsanschluss 101 ist ein externer Eingangsanschluss, an den eine Spannung VE angelegt ist, welche die Betriebsspannung der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung 100 ist.
Die Spannung VE ist eine erste Spannung und liegt beispielsweise bei etwa 5 V. Die Spannung VE wird beispielsweise von einer nicht dargestellten ECU zugeführt. Die ECU ist eine Einheit, welche Informationen beispielsweise von den jeweiligen Sensoren eines Motorantriebsstrangs erhält und die am besten geeignete Kraftstoffeinspritzmenge, die am besten geeignete Kraftstoffeinspritzzeit, die am besten geeignete Zündzeit, die am besten geeignete Leerlaufgeschwindigkeit und dergleichen für den Motorzustand zur Ausgabe von Steuerbefehlen berechnet.
Die Regler 102, 102a wandeln die von der ECU zugeführte Spannung VE in Spannungen V1, V2 um, welche jeweilige Betriebsspannungen der internen Schaltung 103 sind. Jede der Spannungen V1, V2 ist eine Spannung von etwa 3,3 V. Der Regler 102 ist ein erster Regler, und der Regler 102a ist ein zweiter Regler. Die Spannung V1 ist eine zweite Spannung, und die Spannung V2 ist eine dritte Spannung.
Die Spannungsüberwachungsschaltung 104 überwacht die Spannungen VE, V1, V2. Nach einer Verringerung der Spannungen VE, V1, V2 gibt die Spannungsüberwachungsschaltung 104 ein Steuersignal CNT aus. Auch wird der Spannungsüberwachungsschaltung 104 beispielsweise die Spannung V1 als Betriebsversorgungsspannung zugeführt.
Die interne Schaltung 103 ist eine in die fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung 100 integrierte Logikschaltung und weist einen Prozessor 105, einen Oszillator 106 und einen Schalter 107 auf. Die vorstehend beschriebene Spannungsüberwachungsschaltung 104 und der Schalter 107 bilden einen Teil einer Spannungsüberwachungseinheit.
Dem Prozessor 105 wird die Spannung V1 als Betriebsspannung zugeführt, welche durch den Regler 102 erzeugt wird. Dem Oszillator 106 wird die Spannung V2 als Betriebsspannung zugeführt, welche durch den Regler 102a erzeugt wird.
Der Oszillator 106 erzeugt einen Takt OSC. Der vom Oszillator 106 ausgegebene Takt OSC wird dem Prozessor 105 über den Schalter 107 als Taktsignal CLK zugeführt. Das Taktsignal CLK ist ein Arbeitstakt für den Prozessor 105. Der Schalter 107 beendet die Zufuhr des Taktsignals CLK auf der Grundlage des von der Spannungsüberwachungsschaltung 104 ausgegebenen Steuersignals CNT.
Nachfolgend wird die Verarbeitung in der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung 100 in 1 beschrieben.
Zunächst wird die dem Stromversorgungsanschluss 101 von der ECU zugeführte Spannung VE in Spannungen V1, V2 umgewandelt und durch die jeweiligen Regler 102, 102a stabilisiert, und es werden dann die Spannungen V1, V2 dem Prozessor 105 bzw. dem Oszillator 106 bereitgestellt.
Falls eine dem Stromversorgungsanschluss 101 zuzuführende Spannung VE durch eine Überspannung geändert wird, werden die stabilisierten Spannungen V1, V2 in ähnlicher Weise kontinuierlich zugeführt, solange die Spannung in den Arbeitsspannungsbereich des Reglers fällt. In der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung 100 kann eine zu starke Änderung der Spannung VE jedoch bewirken, dass der Regler nicht richtig arbeiten kann.
<Als Beispiel dienende Überspannungseinwirkung>
3 ist eine veranschaulichende Graphik einer als Beispiel dienenden Wellenform, wenn eine Überspannung auf den Stromversorgungsanschluss 101 der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung 100 in 1 einwirkt.
3 zeigt ein Beispiel von Spezifikationen einer von außen zugeführten Spannung, d. h. einer Spannung VE von 5 V, und Spezifikationen der internen Spannung, d. h. einer Spannung V1 von 3,3 V.
In 3 werden in einem Kabelbaum etwa 10 Ampere eines Stoßstroms induziert, und die der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung 100 zuzuführende Spannung VE fällt dadurch mit hoher Geschwindigkeit von ursprünglich 5 V für 1 µs oder weniger auf etwa -7 V ab.
Unter einer solchen negativen Spannungsbedingung arbeitet der Regler nicht. Daher fällt kurz nach dem Abfall der Spannung VE auch die interne Spannung ab, was zu einem instabilen Betrieb eines Logikgatters führt. Ferner können, falls ein Takt während einer instabilen Eingabe einer synchronen Schaltung in der Art eines Flipflops oder dergleichen eingegeben wird, die gehaltenen Werte möglicherweise neu geschrieben werden. Dadurch kann eine Fehlfunktion im Prozessor auftreten.
<Als Beispiel dienender Arbeitsvorgang der Spannungsüberwachungsschaltung>
Nachfolgend wird der Betrieb der Spannungsüberwachungsschaltung 104 mit Bezug auf 2 beschrieben.
2 ist ein Zeitablaufdiagramm, das einen als Beispiel dienenden Arbeitsvorgang in der Spannungsüberwachungsschaltung 104 der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung 100 in 1 zeigt. 2 zeigt einen Zeitablauf für jedes von der Spannungsüberwachungsschaltung 104 ausgegebene Signal, wenn die Spannung VE infolge einer negativen Überspannung abfällt.
Von oben nach unten in 2 sind getrennt der Signalzeitablauf für die von der ECU zugeführte Spannung VE, die vom Regler 102 ausgegebene Spannung V1, die vom Regler 102a ausgegebene Spannung V2 und das von der Spannungsüberwachungsschaltung 104 ausgegebene Steuersignal CNT dargestellt.
Zuerst wirkt eine negative Überspannung auf die Spannungsversorgungsleitung ein, wodurch die Spannung verringert wird. Anschließend wird die Steuerung der Regler 102, 102a unwirksam, wodurch die jeweiligen Spannungen V1, V2 verringert werden.
Die Spannungsüberwachungsschaltung 104 überwacht jede der Spannungen VE, V1, V2, und Erkennungsschwellen VTE, VT1, VT2 werden für die Spannungen VE, V1, V2 festgelegt. Die Erkennungsschwelle VTE ist ein erster festgelegter Wert, die Erkennungsschwelle VT1 ist ein zweiter festgelegter Wert, und die Erkennungsschwelle VT2 ist ein dritter festgelegter Wert.
Die Spannungsüberwachungsschaltung 104 vergleicht die Spannung VE mit der Erkennungsschwelle VTE, die Spannung V1 mit der Erkennungsschwelle VT1 und die Spannung V2 mit der Erkennungsschwelle VT2. Dann wird das Steuersignal CNT, wenn die Spannungen VE, V1, V2 kleiner als die Erkennungsschwellen VTE, VT1, VT2 sind, aktiv, um die interne Schaltung abzuschalten. Das aktivierte Steuersignal CNT ist ein erstes Steuersignal. Hier wird die Aktivierung des Steuersignals CNT als hoher Pegel bezeichnet.
Nach der Eingabe des Steuersignals CNT mit dem hohen Pegel in den Schalter 107 beendet der Schalter 107 die Bereitstellung des Taktsignals CLK für den Prozessor 105. Der Schalter 107 ist durch ein ODER-Gatter mit zwei Eingängen und einem Ausgang implementiert, das beispielsweise das Steuersignal CNT und den Takt OSC als Eingabe empfängt und das Taktsignal CLK als Ausgabe bereitstellt. Nachdem das Steuersignal CNT den hohen Pegel angenommen hat, wird das Taktsignal CLK unabhängig vom Wert des Takts OSC fest auf den hohen Pegel gelegt. Deshalb wird das Bereitstellen des Taktsignals CLK für den Prozessor 105 beendet.
Nachfolgend wird der Fall beschrieben, in dem das Überspannungsrauschen beendet wird.
Die Spannungsüberwachungsschaltung 104 überwacht die jeweiligen Spannungen VE, V1, V2 und stellt fest, ob alle Spannungen VE, V1, V2 die jeweiligen Erkennungsschwellen VTE, VT1, VT2 überschreiten.
Wenn alle Spannungen VE, V1, V2 die Erkennungsschwellen VTE, VT1, VT2 überschreiten, gibt die Spannungsüberwachungsschaltung 104 ein Steuersignal CNT aus, das inaktiv ist, d. h. einen niedrigen Pegel aufweist. Hier ist das inaktive Steuersignal CNT ein zweites Steuersignal. Nach der Eingabe des Steuersignals CNT auf dem niedrigen Pegel stellt der Schalter 107 dem Prozessor 105 das Taktsignal CLK bereit.
Auf diese Weise überwacht die Spannungsüberwachungsschaltung 104 den Spannungspegel der von der ECU zugeführten Spannung VE, wodurch eine schnelle Erkennung eines Spannungsabfalls ermöglicht wird. Deshalb wird das Anlegen des Taktsignals CLK beendet, bevor die vom Regler 102 erzeugte Spannung V1 erheblich abgefallen ist. Mit anderen Worten kann das Anlegen des Taktsignals CLK beendet werden, bevor die erheblich abgefallene Spannung V1 dem Prozessor 105 bereitgestellt wird.
Dadurch kann die Widerstandsfähigkeit gegen Fehlfunktionen des Prozessors 105 erhöht werden. Ferner wird, nachdem erkannt wurde, dass alle Spannungen VE, V1, V2 wiederhergestellt wurden, das Anlegen des Taktsignals CLK an den Prozessor 105 wiedereingeleitet, weshalb die Widerstandsfähigkeit gegen Fehlfunktionen erhöht werden kann.
<Als Beispiel dienende Konfiguration der Spannungsüberwachungsschaltung>
4 ist ein der Erläuterung dienendes Blockdiagramm, worin eine als Beispiel dienende Konfiguration der Spannungsüberwachungsschaltung 104 der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung 100 in 1 dargestellt ist.
Wie in 4 dargestellt ist, weist die Spannungsüberwachungsschaltung 4 Spannungsabfall-Erkennungsschaltungen 400, 401, 402 und eine NAND-Schaltung 407 auf. Die Spannungsabfall-Erkennungsschaltung 400 überwacht die Spannung VE. Die Spannungsabfall-Erkennungsschaltung 401 überwacht die Spannung V1, und die Spannungsabfall-Erkennungsschaltung 402 überwacht die Spannung V2. Die Spannungsabfall-Erkennungsschaltungen 400, 401, 402 dienen als erste Spannungsabfall-Erkennungsschaltung, als zweite Spannungsabfall-Erkennungsschaltung bzw. als dritte Spannungsabfall-Erkennungsschaltung. Die NAND-Schaltung 407 dient als Steuersignalgenerator.
Die Spannungsabfall-Erkennungsschaltung 400 weist Widerstände 404, 405, welche Spannungsteilerwiderstände sind, einen Transistor 406, eine Stromversorgung 408 und eine Pegelwandlungsschaltung 403 auf. Der Widerstand 404 und der Widerstand 405 sind in Reihe zwischen das Massepotential und einen Eingangsteil der Spannungsabfall-Erkennungsschaltung 400 geschaltet. Die Spannung VE wird in den Eingangsteil der Spannungsabfall-Erkennungsschaltung 400 eingegeben.
Der Transistor 406 ist beispielsweise ein P-Kanal-MOS(MetallOxid-Halbleiter) -Transistor, und die Spannung VE wird an ein Ende einer Source/Drain-Elektrode des Transistors 406 angelegt.
Der Übergang des Widerstands 404 und des Widerstands 405 ist mit dem Gate des Transistors 406 verbunden, und die Stromversorgung 408 als Last, welche einen konstanten elektrischen Strom zuführt, ist zwischen das Massepotential und das andere Ende der Source/Drain-Elektrode des Transistors 406 geschaltet.
Auch ist ein Eingangsteil der Pegelwandlungsschaltung 403 mit dem anderen Ende der Source/Drain-Elektrode des Transistors 406 verbunden. Ein Eingangsteil der NAND-Schaltung 407 ist mit einem Ausgangsteil der Pegelwandlungsschaltung 403 verbunden. Die Pegelwandlungsschaltung 403 ist ein so genannter Pegelschieber, welcher das ankommende Signal nach der Anpassung des Logikpegels ausgibt, um es in die NAND-Schaltung 407 einzugeben.
Es sei bemerkt, dass die Spannungsabfall-Erkennungsschaltungen 401, 402 ähnlich konfiguriert sind wie die Spannungsabfall-Erkennungsschaltung 400, jedoch in der Hinsicht verschieden sind, dass die Spannungen V1, V2 in die Eingangsteile der jeweiligen Spannungsabfall- -Erkennungsschaltungen 401, 402 eingegeben werden.
Die NAND-Schaltung 407 bildet ein negatives UND der von den Spannungsabfall-Erkennungsschaltungen 400 bis 402 ausgegebenen Signale und gibt das Signal als Steuersignal CNT aus.
Die Spannungsabfall-Erkennungsschaltung 400 vergleicht den Strom der Stromversorgung 408 mit dem infolge der Spannung VE durch den Transistor 406 fließenden Strom. Falls die Spannung VE dann unterhalb einer bestimmten Schwelle, d. h. der Erkennungsschwelle VTE, liegt, gibt die Spannungsabfall-Erkennungsschaltung 400 ein Niedriger-Pegel-Signal aus. Hierbei ist das von der Spannungsabfall-Erkennungsschaltung 400 ausgegebene Niedriger-Pegel-Signal ein erstes Erkennungssignal und ist das von der Spannungsabfall-Erkennungsschaltung 400 ausgegebene Hoher-Pegel-Signal ein zweites Erkennungssignal. Ebenso ist in der Spannungsabfall-Erkennungsschaltung 401 ein von der Spannungsabfall-Erkennungsschaltung 401 ausgegebenes Niedriger-Pegel-Signal ein drittes Erkennungssignal und ein von der Spannungsabfall-Erkennungsschaltung 401 ausgegebenes Hoher-Pegel-Signal ein viertes Erkennungssignal. Ebenso sind ein von der Spannungsabfall-Erkennungsschaltung 402 ausgegebenes Niedriger-Pegel-Signal und ein davon ausgegebenes Hoher-Pegel-Signal ein fünftes Erkennungssignal bzw. ein sechstes Erkennungssignal.
Die Erkennungsschwelle VTE wird durch das Spannungsteilungsverhältnis des Widerstands 404 und des Widerstands 405 und die Stromversorgung 408 eingestellt. Daher kann die Einstellung durch das Spannungsteilungsverhältnis zwischen den Widerständen 404, 405 und der Stromversorgung 408 ausgeführt werden.
Weil die NAND-Schaltung 407 ferner ein negatives UND der jeweiligen von den Spannungsabfall-Erkennungsschaltungen 400 bis 402 ausgegebenen Signale bildet, wird ein aktives Steuersignal CNT ausgegeben, falls in einer der überwachten Spannungen VE, V1, V2 ein Spannungsabfall auftritt.
Eine solche einfach ausgelegte Konfiguration ermöglicht eine Verbesserung der Rauschbeständigkeit der Spannungsüberwachungsschaltung selbst, wodurch wiederum eine Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegen Fehlfunktionen der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung 100 ermöglicht wird.
Es sei bemerkt, dass die vom Transistor 406 und von der Stromversorgung 408 ausgegebene Spannung von der überwachten Spannung abhängen. Daher ist die optionale Pegelwandlungsschaltung 403 bereitgestellt, um den Signalpegel jeder Eingabe in die NAND-Schaltung 407 einzustellen. Diese Konfiguration ermöglicht eine weitere Erhöhung der Zuverlässigkeit einer logischen Entscheidung der NAND-Schaltung 407, wodurch die stabile Ausgabe des Steuersignals CNT gewährleistet wird.
<Vorteilhafte Wirkungen>
Vorteilhafte Wirkungen der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform werden nun beschrieben.
Zunächst ermöglicht die Überwachung der an den Stromversorgungsanschluss 101 angelegten Spannung VE eine schnelle Erkennung eines Spannungsabfalls infolge einer Überspannung.
Daher kann das Bereitstellen des Taktsignals CLK für den Prozessor 105 beendet werden, bevor die Spannungen V1, V2 erheblich abfallen.
Ferner wird zusätzlich zur dem Prozessor 105 bereitgestellten Spannung V1 auch die dem Oszillator 106 bereitgestellte Spannung V2 überwacht. Daher kann das Bereitstellen des Taktsignals CLK selbst dann beendet werden, wenn das Taktsignal CLK inkorrekt oszilliert.
Ferner kann durch Bilden des negativen UND der Erkennungsergebnisse der Spannungsabfälle in den Spannungen VE, V1, V2 das Bereitstellen des Taktsignals CLK wiederaufgenommen werden, nachdem die Spannungen VE, V1, V2 alle in ihren normalen Bereich zurückgekehrt sind.
Demgemäß kann eine fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung 100 mit einer höheren Widerstandsfähigkeit gegen Fehlfunktionen implementiert werden. Ferner kann die Zuverlässigkeit des Betriebs der Spannungsüberwachungsschaltung 104 selbst durch die Installation der Pegelwandlungsschaltung 403 oder eines Pegelschiebers am Ausgang der Spannungsabfall-Erkennungsschaltung 400 erhöht werden.
Zweite Ausführungsform
<Überblick>
Gemäß der zweiten Ausführungsform wird eine Technik beschrieben, durch welche die Zuverlässigkeit der Spannungsüberwachungsschaltung 104 erhöht werden kann, indem während des Einwirkens einer Überspannung ein Abfall in der Spannung VM verringert wird, welche als Betriebsspannung der Spannungsüberwachungsschaltung 104 selbst dient.
<Als Beispiel dienende Konfiguration und als Beispiel dienender Betrieb der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung>
5 ist ein der Erläuterung dienendes Blockdiagramm, worin eine als Beispiel dienende Konfiguration der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform dargestellt ist.
Die in 5 dargestellte fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung 100 weist ferner einen Regler 500, einen Kondensator 501 und eine Pegelwandlungsschaltung 502 zusätzlich zu einer Konfiguration auf, die der in 1 dargestellten Konfiguration gemäß der ersten Ausführungsform ähnelt, worin der Stromversorgungsanschluss 101, die Regler 102, 102a, die interne Schaltung 103 und die Spannungsüberwachungsschaltung 104 aufgenommen sind.
Der Regler 500 ist ein dritter Regler, der eine Spannung VM anhand der von der ECU zugeführten Spannung VE erzeugt. Die Spannung VM ist eine vierte Spannung, welche der Spannungsüberwachungsschaltung 104 als Betriebsspannung bereitgestellt wird.
Der Kondensator 501 dient als Reservestromversorgung für die Spannungsüberwachungsschaltung 104. Wenn der Regler 500 funktionsunfähig gemacht wird, wodurch ein Spannungsabfall VM infolge einer Überspannung hervorgerufen wird, werden elektrische Ladungen vom Kondensator 501 abgegeben, um den Spannungspegel der Spannung VM aufrechtzuerhalten.
Die Pegelwandlungsschaltung 502 ist ein Pegelschieber, welcher ein von der Spannungsüberwachungsschaltung 104 ausgegebenes Signal mit einem Logikpegel der internen Schaltung 103 vergleicht und das Signal dann als Steuersignal CNT ausgibt.
Wenn eine Überspannung einwirkt, kann ein Abfall der Spannung VM der Spannungsüberwachungsschaltung 104 selbst verringert werden, um das Auftreten von Fehlfunktionen der Spannungsüberwachungsschaltung 104 zu verringern.
Dies kann eine weiter erhöhte Zuverlässigkeit der Spannungsüberwachungsschaltung 104 bieten.
Dritte Ausführungsform
<Überblick>
Gemäß der dritten Ausführungsform wird eine Technik beschrieben, um den Spannungsabfall in den Spannungen V1, V2 zu verringern, welche der internen Schaltung 103 der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung 100 bereitzustellen sind.
<Als Beispiel dienende Konfiguration und als Beispiel dienender Betrieb der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung>
6 ist ein der Erläuterung dienendes Blockdiagramm, worin eine als Beispiel dienende Konfiguration der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung 100 gemäß der dritten Ausführungsform dargestellt ist.
Die in 6 dargestellte fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung 100 weist ferner eine Überspannungs-Schutzschaltung 600 und eine Reserveschaltung 601 zusätzlich zu einer Konfiguration auf, welche der in 1 dargestellten fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform ähnelt. Andere Anschlussanordnungen ähneln 1, und es wird auf eine Beschreibung verzichtet.
Die Überspannungs-Schutzschaltung 600 weist einen Überspannungs-Schutzwiderstand 602 und ein Klemmelement 603 auf. Der Überspannungs-Schutzwiderstand 602 ist ein Widerstand, und das Klemmelement 603 ist eine Diode.
Die Überspannungs-Schutzschaltung 600 ist eine Schaltung zum Schutz der Regler 102, 102a vor einer auf die Spannung VE einwirkenden Überspannung. Auch weist die Reserveschaltung 601 einen Kondensator und dergleichen auf, wie in 7 dargestellt ist, welche später beschrieben wird. Die Reserveschaltung 601 unterdrückt einen Spannungsabfall der vom Regler 102 erzeugten Spannung V1.
Ein Ende des Überspannungs-Schutzwiderstands 602 ist mit dem Stromversorgungsanschluss 101 verbunden, und sein anderes Ende ist mit einem Ende des Klemmelements 603, d. h. der Kathode der Diode, und den Eingangsteilen der Regler 102, 102a verbunden. Das andere Ende des Klemmelements 603, d. h. die Anode der Diode, ist mit dem Massepotential als Referenzpotential verbunden. Es sei bemerkt, dass, wenngleich 6 ein Beispiel zeigt, bei dem eine Diode als Klemmelement 603 verwendet wird, auch ein MOS-Transistor oder ein Bipolartransistor verwendet werden kann. Beispielsweise wird bei Verwendung eines N-Kanal-MOS ein so genannter ggNMOS (gate-grounded NMOS) verwendet, wobei das Gate und die Source-Elektrode mit einem Masseanschluss verbunden sind und der Drain-Anschluss mit dem anderen Ende des Überspannungs-Schutzwiderstands 602 verbunden ist.
Die Reserveschaltung 601 ist mit einem Ausgangsteil des Reglers 102 verbunden, so dass die vom Regler 102 erzeugte Spannung V1 durch die Reserveschaltung 601 ausgegeben wird.
Mit der in 6 dargestellten Konfiguration kann zusätzlich zu den gleichen vorteilhaften Wirkungen wie bei der in der ersten Ausführungsform beschriebenen fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung 100 der Betrag des Abfalls in den Spannungen V1, V2 verringert werden, wenn eine negative Überspannung einwirkt.
<Verringerung des Betrags des Abfalls in den Spannungen V1, V2 beim Einwirken einer negativen Überspannung>
Die Gründe hierfür werden nachstehend mit Bezug auf die 6 und 7 beschrieben.
7 ist ein der Erläuterung dienendes Diagramm, worin eine als Beispiel dienende Konfiguration und ein als Beispiel dienendes parasitäres Element im Regler 102 und in der Reserveschaltung 601 der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung 100 in 6 dargestellt sind.
Der Regler 102 weist Transistoren 710, 711, eine Stromquelle 712, einen Verstärker 713 und Widerstände 714, 715 auf. Der Transistor 710 ist beispielsweise ein P-Kanal-MOS-Transistor, während der Transistor 711 ein Bipolartransistor ist.
Die Reserveschaltung 601 weist einen Kondensator auf, wie vorstehend beschrieben wurde. Ein Ende des Kondensators ist mit dem Ausgangsteil des Reglers 102 verbunden, und das andere Ende des Kondensators ist mit dem Massepotential verbunden.
Der Regler 102 verwendet den Verstärker 713 zur Überwachung der Spannung V1 und den Transistor 710 zur Regelung des Basisstroms des Transistors 711, um die Spannung V1 auf einem gewünschten Wert zu halten. Es sei bemerkt, dass, wenngleich 7 ein Beispiel zeigt, bei dem der P-Kanal-MOS-Transistor 710 zur Steuerung des Basisstroms des Transistors 711, welcher ein NPN-Bipolartransistor ist, verwendet wird, auch andere Kombinationen verwendet werden können. Es erübrigt sich zu bemerken, dass auch ein PNP-Bipolartransistor und ein N-Kanal-MOS-Transistor kombiniert werden können.
Ferner ist in 7 ein durch gepunktete Linien dargestellter parasitärer Transistor 700 ein im Transistor 711 gebildeter parasitärer Transistor, und ein parasitärer Transistor 701 ist ein zwischen dem Prozessor 105 und dem Regler 102 gebildeter parasitärer Bipolartransistor.
Zuerst fällt nach dem Einwirken einer negativen Überspannung auf die Spannung VE die Spannung am Stromversorgungsanschluss 101 auf beispielsweise etwa -7 V ab. Zu dieser Zeit entweichen, wie in 7 dargestellt ist, weil die parasitäre Basis-Emitter-Diode 700 des Transistors 711 in Sperrrichtung vorgespannt ist, die im die Reserveschaltung 601 bildenden Kondensator gehaltenen elektrischen Ladungen nicht durch den Transistor 711, weshalb der Betrag des Abfalls in der Spannung V1 verringert wird.
Falls die Spannung VE jedoch bis zu dem Punkt abfällt, an dem die Potentialdifferenz zwischen der Spannung VE und der Spannung V1 nicht kleiner wird als die Durchbruchspannung der parasitären Diode 700 oder die Emitter-Kollektor-Durchbruchspannung des Transistors 711, kann ein Strom von der Reserveschaltung 601 zum Stromversorgungsanschluss 101 fließen, was zu einem Abfall der Spannung V1 führt.
Um dies zu verhindern, wird der Betrag des Abfalls der an den Regler 102 angelegten Spannung VE durch den Überspannungs-Schutzwiderstand 602 und das Klemmelement 603, die in 6 dargestellt sind, verringert.
Der Endwert der Spannung VE beruht auf dem Spannungsteilungsverhältnis und dem Betrag des Durchlassspannungsabfalls am Klemmelement 603, wobei das Spannungsteilungsverhältnis durch den Widerstandswert des Überspannungs-Schutzwiderstands 602 und den Durchlasswiderstand des Klemmelements 603 bestimmt ist. Beispielsweise kann der Endwert der Spannung VE auf etwa -2 V verringert werden, was nicht größer ist als die Durchbruchspannung der parasitären Diode 700.
Es gibt einen anderen Faktor bei der Verringerung der Spannung der internen Schaltung 103. Dieser Faktor besteht im parasitären Transistor 701, der zwischen dem Prozessor 105 und dem Regler 102 auftritt.
8 ist ein der Erläuterung dienendes Diagramm eines als Beispiel dienenden schematischen Querschnitts des parasitären Transistors 701 aus 7.
Wie in 8 dargestellt ist, ist der parasitäre Transistor 701 zwischen einer N-Wanne 800, einer N-Wanne 801 und einem P-Substrat 803 ausgebildet. Das P-leitende Substrat 803 ist ein Halbleitersubstrat, und die N-Wanne 800, welche eine erste N-Wanne ist, ist auf der linken Seite im oberen Teil des P-leitenden Substrats 803 ausgebildet.
Auch ist die N-Wanne 801 auf der rechten Seite des oberen Teils des P-leitenden Substrats 803 ausgebildet. Die N-Wanne 801 ist eine zweite N-Wanne. Die N-Wanne 800 ist ein Gebiet, dem die Spannung VE im Regler 102 bereitgestellt wird, und die N-Wanne 801 ist ein Gebiet, dem die Spannung V1 im Prozessor 105 bereitgestellt wird.
Wenngleich hier der Fall beschrieben wird, in dem das P-Substrat 803 ein Halbleitersubstrat ist, kann das Halbleitersubstrat auch ein P-Substrat 803 mit einer darauf ausgebildeten P-Wanne sein. In diesem Fall sind die N-Wannen 800, 801 jeweils auf der P-Wanne ausgebildet.
Falls die Spannung VE durch das Einwirken einer Überspannung negativ wird, fließt ein Basisstrom vom P-leitenden Substrat 803 auf dem Massepotential zum Emitter des parasitären Transistors 701. Dadurch wird der parasitäre Transistor 701 durchgeschaltet, so dass ein Kollektorstrom ic von der N-Wanne 801 zur N-Wanne 800 fließt, so dass die Reservekapazität entladen wird, was zu einem V1-Abfall führt.
Um diesem Rechnung zu tragen, ist in der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung 100 in 6 zur Unterdrückung des Kollektorstroms ic, um den Betrag des Abfalls der Spannung V1 zu verringern, ein in 8 dargestelltes Isolationsgebiet 802 ferner zwischen dem Regler 102 und der internen Schaltung 103 angeordnet.
Die Beziehung zwischen der Länge Wb des Isolationsgebiets 802 und der Stromverstärkung α kann durch folgende Gleichung ausgedrückt werden.
Gleichung 1
In der Gleichung sind y die Injektionseffizienz von Minoritätsträgern am Emitterübergang, β* die Emitter-Masse-Gleichstromverstärkung, σ_B, σ_E Leitfähigkeiten der Basis bzw. des Emitters und L_N, L_P Minoritätsträger-Diffusionsstrecken am Emitter bzw. an der Basis.
Die Stromverstärkung α wird vorzugsweise auf höchstens 0,5 gelegt, um eine verstärkende Wirkung des parasitären Transistors zu verhindern.
9 ist eine der Erläuterung dienende Graphik, worin eine als Beispiel dienende Stromverstärkung α im parasitären Transistor 701 in 8 dargestellt ist. 9 zeigt eine als Beispiel dienende Beziehung zwischen der Länge Wb des Isolationsgebiets und der anhand der vorstehenden Gleichung berechneten Stromverstärkung α.
Die Beziehung zwischen der Länge Wb des Isolationsgebiets und der Stromverstärkung α hängt von der Störstellenkonzentration und von der Beweglichkeit von Ladungsträgern ab. Um die Stromverstärkung α auf höchstens 0,5 zu setzen, wird die Länge des Isolationsgebiets vorzugsweise auf wenigstens etwa 100 µm gelegt.
Mit einer solchen Konfiguration kann zusätzlich zu den vorteilhaften Wirkungen, die durch die erste Ausführungsform erzielt werden, verhindert werden, dass elektrische Ladungen in der Reserveschaltung 601 nach außen fließen, wenn der Bipolartransistor 711 des Reglers 102 ausfällt. Ferner kann der durch den parasitären Transistor 701 zum Stromversorgungsanschluss 101 heraus fließende elektrische Strom verringert werden.
Auf diese Weise kann die Spannung V1 über einen längeren Zeitraum stabil gehalten werden.
Vierte Ausführungsform
<Überblick>
In der vierten Ausführungsform wird eine Technik beschrieben, durch die jeder der in der Spannungsüberwachungsschaltung 104 verwendeten Erkennungsschwellen VTE, VT1, VT2 eine Hysterese bereitgestellt wird.
<Über die Erkennungsschwellenhysterese>
Die fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung 100 ist ähnlich 1 gemäß der ersten Ausführungsform ausgelegt und unterscheidet sich in der Hinsicht von der ersten Ausführungsform, dass eine Hysterese für die von der Spannungsüberwachungsschaltung 104 verwendeten Erkennungsschwellen VTE, VT1, VT2 bereitgestellt ist.
Die Erkennungsschwelle VTE mit Hysterese schließt Erkennungsschwellen VTEh, VTEl ein. Ebenso schließt die Erkennungsschwelle VT1 Erkennungsschwellen VT1h, VT1l ein und schließt die Erkennungsschwelle VT2 Erkennungsschwellen VT2h, VT2l ein.
Die Erkennungsschwelle VTEl dient dem Erkennen eines Abfalls der Spannung VE, und die Erkennungsschwelle VTEh dient dem Erkennen, dass die abgefallene Spannung VE wiederhergestellt wurde. Die Erkennungsschwelle VT1l dient dem Erkennen eines Abfalls der Spannung V1, und die Erkennungsschwelle VT1h dient dem Erkennen, dass die abgefallene Spannung V1 wiederhergestellt wurde. Die Erkennungsschwelle VT2l dient dem Erkennen eines Abfalls der Spannung V2, und die Erkennungsschwelle VT2h dient dem Erkennen, dass die abgefallene Spannung V2 wiederhergestellt wurde.
<Als Beispiel dienender Arbeitsvorgang der Spannungsüberwachungsschaltung>
Nachfolgend wird der Betrieb der Spannungsüberwachungsschaltung 104 beschrieben, wobei die Erkennungsschwellen VTE, VT1, VT2 mit einer Hysterese versehen werden.
10 ist ein Zeitablaufdiagramm, worin ein als Beispiel dienender Arbeitsvorgang in der Spannungsüberwachungsschaltung 104 gemäß einer vierten Ausführungsform dargestellt ist. 10 zeigt einen Zeitablauf für jedes von der Spannungsüberwachungsschaltung 104 ausgegebene Signal, wenn die Spannung VE infolge einer negativen Überspannung abfällt.
Von oben nach unten in 10 sind getrennt der Signalzeitablauf für die von der ECU zugeführte Spannung VE, die vom Regler 102 ausgegebene Spannung V1, die vom Regler 102a ausgegebene Spannung V2 und das von der Spannungsüberwachungsschaltung 104 ausgegebene Steuersignal CNT dargestellt.
In 10 gibt die Spannungsabfall-Erkennungsschaltung 400 aus 4 beispielsweise zum Erkennen eines Abfalls der Spannung VE ein Niedrig-Pegel-Signal aus, nachdem die Spannung VE unter die Erkennungsschwelle VTEl abgesunken ist. Dann wird der Spannungspegel der unter die Erkennungsschwelle VTEl abgesunkenen Spannung VE allmählich wiederhergestellt. Die Spannungsabfall-Erkennungsschaltung 400 gibt dann, nachdem der Spannungspegel der Spannung VE die Erkennungsschwelle VTEh überschritten hat, ein Hoher-Pegel-Signal aus. Die Spannungsabfall-Erkennungsschaltungen 401, 402, welche die jeweiligen Spannungen V1, V2 überwachen, führen den gleichen Arbeitsvorgang unter Verwendung der Erkennungsschwellen VT1h, VT1l, VT2h, VT2l aus.
Wenn dann alle Spannungen VE, V1, V2 die jeweiligen Erkennungsschwellen VTEh, VT1h, VT2h überschreiten, gibt die NAND-Schaltung 407 in der Spannungsüberwachungsschaltung 104 in 4 ein inaktives Signal, d. h. das Niedriger-Pegel-Steuersignal CNT, aus. Der nachfolgende Arbeitsvorgang ähnelt jenem aus 1 gemäß der ersten Ausführungsform.
Die auf die Spannung VE einwirkende Überspannung ist Rauschen. Daher tritt dieses Rauschen in Zusammenhang damit auch in den Spannungen VE, V1, V2 auf. Falls das Rauschen häufig in einem kurzen Zeitraum um die Erkennungsschwellen VTE, VT1, VT2 auftritt, tritt eine Spannungsspitze im Steuersignal CNT auf.
Allerdings ermöglicht, wie vorstehend beschrieben, das Bereitstellen einer Hysterese für jede der Erkennungsschwellen VTE, VT1, VT2 das Verhindern, dass eine Spannungsspitze im Steuersignal CNT auftritt.
Als Technik, um zu ermöglichen, dass die Erkennungsschwellen VTE, VT1, VT2 eine Hysterese aufweisen, kann beispielsweise ein Transistor verwendet werden, um das Spannungsteilungsverhältnis der in 4 dargestellten Widerstände 404, 405 nach Bedarf zu ändern, wenn ein Spannungsabfall erkannt wird, oder die Spannungsabfall-Erkennungsschaltungen 400, 401, 402 können alternativ als Schmitt-Trigger-Logikschaltung ausgelegt werden.
Auf diese Weise kann zusätzlich zu den gleichen vorteilhaften Wirkungen die bei der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform die Frequenz des Ein- und Ausschaltens des Taktsignals CLK infolge des Auftretens von Spannungsspitzen im Steuersignal CNT verringert werden.
Deshalb wird der Betrieb des in 1 dargestellten Prozessors 105 weniger instabil, so dass sich eine fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung 100 mit einer höheren Widerstandsfähigkeit gegen Fehlfunktionen verwirklichen lässt.
Es sei bemerkt, dass die Erkennungsschwellen VTEl, VT1l, VT2l voneinander verschiedene Spannungswerte sein können. Jeder der Spannungsbereiche, in denen der Prozessor und der Oszillator normal arbeiten können, können durch Simulation, Experimente oder dergleichen bestimmt werden, und die Erkennungsschwellen VT1l, VT2l können auf der Grundlage des Ergebnisses unabhängig festgelegt werden.
Dies ermöglicht eine Verringerung unnötiger Aktivierungen des Steuersignals CNT. Ferner kann die Erkennungsschwelle VTEl auf einen Spannungswert gesetzt werden, bei dem Schwankungen der Versorgungsspannung während Funkwelleneinstrahlungstests nicht falsch erkannt werden.
<Über die Spannung VE bei einem Funkwelleneinstrahlungstest>
11 ist eine der Erläuterung dienende Graphik, worin eine als Beispiel dienende Spannungsschwankungswellenform der während eines Funkwelleneinstrahlungstests an den Stromversorgungsanschluss 101 angelegten Spannung VE dargestellt ist.
Hier wird der Funkwelleneinstrahlungstest als BCI(Bulk Current Injection)-Test, TEM(Tranceverse Electromagnetic)-Zellentest oder dergleichen bezeichnet, wobei ein Kabelbaum und eine fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung mit Funkwellen bestrahlt werden.
Während der Bestrahlung mit Funkwellen wird beispielsweise dem Stromversorgungsanschluss 101 der in 1 dargestellten fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung 100 eine Spannung 1100 bereitgestellt, der eine Sinuswelle überlagert ist. In diesem Moment liegt eine Spannungsschwankung ΔV in einem Bereich, der ausreichend unter der Spannungsschwankung infolge einer Überspannung liegt und hauptsächlich durch die Regler 102, 102a absorbiert wird.
Andererseits kann anders als bei einer Überspannung der Routinebetrieb der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung 100 abhängig von Bedingungen infolge der lang andauernden Bestrahlung bei verschiedenen Frequenzen unterbrochen gehalten werden, falls das Anlegen des Taktsignals CLK jedes Mal dann unterbrochen wird, wenn von der Spannungsüberwachungsschaltung 104 eine Erkennung erfolgt.
Um dies zu vermeiden, wird beim Funkwelleneinstrahlungstest die Erkennungsschwelle VTEl vorzugsweise unter einen Pegel 1101 gelegt, der um ΔV gegenüber der Spannung VE abgesenkt ist, um eine Aktivierung des Steuersignals CNT zu vermeiden.
Fünfte Ausführungsform
<Überblick>
Gemäß der fünften Ausführungsform wird eine Technik beschrieben, bei der der in 1 dargestellte Schalter 107 gemäß der ersten Ausführungsform eine Taktformungsfunktion zum Formen der Wellenform des Taktsignals CLK aufweist.
<Als Beispiel dienende Konfiguration des Schalters>
12 ist ein der Erläuterung dienendes Diagramm einer als Beispiel dienenden Konfiguration des Schalters 107 gemäß der fünften Ausführungsform. Es sei bemerkt, dass die Konfiguration der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung 100 der in 1 dargestellten gemäß der ersten Ausführungsform ähnelt und sich durch den in 12 dargestellten Schalter 107 davon unterscheidet.
Der Schalter 107 weist Inverter 1201 bis 1209, NAND(negatives-UND) -Schaltungen 1210 bis 1220 und NOR(negatives-ODER)-Schaltungen 1221, 1222 auf.
Der Takt OSC des Oszillators 106 in 1 wird in einen Eingangsteil des Inverters 1201, einen ersten Eingangsteil der NAND-Schaltung 1210 und einen der Eingangsteile der NAND-Schaltung 1216 eingegeben. Das Steuersignal der Spannungsüberwachungsschaltung 104 in 1 wird in einen Eingangsteil des Inverters 1202 eingegeben.
Ein Ausgangsteil des Inverters 1202 ist mit einem dritten Eingangsteil der NAND-Schaltung 1210, einem dritten Eingangsteil der NOR-Schaltung 1222 und einem zweiten Eingangsteil der NAND-Schaltung 1217 verbunden.
Ein Ausgangsteil der NAND-Schaltung 1210 ist mit einem Eingangsteil des Inverters 1203 verbunden, und ein Ausgangsteil des Inverters 1203 ist mit einem der Eingangsteile der NOR-Schaltung 1221 verbunden. Ein Ausgangsteil der NOR-Schaltung 1221 ist mit einem der Eingangsteile der NAND-Schaltung 1211 verbunden, und ein Ausgangsteil der NAND-Schaltung 1211 ist mit einem der Eingangsteile der NAND-Schaltung 1212 verbunden.
Die in Reihe geschalteten Inverter 1206 bis 1209 sind zwischen einen Ausgangsteil der NAND-Schaltung 1212 und einen der Eingangsteile der NAND-Schaltung 1213 geschaltet. Ein Ausgangsteil der NAND-Schaltung 1213 ist mit einem der Eingangsteile der NAND-Schaltung 1214 verbunden, und ein Ausgangsteil der NAND-Schaltung 1214 ist mit einem der Eingangsteile der NAND-Schaltung 1215 verbunden.
Ferner ist der andere Eingangsteil der NAND-Schaltung 1215 mit einem Ausgang des Inverters 1204 verbunden und ist ein Ausgangsteil der NAND-Schaltung 1215 mit einem Eingangsteil des Inverters 1205 verbunden. Ein Ausgangsteil des Inverters 1205 dient als Ausgangsteil des Schalters 107, und das Taktsignal CLK wird vom Ausgangsteil des Schalters 107 ausgegeben, um dem Prozessor 105 aus 1 bereitgestellt zu werden.
Der Ausgangsteil der NAND-Schaltung 1212 ist mit jedem der anderen Eingangsteile der NAND-Schaltungen 1211, 1213, einem zweiten Eingangsteil der NAND-Schaltung 1210 und einem ersten Eingangsteil der NOR-Schaltung 1222 verbunden.
Der andere Eingangsteil der NAND-Schaltung 1212 ist mit einem Ausgangsteil der NAND-Schaltung 1216 verbunden, und ein Ausgangsteil der NOR-Schaltung 1222 ist mit dem anderen Eingangsteil der NAND-Schaltung 1216 und einem der Eingangsteile der NAND-Schaltung 1218 verbunden.
Ein Ausgangsteil der NAND-Schaltung 1217 ist mit einem der Eingangsteile der NAND-Schaltung 1219 verbunden, und ein Ausgangsteil der NAND-Schaltung 1218 ist mit einem der Eingangsteile der NAND-Schaltung 1220 verbunden.
Ein Ausgangsteil der NAND-Schaltung 1219 ist mit dem anderen Eingangsteil der NAND-Schaltung 1220 verbunden, und ein Ausgangsteil der NAND-Schaltung 1220 ist mit einem Eingangsteil des Inverters 1204, dem anderen Eingangsteil der NAND-Schaltung 1219, dem anderen Eingangsteil der NOR-Schaltung 1221, einem zweiten Eingangsteil der NOR-Schaltung 1222 und einem ersten Eingangsteil der NAND-Schaltung 1217 verbunden.
Ein Ausgangsteil des Inverters 1201 ist mit dem anderen Eingangsteil der NAND-Schaltung 1214, einem dritten Eingangsteil der NAND-Schaltung 1217 und dem anderen Eingangsteil der NAND-Schaltung 1218 verbunden. Der Ausgangsteil des Inverters 1204 ist mit dem anderen Eingangsteil der NAND-Schaltung 1215 verbunden.
<Beschreibung der Taktformungsfunktion des Schalters>
Nachfolgend wird der Betrieb des Schalters 107 mit der in 12 dargestellten Konfiguration beschrieben.
13 ist ein der Erläuterung dienendes Diagramm einer als Beispiel dienenden Arbeitswellenform im Schalter 107 in 12. 13 zeigt von oben nach unten getrennt Signalzeitabläufe für den vom Oszillator 106 ausgegebenen Takt OSC, das von der Spannungsüberwachungsschaltung 104 ausgegebene Steuersignal CNT und die vom Schalter 107 ausgegebenen Taktsignale CLKa, CLK. Es sei bemerkt, dass das Taktsignal CLKa ein vom Schalter 107 ohne die Taktformungsfunktion ausgegebenes Taktsignal ist und dass das Taktsignal CLK ein vom Schalter 107 in 12, d. h. dem Schalter 107 mit der Taktformungsfunktion, ausgegebenes Taktsignal ist.
Die Taktformungsfunktion im in 12 dargestellten Schalter 107 wird nachstehend detailliert beschrieben.
Zuerst wird das vom Schalter 107 ohne die Taktformungsfunktion ausgegebene Taktsignal CLKa beschrieben.
Weil externes Rauschen in der Art einer Überspannung zufällig einwirkt, ist auch der Zeitpunkt T1 zufällig, zu dem das Steuersignal CNT für das Beenden des Takts OSC einer Oszillationswellenform im Oszillator 106 aktiviert wird.
Ebenso ist auch die Zeit T2, zu der das Steuersignal CNT abgeschaltet wird, zufällig. Unter der Annahme, dass das Steuersignal CNT zur Zeit T2, wie in 13 dargestellt, abgeschaltet wird, d. h. deaktiviert wird, ist der Takt OSC zur Zeit T2 hoch.
In diesem Fall ist beim Schalter 107 ohne die Taktformungsfunktion, wenn das Steuersignal CNT abgeschaltet wird, d. h. deaktiviert wird, das vom Schalter 107 ausgegebene Taktsignal CLKa hoch, und das Taktsignal CLKa wird in etwa zur gleichen Zeit niedrig, zu der der Takt OSC niedrig wird. Daher wird ein Puls, der kürzer ist als jener des normalen Taktsignals, an den Prozessor 105 angelegt.
Deshalb kann die für den Normalbetrieb des Prozessors 105 benötigte Einrichtungszeit/Haltezeit nicht gewährleistet werden, so dass eine Fehlfunktion im Prozessor 105 auftreten kann. Die Taktformungsfunktion im Schalter 107 hält den Zustand des Takts OSC zu der Zeit, zu der das Steuersignal CNT aktiviert wird, um zu verhindern, dass ein solches Taktsignal mit einem kürzeren Puls ausgegeben wird. Wenn das Steuersignal CNT abgeschaltet ist, wird der Takt OSC dann aus dem Zustand wiederhergestellt.
<Taktsignalübergang>
Nachfolgend wird das vom Schalter 107 mit der Taktformungsfunktion ausgegebene Taktsignal CLK mit Bezug auf 14 beschrieben.
14 ist ein der Erläuterung dienendes Diagramm eines als Beispiel dienenden Zustandsübergangs im Schalter 107 in 12.
Zur Zeit T1, zu der das Steuersignal CNT aktiviert ist, ist der Takt OSC niedrig, und wenn das Steuersignal CNT zur Zeit T2 abgeschaltet wird, wird der Takt OSC im niedrigen Zustand ausgegeben. In 14 wird ein Zustand S00 unter Normalbedingungen hergestellt, und der Takt OSC wird als Taktsignal CLK ausgegeben.
Wenn das Steuersignal CNT hoch wird, während der Takt OSC niedrig ist, geschieht ein Übergang in den Zustand S01, so dass das Taktsignal CLK fest auf niedrig gelegt wird. Die Spannungen VE, V1, V2 werden wiederhergestellt, und das Steuersignal CNT wird niedrig, woraufhin der Zustand S01 bestehen bleibt, bis der Takt OSC niedrig wird, und erst nachdem der Takt OSC niedrig geworden ist, geschieht der Übergang zurück zum Zustand S00.
Ebenso geschieht, wenn das Steuersignal CNT hoch wird, wenn der Takt OSC hoch ist, ein Übergang in den Zustand S10, so dass die Ausgabe des Taktsignals CLK fest auf hoch gelegt ist. Nachdem das Steuersignal CNT niedrig geworden ist, bleibt der Zustand S10 bestehen, bis der Takt OSC hoch wird, und nachdem der Takt OSC hoch geworden ist, geschieht der Übergang zurück zum Zustand S00.
Auf diese Weise kann zusätzlich zu den gleichen Vorteilen wie bei der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform der die Einrichtungszeit/Haltezeit erfüllende Takt CLK dem Prozessor bereitgestellt werden, selbst wenn zu irgendeiner Zeit eine Überspannung einwirkt. Daher kann die Widerstandsfähigkeit gegen Fehlfunktionen weiter verbessert werden.
Sechste Ausführungsform
<Überblick>
In der sechsten Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem der Schaltungsblock der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung 100 durch das in 8 dargestellte Isolationsgebiet 802 gemäß der dritten Ausführungsform isoliert ist.
<Als Beispiel dienendes Layout der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung>
15 ist ein der Erläuterung dienendes Blockdiagramm eines als Beispiel dienenden Layouts der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung 100 gemäß der sechsten Ausführungsform.
Wie in 15 dargestellt ist, weist die fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung 100 den Stromversorgungsanschluss 101, die Überspannungs-Schutzschaltung 600, die Regler 102, 102a, die Spannungsabfall-Erkennungsschaltungen 400, 401, 402, einen Schaltungsblock 508, den Oszillator 106, den Schalter 107, den Prozessor 105 und einen Stromversorgungsring 1509 auf. Der Schaltungsblock 1508 weist die NAND-Schaltung 407 und die Pegelwandlungsschaltung 502 auf. Der Stromversorgungsring 1509 versorgt den Prozessor 105 und dergleichen mit Strom.
Bei der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung 100 sind die Schaltungsblöcke durch das Isolationsgebiet 802 isoliert, wie in 15 dargestellt ist.
Wie zuvor beschrieben wurde, kann, wenn eine negative Überspannung einwirkt, die dem Prozessor 105 bereitzustellende Spannung infolge des Einflusses des parasitären Transistors abfallen. Um dies zu vermeiden, stellt insbesondere das Isolationsgebiet 802 eine Isolation zwischen zwei Gruppen bereit, wobei die eine aus der Überspannungs-Schutzschaltung 600, den Reglern 102, 102a und den Spannungsabfall-Erkennungsschaltungen 400, 402 besteht und die andere aus der Spannungsabfall-Erkennungsschaltung 401, dem Schaltungsblock 1508, dem Oszillator 106, dem Schalter 107 und dem Prozessor 105 besteht. Mit anderen Worten sind der durch die Spannung VE betriebene Schaltungsblock und der durch die Spannungen V1, V2 betriebene Schaltungsblock durch das Isolationsgebiet 802 isoliert. Der durch die Spannung VE betriebene Schaltungsblock bildet den Schaltungsblock, an den eine negative Spannung angelegt werden kann, wenn eine Überspannung einwirkt.
Auf diese Weise kann der Strom verringert werden, der durch den parasitären Transistor 701 in 7 und dergleichen zum Stromversorgungsanschluss 101 fließt, so dass die Spannung V1 während eines längeren Zeitraums stabil gehalten werden kann.
Siebte Ausführungsform
<Überblick>
In der siebten Ausführungsform wird ein unter Verwendung der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung 100 konfiguriertes fahrzeuginternes Sensorsystem beschrieben.
<Als Beispiel dienende Konfiguration des fahrzeuginternen Sensorsystems>
16 ist ein der Erläuterung dienendes Blockdiagramm einer als Beispiel dienenden Konfiguration eines fahrzeuginternen Sensorsystems gemäß der siebten Ausführungsform.
Wie in 16 dargestellt ist, weist das fahrzeuginterne Sensorsystem ein Sensorelement 1600 und die fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung 100 auf. Das Sensorelement 1600 ändert seine elektrischen Eigenschaften auf der Grundlage einer physikalischen Größe, die beispielsweise durch einen Luftströmungssensor oder dergleichen gemessen werden kann. Der Luftströmungssensor misst die vom Motor aufgenommene Luftmenge . Wenngleich hier der Fall beschrieben wird, in dem das Sensorelement 1600 ein Luftströmungssensor ist, braucht das Sensorelement 1600 lediglich ein Element zu sein, dessen elektrischen Eigenschaften sich auf der Grundlage der vorstehend beschriebenen physikalischen Größe ändern, so dass das Sensorelement 1600 nicht auf diesen Fall beschränkt ist.
Auch ist in 16 der Luftströmungssensor als eine diskrete Komponente dargestellt, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann der Luftströmungssensor integral mit der fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung 100 ausgebildet sein.
Die fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung 100 weist zusätzlich zur Konfiguration der in 1 dargestellten fahrzeuginternen Halbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform Regler 1603, 1604 auf. Ferner weist die interne Schaltung 103 eine Analogschaltung 1608, eine Ausgangsschaltung 1607 und einen Ausgangsanschluss 1602 zusätzlich zur Konfiguration der internen Schaltung 103 aus 1 auf.
Der Regler 1603 erzeugt eine der Ausgangsschaltung 1607 bereitzustellende Arbeitsspannung anhand der von der ECU zugeführten Spannung VE. Der Regler 1604 erzeugt anhand der Spannung VE eine der Analogschaltung 1608 bereitzustellende Arbeitsspannung.
Der Prozessor 105 steuert das Sensorelement 1600 durch die Analogschaltung 1608. Ferner erhält der Prozessor 105 ein vom Sensorelement 1600 ausgegebenes Signal durch die Analogschaltung 1608. Die Analogschaltung 1608 führt eine so genannte A/D-Wandlung aus, wobei das vom Sensorelement 1600 ausgegebene Analogsignal in ein DigitalSignal umgewandelt wird, und die Analogschaltung 1608 gibt das Umwandlungsergebnis an den Prozessor 105 aus.
Der Prozessor 105 führt eine Rechenoperation am von der Analogschaltung 1608 empfangenen Digitalsignal aus. Die Rechenoperation umfasst beispielsweise eine Datenkorrektur des Digitalsignals oder dergleichen. Die Daten nach der Rechenoperation werden über die Ausgangsschaltung 1607 vom Prozessor 105 an den Ausgangsanschluss 1602 ausgegeben.
Der Ausgangsanschluss 1602 ist mit der ECU verbunden. Die ECU führt eine Motorsteuerung auf der Grundlage der von der Ausgangsschaltung 1607 ausgegebenen Daten aus. Wie vorstehend beschrieben wurde, gibt die ECU, wenn das Sensorelement 1600 ein Luftströmungssensor ist, einen Steuerbefehl für einzuspritzenden Kraftstoff auf der Grundlage der von der Ausgangsschaltung 1607 ausgegebenen Daten aus.
Auf diese Weise werden die Signale des Sensorelements 1600 durch die fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung 100 mit einer hohen Widerstandsfähigkeit gegen Fehlfunktionen verarbeitet. Dies ermöglicht eine Erhöhung der Zuverlässigkeit des fahrzeuginternen Sensorsystems.
Wenngleich die Erfindung auf der Grundlage von Ausführungsformen detailliert beschrieben wurde, ist sie nicht auf die Ausführungsformen beschränkt, und es ist offensichtlich, dass daran verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne von ihrem Gedanken oder Schutzumfang abzuweichen.
Es sei bemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend erwähnten Ausführungsformen beschränkt ist und dass verschiedene Modifikationen eingeschlossen sind. Beispielsweise wurden die vorstehend erwähnten Ausführungsformen detailliert beschrieben, um die vorliegende Erfindung leichter verständlich zu machen, und sie sind nicht notwendigerweise auf alle vorstehend erwähnten Konfigurationen beschränkt.
Ferner kann ein Teil der Konfiguration einer Ausführungsform durch die Konfiguration einer anderen Ausführungsform ersetzt werden, oder kann die Konfiguration einer Ausführungsform zur Konfiguration einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. Ferner kann für einen Teil der Konfiguration jeder Ausführungsform eine andere Konfiguration hinzugefügt, fortgenommen und ausgetauscht werden.
Bezugszeichenliste

100: Fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung
101: Stromversorgungsanschluss
102: Regler
102a: Regler
103: interne Schaltung
104: Spannungsüberwachungsschaltung
105: Prozessor
106: Oszillator
107: Schalter
400: Spannungsabfall-Erkennungsschaltung
401: Spannungsabfall-Erkennungsschaltung
402: Spannungsabfall-Erkennungsschaltung
403: Pegelwandlungsschaltung
404: Widerstand
405: Widerstand
406: Transistor
407: NAND-Schaltung
408: Stromversorgung
500: Regler
501: Kondensator
502: Pegelwandlungsschaltung
600: Überspannungs-Schutzschaltung
601: Reserveschaltung
602: Überspannungs-Schutzwiderstand
603: Klemmelement
700: parasitäre Diode
701: parasitärer Transistor
710: Transistor
711: Transistor
712: Stromversorgung
713: Verstärker
714: Widerstand
715: Widerstand
800: N-Wanne
801: N-Wanne
802: Isolationsgebiet
803: P-leitendes Substrat

Claims

Fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung (100), welche Folgendes aufweist: eine interne Schaltung (103) und eine Spannungsüberwachungseinheit (104, 107), die den Pegel einer ersten Spannung (VE), die eine von außen angelegte Arbeitsspannung ist, überwacht, wobei die erste Spannung (VE) von einer Motorsteuereinheit zugeführt wird, und wobei die Spannungsüberwachungseinheit (104, 107) die interne Schaltung (103) abschaltet, wenn der Pegel der ersten Spannung (VE) unterhalb eines festgelegten Werts (VTE) liegt, und die interne Schaltung (103) aktiviert, wenn der Pegel der ersten Spannung (VE) den festgelegten Wert (VTE) überschreitet.
Fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 1, welche ferner eine Überspannungs-Schutzschaltung (600) aufweist, die eine auf die erste Spannung (VE) einwirkende Überspannung absorbiert, wobei die von der Spannungsüberwachungseinheit (104, 107) überwachte erste Spannung (VE) von der Überspannungs-Schutzschaltung (600) bereitgestellt wird.
Fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung (100), welche Folgendes aufweist: einen ersten Regler (102), der den Pegel einer von außen zugeführten ersten Spannung (VE) umwandelt, um eine zweite Spannung (V1) zu erzeugen, einen zweiten Regler (102a), der den Pegel der ersten Spannung (VE) umwandelt, um eine dritte Spannung (V2) zu erzeugen, eine interne Schaltung (103), welcher die zweite Spannung (V1) und die dritte Spannung (V2) bereitgestellt werden, und eine Spannungsüberwachungseinheit (104, 107), welche die erste (VE), die zweite (V1) und die dritte Spannung (V2) überwacht, wobei die interne Schaltung (103) Folgendes aufweist: einen Prozessor (105), der durch die vom ersten Regler (102) bereitgestellte zweite Spannung (V1) betrieben wird, und einen Oszillator (106), der durch die vom zweiten Regler (102a) bereitgestellte dritte Spannung (V2) betrieben wird, wobei der Oszillator (106) ein als Arbeitstakt für den Prozessor (105) dienendes Taktsignal (CLK) erzeugt, und wobei die Spannungsüberwachungseinheit (104, 107) die Bereitstellung des Taktsignals (CLK) für den Prozessor (105) beendet, wenn der Pegel der ersten (VE), der zweiten (V1) und/oder der dritten Spannung (V2) unterhalb eines festgelegten Werts (VTE, VT1, VT2) liegt, und das Taktsignal (CLK) dem Prozessor (105) bereitstellt, wenn die Pegel der ersten (VE), der zweiten (V1) und der dritten Spannung (V2) alle den festgelegten Wert (VTE, VT1, VT2) überschreiten.
Fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 3, welche ferner eine Überspannungs-Schutzschaltung (600) aufweist, die eine auf die erste Spannung (VE) einwirkende Überspannung absorbiert, wobei die von der Spannungsüberwachungseinheit (104, 107) überwachte erste Spannung (VE) von der Überspannungs-Schutzschaltung (600) bereitgestellt wird.
Fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei die Spannungsüberwachungseinheit (104, 107) Folgendes aufweist: eine Spannungsüberwachungsschaltung (104), die ein erstes Steuersignal (CNT) ausgibt, wenn der Pegel der ersten (VE), der zweiten (V1) und/oder der dritten Spannung (V2) unterhalb des festgelegten Werts (VTE, VT1, VT2) liegt, und ein zweites Steuersignal (CNT) ausgibt, wenn die Pegel der ersten (VE), der zweiten (V1) und der dritten Spannung (V2) alle den festgelegten Wert (VTE, VT1, VT2) überschreiten, und eine Schaltereinheit (107), welche auf der Grundlage des ersten Steuersignals (CNT) oder des zweiten Steuersignals (CNT), das von der Spannungsüberwachungsschaltung (104) ausgegeben wird, das Taktsignal (CLK) dem Prozessor (105) bereitstellt oder die Bereitstellung des Taktsignals (CLK) für den Prozessor (105) beendet.
Fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 5, wobei die Spannungsüberwachungsschaltung (104) Folgendes aufweist: eine erste Spannungsabfall-Erkennungsschaltung (400), die ein erstes Erkennungssignal ausgibt, wenn der Pegel der ersten Spannung (VE) unterhalb eines ersten festgelegten Werts (VTE) liegt, und ein zweites Erkennungssignal ausgibt, wenn der Pegel der ersten Spannung (VE) den ersten festgelegten Wert (VTE) überschreitet, eine zweite Spannungsabfall-Erkennungsschaltung (401), die ein drittes Erkennungssignal ausgibt, wenn der Pegel der zweiten Spannung (V1) unterhalb eines zweiten festgelegten Werts (VT1) liegt, und ein viertes Erkennungssignal ausgibt, wenn der Pegel der zweiten Spannung (V1) den zweiten festgelegten Wert (VT1) überschreitet, eine dritte Spannungsabfall-Erkennungsschaltung (402), die ein fünftes Erkennungssignal ausgibt, wenn der Pegel der dritten Spannung (V2) unterhalb eines dritten festgelegten Werts (VT2) liegt, und ein sechstes Erkennungssignal ausgibt, wenn der Pegel der dritten Spannung (V2) den dritten festgelegten Wert (VT2) überschreitet, und einen Steuersignalgenerator (407), der das erste Steuersignal (CNT) an die Schaltereinheit (107) ausgibt, wenn das erste, das dritte und/oder das fünfte Erkennungssignal eingegeben wird, und das zweite Steuersignal (CNT) an die Schaltereinheit (107) ausgibt, wenn das zweite, das vierte und das sechste Erkennungssignal alle eingegeben werden.
Fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 6, welche ferner eine Pegelwandlungsschaltung (502) aufweist, die entweder das erste bis sechste Erkennungssignal in eine Spannung umwandelt, die mit einem Spannungspegel des Steuersignalgenerators (407) übereinstimmt, oder das erste und das zweite Steuersignal (CNT), die von der Spannungsüberwachungsschaltung (104) ausgegeben werden, in eine Spannung umwandelt, die mit einem Spannungspegel der Schaltereinheit (107) übereinstimmt.
Fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 6, wobei zumindest einer vom ersten bis dritten festgelegten Wert (VTE, VT1, VT2) der jeweiligen ersten bis dritten Spannungsabfall-Erkennungsschaltung (400-402) eine Hysterese aufweist.
Fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 5, welche ferner einen dritten Regler (500) aufweist, der den Pegel der ersten Spannung (VE) umwandelt, um eine vierte Spannung (VM) zu erzeugen, wobei die vom dritten Regler (500) erzeugte vierte Spannung (VM) der Spannungsüberwachungsschaltung (104) als Arbeitsspannung bereitgestellt wird.
Fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei ein Isolationsgebiet (802) zur elektrischen Isolation zwischen Halbleiterelementen zwischen einer ersten N-Wanne (800) und einer zweiten N-Wanne (801), die auf einem Halbleitersubstrat (803) ausgebildet sind, definiert ist, die erste Spannung (VE) an die erste N-Wanne (800) angelegt wird, die zweite Spannung (V1) an die zweite N-Wanne (801) angelegt wird und das Isolationsgebiet (802) einen solchen Abstand aufweist, dass bewirkt wird, dass die Stromverstärkung eines parasitären Bipolartransistors (701) höchstens 0,5 beträgt, wobei der parasitäre Bipolartransistor (701) durch die erste N-Wanne (800), die zweite N-Wanne (801) und das Halbleitersubstrat (803) gebildet ist.
Fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei ein Isolationsgebiet (802) zur elektrischen Isolation zwischen Halbleiterelementen zwischen einer ersten N-Wanne (800) und einer zweiten N-Wanne (801), die auf einem Halbleitersubstrat (803) ausgebildet sind, definiert ist, die erste Spannung (VE) an die erste N-Wanne (800) angelegt wird, die zweite Spannung (V1) an die zweite N-Wanne (801) angelegt wird und das Isolationsgebiet (802) eine Länge von wenigstens 100 µm aufweist.
Fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 5, wobei die Schaltereinheit (107) den Zustand des Taktsignals (CLK) hält, wenn das erste Steuersignal (CNT) eingegeben wird und, wenn das zweite Steuersignal (CNT) eingegeben wird, die Schaltereinheit (107), falls das vom Oszillator (106) ausgegebene Taktsignal (CLK) und das gehaltene Taktsignal (CLK) unterschiedliche Logikwerte aufweisen, den Logikwert des gehaltenen Taktsignals (CLK) ausgibt, bis das vom Oszillator (106) ausgegebene Taktsignal (CLK) und das gehaltene Taktsignal (CLK) den gleichen Logikwert aufweisen.
Fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei die Fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung (100) ein Signal verarbeitet, das von einem Sensorelement (1600) erhalten wird, dessen elektrischen Eigenschaften sich auf der Grundlage einer physikalischen Größe ändern.
Fahrzeuginterne Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei die erste Spannung (VE) von einer Motorsteuereinheit zugeführt wird.