JP2005065364A - Semiconductor integrated circuit and magnetic disk memory - Google Patents

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Yasuhiko Konoue
康彦 鴻上
Isao Shimizu
勲 志水
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor integrated circuit technology which can shorten the developing period of an LSI for controlling an information device, such as a hard disc unit, etc. <P>SOLUTION: The semiconductor integrated circuit and a magnetic disk memory include a plurality (111-117) sets (channels) of PWM modulating circuits (PWM1-PWM7) and output driver circuits (DRV1-DRV7) driven by PWM control pulses generated from the PWM modulating circuits, programmable arithmetic circuits (173, 176) which are constituted to be arbitrarily combined and which can execute an arbitrary process by an externally loaded program, a programmable sequence control circuit (175) for generating a control signal for operating the arithmetic circuit and the channel in an arbitrary order by the externally loaded program, and ports (171, 172) for loading the program. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転駆動用の3相ブラシレスモータやアクチュエータとして機能する直流モータ、直流電源を発生するDC−DCコンバータなどPWM(パルス幅変調)制御駆動可能な複数のドライバを制御する制御用半導体集積回路に適用して有効な技術に関するものであって、たとえばハードディスク(ハード・ディスク・ドライブ)装置などの情報機器の駆動制御装置に利用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ハードディスク装置における磁気ディスクの回転には、一般にスピンドルモータと呼ばれる3相ブラシレスモータが用いられており、スピンドルモータで磁気ディスクを高速で回転させ、この回転している磁気ディスクに表面にリード/ライト用の磁気ヘッドを近接させてボイスコイルモータなどのアクチュエータにより磁気ディスクの径方向へ移動させながら情報の書込みまたは読み取りを行なっている。
【0003】
従来、スピンドルモータとアクチュエータとでは駆動の仕方が異なるのでそれぞれ異なる仕様で設計された制御回路で駆動制御が行なわれていた。一方、ハードディスク装置に代表される小型情報機器の分野では低価格化に対する要求が高いため、ハードディスク装置では、スピンドルモータやアクチュエータの駆動制御およびこれらの制御に必要な直流電源電圧を生成する電源回路を、1つの半導体チップ上に集積化し低コスト化を図るようになって来ている。
スピンドルモータの駆動制御回路とボイスコイルモータの駆動制御回路とを1チップ化した発明としては例えば特許文献1に開示されているものがある。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−275387号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来のハードディスク装置の駆動制御系は、一般にアナログ制御回路と出力段(ドライバ)とから構成されており、出力段の形態もAB級パワーアンプ、フルブリッジ回路、ハイサイドドライバ、ローサイドドライバなど様々の形態を有している。
【0006】
また、ハードディスク装置においては、メーカー毎さらには装置毎にスピンドルモータやボイスコイルモータの駆動制御に関する仕様が異なっており、制御用LSIメーカーはユーザーである装置メーカーが機種変更をするたびにLSIの仕様変更を強いられる。そのため、上記のようにスピンドルモータの駆動制御回路とボイスコイルモータの駆動制御回路とを1チップ化した制御用LSIでは、新しい仕様に対応したLSIを開発するための期間が長くなるとともに、短期間に開発を終了するには非常に多くの人手を必要とし、コストアップを招くという課題がある。
【0007】
かかる課題は、ハードディスク装置のみでなく、同様なハードウェア構成を有するDVD(ディジタルビデオディスク)装置や複数のアクチュエータを有するプリンタなどの情報機器、OA機器、ロボット、自動車などにおいても生じる課題である。
【0008】
本発明の目的は、ハードディスク装置などの情報機器の制御用LSIの開発期間を短縮することができる半導体集積回路技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、ハードディスク装置などの情報機器において仕様変更があっても速やかに対応することができる柔軟性の高い制御用LSIを提供することにある。
本発明の他の目的は、同一種類であっても互いに仕様の異なる情報機器に対応することができる汎用性の高い制御用LSIを提供することにある。
【0009】
本発明のさらに他の目的は、ハードディスク装置やDVD装置、プリンタなど互いに機能の異なる情報機器、OA機器、ロボット、自動車など複数のモータやアクチュエータを有する装置に対応することができる汎用性の高い制御用LSIを提供することにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、PWM変調回路と該PWM変調回路で生成されたPWM制御パルスにより駆動される出力ドライバ回路との組(以下、チャネルと称する)を複数個(望ましくは7個以上)設け、かつ任意に組合せ可能に構成するとともに、外部からロードしたプログラムによって任意の演算処理を実行可能なプログラマブルな演算回路と、外部からロードしたプログラムによって任意の手順で上記演算回路およびチャネルを動作させる制御信号を生成するプログラマブルなシーケンス制御回路と、上記プログラムをロードするためのポートとを設けるようにしたものである。
【0011】
上記した手段によれば、上記複数のチャネルのうち3つのチャネルを使用することで3相ブラシレスモータの駆動回路を実現し、2つのチャネルを使用することでアクチュエータの駆動回路を実現し、1つのチャネルを使用することでDC−DCコンバータの駆動回路を実現することができ、さらにプログラマブルなシーケンス制御回路によってそれらの駆動回路を制御対象に応じて適宜動作させることができるため、ハードディスク装置やDVD装置、プリンタなど互いに機能の異なる情報機器に対応することができる汎用性の高い制御用LSIを提供することができる。
【0012】
また、上記演算回路における演算の内容を変更することで仕様の異なる装置に対応することができる。さらに、各チャネルにPWM変調回路を設けているので、DSPなどを汎用の制御装置による制御に比べて、制御対象がモータの場合にはトルクリップルが小さく、アクチュエータの場合には高速応答制御が可能で、スイッチングレギュレータの場合には電源の安定化が可能となり、本発明の制御用LSIを使用したシステムの性能を従来の専用に設計された制御用LSIを使用したシステムと同程度の性能にすることができる。
【0013】
また、本発明の制御用LSIにおいては、望ましくは、それぞれのLSIに特有の機能を持たせることができるようにするため、カスタムロジックもしくはFPGA(フィールドプログラマブル・ロジックアレイ)のような論理変更可能なロジック回路を内蔵させる。これにより、汎用性および柔軟性が高く、使用する装置に応じて性能もしくは機能を高めることができる制御用LSIを提供することができる。
【0014】
本出願の第2の発明は、半導体基板の一方の面に絶縁体からなる分離帯によって互いに電気的に分離された第1の素子形成領域および第2の素子形成領域を設け、前記第1の素子形成領域には埋込み絶縁層を形成し、前記第2の素子形成領域は少なくともその一辺が前記半導体基板の縁部まで延設するように形成するとともに、前記第2の素子形成領域には埋込み絶縁層を形成せずに前記第1の素子形成領域に形成されたトランジスタ素子よりも大きな電流が流されるトランジスタ素子を形成するようにした。
【0015】
かかる手段によれば、埋込み絶縁層のない第2の素子形成領域に形成されたトランジスタ素子に大きな電流が流されて熱が発生しても、その熱は速やかに基板側へ伝達されて放熱されるため、極端に温度が高くなって出力トランジスタの特性が変化するのを回避することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施態様を、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明に係る制御用LSIの一実施例の概略構成を示す。本実施例の制御用LSIは、符号111〜117で示すように、PWM変調回路PWM1〜PWM7と該PWM変調回路で生成されたPWM制御パルスにより駆動される出力ドライバ回路DRV1〜DRV7との組合わせが7チャネル設けられている。
また、外部端子に接続され外部のデバイスに流れる電流を検出するための3個の電流センス用抵抗Rs1〜Rs3およびこれらの抵抗の両端子間の電位差を増幅する電流センス用アンプ121,123,125が設けられている。
【0017】
さらに、外部端子に接続され端子間の電位差を増幅する3個の電圧センス用アンプ122,124,126も設けられている。尚、電流センスアンプおよび電圧センスアンプの個数は必要に応じて増やしても良い。
そして、これらのアンプ121〜126に対して共通のAD変換回路130が設けられており、AD変換回路130は各アンプの出力端子との間に設けられたスイッチSW1〜SW6によっていずれか1つのアンプの出力が入力されることにより、複数のアンプのアナログ出力を時分割でディジタル信号に変換して内部バス140上へ出力するように構成されている。
【0018】
また、本実施例の制御用LSIには、上記7チャネルのPWM変調回路PWM1〜PWM7を制御して出力ドライバ回路DRV1〜DRV7を駆動させるための出力制御回路151,152,153が設けられている。なお、これらの出力制御回路151,152,153は、制御回路全体ではなく後述のようにレジスタやDSP(ディジタルシグナルプロセッサ)と一体となって制御回路を構成する座標変換回路などの専用回路やカウンタなどからなる。
【0019】
本実施例では、出力制御回路151,152,153はチャネルセレクタ160を介して上記7チャネルのPWM変調回路PWM1〜PWM7に接続可能にされており、7チャネルのPWM変調回路PWM1〜PWM7のいずれをも制御可能に構成されている。出力制御回路151,152,153がDC−DCコンバータを制御するための回路として用意される場合、何ら専用回路が不要で単に内部バス140上の信号をPWM変調回路PWM1〜PWM7へ供給するバッファないしはパスとして機能する回路とすることができる。
【0020】
また、本実施例の制御用LSIには、マイクロプロセッサなど外部の装置との間でシリアル方式で信号のやり取りを行なうシリアル入出力インタフェース171、同じくパラレル方式で信号のやり取りを行なうパラレル入出力インタフェース172、加減算回路や乗除算回路およびマイクロプログラム方式の制御部などからなる公知のDSPと同様な構成を有するDSPユニット173、外部からロードされた制御用プログラムなどを記憶するRAM(ランダムアクセスメモリ)などからなるメモリ174、該メモリ174に格納されているプログラムに従ってチップ内部の制御信号を順次生成するシーケンサ175、データの一時保存に用いられるレジスタREG0〜REG15,REG.A〜REG.Fからなるレジスタ群176が設けられている。
【0021】
上記シーケンサ175は、メモリ174に格納されているプログラムの命令を順次読み出すためのアドレスを生成するプログラムカウンタや読み出された命令コードをデコードするデコーダなどから構成することができる。メモリ174としては、RAMの代わりに書込み消去可能なフラッシュメモリもしくはEEPROMのような不揮発性メモリを用いても良い。不揮発性メモリを使用した場合には、シーケンス制御用プログラムの他に、DC−DCコンバータなどチップ内部の回路のバラツキを調整するためのデータを同じメモリに記憶させるようにすることができる。
【0022】
さらに、本実施例の制御用LSIには、チップ内部の動作に必要なクロック信号φcを生成するための発振回路181や基準となる電圧Vrefを生成する基準電圧生成回路182、基準電圧Vrefと電源電圧Vccとを比較して電源電圧が立ち上がっているか判定するコンパレータ183、該コンパレータ183の出力に基づいてリセット信号RSを生成するパワーオンリセット回路184などが設けられている。
【0023】
上記のような構成を有する制御用LSIにあっては、3相ブラシレスモータとボイスコイルモータとDC−DCコンバータをそれぞれ1つずつ有するハードディスク装置やDVD装置などの制御システム(図2参照)を構成する場合は勿論、3相ブラシレスモータは持たず代わりにステッピングモータやDCモータなどのアクチュエータを2個有するプリンタなどの制御システム、3相ブラシレスモータを2個有するロボットなどの制御システム(図3参照)を構成する場合にも利用することができるため、極めて汎用性が高いLSIである。
【0024】
図2の制御システムでは、チャネル111〜113の出力端子に3相ブラシレスモータ(スピンドルモータ)M1のU相、V相、W相の各コイルの一端が接続され、チャネル114と116の出力端子にボイスコイルモータVCMのコイルの端子がそれぞれ接続され、チャネル117の出力端子にDC−DCコンバータの電圧変換用コイルLの一端が接続される。そして、出力制御回路151はスピンドルモータ出力制御回路として機能し、出力制御回路152はボイスコイルモータ出力制御回路として機能し、出力制御回路153はDC−DCコンバータ出力制御回路として機能するように構成される。このシステムでは、アンプ122とチャネル115は未使用とされる。
【0025】
図3の制御システムでは、チャネル111〜113の出力端子に第1の3相ブラシレスモータM1のU相、V相、W相の各コイルの一端が接続され、チャネル114〜116の出力端子に第2の3相ブラシレスモータM2のU相、V相、W相の各コイルの一端が接続され、チャネル117の出力端子にDC−DCコンバータの電圧変換用コイルLの一端が接続される。そして、出力制御回路151および152は共にスピンドルモータ出力制御回路として機能し、出力制御回路153はDC−DCコンバータ出力制御回路として機能するように構成される。このシステムでは、アンプ122と124は未使用とされる。
【0026】
図4にはセンサレス3相ブラシレスモータのPWM制御方式の駆動制御回路の一般的な構成例を、また図5には図4の駆動制御回路を図1のハードウェアの構成要素で実現する場合の構成の仕方を、図6には図2または図3のシステムにおける3相ブラシレスモータの制御部の各機能を図1のハードウェアの各回路に割り当てる場合の構成の一例を示す。
【0027】
図4に示されているように、センサレス3相ブラシレスモータのPWM制御方式の駆動制御回路は、電流センス用抵抗Rs1またはRs2,Rs3とアンプ121または123,125により検出された電流Isensに基づいて、3相コイルU,V,Wの各電流iuc,ivc,iwcをリアルタイムで再現する3相コイル電流再現回路231と、再現電流iuc,ivc,iwcを2相DC電流id,iqに座標変換するuvw/dq変換回路232と、変換された電流id,iqと電流指令値Id,Iqとの差分をとる減算器233と、電流id,iqと電流指令値Id,Iqとが等しくなるように出力電圧Vd,Vqを調整する電圧制御回路234と、電圧Vd,Vqを逆座標変換して3相交流電圧Vu,Vv,Vwを生成するdq/uvw変換回路235と、電圧Vd,Vqおよびid,iqと回転速度信号ωとから軸誤差Δθを演算する軸誤差演算回路236と、算出された軸誤差Δθと所定値「0」との差分をとる減算器237と、回転速度信号ωを生成する位相制御回路238と、回転速度信号ωを積分する積分回路238とから構成されており、位相制御回路238と積分回路239により軸誤差Δθが「0」になるようにPLL(フェーズロックドループ)制御が行なわれる。図4に示されている回路は、一般にベクトル制御部と呼ばれる。
【0028】
このベクトル制御部は、適切なトルクでモータを駆動するために電流再現部231からの再現電流iuc,ivc,iwcと外部のコントローラからの電流指令値Id,Iqに基づいて3相正弦波電圧値Vu,Vv,Vwの振幅と位相を制御するもので、かかるベクトル制御部は公知のベクトル制御部と同様の構成であるので詳しい説明は省略する。位相制御回路238で検出された回転速度信号ωは図外のコントローラに対しても供給され、コントローラは検出された回転数に応じて回転速度信号ωが一定となるように電流指令値を送ってくる。
【0029】
図4の駆動制御回路を図1のハードウェアの構成要素で実現する場合の構成の仕方を示す図5において、図1および図4に示されている回路と同一の回路には同一の符号が付されている。符号Mが付されているのは3相ブラシレスモータである。なお、図5においては、dq/uvw変換回路235とPWM変調回路PWM1〜PWM7との間のチャネルセレクタは図示が省略されている。電流センス用抵抗Rs1(Rs2)の両端子に接続されたアンプ121(123)の出力(検出電流Isens)がAD変換回路130によりディジタル信号に変換されて3相コイル電流再現回路231へ入力されていることからも、制御部230はディジタル回路であることが分かる。
【0030】
図5と図4とを比較すると明らかなように、図5においては、図4の制御部230を構成する回路のうち、3相コイル電流再現回路231と、uvw/dq変換回路232と、dq/uvw変換回路235と、軸誤差演算回路236と、減算器237のみが示され、電圧制御回路234と位相制御回路238と積分回路238は示されておらず、代わりにフィルタFLT1,FLT2,FLT3およびカウンタCNTが示されている。
【0031】
これは、ディジタル回路では、電流制御回路234と位相制御回路238と積分回路238の機能はフィルタ演算処理とカウンタ処理により実現できるためである。軸誤差演算回路236に関しても演算処理でその機能を実現することができるが、専用回路として設けても良い。減算器は図4では233と237の2つであるのに対し、図5では233a,233b,237の3つが示されているのは、図4ではもともと2つの減算器からなる233の減算器を図示の都合で1つとして示しているためであり、減算器に関しては図4と図5とでは何ら相違はない。
【0032】
図2または図3のシステムにおける3相ブラシレスモータの制御部の各機能を図1のハードウェアの各回路に割り当てる場合の構成の一例を示す図6において、図1および図4に示されている回路と同一の回路には同一の符号が付されている。図6において、3相ブラシレスモータの制御部は、出力制御回路151(または152)と、DSP173と、シーケンサ174と、レジスタ群176とによって構成される。
【0033】
図6と図4とを比較すると明らかなように、図6においては、図4の制御部230を構成する回路のうち、3相コイル電流再現回路231の機能を有するユニットUNIT1と、uvw/dq変換回路232およびdq/uvw変換回路235の機能を有するユニットUNIT2のみが示され、軸誤差演算回路236と、減算器237と、電流制御回路234と位相制御回路238と積分回路239は示されておらず、代わりにカウンタCNTが示されている。これは、前述したように、ディジタル回路では、電流制御回路234と軸誤差演算回路236と位相制御回路238と積分回路239の機能はフィルタ演算処理とカウンタ処理により実現できるためである。
【0034】
また、図6と図5とを比較すると明らかなように、図6においては、図5の制御部230を構成する回路のうち、フィルタFLT1,FLT2,FLT3および減算器233a,233b,237は示されていない。これは、ディジタル回路では、フィルタFLT1,FLT2,FLT3の機能はDSPとレジスタとを使用したフィルタ演算処理で実現でき、また減算器233a,233b,237の機能は例えばDSPに内蔵されている演算器で実現できるためである。
【0035】
一方、3相コイル電流再現回路231の機能と、uvw/dq変換回路232およびdq/uvw変換回路235の機能は、ディジタル演算処理の高速化を図るため、この実施例では3相コイル電流再現回路231の機能を有するユニットUNIT1と、uvw/dq変換回路232およびdq/uvw変換回路235の機能を有するユニットUNIT2を出力制御回路151に3相ブラシレスモータ専用のハードウェアとして設けている。カウンタに関しては、その機能をDSP内の演算器を用いて実現することが可能であるが、そのようにすると充分な速度が得られない。そこで、この実施例においては、カウンタ回路CNTも出力制御回路151に3相ブラシレスモータ専用のハードウェアとして設けている。
【0036】
なお、3相コイル電流再現回路231の機能を有するユニットUNIT1と、uvw/dq変換回路232およびdq/uvw変換回路235の機能を有するユニットUNIT2と、カウンタ回路CNTとを出力制御回路151のみならず、出力制御回路152にも設けることにより、図3に示すような2つの3相ブラシレスモータを駆動制御するシステムを比較的容易に構成することができるが、ユニットUNIT1とユニットUNIT2とカウンタ回路CNTとを出力制御回路151にのみ設けたとしても、それほど高い回転速度が要求されない場合、即ち高速のPWMキャリアや高速の電流サンプリングが要求されない場合には、この出力制御回路151を2つの3相ブラシレスモータの制御に時分割で使用することができる。また、かかる時分割制御はチャネルセレクタ160を適宜切り替えることで可能である。
【0037】
さらに、この実施例においては、3相コイル電流再現回路231の機能を有するユニットUNIT1は、その実現の仕方がユーザーであるシステムメーカーによって異なり、ユーザーがそれぞれ独自に蓄積したノウハウによる制御技術によって定義することが望ましいため、FPGAもしくはカスタム論理回路としてチップ上に搭載するようにされている。FPGAへのプログラミング(例えば素子間もしくは回路間の結線情報等の書込み)は、制御用LSIの提供を受けたユーザが行なうことができるが、メーカがユーザから回路設計データ等の情報を入手してLSIの製造工程(例えばテスト工程等)で行なうようにしてもよい。
【0038】
この実施例で使用されるDSP273は、図6に示されているように、アキュームレータ等の演算レジスタ731と、加減乗除算や積和演算、三角関数演算等の複雑な演算が可能なALU(演算論理ユニット)732と、演算制御用マイクロプログラムを格納するRAMもしくは不揮発性メモリからなるマイクロプログラムメモリ733と、該メモリからマイクロ命令を順次読み出してALU732や演算レジスタ731に対する制御信号を生成し制御するデコーダなどからなるマイクロシーケンサ734とから構成されている。ユーザーが要求するフィルタの伝達関数を実現するための専用のシーケンサとしてマイクロシーケンサがDSPユニットをシーケンサ175のプログラムとは独立に制御するので高速のフィルタ演算が可能となる。例えばマイクロプロセッサ制御では実現困難な100kHz以上のPWM制御や或いは高精度の高速回転制御が可能となる。その他のDSPユニット731の構成は、公知のDSPと同様であるので詳しい設明は省略する。
【0039】
本実施例の制御用LSIにおいては、上記マイクロプログラムメモリ733がRAMもしくは不揮発性メモリで構成され、シリアルポート171またはパラレルポート172からマイクロプログラムをロードすることができるように構成されているため、このマイクロプログラムを書き換えることで、例えば図5に示されているフィルタFLT1〜FLT3の伝達関数を変更して1次のフィルタや2次あるいは3次のフィルタを実現することができる。そのため、システムの柔軟性が高く、使用する3相ブラシレスモータに応じた最適な制御を行なえる制御回路を構築することができる。
【0040】
また、本実施例の制御用LSIにおいては、シーケンス制御用プログラムを格納するメモリ174もRAMもしくは不揮発性メモリで構成され、シリアルポート171またはパラレルポート172からプログラムをロードすることができるように構成されている。そのため、このシーケンス制御用プログラムを書き換えることで、例えばチャネルセレクタ160等の切替え制御信号を変更して図2に示されているような1個の3相ブラシレスモータと1個のアクチュエータと1個のDC−DCコンバータを駆動制御する制御回路を構築したり、図3に示されているような2個の3相ブラシレスモータと1個のDC−DCコンバータを駆動制御する制御回路を構築することができる。
【0041】
しかも、上記演算制御用プログラムおよびシーケンス制御用プログラムは、MATLAB等のシステム開発支援用のソフトウェア(開発ツール)を利用して基本アーキテクチャを設計した後、専用のコンパイラでシーケンサ175や734が解読可能な言語に変換することで効率良く作成することができる。作成されたプログラムは、ユーザーがシリアルポート171またはパラレルポート172からチップ内のマイクロプログラムメモリ733やメモリ174に書き込むことができるが、メーカーにおいて書き込むようにしても良い。また、メーカーがメモリにプログラムをロードする場合はパラレルポート172を使用し、ユーザーがそのプログラムを変更する場合はシリアルポートを使用するというようなポートの使い分けを行なうことも可能である。
【0042】
図7には、アクチュエータの一例としてのボイスコイルモータVCMをPWM駆動制御する制御回路の構成例を示す。図7において、図1に示されている回路と同一の回路には同一の符号を付して重複した説明は省略する。
図7に示されているように、ボイスコイルモータVCMの制御部は、ドライバDRV4,DRV5に流れる電流を検出するセンス用抵抗Rs2(Rs1)の端子間電圧を増幅するアンプ123(121)と、該アンプの出力をディジタル信号に変換するAD変換回路130と、外部のコントローラからの電流指令値IvcmとAD変換回路130の出力との差をとる減算器SUBと、フィルタFLT4と、フィルタFLT4の出力を反転するインバータINVと、PWM変調回路PWM4,PWM5とから構成することができる。
【0043】
ここで、減算器SUBはDSP173内のALU732によって、またはフィルタFLT4はDSP173とレジスタ群176内のいずれかのレジスタとによって実現することができる。また、インバータINVもDSP173を使用して実現できるが、スピードが遅くなるのとインバータ回路の占有面積は非常に小さいのでアクチュエータ駆動制御用の専用回路として出力制御回路152(または151と152)に設けておくようにするのが良い。これによって、メモリ174内のシーケンス制御用プログラムとDSP173内の演算用制御プログラムを書き換えることで、DSP173とレジスタ群176とチャネル114および115(または116)を使用してボイスコイルモータVCMの駆動制御回路を構築することができる。また、減算器SUBとフィルタFLT5を出力制御回路152(または151と152)にさらに専用回路として設けておくようにしても良い。
【0044】
図7の実施例では、電流を検出して駆動制御信号を生成しているが、ボイスコイルモータVCMのコイルの両端子間の電圧を検出して駆動制御信号を生成し、速度制御をすることも可能である。その場合には、アンプ124を用いて検出したコイルの両端子間の電圧をディジタル信号に変換して制御回路にフィードバックさせるように構成すればよい。
【0045】
図8には、DC−DCコンバータをPWM駆動制御する制御回路の構成例を示す。図8において、図1に示されている回路と同一の回路には同一の符号を付して重複した説明は省略する。
図8に示されているように、DC−DCコンバータの制御部は、出力電圧Voutを検出するアンプ126と、該アンプの出力をディジタル信号に変換するAD変換回路130と、外部のコントローラからの電圧指令値Vo1とAD変換回路130の出力との差をとる減算器SUBと、フィルタFLT5と、PWM変調回路PWM7とから構成することができる。また、アンプ125と電流センス抵抗Rs3とAD変換回路130によって電流帰還のマイナーループを構成して、DC−DCコンバータの応答を改善しても良い。
【0046】
ここで、減算器SUBはDSP173内のALU732によって、またはフィルタFLT5はDSP173とレジスタ群176内のいずれかのレジスタとによって実現することができる。従って、メモリ174内のシーケンス制御用プログラムとDSP173内の演算用制御プログラムを書き換えることで、DSP173とレジスタ群176とチャネル117を使用してDC−DCコンバータの駆動制御回路を構築することができる。
【0047】
上記の説明から分かるように、図8のようなDC−DCコンバータ制御部を構成できるようにするためには、図1の出力制御回路153に何ら専用回路を設けておく必要はない。ただし、出力制御回路153に減算器SUBとフィルタFLT5を専用回路として設けておくようにしても良い。これにより、DSP173とレジスタ群176を使用して駆動制御回路を構成する場合に比べて処理速度を速めることができる。
【0048】
図9には、図5や図7、図8に示されているような制御部を構成するフィルタFLT1〜FLT5として、例えば伝達関数H(z)が、次式
H(z)=k・[{1+b1・(z)−1}/{1−a1・(z)−1}]
で表わされる1次のIIRフィルタを用いる場合のフィルタの構成例を示す。
【0049】
図9より、IIRフィルタを実現するには、DSP173とレジスタ群176を用いて、以下のような手順で演算を実行するようにDSPの演算用プログラムを作成しておけば良いことが分かる。
(1) OUTA’(N)*a1+IN(N)→OUTA(N)
(2) OUTA’(N)*b1+OUTA(N)→OUTC(N)
(3) OUTC(N)*k→OUT(N)
(4) OUTA(N)→OUTA’(N)
また、(1)の演算結果OUTA(N)は例えばレジスタREG0に、(2)の演算結果OUTC(N)はレジスタREG2に、(3)の演算結果OUT(N)はレジスタREG3に、(4)の演算結果OUTA’(N)はレジスタREG1に入れるように、シーケンス制御用プログラムを作成しておけば良い。
【0050】
図10には、図1に示されているチャネル111〜117を構成するPWM変調回路PWM1〜PWM7の具体的な回路例が示されている。この実施例のPWM変調回路PWM1〜PWM7はディジタル回路で構成したものである。具体的には、アップダウンカウンタCNT1と、該カウンタCNT1の計数値と所定の比較値Aとを比較するディジタルコンパレータCMP1と、カウンタCNT1の計数値と所定の比較値Bとを比較するディジタルコンパレータCMP2と、コンパレータCMP1とCMP2の出力を入力とする論理回路LGとから構成されている。論理回路LGは、例えばコンパレータCMP1およびコンパレータCMP2の出力によってトグルするRS型フリップフロップなどを用いて構成することができる。カウンタも1つでなく、各コンパレータCMP1,CMP2に対応して2つ設けるようにしても良い。
【0051】
従来のスピンドルモータのPWM制御回路に用いられているPWM変調回路は、所定の周期、振幅を有する三角波発生回路と、発生された三角波と制御電圧とを比較するアナログコンパレータなどからなるアナログPWM変調回路により構成されることが多い。このようなアナログPWM変調回路を図1に示されているチャネル111〜117を構成するPWM変調回路PWM1〜PWM7として用いることも可能であるが、アナログ回路で実現しようとすると周期を変えたり振幅を変えたりすることができる三角波発生回路は複雑な回路構成を有することになるとともに、アナログコンパレータも精度の高いことが要求される。また、PWM変調のリニアリティ確保のため精度の良い三角波発振器が必要である。従って、図10のような構成のディジタルPWM変調回路を用いることにより、回路全体を簡略化することができる。
【0052】
なお、図10のディジタルPWM変調回路においては、アップダウンカウンタCNT1を動作させるクロックCLKの周波数を変えることでアナログPWM変調回路の三角波発生回路で生成される三角波の周期を変えたのと同様の結果が得られる。また、ディジタルコンパレータCMP1,CMP2に入力される比較値A(またはB)を変えることでアナログPWM変調回路の三角波発生回路で生成される三角波の振幅を変えたのと同様の結果が得られ、比較値B(またはA)を変えることで出力される制御パルスPpwmのパルス幅を変えることができる。
【0053】
図11(A),(B)には、図1に示されているチャネル111〜117を構成するドライバDRV1〜DRV7の具体的な回路例が示されている。このうち図11(A)のドライバは、同期整流制御を行なうのに適したドライバで、2個の直列形態のNチャネルMOSFETからなる出力トランジスタ Q1,Q2と、これらのトランジスタQ1,Q2のゲート端子を制御する差動アンプAMP1とから構成されている。差動アンプAMP1の入力には前段のPWM変調回路からのパルス幅制御された駆動パルスPpwmが入力され、出力トランジスタQ1とQ2は相補的にオン、オフされる。出力トランジスタQ1とQ2は、外部端子に接続されたコイルに比較的大きな電流を流すことができるいわゆるパワーMOSと呼ばれる高耐圧、高出力のMOSFETであり、MOSFETの代わりにバイポーラ・トランジスタを用いても良い。
【0054】
図11(B)のドライバは、NチャネルMOSFETからなる出力トランジスタQ1と、Q1のソース端子に逆方向接続されたショットキーダイオードD1と、出力トランジスタQ1のゲート端子を制御する差動アンプAMP1とから構成したものである。
【0055】
図12には、本発明に係る制御用LSIの各構成要素とその実現方法を図表に纏めたものを示す。
図12から分かるように、本発明に係る制御用LSIは、構成要素が回路の目的に応じて、専用ハードウェアと、プログラマブルなハードウェアと、プログラマブルなシーケンサ(制御装置)と、ユーザー設計論理の4つに分類される。このように目的別に構成要素の性質を異ならせることにより、汎用性が高く、目的のシステムに応じた機能を有する回路を容易に実現することができる制御用LSIを低価格で提供することが可能となる。なお、この実施例では、DSPはプログラマブルなハードウェアとプログラマブルなシーケンサの両方に属している。
【0056】
図13は、本発明に係る制御用LSIを、ハードディスク型磁気記憶装置(以下、単にハードディスク装置と称する)におけるディスク回転用スピンドルモータと、アーム移動用ボイスコイルモータと、電源用DC−DCコンバータを駆動制御する制御装置に使用した場合のシステム全体の構成例を示す。なお、図13の制御回路100は、ハードディスクの制御装置を機能的に示したもので、図示されているような回路ブロックが独立した回路として存在するものではない。
【0057】
図13に示されているように、この実施例のハードディスク装置は、磁気ディスク300と、該磁気ディスク300を高速回転駆動させるスピンドルモータ310、磁気ディスク300上の記憶トラックに対して情報のリード/ライトを行なう磁気ヘッドHDを先端に有するアーム320、このアームを介して磁気ヘッドHDを前記磁気ディスク300上にて移動させるボイスコイルモータ340、磁気ディスク300の外側に配置されディスク回転停止時にアーム320を支持するランプ350、上記スピンドルモータ310とボイスコイルモータ340を駆動制御する駆動制御回路100、ハードディスク装置全体の動作を制御するとともにスピンドルモータ310に対する電流指令値やボイスコイルモータ340に対する電流指令値を出力するコントローラ200などを有する。
【0058】
前記コントローラ200はマイクロコンピュータ(CPU)などで構成され、コントローラ200から出力された駆動電流指令値は前記モータ駆動回路100へ送られる。駆動電流指令値には、スピンドルモータ310の制御に関するもの(Id,Iq)とボイスコイルモータ340の制御に関するもの(Ivcm)とがあり、スピンドルモータ310とボイスコイルモータ340はそれぞれ別個に駆動制御される。コントローラ200から前記モータ駆動回路100へはDC−DCコンバータからなるレギュレータに対する電圧指令値Vo1も送られる。図13には示されていないが、アーム320には磁気ヘッドHDを駆動して磁気ディスク300に対する書込みを行なったり読出し信号に基づいて位置情報を検出したりする信号処理用ICが別途設けられる。
【0059】
駆動制御回路100は、スピンドルモータドライバ400と、磁気ヘッドをディスクの径方向へ移動させるボイスコイルモータドライバ500と、入出力ポート700とを有し、コントローラ200から供給される制御信号に従って動作し、磁気ヘッドを所望のトラックへシーク移動させたり磁気ヘッドの相対速度を一定にするように、ボイスコイルモータ340とスピンドルモータ310を制御する。また、駆動制御回路100は、DC−DCコンバータからなるレギュレータ600と、電源モニタ回路800とを有し、レギュレータ600は5VのようなIC用の電源電圧Vcc2を降圧して3.3Vのような内部電源電圧Vreg1〜Vreg3の生成を行なうように構成されている。生成された電源電圧Vreg1〜Vreg3はコントローラ200に対しても供給される。電源モニタ回路800は、Vreg1〜Vreg3を監視して内部電圧の立ち上がりを示すパワーオン検出信号P−ONを生成したり、コントローラ200に対してリセット信号RSを出力したりする。パワーオン検出信号P−ONによって、制御用LSI100に対して電源電圧Vcc1を供給する電源スイッチPSWがオン、オフ制御される。
【0060】
コントローラ200は、マイクロコンピュータなどからなり、ヘッドの信号処理回路から送信されてくる読出しデータを取り込んで誤り訂正処理を行なったり、ホストコンピュータからの書込みデータに対して誤り訂正符号化処理を行なって信号処理回路へ出力したりする。信号処理回路は、磁気記録に適した変調/復調処理や磁気記録特性を考慮した波形整形等の信号処理を行なったり、リード/ライトICからの信号を受けて上記磁気ヘッドHDの位置情報を読み取ったりする機能を有する。
【0061】
また、コントローラ200は、パソコン本体のマイクロコンピュータなどのホストコンピュータに接続される。コントローラ200は、動作モードに応じてシステム各部の制御を行なうとともに、ホストコンピュータから供給されるアドレス情報に基づいてセクタ位置などを算出したりもする。磁気ディスクから高速で読み出されたリードデータを一時的に記憶するバッファ用のキャッシュメモリが設けられることもある。
【0062】
次に、本出願の第2発明について説明する。
前記実施例の制御用LSIにおいては、出力ドライバ回路DRV1〜DRV7を構成する出力トランジスタQ1,Q2が高耐圧、高出力のMOSFETで構成され、この高耐圧、高出力のMOSFETが他の回路を構成する素子とともに1つの半導体チップ上に形成されている。
【0063】
従来、かかる高耐圧、高出力のMOSFETが他の回路を構成する素子とともに1つの半導体チップ上に形成されるLSIにおいては、図23に示すように、酸化シリコンのような絶縁膜により形成された分離帯11と埋込み絶縁層14で囲まれた島状の半導体領域12を半導体基板10上に設け、この島状領域12に高耐圧、高出力のMOSFETを、またその外側の領域13に他の回路を構成する素子を形成するようにしているものが多い。なお、図23(A)は半導体チップの平面図、図23(B)は(A)におけるB−B’線に沿って切断した断面構造を示す断面図である。
【0064】
モータを駆動する出力ドライバ回路の出力トランジスタのようなトランジスタには、非常に大きな電流が流れるためそこで発生する熱も多くなる。ところが、酸化シリコンその他半導体装置で使用される絶縁膜は熱伝導率が低いため、上記のように絶縁膜により形成された分離帯11と埋込み絶縁層14で周囲が囲まれた島状の半導体領域12に高耐圧、高出力の出力トランジスタを形成した半導体集積回路においては、出力トランジスタで生じる熱が充分に放熱されず特性が劣化するおそれがあるという課題がある。第2の発明は、このような課題を解決するための技術を提供するものである。
【0065】
図14に、本発明を適用した半導体集積回路の基板の構造の第1実施例を示す。なお、図14は、半導体ウェハ上の隣接する2つのチップ20a,20bを示したもので、各チップ上にそれぞれ図1に示すような制御用LSIが形成される。また、図14(A)において、一点鎖線はウェハから各チップを切断する際のスクライブラインに相当する。また、図14(B)は(A)におけるB−B’線に沿って切断した断面構造を示す断面図である。
【0066】
図14の実施例は、隣接する2つのチップ20a,20bの境界に、2つのチップに跨って出力トランジスタの形成領域12を設けたものである。出力トランジスタの形成領域12の外側には絶縁膜からなるウォール状の分離帯11により分離された素子形成領域13が設けられ、この素子形成領域13に出力トランジスタを除く回路素子が形成されている。また、素子形成領域13の下側には埋込み絶縁層14が形成され、素子形成領域13は基板10と完全に絶縁されている。分離帯11は、例えばチップの表面に溝を切ってその内側に絶縁材料を充填するいわゆるトレンチアイソレーション技術により形成することができる。
【0067】
一方、出力トランジスタの形成領域12の下側には絶縁層が設けられておらず、基板10と接している。そのため、形成領域12の出力トランジスタに比較的大きな電流が流されてその温度が上昇しても熱が基板10へ伝わって極端に高温になるのが回避され、それによって出力トランジスタの特性変化も抑制することができる。しかも、この実施例では、出力トランジスタの形成領域12が2つのチップに跨って形成されているため、チップの縁部まで有効に利用することができ、図23のようにチップの内側に設けられている場合に比べて素子形成領域13の面積を狭めることがない。つまり、従来に比べてチップサイズを小さくすることができる。
【0068】
図15は、本発明を適用した半導体集積回路の基板の構造の第2実施例を示す。断面構造は図14(B)と同じである。
この第2実施例は、隣接する2つのチップ20a,20bの境界に、2つのチップに跨って出力トランジスタの形成領域12を設けるとともに、この出力トランジスタの形成領域12の外側に設けられたウォール状の分離帯11を、五角形に形成したものである。絶縁膜からなる分離帯11により囲まれた出力トランジスタ形成領域11の下側には埋め込み絶縁層が設けられていないとともに、分離帯11の外側の素子形成領域13の下側には埋め込み絶縁層14が形成され、素子形成領域13は基板10と完全に絶縁されている。
【0069】
この実施例では、特に制限されるものでないが、出力トランジスタ形成領域12の内側の矩形領域12aに出力トランジスタが形成され、素子形成領域13に出力トランジスタを除く回路素子が形成される。この実施例においても、第1実施例と同様な効果が得られるとともに、分離帯11の形状が多角形であるため、プロセスでの熱応力やパッケージの応力により各角部に生じる歪みが緩和されるという利点がある。五角形の代わりに6角形や8角形などの多角形にしても良い。
【0070】
また、図16に示すように、分離帯11の形状を円形としても良い。この場合が応力による歪みを最も小さくすることができる。さらに、図14〜図16には2つのチップに跨るように出力トランジスタ形成領域12を形成した場合を示したが、図17に示すように、各チップ20a,20b,20c,20d……の4隅にそれぞれ隣接するチップ間に跨るように分離帯11で囲まれた出力トランジスタ形成領域12を設けるようにしても良い。
【0071】
図18は、本発明を適用した半導体集積回路の基板構造の他の実施例を示す。この実施例は、図1の制御用LSIの各チャネル111〜117の出力ドライバ回路DRV1〜DRV7毎に出力トランジスタQ1,Q2を、絶縁膜からなる分離帯11’で分離された出力トランジスタ形成領域12a〜12gに形成するようにしたものである。そして、これらの出力トランジスタ形成領域12a〜12g全体を囲むように分離帯11が設けられ、外側が他の回路の素子形成領域13とされている。この実施例のように、チャネル毎に出力トランジスタ形成領域12a〜12gが分離帯11’で分離されていることで、ラッチアップが起きにくくなるという利点がある。
【0072】
また、前記実施例と同様に、素子形成領域13に対応して埋込み絶縁層14が形成されており、分離帯11の内側の領域には埋込み絶縁層が形成されない。さらに、この埋込み絶縁層を持たない分離帯11の内側領域は隣接するチップ間に跨って設けられている。図18に示されている一点鎖線は、各チップの境界を示すスクライブラインとみなすことができる。分離帯11の内側の領域には埋込み絶縁層が形成されないため、前記実施例と同様に、分離帯11の内側の領域に形成された出力トランジスタは比較的大きな電流が流されても、熱が基板10へ伝わり、出力トランジスタが極端に高温になるのが回避され、出力トランジスタの特性劣化を抑制することができる。
【0073】
分離帯11の内側の領域には埋込み絶縁層が形成されないため、図18(B)のように、分離帯11’は分離帯11と異なりその下端が埋込み絶縁層に接しないことになり、出力トランジスタ形成領域12a〜12g同士は基板10を介して電気的に完全に分離された状態にないが、各領域12a〜12gの距離Dを適切に設定することにより、実用上問題ない程度までラッチアップ強度を充分に高めることができる。
【0074】
次に、上記実施例のような構造の半導体集積回路を形成可能にするウェハの製造方法について説明する。
図19は、上記実施例の半導体集積回路を形成するウェハの第1の製造方法の手順を工程順に示す。
先ず、第1の工程(A)では、単結晶シリコンのようなベアウェハWF1の表面の出力トランジスタ形成領域12となる部位AR1以外の領域AR2を選択エッチングする。次に工程(B)で全面酸化し工程(C)でAR1部のシリコンが露出するまで全面を表面研磨し、さらにウェハWF1の表面をスパッタエッチング等で清浄化する。別の方法としてAR1上の表面に適当なマスクMSK(ナイトライド膜等)を形成し、選択酸化を行なって領域AR2の表面に酸化膜SiOを形成する、次の工程(C)では上記マスクMSKを除去してウェハWF1の全面に対して、AR1部の全面を表面研磨し、さらにウェハWF1の表面をスパッタエッチング等で清浄化する。このようにシリコン上に段差を付け全面酸化後平坦化する方法やマスクを使用して部分酸化領域を形成後平坦化する方法等で作成する。
【0075】
しかる後、工程(D)で、別途表面をスパッタエッチング等で清浄化したウェハWF2を持って来て互いの清浄化面同士が向き合うようにして2枚のウェハを貼り合わせ高温で処理してより強固に結合させる。そして、最後の工程(E)では、後から貼り合わせたウェハWF2の裏面を所望の厚みになるまで研磨して完成する。
【0076】
図20は、上記実施例の半導体集積回路を形成するウェハの第2の製造方法の手順を工程順に示す。
先ず、第1の工程(A)では、ベアウェハWF1の表面全体に酸化膜SiOを形成する。第2の工程(B)では、ウェハWF1の出力トランジスタ形成領域12となる部位AR1の酸化膜SiOを選択エッチングする。次の工程(C)では、ウェハWF1の全面にポリシリコン層P−Siを形成する。別の方法として、エピタキシャル成長技術を使ってAR1部に基板と同じ結晶方位を持つ良好な結晶を成長させるとともに酸化膜上のAR2ではポリシリコンを成長させることもできる。
第4の工程(D)ではウェハWF1の全面研磨を行ない出力トランジスタ形成領域(AR1)以外の領域AR2の酸化膜上のポリシリコンを除去し、さらにウェハWF1の表面をスパッタエッチング等で清浄化する。
【0077】
その後は図19の工程(D),(E)と同様であり、先ず工程(E)で、別途表面をスパッタエッチング等で清浄化したウェハWF2を持って来て互いの清浄化面同士が向き合うようにして2枚のウェハを貼り合わせ高温で処理してより強固に結合させる。そして、最後の工程(F)では、後から貼り合わせたウェハWF2の裏面を所望の厚みになるまで研磨して完成する。
【0078】
図21は、上記実施例の半導体集積回路を形成するウェハの第3の製造方法の手順を工程順に示す。
この実施例では、先ず、図19の工程(A)〜(C)と同様な手順で、ベアウェハWF1の出力トランジスタ形成領域12となる部位AR1以外の領域AR2の表面に酸化膜SiOを形成する(A)。次に、別のウェハWF2を用意して表面から水素イオンを打ち込んでイオン打込み層HILを形成し、ウェハWF1,WF2の表面をスパッタエッチング等で清浄化する(B)。
【0079】
イオン打込みをしたウェハWF2はイオン打込み層HILの部分の結合強度が低下するという特性を有する。そこで、表面をスパッタエッチング等で清浄化したウェハWF1とWF2の清浄化面同士が向き合うようにして2枚のウェハを貼り合わせ高温で処理してより強固に結合させる(C)。それから、ウェハWF2をイオン打込み層HILに沿って剥がし、剥がされたウェハWF2を所望の厚みになるまで研磨して完成する(D)。
【0080】
なお、図20の工程(A)〜(D)と同様な手順で、ベアウェハWF1の出力トランジスタ形成領域12となる部位AR1以外の領域AR2の表面に酸化膜SiOを形成したウェハを形成し、これに対して図21の工程(B)〜(D)を適用して所望のウェハを得るようにしても良い。
【0081】
また、図22(A)のように、ベアウェハWF1の出力トランジスタ形成領域12となる部位AR1以外の領域AR2に、酸素イオンを高濃度、高エネルギーで表面から深いところまで打ち込んでから、高温の熱処理を行なって図22(B)のように選択的に埋込み絶縁層14を形成するようにしても良い。
【0082】
以上、本発明者によってなされた発明を実施態様にもとづき具体的に説明したが、本発明は上記実施態様に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記実施例の制御用LSIにおいては、3相モータやアクチュエータ、スイッチングレギュレータのコイルに電流を流す出力ドライバ回路の出力トランジスタとしてオンチップのパワーMOSFETを用いるようにした例を説明したが、この出力トランジスタは他の回路とは別個の半導体チップに形成されたパワーICにより構成しても良い。その場合、制御用LSIとパワーICをセラミックのような絶縁基板上に搭載して1つのパッケージに実装して、いわゆるモジュールとして構成するのが望ましい。
【0083】
また、以上の説明では主として、本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野であるハードディスク記憶装置の制御用LSIに適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく、例えばポリゴンミラーを回転させるモータや軸流ファンモータなどのブラシレスモータと、ボイスコイルモータやステッピングモータ、ソレノイドなどのアクチュエータを有する情報機器やOA機器などの制御用LSIに広く利用することができる。
【0084】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。すなわち、本発明に従うと、ハードディスク装置などの情報機器の制御用LSIの開発期間を短縮することができるようになる。また、本発明に従うと、ハードディスク装置などの情報機器において仕様変更があっても速やかに対応することができる柔軟性の高い制御用LSIを実現することができる。
【0085】さらに、本発明に従うと、同一種類であっても互いに仕様の異なる情報機器に対応することができるとともに、ハードディスク装置やDVD装置、プリンタなど互いに機能の異なる情報機器、OA機器、ロボット、自動車など複数のモータやアクチュエータを有する装置に幅広く対応することができる汎用性の高い制御用LSIを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る制御用LSIの一実施例の概略構成を示すブロック図である。
【図2】実施例の制御用LSIを3相ブラシレスモータとボイスコイルモータとDC−DCコンバータをそれぞれ1つずつ有する装置の制御用LSIとして用いたシステムの構成例を示す回路構成図である。
【図3】実施例の制御用LSIを2個の3相ブラシレスモータとDC−DCコンバータを有する装置の制御用LSIとして用いたシステムの構成例を示す回路構成図である。
【図4】センサレス3相ブラシレスモータのPWM制御方式の駆動制御回路の一般的な構成例を示すブロック図である。
【図5】図4の駆動制御回路を図1のハードウェアの構成要素で実現する場合の構成の仕方を示すブロック図である。
【図6】図2または図3のシステムにおける3相ブラシレスモータの制御部の各機能を図1のハードウェアの各回路に割り当てる場合の構成の一例を示すブロック図である。
【図7】アクチュエータの一例としてのボイスコイルモータVCMをPWM駆動制御する制御回路の構成例を示すブロック図である。
【図8】DC−DCコンバータをPWM駆動制御する制御回路の構成例を示すブロック図である。
【図9】図5や図7、図8に示されているような制御部を構成するフィルタの構成例を示す説明図である。
【図10】PWM変調回路の構成例を示すブロック図である。
【図11】図11(A),(B)はそれぞれ出力ドライバ回路の構成例を示す回路図である。
【図12】本発明に係る制御用LSIの各構成要素とその実現方法を纏めた図表である。
【図13】本発明に係る制御用LSIを、ハードディスク型磁気記憶装置におけるディスク回転用スピンドルモータと、アーム移動用ボイスコイルモータと、電源用DC−DCコンバータを駆動制御する制御装置に使用した場合のシステム全体の構成例を示すブロック図である。
【図14】(A)は本発明を適用した半導体集積回路の基板の第1実施例を示す平面図、(B)はその断面図である。
【図15】本発明を適用した半導体集積回路の基板の第2実施例を示す平面図である。
【図16】本発明を適用した半導体集積回路の基板の第3実施例を示す平面図である。
【図17】本発明を適用した半導体集積回路の基板の第4実施例を示すウェハ平面図である。
【図18】本発明を適用した半導体集積回路の基板の第5実施例を示すウェハ平面図である。
【図19】実施例の半導体集積回路を形成するウェハの第1の製造方法の手順を工程順に示す断面説明図である。
【図20】実施例の半導体集積回路を形成するウェハの第2の製造方法の手順を工程順に示す断面説明図である。
【図21】実施例の半導体集積回路を形成するウェハの第3の製造方法の手順を工程順に示す断面説明図である。
【図22】実施例の半導体集積回路を形成するウェハの第4の製造方法の手順を工程順に示す断面説明図である。
【図23】(A)は従来の高耐圧、高出力のトランジスタを有する半導体集積回路の基板の構成例を示す平面図、(B)はその断面図である。
【符号の説明】
100 制御用半導体集積回路(制御用LSI)
111〜117 チャネル(PWM変調回路&出力ドライバ回路)
110 出力ドライバ回路
121,123,125 電流検出用アンプ
122,124,126 電圧検出用アンプ
130 AD変換回路
140 バス
151〜153 出力制御回路
160 チャネルセレクタ
171 シリアルポート
172 パラレルポート
173 DPS(プログラマブル演算回路)
175 シーケンス制御部
176 レジスタ群
300 磁気ディスク
310 スピンドルモータ
320 アーム
340 ボイスコイルモータ
PWM1〜PWM7 PWM変調回路
DRV1〜DRV7 出力ドライバ回路
Rs1〜Rs3 電流センス用抵抗
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a semiconductor integrated circuit for controlling a plurality of drivers capable of PWM (pulse width modulation) control driving, such as a three-phase brushless motor for rotational driving, a direct current motor that functions as an actuator, and a DC-DC converter that generates a direct current power source. The present invention relates to a technique that is effective when applied to a circuit, for example, a technique that is effective when used in a drive control device of an information device such as a hard disk (hard disk drive) device.
[0002]
[Prior art]
In general, a three-phase brushless motor called a spindle motor is used for rotating a magnetic disk in a hard disk device. The magnetic disk is rotated at high speed by the spindle motor, and the surface of the rotating magnetic disk is read / written. Information is written or read while moving the magnetic head in the radial direction of the magnetic disk by an actuator such as a voice coil motor.
[0003]
Conventionally, since a spindle motor and an actuator are driven differently, drive control is performed by control circuits designed with different specifications. On the other hand, in the field of small information devices typified by hard disk devices, there is a high demand for lower prices. Therefore, hard disk devices include drive control of spindle motors and actuators and power supply circuits that generate DC power supply voltages necessary for these controls. It has been integrated on a single semiconductor chip to reduce the cost.
As an invention in which the drive control circuit for the spindle motor and the drive control circuit for the voice coil motor are made into one chip, there is one disclosed in Patent Document 1, for example.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-275387 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The drive control system of a conventional hard disk device is generally composed of an analog control circuit and an output stage (driver), and the output stage can be of various types such as a class AB power amplifier, a full bridge circuit, a high side driver, and a low side driver. It has a form.
[0006]
In addition, the specifications for drive control of spindle motors and voice coil motors differ for each manufacturer and for each device in hard disk devices, and the LSI manufacturer for control changes the LSI specifications every time the device manufacturer changes the model. Forced to change. Therefore, in the control LSI in which the drive control circuit for the spindle motor and the drive control circuit for the voice coil motor are integrated on a single chip as described above, the period for developing the LSI corresponding to the new specification becomes long and the short period However, there is a problem that a very large number of manpower is required to complete the development, resulting in an increase in cost.
[0007]
Such a problem occurs not only in the hard disk device but also in information devices such as a DVD (digital video disk) device having a similar hardware configuration and a printer having a plurality of actuators, OA devices, robots, automobiles, and the like.
[0008]
An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit technology capable of shortening the development period of a control LSI for an information device such as a hard disk device.
Another object of the present invention is to provide a highly flexible control LSI that can quickly cope with changes in specifications in information equipment such as a hard disk device.
Another object of the present invention is to provide a highly versatile control LSI capable of handling information devices of the same type but having different specifications.
[0009]
Still another object of the present invention is to provide a highly versatile control capable of dealing with devices having a plurality of motors and actuators such as information devices, OA devices, robots, automobiles and the like having different functions such as hard disk devices, DVD devices, and printers. It is to provide an LSI for use.
The above and other objects and features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
That is, a plurality of (preferably seven or more) sets of PWM modulation circuits and output driver circuits driven by PWM control pulses generated by the PWM modulation circuits (hereinafter referred to as channels) are provided and arbitrarily combined. Programmable arithmetic circuit capable of executing arbitrary arithmetic processing by an externally loaded program and a control signal for generating the control signal for operating the arithmetic circuit and the channel in an arbitrary procedure by an externally loaded program A sequence control circuit and a port for loading the program are provided.
[0011]
According to the above means, a driving circuit for a three-phase brushless motor is realized by using three of the plurality of channels, and an actuator driving circuit is realized by using two channels. A drive circuit for a DC-DC converter can be realized by using a channel, and further, the drive circuit can be appropriately operated according to a control target by a programmable sequence control circuit. Therefore, it is possible to provide a highly versatile control LSI capable of supporting information devices having different functions such as a printer.
[0012]
In addition, it is possible to deal with devices having different specifications by changing the contents of the calculation in the calculation circuit. In addition, each channel is equipped with a PWM modulation circuit, so compared to the control by a general-purpose control device such as a DSP, torque ripple is small when the control target is a motor, and high-speed response control is possible when an actuator is used. Thus, in the case of a switching regulator, the power supply can be stabilized, and the performance of the system using the control LSI of the present invention is comparable to that of a system using a control LSI designed for exclusive use in the past. be able to.
[0013]
Further, in the control LSI of the present invention, preferably, logic can be changed such as custom logic or FPGA (Field Programmable Logic Array) so that each LSI can have a specific function. Built-in logic circuit. Accordingly, it is possible to provide a control LSI that has high versatility and flexibility and can enhance performance or function according to the device to be used.
[0014]
According to a second aspect of the present application, a first element formation region and a second element formation region that are electrically isolated from each other by an isolation band made of an insulator are provided on one surface of a semiconductor substrate. A buried insulating layer is formed in the element formation region, and the second element formation region is formed so that at least one side thereof extends to the edge of the semiconductor substrate, and embedded in the second element formation region. A transistor element in which a larger current flows than the transistor element formed in the first element formation region without forming an insulating layer is formed.
[0015]
According to such means, even when a large current flows through the transistor element formed in the second element formation region without the buried insulating layer and heat is generated, the heat is quickly transmitted to the substrate side and dissipated. Therefore, it is possible to avoid a change in the characteristics of the output transistor due to an extremely high temperature.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a schematic configuration of an embodiment of a control LSI according to the present invention. As shown by reference numerals 111 to 117, the control LSI of this embodiment is a combination of PWM modulation circuits PWM1 to PWM7 and output driver circuits DRV1 to DRV7 driven by PWM control pulses generated by the PWM modulation circuit. 7 channels are provided.
Further, three current sensing resistors Rs1 to Rs3 for detecting a current flowing in an external device connected to the external terminal, and current sensing amplifiers 121, 123, 125 for amplifying a potential difference between both terminals of these resistors. Is provided.
[0017]
Further, three voltage sensing amplifiers 122, 124, 126 that are connected to external terminals and amplify the potential difference between the terminals are also provided. The number of current sense amplifiers and voltage sense amplifiers may be increased as necessary.
A common AD conversion circuit 130 is provided for the amplifiers 121 to 126, and the AD conversion circuit 130 is connected to any one of the amplifiers by switches SW1 to SW6 provided between the output terminals of the amplifiers. Are input, the analog outputs of a plurality of amplifiers are converted into digital signals in a time division manner and output onto the internal bus 140.
[0018]
The control LSI of this embodiment is provided with output control circuits 151, 152, and 153 for controlling the 7-channel PWM modulation circuits PWM1 to PWM7 to drive the output driver circuits DRV1 to DRV7. . These output control circuits 151, 152, and 153 are not the entire control circuit but a dedicated circuit or counter such as a coordinate conversion circuit that constitutes a control circuit integrated with a register or DSP (digital signal processor) as described later. Etc.
[0019]
In this embodiment, the output control circuits 151, 152, and 153 can be connected to the 7-channel PWM modulation circuits PWM1 to PWM7 via the channel selector 160, and any of the 7-channel PWM modulation circuits PWM1 to PWM7 is connected. Is also configured to be controllable. When the output control circuits 151, 152, and 153 are prepared as circuits for controlling the DC-DC converter, no dedicated circuit is required, and a buffer or simply supplying a signal on the internal bus 140 to the PWM modulation circuits PWM1 to PWM7. A circuit functioning as a path can be obtained.
[0020]
Further, in the control LSI of the present embodiment, a serial input / output interface 171 for exchanging signals with an external device such as a microprocessor in a serial manner, and a parallel input / output interface 172 for exchanging signals in a parallel manner are also used. From a DSP unit 173 having the same configuration as a known DSP comprising an addition / subtraction circuit, a multiplication / division circuit and a microprogram control unit, a RAM (random access memory) for storing a control program loaded from the outside, and the like 174, a sequencer 175 for sequentially generating control signals inside the chip in accordance with a program stored in the memory 174, registers REG0 to REG15, REG. A to REG. A register group 176 consisting of F is provided.
[0021]
The sequencer 175 can be composed of a program counter that generates an address for sequentially reading instructions of a program stored in the memory 174, a decoder that decodes the read instruction code, and the like. As the memory 174, a flash memory that can be written and erased or a nonvolatile memory such as an EEPROM may be used instead of the RAM. When a non-volatile memory is used, in addition to the sequence control program, data for adjusting variations in the circuits in the chip, such as a DC-DC converter, can be stored in the same memory.
[0022]
Further, the control LSI of this embodiment includes an oscillation circuit 181 for generating a clock signal φc necessary for internal operation of the chip, a reference voltage generation circuit 182 for generating a reference voltage Vref, a reference voltage Vref and a power source. A comparator 183 that determines whether the power supply voltage has risen by comparing with the voltage Vcc, a power-on reset circuit 184 that generates a reset signal RS based on the output of the comparator 183, and the like are provided.
[0023]
In the control LSI having the above-described configuration, a control system (see FIG. 2) such as a hard disk device and a DVD device each having one three-phase brushless motor, one voice coil motor, and one DC-DC converter is configured. Of course, a control system such as a printer that does not have a three-phase brushless motor but instead has two actuators such as stepping motors and DC motors, and a robot that has two three-phase brushless motors (see FIG. 3). Since it can also be used when configuring the LSI, it is an LSI with extremely high versatility.
[0024]
In the control system of FIG. 2, one end of each of the U-phase, V-phase, and W-phase coils of the three-phase brushless motor (spindle motor) M1 is connected to the output terminals of the channels 111 to 113, and the output terminals of the channels 114 and 116 are connected. The terminals of the coil of the voice coil motor VCM are connected to each other, and one end of the voltage conversion coil L of the DC-DC converter is connected to the output terminal of the channel 117. The output control circuit 151 functions as a spindle motor output control circuit, the output control circuit 152 functions as a voice coil motor output control circuit, and the output control circuit 153 functions as a DC-DC converter output control circuit. The In this system, the amplifier 122 and the channel 115 are unused.
[0025]
In the control system of FIG. 3, one end of each of the U-phase, V-phase, and W-phase coils of the first three-phase brushless motor M1 is connected to the output terminals of the channels 111 to 113, and the output terminals of the channels 114 to 116 are connected to the first output terminals. One end of each of the U-phase, V-phase, and W-phase coils of the second three-phase brushless motor M2 is connected, and one end of the voltage conversion coil L of the DC-DC converter is connected to the output terminal of the channel 117. The output control circuits 151 and 152 both function as a spindle motor output control circuit, and the output control circuit 153 is configured to function as a DC-DC converter output control circuit. In this system, the amplifiers 122 and 124 are unused.
[0026]
FIG. 4 shows a general configuration example of a PWM-controlled drive control circuit for a sensorless three-phase brushless motor, and FIG. 5 shows a case where the drive control circuit of FIG. 4 is realized by the hardware components of FIG. FIG. 6 shows an example of a configuration in which each function of the control unit of the three-phase brushless motor in the system of FIG. 2 or 3 is assigned to each circuit of the hardware of FIG.
[0027]
As shown in FIG. 4, the drive control circuit of the PWM control method of the sensorless three-phase brushless motor is based on the current Isens detected by the current sensing resistors Rs1 or Rs2 and Rs3 and the amplifier 121 or 123,125. A three-phase coil current reproduction circuit 231 that reproduces the currents iuc, ivc, and iwc of the three-phase coils U, V, and W in real time, and a coordinate conversion of the reproduced currents iuc, ivc, and iwc into two-phase DC currents id and iq The uvw / dq conversion circuit 232, the subtracter 233 for taking the difference between the converted current id, iq and the current command value Id, Iq, and the output so that the current id, iq and the current command value Id, Iq are equal. A voltage control circuit 234 that adjusts the voltages Vd and Vq, and dq that generates the three-phase AC voltages Vu, Vv, and Vw by performing inverse coordinate transformation of the voltages Vd and Vq. The uvw conversion circuit 235, the axis error calculation circuit 236 that calculates the axis error Δθ from the voltages Vd, Vq, id, iq, and the rotation speed signal ω, and the difference between the calculated axis error Δθ and the predetermined value “0”. Subtractor 237, a phase control circuit 238 for generating the rotation speed signal ω, and an integration circuit 238 for integrating the rotation speed signal ω. The phase control circuit 238 and the integration circuit 239 have an axis error Δθ of “ PLL (phase locked loop) control is performed so as to be “0”. The circuit shown in FIG. 4 is generally called a vector control unit.
[0028]
In order to drive the motor with an appropriate torque, this vector control unit generates a three-phase sine wave voltage value based on the reproduction currents iuc, ivc, iwc from the current reproduction unit 231 and the current command values Id, Iq from the external controller. The amplitude and phase of Vu, Vv, and Vw are controlled, and such a vector control unit has the same configuration as a known vector control unit, and therefore detailed description thereof is omitted. The rotational speed signal ω detected by the phase control circuit 238 is also supplied to a controller (not shown), and the controller sends a current command value so that the rotational speed signal ω becomes constant according to the detected rotational speed. come.
[0029]
In FIG. 5 showing a configuration method when the drive control circuit of FIG. 4 is realized by the hardware components of FIG. 1, the same circuits as those shown in FIG. 1 and FIG. It is attached. Reference numeral M denotes a three-phase brushless motor. In FIG. 5, the channel selector between the dq / uvw conversion circuit 235 and the PWM modulation circuits PWM1 to PWM7 is not shown. The output (detection current Isens) of the amplifier 121 (123) connected to both terminals of the current sensing resistor Rs1 (Rs2) is converted into a digital signal by the AD conversion circuit 130 and input to the three-phase coil current reproduction circuit 231. From this, it can be seen that the control unit 230 is a digital circuit.
[0030]
As apparent from comparison between FIG. 5 and FIG. 4, in FIG. 5, among the circuits constituting the control unit 230 of FIG. 4, the three-phase coil current reproduction circuit 231, the uvw / dq conversion circuit 232, and dq Only the / uvw conversion circuit 235, the axis error calculation circuit 236, and the subtractor 237 are shown, the voltage control circuit 234, the phase control circuit 238, and the integration circuit 238 are not shown. Instead, the filters FLT1, FLT2, and FLT3 And a counter CNT is shown.
[0031]
This is because in the digital circuit, the functions of the current control circuit 234, the phase control circuit 238, and the integration circuit 238 can be realized by filter calculation processing and counter processing. The function of the axis error calculation circuit 236 can also be realized by calculation processing, but it may be provided as a dedicated circuit. In FIG. 4, there are two subtractors 233 and 237, while FIG. 5 shows three subtractors 233a, 233b, and 237. In FIG. 4, 233 subtractors originally composed of two subtractors are shown. Is shown as one for convenience of illustration, and there is no difference between FIG. 4 and FIG.
[0032]
FIG. 6 shows an example of a configuration in which each function of the control unit of the three-phase brushless motor in the system of FIG. 2 or FIG. 3 is assigned to each circuit of the hardware of FIG. The same circuit as the circuit is denoted by the same reference numeral. In FIG. 6, the control unit of the three-phase brushless motor includes an output control circuit 151 (or 152), a DSP 173, a sequencer 174, and a register group 176.
[0033]
As apparent from comparison between FIG. 6 and FIG. 4, in FIG. 6, the unit UNIT1 having the function of the three-phase coil current reproduction circuit 231 among the circuits constituting the control unit 230 of FIG. Only the unit UNIT2 having the functions of the conversion circuit 232 and the dq / uvw conversion circuit 235 is shown, the axis error calculation circuit 236, the subtractor 237, the current control circuit 234, the phase control circuit 238, and the integration circuit 239 are shown. Instead, a counter CNT is shown. This is because, as described above, in the digital circuit, the functions of the current control circuit 234, the axis error calculation circuit 236, the phase control circuit 238, and the integration circuit 239 can be realized by filter calculation processing and counter processing.
[0034]
6 and FIG. 5, among the circuits constituting the control unit 230 in FIG. 5, the filters FLT1, FLT2, and FLT3 and the subtracters 233a, 233b, and 237 are shown in FIG. It has not been. In the digital circuit, the functions of the filters FLT1, FLT2, and FLT3 can be realized by filter arithmetic processing using a DSP and a register, and the functions of the subtractors 233a, 233b, and 237 are, for example, arithmetic units incorporated in the DSP. This is because it can be realized.
[0035]
On the other hand, the functions of the three-phase coil current reproduction circuit 231 and the functions of the uvw / dq conversion circuit 232 and the dq / uvw conversion circuit 235 are intended to increase the speed of digital arithmetic processing. The unit UNIT1 having the function 231 and the unit UNIT2 having the functions of the uvw / dq conversion circuit 232 and the dq / uvw conversion circuit 235 are provided in the output control circuit 151 as hardware dedicated to the three-phase brushless motor. As for the counter, its function can be realized by using an arithmetic unit in the DSP, but if it is so, a sufficient speed cannot be obtained. Therefore, in this embodiment, the counter circuit CNT is also provided in the output control circuit 151 as hardware dedicated to the three-phase brushless motor.
[0036]
The unit UNIT 1 having the function of the three-phase coil current reproduction circuit 231, the unit UNIT 2 having the functions of the uvw / dq conversion circuit 232 and the dq / uvw conversion circuit 235, and the counter circuit CNT are not limited to the output control circuit 151. By providing the output control circuit 152 as well, a system for driving and controlling two three-phase brushless motors as shown in FIG. 3 can be configured relatively easily. However, the unit UNIT1, the unit UNIT2, the counter circuit CNT, Even if only the output control circuit 151 is provided, when the high rotation speed is not required, that is, when the high-speed PWM carrier and the high-speed current sampling are not required, the output control circuit 151 is provided with two three-phase brushless motors. Can be used in a time-sharing manner. Such time division control is possible by switching the channel selector 160 as appropriate.
[0037]
Furthermore, in this embodiment, the unit UNIT1 having the function of the three-phase coil current reproduction circuit 231 differs depending on the system manufacturer that is the user, and is defined by the control technology based on the know-how that each user has accumulated independently. Therefore, it is mounted on the chip as an FPGA or a custom logic circuit. Programming to the FPGA (for example, writing connection information between elements or circuits) can be performed by the user who has received the control LSI, but the manufacturer obtains information such as circuit design data from the user. You may make it perform in the manufacturing process (for example, test process etc.) of LSI.
[0038]
As shown in FIG. 6, the DSP 273 used in this embodiment includes an arithmetic register 731 such as an accumulator and an ALU (arithmetic operation) that can perform complex operations such as addition / subtraction / multiplication / division, product-sum operation, and trigonometric function operation. Logical unit) 732, a microprogram memory 733 composed of a RAM or nonvolatile memory for storing an operation control microprogram, and a decoder for sequentially reading out the microinstructions from the memory to generate and control control signals for the ALU 732 and the operation register 731 And a microsequencer 734 including the above. As a dedicated sequencer for realizing the filter transfer function requested by the user, the microsequencer controls the DSP unit independently of the program of the sequencer 175, so that high-speed filter calculation is possible. For example, PWM control at 100 kHz or higher, which is difficult to achieve with microprocessor control, or high-precision high-speed rotation control is possible. Since the configuration of the other DSP unit 731 is the same as that of a known DSP, detailed description is omitted.
[0039]
In the control LSI of this embodiment, the microprogram memory 733 is composed of a RAM or a nonvolatile memory, and the microprogram can be loaded from the serial port 171 or the parallel port 172. By rewriting the microprogram, for example, the transfer function of the filters FLT1 to FLT3 shown in FIG. 5 can be changed to realize a first-order filter or a second-order or third-order filter. Therefore, the control circuit which can perform optimal control according to the three-phase brushless motor to be used with high flexibility of the system can be constructed.
[0040]
In the control LSI of this embodiment, the memory 174 for storing the sequence control program is also composed of a RAM or a non-volatile memory so that the program can be loaded from the serial port 171 or the parallel port 172. ing. Therefore, by rewriting this sequence control program, for example, the switching control signal of the channel selector 160 or the like is changed to change one 3-phase brushless motor, one actuator, and one as shown in FIG. A control circuit for driving and controlling a DC-DC converter, or a control circuit for driving and controlling two three-phase brushless motors and one DC-DC converter as shown in FIG. it can.
[0041]
In addition, the arithmetic control program and the sequence control program can be decoded by the sequencer 175 or 734 with a dedicated compiler after designing the basic architecture using system development support software (development tool) such as MATLAB. It can be created efficiently by converting to language. The created program can be written by the user from the serial port 171 or the parallel port 172 to the microprogram memory 733 or the memory 174 in the chip, but may be written by the manufacturer. In addition, it is possible to use the port properly such that the parallel port 172 is used when the manufacturer loads the program into the memory, and the serial port is used when the user changes the program.
[0042]
FIG. 7 shows a configuration example of a control circuit that performs PWM drive control of a voice coil motor VCM as an example of an actuator. In FIG. 7, the same circuits as those shown in FIG.
As shown in FIG. 7, the control unit of the voice coil motor VCM includes an amplifier 123 (121) that amplifies the voltage across the terminals of the sense resistor Rs2 (Rs1) that detects the current flowing through the drivers DRV4 and DRV5. An AD converter circuit 130 that converts the output of the amplifier into a digital signal, a subtractor SUB that takes the difference between the current command value Ivcm from an external controller and the output of the AD converter circuit 130, the output of the filter FLT4, and the output of the filter FLT4 The inverter INV and the PWM modulation circuits PWM4 and PWM5 can be used.
[0043]
Here, the subtracter SUB can be realized by the ALU 732 in the DSP 173, or the filter FLT 4 can be realized by the DSP 173 and any register in the register group 176. The inverter INV can also be realized by using the DSP 173, but if the speed is slow, the area occupied by the inverter circuit is very small. Therefore, the inverter INV is provided in the output control circuit 152 (or 151 and 152) as a dedicated circuit for actuator drive control. It is good to keep it. Thus, by rewriting the sequence control program in the memory 174 and the calculation control program in the DSP 173, the DSP 173, the register group 176, and the channels 114 and 115 (or 116) are used to drive the voice coil motor VCM. Can be built. Further, the subtractor SUB and the filter FLT5 may be further provided as a dedicated circuit in the output control circuit 152 (or 151 and 152).
[0044]
In the embodiment of FIG. 7, the current is detected and the drive control signal is generated, but the voltage between both terminals of the coil of the voice coil motor VCM is detected to generate the drive control signal and to control the speed. Is also possible. In that case, the voltage between both terminals of the coil detected using the amplifier 124 may be converted into a digital signal and fed back to the control circuit.
[0045]
FIG. 8 shows a configuration example of a control circuit that performs PWM drive control of the DC-DC converter. In FIG. 8, the same circuits as those shown in FIG.
As shown in FIG. 8, the control unit of the DC-DC converter includes an amplifier 126 that detects the output voltage Vout, an AD conversion circuit 130 that converts the output of the amplifier into a digital signal, and an external controller. Voltage command value Vo1 * And a subtractor SUB that takes the difference between the output of the AD conversion circuit 130, a filter FLT5, and a PWM modulation circuit PWM7. Further, the amplifier 125, the current sense resistor Rs3, and the AD converter circuit 130 may constitute a current feedback minor loop to improve the response of the DC-DC converter.
[0046]
Here, the subtracter SUB can be realized by the ALU 732 in the DSP 173, or the filter FLT5 can be realized by the DSP 173 and any register in the register group 176. Therefore, by rewriting the sequence control program in the memory 174 and the calculation control program in the DSP 173, a drive control circuit for the DC-DC converter can be constructed using the DSP 173, the register group 176, and the channel 117.
[0047]
As can be seen from the above description, it is not necessary to provide any dedicated circuit in the output control circuit 153 of FIG. 1 in order to be able to configure the DC-DC converter control unit as shown in FIG. However, the output control circuit 153 may be provided with the subtracter SUB and the filter FLT5 as dedicated circuits. As a result, the processing speed can be increased compared to the case where the drive control circuit is configured using the DSP 173 and the register group 176.
[0048]
In FIG. 9, as the filters FLT1 to FLT5 constituting the control unit as shown in FIG. 5, FIG. 7, and FIG.
H (z) = k · [{1 + b1 · (z) -1 } / {1-a1 · (z) -1 }]
A configuration example of a filter in the case of using a first-order IIR filter represented by
[0049]
From FIG. 9, it can be seen that in order to realize the IIR filter, it is only necessary to create a DSP operation program using the DSP 173 and the register group 176 so as to execute the operation in the following procedure.
(1) OUTA ′ (N) * a1 + IN (N) → OUTA (N)
(2) OUTA ′ (N) * b1 + OUTA (N) → OUTC (N)
(3) OUTC (N) * k → OUT (N)
(4) OUTA (N) → OUTA '(N)
Further, the operation result OUTA (N) of (1) is stored in the register REG0, the operation result OUTC (N) of (2) is stored in the register REG2, the operation result OUT (N) of (3) is stored in the register REG3, (4 The sequence control program may be created so that the operation result OUTA ′ (N) of () is stored in the register REG1.
[0050]
FIG. 10 shows a specific circuit example of the PWM modulation circuits PWM1 to PWM7 constituting the channels 111 to 117 shown in FIG. The PWM modulation circuits PWM1 to PWM7 of this embodiment are constituted by digital circuits. Specifically, the up / down counter CNT1, the digital comparator CMP1 that compares the count value of the counter CNT1 with a predetermined comparison value A, and the digital comparator CMP2 that compares the count value of the counter CNT1 with a predetermined comparison value B And a logic circuit LG that receives the outputs of the comparators CMP1 and CMP2. The logic circuit LG can be configured using, for example, an RS type flip-flop that toggles according to the outputs of the comparators CMP1 and CMP2. Two counters may be provided for each of the comparators CMP1 and CMP2 instead of one counter.
[0051]
A PWM modulation circuit used in a conventional PWM control circuit of a spindle motor is an analog PWM modulation circuit including a triangular wave generation circuit having a predetermined period and amplitude, an analog comparator for comparing the generated triangular wave and a control voltage, and the like. It is often composed of. Such an analog PWM modulation circuit can be used as the PWM modulation circuits PWM1 to PWM7 constituting the channels 111 to 117 shown in FIG. 1. However, when an analog circuit is used, the period is changed or the amplitude is changed. The triangular wave generating circuit that can be changed has a complicated circuit configuration, and the analog comparator is also required to have high accuracy. In addition, an accurate triangular wave oscillator is required to ensure the linearity of PWM modulation. Therefore, the entire circuit can be simplified by using the digital PWM modulation circuit having the configuration as shown in FIG.
[0052]
In the digital PWM modulation circuit of FIG. 10, the same result as changing the period of the triangular wave generated by the triangular wave generation circuit of the analog PWM modulation circuit by changing the frequency of the clock CLK for operating the up / down counter CNT1. Is obtained. Further, by changing the comparison value A (or B) input to the digital comparators CMP1 and CMP2, the same result as that obtained by changing the amplitude of the triangular wave generated by the triangular wave generating circuit of the analog PWM modulation circuit is obtained. By changing the value B (or A), the pulse width of the output control pulse Ppwm can be changed.
[0053]
11A and 11B show specific circuit examples of the drivers DRV1 to DRV7 constituting the channels 111 to 117 shown in FIG. Of these, the driver shown in FIG. 11A is a driver suitable for performing synchronous rectification control, and is an output transistor Q1, Q2 composed of two serial N-channel MOSFETs, and the gate terminals of these transistors Q1, Q2. And a differential amplifier AMP1 for controlling The input of the differential amplifier AMP1 receives a drive pulse Ppwm whose pulse width is controlled from the previous PWM modulation circuit, and the output transistors Q1 and Q2 are complementarily turned on and off. The output transistors Q1 and Q2 are high breakdown voltage, high output MOSFETs called so-called power MOSs that can flow a relatively large current through a coil connected to an external terminal. A bipolar transistor can be used instead of a MOSFET. good.
[0054]
The driver shown in FIG. 11B includes an output transistor Q1 formed of an N-channel MOSFET, a Schottky diode D1 connected in the reverse direction to the source terminal of Q1, and a differential amplifier AMP1 that controls the gate terminal of the output transistor Q1. It is composed.
[0055]
FIG. 12 shows a chart summarizing each component of the control LSI according to the present invention and a method for realizing the component.
As can be seen from FIG. 12, the control LSI according to the present invention includes dedicated hardware, programmable hardware, a programmable sequencer (control device), and user design logic according to the purpose of the circuit. There are four categories. In this way, by changing the properties of the components according to the purpose, it is possible to provide a control LSI that can realize a circuit having high versatility and a function corresponding to the target system at a low price. It becomes. In this embodiment, the DSP belongs to both programmable hardware and a programmable sequencer.
[0056]
FIG. 13 shows a control LSI according to the present invention comprising a disk rotation spindle motor, an arm moving voice coil motor, and a power source DC-DC converter in a hard disk type magnetic storage device (hereinafter simply referred to as a hard disk device). The example of a structure of the whole system at the time of using for the control apparatus which controls drive is shown. Note that the control circuit 100 in FIG. 13 functionally shows a hard disk control device, and the circuit blocks as shown do not exist as independent circuits.
[0057]
As shown in FIG. 13, the hard disk device of this embodiment has a magnetic disk 300, a spindle motor 310 that drives the magnetic disk 300 to rotate at high speed, and a read / write of information with respect to storage tracks on the magnetic disk 300. An arm 320 having a magnetic head HD at the tip for writing, a voice coil motor 340 for moving the magnetic head HD on the magnetic disk 300 via the arm, and an arm 320 disposed outside the magnetic disk 300 when the disk rotation is stopped. , A drive control circuit 100 for controlling the drive of the spindle motor 310 and the voice coil motor 340, and controlling the overall operation of the hard disk device, and a current command value for the spindle motor 310 and a current command value for the voice coil motor 340. Having such as a controller 200 to power.
[0058]
The controller 200 is composed of a microcomputer (CPU) or the like, and the drive current command value output from the controller 200 is sent to the motor drive circuit 100. There are drive current command values relating to the control of the spindle motor 310 (Id, Iq) and those relating to the control of the voice coil motor 340 (Ivcm), and the spindle motor 310 and the voice coil motor 340 are separately driven and controlled. The From the controller 200 to the motor drive circuit 100, a voltage command value Vo1 for a regulator composed of a DC-DC converter. * Is also sent. Although not shown in FIG. 13, the arm 320 is separately provided with a signal processing IC for driving the magnetic head HD to perform writing on the magnetic disk 300 and detecting position information based on a read signal.
[0059]
The drive control circuit 100 includes a spindle motor driver 400, a voice coil motor driver 500 that moves the magnetic head in the radial direction of the disk, and an input / output port 700, and operates according to a control signal supplied from the controller 200. The voice coil motor 340 and the spindle motor 310 are controlled so that the magnetic head seeks to a desired track and the relative speed of the magnetic head is constant. Further, the drive control circuit 100 includes a regulator 600 formed of a DC-DC converter and a power supply monitor circuit 800. The regulator 600 steps down the power supply voltage Vcc2 for IC such as 5V, such as 3.3V. The internal power supply voltages Vreg1 to Vreg3 are generated. The generated power supply voltages Vreg1 to Vreg3 are also supplied to the controller 200. The power supply monitor circuit 800 monitors Vreg1 to Vreg3 and generates a power-on detection signal P-ON indicating the rising of the internal voltage, or outputs a reset signal RS to the controller 200. The power switch PSW that supplies the power supply voltage Vcc1 to the control LSI 100 is turned on and off by the power-on detection signal P-ON.
[0060]
The controller 200 is composed of a microcomputer or the like, and takes in read data transmitted from the signal processing circuit of the head and performs error correction processing, or performs error correction coding processing on write data from the host computer and outputs a signal. Or output to the processing circuit. The signal processing circuit performs signal processing such as modulation / demodulation processing suitable for magnetic recording and waveform shaping in consideration of magnetic recording characteristics, or reads the position information of the magnetic head HD in response to a signal from the read / write IC. It has a function to do.
[0061]
The controller 200 is connected to a host computer such as a microcomputer of the personal computer body. The controller 200 controls each part of the system according to the operation mode, and calculates the sector position and the like based on address information supplied from the host computer. A cache memory for a buffer that temporarily stores read data read from the magnetic disk at high speed may be provided.
[0062]
Next, the second invention of the present application will be described.
In the control LSI of the embodiment, the output transistors Q1 and Q2 constituting the output driver circuits DRV1 to DRV7 are constituted by high withstand voltage and high output MOSFETs, and the high withstand voltage and high output MOSFETs constitute other circuits. It is formed on one semiconductor chip together with the element to be operated.
[0063]
Conventionally, in an LSI in which such a high withstand voltage and high output MOSFET is formed on one semiconductor chip together with elements constituting other circuits, as shown in FIG. 23, it is formed by an insulating film such as silicon oxide. An island-like semiconductor region 12 surrounded by the isolation band 11 and the buried insulating layer 14 is provided on the semiconductor substrate 10, a high-voltage, high-power MOSFET is provided in the island-like region 12, and another region 13 is provided in the outer region 13. In many cases, an element constituting a circuit is formed. 23A is a plan view of the semiconductor chip, and FIG. 23B is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along the line BB ′ in FIG.
[0064]
Since a very large current flows through a transistor such as an output transistor of an output driver circuit that drives a motor, a large amount of heat is generated there. However, since an insulating film used in silicon oxide or other semiconductor devices has low thermal conductivity, an island-shaped semiconductor region surrounded by the isolation band 11 and the embedded insulating layer 14 formed of the insulating film as described above. In the semiconductor integrated circuit in which an output transistor having a high withstand voltage and a high output is formed on 12, there is a problem that the heat generated in the output transistor is not sufficiently dissipated and the characteristics may be deteriorated. The second invention provides a technique for solving such a problem.
[0065]
FIG. 14 shows a first embodiment of a substrate structure of a semiconductor integrated circuit to which the present invention is applied. FIG. 14 shows two adjacent chips 20a and 20b on the semiconductor wafer, and a control LSI as shown in FIG. 1 is formed on each chip. In FIG. 14A, the alternate long and short dash line corresponds to a scribe line for cutting each chip from the wafer. FIG. 14B is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure cut along the line BB ′ in FIG.
[0066]
In the embodiment of FIG. 14, an output transistor formation region 12 is provided across the two chips at the boundary between two adjacent chips 20a and 20b. An element forming region 13 separated by a wall-shaped isolation band 11 made of an insulating film is provided outside the output transistor forming region 12, and circuit elements other than the output transistor are formed in the element forming region 13. A buried insulating layer 14 is formed below the element formation region 13, and the element formation region 13 is completely insulated from the substrate 10. The separation band 11 can be formed by, for example, a so-called trench isolation technique in which a groove is cut on the surface of a chip and an insulating material is filled inside the groove.
[0067]
On the other hand, an insulating layer is not provided below the output transistor formation region 12 and is in contact with the substrate 10. Therefore, even if a relatively large current flows through the output transistor in the formation region 12 and the temperature rises, it is avoided that the heat is transferred to the substrate 10 and becomes extremely high temperature, thereby suppressing the change in the characteristics of the output transistor. can do. In addition, in this embodiment, since the output transistor formation region 12 is formed across two chips, it can be used effectively up to the edge of the chip, and is provided inside the chip as shown in FIG. The area of the element formation region 13 is not reduced compared to the case where the device is formed. That is, the chip size can be reduced as compared with the prior art.
[0068]
FIG. 15 shows a second embodiment of the structure of the substrate of the semiconductor integrated circuit to which the present invention is applied. The cross-sectional structure is the same as FIG.
In the second embodiment, an output transistor formation region 12 is provided across two chips at the boundary between two adjacent chips 20a and 20b, and a wall shape is provided outside the output transistor formation region 12. The separation band 11 is formed in a pentagon. A buried insulating layer is not provided below the output transistor formation region 11 surrounded by the isolation band 11 made of an insulating film, and a buried insulating layer 14 is provided below the element formation region 13 outside the isolation band 11. Is formed, and the element formation region 13 is completely insulated from the substrate 10.
[0069]
In this embodiment, although not particularly limited, an output transistor is formed in the rectangular region 12 a inside the output transistor forming region 12, and circuit elements other than the output transistor are formed in the element forming region 13. In this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and since the shape of the separation band 11 is a polygon, the distortion generated at each corner due to the thermal stress in the process and the stress of the package is alleviated. There is an advantage that. A polygon such as a hexagon or an octagon may be used instead of the pentagon.
[0070]
Further, as shown in FIG. 16, the shape of the separation band 11 may be circular. In this case, distortion due to stress can be minimized. Further, FIGS. 14 to 16 show the case where the output transistor formation region 12 is formed so as to extend over two chips, but as shown in FIG. 17, each of the chips 20a, 20b, 20c, 20d. An output transistor formation region 12 surrounded by a separation band 11 may be provided so as to straddle between chips adjacent to each corner.
[0071]
FIG. 18 shows another embodiment of a substrate structure of a semiconductor integrated circuit to which the present invention is applied. In this embodiment, an output transistor formation region 12a in which output transistors Q1 and Q2 are separated by an isolation band 11 ′ made of an insulating film for each of output driver circuits DRV1 to DRV7 of the channels 111 to 117 of the control LSI of FIG. It is made to form in ~ 12g. An isolation band 11 is provided so as to surround the entire output transistor formation regions 12a to 12g, and the outside is an element formation region 13 of another circuit. As in this embodiment, since the output transistor formation regions 12a to 12g are separated for each channel by the separation band 11 ', there is an advantage that latch-up is less likely to occur.
[0072]
Similarly to the above embodiment, the buried insulating layer 14 is formed corresponding to the element forming region 13, and the buried insulating layer is not formed in the region inside the isolation band 11. Further, the inner region of the separation band 11 having no embedded insulating layer is provided across adjacent chips. The one-dot chain line shown in FIG. 18 can be regarded as a scribe line indicating the boundary of each chip. Since a buried insulating layer is not formed in the inner region of the separation band 11, the output transistor formed in the inner region of the separation band 11 does not generate heat even if a relatively large current flows, as in the previous embodiment. It is avoided that the output transistor reaches an extremely high temperature due to the transmission to the substrate 10, and the deterioration of the characteristics of the output transistor can be suppressed.
[0073]
Since the buried insulating layer is not formed in the region inside the separation band 11, the lower end of the separation band 11 ′ is not in contact with the buried insulating layer unlike the separation band 11, as shown in FIG. The transistor formation regions 12a to 12g are not electrically separated from each other through the substrate 10, but can be latched up to the extent that there is no practical problem by appropriately setting the distance D between the regions 12a to 12g. The strength can be sufficiently increased.
[0074]
Next, a method for manufacturing a wafer capable of forming a semiconductor integrated circuit having the structure as in the above embodiment will be described.
FIG. 19 shows the procedure of the first manufacturing method of the wafer forming the semiconductor integrated circuit of the above embodiment in the order of steps.
First, in the first step (A), a region AR2 other than the portion AR1 which becomes the output transistor formation region 12 on the surface of the bare wafer WF1 such as single crystal silicon is selectively etched. Next, the entire surface is oxidized in the step (B), and the entire surface is polished in the step (C) until the silicon in the AR1 part is exposed, and the surface of the wafer WF1 is further cleaned by sputter etching or the like. As another method, an appropriate mask MSK (nitride film or the like) is formed on the surface of AR1, and selective oxidation is performed to form an oxide film SiO on the surface of region AR2. 2 In the next step (C), the mask MSK is removed, the entire surface of the AR1 portion is polished with respect to the entire surface of the wafer WF1, and the surface of the wafer WF1 is further cleaned by sputtering etching or the like. In this way, a step is formed on the silicon and the whole surface is oxidized and flattened, or a partially oxidized region is formed using a mask and then flattened.
[0075]
Thereafter, in step (D), a wafer WF2 whose surface is separately cleaned by sputter etching or the like is brought, and the two wafers are bonded and processed at a high temperature so that the cleaned surfaces face each other. Connect firmly. Then, in the last step (E), the rear surface of the wafer WF2 bonded later is polished to a desired thickness and completed.
[0076]
FIG. 20 shows the procedure of the second manufacturing method of the wafer forming the semiconductor integrated circuit of the above embodiment in the order of steps.
First, in the first step (A), an oxide film SiO is formed on the entire surface of the bare wafer WF1. 2 Form. In the second step (B), the oxide film SiO of the part AR1 which becomes the output transistor formation region 12 of the wafer WF1. 2 Selectively etch. In the next step (C), a polysilicon layer P-Si is formed on the entire surface of the wafer WF1. As another method, an epitaxial growth technique can be used to grow a good crystal having the same crystal orientation as that of the substrate in the AR1 portion, and polysilicon can be grown in AR2 on the oxide film.
In the fourth step (D), the entire surface of the wafer WF1 is polished to remove polysilicon on the oxide film in the region AR2 other than the output transistor formation region (AR1), and the surface of the wafer WF1 is further cleaned by sputter etching or the like. .
[0077]
Thereafter, the process is the same as steps (D) and (E) in FIG. 19. First, in step (E), a wafer WF2 whose surface is separately cleaned by sputter etching or the like is brought and the cleaned surfaces face each other. In this way, the two wafers are bonded and processed at a high temperature to bond them more firmly. In the final step (F), the rear surface of the wafer WF2 bonded later is polished to a desired thickness and completed.
[0078]
FIG. 21 shows the procedure of the third manufacturing method of the wafer forming the semiconductor integrated circuit of the above embodiment in the order of steps.
In this embodiment, first, the oxide film SiO is formed on the surface of the region AR2 other than the portion AR1 which becomes the output transistor formation region 12 of the bare wafer WF1 by the same procedure as the steps (A) to (C) of FIG. 2 (A). Next, another wafer WF2 is prepared and hydrogen ions are implanted from the surface to form an ion implantation layer HIL, and the surfaces of the wafers WF1 and WF2 are cleaned by sputtering etching or the like (B).
[0079]
The ion-implanted wafer WF2 has a characteristic that the bonding strength of the ion-implanted layer HIL is lowered. Therefore, the two wafers are bonded and processed at a high temperature so that the cleaned surfaces of the wafers WF1 and WF2 whose surfaces are cleaned by sputter etching or the like face each other (C). Then, the wafer WF2 is peeled off along the ion implantation layer HIL, and the peeled wafer WF2 is polished to a desired thickness to complete (D).
[0080]
Note that the oxide film SiO is formed on the surface of the region AR2 other than the portion AR1 to be the output transistor formation region 12 of the bare wafer WF1 in the same procedure as the steps (A) to (D) in FIG. 2 Alternatively, a desired wafer may be obtained by applying the steps (B) to (D) shown in FIG.
[0081]
Further, as shown in FIG. 22A, oxygen ions are implanted into a region AR2 other than the region AR1 to be the output transistor formation region 12 of the bare wafer WF1 from a surface to a deep region with a high concentration and high energy, and then a high temperature heat treatment is performed. Then, the buried insulating layer 14 may be selectively formed as shown in FIG.
[0082]
As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Not too long. For example, in the control LSI of the above embodiment, an example was described in which an on-chip power MOSFET was used as an output transistor of an output driver circuit that supplies current to the coils of a three-phase motor, actuator, or switching regulator. The output transistor may be constituted by a power IC formed on a semiconductor chip separate from other circuits. In that case, it is desirable that the control LSI and the power IC are mounted on an insulating substrate such as ceramic and mounted in one package to constitute a so-called module.
[0083]
Further, in the above description, the case where the invention made by the present inventor is applied to a control LSI of a hard disk storage device, which is a field of use that is the background of the invention, has been described. The present invention can be widely used for control LSIs such as information devices and OA devices having actuators such as brushless motors such as a motor for rotating a polygon mirror and an axial fan motor, voice coil motors, stepping motors and solenoids.
[0084]
The effects obtained by typical ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows. That is, according to the present invention, it is possible to shorten the development period of a control LSI for an information device such as a hard disk device. Further, according to the present invention, it is possible to realize a highly flexible control LSI that can quickly cope with a change in specifications in an information device such as a hard disk device.
Furthermore, according to the present invention, even the same type of information equipment can be used with different specifications, and information equipment with different functions such as a hard disk device, a DVD device, a printer, an OA device, a robot, A highly versatile control LSI that can be widely applied to devices having a plurality of motors and actuators such as automobiles can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an embodiment of a control LSI according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing a configuration example of a system in which the control LSI of the embodiment is used as a control LSI of an apparatus having one each of a three-phase brushless motor, a voice coil motor, and a DC-DC converter.
FIG. 3 is a circuit configuration diagram showing a configuration example of a system in which the control LSI according to the embodiment is used as a control LSI of an apparatus having two three-phase brushless motors and a DC-DC converter.
FIG. 4 is a block diagram showing a general configuration example of a PWM control method drive control circuit for a sensorless three-phase brushless motor.
5 is a block diagram showing a configuration method when the drive control circuit of FIG. 4 is realized by the hardware components of FIG. 1;
6 is a block diagram showing an example of a configuration in a case where the functions of the control unit of the three-phase brushless motor in the system of FIG. 2 or FIG. 3 are assigned to the hardware circuits of FIG. 1;
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration example of a control circuit that performs PWM drive control of a voice coil motor VCM as an example of an actuator.
FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration example of a control circuit that performs PWM drive control of a DC-DC converter.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a configuration example of a filter constituting the control unit as shown in FIG. 5, FIG. 7, and FIG.
FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration example of a PWM modulation circuit.
FIGS. 11A and 11B are circuit diagrams illustrating configuration examples of output driver circuits, respectively.
FIG. 12 is a chart summarizing each component of the control LSI according to the present invention and a method for realizing the component.
FIG. 13 shows a case where the control LSI according to the present invention is used in a control device for driving and controlling a disk rotating spindle motor, an arm moving voice coil motor, and a power source DC-DC converter in a hard disk type magnetic storage device. It is a block diagram which shows the example of a structure of the whole system.
14A is a plan view showing a first embodiment of a substrate of a semiconductor integrated circuit to which the present invention is applied, and FIG. 14B is a sectional view thereof.
FIG. 15 is a plan view showing a second embodiment of the substrate of the semiconductor integrated circuit to which the present invention is applied;
FIG. 16 is a plan view showing a third embodiment of the substrate of the semiconductor integrated circuit to which the present invention is applied;
FIG. 17 is a plan view of a wafer showing a fourth embodiment of a substrate of a semiconductor integrated circuit to which the present invention is applied;
FIG. 18 is a wafer plan view showing a fifth embodiment of a substrate of a semiconductor integrated circuit to which the present invention is applied;
FIG. 19 is an explanatory cross-sectional view showing the steps of the first manufacturing method of the wafer for forming the semiconductor integrated circuit of the example in the order of steps.
FIG. 20 is a cross-sectional explanatory view showing the steps of the second manufacturing method of the wafer for forming the semiconductor integrated circuit of the example in order of processes.
FIG. 21 is an explanatory cross-sectional view showing the steps of the third manufacturing method of the wafer for forming the semiconductor integrated circuit of the example in order of steps.
22 is an explanatory cross-sectional view showing the steps of the fourth manufacturing method of the wafer for forming the semiconductor integrated circuit of the example in order of processes. FIG.
23A is a plan view showing a configuration example of a substrate of a semiconductor integrated circuit having a conventional high breakdown voltage, high output transistor, and FIG. 23B is a cross-sectional view thereof.
[Explanation of symbols]
100 Semiconductor integrated circuit for control (control LSI)
111-117 channels (PWM modulation circuit & output driver circuit)
110 Output driver circuit
121, 123, 125 Current detection amplifier
122, 124, 126 Voltage detection amplifier
130 AD converter circuit
140 Bus
151-153 Output control circuit
160 Channel selector
171 Serial port
172 parallel port
173 DPS (Programmable arithmetic circuit)
175 Sequence control unit
176 Registers
300 magnetic disk
310 spindle motor
320 arms
340 Voice coil motor
PWM1 to PWM7 PWM modulation circuit
DRV1 to DRV7 output driver circuit
Rs1 to Rs3 Current sensing resistors

Claims (23)

PWM変調回路と該PWM変調回路で生成されたPWM制御パルスにより駆動される出力ドライバ回路との組を複数個備え、外部からロードしたプログラムによって任意の演算処理を実行可能なプログラマブルな演算回路と、外部からロードしたプログラムによって任意の手順で前記演算回路およびチャネルを動作させる制御信号を生成するプログラマブルなシーケンス制御回路と、前記プログラムを読み込むためのポートと、読み込まれたプログラムを格納するメモリとを備えていることを特徴とする制御用半導体集積回路。A plurality of sets of PWM modulation circuits and output driver circuits driven by PWM control pulses generated by the PWM modulation circuits; a programmable arithmetic circuit capable of executing arbitrary arithmetic processing by a program loaded from the outside; A programmable sequence control circuit for generating a control signal for operating the arithmetic circuit and the channel in an arbitrary procedure by an externally loaded program, a port for reading the program, and a memory for storing the read program A control semiconductor integrated circuit. 前記演算回路と前記シーケンス制御回路に接続されたバスと、該バスに接続され前記演算回路における演算結果を保持可能な複数のレジスタとを有することを特徴とする請求項1に記載の制御用半導体集積回路。The control semiconductor according to claim 1, further comprising: a bus connected to the arithmetic circuit and the sequence control circuit; and a plurality of registers connected to the bus and capable of holding an arithmetic result in the arithmetic circuit. Integrated circuit. 前記メモリは書込み可能な不揮発性メモリであることを特徴とする請求項1または2に記載の制御用半導体集積回路。3. The control semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the memory is a writable nonvolatile memory. 前記出力ドライバ回路もしくは前記出力ドライバ回路によって駆動される負荷手段に流れる電流を検出する複数の電流検出手段を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の制御用半導体集積回路。4. The control semiconductor integrated circuit according to claim 1, further comprising a plurality of current detection means for detecting a current flowing in the output driver circuit or a load means driven by the output driver circuit. 前記電流検出手段により検出された電流値をディジタル値に変換するAD変換回路を備えることを特徴とする請求項4に記載の制御用半導体集積回路。5. The control semiconductor integrated circuit according to claim 4, further comprising an AD conversion circuit that converts a current value detected by the current detection means into a digital value. 前記複数の電流検出手段により検出された電流値を前記AD変換回路により時分割でディジタル値に変換させるための切替え手段を備えることを特徴とする請求項5に記載の制御用半導体集積回路。6. The control semiconductor integrated circuit according to claim 5, further comprising switching means for converting the current values detected by the plurality of current detection means into digital values in a time division manner by the AD conversion circuit. 所定の負荷手段を駆動制御するための専用の回路を含む出力制御回路を有することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の制御用半導体集積回路。7. The control semiconductor integrated circuit according to claim 1, further comprising an output control circuit including a dedicated circuit for driving and controlling a predetermined load means. 複数の出力制御回路を備え、そのうち1つの出力制御回路は、3相ブラシレスモータをPWM駆動制御するための制御回路の一部構成する専用の回路を含むことを特徴とする請求項7に記載のことを特徴とする制御用半導体集積回路。The output control circuit includes a plurality of output control circuits, and one of the output control circuits includes a dedicated circuit constituting a part of a control circuit for PWM driving control of a three-phase brushless motor. A control semiconductor integrated circuit. 前記専用の回路は、前記電流検出手段により検出された電流に基づいて3相ブラシレスモータの各コイルに流れる電流を再現する電流再現回路と、直交座標の信号と極座標の信号とを変換する座標変換回路であることを特徴とする請求項8に記載の制御用半導体集積回路。The dedicated circuit includes a current reproduction circuit that reproduces a current flowing through each coil of the three-phase brushless motor based on the current detected by the current detection unit, and a coordinate conversion that converts a signal of orthogonal coordinates and a signal of polar coordinates. 9. The control semiconductor integrated circuit according to claim 8, wherein the control semiconductor integrated circuit is a circuit. 前記電流再現回路は、任意の論理を構成可能な可変論理回路もしくはカスタム論理回路により構成されることを特徴とする請求項9に記載の制御用半導体集積回路。10. The control semiconductor integrated circuit according to claim 9, wherein the current reproduction circuit is configured by a variable logic circuit or a custom logic circuit capable of configuring an arbitrary logic. 前記出力制御回路を任意のPWM変調回路と出力ドライバ回路との組に接続する選択手段を備えることを特徴とする請求項7〜10のいずれかに記載の制御用半導体集積回路。11. The control semiconductor integrated circuit according to claim 7, further comprising selection means for connecting the output control circuit to a set of an arbitrary PWM modulation circuit and output driver circuit. 前記選択手段は前記シーケンス制御回路からの信号によって制御されることを特徴とする請求項10に記載の制御用半導体集積回路。11. The control semiconductor integrated circuit according to claim 10, wherein the selection means is controlled by a signal from the sequence control circuit. 前記演算回路はディジタルシグナルプロセッサであることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の制御用半導体集積回路。13. The control semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the arithmetic circuit is a digital signal processor. 前記出力ドライバ回路は、外部端子に接続された負荷手段に駆動電流を流すパワー・トランジスタを有することを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載の制御用半導体集積回路。14. The control semiconductor integrated circuit according to claim 1, wherein the output driver circuit includes a power transistor that causes a drive current to flow to a load unit connected to an external terminal. 請求項1〜14のいずれかに記載の制御用半導体集積回路と、磁気記憶ディスクを回転駆動するスピンドルモータと、前記磁気記憶ディスク上の記憶トラックに対して情報のリード/ライトを行う磁気ヘッドと、この磁気ヘッドを前記磁気記憶ディスク上にて移動させるボイスコイルモータとを有し、前記スピンドルモータと前記ボイスコイルモータが、前記制御用半導体集積回路によって駆動制御されるように構成されてなることを特徴とする磁気ディスク記憶装置。15. The semiconductor integrated circuit for control according to claim 1, a spindle motor that rotationally drives a magnetic storage disk, and a magnetic head that reads / writes information from / to a storage track on the magnetic storage disk; And a voice coil motor for moving the magnetic head on the magnetic storage disk, and the spindle motor and the voice coil motor are configured to be driven and controlled by the control semiconductor integrated circuit. A magnetic disk storage device. 電圧変換用のコイルを備え、該コイルは前記制御用半導体集積回路によりスイッチング電流が流されることにより直流電圧を発生するように構成されていることを特徴とする請求項15に記載の磁気ディスク記憶装置。16. The magnetic disk storage device according to claim 15, further comprising a voltage conversion coil, wherein the coil is configured to generate a DC voltage when a switching current is passed by the control semiconductor integrated circuit. apparatus. 半導体基板の一方の面に絶縁体からなる分離帯によって互いに電気的に分離された第1の素子形成領域および第2の素子形成領域を有し、前記第1の素子形成領域には埋込み絶縁層が形成され、前記第2の素子形成領域は少なくともその一辺が前記半導体基板の縁部まで延設するように形成され、前記第2の素子形成領域には埋込み絶縁層が形成されず前記第1の素子形成領域に形成されたトランジスタ素子よりも大きな電流が流されるトランジスタ素子が形成されていることを特徴とする半導体集積回路。One surface of the semiconductor substrate has a first element formation region and a second element formation region which are electrically separated from each other by an isolation band made of an insulator, and the first element formation region has a buried insulating layer The second element formation region is formed so that at least one side thereof extends to the edge of the semiconductor substrate, and no buried insulating layer is formed in the second element formation region. A semiconductor integrated circuit, characterized in that a transistor element is formed in which a larger current flows than a transistor element formed in the element forming region. 前記第1の素子形成領域と第2の素子形成領域とを電気的に分離する分離帯は、前記半導体基板の一方の面において多角形もしくは円の一部を成すように形成されていることを特徴とする請求項17に記載の半導体集積回路。The separation band for electrically separating the first element formation region and the second element formation region is formed to form a polygon or a part of a circle on one surface of the semiconductor substrate. The semiconductor integrated circuit according to claim 17, characterized in that: 前記第1の素子形成領域は前記分離帯によってその周囲が囲まれていることを特徴とする請求項17または18に記載の半導体集積回路。19. The semiconductor integrated circuit according to claim 17, wherein the first element formation region is surrounded by the isolation band. 前記分離帯の下端は前記埋込み絶縁層に接していることを特徴とする請求項19に記載の半導体集積回路。20. The semiconductor integrated circuit according to claim 19, wherein a lower end of the separation band is in contact with the buried insulating layer. 前記第2の素子形成領域には該第2の素子形成領域に形成されるトランジスタ素子を囲むように第2の分離帯が形成されてなることを特徴とする請求項17〜20のいずれかに記載の半導体集積回路。21. A second isolation band is formed in the second element forming region so as to surround a transistor element formed in the second element forming region. The semiconductor integrated circuit as described. 前記第2の分離帯の下端は前記埋込み絶縁層に接していないことを特徴とする請求項21に記載の半導体集積回路。The semiconductor integrated circuit according to claim 21, wherein a lower end of the second separation band is not in contact with the buried insulating layer. 前記第2の素子形成領域が1つの半導体基板上に複数形成されていることを特徴とする請求項17〜22のいずれかに記載の半導体集積回路。23. The semiconductor integrated circuit according to claim 17, wherein a plurality of the second element formation regions are formed on one semiconductor substrate.
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