JP2008060494A - 半導体集積回路 - Google Patents

Abstract

【課題】実際の使用状況に即した条件でＩＣの電気的特性を測定可能としつつも端子の数の増大を抑え、かつＩＣの信頼性を維持することができる技術を提供する。
【解決手段】スイッチ制御部７２は、制御信号Ｓｃｎｔに基づいて、通常モードの期間では第１スイッチＭ１ないし第４スイッチＭ４および分離スイッチＭ６をオフするとともに電位固定スイッチＭ５をオンする。スイッチ制御部７２は、制御信号Ｓｃｎｔに基づいて、テストモードの期間では電位固定スイッチＭ５をオフするとともに分離スイッチＭ６をオンし、第１スイッチＭ１ないし第４スイッチＭ４のいずれか１つを選択的にオンする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電圧測定の対象となるノードを有する半導体集積回路およびそれを搭載した電子機器に関する。

半導体集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）の電気的特性を測定する方法として、４端子測定あるいはケルビン測定が知られている（特許文献１参照）。特許文献１の電気特性測定装置では、半導体レーザのオン抵抗の測定するためにプローブ針を２本配設し、１本を電流供給源に、もう１本を電圧計にそれぞれ接続する構成により、接触抵抗による測定誤差を減少させている。
特開２００３−２１５１９９号公報

例えばモータコイルを駆動するパワートランジスタのような素子のオン抵抗を測ろうするとき、実際の使用状況に即した条件を想定するためには、測定対象のパワートランジスタにアンペアオーダーの電流を流す必要がある。しかし、プローブ針の電流供給能力を考えるとアンペアオーダーの電流をプローブ針から供給することは困難である。このため、実際の使用状況に即した条件下での測定という観点から特許文献１の技術には改善の余地があるといえる。

一方、測定対象のパワートランジスタの両端について電流供給用とは別に電圧測定用の端子をそれぞれ設けることによって実使用に即した測定をすることも考えられるが、それでは測定のために端子が２つ増えることとなり、省スペース化や低コスト化の要求に合わない。ここで、セレクタを利用する等して端子を共用しようとすると、ＩＣの動作次第ではセレクタの動作に不具合が生じ兼ねない。特にＩＣがコイル等の誘導性負荷を駆動するときには、誘導性負荷の逆起電圧により電源電圧よりも高い電圧あるいは接地電位よりも低い電圧がセレクタに加わることがある。そうするとセレクタを構成するスイッチのオフが不完全になりＩＣの信頼性を損なう結果となる。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、実際の使用状況に即した条件でＩＣの電気的特性を測定可能としつつも端子の数の増大を抑え、かつＩＣの信頼性を維持することができる技術を提供することにある。

本発明のある態様は、半導体集積回路である。この半導体集積回路は、電圧測定の対象となる第１端子および第２端子を有する回路ブロックと、第１端子に一端が接続され、他端が共通ノードに接続された第１スイッチと、第２端子に一端が接続され、他端が共通ノードに接続された第２スイッチと、共通ノードに一端が接続され、他端が固定電圧端子に接続された電位固定スイッチと、共通ノードに接続され、その電圧を外部に出力する出力端子と、第１スイッチおよび第２スイッチ、電位固定スイッチのオンオフを制御するスイッチ制御部と、を備える。

第１端子および第２端子は、抵抗の両端あるいはトランジスタのコレクタ・エミッタ、ソース・ドレイン等であってもよく、要するに、電圧測定の対象となるポイントを意味する。
この態様によると、第１端子および第２端子の電圧を出力端子から選択的に出力することで、第１端子および第２端子のそれぞれについて電圧出力用の端子を１つずつ設ける場合と比較して半導体集積回路の端子の数の増大を抑えることができる。また、第１端子および第２端子の電圧が半導体集積回路への供給電圧のレンジを超えて変化しても、電位固定スイッチの作用により半導体集積回路の動作に不具合が生じることを防止できる。

第１スイッチおよび第２スイッチは、ＮチャンネルのＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であり、固定電圧端子の電圧は、外部から回路ブロックに供給される電圧のうちの最も低い電圧以上の電圧であってもよい。
第１スイッチおよび第２スイッチは、ＰチャンネルのＭＯＳＦＥＴであり、固定電圧端子の電圧は、外部から回路ブロックに供給される電圧のうちの最も高い電圧以下の電圧であってもよい。

第１端子および第２端子のいずれかは、回路ブロックの通常動作時に、回路ブロックに供給される低電位側の電圧よりも低い電圧あるいは回路ブロックに供給される高電位側の電圧よりも高い電圧となりうる端子であってもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、実際の使用状況に即した条件でＩＣの電気的特性を測定可能としつつも端子の数の増大を抑え、かつＩＣの信頼性を維持することができる。

図１は、実施の形態にかかる半導体集積回路１００の構成を示す。この回路はモータ駆動用のＩＣであり、例えばデジタルカメラの絞りやオートフォーカス、ズームレンズ用のモータを駆動する。

半導体集積回路１００は、モータドライバ５２と、テスト用ブロック５４と、他ブロック５６とを備える。モータドライバ５２は、図示しないモータコイルを駆動する。テスト用ブロック５４は、モータドライバ５２のテスト時にモータドライバ５２内の電圧測定対象の端子の電圧を外部に出力する。他ブロック５６は、半導体集積回路１００内の任意の回路ブロックである。

モータドライバ５２は、第１端子１１と、第２端子１２と、第３端子１３と、第４端子１４と、Ｈブリッジ回路１６とを含む。第１端子１１はモータドライバ５２の電源入力用の端子であり、第１電源ＶＭの電圧が入力される。第２端子１２および第３端子１３は、Ｈブリッジ回路１６の出力端子であり、図示しないモータコイルに接続される。第４端子１４は接地端子であり、モータドライバ５２の基準電位として接地電位が入力される。なお、図１において、Ｈブリッジ回路１６を駆動するプリドライバをはじめとするモータドライバ５２の他の構成要素については図示を省略している。

本実施の形態において、第１電源ＶＭの電圧は、モータドライバ５２に外部から供給される電圧のうちの最も高い電圧である。また、接地電位は、モータドライバ５２に外部から供給される電圧のうちの最も低い電圧である。なお、負電源を用いる場合にはその負電源の電圧が、モータドライバ５２に外部から供給される電圧のうちの最も低い電圧となる。

Ｈブリッジ回路１６は、第１ハイサイドスイッチＭＨ１と、第２ハイサイドスイッチＭＨ２と、第１ローサイドスイッチＭＬ１と、第２ローサイドスイッチＭＬ２とを含む。第１ハイサイドスイッチＭＨ１および第２ハイサイドスイッチＭＨ２は、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴである。第１ローサイドスイッチＭＬ１および第２ローサイドスイッチＭＬ２は、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴである。

第１ハイサイドスイッチＭＨ１は、ソースが第１端子１１に接続され、ドレインが第３端子１３に接続される。第２ハイサイドスイッチＭＨ２は、ソースが第１端子１１に接続され、ドレインが第２端子１２に接続される。第１ローサイドスイッチＭＬ１は、ソースが第４端子１４に接続され、ドレインが第２端子１２に接続される。第２ローサイドスイッチＭＬ２は、ソースが第４端子１４に接続され、ドレインが第３端子１３に接続される。

本実施の形態では、モータドライバ５２の電気的特性のテストのためにのＨブリッジ回路１６を構成する各スイッチのオン抵抗を測定する。つまり、第１端子１１ないし第４端子１４が電圧測定の対象となる端子である。あるいはＨブリッジ回路１６の各スイッチのソース・ドレインを電圧測定の対象の端子と考えることもできるが、ここでは特に区別しない。

テスト用ブロック５４は、テスト出力端子１８と、第１スイッチＭ１と、第２スイッチＭ２と、第３スイッチＭ３と、第４スイッチＭ４と、電位固定スイッチＭ５と、分離スイッチＭ６と、スイッチ制御部７２とを含む。テスト用ブロック５４の各スイッチは、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成される。

第１スイッチＭ１ないし第４スイッチＭ４は、一端が第１端子１１ないし第４端子１４に接続され、他端が共通ノード７４に接続される。電位固定スイッチＭ５は、一端が共通ノード７４に接続され、他端が固定電圧端子としての接地端子に接続される。分離スイッチＭ６は、一端が共通ノード７４に接続され、他端がテスト出力端子１８に接続される。

スイッチ制御部７２は、図示しないマイクロプロセッサから制御信号Ｓｃｎｔを受信し、それに基づいてテスト用ブロック５４の各スイッチのオンオフを制御する。制御信号Ｓｃｎｔは、モータドライバ５２の電気的特性を測定するテストモードあるいはモータドライバ５２がモータを駆動する通常モードのいずれかを指定し、テストモードを指定するときには電圧測定の対象となっている端子も指定する。

（テストモード）
スイッチ制御部７２は、制御信号Ｓｃｎｔに基づいて、テストモードの期間では電位固定スイッチＭ５をオフするとともに分離スイッチＭ６をオンし、第１スイッチＭ１ないし第４スイッチＭ４のいずれか１つを選択的にオンする。

第２ハイサイドスイッチＭＨ２のオン抵抗を測定する場合を説明する。このとき、第１ハイサイドスイッチＭＨ１および第１ローサイドスイッチＭＬ１、第２ローサイドスイッチＭＬ２はオフされる。また、半導体集積回路１００の外部の第１定電流源１２４は、第１端子１１から第２ハイサイドスイッチＭＨ２を経由して第２端子１２に至る経路に大きさが既知の電流を流す。この状態で、スイッチ制御部７２は、まず、第１スイッチＭ１をオンする。そうすると第１端子１１の電圧がテスト出力端子１８から出力され、半導体集積回路１００の外部の電圧計１４８により第１端子１１の電圧が測定される。スイッチ制御部７２は、次に、第１スイッチＭ１をオフするとともに第２スイッチＭ２をオンする。そうすると第２端子１２の電圧がテスト出力端子１８から出力され、電圧計１４８により第２端子１２の電圧が測定される。第１端子１１の電圧および第２端子１２の電圧が分かれば、オームの法則に従って第２ハイサイドスイッチＭＨ２のオン抵抗が求められる。Ｈブリッジ回路１６を構成する他のスイッチについても同様にしてオン抵抗が求められる。

なお、第１スイッチＭ１の一端は第１電源ＶＭの電圧であるから、第１スイッチＭ１の制御端子としてのゲートを第１電源ＶＭの電圧としても第１スイッチＭ１をオンすることができない。第２スイッチＭ２および第３スイッチＭ３についても、第２端子１２および第３端子１３の電圧の大きさが第１電源ＶＭのものに近いと、第１スイッチＭ１の場合と同様にオンすることができない。分離スイッチＭ６についてもまた同様のことがいえる。そこで、本実施の形態ではテスト用ブロック５４の各スイッチをオンするための電圧を、他ブロック５６の電源である第２電源Ｖｃｃの経路（以下「Ｖｃｃライン」という。）から供給する。テストモードでは他ブロック５６は非アクティブであるから、Ｖｃｃラインの電圧は第２電源Ｖｃｃの電圧と無関係に設定することができる。ここでは、基板バイアス効果を考慮してテスト用ブロック５４の各スイッチがオンできる電圧あるいはその電圧よりも電圧値が大きい電圧をＶｃｃラインから供給する。

スイッチ制御部７２は、テスト用ブロック５４の各スイッチの制御端子としてのゲートを接地電位とすることにより各スイッチをオフし、Ｖｃｃラインから供給される電圧を各スイッチのゲートに印加することにより各スイッチをオンする。これによりテスト用ブロック５４の各スイッチのオンオフ切替が確実に実行される。

（通常モード）
スイッチ制御部７２は、制御信号Ｓｃｎｔに基づいて、通常モードの期間では第１スイッチＭ１ないし第４スイッチＭ４および分離スイッチＭ６をオフするとともに電位固定スイッチＭ５をオンする。

Ｈブリッジ回路１６は、図示しないモータコイルを駆動する。ここで、第２端子１２および第３端子１３の電圧について検討する。

Ｈブリッジ回路１６が第１ハイサイドスイッチＭＨ１および第１ローサイドスイッチＭＬ１をオフしつつ第２ハイサイドスイッチＭＨ２および第２ローサイドスイッチＭＬ２をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号によりオンオフするとき、そのオフデューティの期間ではモータコイルの逆電圧により、回生電流が流れる。この回生電流は、第４端子１４から第１ローサイドスイッチＭＬ１のボディダイオード、第２端子１２、第３端子１３、第１ハイサイドスイッチＭＨ１を経由して第１端子１１に至る。これにより回生電流が流れる期間では、第２端子１２の電圧はダイオードの順方向電圧の分だけ第４端子１４の電圧すなわち接地電位よりも降下し、第３端子１３の電圧はダイオードの順方向電圧の分だけ第１端子１１の電圧すなわち第１電源ＶＭの電圧よりも上昇する。モータコイルへの通電方向を反転した場合には逆に、第２端子１２の電圧が第１電源ＶＭの電圧よりも上昇し、第３端子１３の電圧が接地電位よりも降下する。

このように、モータドライバ５２は接地電位を基準として第１電源ＶＭの電圧で動作しているにもに関わらず、第２端子１２および第３端子１３の電圧は第１電源ＶＭの電圧よりも高くなったり接地電位よりも低くなったりする。

通常モードの期間では、スイッチ制御部７２は第２スイッチＭ２および第３スイッチＭ３のゲートを接地電位としてそれらのスイッチをオフする。しかし、第２端子１２あるいは第３端子１３の電圧がダイオードの順方向電圧の分だけ接地電位よりも低くなっているときは、ゲートを接地電位としてもなお第２スイッチＭ２あるいは第３スイッチＭ３のしきい値を超えて、それらのスイッチがオンする。

これについて何も配慮しないと、共通ノード７４の電圧も第２端子１２あるいは第３端子１３の電圧と同様に接地電位よりも低くなり、第１スイッチＭ１および第４スイッチＭ４、分離スイッチＭ６もオンする。そうすると、モータコイルを迂回する経路が形成されてモータの駆動効率が低下する。また、テスト出力端子１８とモータドライバ５２との分離が不確実となり、テスト出力端子１８を通常モード時に他ブロック５６の端子として用いるときに不具合が生じる。

この点、本実施の形態では電位固定スイッチＭ５を設け、通常モード時に電位固定スイッチＭ５をオンする。このため通常モード時に例えば第２スイッチＭ２がオンすると、電位固定スイッチＭ５から第２スイッチＭ２を経由して電流が流れる。これにより共通ノード７４の電圧は、電位固定スイッチＭ５のオン抵抗と第２スイッチＭ２のオン抵抗との比で固定電圧端子と第２端子１２との間の電圧を分圧した値となる。したがって、共通ノード７４の電圧は第２端子１２の電圧よりも高くなり、その結果として第１スイッチＭ１および第３スイッチＭ３、第４スイッチＭ４、分離スイッチＭ６のしきい値を超えることを防止でき、上述した不都合を解消することができる。

このように、本実施の形態の半導体集積回路１００によれば、テストモード時に端子から電流を供給することにより実際の使用に即した測定を可能としつつ、第１端子１１ないし第４端子１４の電圧をテスト出力端子１８から選択的に出力するように構成することにより端子の数の増大を抑え、かつ、電位固定スイッチＭ５によりその構成を信頼性あるものとすることができる。
また、半導体集積回路１００では分離スイッチＭ６を設けることにより通常モード時にモータドライバ５２およびテスト出力端子１８を確実に分離しつつ通常モード時にテスト出力端子１８を他ブロック５６の端子として利用しているので、テストのために専用の端子を設ける必要がない。ここで、分離スイッチＭ６は電位固定スイッチＭ５の作用により通常モード時には確実にオフされるので、テスト出力端子１８を他ブロック５６の端子として用いるときにモータドライバ５２および他ブロック５６が相互に影響を及ぼすリスクを低減できる。
さらに、テストモード時に既知電流を流す端子とは別の端子を利用して電圧を測定することにより接触抵抗による影響が低減されるので、接触抵抗が加算されて測定される場合と比較してＨブリッジ回路１６の各スイッチのサイズを小さくすることができる。これにより、半導体集積回路１００の規模を小型化できる。

上記実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下に変形例を列挙する。

実施の形態では電圧測定の対象となる端子を有する回路ブロックとしてモータドライバを例示したが、これには限定されず、回路ブロックの機能・用途は任意である。もっとも、コイル等の誘導性負荷を駆動することにより電源電圧よりも上昇した電圧あるいは接地電位よりも降下した電圧が現れる端子を有する回路ブロックに本実施の形態のテスト用ブロック５４が特に有効であることは上述した通りである。なお、コイルを駆動する回路の例としては、チョッパー型のスイッチングレギュレータや、トランスを有するインバータのドライバ等が挙げられる。

実施の形態では通常モード時にテスト出力端子１８を他ブロック５６の端子として利用することにより端子の数の増大を抑えたが、テスト出力端子１８をテストモード時のみに使う専用端子とした場合には、分離スイッチＭ６を設けなくてもよい。この場合であっても、少なくとも第１端子１１ないし第４端子１４の電圧をテスト出力端子１８から選択的に出力している点において端子の数の増大が抑えられる。

実施の形態では電位固定スイッチＭ５は固定電圧端子としての接地端子に接続された。ここで、第２スイッチＭ２あるいは第３スイッチＭ３が通常モード時にオフしきれなかったときに共通ノード７４の電圧を上昇させることが電位固定スイッチＭ５の役割であるから、電位固定スイッチＭ５が接続される固定電圧端子は接地電位よりも高い電圧であってもよい。

実施の形態ではテスト用ブロック５４の各スイッチをＮチャンネルＭＯＳＦＥＴにて構成したが、変形例ではこれらをＰチャンネルＭＯＳＦＥＴにて構成してもよい。この場合、第２端子１２あるいは第３端子１３の電圧が第１電源ＶＭの電圧よりもダイオードの順方向電圧の分だけ大きくなったときの影響を考慮する必要がある。したがって、電位固定スイッチＭ５が接続される固定電圧端子の電圧を第１電源ＶＭの電圧あるいはそれよりも低い電圧とする。そうすることで、実施の形態と同様の作用効果が得られる。

図２は、変形例にかかる半導体集積回路１００の構成を示す。本変形例は、第１抵抗Ｒ１ないし第４抵抗Ｒ４を設けた点が図１で示される実施の形態と異なる。なお、図２において、第１抵抗Ｒ１ないし第４抵抗Ｒ４の近傍の回路以外の図示は省略している。
第１抵抗Ｒ１は、第１ハイサイドスイッチＭＨ１のソースおよび第２ハイサイドスイッチＭＨ２のソースの接続点すなわち第１端子１１と、第１スイッチＭ１とを接続する経路に設けられる。第２抵抗Ｒ２は、第２ハイサイドスイッチＭＨ２のドレインおよび第１ローサイドスイッチＭＬ１のドレインの接続点すなわち第２端子１２と、第２スイッチＭ２とを接続する経路に設けられる。第３抵抗Ｒ３は、第１ハイサイドスイッチＭＨ１のドレインおよび第２ローサイドスイッチＭＬ２のドレインの接続点すなわち第３端子１３と、第３スイッチＭ３とを接続する経路に設けられる。第４抵抗Ｒ４は、第１ローサイドスイッチＭＬ１のソースおよび第２ローサイドスイッチＭＬ２のソースの接続点すなわち第４端子１４と、第４スイッチＭ４とを接続する経路に設けられる。第１抵抗Ｒ１ないし第４抵抗Ｒ４は、同じ抵抗値を有するように形成される。

本変形例によれば、通常モード時に第２端子１２の電圧がダイオードの順方向電圧の分だけ接地電位よりも降下して第２スイッチＭ２がオンしたときに、共通ノード７４の電圧を第２端子１２の電圧と比較してより高くすることができる。第２抵抗Ｒ２および第２スイッチＭ２のオン抵抗の合計と電位固定スイッチＭ５のオン抵抗との分圧比で共通ノード７４の電圧が決まるためである。第３抵抗Ｒ３も第２抵抗Ｒ２と同様の作用効果を奏する。

また、第１抵抗Ｒ１および第４抵抗Ｒ４は、第１端子１１ないし第４端子１４の各端子の電圧測定条件を揃える点で意義がある。もっとも、テスト出力端子１８を介して外部に接続される電圧計は高インピーダンスであるから第１抵抗Ｒ１および第４抵抗Ｒ４を設けなくても十分な測定精度を得ることができる。したがって、第１抵抗Ｒ１および第４抵抗Ｒ４を設けるかどうかは要求される精度に応じて適宜決めればよい。

実施の形態にかかる半導体集積回路の構成を示す回路図である。 変形例にかかる半導体集積回路の構成を示す回路図である。

符号の説明

Ｍ１・・・第１スイッチ、Ｍ２・・・第２スイッチ、Ｍ３・・・第３スイッチ、Ｍ４・・・第４スイッチ、Ｍ５・・・電位固定スイッチ、Ｍ６・・・分離スイッチ、１１・・・第１端子、１２・・・第２端子、１３・・・第３端子、１４・・・第４端子、１６・・・Ｈブリッジ回路、１８・・・テスト出力端子、５２・・・モータドライバ、５４・・・テスト用ブロック、５６・・・他ブロック、７２・・・スイッチ制御部、７４・・・共通ノード、１００・・・半導体集積回路。

Claims (6)

1. 電圧測定の対象となる第１端子および第２端子を有する回路ブロックと、
   前記第１端子に一端が接続され、他端が共通ノードに接続された第１スイッチと、
   前記第２端子に一端が接続され、他端が前記共通ノードに接続された第２スイッチと、
   前記共通ノードに一端が接続され、他端が固定電圧端子に接続された電位固定スイッチと、
   前記共通ノードに接続され、その電圧を外部に出力する出力端子と、
   前記第１スイッチおよび前記第２スイッチ、前記電位固定スイッチのオンオフを制御するスイッチ制御部と、
   を備えることを特徴とする半導体集積回路。
2. 前記回路ブロックは、誘導性負荷を駆動するドライバであり、
   前記第１端子は、前記誘導性負荷に接続されるべき端子であることを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路。
3. 前記第１端子と前記第１スイッチとを接続する経路に設けられた抵抗をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の半導体集積回路。
4. 前記第１スイッチおよび前記第２スイッチは、ＮチャンネルのＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であり、
   前記固定電圧端子の電圧は、外部から前記回路ブロックに供給される電圧のうち最も低い電圧以上の電圧であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の半導体集積回路。
5. 前記制御部は、
   前記回路ブロックのテスト時には、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチのいずれかを選択的にオンするとともに前記電位固定スイッチをオフすることにより前記第１スイッチおよび前記第２スイッチのいずれかの電圧を前記出力端子から測定可能とし、
   前記回路ブロックの通常動作時には、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチをオフするとともに前記電位固定スイッチをオンすることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の半導体集積回路。
6. 前記共通ノードと前記出力端子とを接続する経路に設けられた分離スイッチをさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の半導体集積回路。

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