JP2010226224A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に係り、特に半導体装置に搭載される逆接保護回路に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a reverse connection protection circuit mounted on a semiconductor device.
モータドライバなどの負荷駆動回路と電源の間には、電源の逆接続や電源の瞬停のときに発生する負荷駆動回路の誤動作や過大な貫通電流を防止する目的で逆接保護ダイオードが設けられる(例えば、特許文献1参照。)。
A reverse connection protection diode is provided between the load drive circuit such as a motor driver and the power supply in order to prevent malfunction of the load drive circuit that occurs when the power supply is reversely connected or when the power supply is momentarily stopped, or an excessive through current. For example, see
特許文献1などに記載される負荷駆動回路では、逆接保護ダイオードが外付けされているので実装面積が増大するという問題点がある。また、実装面積を考慮して逆接保護ダイオードを負荷駆動回路に内蔵すると熱抵抗が増大するので、実装された負荷駆動回路が過熱するという問題点が発生する。
In the load driving circuit described in
本発明は、実装面積を縮小することができる逆接保護回路を内蔵する半導体装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device incorporating a reverse connection protection circuit capable of reducing the mounting area.
本発明の一態様の半導体装置は、電源と内部回路の間に設けられ、制御信号に基づいて、オン時に前記電源と前記内部回路の間を接続し、オフ時に前記内部回路への前記電源の供給を停止するスイッチング手段と、アノードが前記電源に接続され、カソードが前記内部回路に接続され、前記電源と前記内部回路の間に前記スイッチング手段と並列に接続される逆接保護ダイオードと、前記電源がセットされたときに、イネーブル状態の前記制御信号を前記スイッチング手段に出力して前記スイッチング手段をオンさせ、前記電源の瞬停時或いは逆接時に、ディセーブル状態の前記制御信号を前記スイッチング手段に出力して前記スイッチング手段をオフさせる制御部とを有する逆接保護回路を具備し、前記逆接保護回路と前記内部回路は同一チップに形成されることを特徴とする。 A semiconductor device according to one embodiment of the present invention is provided between a power supply and an internal circuit, and connects between the power supply and the internal circuit when turned on based on a control signal, and connects the power supply to the internal circuit when turned off. Switching means for stopping supply, an anode connected to the power supply, a cathode connected to the internal circuit, a reverse connection protection diode connected in parallel with the switching means between the power supply and the internal circuit, and the power supply Is set, the control signal in the enabled state is output to the switching means to turn on the switching means, and the control signal in the disabled state is supplied to the switching means when the power supply is momentarily stopped or reversely connected. A reverse connection protection circuit having a control unit for outputting and turning off the switching means, and the reverse connection protection circuit and the internal circuit are the same Characterized in that it is formed-up.
更に、本発明の他態様の半導体装置は、電源と半導体集積回路の間に設けられ、制御信号に基づいて、オン時に前記電源と前記半導体集積回路の間を接続し、オフ時に前記半導体集積回路への前記電源の供給を停止するスイッチング手段と、アノードが前記電源に接続され、カソードが前記半導体集積回路に接続され、前記電源と前記半導体集積回路の間に前記スイッチング手段と並列に接続される逆接保護ダイオードと、前記電源がセットされたときに、イネーブル状態の前記制御信号を前記スイッチング手段に出力して前記スイッチング手段をオンさせ、前記電源の瞬停時或いは逆接時に、ディセーブル状態の前記制御信号を前記スイッチング手段に出力して前記スイッチング手段をオフさせる制御部とを有する逆接保護回路を具備し、前記逆接保護回路と前記半導体集積回路は同一基板に実装されることを特徴とする。 Furthermore, a semiconductor device according to another aspect of the present invention is provided between a power supply and a semiconductor integrated circuit, and connects between the power supply and the semiconductor integrated circuit when turned on based on a control signal, and the semiconductor integrated circuit when turned off. Switching means for stopping the supply of the power to the anode, the anode is connected to the power supply, the cathode is connected to the semiconductor integrated circuit, and is connected in parallel with the switching means between the power supply and the semiconductor integrated circuit When the reverse connection protection diode and the power supply are set, the control signal in an enabled state is output to the switching means to turn on the switching means, and the power supply is disabled when the power supply is momentarily stopped or reversely connected. A reverse connection protection circuit having a control unit that outputs a control signal to the switching means to turn off the switching means; Wherein the serial reverse connection protection circuit semiconductor integrated circuit is characterized in that it is mounted on the same substrate.
本発明によれば、実装面積を縮小することができる逆接保護回路を内蔵する半導体装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device including a reverse connection protection circuit capable of reducing the mounting area.
以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、本発明の実施例1に係る半導体装置について、図面を参照して説明する。図1は半導体装置の構成を示す回路図、図2は比較例の半導体装置を示す回路図である。本実施例では、逆接保護回路をオンチップ化している。
First, a semiconductor device according to
図1に示すように、半導体装置50には、逆接保護回路1と内部回路としての信号処理部2が設けられる。半導体装置50は、逆接保護回路1を内蔵(オンチップ化)した負荷駆動回路であり、例えばモータ制御、インバータ、スイッチング電源などに適用される。半導体装置50は、電源30から高電位側電源VCCが供給され、電源30側にコンデンサCinが外付けされ、信号処理部2側にコンデンサCoutが外付けされる。
As shown in FIG. 1, the
コンデンサCinは、一端が半導体装置50のノードN1に接続され、他端が接地電位である低電位側電源VSSに接続され、高電位側電源VCC電圧を安定化させる安定化コンデンサである。コンデンサCoutは、一端が半導体装置50のノードN2に接続され、他端が低電位側電源VSSに接続され、ノードN2の電圧を安定化させる安定化コンデンサである。
The capacitor Cin is a stabilization capacitor that has one end connected to the node N1 of the
逆接保護回路1は、電源30及びコンデンサCinと信号処理部2及びコンデンサCoutの間に設けられ、制御部3、逆接保護ダイオードD1、及びPchパワーMOSトランジスタPMT1が設けられる。逆接保護回路1は、電源30の瞬停時や電源30の逆接続時に信号処理部2で発生する誤動作や過大な貫通電流を防止する役目をする。
The reverse
逆接保護ダイオードD1は、アノードがノードN1(電源30及びコンデンサCin側)に接続され、カソードがノードN2(コンデンサCout側)に接続される。ここで、逆接保護ダイオードD1は、PchパワーMOSトランジスタPMT1の寄生ダイオードを用いているが、PchパワーMOSトランジスタPMT1とは別個に設けられるダイオードを用いてもよい。別個に設けられたダイオードを用いた場合、PchパワーMOSトランジスタPMT1とは異なる逆方向耐圧などを設定することができる。
The reverse connection protection diode D1 has an anode connected to the node N1 (the
PchパワーMOSトランジスタPMT1は、ドレインがノードN1に接続され、ソースがノードN2に接続され、ゲートに制御部3から出力される信号が入力され、この信号によりオン・オフ動作する。具体的には、この信号がイネーブル状態(ローレベル)の時にPchパワーMOSトランジスタPMT1がオンし、この信号がディセーブル状態(ハイレベル)の時にPchパワーMOSトランジスタPMT1がオフする。
In the Pch power MOS transistor PMT1, the drain is connected to the node N1, the source is connected to the node N2, and the signal output from the
PchパワーMOSトランジスタPMT1は、スイッチング手段として機能する。ここでは、PchパワーMOSトランジスタPMT1は、比較的耐圧が高く、且つオン抵抗が小さなLDMOS(Lateral Double Diffused Metal Oxide Semiconductor)を用いているが、代わりに比較的耐圧が高く、且つオン抵抗が小さなトレンチ型のPchパワーMOSトランジスタなどを用いてもよい。 The Pch power MOS transistor PMT1 functions as switching means. Here, the Pch power MOS transistor PMT1 uses LDMOS (Lateral Double Diffused Metal Oxide Semiconductor) having a relatively high breakdown voltage and a low on-resistance, but instead a trench having a relatively high breakdown voltage and a low on-resistance. A type Pch power MOS transistor or the like may be used.
制御部3には、電源11、電流源12、コンパレータCMP1、抵抗R1、及びスイッチSW1が設けられる。
The
抵抗R1は、一端がPchパワーMOSトランジスタPMT1のソース(ノードN2)に接続され、他端がPchパワーMOSトランジスタPMT1のゲート(ノードN3)に接続される。電源11は、プラス側がコンパレータCMP1の入力側のマイナスポートに接続され、マイナス側がノードN5(低電位側電源VSS)に接続され、コンパレータCMP1の入力側のマイナスポートに基準電圧Vrを供給する。
The resistor R1 has one end connected to the source (node N2) of the Pch power MOS transistor PMT1 and the other end connected to the gate (node N3) of the Pch power MOS transistor PMT1. The
コンパレータCMP1は、入力側のプラスポートがPchパワーMOSトランジスタPMT1のソース(ノードN2)に接続され、入力側のマイナスポートに基準電圧Vrが入力され、比較増幅した信号である制御信号S1を出力する。ここで、ノードN2の電圧VN2が基準電圧Vrよりも小さいときに、制御信号S1はローレベルとなり、ノードN2の電圧VN2が基準電圧Vrよりも大きなときに、制御信号S1はハイレベルとなる。 The comparator CMP1 has a positive port on the input side connected to the source (node N2) of the Pch power MOS transistor PMT1, a reference voltage Vr is input to the negative port on the input side, and outputs a control signal S1 that is a comparatively amplified signal. . Here, when the voltage VN2 at the node N2 is lower than the reference voltage Vr, the control signal S1 is at a low level, and when the voltage VN2 at the node N2 is higher than the reference voltage Vr, the control signal S1 is at a high level.
電流源12は、一端がノードN5(低電位側電源VSS)に接続される。スイッチSW1は、一端がPchパワーMOSトランジスタPMT1のゲート(ノードN3)に接続され、他端が電流源12の他端に接続される。ここで、スイッチSW1は、制御信号S1がハイレベルのときにオンし、制御信号S1がローレベルのときにオフする。スイッチSW1がオンするとPchパワーMOSトランジスタPMT1がオンし、スイッチSW1がオフするとPchパワーMOSトランジスタPMT1がオフする。
One end of the
内部回路としての信号処理部2は、逆接保護回路1とコンデンサCoutの間に設けられ、ノードN2から高電位側電源VCCが入力され、図示しない入力信号が入力され、信号処理を行い、信号処理された信号を出力する。
The
図2に示すように、負荷駆動回路である比較例の半導体装置60は、外付けされる逆接保護ダイオードD11を介して、電源30から高電位側電源VCCが供給され、電源30側(ノードN1側)にコンデンサCinが外付けされ、ノードN2側にコンデンサCoutが外付けされる。
As shown in FIG. 2, the
コンデンサCinは、一端がノードN1に接続され、他端が低電位側電源VSSに接続され、高電位側電源VCC電圧を安定化させる安定化コンデンサである。コンデンサCoutは、一端がノードN2に接続され、他端が低電位側電源VSSに接続され、ノードN2の電圧を安定化させる安定化コンデンサである。外付けされる逆接保護ダイオードD11は、アノードがノードN1に接続され、カソードがノードN2に接続される。 The capacitor Cin is a stabilization capacitor that has one end connected to the node N1 and the other end connected to the low-potential-side power supply VSS, and stabilizes the high-potential-side power supply VCC voltage. The capacitor Cout is a stabilization capacitor that has one end connected to the node N2 and the other end connected to the low-potential-side power source VSS, and stabilizes the voltage at the node N2. The externally connected reverse protection diode D11 has an anode connected to the node N1 and a cathode connected to the node N2.
次に、電源が変化したときの半導体装置の動作について図3及び図4を参照して説明する。図3は電源が変化したときの半導体装置の動作を示すタイミングチャート、図4は電源が変化したときの比較例の半導体装置の動作を示すタイミングチャートである。 Next, the operation of the semiconductor device when the power supply is changed will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a timing chart showing the operation of the semiconductor device when the power supply changes, and FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the semiconductor device of the comparative example when the power supply changes.
図3に示すように、本実施例の半導体装置50では、電源30が正常にセットされ、半導体装置50に高電位側電源VCCが供給されたとき、スイッチSW1がオンし、PchパワーMOSトランジスタPMT1がオンする。PchパワーMOSトランジスタPMT1のオン抵抗は非常に小さいので、時刻T1までノードN2の電圧VN2はノードN1の電圧VN1とほぼ同一となる(VN1≒VN2≒VCC)。
As shown in FIG. 3, in the
次に、何らかの原因で電源30が時刻T1で瞬停すると、ノードN1の電圧とノードN2の電圧が同じ傾きで低下する。
Next, when the
続いて、時刻T2になると、コンパレータCMP1から出力される制御信号S1がローレベルからハイレベルに変化し、スイッチSW1がオンからオフに変化し、PchパワーMOSトランジスタPMT1がオフする。PchパワーMOSトランジスタPMT1のオフ後、ノードN1の電圧低下は時刻T1から時刻T2の間の傾きと同じであるが、ノードN2の電圧は、コンデンサCoutの影響を受けて、ノードN1よりも低下速度が非常に遅くなる。ノードN1の電圧は、時刻T3で低電位側電源VSSレベルとなるのに対し、ノードN2の電圧は、時刻T3よりも遅れた時刻である時刻T4で低電位側電源VSSレベルとなる。 Subsequently, at time T2, the control signal S1 output from the comparator CMP1 changes from low level to high level, the switch SW1 changes from on to off, and the Pch power MOS transistor PMT1 turns off. After the Pch power MOS transistor PMT1 is turned off, the voltage drop at the node N1 is the same as the slope between the time T1 and the time T2, but the voltage at the node N2 is lower than the node N1 due to the influence of the capacitor Cout. Is very slow. The voltage at the node N1 becomes the low potential side power supply VSS level at the time T3, while the voltage at the node N2 becomes the low potential side power supply VSS level at the time T4 that is later than the time T3.
そして、電源30の瞬停がストップし、時刻T5で電源30が回復すると、PchパワーMOSトランジスタPMT1がオフしているので、ノードN1及びノードN2の電圧が昇圧し始める。このとき、PchパワーMOSトランジスタPMT1の寄生ダイオードD1の影響によりノードN2の電圧はPchパワーMOSトランジスタPMT1の寄生ダイオードD1のVf(順方向電圧)分だけノードN1よりも低い。
Then, when the instantaneous power interruption of the
次に、ノードN1及びノードN2の電圧が昇圧され、時刻T6になると、コンパレータCMP1から出力される制御信号S1がローレベルからハイレベルに変化し、スイッチSW1がオフからオンに変化し、PchパワーMOSトランジスタPMT1がオンする。 Next, when the voltages at the nodes N1 and N2 are boosted and the time T6 is reached, the control signal S1 output from the comparator CMP1 changes from low level to high level, the switch SW1 changes from off to on, and Pch power The MOS transistor PMT1 is turned on.
続いて、ノードN1及びノードN2の電圧が同じ傾きで昇圧され、時刻T7になると、ノードN2の電圧VN2はノードN1の電圧VN1とほぼ同一となる(VN1≒VN2≒VCC)。 Subsequently, the voltages at the node N1 and the node N2 are boosted with the same slope, and at time T7, the voltage VN2 at the node N2 becomes substantially the same as the voltage VN1 at the node N1 (VN1≈VN2≈VCC).
つまり、本実施例の半導体装置50では、電源30の瞬停時、内部回路である信号処理部2には電源30の急激な電圧変動が伝播されず、信号処理部2の誤動作や過大な貫通電流を防止することができる。また、誤って作業者などが電源30を逆接続した場合でも、同様に内部回路である信号処理部2の誤動作や過大な貫通電流を防止することができる。更に、電源30が正常にセットされ、半導体装置50が動作しているとき、ノードN1とノードN2の電圧をほぼ同一に設定でき(PchパワーMOSトランジスタPMT1のオン抵抗分だけノードN2の電圧が低下)、内部回路である信号処理部2に高電位側電源VCC電圧を供給することができる。
That is, in the
図4に示すように、比較例の半導体装置60では、電源30が正常にセットされ、半導体装置60に高電位側電源VCCが供給されたとき、ノードN1の電圧が高電位側電源VCCレベルとなり、ノードN2の電圧が逆接保護ダイオードD11のVf(順方向電圧)分だけノードN1よりも低く設定される。この状態は時刻T11まで維持される。
As shown in FIG. 4, in the
次に、何らかの原因で電源30が時刻T11で瞬停すると、ノードN1の電圧は早く降圧するが、ノードN2の電圧は、コンデンサCoutの影響を受けて、ノードN1よりも低下速度が非常に遅くなる。ノードN1の電圧は、時刻T12で低電位側電源VSSレベルとなるのに対し、ノードN2の電圧は、時刻T12よりも遅い時刻である時刻T13で低電位側電源VSSレベルとなる。
Next, when the
続いて、電源30の瞬停がストップし、時刻T14で電源30が回復すると、ノードN1及びノードN2の電圧が昇圧し始める。このとき、逆接保護ダイオードD11の影響によりノードN2の電圧は逆接保護ダイオードD1のVf(順方向電圧)分だけノードN1よりも低い。
Subsequently, when the power interruption of the
そして、ノードN1及びノードN2の電圧が昇圧され、時刻T15になると、ノードN1の電圧が高電位側電源VCCレベルとなり、ノードN2の電圧が逆接保護ダイオードD11のVf(順方向電圧)分だけノードN1よりも低く設定される。この状態は時刻T15以降維持される。 Then, the voltages at the nodes N1 and N2 are boosted, and at time T15, the voltage at the node N1 becomes the high potential side power supply VCC level, and the voltage at the node N2 is equal to Vf (forward voltage) of the reverse connection protection diode D11. It is set lower than N1. This state is maintained after time T15.
つまり、比較例の半導体装置60では、電源30の瞬停時、半導体装置60には急激な電源30の電圧変動が伝播されず、半導体装置60の誤動作や過大な貫通電流を防止することができる。また、誤って作業者などが電源30を逆接続した場合でも、同様に半導体装置60の誤動作や過大な貫通電流を防止することができる。
That is, in the
ところが、逆接保護ダイオードが外付けされているので実装面積が増大するという問題点が発生する。また、実装面積を考慮して、単純に逆接保護ダイオードを比較例の半導体装置60に内蔵すると熱抵抗が増大し、実装された比較例の半導体装置60が過熱されるという問題点が発生する。更に、電源30が正常にセットされ、半導体装置60が動作しているとき、半導体装置60には高電位側電源VCC電圧ではない、高電位側電源VCC電圧よりも逆接保護ダイオードD11のVf(順方向電圧)分だけ低い電圧が供給される。
However, since the reverse connection protection diode is externally attached, there arises a problem that the mounting area increases. Considering the mounting area, if the reverse connection protection diode is simply built in the
上述したように、本実施例の半導体装置では、逆接保護回路1と信号処理部2が同一チップに設けられる。逆接保護回路1には、制御部3、逆接保護ダイオードD1、及びPchパワーMOSトランジスタPMT1が設けられる。逆接保護ダイオードD1はアノードがノードN1(電源30側)に接続され、カソードがノードN2(信号処理部2側)に接続される。PchパワーMOSトランジスタPMT1は、オン抵抗が非常に小さく、ドレインがノードN1に接続され、ソースがノードN2に接続され、ゲートに制御部3から出力される信号が入力される。制御部3は、電源11、電流源12、コンパレータCMP1、抵抗R1、及びスイッチSW1が設けられ、PchパワーMOSトランジスタPMT1のオン・オフ動作を制御する。PchパワーMOSトランジスタPMT1は、制御部3から出力される信号に基づいて、電源30の瞬停時や逆接続時にオフし、電源30が正常にセットされたときにオンする。
As described above, in the semiconductor device of this embodiment, the reverse
このため、電源30の瞬停時や逆接続時、内部回路である信号処理部2には電源30の急激な電圧変動が伝播されず、信号処理部2の誤動作や過大な貫通電流を防止することができる。また、PchパワーMOSトランジスタPMT1の寄生ダイオードにて逆接保護ダイオードD1を構成しているので半導体装置50の過熱を防止することができる。更に、電圧降下のない高電位側電源VCCを信号処理部2に供給することができる。
For this reason, when the
なお、本実施例では、入力側のプラスポートがノードN2に接続され、入力側のマイナスポートに基準電圧Vrが入力されるコンパレータCMP1を用いているが、代わりに入力側のマイナスポートがノードN2に接続され、入力側のプラスポートに基準電圧Vrが入力されるコンパレータを用いてもよい。 In this embodiment, the comparator CMP1 is used in which the input positive port is connected to the node N2 and the reference voltage Vr is input to the input negative port. Instead, the input negative port is connected to the node N2. May be used, and a comparator in which the reference voltage Vr is input to the positive port on the input side may be used.
次に、本発明の実施例2に係る半導体装置について、図面を参照して説明する。図5は半導体装置の構成を示す回路図である。本実施例では、逆接保護回路の構成を変更している。
Next, a semiconductor device according to
以下、実施例1と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。 In the following, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted, and only different portions are described.
図5に示すように、半導体装置51には、逆接保護回路1aと内部回路としての信号処理部2が設けられる。半導体装置51は、逆接保護回路1aを内蔵(オンチップ化)した負荷駆動回路であり、例えばモータ制御、インバータ、スイッチング電源などに適用される。半導体装置51は、電源30から高電位側電源VCCが供給され、電源30側にコンデンサCinが外付けされ、信号処理部2側にコンデンサCoutが外付けされる。
As shown in FIG. 5, the
逆接保護回路1aは、電源30及びコンデンサCinと信号処理部2及びコンデンサCoutの間に設けられ、制御部3a、逆接保護ダイオードD1、及びPchパワーMOSトランジスタPMT1が設けられる。逆接保護回路1aは、電源30の瞬停時や電源30の逆接続時に信号処理部2で発生する誤動作や過大な貫通電流を防止する役目をする。
The reverse
制御部3aには、電源11、コンパレータCMP11、抵抗R1、及びアンプAMP1が設けられる。
The
電源11は、プラス側がコンパレータCMP11の入力側のマイナスポートに接続され、マイナス側がノードN5(低電位側電源VSS)に接続され、コンパレータCMP11の入力側のマイナスポートに基準電圧Vrを供給する。
The
コンパレータCMP11は、入力側のプラスポートがPchパワーMOSトランジスタPMT1のソース(ノードN2)に接続され、入力側のマイナスポートに基準電圧Vrが入力され、比較増幅した信号である制御信号を出力する。ここで、ノードN2の電圧VN2が基準電圧Vrよりも小さいときに、制御信号はローレベルとなり、ノードN2の電圧VN2が基準電圧Vrよりも大きなときに、制御信号はハイレベルとなる。 The comparator CMP11 has a positive port on the input side connected to the source (node N2) of the Pch power MOS transistor PMT1, and a reference voltage Vr is input to the negative port on the input side, and outputs a control signal that is a comparatively amplified signal. Here, when the voltage VN2 at the node N2 is smaller than the reference voltage Vr, the control signal is at a low level, and when the voltage VN2 at the node N2 is larger than the reference voltage Vr, the control signal is at a high level.
アンプAMP1は、コンパレータCMP11とノードN3(PchパワーMOSトランジスタPMT1のゲート及び抵抗R1の他端)の間に設けられ、コンパレータCMP11から出力される制御信号を電圧・電流変換し、増幅された電流を出力する電流出力型アンプである。 The amplifier AMP1 is provided between the comparator CMP11 and the node N3 (the gate of the Pch power MOS transistor PMT1 and the other end of the resistor R1). The amplifier AMP1 converts the control signal output from the comparator CMP11 into a voltage / current, and outputs the amplified current. It is a current output type amplifier that outputs.
ここで、コンパレータCMP11から出力される制御信号がローレベルのとき、PchパワーMOSトランジスタPMT1はオフし、コンパレータCMP11から出力される制御信号がハイレベルのとき、PchパワーMOSトランジスタPMT1はオンする。なお、電源30の瞬停時や逆接時での半導体装置51の動作は、実施例1と同様なので説明を省略する。
Here, when the control signal output from the comparator CMP11 is at a low level, the Pch power MOS transistor PMT1 is turned off. When the control signal output from the comparator CMP11 is at a high level, the Pch power MOS transistor PMT1 is turned on. Note that the operation of the
上述したように、本実施例の半導体装置では、逆接保護回路1aと信号処理部2が同一チップに設けられる。逆接保護回路1aには、制御部3a、逆接保護ダイオードD1、及びPchパワーMOSトランジスタPMT1が設けられる。PchパワーMOSトランジスタPMT1は、オン抵抗が非常に小さく、ドレインがノードN1に接続され、ソースがノードN2に接続され、ゲートに制御部3aから出力される信号が入力される。制御部3aは、電源11、コンパレータCMP11、抵抗R1、及びアンプAMP1が設けられ、PchパワーMOSトランジスタPMT1のオン・オフ動作を制御する。PchパワーMOSトランジスタPMT1は、制御部3aから出力される信号に基づいて、電源30の瞬停時や逆接続時にオフし、電源30が正常にセットされたときにオンする。
As described above, in the semiconductor device of this embodiment, the reverse
このため、電源30の瞬停時や逆接続時、内部回路である信号処理部2には電源30の急激な電圧変動が伝播されず、信号処理部2の誤動作や過大な貫通電流を防止することができる。また、PchパワーMOSトランジスタPMT1の寄生ダイオードにて逆接保護ダイオードD1を構成しているので半導体装置51の過熱を防止することができる。更に、電圧降下のない高電位側電源VCCを信号処理部2に供給することができる。
For this reason, when the
次に、本発明の実施例3に係る半導体装置について、図面を参照して説明する。図6は半導体装置の構成を示す回路図である。本実施例では、逆接保護回路の構成を変更している。
Next, a semiconductor device according to
以下、実施例1と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。 In the following, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted, and only different portions are described.
図6に示すように、半導体装置52には、逆接保護回路1bと内部回路としての信号処理部2が設けられる。半導体装置52は、逆接保護回路1bを内蔵(オンチップ化)した負荷駆動回路であり、例えばモータ制御、インバータ、スイッチング電源などに適用される。半導体装置52は、電源30から高電位側電源VCCが供給され、電源30側にコンデンサCinが外付けされ、信号処理部2側にコンデンサCoutが外付けされる。
As shown in FIG. 6, the
逆接保護回路1bは、電源30及びコンデンサCinと信号処理部2及びコンデンサCoutの間に設けられ、制御部3b、逆接保護ダイオードD1、及びPchパワーMOSトランジスタPMT1が設けられる。逆接保護回路1bは、電源30の瞬停時や電源30の逆接続時に信号処理部2で発生する誤動作や過大な貫通電流を防止する役目をする。
The reverse
制御部3bには、電源11、電流源12、コンパレータCMP1、抵抗R1、逆接保護ダイオードD2、及びスイッチSW1が設けられる。
The
電源11は、プラス側がコンパレータCMP1の入力側のマイナスポートに接続され、マイナス側がノードN5(低電位側電源VSS)に接続され、コンパレータCMP1の入力側のマイナスポートに基準電圧Vrを供給する。逆接保護ダイオードD2は、アノードがノードN1に接続され、カソードがコンパレータCMP1の入力側のプラスポートに接続される。
The
コンパレータCMP1は、入力側のプラスポートが逆接保護ダイオードD2のカソードに接続され、入力側のマイナスポートに基準電圧Vrが入力され、比較増幅した信号である制御信号S1を出力する。ここで、ノードN1の電圧VN2が基準電圧Vrよりも小さいときに、制御信号S1はローレベルとなり、ノードN1の電圧VN2が基準電圧Vrよりも大きなときに、制御信号S1はハイレベルとなる。なお、電源30の瞬停時や逆接時での半導体装置52の動作は、実施例1と同様なので説明を省略する。
The comparator CMP1 has a positive port on the input side connected to the cathode of the reverse connection protection diode D2, a reference voltage Vr is input to the negative port on the input side, and outputs a control signal S1 that is a comparatively amplified signal. Here, when the voltage VN2 at the node N1 is smaller than the reference voltage Vr, the control signal S1 is at a low level, and when the voltage VN2 at the node N1 is larger than the reference voltage Vr, the control signal S1 is at a high level. Note that the operation of the
上述したように、本実施例の半導体装置では、逆接保護回路1bと信号処理部2が同一チップに設けられる。逆接保護回路1bには、制御部3b、及びPchパワーMOSトランジスタPMT1、及びPchパワーMOSトランジスタPMT1の寄生ダイオードD1が設けられる。逆接保護ダイオードD1はアノードがノードN1(電源30側)に接続され、カソードがノードN2(信号処理部2側)に接続される。PchパワーMOSトランジスタPMT1は、オン抵抗が非常に小さく、ドレインがノードN1に接続され、ソースがノードN2に接続され、ゲートに制御部3bから出力される信号が入力される。制御部3bは、電源11、電流源12、コンパレータCMP1、抵抗R1、逆接保護ダイオードD2、及びスイッチSW1が設けられ、PchパワーMOSトランジスタPMT1のオン・オフ動作を制御する。PchパワーMOSトランジスタPMT1は、制御部3bから出力される信号に基づいて、電源30の瞬停時や逆接続時にオフし、電源30が正常にセットされたときにオンする。
As described above, in the semiconductor device of this embodiment, the reverse
このため、電源30の瞬停時や逆接続時、内部回路である信号処理部2には電源30の急激な電圧変動が伝播されず、信号処理部2の誤動作や過大な貫通電流を防止することができる。また、PchパワーMOSトランジスタPMT1の寄生ダイオードにて逆接保護ダイオードD1を構成しているので半導体装置52の過熱を防止することができる。更に、電圧降下のない高電位側電源VCCを信号処理部2に供給することができる。
For this reason, when the
次に、本発明の実施例4に係る半導体装置について、図面を参照して説明する。図7は半導体装置の構成を示す回路図である。本実施例では、逆接保護回路の構成を変更している。 Next, a semiconductor device according to Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of the semiconductor device. In this embodiment, the configuration of the reverse connection protection circuit is changed.
以下、実施例2と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。 In the following, the same components as those in the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted, and only different portions are described.
図7に示すように、半導体装置53には、逆接保護回路1cと内部回路としての信号処理部2が設けられる。半導体装置53は、逆接保護回路1cを内蔵(オンチップ化)した負荷駆動回路であり、例えばモータ制御、インバータ、スイッチング電源などに適用される。半導体装置53は、電源30から高電位側電源VCCが供給され、電源30側にコンデンサCinが外付け、信号処理部2側にコンデンサCoutが外付けされる。
As shown in FIG. 7, the
逆接保護回路1cは、電源30及びコンデンサCinと信号処理部2及びコンデンサCoutの間に設けられ、制御部3c、逆接保護ダイオードD1、及びPchパワーMOSトランジスタPMT1が設けられる。逆接保護回路1cは、電源30の瞬停時や電源30の逆接続時に信号処理部2で発生する誤動作や過大な貫通電流を防止する役目をする。
The reverse
制御部3cには、電源11、コンパレータCMP11、抵抗R1、逆接保護ダイオードD2、及びアンプAMP1が設けられる。
The
電源11は、プラス側がコンパレータCMP11の入力側のマイナスポートに接続され、マイナス側がノードN5(低電位側電源VSS)に接続され、コンパレータCMP11の入力側のマイナスポートに基準電圧Vrを供給する。逆接保護ダイオードD2は、アノードがノードN1に接続され、カソードがコンパレータCMP11の入力側のプラスポートに接続される。
The
コンパレータCMP11は、入力側のプラスポートが逆接保護ダイオードD2のカソードに接続され、入力側のマイナスポートに基準電圧Vrが入力され、比較増幅した信号である制御信号を出力する。ここで、ノードN1の電圧VN2が基準電圧Vrよりも小さいときに、制御信号はローレベルとなり、ノードN1の電圧VN2が基準電圧Vrよりも大きなときに、制御信号はハイレベルとなる。なお、電源30の瞬停時や逆接時での半導体装置53の動作は、実施例1と同様なので説明を省略する。
In the comparator CMP11, the positive port on the input side is connected to the cathode of the reverse connection protection diode D2, the reference voltage Vr is input to the negative port on the input side, and a control signal that is a comparatively amplified signal is output. Here, when the voltage VN2 at the node N1 is smaller than the reference voltage Vr, the control signal becomes low level, and when the voltage VN2 at the node N1 is larger than the reference voltage Vr, the control signal becomes high level. Note that the operation of the
上述したように、本実施例の半導体装置では、逆接保護回路1cと信号処理部2が同一チップに設けられる。逆接保護回路1cには、制御部3c、逆接保護ダイオードD1、及びPchパワーMOSトランジスタPMT1が設けられる。PchパワーMOSトランジスタPMT1は、オン抵抗が非常に小さく、ドレインがノードN1に接続され、ソースがノードN2に接続され、ゲートに制御部3cから出力される信号が入力される。制御部3cは、電源11、コンパレータCMP11、抵抗R1、逆接保護ダイオードD2、及びアンプAMP1が設けられ、PchパワーMOSトランジスタPMT1のオン・オフ動作を制御する。PchパワーMOSトランジスタPMT1は、制御部3cから出力される信号に基づいて、電源30の瞬停時や逆接続時にオフし、電源30が正常にセットされたときにオンする。
As described above, in the semiconductor device of this embodiment, the reverse
このため、電源30の瞬停時や逆接続時、内部回路である信号処理部2には電源30の急激な電圧変動が伝播されず、信号処理部2の誤動作や過大な貫通電流を防止することができる。また、PchパワーMOSトランジスタPMT1の寄生ダイオードにて逆接保護ダイオードD1を構成しているので半導体装置53の過熱を防止することができる。更に、電圧降下のない高電位側電源VCCを信号処理部2に供給することができる。
For this reason, when the
次に、本発明の実施例5に係る半導体装置について、図面を参照して説明する。図8は半導体装置の構成を示す回路図である。本実施例では、逆接保護回路と半導体集積回路が同一基板に実装される。 Next, a semiconductor device according to Embodiment 5 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of the semiconductor device. In this embodiment, the reverse connection protection circuit and the semiconductor integrated circuit are mounted on the same substrate.
以下、実施例1と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。 In the following, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted, and only different portions are described.
図8に示すように、半導体装置70には、逆接保護回路1と半導体集積回路61が設けられる。半導体装置70は、逆接保護回路1と半導体集積回路61が同一基板に実装された負荷駆動回路であり、例えばモータ制御、インバータ、スイッチング電源などに適用される。半導体装置70は、電源30から高電位側電源VCCが供給され、電源30側にコンデンサCinが外付けされ、半導体集積回路61側にコンデンサCoutが外付けされる。ここでは、半導体装置70は、逆接保護回路1と半導体集積回路61が同一基板に形成され、実装されたモジュールである。なお、樹脂封止されたMCP(Multi Chip Package)などの場合もある。
As shown in FIG. 8, the
ここでは、逆接保護回路1及び半導体集積回路61の2チップを同一基板に実装しているので、逆接保護回路1と半導体集積回路61を同一製造プロセスで製造する必要がない。それぞれのチップを要求される特性に適合した製造プロセスで製造できるので、所望の特性を実現することが容易であり、製造プロセスが簡略化でき、製造工程が長くならない。なお、電源30の瞬停時や逆接時での半導体装置70の動作は、実施例1と同様なので説明を省略する。
Here, since the two chips of the reverse
上述したように、本実施例の半導体装置では、逆接保護回路1と半導体集積回路61が同一基板に実装される。逆接保護回路1には、制御部3、逆接保護ダイオード、及びPchパワーMOSトランジスタPMT1が設けられる。逆接保護ダイオードD1はアノードがノードN1(電源30側)に接続され、カソードがノードN2(半導体集積回路61側)に接続される。PchパワーMOSトランジスタPMT1は、オン抵抗が非常に小さく、ドレインがノードN1に接続され、ソースがノードN2に接続され、ゲートに制御部3から出力される信号が入力される。制御部3は、電源11、電流源12、コンパレータCMP1、抵抗R1、及びスイッチSW1が設けられ、PchパワーMOSトランジスタPMT1のオン・オフ動作を制御する。PchパワーMOSトランジスタPMT1は、制御部3から出力される信号に基づいて、電源30の瞬停時や逆接続時にオフし、電源30が正常にセットされたときにオンする。
As described above, in the semiconductor device of this embodiment, the reverse
このため、実施例1の効果の他に、逆接保護回路1と半導体集積回路61を同一製造プロセスで製造する必要がないので、それぞれのチップを要求される特性に適合した製造プロセスで製造でき、所望の特性を実現することが容易である。
For this reason, in addition to the effects of the first embodiment, since it is not necessary to manufacture the reverse
本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々、変更してもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the spirit of the invention.
例えば、実施例では、スイッチング手段としてPchパワーMOSトランジスタを用いているが、代わりにNchパワーMOSトランジスタを用いてもよい。 For example, in the embodiment, a Pch power MOS transistor is used as the switching means, but an Nch power MOS transistor may be used instead.
本発明は、以下の付記に記載されているような構成が考えられる。
(付記1) 電源と内部回路の間に設けられ、ゲートに制御信号が入力され、前記制御信号に基づいて、オン時に前記電源と前記内部回路の間を接続し、オフ時に前記内部回路への前記電源の供給を停止するPchパワーMOSトランジスタと、アノードが前記電源に接続され、カソードが前記内部回路に接続され、前記電源と前記内部回路の間に前記PchパワーMOSトランジスタと並列に接続される第1の逆接保護ダイオードと、前記電源がセットされたときに、イネーブル状態の前記制御信号を前記PchパワーMOSトランジスタに出力して前記PchパワーMOSトランジスタをオンさせ、前記電源の瞬停時或いは逆接時に、ディセーブル状態の前記制御信号を前記PchパワーMOSに出力して前記PchパワーMOSトランジスタをオフさせる制御部とを有する逆接保護回路を具備し、前記逆接保護回路と前記内部回路は同一チップに形成される半導体装置。
The present invention can be configured as described in the following supplementary notes.
(Additional remark 1) It is provided between the power supply and the internal circuit, and a control signal is input to the gate. Based on the control signal, the power supply and the internal circuit are connected when turned on, and the internal circuit is connected when turned off. A Pch power MOS transistor for stopping supply of power, an anode connected to the power supply, a cathode connected to the internal circuit, and connected in parallel with the Pch power MOS transistor between the power supply and the internal circuit. When the first reverse connection protection diode and the power supply are set, the control signal in an enabled state is output to the Pch power MOS transistor to turn on the Pch power MOS transistor, and when the power supply is momentarily stopped or reverse connected Sometimes, the disabled control signal is output to the Pch power MOS to output the Pch power MOS transistor. A semiconductor device comprising a reverse connection protection circuit having a control unit for turning off the star, wherein the reverse connection protection circuit and the internal circuit are formed on the same chip.
(付記2) 前記制御部は、アノードが前記電源に接続される第2の逆接保護ダイオードと、入力側のプラスポートが前記第2の逆接保護ダイオードのカソードに接続され、入力側のマイナスポートに基準電圧が入力され、比較増幅した信号を出力するコンパレータと、一端が前記PchパワーMOSトランジスタのソースに接続され、他端が前記PchパワーMOSトランジスタのゲートに接続される抵抗と、一端が低電位側電源に接続される電流源と、一端が前記PchパワーMOSトランジスタのゲートに接続され、他端が前記電流源の他端に接続され、前記コンパレータから出力される信号に基づいて、前記電源がセットされたときにオンし、前記電源の瞬停時或いは逆接時にオフするスイッチとを具備する付記1に記載の半導体装置。
(Supplementary Note 2) The control unit includes a second reverse connection protection diode having an anode connected to the power source, a positive port on the input side connected to a cathode of the second reverse connection protection diode, and a negative port on the input side. A comparator that receives a reference voltage and outputs a comparatively amplified signal, one end connected to the source of the Pch power MOS transistor, the other end connected to the gate of the Pch power MOS transistor, and one end low potential A power source connected to the side power supply, one end connected to the gate of the Pch power MOS transistor, the other end connected to the other end of the current source, and based on a signal output from the comparator, The semiconductor device according to
(付記3) 前記制御部は、アノードが前記電源に接続される第2の逆接保護ダイオードと、入力側のプラスポートが前記第2の逆接保護ダイオードのカソードに接続され、入力側のマイナスポートに基準電圧が入力され、比較増幅した信号を出力するコンパレータと、一端が前記PchパワーMOSトランジスタのソースに接続され、他端が前記PchパワーMOSトランジスタのゲートに接続される抵抗と、前記コンパレータから出力される信号が入力され、増幅された電流を前記PchパワーMOSトランジスタのゲートに出力するアンプとを具備する付記1に記載の半導体装置。
(Supplementary Note 3) The control unit includes a second reverse connection protection diode having an anode connected to the power supply, a positive port on the input side connected to a cathode of the second reverse connection protection diode, and a negative port on the input side. A comparator that receives a reference voltage and outputs a comparatively amplified signal, a resistor having one end connected to the source of the Pch power MOS transistor and the other end connected to the gate of the Pch power MOS transistor, and an output from the comparator The semiconductor device according to
1、1a、1b、1c 逆接保護回路
2 信号処理部
3、3a、3b、3c 制御部
11、30 電源
12 電流源
50〜53、60、70 半導体装置
61 半導体集積回路
AMP1 アンプ
Cin、Cout コンデンサ
CMP1、COMP11 コンパレータ
D1、D2、D11 逆接保護ダイオード
N1〜N6 ノード
PMT1 PchパワーMOSトランジスタ
R1 抵抗
SW1 スイッチ
S1 制御信号
VCC 高電位側電源
Vr 基準電圧
VSS 低電位側電源
DESCRIPTION OF
Claims (5)
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JP2019145814A (en) * | 2014-04-10 | 2019-08-29 | クゥアルコム・インコーポレイテッドQualcomm Incorporated | Switchable package capacitor for charge conservation and series resistance |
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2009
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CN113497029A (en) * | 2020-03-19 | 2021-10-12 | 株式会社东芝 | Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips |
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