JP2013257178A - 半導体装置、自己診断システム、それらを用いた車載装置および医療装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被試験体である半導体装置に内蔵されたアンプまたはフィルタを、専用の試験装置を多く用いることなく自己診断する半導体装置を提供する。
【解決手段】入力信号について、フィルタ処理と増幅処理との少なくとも一方を行うアンプ回路１３を含む半導体装置１０であって、複数種類の周波数を含む信号を生成する信号生成回路１１と、アンプ回路１３の動作を自己診断するための自己診断モードにおいて、入力信号の代わりに、信号生成回路１１が生成する信号をアンプ回路１３に入力するための切替スイッチとを備え、自己診断モードにおいてアンプ回路１３から出力される出力信号について周波数分析を行うことによって、アンプ回路１３を自己診断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置、自己診断システム、それらを用いた車載装置および医療装置に関し、特に、内蔵されたアンプやフィルタを自己診断する回路を含む半導体装置、自己診断システムおよびそれを用いた車載装置、自己診断システムおよびそれを用いた医療装置に関する。

アナログ／デジタル変換器のＤＣ成分に起因する不具合を検出することができるテスト回路が知られている。そのアナログ／デジタル変換器（以下、「ＡＤＣ」と称す。）のテスト回路として、例えば、特許文献１に示すものがある。すなわち、信号発生器にて発生した矩形波その他各種波形の信号を、ＡＤＣへ入力してＡ／Ｄ変換する。そのＡ／Ｄ変換信号を、ＤＣ成分除去器（以下、「ＤＣＣ」と称す。）へ入力する。そのＤＣＣにおいて、Ａ／Ｄ変換信号からＤＣ成分を検出する。そのＤＣ成分を試験装置へ入力する。その試験装置にてＤＣ成分と、期待値とが一致するかどうか検査する。検査結果が、一致する場合は合格（ＰＡＳＳ）とし、一致しない場合は不合格（ＦＡＩＬ）とするものである。そのテスト回路によれば、複雑なテスト回路等の付加回路なしに、不具合を容易に検出することができる。また、信号発生器において信号を発生させやすいという効果がある。また、検査系の構造を簡略化することができるという効果もある。

特開２００４−１４７１１５号公報

しかしながら、特許文献１に示されたテスト回路には、被試験体である半導体装置を試験するために、信号発生器および試験装置など試験専用の器具を用意する必要があった。そのテスト回路は、被試験体である半導体装置が、単品状態の時に不良品でないことを検査して品質保障する性質のものである。つまり、組み立て完成後に稼動中の製品に対して、継続的に試験を行うことはできなない。一方、半導体装置は、全数検査に合格した選別品だけが出荷される。そして、半導体装置の用途に応じて最終的に組み立てられた完成品となる。このように良品の半導体装置を用いて組み立てられた製品、あるいはシステム（以下、単にシステムという）に対して、稼動中に継続的な試験を行って、半導体装置の品質管理を最後まで徹底するということは困難であった。

また、不良品を完全に排除するように、完全動作が確認された半導体を用いて組み立てられたシステムにおいても、使用中のストレス、例えば、熱、振動、あるいは有害雰囲気などにより、ある確率で故障が発生することが知られている。また、用途、重要性、などに応じた品質管理を厳重に施しても、故障の発生を撲滅させることは理論的にも不可能とされている。したがって、発生した故障をユーザに対して速やかに知らせる技術が望まれていた。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであって、被試験体である半導体装置に内蔵されたフィルタを、専用の試験装置を用いることなく自己診断し、故障を発見次第、ユーザに対して速やかに知らせることができる半導体装置、それを用いた車載装置および医療装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明のある態様による半導体装置は、入力信号について、フィルタ処理と増幅処理との少なくとも一方を行うアンプ回路を含む半導体装置であって、 複数種類の周波数を含む信号を生成する信号生成回路と、前記アンプ回路の動作を自己診断するための自己診断モードにおいて、前記入力信号の代わりに、前記信号生成回路が生成する信号を前記アンプ回路に入力するための切替スイッチとを備え、前記自己診断モードにおいて前記アンプ回路から出力される出力信号について周波数分析を行うことによって、前記アンプ回路を自己診断するようにしたことを特徴とする。

また、本発明のある態様による半導体装置は、前記信号生成回路は、Ｄｕｔｙ比と、信号レベルと、周波数とを設定できる、矩形波信号を生成することを特徴とする。
また、本発明のある態様による自己診断システムは、入力信号について、フィルタ処理と増幅処理との少なくとも一方を行うアンプ回路と、複数種類の周波数を含む信号を生成する信号生成回路と、前記アンプ回路の動作を自己診断するための自己診断モードにおいて、前記入力信号の代わりに、前記信号生成回路が生成する信号を前記アンプ回路に入力するための切替スイッチと、前記自己診断モードにおいて前記アンプ回路から出力される出力信号について周波数分析を行う周波数分析部と、前記周波数分析部による、出力信号についての周波数分析結果と期待値とを比較することによって、前記アンプ回路を自己診断する自己診断部（例えば、図１におけるＦＦＴ３０およびＭＰＵ４０の少なくとも一方）と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明のある態様による自己診断システムは、前記信号生成回路は、Ｄｕｔｙ比と、信号レベルとを設定できる、矩形波信号を生成することを特徴とする。
また、本発明のある態様による自己診断システムは、送信信号に対して物体から反射される反射波を受信するレーダ装置の出力信号を、前記入力信号とすることを特徴とする。
また、本発明のある態様による車載装置は、送信信号に対して物体から反射される反射波を受信するレーダ装置と、前記レーダ装置の出力信号を入力信号とし、該入力信号について、フィルタ処理と増幅処理との少なくとも一方を行うアンプ回路と、複数種類の周波数を含む信号を生成する信号生成回路と、前記アンプ回路の動作を自己診断するための自己診断モードにおいて、前記入力信号の代わりに、前記信号生成回路が生成する信号を前記アンプ回路に入力するための切替スイッチと、前記自己診断モードにおいて前記アンプ回路から出力される出力信号について周波数分析を行う周波数分析部と、前記周波数分析部による、出力信号についての周波数分析結果と期待値とを比較することによって、前記アンプ回路を自己診断する自己診断部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明のある態様による車載装置は、前記信号生成回路は、Ｄｕｔｙ比と、信号レベルと、周波数とを設定できる、矩形波信号を生成することを特徴とする。
また、本発明のある態様による医療装置は、センサからの人体情報を有する電波を受信する通信装置と、前記通信装置の出力信号を入力信号とし、該入力信号について、フィルタ処理と増幅処理との少なくとも一方を行うアンプ回路と、複数種類の周波数を含む信号を生成する信号生成回路と、前記アンプ回路の動作を自己診断するための自己診断モードにおいて、前記入力信号の代わりに、前記信号生成回路が生成する信号を前記アンプ回路に入力するための切替スイッチと、前記自己診断モードにおいて前記アンプ回路から出力される出力信号について周波数分析を行う周波数分析部と、前記周波数分析部による、出力信号についての周波数分析結果と期待値とを比較することによって、前記アンプ回路を自己診断する自己診断部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明のある態様による医療装置は、センサからの人体情報を有する出力信号を入力信号とし、該入力信号について、フィルタ処理と増幅処理との少なくとも一方を行うアンプ回路と、複数種類の周波数を含む信号を生成する信号生成回路と、前記アンプ回路の動作を自己診断するための自己診断モードにおいて、前記入力信号の代わりに、前記信号生成回路が生成する信号を前記アンプ回路に入力するための切替スイッチと、前記自己診断モードにおいて前記アンプ回路から出力される出力信号について周波数分析を行う周波数分析部と、前記周波数分析部による、出力信号についての周波数分析結果と期待値とを比較することによって、前記アンプ回路を自己診断する自己診断部と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明のある態様による医療装置は、前記信号生成回路は、Ｄｕｔｙ比と、信号レベルと、周波数とを設定できる、矩形波信号を生成することを特徴とする。

本発明の構成によれば、被試験体である半導体装置に内蔵されたアンプまたはフィルタを、専用の試験装置を多く用いることなく自己診断し、故障を発見次第、ユーザに対して速やかに知らせることができる半導体装置、自己診断システム、それらを用いた車載装置および医療装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る半導体装置を含む車載装置の一部を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る矩形波生成回路の説明図であり、（ａ）経路１１ａにおける波形、（ｂ）経路１１ｂにおける波形、（ｃ）経路１１ｃにおける波形、（ｅ）ブロック図、である。 本発明の実施形態に係るテスト信号に用いる矩形波のＤｕｔｙ別のスペクトル説明図であり、（ａ）Ｄｕｔｙ比５０％の矩形波およびそのスペクトル、（ｂ）Ｄｕｔｙ比５０％でない矩形波およびそのスペクトル、である。 本発明の実施形態に係る半導体装置を含む医療装置の一部を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る半導体装置を含む医療装置の一部を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態に係る半導体装置を含む車載装置の一部を示すブロック図である。図１に示す車載装置１００は、レーダ装置の少なくとも一部を構成するとともに、自己診断システムも含んでいる。このレーダ装置は、主に走行中の車両９７の周囲に近接する物体があるかどうかなどを検知する。もし近接する物体があるならば、運転者に注意を喚起するために、視聴覚的、あるいは触覚的な警報手段を作動させることが可能である。以下、車載装置には自己診断システムと、レーダ装置と、を含むものとして同一符号１００で示す。

また、この車載装置１００は、運転者への注意喚起のみならず、安全ベルトなど保安機能に関連した保安制御に寄与することも可能である。さらに、この車載装置１００は、車体の緊急制動、緊急回避の運転制御を、運転者に代わって、直接に実行するための制御信号を出力することも考えられる。なお、上述した車両９７の緊急時における保安制御および運転制御に関する具体的な説明は省略する。

（車載装置）
車載装置１００は、ＩＣ１０と、送信アンテナ２１と、送信回路２２と、受信アンテナと、受信回路２４と、周波数分析機能３０と、ＭＰＵ４０と、により上述したレーダ装置の少なくとも一部を構成している。このレーダ装置は、送信回路２２により生成したレーダ電波の出射波２５を、送信アンテナ２１から、周囲に近接する物体があるかどうかを検出するために放射する。
放射された出射波２５は、被検物体９７に照射されると、被検物体９７から反射波２６が反射される。その反射波２６は、受信アンテナ２３で捕捉され、受信回路２４で受信される。この反射波２６は、アンテナからの距離などに応じて、出射波２５に対する周波数および位相などが変化する。このように、出射波２５に対する周波数および位相などが変化したことを、周波数分析機能３０により分析する。

（周波数分析機能）
周波数分析機能３０は、例えば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ : デジタル信号プロセッサ）によって実現され、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：高速フーリエ変換）機能を備えている。ＦＦＴは得られたデータ列の規則性を求める方法の一つであり、基本的には、時系列データの周波数スペクトル分布を求める。以下、周波数分析機能３０を単にＦＦＴ３０ともいう。なお、この半導体装置１００におけるＤＳＰおよびＦＦＴの機能として、レーダ装置の中核を構成するように、検出する信号の周波数および位相を分析する機能を有する。また、ＤＳＰおよびＦＦＴには、自己診断モードにおける自己診断結果に対する期待値が予め記憶されている。ＤＳＰおよびＦＦＴは、その期待値と自己診断結果とが一致すれば異常なしの規定通りに処理する。逆に、期待値と自己診断結果とが不一致であれば、ＤＳＰおよびＦＦＴは、故障と判断して故障フラグを発生させる機能を備えている。また、ＦＦＴ３０とは別に、ＭＰＵ４０により期待値と自己診断結果とが一致しているか否かを判別させるようにしてもよい。

ＩＣ１０は、矩形波生成回路１１と、モード切替スイッチ１２と、アンプ回路１３と、ＡＤＣ１４と、により構成されている。また上述したアンプ回路１３は、本例では、アンプ１３ａと、フィルタ１３ｂと、により構成されている。なお、このアンプ１３ａは、アンプ１３ａまたはフィルタ１３ｂの少なくとも一方を含んで構成されることにより、ＩＣ１０の必要な機能を維持する。

なお、上述したＩＣ１０は、本例では、矩形波生成回路１１と、モード切替スイッチ１２と、アンプ回路１３と、ＡＤＣ１４と、により構成されているとしたが、この構成に限るものではない。すなわち、受信回路２４に、矩形波生成回路１１、モード切替スイッチ１２、を含んで構成され、または、矩形波生成回路１１、モード切替スイッチ１２、アンプ回路１３、ＡＤＣ１４、を含んで構成され、ＩＣとして一体構成されていてもよい。すなわち、矩形波生成回路１１、モード切替スイッチ１２、アンプ回路１３、ＡＤＣ１４、のいずれかが、受信回路２４に含まれてもよい。あるいは、周波数分析機能３０にＡＤＣ１４を含んで構成されていてもよく、周波数分析機能３０とＭＰＵ４０、または、ＡＤＣ１４と周波数分析機能３０とＭＰＵ４０が一体構成されていてもよい。

（通常モード）
ＩＣ１０の機能について、通常モードと、自己診断モードとに分けて説明する。まず、モード切替スイッチ１２が、実線で示すように、通常モード接点１２ａ側に接続された状態で、通常モードが実行される。この通常モードにおいて、車載装置１００は、上述したレーダ装置として機能する。具体的には、上述したとおり、送信回路２２により生成したレーダ電波の出射波２５を、送信アンテナ２１から、周囲に近接する物体があるかどうかを検出するために放射し、被検物体９７に照射されると、被検物体９７から反射波２６が反射される。その反射波２６は、受信アンテナ２３で捕捉され、受信回路２４で受信される。

受信回路２４で受信された反射波２６は、通常モード接点１２ａ側に設定されたモード切替スイッチ１２を経由して、アンプ回路１３へ入力される。このアンプ回路１３は、アンプ１３ａで反射波２６を増幅し、フィルタ１３ｂで必要な信号成分のみを抽出してＡＤＣ１４へ通過させ、ノイズ等の不要な成分を除去する。フィルタ１３ｂで抽出された必要な信号成分は、ＦＦＴ３０によりＦＦＴ分析される。このＦＦＴ分析については、図３に沿って後ほど説明する。

（自己診断モード）
つぎに、モード切替スイッチ１２が、点線で示すように、自己診断モード接点１２ｂ側に切り替えられた状態で、自己診断モードが実行される。この自己診断モードにおいて、車載装置１００は、上述したレーダ装置としての機能を一時停止して、ＩＣ１０が故障しているか否かの自己診断を行う。具体的には、矩形波生成回路１１で生成した自己診断信号を、自己診断モード接点１２ｂ側に切り替えられたモード切替スイッチ１２を経由して、アンプ回路１３へ入力される。このアンプ回路１３は、アンプ１３ａで自己診断信号を増幅し、フィルタ１３ｂで必要な信号成分のみをＡＤＣ１４へ通過させ、ノイズ等の不要な成分を除去する。フィルタ１３ｂで抽出された必要な信号成分は、ＦＦＴ３０によりＦＦＴ分析される。

（矩形波生成回路）
図２を用いて矩形波生成回路１１の構成について説明する。図２は、本発明の実施形態に係る矩形波生成回路の説明図であり、（ａ）経路１１ａにおける波形、（ｂ）経路１１ｂにおける波形、（ｃ）経路１１ｃにおける波形、（ｅ）ブロック図、である。ここで、図２（ｅ）ブロック図に示す矩形波生成回路１１の構成と、その動作と、各経路１１ｂ〜１１ｄにおける波形と、について説明する。
図２（ｅ）に示すように、矩形波生成回路１１は、ＲＥＦ−Ａ生成回路１１ａと、ＲＥＦ−Ｂ生成回路１１Ｂと、矩形波生成回路１１Ｃと、加算回路１１Ｄと、を備えて構成されている。また、スイッチング回路１１Ｃは、タイミング回路１１Ｃ１およびタイミングスイッチ１１Ｃ２により構成されている。

つぎに、矩形波生成回路１１の動作と、各経路１１ａ〜１１ｄにおける波形と、について説明する。図２（ｅ）に示すＲＥＦ−Ａ生成回路１１ａは、図２（ａ）に示す直流電圧Ａを生成して、スイッチング回路１１Ｃへ入力する。スイッチング回路１１Ｃでは、設定された周波数およびＤｕｔｙ比によりタイミングスイッチ１１Ｃ２をＯＮ／ＯＦＦすることにより、直流電圧Ａから図２（ｃ）に示すような矩形波を生成して、加算回路１１Ｄへ入力する。一方、図２（ｅ）に示すＲＥＦ−Ｂ生成回路１１Ｂは、図２（ｂ）に示す直流電圧Ｂを生成して、加算回路１１Ｄへ入力する。加算回路１１Ｄは、入力された、２つの信号、すなわち、図２（ｂ）に示す直流電圧Ｂと、図２（ｃ）に示す矩形波と、を加算した結果、図２（ｄ）に示す矩形波を出力する。このように、矩形波生成回路１１は、矩形波信号のＤｕｔｙ比、信号レベル、周波数を任意に設定することができる。

図３は、本発明の実施形態に係る自己診断信号に用いる矩形波のＤｕｔｙ別のスペクトル説明図であり、（ａ）Ｄｕｔｙ比５０％の矩形波およびそのスペクトル、（ｂ）Ｄｕｔｙ比５０％でない矩形波およびそのスペクトル、である。図３に示すように矩形波には、正弦波にない高調波が無限に含まれている。すなわち、矩形波に含まれている高調波は、基本周波数ｆに対する整数倍、２ｆ，３ｆ，…，ｎｆで存在し、基本波ｆに対する２倍波２ｆ，３倍波３ｆ，…，ｎ倍波ｎｆと呼ばれ、高調波の倍率が高くなるにつれて概ね占有率が小さくなる。

また、図３（ａ），（ｂ）により、矩形波のＤｕｔｙ別によるスペクトルの違いを示すとおり、矩形波は、Ｄｕｔｙ比が５０％であるか否かにより、高調波の倍率に応じた減衰特性に違いがある。図３（ａ）に示すＤｕｔｙ比５０％の矩形波において、存在する高調波は、奇数倍波３ｆ，５ｆ，…，（２ｎ＋１）倍波となる。そして、高調波の倍率ｎ（ｎは自然数）が高くなるにつれて占有率が必ず小さくなる。

一方、図３（ｂ）に示す、Ｄｕｔｙ比５０％でない矩形波において、基本波ｆに対する全ての整数倍で高調波が存在する。そして、高調波のスペクトルは、倍率が高くなるにつれて占有率が概ね小さくなるものの、時定数１／τごとに占有率がゼロまで減衰する節目が発生する。高調波のスペクトルは、その節目を谷として周期的に連続する山形を描くように、倍率が高くなるにつれて次第に減衰する。

つぎに、図１で示したＦＦＴ３０によるＦＦＴ分析について、図１、図３に沿って説明する。図１に沿って説明したとおり、レーダ装置において、受信回路２４で受信された反射波２６は、通常モード接点１２ａ側に設定されたモード切替スイッチ１２を経由して、アンプ回路１３へ入力される。このアンプ回路１３は、アンプ１３ａで反射波２６を増幅し、フィルタ１３ｂで必要な信号成分のみをＡＤＣ１４へ通過させ、ノイズ等の不要な成分を除去する。フィルタ１３ｂで抽出された必要な信号成分は、ＦＦＴ３０によりＦＦＴ分析される。

ＦＦＴ３０を用いた分析結果の帯域幅は定幅型である。そのため、ＦＦＴ３０を正しく機能させるため、図１に示すように、入力された信号から分析帯域外の信号を取り除くためフィルタ１３ｂを通り、ＡＤＣ１４でデジタル信号に変換される。このデジタル信号を、ＦＦＴ３０でＦＦＴ演算する。フィルタ１３ｂの周波数特性は、場合に応じて適宜設定されるが、図３（ａ），（ｂ）において、それぞれ１点鎖線にて示すＬＰＦａの特性と、ＬＰＦｂの特性と、を例示する。

図３（ａ）において例示するＬＰＦａの特性によれば、３倍波３ｆ，５ｆ，…，（２ｎ＋１）倍波の高調波を減衰させ、基本波ｆを通過させる。また、図３（ｂ）において例示するＬＰＦｂの特性によれば、４ｆ，５ｆ，６ｆ，…，の高調波を減衰させ、基本波ｆおよび２倍波２ｆ〜３倍波３ｆまで通過させる。このフィルタ１３ｂが、図３（ａ）に示すＬＰＦａと、図３（ｂ）に示すＬＰＦｂと、いずれの特性であっても、そのフィルタが正常に機能しなければ、レーダ装置は間違った観測結果を出力する。したがって、フィルタ１３ｂが、故障したならば、速やかにその旨をユーザに知らせることができるため、ＩＣ１０に自己診断機能を備えている。

（機能安全）
ＩＣ１０は、車載装置１００が必要とするミリ波と呼ばれる周波数ｆによるレーダ電波を、信号処理するために、アンプ回路１３と、ＡＤＣ１４と、を備えている。また、このＩＣ１０の主用途は、走行中の車両９７に対する安全保障のための保安制御である。しかしながら、使用中のストレス、例えば、熱、振動、あるいは有害雰囲気などが原因となり、ある確率で故障の発生を避けられないことが知られている。

そこで、このＩＣ１０には、故障の発生をユーザに対して速やかに知らせる機能が望まれている。また、近年、車両向けの国際的な機能安全規格「ＩＳＯ２６２６２」が、正式に発行される。それに規定されている「機能安全」すなわち、「ある機能・部品が故障したとしても、システムの安全性を確保する」という思想に基づいて要求される自己診断機能を、ＩＣ１０、およびそれを含む車載装置１００は備えている。

（自己診断機能）
被試験体であるＩＣ１０に内蔵されたアンプ回路１３、特にアンプ回路１３に内蔵されたフィルタ１３ｂを、専用の試験装置を多く用いることなく自己診断し、故障を発見次第、ユーザに対して速やかに知らせることができるように構成されている。図１〜３を用いて、ＩＣ１０の自己診断機能を説明する。

（自己診断モード）
ここでは、一例として、車両のエンジンキーがエンジンＯＦＦからＯＮになる都度に、図１に示すモード切替スイッチ１２が、自己診断モード側端子１２ｂに切り替わることにより、通常モードから自己診断モードに移行する。自己診断モードになって自己診断の結果が異常なしであれば、モード切替スイッチ１２が、通常モード側端子１２ａに切り替わることにより、自己診断モードから通常モードへ戻る。

しかし、自己診断モードを実行した結果、異常検出されたならば、その旨を運転者に知らせるように、不図示の通報手段が作動する。なお、自己診断モードは、例えば、車両のエンジンキーがエンジンＯＮ状態の時に、タイマーセットによって、１００時間毎に実行するように設定しても構わない。
自己診断モードが実行されると、図１，２に示す矩形歯波生成回路１１より、図２（ｄ）および図３（ａ）に示したＤｕｔｙ比５０％の矩形波が、モード切替スイッチ１２の自己診断モード側端子１２ｂを経由し、自己診断信号としてアンプ回路１３へ入力される。

アンプ回路１３へ入力される前の矩形波のスペクトルは、図３（ａ）に示すとおりである。しかし、図１に示すＩＣ１０のフィルタ１３ｂを通過させる際に、図３（ａ）に例示するＬＰＦａのフィルタ特性が正常に動作していれば、３倍波３ｆ，５ｆ，…，（２ｎ＋１）倍波の高調波が減衰され、基本波ｆのみを通過させる。その結果、期待値と一致しているため、故障していないことを確認できる。

逆に、ＬＰＦａのフィルタ特性が機能せずに、高調波が減衰されなかったならば、基本波ｆのみならず、３倍波３ｆ，５ｆ，…，（２ｎ＋１）倍波の高調波を、ＦＦＴ３０が検出し、期待値と異なるため、ＦＦＴ３０が、故障である旨のフラグを上げる。あるいは、ＬＰＦａの特性が不特定の高調波を通過させてしまうような故障、例えば、３倍波３ｆを通過させた場合であっても、期待値と異なるため、ＦＦＴ３０が、故障である旨のフラグを上げる。

また、図３（ｂ）に示すようにＤｕｔｙ比５０％以外の矩形波が、モード切替スイッチ１２の自己診断モード側端子１２ｂを経由して、自己診断信号としてアンプ回路１３へ入力された場合も、同様に故障検出が可能である。具体的には、アンプ回路１３へ入力される前の矩形波のスペクトルは、図３（ｂ）に示すとおりである。しかし、図１に示すＩＣ１０のフィルタ１３ｂを通過させる際に、図３（ｂ）に例示するＬＰＦｂのフィルタ特性が正常に動作していれば、４倍波４ｆ以上の高調波が減衰され、基本波ｆ〜３倍波３ｆのみを通過させる。その結果、期待値と一致しているため、故障していないことを確認できる。

逆に、ＬＰＦｂのフィルタ特性が機能せずに、全帯域の周波数成分を通過させていれば、基本波ｆのみならず、基本波ｆ〜ｎ倍波ｎｆの高調波を全てＦＦＴ３０が検出し、期待値と異なるため、ＦＦＴ３０が、故障である旨のフラグを上げる。あるいは、ＬＰＦａのフィルタ特性が、不特定の高調波を通過させてしまうような故障、例えば、９倍波９ｆを通過させた場合であっても、期待値と異なるため、ＦＦＴ３０が、故障である旨のフラグを上げる。

以上、フィルタ１３ｂの故障検出に関して、詳細に説明したが、アンプ１３ａを同様に自己診断しても、故障を検出することが可能である。一般的にアンプの性能は、（１）周波数特性、（２）歪率、（３）Ｓ／Ｎ（信号対ノイズ）比、の３要素で明示できる。ここで、アンプ１３ａが故障すれば、上述した（１）周波数特性と、（２）歪率と、の少なくとも１つに異常が生じる。

その故障したアンプ１３ａに矩形波を入力すれば、元通りの矩形波に対して歪んだ波形が出力される。その場合、ＦＦＴ３０が検出する高調波が、ＤＳＰに記憶された期待値とは異なる。このため、その期待値と不一致であることを検出したＦＦＴ３０は、期待値と異なるため、故障である旨のフラグを上げる。したがって、ＩＣ１０のアンプ回路１３の内部は、アンプ１３ａのみである場合と、フィルタ１３ｂのみである場合と、アンプ１３ａおよびフィルタ１３ｂの両方を備えたものである場合と、の３通りのいずれの場合においても、自己診断することが可能である。

車載装置１００は、ＦＦＴ分析した結果により、接近する他車両９７等の存在が認識されたならば、運転者への注意喚起のみならず、安全ベルトなど保安機能に関連した保安制御に寄与することも可能である。さらに、この車載装置１００は、車体の緊急制動、緊急回避の運転制御を、運転者に代わって、直接に実行することも考えられる。
さらに、本実施形態において、矩形波生成回路１１で矩形波信号を発生するようにしている理由は、複雑なアナログ信号に比べて、矩形波信号は発生させやすく、かつ検査系を簡略化できるためである。また、矩形波生成回路１１で発生させる信号は、矩形波信号に限るものではなく、正弦波信号以外であれば、高調波が含まれているので、例えば、三角波信号またはランプ波信号であっても、同様の効果が得られる。

図４は、本発明の実施形態に係る半導体装置を含む医療装置の一部を示すブロック図である。図４に示す医療装置１１０は、通信装置の少なくとも一部を構成するとともに、自己診断システムも含んでいる。この通信装置は、例えば血圧などを検知する。
医療装置１１０は、ＩＣ１０と、送信アンテナ２１と、送信回路２２と、受信アンテナ２３と、受信回路２４と、周波数分析機能３０と、ＭＰＵ４０と、により通信装置の少なくとも一部を構成している。この通信装置は、いわゆる人体通信に用いるものであって、ＭＰＵ４０から測定開始の命令がなされ、その命令信号としての電波２５を送信アンテナ２１から人体９８に装着したセンサ９９に送信する。

センサ９９からの電波２６は、受信アンテナ２３で捕捉され、受信回路２４で受信される。この電波２６は、例えば血圧など情報を有し、周波数および位相などが変化したことを、周波数分析機能３０により分析する。
医療装置１１０は、上述した車載装置１００と同様に、自己診断を行い、故障を検出することが可能である。

図５は、本発明の実施形態に係る半導体装置を含む医療装置の一部を示すブロック図である。図５に示す医療装置１２０は、自己診断システムも含んでいる。この装置は、例えば脈拍などを検知する。
医療装置１２０は、ＩＣ１０と、周波数分析機能３０と、ＭＰＵ４０と、により構成されている。

センサ９９からの信号は、例えば脈拍など情報を有し、周波数および位相などが変化したことを、周波数分析機能３０により分析する。
医療装置１２０は、上述した車載装置１００、医療装置１１０と同様に、自己診断を行い、故障を検出することが可能である。
以上、説明したように、本実施形態の構成によれば、被試験体である半導体装置に内蔵されたフィルタを、専用の試験装置を多く用いることなく自己診断し、故障を発見次第、ユーザに対して速やかに知らせることができる半導体装置、自己診断システム、それらを用いた車載装置および医療装置を提供することができる。

１０ 半導体装置
１１ 矩形波生成回路
１１Ａ，１１Ｂ 信号レベル設定手段
１１Ｃ Ｄｕｔｙ比設定手段
１２ モード切替スイッチ
１３ａ アンプ
１３ｂ フィルタ
１４ Ａ／Ｄコンバータ
３０ 周波数分析機能
４０ ＭＰＵ
１００ 車載装置、自己診断システム、レーダ装置
１１０，１２０ 医療装置

Claims (10)

1. 入力信号について、フィルタ処理と増幅処理との少なくとも一方を行うアンプ回路を含む半導体装置であって、
   複数種類の周波数を含む信号を生成する信号生成回路と、
   前記アンプ回路の動作を自己診断するための自己診断モードにおいて、前記入力信号の代わりに、前記信号生成回路が生成する信号を前記アンプ回路に入力するための切替スイッチとを備え、
   前記自己診断モードにおいて前記アンプ回路から出力される出力信号について周波数分析を行うことによって、前記アンプ回路を自己診断するようにしたことを特徴とする半導体装置。
2. 前記信号生成回路は、Ｄｕｔｙ比と、信号レベルと、周波数とを設定できる、矩形波信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 入力信号について、フィルタ処理と増幅処理との少なくとも一方を行うアンプ回路と、
   複数種類の周波数を含む信号を生成する信号生成回路と、
   前記アンプ回路の動作を自己診断するための自己診断モードにおいて、前記入力信号の代わりに、前記信号生成回路が生成する信号を前記アンプ回路に入力するための切替スイッチと、
   前記自己診断モードにおいて前記アンプ回路から出力される出力信号について周波数分析を行う周波数分析部と、
   前記周波数分析部による、出力信号についての周波数分析結果と期待値とを比較することによって、前記アンプ回路を自己診断する自己診断部と、
   を備えたことを特徴とする自己診断システム。
4. 前記信号生成回路は、Ｄｕｔｙ比と、信号レベルとを設定できる、矩形波信号を生成することを特徴とする請求項３に記載の自己診断システム。
5. 送信信号に対して物体から反射される反射波を受信するレーダ装置の出力信号を、前記入力信号とすることを特徴とする請求項３または４に記載の自己診断システム。
6. 送信信号に対して物体から反射される反射波を受信するレーダ装置と、
   前記レーダ装置の出力信号を入力信号とし、該入力信号について、フィルタ処理と増幅処理との少なくとも一方を行うアンプ回路と、
   複数種類の周波数を含む信号を生成する信号生成回路と、
   前記アンプ回路の動作を自己診断するための自己診断モードにおいて、前記入力信号の代わりに、前記信号生成回路が生成する信号を前記アンプ回路に入力するための切替スイッチと、
   前記自己診断モードにおいて前記アンプ回路から出力される出力信号について周波数分析を行う周波数分析部と、
   前記周波数分析部による、出力信号についての周波数分析結果と期待値とを比較することによって、前記アンプ回路を自己診断する自己診断部と、
   を備えたことを特徴とする車載装置。
7. 前記信号生成回路は、Ｄｕｔｙ比と、信号レベルと、周波数とを設定できる、矩形波信号を生成することを特徴とする請求項６に記載の車載装置。
8. センサからの人体情報を有する電波を受信する通信装置と、
   前記通信装置の出力信号を入力信号とし、該入力信号について、フィルタ処理と増幅処理との少なくとも一方を行うアンプ回路と、
   複数種類の周波数を含む信号を生成する信号生成回路と、
   前記アンプ回路の動作を自己診断するための自己診断モードにおいて、前記入力信号の代わりに、前記信号生成回路が生成する信号を前記アンプ回路に入力するための切替スイッチと、
   前記自己診断モードにおいて前記アンプ回路から出力される出力信号について周波数分析を行う周波数分析部と、
   前記周波数分析部による、出力信号についての周波数分析結果と期待値とを比較することによって、前記アンプ回路を自己診断する自己診断部と、
   を備えたことを特徴とする医療装置。
9. センサからの人体情報を有する出力信号を入力信号とし、該入力信号について、フィルタ処理と増幅処理との少なくとも一方を行うアンプ回路と、
   複数種類の周波数を含む信号を生成する信号生成回路と、
   前記アンプ回路の動作を自己診断するための自己診断モードにおいて、前記入力信号の代わりに、前記信号生成回路が生成する信号を前記アンプ回路に入力するための切替スイッチと、
   前記自己診断モードにおいて前記アンプ回路から出力される出力信号について周波数分析を行う周波数分析部と、
   前記周波数分析部による、出力信号についての周波数分析結果と期待値とを比較することによって、前記アンプ回路を自己診断する自己診断部と、
   を備えたことを特徴とする医療装置。
10. 前記信号生成回路は、Ｄｕｔｙ比と、信号レベルと、周波数とを設定できる、矩形波信号を生成することを特徴とする請求項８または９に記載の医療装置。
    

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