JP2017084121A - 車載用半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】正負のサージが電源ラインに印加された場合であっても、半導体装置の誤動作の発生を低減する。【解決手段】車載用半導体装置１００において、レギュレータ１０２，１０２ａは、外部供給される電圧ＶＥを変換して電圧Ｖ１，Ｖ２を生成する。電圧監視部は、電圧監視回路１０４とスイッチ１０７とからなり、第１〜第３の電圧を監視する。内部回路１０３は、電圧Ｖ１によって動作するプロセッサ１０５および電圧Ｖ２によって動作し、プロセッサ１０５に供給するクロック信号ＣＬＫを生成する発振器１０６を有する。電圧監視部は、第１〜第３の電圧の少なくともいずれか１つの電圧レベルが設定値を下回った際にプロセッサ１０５へのクロック信号ＣＬＫの供給を停止し、第１〜第３の電圧のすべての電圧レベルが設定値を上回った際にプロセッサ１０５にクロック信号ＣＬＫを供給する。【選択図】図１

Description

本発明は、車載用半導体装置に関し、特に、電源ラインに印加される負サージによる誤動作の低減に有効な技術に関する。
半導体装置においては、レギュレータおよび発振器を搭載するものが広く用いられている。レギュレータは、外部から供給される電圧を、安定化された所定の電圧レベルに変換し、半導体装置が有する内部回路に供給する。発振器は、内部回路の動作クロックを生成する。
半導体装置にレギュレータを搭載した場合には、ノイズ保護の観点からも有利である。なぜなら、レギュレータによって電源電圧の変動をある程度吸収できるためである。しかし、ノイズによって電源電圧がレギュレータの動作範囲内を超えると、定格の内部電圧を供給できなくなる。
また、発振器に供給される電源電圧が低下した場合には、該発振器の異常発振などによって極端に速い周波数が内部回路である論理回路などに供給されてしまい、誤動作することも考えられる。
こうした誤動作を防ぐ技術としては、例えば半導体装置に搭載されるレギュレータの入出力電圧、すなわち電源端子の電圧と内部電圧とをモニタし、電圧低下時に内部回路をリセットするための監視回路を備えたものが知られている（例えば特許文献１参照）。
この特許文献１の技術では、電圧が低下している間は内部回路をリセットし続けるため、万が一半導体装置の内部状態が不正値に変化しても、リセットにより復帰させることができる。
また、誤動作を防ぐ他の技術としては、プロセッサに電圧を供給するレギュレータの出力電圧を監視して、電圧異常時にプロセッサへのクロック供給を停止することで内部状態の書き変わりを防いで誤動作を防止するものがある（例えば特許文献２参照）。
特開２００４−３２６６４５号公報 特開２００８−２１７５２３号公報
車載用半導体装置は、自動車の状態監視や制御など、重要な機能を担うものであり、こうしたノイズによって誤動作しないように、高い信頼性が要求される。強いノイズにさらされる可能性のある車載用半導体装置は、民生用と比較して高いノイズ耐性が求められる。
たとえば、エンジン制御ユニット、いわゆるＥＣＵ（Engine Control Unit）から車載用半導体装置に電源を供給するワイヤハーネスにサージノイズが印加された場合には、該車載用半導体装置の電源端子の電圧が±数１０Ｖ程度の範囲で変動することが知られている。
しかしながら、上述した特許文献１，２の技術は、民生用の機器に適用される半導体装置を想定したものであり、車載用半導体装置に対する正負サージの保護には不向きである。
具体的には、特許文献１に記載の技術は、電圧異常が発生するたびにプロセッサをリセットするものである。プロセッサがリセットされると、初期化のためのプロセスが実行される。そのため、比較的長い時間、たとえば８０μｓｅｃ程度以上の間は、通常の処理が停止してしまうことになる。
一方、車載用ＬＳＩは、たとえば自動車の運転中にもサージが印加される可能性があるため、誤動作しないことはもちろんのこと、プロセッサの停止時間も可能な限り短くしなければならない。したがって、特許文献１に記載の技術は、車載半導体装置の保護用途に適用することは困難である。
一方、特許文献２に記載の技術は、電源の異常が起きている間にクロックを停止することで誤動作を防止するものである。クロックが再度供給されれば、通常の動作を継続することができる。リセット操作がないため、動作が停止する時間は、必要最低限に抑制される。
しかしながら、クロックが外部から供給されることを前提としているため、クロックを内蔵した場合に起こりうる異常発振に起因する誤動作には対応することができない。また、特許文献２の技術は、主に負荷急変時の電圧低下や、予期せぬ電源遮断への対策を目的としたものであり、電源が負電圧に到達するケースについては想定されていない。
詳細は後述するが、電源端子が負電圧になると、半導体装置上に存在する寄生トランジスタが活性化して内部電荷が流出し、該半導体装置の電圧が全体的に低下して、場合によっては負電圧になる。
負電圧の絶対値がダイオードの順方向電圧降下（おおむね０．６Ｖ〜０．７Ｖ程度）を超えると、クロックの有無にかかわらずフリップフロップなどのメモリ素子に保持されているデータが書き変わる可能性がある。また、誤動作防止回路自体が正常に動作しない可能性もある。特許文献２に記載の技術では、このようなケースには対応できないという問題がある。
本発明の目的は、正負のサージが電源ラインに印加された場合であっても、半導体装置の誤動作の発生を低減することのできる技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴については、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。
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、次のとおりである。
すなわち、代表的な車載用半導体装置は、第１のレギュレータ、第２のレギュレータ、内部回路、および電圧監視部を有する。第１のレギュレータは、外部から供給される第１の電圧の電圧レベルを変換して第２の電圧を生成する。第２のレギュレータは、第１の電圧の電圧レベルを変換して第３の電圧を生成する。
内部回路は、第２の電圧および第３の電圧がそれぞれ供給される。電圧監視部は、第１、第２、および第３の電圧を監視する。内部回路は、プロセッサおよび発振器を有する。
プロセッサは、第１のレギュレータから供給される第２の電圧によって動作する。発振器は、第２のレギュレータから供給される第３の電圧によって動作し、プロセッサの動作クロックとなるクロック信号を生成する。
また、電圧監視部は、第１、第２、および第３の電圧の少なくともいずれか１つの電圧レベルが設定値を下回った際にプロセッサへのクロック信号の供給を停止し、第１、第２、および第３の電圧のすべての電圧レベルが設定値を上回った際にプロセッサにクロック信号を供給する。
さらに、車載用半導体装置は、第１の電圧に印加されるサージを吸収するサージ保護回路を有する。そして、電圧監視部が監視する第１の電圧は、サージ保護回路から供給される。
特に、電圧監視部は、第１、第２、および第３の電圧の少なくとも１つの電圧レベルが設定値を下回った際に第１の制御信号を出力し、第１、第２、および第３の電圧の電圧レベルが設定値をすべて上回った際に第２の制御信号を出力する。
スイッチ部は、電圧監視回路から出力される第１または第２の制御信号に基づいて、プロセッサにクロック信号を供給または停止する。
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以下のとおりである。
誤動作耐性の高い車載用半導体装置を提供することができる。
実施の形態１による車載用半導体装置における構成の一例を示す説明図である。 図１の車載用半導体装置が有する電圧監視回路における動作の一例を示すタイミングチャートである。 図１の車載用半導体装置の電源端子にサージが印加された際の波形の一例を示す説明図である。 図１の車載用半導体装置が有する電圧監視回路における構成の一例を示す説明図である。 実施の形態２による車載用半導体装置における構成の一例を示す説明図である。 実施の形態３による車載用半導体装置における構成の一例を示す説明図である。 図６の車載用半導体装置が有するレギュレータおよびバックアップ回路の構成およびその寄生素子の一例を示す説明図である。 図７の寄生トランジスタの模式断面の一例を示す説明図である。 図８の寄生トランジスタにおける電流増幅率αの一例を示す説明図である。 実施の形態４による電圧監視回路における動作の一例を示すタイミングチャートである。 電波照射試験時における電源端子に供給される電圧における変動波形の一例を示す模式図である。 実施の形態５によるスイッチにおける構成の一例を示す説明図である。 図１２のスイッチにおける動作波形の一例を示す説明図である。 図１２のスイッチにおける状態遷移の一例を示す説明図である。 実施の形態６による車載用半導体装置のレイアウトの一例を示す説明図である。 実施の形態７による車載用センサシステムにおける構成の一例を示す説明図である。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
(実施の形態１)
以下、実施の形態を詳細に説明する。
〈車載用半導体装置の構成例〉
図１は、本実施の形態１による車載用半導体装置１００における構成の一例を示す説明図である。
車載用半導体装置１００は、図１に示すように、電源端子１０１、レギュレータ１０２，１０２ａ、内部回路１０３、および電圧監視回路１０４を有する。電源端子１０１は、車載用半導体装置１００の動作電圧である電圧ＶＥが供給される外部入力用の端子である。
電圧ＶＥは、第１の電圧であり、例えば５Ｖ程度の電圧からなる。この電圧ＶＥは、例えば図示しないＥＣＵから供給される。ＥＣＵは、例えばエンジンパワートレインの各々のセンサから情報を取得し、エンジンの状態に応じた最適な燃料噴射量や噴射時期、点火時期、アイドル回転数などを演算して制御指令を出力するユニットである。
レギュレータ１０２，１０２ａは、ＥＣＵから供給された電圧ＶＥを内部回路１０３の動作電圧である電圧Ｖ１，Ｖ２にそれぞれ変換する。電圧Ｖ１，Ｖ２は、いずれも、３．３Ｖ程度の電圧からなる。レギュレータ１０２は、第１のレギュレータであり、レギュレータ１０２ａは、第２のレギュレータである。また、電圧Ｖ１は、第２の電圧であり、電圧Ｖ２は、第３の電圧である。
電圧監視回路１０４は、電圧ＶＥ，Ｖ１，Ｖ２を監視し、これら電圧ＶＥ，Ｖ１，Ｖ２が低下すると、制御信号ＣＮＴを出力する。また、電圧監視回路１０４には、例えば電圧Ｖ１が動作電源として供給されている。
また、内部回路１０３は、車載用半導体装置１００が有する論理回路などであり、プロセッサ１０５、発振器１０６、およびスイッチ１０７を有する。上記した電圧監視回路１０４およびスイッチ１０７によって電圧監視部が構成される。
プロセッサ１０５には、レギュレータ１０２が生成した電圧Ｖ１が動作電圧として供給される。発振器１０６には、レギュレータ１０２ａが生成した電圧Ｖ２が動作電圧として供給される。
発振器１０６は、クロックＯＳＣを生成する。発振器１０６から出力されるクロックＯＳＣは、スイッチ１０７を介してクロック信号ＣＬＫとしてプロセッサ１０５に供給される。クロック信号ＣＬＫは、プロセッサ１０５の動作クロックである。スイッチ１０７は、電圧監視回路１０４から出力される制御信号ＣＮＴに基づいて、クロック信号ＣＬＫの供給を停止する。
続いて、図１の車載用半導体装置１００における動作について説明する。
まず、ＥＣＵから電源端子１０１に供給される電圧ＶＥは、レギュレータ１０２，１０２ａによって安定化されて電圧Ｖ１，Ｖ２にそれぞれ変換され、プロセッサ１０５および発振器１０６にそれぞれ供給される。
サージによって電源端子１０１に供給される電圧ＶＥが変化した場合も、その電圧がレギュレータの動作電圧範囲にある限りは同様に安定化された電圧Ｖ１，Ｖ２が供給され続ける。ところが、車載用半導体装置１００においては、電圧ＶＥが過大に変化してレギュレータが動作できなくなる可能性がある。
〈サージの印加例〉
図３は、図１の車載用半導体装置１００の電源端子１０１にサージが印加された際の波形の一例を示す説明図である。
図３においては、外部からの供給電圧仕様、すなわち電圧ＶＥが５Ｖであり、内部電圧仕様、すなわち電圧Ｖ１が３．３Ｖの例を示している。
図３では、ワイヤハーネスに１０アンペア近くのサージ電流が誘起されており、その結果、車載用半導体装置１００に供給される電圧ＶＥが１μｓｅｃ以下の速いスピードで、本来の５Ｖから−７Ｖ近くまで低下している。
このような負電圧の条件下では、レギュレータは動作しないため、電圧ＶＥの低下からやや遅れて内部電圧も低下し、論理ゲートの動作が不安定となる。さらに、フリップフロップなどの同期式回路の入力が不安定な状態でクロックが入力されると、保持している値が書き変わる恐れがある。その結果、プロセッサが誤動作することがある。
〈電圧監視回路の動作例〉
続いて、電圧監視回路１０４の動作について、図２を用いて説明する。
図２は、図１の車載用半導体装置１００が有する電圧監視回路１０４における動作の一例を示すタイミングチャートである。この図２では、負サージによって電圧ＶＥが低下した際の電圧監視回路１０４から出力される各信号タイミングを示している。
図２の上方から下方にかけては、ＥＣＵから供給される電圧ＶＥ、レギュレータ１０２から出力される電圧Ｖ１、レギュレータ１０２ａから出力される電圧Ｖ２、および電圧監視回路１０４から出力される制御信号ＣＮＴにおける信号タイミングをそれぞれ示している。
まず、電圧供給ラインに負サージが印加されことにより電圧ＶＥが低下する。続いて、レギュレータ１０２，１０２ａの制御が効かなくなって電圧Ｖ１，Ｖ２がそれぞれ低下する。
電圧監視回路１０４は、電圧ＶＥ，Ｖ１，Ｖ２をそれぞれ監視しており、電圧ＶＥ，Ｖ１，Ｖ２には、検出しきい値ＶＴＥ，ＶＴ１，ＶＴ２がそれぞれ設定されている。検出しきい値ＶＴＥは、第１の設定値であり、検出しきい値ＶＴ１は、第２の設定値であり、検出しきい値ＶＴ２は、第３の設定値である。
電圧監視回路１０４は、電圧ＶＥと検出しきい値ＶＴＥ、電圧Ｖ１と検出しきい値ＶＴ１、および電圧Ｖ２と検出しきい値ＶＴ２とをそれぞれ比較する。そして、電圧ＶＥ，Ｖ１，Ｖ２が、検出しきい値ＶＴＥ，ＶＴ１，ＶＴ２を下回った場合に内部回路を停止する制御信号ＣＮＴを活性化（アクティブ）する。活性化された制御信号ＣＮＴが第１の制御信号となる。ここでは、制御信号ＣＮＴの活性化は、Ｈｉレベルとする。
スイッチ１０７にＨｉレベルの制御信号ＣＮＴが入力されると、該スイッチ１０７によってプロセッサ１０５へのクロック信号ＣＬＫの供給が停止される。スイッチ１０７は、例えば制御信号ＣＮＴとクロックＯＳＣとを入力とし、クロック信号ＣＬＫを出力する、２入力１出力のＯＲゲートにて実現される。制御信号ＣＮＴがＨｉレベルになると、クロックＯＳＣの値によらず、クロック信号ＣＬＫは、Ｈｉレベルに固定されるため、プロセッサ１０５へのクロック信号ＣＬＫの供給が停止する。
続いて、サージノイズが終息した場合について説明する。
電圧監視回路１０４は、電圧ＶＥ，Ｖ１，Ｖ２をそれぞれ監視しており、電圧ＶＥ，Ｖ１，Ｖ２のすべての電圧が検出しきい値ＶＴＥ，ＶＴ１，ＶＴ２をそれぞれ上回ったか否かを判定する。
すべての電圧ＶＥ，Ｖ１，Ｖ２が検出しきい値ＶＴＥ，ＶＴ１，ＶＴ２を上回った場合、電圧監視回路１０４は、非活性化（インアクティブ）、すなわちＬｏレベルの制御信号ＣＮＴを出力する。ここで、非活性の制御信号ＣＮＴは、第２の制御信号となる。スイッチ１０７は、Ｌｏレベルの制御信号ＣＮＴが入力されると、クロック信号ＣＬＫがプロセッサ１０５に供給される。
このように、電圧監視回路１０４は、ＥＣＵから供給される電圧ＶＥの電圧レベルを監視することによって、いち早く電圧低下を検知することができる。これによって、レギュレータ１０２が生成する電圧Ｖ１が大きく低下する前にクロック信号ＣＬＫの供給を停止させる。言い換えれば大きく低下した電圧Ｖ１がプロセッサ１０５に供給される前にクロック信号ＣＬＫの供給を停止させることができる。
それによって、プロセッサ１０５の誤動作に対する耐性を向上させることができる。また、プロセッサ１０５へのクロック信号ＣＬＫの供給は、すべての電圧ＶＥ，Ｖ１，Ｖ２が復帰したことを検知してから再開させるため、同様に誤動作に対する耐性を向上できる。
〈電圧監視回路の構成例〉
図４は、図１の車載用半導体装置１００が有する電圧監視回路１０４における構成の一例を示す説明図である。
電圧監視回路１０４は、図４に示すように、電圧低下検出回路４００，４０１，４０２およびＮＡＮＤ回路４０７を有する。電圧低下検出回路４００は、電圧ＶＥを監視する。電圧低下検出回路４０１は、電圧Ｖ１を監視し、電圧低下検出回路４０２は、電圧Ｖ２を監視する。また、電圧低下検出回路４００，４０１，４０２は、それぞれ第１の電圧低下検出回路、第２の電圧低下検出回路、および第３の電圧低下検出回路となる。ＮＡＮＤ回路４０７は、制御信号生成部となる。
電圧低下検出回路４００は、分圧抵抗である抵抗４０４，４０５、トランジスタ４０６、電流源４０８、およびレベル変換回路４０３から構成されている。抵抗４０４および抵抗４０５は、電圧低下検出回路４００の入力部とグランド電位との間に直列接続されている。電圧低下検出回路４００の入力部には、電圧ＶＥが入力される。
トランジスタ４０６は、例えばＰチャネルＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）からなり、該トランジスタ４０６のソース／ドレインの一端には、電圧ＶＥが接続されている。
トランジスタ４０６のゲートには、抵抗４０４と抵抗４０５との接続部が接続されており、該トランジスタ４０６のソース／ドレインの他端とグランド電位との間には、負荷であり、定電流を流す電流源４０８が接続されている。
また、トランジスタ４０６のソース／ドレインの他端には、レベル変換回路４０３の入力部が接続されている。レベル変換回路４０３の出力部には、ＮＡＮＤ回路４０７の入力部が接続されている。レベル変換回路４０３は、いわゆるレベルシフタであり、入力された信号をＮＡＮＤ回路４０７に入力される論理レベルを合わせて出力する。
なお、電圧低下検出回路４０１，４０２についても、電圧低下検出回路４００と同様の構成からなり、異なるところは、電圧低下検出回路４０１，４０２の入力部に電圧Ｖ１，Ｖ２がそれぞれ入力される点である。
ＮＡＮＤ回路４０７は、電圧低下検出回路４００〜４０２から出力される信号の否定論理積をとり、その信号を制御信号ＣＮＴとして出力する。
電圧低下検出回路４００は、電圧ＶＥによってトランジスタ４０６に流れる電流と電流源４０８の電流とを比較し、電圧ＶＥが一定のしきい値、すなわち検出しきい値ＶＴＥを下回るとＬｏレベルの信号を出力する。ここで、電圧低下検出回路４００から出力されるＬｏ信号が第１の検出信号となり、電圧低下検出回路４００から出力されるＨｉ信号が第２の検出信号となる。電圧低下検出回路４０１においても同様に、電圧低下検出回路４０１から出力されるＬｏ信号が第３の検出信号となり、電圧低下検出回路４０１から出力されるＨｉ信号が第４の検出信号となる。同様に、電圧低下検出回路４０２から出力されるＬｏ信号およびＨｉ信号についても、それぞれ第５の検出信号および第６の検出信号となる。
検出しきい値ＶＴＥは、抵抗４０４および抵抗４０５の分圧比と電流源４０８により調整される。よって、抵抗４０４，４０５の分圧比と電流源４０８によって容易に調節することができる。
また、ＮＡＮＤ回路４０７によって電圧低下検出回路４００〜４０２からそれぞれ出力される信号の否定論理積をとることで、監視対象である電圧ＶＥ，Ｖ１，Ｖ２のいずれかに電圧低下が起こった場合にアクティブの制御信号ＣＮＴが出力される。
このようにシンプルな構成にすることによって、電圧監視回路それ自体のノイズ耐性を高め、ひいては車載用半導体装置１００の誤動作耐性を高めることができる。
なお、トランジスタ４０６と電流源４０８により出力される電圧は、監視電圧に依存する。よって、レベル変換回路４０３は、必須ではないが、ＮＡＮＤ回路４０７に入力される論理レベルを合わせるように設けられている。この構成によって、ＮＡＮＤ回路４０７の論理判定の信頼性をより高めることができ、安定した制御信号ＣＮＴの出力を実現することができる。
〈効果〉
以下、本実施の形態１における車載用半導体装置１００の効果について説明する。
まず、電源端子１０１に入力される電圧ＶＥを監視することで、サージによって電圧が低下したことをいち早く検出することができる。
これによって、電圧Ｖ１、Ｖ２が大きく低下する前にプロセッサ１０５へのクロック信号ＣＬＫの供給を停止することができる。
また、プロセッサ１０５に供給される電圧Ｖ１だけでなく、発振器１０６に供給される電圧Ｖ２についても監視対象に含めることで、クロック信号ＣＬＫが異常発振する恐れがある場合にもクロック信号ＣＬＫの供給を停止することができる。
さらに、電圧ＶＥ，Ｖ１，Ｖ２の電圧低下検出結果の否定論理積をとることによって、すべての電圧ＶＥ，Ｖ１，Ｖ２が正常範囲に復帰してからクロック信号ＣＬＫの供給を再開させることができる。
以上により、より誤動作耐性の高い車載用半導体装置１００を実現することができる。さらに、電圧低下検出回路４００の出力にレベルシフタであるレベル変換回路４０３を設けることによって、電圧監視回路１０４それ自体の動作の信頼性を向上させることができる。
（実施の形態２）
〈概要〉
本実施の形態２では、サージ印加時において、電圧監視回路１０４それ自体の動作電圧となる電圧ＶＭの低下を抑えて、電圧監視回路１０４の信頼性を向上することができる技術について説明する。
〈車載用半導体装置の構成例および動作〉
図５は、本実施の形態２による車載用半導体装置１００における構成の一例を示す説明図である。
図５に示す車載用半導体装置１００は、電源端子１０１、レギュレータ１０２，１０２ａ、内部回路１０３、および電圧監視回路１０４からなる前記実施の形態１の図１と同様の構成に、レギュレータ５００、コンデンサ５０１、およびレベル変換回路５０２が新たに設けられている。
レギュレータ５００は、第３のレギュレータであり、ＥＣＵから供給される電圧ＶＥから電圧ＶＭを生成する。この電圧ＶＭは、第４の電圧であり、電圧監視回路１０４の動作電源として該電圧監視回路１０４に供給される。
コンデンサ５０１は、電圧監視回路１０４のバックアップ用電源となる。サージによってレギュレータ５００が動作できずに電圧ＶＭが低下した際に、コンデンサ５０１から電荷が放電されて、電圧ＶＭの電圧レベルを維持することができる。
レベル変換回路５０２は、レベルシフタであり、電圧監視回路１０４から出力された信号を内部回路１０３の論理レベルに合わせ、制御信号ＣＮＴとして出力する。
以上により、サージが印加された際に、電圧監視回路１０４それ自体の電圧ＶＭの低下を抑え、該電圧監視回路１０４の誤動作などの発生を低減することができる。
それにより、電圧監視回路１０４の信頼性をより向上することができる。
（実施の形態３）
〈概要〉
本実施の形態３においては、車載用半導体装置１００が有する内部回路１０３に供給される電圧Ｖ１，Ｖ２の電圧低下を軽減する技術について説明する。
〈車載用半導体装置の構成例および動作〉
図６は、本実施の形態３による車載用半導体装置１００における構成の一例を示す説明図である。
図６に示す車載用半導体装置１００は、前記実施の形態１の図１に示す車載用半導体装置１００と同様の構成に、サージ保護回路６００およびバックアップ回路６０１が新たに設けられている。その他の接続構成については、図１と同様であるので、説明は省略する。
サージ保護回路６００は、サージ保護抵抗６０２とクランプ素子６０３とを有する。サージ保護抵抗６０２は、抵抗であり、クランプ素子６０３は、ダイオードである。
サージ保護回路６００は、電圧ＶＥに印加されるサージからレギュレータ１０２，１０２ａを保護する回路である。また、バックアップ回路６０１は、後述する図７に示すようにコンデンサなどからなり、レギュレータ１０２が生成する電圧Ｖ１の電圧低下を抑制する。
サージ保護抵抗６０２の一端は、電源端子１０１に接続されており、該サージ保護抵抗６０２の他端には、クランプ素子６０３の一端、すなわちダイオードのアノード、およびレギュレータ１０２，１０２ａの入力部がそれぞれ接続されている。クランプ素子６０３の他端、すなわちダイオードのカソードは、基準電位であるグランド電位に接続されている。なお、図６ではクランプ素子６０３としてダイオードを使う例を示したが、もちろんＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタを使ってもよい。例えばＮチャネルＭＯＳを使う場合はゲートとソースをグラウンド端子に接続し、ドレイン端子をサージ保護抵抗６０２の他端に接続する、いわゆるｇｇＮＭＯＳ（gate grounded NMOS）とする。
レギュレータ１０２の出力部には、バックアップ回路６０１が接続されており、該バックアップ回路６０１を介してレギュレータ１０２が生成する電圧Ｖ１が出力される。
図６にかかる構成によれば、前記実施の形態１に示す車載用半導体装置１００と同等の効果に加え、負サージ印加時における電圧Ｖ１，Ｖ２の低下量を軽減できるようになる。
〈負サージ印加時の電圧Ｖ１，Ｖ２の低下量軽減〉
以下、図６および図７を用いて、その理由を説明する。
図７は、図６の車載用半導体装置１００が有するレギュレータ１０２およびバックアップ回路６０１の構成およびその寄生素子の一例を示す説明図である。
レギュレータ１０２は、トランジスタ７１０，７１１、電流源７１２、アンプ７１３、および抵抗７１４，７１５を有する。トランジスタ７１０は、例えばＰチャネルＭＯＳからなり、トランジスタ７１１は、バイポーラからなる。
バックアップ回路６０１は、上述したように、コンデンサからなる。このコンデンサの一端には、レギュレータ１０２の出力部が接続されており、該コンデンサの他端には、グランド電位が接続されている。
レギュレータ１０２は、アンプ７１３によって電圧Ｖ１を監視し、トランジスタ７１１のベース電流をトランジスタ７１０によって調整することによって、電圧Ｖ１を所望の電圧に維持する。なお、図７では、ＮＰＮバイポーラトランジスタであるトランジスタ７１１のベース電流の制御にＰチャネルＭＯＳのトランジスタ７１０を組み合わせる例を示しているが、これらの組み合わせは、これに限定されるものではない。もちろん、ＰＮＰバイポーラトランジスタやＮチャネルＭＯＳトランジスタを組み合わせて用いてもよい。
また、図７において、点線にて示す寄生ダイオード７００は、トランジスタ７１１に形成される寄生ダイオードであり、寄生トランジスタ７０１は、プロセッサ１０５とレギュレータ１０２との間に形成される寄生バイポーラダイオードである。
まず、電圧ＶＥに負サージが印加されると電源端子１０１は、例えば−７Ｖ程度まで低下する。このとき、図７のように、トランジスタ７１１のベース−エミッタ間の寄生ダイオード７００が逆バイアスされるため、バックアップ回路６０１であるコンデンサに保持された電荷がトランジスタ７１１経由で抜け出すことはなく、電圧Ｖ１の低下量が抑制される。
しかし、仮に電圧ＶＥと電圧Ｖ１の電位差が寄生ダイオード７００のブレイクダウン電圧、もしくはトランジスタ７１１のエミッタ−コレクタ間耐圧以上になるまで、電圧ＶＥが低下すると、バックアップ回路６０１から電源端子１０１に向かって電流が流れて、電圧Ｖ１が低下する恐れがある。
そこで、図６のサージ保護抵抗６０２とクランプ素子６０３とによって、レギュレータ１０２に入力される電圧ＶＥの低下量を抑制する。
電圧ＶＥの到達電圧は、サージ保護抵抗６０２の抵抗値とクランプ素子６０３の順方向のオン抵抗によって決まる分圧比と、クランプ素子６０３の順方向電圧降下量とで決まり、たとえば−２Ｖ程度と、寄生ダイオード７００の耐圧以下に抑制される。
内部回路１０３の電圧を低下させる要因はもう一つある。それは、プロセッサ１０５とレギュレータ１０２との間に存在する寄生トランジスタ７０１である。
図８は、図７の寄生トランジスタ７０１の模式断面の一例を示す説明図である。
寄生トランジスタ７０１は、図８に示すように、Ｎウェル８００、Ｎウェル８０１およびＰ型基板８０３の間に形成される。Ｐ型基板８０３は、半導体基板であり、該Ｐ型基板８０３の上部の左側には、第１のＮ型ウェルであるＮウェル８００が形成されている。
また、Ｐ型基板８０３の上部の右側には、Ｎウェル８０１が形成されている。Ｎウェル８０１は、第２のＮ型ウェルである。Ｎウェル８００は、レギュレータ１０２における電圧ＶＥが供給される領域であり、Ｎウェル８０１は、プロセッサ１０５における電圧Ｖ１が供給される領域である。
ここでは、Ｐ型基板８０３が半導体基板である場合を示したが、該半導体基板は、Ｐ型基板８０３にＰ型ウェルを形成したものであってもよい。この場合、Ｎウェル８００，８０１は、Ｐ型ウェル上にそれぞれ形成されることになる。
サージが印加されて電圧ＶＥが負電圧になると、グランド電位のＰ型基板８０３から寄生トランジスタ７０１のエミッタに向かってベース電流が流れる。その結果、寄生トランジスタ７０１がＯＮし、Ｎウェル８０１からＮウェル８００に向かってコレクタ電流ｉｃが流れ、バックアップ容量が放電してＶ１が低下する。
そこで、図６の車載用半導体装置１００では、コレクタ電流ｉｃを抑制して、電圧Ｖ１の低下量を抑えることを目的として、さらにレギュレータ１０２と内部回路１０３との間に図８に示す分離領域８０２を設ける。
分離領域８０２の長さＷｂと電流増幅率αの関係は以下の式であらわされる。
Figure 2017084121
ここで、γは、エミッタ接合での少数キャリアの注入効率、β＊は、エミッタ接地の直流電流増幅率、σＢ、σＥは、それぞれベース、エミッタの伝導率、ＬＮ、ＬＰは、それぞれエミッタ、ベースにおける少数キャリアの拡散長である。
寄生トランジスタが増幅動作しないためには、電流増幅率αを少なくとも０．５以下にすることが望ましい。
図９は、図８の寄生トランジスタ７０１における電流増幅率αの一例を示す説明図である。この図９は、上式から算出した分離領域の長さＷｂと電流増幅率αの関係の一例を示している。
分離領域の長さＷｂと電流増幅率αの関係は、不純物濃度やキャリアの移動度に応じて変化するが、電流増幅率αを０．５以下にするには、分離領域長は概ね１００μｍ以上確保することが望ましい。
かかる構成によれば、前記実施の形態１と同等の効果に加え、レギュレータ１０２のバイポーラのトランジスタ７１１がブレイクダウンしてバックアップ回路６０１の電荷が外部に流出することを防ぐことができる。また、寄生トランジスタ７０１を介して電源端子１０１に流出する電流も低減することができる。
以上により、より長時間、電圧Ｖ１を安定して維持することができる。
（実施の形態４）
〈概要〉
本実施の形態４では、電圧監視回路１０４が用いる検出しきい値ＶＴＥ，ＶＴ１，ＶＴ２にそれぞれヒステリシスを設ける技術について説明する。
〈検出しきい値のヒステリシスについて〉
車載用半導体装置１００は、前記実施の形態１の図１と同様の構成からなり、異なる点は、電圧監視回路１０４が用いる検出しきい値ＶＴＥ，ＶＴ１，ＶＴ２にヒステリシスが設けられているところである。
ヒステリシスを有する検出しきい値ＶＴＥは、検出しきい値ＶＴＥｈ，ＶＴＥｌからなる。同様に、検出しきい値ＶＴ１は、検出しきい値ＶＴ１ｈ，ＶＴ１ｌからなり、検出しきい値ＶＴ２は、検出しきい値ＶＴ２ｈ，ＶＴ２ｌからなる。
検出しきい値ＶＴＥｌは、電圧ＶＥの低下を検出するしきい値であり、検出しきい値ＶＴＥｈは、低下した電圧ＶＥの電圧が復帰したことを検出するしきい値である。検出しきい値ＶＴ１ｌは、電圧Ｖ１の低下を検出するしきい値であり、検出しきい値ＶＴ１ｈは、低下した電圧Ｖ１の電圧が復帰したことを検出するしきい値である。検出しきい値ＶＴ２ｌは、電圧Ｖ２の低下を検出するしきい値であり、検出しきい値ＶＴ２ｈは、低下した電圧Ｖ２の電圧が復帰したことを検出するしきい値である。
〈電圧監視回路の動作例〉
続いて、検出しきい値ＶＴＥ，ＶＴ１，ＶＴ２にヒステリシスが設けられた電圧監視回路１０４の動作について説明する。
図１０は、本実施の形態４による電圧監視回路１０４における動作の一例を示すタイミングチャートである。この図１０では、負サージによって電圧ＶＥが低下した際の電圧監視回路１０４から出力される各信号タイミングを示している。
図１０の上方から下方にかけては、ＥＣＵから供給される電圧ＶＥ、レギュレータ１０２から出力される電圧Ｖ１、レギュレータ１０２ａから出力される電圧Ｖ２、および電圧監視回路１０４から出力される制御信号ＣＮＴにおける信号タイミングをそれぞれ示している。
図１０において、例えば電圧ＶＥの電圧を検出する際には、該電圧ＶＥが検出しきい値ＶＴＥｌを下回ると図４の電圧低下検出回路４００からＬｏレベルの信号が出力される。そして、検出しきい値ＶＴＥｌを下回った電圧ＶＥの電圧レベルが回復していき、該電圧ＶＥの電圧レベルが検出しきい値ＶＴＥｈを上回ると、電圧低下検出回路４００からは、Ｈｉレベルの信号が出力される。電圧Ｖ１，Ｖ２をそれぞれ監視する電圧低下検出回路４０１，４０２についても、検出しきい値ＶＴ１ｈ，ＶＴ１ｌ，ＶＴ２ｈ，ＶＴ２ｌを用いて同様の動作が行われる。
そして、すべての電圧ＶＥ，Ｖ１，Ｖ２が検出しきい値ＶＴＥｈ，ＶＴ１ｈ，ＶＴ２ｈをそれぞれ上回った場合、図４の電圧監視回路１０４におけるＮＡＮＤ回路４０７は、インアクティブ、すなわちＬｏレベルの制御信号ＣＮＴを出力する。その後の動作については、前記実施の形態１の図１と同様である。
電圧ＶＥに印加されるサージはノイズであるので、それに伴って電圧ＶＥ，Ｖ１，Ｖ２にもノイズが発生する。このノイズが検出しきい値ＶＴＥ，ＶＴ１，ＶＴ２付近にて短期間に頻繁に発生してしまうと、制御信号ＣＮＴにグリッチが発生する。
しかし、上述したように検出しきい値ＶＴＥ，ＶＴ１，ＶＴ２にヒステリシスをそれぞれ持たせることによって、制御信号ＣＮＴにグリッチが発生することを防ぐことができる。
検出しきい値ＶＴＥ，ＶＴ１，ＶＴ２にヒステリシスを持たせる技術としては、例えばトランジスタを用いることによって、電圧低下検出時に図４に示す抵抗４０４，４０５の分圧比が適宜変わるようにしたり、あるいは電圧低下検出回路４００〜４０２をシュミットトリガ型の論理回路にて構成すればよい。
以上により、前記実施の形態１に示す車載用半導体装置１００と同等の効果に加えて、制御信号ＣＮＴにグリッチが発生することによってクロック信号ＣＬＫが頻繁にオン／オフされる低減することができる。
それにより、図１に示すプロセッサ１０５の動作が不安定になることを低減させ、より誤動作耐性の高い車載用半導体装置１００を実現することができる。
なお、検出しきい値ＶＴＥｌ，ＶＴ１ｌ，ＶＴ２ｌは、異なる電圧値であってもよい。あらかじめ、シミュレーションや実験などによって、プロセッサおよび発振器が正常に動作する電圧範囲をそれぞれ得ておき、その結果に応じて、検出しきい値ＶＴ１ｌ，ＶＴ２ｌを独立に決定してもよい。
これによって、不要な制御信号ＣＮＴの活性化を低減させることができる。また、検出しきい値ＶＴＥｌは、電波照射試験時の電源電圧変動を誤検知しない電圧値に設定してもよい。
〈電波照射試験時における電圧ＶＥについて〉
図１１は、電波照射試験時における電源端子１０１に供給される電圧ＶＥにおける変動波形の一例を示す模式図である。
ここでいう電波照射試験とは、ＢＣＩ（Bulk Current Injection）試験やＴＥＭ（Tranceverse Electromagnetic）セル試験などであり、ワイヤハーネスや車載用半導体装置に電波が照射される。
電波照射中は、例えば図１に示す車載用半導体装置１００の電源端子１０１に正弦波が重畳された電圧１１００が供給される。この時の電圧変動ΔＶは、サージによる電圧変動より十分小さく、おおむねレギュレータ１０２，１０２ａで吸収できる範囲である。
一方、サージと違い様々な周波数で長時間照射されるため、電圧監視回路１０４で検出してそのたびにクロック信号ＣＬＫの供給を止めると、条件によっては車載用半導体装置１００の通常動作が停止したままになる可能性がある。
そこで、電波照射試験では、制御信号ＣＮＴが活性化しないように、検出しきい値ＶＴＥｌは、電圧ＶＥからΔＶ低下したレベル１１０１よりも低く設定することが望ましい。
（実施の形態５）
〈概要〉
本実施の形態５においては、前記実施の形態１の図１におけるスイッチ１０７にクロック信号ＣＬＫの波形を整形するクロック整形機能を設けた技術ついて説明する。
〈スイッチの構成例〉
図１２は、本実施の形態５によるスイッチ１０７における構成の一例を示す説明図である。なお、車載用半導体装置１００の構成は、前記実施の形態１の図１と同様であり、異なる点は、図１２に示すスイッチ１０７である。
スイッチ１０７は、インバータ１２０１〜１２０９、ＮＡＮＤ（否定論理積）回路１２１０〜１２２０、およびＮＯＲ（否定論理和）回路１２２１，１２２２から構成されている。
インバータ１２０１の入力部、ＮＡＮＤ回路１２１０の第１の入力部、およびＮＡＮＤ回路１２１６の一方の入力部には、図１の発振器１０６のクロックＯＳＣがそれぞれ入力される。インバータ１２０２の入力部には、図１の電圧監視回路１０４の制御信号ＣＮＴが入力される。
インバータ１２０２の出力部には、ＮＡＮＤ回路１２１０の第３の入力部、ＮＯＲ回路１２２２の第３の入力部、およびＮＡＮＤ回路１２１７の第２の入力部がそれぞれ接続されている。
ＮＡＮＤ回路１２１０の出力部は、インバータ１２０３の入力部が接続されており、該インバータ１２０３の出力部には、ＮＯＲ回路１２２１の一方の入力部が接続されている。ＮＯＲ回路１２２１の出力部には、ＮＡＮＤ回路１２１１の他方の入力部が接続され、該ＮＡＮＤ回路１２１１の出力部には、ＮＡＮＤ回路１２１２の一方の入力部が接続されている。
ＮＡＮＤ回路１２１２の出力部とＮＡＮＤ回路１２１３の他方の入力部との間には、直列接続されたインバータ１２０６〜１２０９が接続されている。ＮＡＮＤ回路１２１３の出力部には、ＮＡＮＤ回路１２１４の他方の入力が接続されており、該ＮＡＮＤ回路１２１４の出力部には、ＮＡＮＤ回路１２１５の一方の入力部が接続されている。
また、ＮＡＮＤ回路１２１５の他方の入力部は、インバータ１２０４の出力が接続されており、該ＮＡＮＤ回路１２１５の出力部には、インバータ１２０５の入力部が接続されている。このインバータ１２０５の出力部は、スイッチ１０７の出力部となり、該出力部からは、図１のプロセッサ１０５に供給されるクロック信号ＣＬＫが出力される。
ＮＡＮＤ回路１２１２の出力部には、ＮＡＮＤ回路１２１１，１２１３の一方の入力部、ＮＡＮＤ回路１２１０の第２の入力部、およびＮＯＲ回路１２２２の第１の入力部がそれぞれ接続されている。
ＮＡＮＤ回路１２１２の他方の入力部には、ＮＡＮＤ回路１２１６の出力部が接続されており、ＮＯＲ回路１２２２の出力部は、ＮＡＮＤ回路１２１６の他方の入力部、およびＮＡＮＤ回路１２１８の一方の入力部がそれぞれ接続されている。
ＮＡＮＤ回路１２１７の出力部には、ＮＡＮＤ回路１２１９の他方の入力部が接続され、ＮＡＮＤ回路１２１８の出力部には、ＮＡＮＤ回路１２２０の他方の入力部が接続されている。
ＮＡＮＤ回路１２１９の出力部には、ＮＡＮＤ回路１２２０の一方の入力が接続されており、該ＮＡＮＤ回路１２２０の出力部には、インバータ１２０４の入力部、ＮＡＮＤ回路１２１９の一方の入力部、ＮＯＲ回路１２２１の他方の入力部、ＮＯＲ回路１２２２の第２の入力部、およびＮＡＮＤ回路１２１７の第１の入力部がそれぞれ接続されている。
インバータ１２０１の出力部には、ＮＡＮＤ回路１２１４の一方の入力部、ＮＡＮＤ回路１２１７の第３の入力部、およびＮＡＮＤ回路１２１８の他方の入力部がそれぞれ接続されている。インバータ１２０４の出力部には、ＮＡＮＤ回路１２１５の他方の入力部が接続されている。
〈スイッチのクロック整形機能の説明〉
続いて、図１２に示す構成のスイッチ１０７の動作について説明する。
図１３は、図１２のスイッチ１０７における動作波形の一例を示す説明図である。この図１３において、上方から下方にかけては、発振器１０６から出力されるクロックＯＳＣ、電圧監視回路１０４から出力される制御信号ＣＮＴ、およびスイッチ１０７から出力されるクロック信号ＣＬＫａ，ＣＬＫの信号タイミングをそれぞれ示している。また、クロック信号ＣＬＫａは、クロック整形機能がないスイッチ１０７から出力されるクロック信号であり、クロック信号ＣＬＫは、図１２のスイッチ１０７、すなわちクロック整形機能を有するスイッチ１０７から出力されるクロック信号である。
以下、図１２に示したスイッチ１０７におけるクロック整形機能について具体的に説明する。
まず、クロック整形機能をもたないスイッチ１０７から出力されるクロック信号ＣＬＫａについて説明する。
サージのような外来ノイズはランダムに印加されるため、発振器１０６の発振波形であるクロックＯＳＣに対して、クロックＯＳＣを停止する制御信号ＣＮＴが活性化するタイミングＴ１はランダムである。
また、同様に、制御信号ＣＮＴが解除になるタイミングＴ２もランダムである。仮に、制御信号ＣＮＴが図１３に示すタイミングＴ２において解除、すなわち非活性になったとする。タイミングＴ２において、クロックＯＳＣは、Ｈｉである。
この場合、クロック整形機能がないスイッチ１０７では、制御信号ＣＮＴがオフ、すなわち非活性になった際に、スイッチ１０７の出力であるクロック信号ＣＬＫａがＨｉとなり、クロックＯＳＣがＬｏになるのとほぼ同時にクロック信号ＣＬＫａもＬｏになるため、通常のクロック信号よりも短いパルスがプロセッサ１０５に供給される。
その結果、プロセッサ１０５の正常動作に必要なセットアップ時間／ホールド時間を確保することができず、該プロセッサ１０５が誤動作する恐れがある。スイッチ１０７におけるクロック整形機能は、こうした短パルスのクロック信号が出力されるのを防ぐため、制御信号ＣＮＴが活性化した時点のクロックＯＳＣの状態を保持する。そして、制御信号ＣＮＴが解除された際は、その状態から復帰するものである。
〈クロック信号の遷移〉
続いて、クロック整形機能を有するスイッチ１０７から出力されるクロック信号ＣＬＫについて、図１４を用いて説明する。
図１４は、図１２のスイッチ１０７における状態遷移の一例を示す説明図である。
制御信号ＣＮＴが活性化したタイミングＴ１におけるクロックＯＳＣはＬｏであり、制御信号ＣＮＴがタイミングＴ２にて解除されると、Ｌｏ状態から出力されている。図１４において、平常時は状態Ｓ００の状態にあり、クロックＯＳＣがクロック信号ＣＬＫとしてスルー出力される。
クロックＯＳＣがＬｏのときに制御信号ＣＮＴがＨｉになった場合は、状態Ｓ０１に遷移してクロック信号ＣＬＫはＬｏ固定となる。電圧ＶＥ，Ｖ１，Ｖ２が復帰して制御信号ＣＮＴがＬｏになると、クロックＯＳＣがＬｏになるまでは状態Ｓ０１にとどまり、クロックＯＳＣがＬｏになった段階で初めて状態Ｓ００に戻る。
同様に、クロックＯＳＣがＨｉのときに制御信号ＣＮＴがＨｉになった場合は、状態Ｓ１０に遷移し、クロック信号ＣＬＫの出力は、Ｈｉに固定する。制御信号ＣＮＴがＬｏになったあと、クロックＯＳＣがＨｉになるまでは状態Ｓ１０にとどまり、クロックＯＳＣがＨｉになった時に状態Ｓ００へと戻る。
以上により、前記実施の形態１に示す車載用半導体装置１００と同等の効果に加えて、いかなるタイミングでサージが印加されても、セットアップ時間／ホールド時間を満たすクロックＣＬＫをプロセッサに供給することができる。それにより、より誤動作耐性を高めることができる。
（実施の形態６）
〈概要〉
本実施の形態６では、車載用半導体装置１００が有する回路ブロックを前記実施の形態３の図８に示した分離領域８０２によって分離する例について説明する。
〈車載用半導体装置のレイアウト例〉
図１５は、本実施の形態６による車載用半導体装置１００のレイアウトの一例を示す説明図である。
車載用半導体装置１００は、図１５に示すように、電源端子１０１、サージ保護回路６００、レギュレータ１０２，１０２ａ、電圧低下検出回路４００，４０１，４０２、回路ブロック１５０８、発振器１０６、スイッチ１０７、プロセッサ１０５、および電源リング１５０９を有する。回路ブロック１５０８は、ＮＡＮＤ回路４０７とレベル変換回路５０２とを含む。電源リング１５０９は、プロセッサ１０５などに電源を供給する。
車載用半導体装置１００は、図示するように、分離領域８０２によって各回路ブロックが分離されている。
先に述べたとおり、負サージの印加時は、寄生トランジスタの影響によってプロセッサ１０５に供給される電圧Ｖ１が低下する恐れがある。そこで、具体的には、サージ保護回路６００、レギュレータ１０２，１０２ａ、電圧低下検出回路４００，４０２と電圧低下検出回路４０１、回路ブロック１５０８、発振器１０６、スイッチ１０７、プロセッサ１０５とが分離領域８０２によって分離されている。言い換えれば、電圧ＶＥによって動作する回路ブロックと、電圧Ｖ１，Ｖ２によって動作する回路ブロックとを分離領域８０２によって分離する。電圧ＶＥによって動作する回路ブロックは、言い換えればサージの印加時に負電圧が印加されうる回路ブロックである。
以上により、図７の寄生トランジスタ７０１などを介して電源端子１０１に流出する電流も低減することができるので、より長時間、電圧Ｖ１を安定して維持することができる。
（実施の形態７）
〈概要〉
本実施の形態７では、車載用半導体装置１００を用いて構成される車載用センサシステムについて説明する。
〈車載用センサシステムの構成例〉
図１６は、本実施の形態７による車載用センサシステムにおける構成の一例を示す説明図である。
車載用センサシステムは、図１６に示すように、センサエレメント１６００および車載用半導体装置１００を有する。センサエレメント１６００は、物理量に応じて電気的特性の変化する素子であり、例えばエアフローセンサなどである。エアフローセンサは、エンジンが吸入する空気量を測定する素子である。ここでは、センサエレメント１６００がエアフローセンサの場合を説明しているが、該センサエレメント１６００は、上述したように物理量に応じて電気的特性の変化する素子であればよく、これに限定されるものではない。
また、図１６では、エアフローセンサをディスクリートの部品として示したが、これに限定されるものではなく、例えば車載用半導体装置１００と一体に形成されていてもよい。
車載用半導体装置１００は、前記実施の形態１の図１の車載用半導体装置１００の構成に加えて、レギュレータ１６０３，１６０４を有する。また、内部回路１０３には、図１の内部回路１０３の構成に加えて、アナログ回路１６０８、出力回路１６０７、および出力端子１６０２を有する。
レギュレータ１６０３は、ＥＣＵから供給される電圧ＶＥから出力回路１６０７に供給する動作電圧を生成し、レギュレータ１６０４は、電圧ＶＥかアナログ回路１６０８に供給する動作電圧を生成する。
プロセッサ１０５は、アナログ回路１６０８を介してセンサエレメント１６００を制御する。また、プロセッサ１０５は、センサエレメント１６００から出力された信号をアナログ回路１６０８を経由して取得する。アナログ回路１６０８では、センサエレメント１６００から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換する、いわゆるＡ／Ｄ変換を行い、その変換結果をプロセッサ１０５に出力する。
プロセッサ１０５は、アナログ回路１６０８から受け取ったデジタル信号を演算処理する。演算処理は、例えばデジタル信号のデータ補正などである。演算処理されたデータは、プロセッサ１０５から出力回路１６０７を経由して出力端子１６０２に出力される。
出力端子１６０２には、ＥＣＵが接続されている。ＥＣＵは、出力回路１６０７から出力されるデータに基づいて、エンジン制御を行う。上記したように、センサエレメント１６００がエアフローセンサの場合、ＥＣＵは、出力回路１６０７から出力されるデータに基づいて、噴射する燃料の制御指令を出力する。
このように、誤動作耐性の高い車載用半導体装置１００によってセンサエレメント１６００の信号を処理することによって、車載用センサシステムの信頼性を高めることができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態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。
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。
１００ 車載用半導体装置
１０１ 電源端子
１０２ レギュレータ
１０２ａ レギュレータ
１０３ 内部回路
１０４ 電圧監視回路
１０５ プロセッサ
１０６ 発振器
１０７ スイッチ
４００ 電圧低下検出回路
４０１ 電圧低下検出回路
４０２ 電圧低下検出回路
４０３ レベル変換回路
４０４ 抵抗
４０５ 抵抗
４０６ トランジスタ
４０７ ＮＡＮＤ回路
４０８ 電流源
５００ レギュレータ
５０１ コンデンサ
５０２ レベル変換回路
６００ サージ保護回路
６０１ バックアップ回路
６０２ サージ保護抵抗
６０３ クランプ素子
７００ 寄生ダイオード
７０１ 寄生トランジスタ
７１０ トランジスタ
７１１ トランジスタ
７１２ 電流源
７１３ アンプ
７１４ 抵抗
７１５ 抵抗
８００ Ｎウェル
８０１ Ｎウェル
８０２ 分離領域
８０３ Ｐ型基板

Claims (15)

  1. 内部回路と、
    外部から供給される動作電圧である第１の電圧の電圧レベルを監視する電圧監視部と、
    を有し、
    前記電圧監視部は、前記第１の電圧の電圧レベルが設定値を下回った際に前記内部回路を停止させ、前記第１の電圧の電圧レベルが前記設定値を上回った際に前記内部回路を動作させる、車載用半導体装置。
  2. 請求項１記載の車載用半導体装置において、
    前記第１の電圧に印加されるサージを吸収するサージ保護回路を有し、
    前記電圧監視部が監視する前記第１の電圧は、前記サージ保護回路から供給される、車載用半導体装置。
  3. 請求項１記載の車載用半導体装置において、
    前記第１の電圧は、エンジン制御ユニットから供給される、車載用半導体装置。
  4. 外部から供給される第１の電圧の電圧レベルを変換して第２の電圧を生成する第１のレギュレータと、
    前記第１の電圧の電圧レベルを変換して第３の電圧を生成する第２のレギュレータと、
    前記第２の電圧および前記第３の電圧がそれぞれ供給される内部回路と、
    前記第１、前記第２、および前記第３の電圧を監視する電圧監視部と、
    を有し、
    前記内部回路は、
    前記第１のレギュレータから供給される前記第２の電圧によって動作するプロセッサと、
    前記第２のレギュレータから供給される前記第３の電圧によって動作し、前記プロセッサの動作クロックとなるクロック信号を生成する発振器と、
    を有し、
    前記電圧監視部は、前記第１、前記第２、および前記第３の電圧の少なくともいずれか１つの電圧レベルが設定値を下回った際に前記プロセッサへの前記クロック信号の供給を停止し、前記第１、前記第２、および前記第３の電圧のすべての電圧レベルが前記設定値を上回った際に前記プロセッサに前記クロック信号を供給する、車載用半導体装置。
  5. 請求項４記載の車載用半導体装置において、
    前記第１の電圧に印加されるサージを吸収するサージ保護回路を有し、
    前記電圧監視部が監視する前記第１の電圧は、前記サージ保護回路から供給される、車載用半導体装置。
  6. 請求項４記載の車載用半導体装置において、
    前記電圧監視部は、
    前記第１、前記第２、および前記第３の電圧の少なくとも１つの電圧レベルが前記設定値を下回った際に第１の制御信号を出力し、前記第１、前記第２、および前記第３の電圧の電圧レベルが前記設定値をすべて上回った際に第２の制御信号を出力する電圧監視回路と、
    前記電圧監視回路から出力される前記第１または前記第２の制御信号に基づいて、前記プロセッサに前記クロック信号を供給または停止するスイッチ部と、
    を有する、車載用半導体装置。
  7. 請求項６記載の車載用半導体装置において、
    前記電圧監視回路は、
    前記第１の電圧の電圧レベルが第１の設定値を下回った際に第１の検出信号を出力し、前記第１の電圧の電圧レベルが前記第１の設定値を上回った際に第２の検出信号を出力する第１の電圧低下検出回路と、
    前記第２の電圧の電圧レベルが第２の設定値を下回った際に第３の検出信号を出力し、前記第２の電圧の電圧レベルが前記第２の設定値を上回った際に第４の検出信号を出力する第２の電圧低下検出回路と、
    前記第３の電圧の電圧レベルが第３の設定値を下回った際に第５の検出信号を出力し、前記第３の電圧の電圧レベルが前記第３の設定値を上回った際に第６の検出信号を出力する第３の電圧低下検出回路と、
    前記第１、前記第３、または前記第５の検出信号の少なくともいずれか１つが入力された際に、前記第１の制御信号を前記スイッチ部に出力し、前記第２、前記第４、および前記第６の検出信号がすべて入力された際に、前記第２の制御信号を前記スイッチ部に出力する制御信号生成部と、
    を有する、車載用半導体装置。
  8. 請求項７記載の車載用半導体装置において、
    前記第１〜前記第６の検出信号を前記制御信号生成部の電圧レベルに見合った電圧に変換、または前記電圧監視回路から出力される前記第１および前記第２の制御信号を前記スイッチ部の電圧レベルに見合った電圧に変換するレベル変換回路を有する、車載用半導体装置。
  9. 請求項７記載の車載用半導体装置において、
    前記第１〜前記第３の電圧低下検出回路がそれぞれ有する前記第１〜前記第３の設定値の少なくとも１つは、ヒステリシスを有する、車載用半導体装置。
  10. 請求項６記載の車載用半導体装置において、
    前記第１の電圧の電圧レベルを変換して第４の電圧を生成する第３のレギュレータを有し、
    前記第３のレギュレータが生成する前記第４の電圧は、前記電圧監視回路の動作電圧として供給される、車載用半導体装置。
  11. 請求項４記載の車載用半導体装置において、
    半導体基板上に形成される第１のＮ型ウェルおよび第２のＮ型ウェルとの間に半導体素子間を電気的に分離する分離領域を設け、
    前記第１のＮ型ウェルは、前記第１の電圧が供給され、
    前記第２のＮ型ウェルは、前記第２の電圧が供給され、
    前記分離領域の長さは、前記第１のＮ型ウェル、前記第２のＮ型ウェル、および前記半導体基板によって形成される寄生バイポーラトランジスタの電流増幅率が０．５以下となる距離である、車載用半導体装置。
  12. 請求項４記載の車載用半導体装置において、
    半導体基板上に形成される第１のＮ型ウェルおよび第２のＮ型ウェルとの間に半導体素子間を電気的に分離する分離領域を設け、
    前記第１のＮ型ウェルは、前記第１の電圧が供給され、
    前記第２のＮ型ウェルは、前記第２の電圧が供給され、
    前記分離領域の長さは、１００μｍ以上である、車載用半導体装置。
  13. 請求項６記載の車載用半導体装置において、
    前記スイッチ部は、前記第１の制御信号が入力された際の前記クロック信号の状態を保持し、前記第２の制御信号が入力された際に、前記発振器から出力される前記クロック信号と保持した前記クロック信号との論理値が異なる場合に、前記発振器から出力される前記クロック信号と前記保持した前記クロック信号とが同じ論理値になるまで、保持した前記クロック信号の論理値を出力する、車載用半導体装置。
  14. 請求項４記載の車載用半導体装置において、
    前記車載用半導体装置は、物理量に応じて電気的特性の変化するセンサエレメントが取得する信号を処理する、車載用半導体装置。
  15. 請求項４記載の車載用半導体装置において、
    前記第１の電圧は、エンジン制御ユニットから供給される、車載用半導体装置。
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