JP4530878B2 - Voltage comparator, overcurrent detection circuit using the same, and semiconductor device - Google Patents

Voltage comparator, overcurrent detection circuit using the same, and semiconductor device Download PDF

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本発明は、電圧比較器に関し、特にその検査技術に関する。   The present invention relates to a voltage comparator, and more particularly to an inspection technique thereof.

電圧を安定化させるレギュレータ回路などにおいては、パワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)や、IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)、バイポーラパワートランジスタなどが出力トランジスタとして用いられている。これらのトランジスタは、最大許容電流として、通常の動作時に流れる電流値に対して十分なマージンを持つよう設計されている。   In a regulator circuit that stabilizes a voltage, a power MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor), an IGBT (insulated gate bipolar transistor), a bipolar power transistor, or the like is used as an output transistor. These transistors are designed to have a sufficient margin with respect to the current value flowing during normal operation as the maximum allowable current.

ところが、このように十分な設計マージンを持つよう設計した場合においても、出力負荷回路が短絡した場合などにおいては、最大許容電流を超す大きな過電流がトランジスタに流れ、その信頼性に影響を及ぼすという問題があった。また、トランジスタの最大許容電流以下であっても、トランジスタに接続される負荷回路を保護するために、電流制限をしたい場合があった。   However, even when designing with a sufficient design margin in this way, when the output load circuit is short-circuited, a large overcurrent exceeding the maximum allowable current flows through the transistor, affecting its reliability. There was a problem. In some cases, it is desired to limit the current to protect the load circuit connected to the transistor even if it is less than the maximum allowable current of the transistor.

そこで従来においては、過電流からパワートランジスタを保護し、あるいは、負荷回路に流れる電流を制限するために、過電流保護回路、電流制限回路などを設け、回路の保護を図っていた(特許文献1、特許文献2)。   Therefore, conventionally, in order to protect the power transistor from overcurrent or limit the current flowing in the load circuit, an overcurrent protection circuit, a current limit circuit, and the like are provided to protect the circuit (Patent Document 1). Patent Document 2).

こうした過電流検出を行う回路(以下、過電流検出回路という)においては、特許文献1に開示されるように、演算増幅器が電圧比較器として用いられ、検出対象の電流を電圧に変換し、その電圧と所定のしきい値電圧を比較することによって過電流状態を検出する。   In a circuit that performs such overcurrent detection (hereinafter referred to as an overcurrent detection circuit), as disclosed in Patent Document 1, an operational amplifier is used as a voltage comparator to convert a current to be detected into a voltage, An overcurrent condition is detected by comparing the voltage with a predetermined threshold voltage.

ここで、電圧比較器として用いられる演算増幅器は、非反転入力端子と反転入力端子にオフセットを有する場合がある。このオフセットによって電圧比較器は、所定のしきい値電圧ではなく、オフセットによってシフトされたしきい値電圧と検出電圧を比較することになるため、過電流検出のしきい値電流がオフセット分シフトすることになり、回路の信頼性に影響を及ぼすおそれがあった。   Here, an operational amplifier used as a voltage comparator may have an offset between the non-inverting input terminal and the inverting input terminal. This offset causes the voltage comparator to compare the detection voltage with the threshold voltage shifted by the offset instead of the predetermined threshold voltage, so that the threshold current for overcurrent detection is shifted by the offset. As a result, the reliability of the circuit may be affected.

この問題を解決するために、演算増幅器のオフセットを予め測定する場合を考える。図4は、演算増幅器により構成される電圧比較器のオフセットを測定するための回路図の一例を示す。
電圧比較器200は、演算増幅器10、基準電圧源12、抵抗R1、R2を含む。入力端子102に印加される検査電圧Vinは、抵抗R1、R2により分圧され、演算増幅器10の非反転入力端子に入力される。演算増幅器10の非反転入力端子には基準電圧源12から出力される基準電圧Vrefが印加される。演算増幅器10にオフセットが存在しない理想状態において、この電圧比較器200は、しきい値電圧をVth=Vref×(R1+R2)/R2として、Vin>Vthのときローレベルを、Vin<Vthのときハイレベルを出力端子104から出力する。
To solve this problem, consider the case where the offset of the operational amplifier is measured in advance. FIG. 4 shows an example of a circuit diagram for measuring an offset of a voltage comparator constituted by an operational amplifier.
The voltage comparator 200 includes an operational amplifier 10, a reference voltage source 12, and resistors R1 and R2. The inspection voltage Vin applied to the input terminal 102 is divided by the resistors R1 and R2 and input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 10. The reference voltage Vref output from the reference voltage source 12 is applied to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 10. In an ideal state where there is no offset in the operational amplifier 10, the voltage comparator 200 sets the threshold voltage to Vth = Vref × (R1 + R2) / R2, and sets the low level when Vin> Vth and the high level when Vin <Vth. The level is output from the output terminal 104.

特開平5−315852号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-315852 特開2002−304225号公報JP 2002-304225 A

電圧比較器200のしきい値電圧は、実際には演算増幅器10のオフセットなどによって上述の理想状態からずれたものとなる。この電圧比較器200の実際のしきい値電圧Vthを測定するために、電圧比較器200の入力端子102には、第1電圧計300、電圧源302が接続される。また、出力端子104には第2電圧計304が接続される。
電圧源302によって検査電圧Vinをスイープさせ、第1電圧計300によって検査電圧Vinを、第2電圧計304によって出力電圧Voutを測定する。検査電圧Vinをスイープさせると、ある値に達したときに、出力電圧Voutがハイレベルからローレベルに切り替わる。このときの検査電圧Vinの値が電圧比較器200のしきい値電圧となる。
The threshold voltage of the voltage comparator 200 actually deviates from the above ideal state due to the offset of the operational amplifier 10 or the like. In order to measure the actual threshold voltage Vth of the voltage comparator 200, a first voltmeter 300 and a voltage source 302 are connected to the input terminal 102 of the voltage comparator 200. A second voltmeter 304 is connected to the output terminal 104.
The voltage source 302 sweeps the inspection voltage Vin, the first voltmeter 300 measures the inspection voltage Vin, and the second voltmeter 304 measures the output voltage Vout. When the inspection voltage Vin is swept, the output voltage Vout is switched from a high level to a low level when a certain value is reached. The value of the inspection voltage Vin at this time becomes the threshold voltage of the voltage comparator 200.

しかしながら、図4の回路によって電圧比較器200のしきい値電圧を測定する場合、検査電圧Vinをスイープさせる必要があるため、検査に時間を要してしまうという問題があった。また、測定装置として、第1電圧計300、電圧源302、第2電圧計304が必要であり装置が複雑となるという問題もある。さらに、電圧比較器200がLSI(Large Scale Integration)の内部に集積化される場合、電圧源302や第2電圧計304を接続するために、入力端子102、出力端子104を検査パッドとして形成する必要があり、回路面積が増大するという問題もある。   However, when the threshold voltage of the voltage comparator 200 is measured by the circuit of FIG. 4, it is necessary to sweep the inspection voltage Vin, which causes a problem that it takes time for the inspection. In addition, there is a problem that the first voltmeter 300, the voltage source 302, and the second voltmeter 304 are necessary as measurement devices, and the device becomes complicated. Further, when the voltage comparator 200 is integrated in an LSI (Large Scale Integration), the input terminal 102 and the output terminal 104 are formed as test pads in order to connect the voltage source 302 and the second voltmeter 304. There is also a problem that the circuit area increases.

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、しきい値電圧が簡易に検査可能で、また必要に応じてそのしきい値電圧を調節可能な電圧比較器、およびこれを用いた過電流検出回路の提供にある。   The present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to provide a voltage comparator capable of easily inspecting a threshold voltage and adjusting the threshold voltage as necessary, and The overcurrent detection circuit used is provided.

本発明のある態様は電圧比較器に関する。この電圧比較器は、入力端子に印加される検査電圧と所定のしきい値電圧を比較する電圧比較器であって、所定の基準電圧を生成する基準電圧源と、検査電圧が反転入力端子に印加され、基準電圧が非反転入力端子に印加される演算増幅器と、演算増幅器の出力端子と入力端子間に設けられ、当該電圧比較器のしきい値電圧を検査する検査モードにおいてオンし、検査電圧としきい値電圧を比較する通常モードにおいてオフするスイッチと、を備える。   One embodiment of the present invention relates to a voltage comparator. This voltage comparator is a voltage comparator that compares a test voltage applied to an input terminal with a predetermined threshold voltage, a reference voltage source that generates a predetermined reference voltage, and a test voltage applied to an inverting input terminal. Applied to the operational amplifier in which the reference voltage is applied to the non-inverting input terminal, and provided between the output terminal and the input terminal of the operational amplifier, and is turned on in the inspection mode in which the threshold voltage of the voltage comparator is inspected. A switch that is turned off in a normal mode for comparing the voltage and the threshold voltage.

この態様によると、通常モードにおいては、スイッチをオフすることにより演算増幅器の出力端子と入力端子への帰還経路が遮断され、演算増幅器は、電圧比較器として動作する。検査モードにおいては、スイッチをオンすることにより、演算増幅器の出力端子と非反転入力端子が接続され、帰還増幅器として動作する。入力端子への検査電圧の印加を停止した状態でスイッチをオンし、演算増幅器の出力端子に現れる電圧を測定することによって電圧比較器のしきい値電圧を測定することができる。   According to this aspect, in the normal mode, the feedback path to the output terminal and the input terminal of the operational amplifier is cut off by turning off the switch, and the operational amplifier operates as a voltage comparator. In the inspection mode, when the switch is turned on, the output terminal and the non-inverting input terminal of the operational amplifier are connected to operate as a feedback amplifier. The threshold voltage of the voltage comparator can be measured by turning on the switch while stopping the application of the inspection voltage to the input terminal and measuring the voltage appearing at the output terminal of the operational amplifier.

電圧比較器は、スイッチのオンオフ状態を制御するスイッチ制御部をさらに備えてもよい。   The voltage comparator may further include a switch control unit that controls an on / off state of the switch.

電圧比較器は、入力端子に印加される検査電圧を分圧して演算増幅器の反転入力端子に出力する抵抗群を備えると更によい。
検査電圧を分圧する抵抗群を設けた場合には、演算増幅器のオフセットや抵抗群の抵抗値のばらつきによって電圧比較器のしきい値電圧がシフトした場合にも、しきい値電圧を測定することができる。
The voltage comparator may further include a resistor group that divides the test voltage applied to the input terminal and outputs the divided voltage to the inverting input terminal of the operational amplifier.
When a resistance group that divides the test voltage is provided, the threshold voltage should be measured even when the threshold voltage of the voltage comparator is shifted due to the offset of the operational amplifier or the resistance value of the resistance group. Can do.

抵抗群に含まれるいずれかの抵抗はトリミング可能に形成すると更によい。抵抗をトリミング可能に形成することによって、検査モードにおいてしきい値電圧を測定した結果、所望の値からずれていた場合には、その抵抗をトリミングすることによって所望のしきい値電圧を有する電圧比較器を得ることができる。   More preferably, any of the resistors included in the resistor group is formed so as to be capable of being trimmed. When the threshold voltage is measured in the inspection mode by forming the resistor so that it can be trimmed, if the deviation is from the desired value, the voltage comparison having the desired threshold voltage is performed by trimming the resistor. Can be obtained.

スイッチに替えてその部分を配線で直結し、当該配線によってスイッチのオン状態を実現するとともに、当該配線を切断することによってスイッチのオフ状態を実現してもよい。
この態様によれば、スイッチに替えて配線を用い、配線を切断することによって帰還増幅器と電圧比較器を切り替えることができ、しきい値電圧を測定した後、電圧比較器として使用することができる。「配線を切断」とは、配線を物理的に切断する他、0Ωの抵抗を外したり、ジャンパ線を外す場合等も含む。
Instead of the switch, the portion may be directly connected by wiring, and the switch may be turned on by the wiring, and the switch may be turned off by cutting the wiring.
According to this aspect, the feedback amplifier and the voltage comparator can be switched by using the wiring instead of the switch and cutting the wiring, and can be used as the voltage comparator after measuring the threshold voltage. . The “cutting the wiring” includes not only physically cutting the wiring but also removing the 0Ω resistor or removing the jumper line.

本発明の別の態様は、過電流検出回路である。この過電流検出回路は、検出対象となる電流を電圧に変換する電流電圧変換部と、電流電圧変換部から出力される電圧が検査電圧として入力される上述の電圧比較器と、を備え、電流電圧変換部から出力される電圧が、電圧比較器のしきい値電圧を超えたときに過電流状態と判定する。   Another aspect of the present invention is an overcurrent detection circuit. This overcurrent detection circuit includes a current-voltage conversion unit that converts a current to be detected into a voltage, and the voltage comparator described above to which a voltage output from the current-voltage conversion unit is input as a test voltage. When the voltage output from the voltage converter exceeds the threshold voltage of the voltage comparator, the overcurrent state is determined.

この態様によると、電圧比較器のしきい値電圧を検査モードにおいて測定することができるため、過電流状態の検出しきい値電流を測定し、またその検出しきい値電流を補正することができる。   According to this aspect, since the threshold voltage of the voltage comparator can be measured in the inspection mode, the detection threshold current in the overcurrent state can be measured and the detection threshold current can be corrected. .

本発明の別の態様は、半導体装置である。この半導体装置は、上記過電流検出回路を備え、過電流検出回路が過電流状態を検出すると、検出対象の電流を制限するよう動作する。
この態様によれば、過電流状態の検出しきい値電流を正確に設定できるため、半導体装置の発熱などを好適に防止し、製品の信頼性を向上することができる。
Another embodiment of the present invention is a semiconductor device. This semiconductor device includes the above-described overcurrent detection circuit, and operates so as to limit the current to be detected when the overcurrent detection circuit detects an overcurrent state.
According to this aspect, since the detection threshold current in the overcurrent state can be set accurately, heat generation of the semiconductor device can be suitably prevented, and the reliability of the product can be improved.

なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。   Note that any combination of the above-described constituent elements and the constituent elements and expressions of the present invention replaced with each other among methods, apparatuses, systems, etc. are also effective as an aspect of the present invention.

本発明に係る電圧比較器によれば、しきい値電圧を簡易に検査し、また必要に応じてそのしきい値電圧を補正することができる。また、本発明に係る過電流検出回路によれば、しきい値電流を補正することができる。さらに、本発明に係る半導体装置によれば、信頼性を向上することができる。   According to the voltage comparator of the present invention, the threshold voltage can be easily inspected, and the threshold voltage can be corrected as necessary. Further, the overcurrent detection circuit according to the present invention can correct the threshold current. Furthermore, according to the semiconductor device of the present invention, the reliability can be improved.

(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る電圧比較器100の構成を示す回路図である。本実施の形態に係る電圧比較器100は、LSIに集積化されており、入力端子102に印加される検査電圧Vinと、所定のしきい値電圧Vthを比較する。出力端子104には、Vin>Vthのときローレベルの、Vin<Vthのときハイレベルの出力電圧Voutが出力される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a voltage comparator 100 according to the first embodiment of the present invention. The voltage comparator 100 according to the present embodiment is integrated in an LSI, and compares the inspection voltage Vin applied to the input terminal 102 with a predetermined threshold voltage Vth. The output terminal 104 outputs a low level output voltage Vout when Vin> Vth and a high level output voltage when Vin <Vth.

電圧比較器100は、演算増幅器10、基準電圧源12、抵抗R1、R2、スイッチSW1、スイッチ制御部14を含む。
基準電圧源12は、所定の基準電圧Vrefを生成する。演算増幅器10は、非反転入力端子に基準電圧源12が接続され、基準電圧Vrefが印加される。
入力端子102と接地電位間には、抵抗R1、R2が直列に接続され、抵抗R1、R2の接続点は、演算増幅器10の反転入力端子と接続される。この抵抗R1、R2によって、検査電圧Vinが分圧され、演算増幅器10の反転入力端子には、電圧Vx=Vin×R2/(R1+R2)が印加される。演算増幅器10の出力端子は、電圧比較器100の出力端子104となっている。
The voltage comparator 100 includes an operational amplifier 10, a reference voltage source 12, resistors R1 and R2, a switch SW1, and a switch control unit 14.
The reference voltage source 12 generates a predetermined reference voltage Vref. In the operational amplifier 10, a reference voltage source 12 is connected to a non-inverting input terminal, and a reference voltage Vref is applied.
Resistors R1 and R2 are connected in series between the input terminal 102 and the ground potential, and the connection point of the resistors R1 and R2 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 10. The inspection voltage Vin is divided by the resistors R1 and R2, and the voltage Vx = Vin × R2 / (R1 + R2) is applied to the inverting input terminal of the operational amplifier 10. The output terminal of the operational amplifier 10 is the output terminal 104 of the voltage comparator 100.

スイッチSW1は、演算増幅器10の出力端子、すなわち出力端子104と、入力端子102間に設けられる。スイッチSW1は、電圧比較器100のしきい値電圧Vthを検査する検査モードにおいてはオン状態となり、検査電圧Vinとしきい値電圧Vthを比較する通常モードにおいてはオフ状態となる。スイッチSW1のオン、オフ状態は、スイッチ制御部14から出力される制御信号CNTによって切り替えられる。スイッチSW1は、たとえばMOSFETなどを用いたアナログスイッチで構成することができる。
スイッチ制御部14は、通常モードと検査モードを判別し、検査モードにおいてスイッチSW1がオンし、通常モードにおいてスイッチSW1がオフするように制御信号CNTを出力する。
The switch SW1 is provided between the output terminal of the operational amplifier 10, that is, the output terminal 104 and the input terminal 102. The switch SW1 is turned on in the test mode for testing the threshold voltage Vth of the voltage comparator 100, and is turned off in the normal mode for comparing the test voltage Vin with the threshold voltage Vth. The on / off state of the switch SW1 is switched by a control signal CNT output from the switch control unit 14. The switch SW1 can be constituted by an analog switch using, for example, a MOSFET.
The switch control unit 14 determines the normal mode and the inspection mode, and outputs a control signal CNT so that the switch SW1 is turned on in the inspection mode and the switch SW1 is turned off in the normal mode.

電圧比較器100が電圧比較を行う通常モードにおいては、制御信号CNTによってスイッチSW1はオフ状態とされる。このとき、演算増幅器10の出力端子104と入力端子102への帰還経路が遮断され、演算増幅器10は電圧比較器として動作する。
演算増幅器10の出力電圧Voutは、Vx>Vrefのときローレベル、Vx<Vrefのときハイレベルとなる。いま、Vx=Vin×R2/(R1+R2)が成り立っているから、電圧比較器100は、しきい値電圧VthがVth=Vref×(R1+R2)/R2で与えられる電圧比較器として動作し、Vin>Vthのときローレベルを、Vin<Vthのときハイレベルを出力する。
In the normal mode in which the voltage comparator 100 performs voltage comparison, the switch SW1 is turned off by the control signal CNT. At this time, the feedback path to the output terminal 104 and the input terminal 102 of the operational amplifier 10 is cut off, and the operational amplifier 10 operates as a voltage comparator.
The output voltage Vout of the operational amplifier 10 is low level when Vx> Vref, and high level when Vx <Vref. Now, since Vx = Vin × R2 / (R1 + R2) holds, the voltage comparator 100 operates as a voltage comparator in which the threshold voltage Vth is given by Vth = Vref × (R1 + R2) / R2, where Vin> A low level is output when Vth, and a high level is output when Vin <Vth.

以上のように構成された電圧比較器100のしきい値電圧Vthを測定する検査モード時の動作について説明する。図2は、本実施の形態に係る電圧比較器100のしきい値電圧を測定するための回路図を示す。以降の図において、図1と同一もしくは同等の構成要素には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。しきい値電圧Vthを測定するために、入力端子102には、電圧計306が接続される。   The operation in the inspection mode for measuring the threshold voltage Vth of the voltage comparator 100 configured as described above will be described. FIG. 2 is a circuit diagram for measuring the threshold voltage of the voltage comparator 100 according to the present embodiment. In the subsequent drawings, the same or equivalent components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate. In order to measure the threshold voltage Vth, a voltmeter 306 is connected to the input terminal 102.

検査モードにおいては、制御信号CNTによってスイッチSW1がオン状態とされる。スイッチSW1をオンすることにより、演算増幅器10は、出力端子と反転入力端子が抵抗R1を介して接続され、帰還増幅器として動作する。
演算増幅器10の入力インピーダンスは十分に高く、スイッチSW1のオン抵抗が抵抗R1、R2の抵抗値に比べて十分に低い場合には、スイッチSW1には電流がほとんど流れないため、スイッチSW1での電圧降下は無視して差し支えない。したがって、入力端子102への検査電圧Vinの印加を停止した状態でスイッチSW1をオンすると、入力端子102には、出力電圧Voutが現れる。
In the inspection mode, the switch SW1 is turned on by the control signal CNT. By turning on the switch SW1, the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier 10 are connected via the resistor R1, and operate as a feedback amplifier.
If the input impedance of the operational amplifier 10 is sufficiently high and the on-resistance of the switch SW1 is sufficiently lower than the resistance values of the resistors R1 and R2, almost no current flows through the switch SW1, so that the voltage at the switch SW1 You can ignore the descent. Therefore, when the switch SW1 is turned on in a state where the application of the inspection voltage Vin to the input terminal 102 is stopped, the output voltage Vout appears at the input terminal 102.

理想的な演算増幅器は、平衡状態において反転入力端子と非反転入力端子の電圧が等しくなるが、実際の演算増幅器では、オフセットによってこれらの電圧がずれることになる。このときの反転入力端子の電圧をVref’とすると、入力端子102、出力端子104の電圧は、Vin=Vout=Vref’×(R1+R2)/R2となる。このときのVin、Voutは、この電圧比較器100のしきい値電圧Vthとなる。
したがって、入力端子102に接続された電圧計306によって出力電圧Voutを測定し、その値がVout1であったとすると、電圧比較器100のしきい値電圧Vthは、Vout1となる。
In an ideal operational amplifier, the voltages of the inverting input terminal and the non-inverting input terminal are equal in a balanced state. However, in an actual operational amplifier, these voltages are shifted due to an offset. When the voltage of the inverting input terminal at this time is Vref ′, the voltages of the input terminal 102 and the output terminal 104 are Vin = Vout = Vref ′ × (R1 + R2) / R2. Vin and Vout at this time become the threshold voltage Vth of the voltage comparator 100.
Therefore, when the output voltage Vout is measured by the voltmeter 306 connected to the input terminal 102 and the value is Vout1, the threshold voltage Vth of the voltage comparator 100 is Vout1.

このように、本実施の形態に係る電圧比較器100によれば、演算増幅器10の出力端子104と検査電圧Vinが印加される入力端子102間にスイッチを設け、検査モード時に、そのスイッチをオンすることによって、電圧比較器100のしきい値電圧を測定することができる。   As described above, according to the voltage comparator 100 according to the present embodiment, a switch is provided between the output terminal 104 of the operational amplifier 10 and the input terminal 102 to which the inspection voltage Vin is applied, and the switch is turned on in the inspection mode. By doing so, the threshold voltage of the voltage comparator 100 can be measured.

この場合、図4に示した測定方法と比較して、検査電圧Vinを印加し、スイープさせる必要が無くなるため、検査時間を短縮することができる。また、電圧測定も、入力端子102もしくは出力端子104に現れる電圧のいずれか一方についてのみ行えばよいため、検査装置を簡略化することができる。さらに、電圧測定を入力端子102、出力端子104のいずれかについてのみ行えばよく、いずれか一方のみに検査パッドを設ければよいため、回路面積を小さくすることができる。   In this case, compared with the measurement method shown in FIG. 4, it is not necessary to apply and sweep the inspection voltage Vin, so that the inspection time can be shortened. In addition, since the voltage measurement only needs to be performed for one of the voltages appearing at the input terminal 102 or the output terminal 104, the inspection apparatus can be simplified. Furthermore, voltage measurement may be performed only for either the input terminal 102 or the output terminal 104, and only one of the test pads may be provided, so that the circuit area can be reduced.

図2では、電圧計306を入力端子102に接続した場合について説明したが、スイッチSW1の電圧降下が無視できる場合、電圧計306を出力端子104に接続してその電圧を測定してもよい。   In FIG. 2, the case where the voltmeter 306 is connected to the input terminal 102 has been described. However, when the voltage drop of the switch SW1 can be ignored, the voltmeter 306 may be connected to the output terminal 104 to measure the voltage.

また、検査電圧Vinを分圧する抵抗R1、R2はなくてもよく、抵抗R2をオープンとし、抵抗R1をショートしてもよい。このとき、電圧比較器100のしきい値電圧Vthは、理想状態において基準電圧源12により生成される基準電圧Vrefと等しくなる。
この場合においても、スイッチSW1をオンした状態で、入力端子102もしくは出力端子104に現れる電圧を測定することによって、電圧比較器100のしきい値電圧を測定することができる。
Further, the resistors R1 and R2 that divide the inspection voltage Vin may be omitted, the resistor R2 may be open, and the resistor R1 may be short-circuited. At this time, the threshold voltage Vth of the voltage comparator 100 is equal to the reference voltage Vref generated by the reference voltage source 12 in an ideal state.
Even in this case, the threshold voltage of the voltage comparator 100 can be measured by measuring the voltage appearing at the input terminal 102 or the output terminal 104 with the switch SW1 turned on.

(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態は、過電流検出回路である。
図3は、本実施の形態に係る過電流検出回路の構成を示す回路図である。過電流検出回路500は、電流電圧変換部400と、電圧比較器100を含む。
(Second Embodiment)
The second embodiment of the present invention is an overcurrent detection circuit.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of the overcurrent detection circuit according to the present embodiment. The overcurrent detection circuit 500 includes a current / voltage converter 400 and a voltage comparator 100.

電流電圧変換部400は、検出対象となる電流(以下、検出電流という)Idetを検出電圧Vdetに変換し、電圧比較器100の入力端子102へと出力する。電流電圧変換部400は、第1トランジスタM1、第2トランジスタM2、抵抗R3を含む。第1トランジスタM1は、P型のMOSFETであり、検出電流Idetが流れる経路に設けられる。第2トランジスタM2は、第1トランジスタM1と同様にP型のMOSFETであり、第1トランジスタM1とゲート端子およびソース端子が共通に接続される。第2トランジスタM2は、第1トランジスタM1に流れる検出電流Idetに比例した電流Im2=S1×Idetを生成する。ここでS1は、第1トランジスタM1、第2トランジスタM2のサイズ比である。   The current-voltage conversion unit 400 converts a current to be detected (hereinafter referred to as a detection current) Idet into a detection voltage Vdet and outputs the detection voltage Vdet to the input terminal 102 of the voltage comparator 100. The current-voltage conversion unit 400 includes a first transistor M1, a second transistor M2, and a resistor R3. The first transistor M1 is a P-type MOSFET, and is provided in a path through which the detection current Idet flows. The second transistor M2 is a P-type MOSFET like the first transistor M1, and the gate terminal and source terminal of the first transistor M1 are connected in common. The second transistor M2 generates a current Im2 = S1 × Idet that is proportional to the detection current Idet flowing through the first transistor M1. Here, S1 is a size ratio of the first transistor M1 and the second transistor M2.

抵抗R3は、第2トランジスタM2のドレイン端子と接地電位間に設けられる。抵抗R3には、第2トランジスタM2に流れる電流Im2が流れ、R3×Im2=R3×S1×Idetの電圧降下が発生する。電流電圧変換部400は、抵抗R3に発生する電圧降下を検出電圧Vdetとして出力する。   The resistor R3 is provided between the drain terminal of the second transistor M2 and the ground potential. A current Im2 flowing through the second transistor M2 flows through the resistor R3, and a voltage drop of R3 × Im2 = R3 × S1 × Idet occurs. The current-voltage conversion unit 400 outputs a voltage drop generated in the resistor R3 as the detection voltage Vdet.

以上のように構成された過電流検出回路500の動作について説明する。
検査モードにおいては、第1の実施の形態で説明したように、スイッチSW1をオンして、しきい値電圧Vthを測定することができる。
The operation of the overcurrent detection circuit 500 configured as described above will be described.
In the inspection mode, as described in the first embodiment, the threshold voltage Vth can be measured by turning on the switch SW1.

本実施の形態に係る電圧比較器100の抵抗R2はトリミング可能に形成される。検査モードにおいて測定したしきい値電圧Vthが所定の値からずれていた場合には、抵抗R2をトリミングすることによってしきい値電圧Vthを調節することができる。
なお、抵抗R2に代えて、抵抗R1をトリミング可能に形成してもよく、あるいはその両方をトリミング可能に形成してもよい。
The resistor R2 of the voltage comparator 100 according to the present embodiment is formed so as to be capable of trimming. When the threshold voltage Vth measured in the inspection mode deviates from a predetermined value, the threshold voltage Vth can be adjusted by trimming the resistor R2.
Instead of the resistor R2, the resistor R1 may be formed so as to be capable of trimming, or both may be formed so as to be capable of trimming.

過電流状態の検出を行う通常モードにおいては、スイッチSW1をオフする。
電圧比較器100は、Vdet>Vthのときローレベルを、Vdet<Vthのときハイレベルを出力する。検出電流Idetが増加すると、検出電圧Vdetが高くなり、しきい値電流より大きくなったところで、電圧比較器100の出力はハイレベルからローレベルへと変化し、過電流状態を検出することができる。
In the normal mode in which the overcurrent state is detected, the switch SW1 is turned off.
The voltage comparator 100 outputs a low level when Vdet> Vth, and outputs a high level when Vdet <Vth. When the detection current Idet increases, the detection voltage Vdet increases, and when it exceeds the threshold current, the output of the voltage comparator 100 changes from a high level to a low level, and an overcurrent state can be detected. .

本実施の形態に係る過電流検出回路500によれば、電圧比較器200のしきい値電圧Vthを簡易に測定でき、過電流検出のしきい値電流Ithは、Ith=Vth/(R3×S1)により求めることができる。
さらに、抵抗R1、R2を測定したしきい値電圧にもとづいてトリミングすることによって、しきい値電圧Vth、すなわちしきい値電流Ithを調節することができるため、正確な過電流状態の検出を行うことができる。なお、トリミングはヒューズ形式でもよいし、不揮発メモリを用いて回路的に行うようにしてもよい。
この過電流検出回路500を用いた半導体装置においては、正確な過電流状態の検出が可能となるため、発熱などを低減し、製品の信頼性を向上することができる。
According to the overcurrent detection circuit 500 according to the present embodiment, the threshold voltage Vth of the voltage comparator 200 can be easily measured, and the threshold current Ith for overcurrent detection is Ith = Vth / (R3 × S1 ).
Further, by trimming the resistors R1 and R2 based on the measured threshold voltages, the threshold voltage Vth, that is, the threshold current Ith can be adjusted, so that an accurate overcurrent state is detected. be able to. Trimming may be performed in a fuse form or may be performed in a circuit using a nonvolatile memory.
In a semiconductor device using this overcurrent detection circuit 500, an accurate overcurrent state can be detected, so that heat generation can be reduced and the reliability of the product can be improved.

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例が可能なこと、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。   Those skilled in the art will understand that the above-described embodiment is an exemplification, and that various modifications can be made to combinations of the respective constituent elements and processing processes, and such modifications are also within the scope of the present invention. is there.

実施の形態において、スイッチSW1はMOSFETである場合について説明したがこれには限定されず、バイポーラトランジスタや、その他のスイッチ素子を用いてもよい。また、しきい値電圧の測定をLSIの検査時にのみ行うような場合には、スイッチSW1を切断可能なアルミ配線などによって形成してもよい。この場合、LSIの検査時において、アルミ配線で電圧比較器100の出力端子104と入力端子102が接続された状態で、上述のようにしきい値電圧Vthの測定を行い、測定後にアルミ配線を切断することにより、スイッチSW1がオフした状態とすることができ、高精度の電圧比較器として動作させることができる。   In the embodiment, the case where the switch SW1 is a MOSFET has been described. However, the present invention is not limited to this, and a bipolar transistor or other switch element may be used. When the threshold voltage is measured only at the time of LSI inspection, the switch SW1 may be formed by an aluminum wiring that can be cut off. In this case, at the time of LSI inspection, the threshold voltage Vth is measured as described above in a state where the output terminal 104 and the input terminal 102 of the voltage comparator 100 are connected by the aluminum wiring, and the aluminum wiring is cut after the measurement. By doing so, the switch SW1 can be turned off, and it can be operated as a highly accurate voltage comparator.

実施の形態において、スイッチSW1のオン、オフ状態はスイッチ制御部14によって制御されたがこれには限定されない。たとえば、スイッチSW1がMOSFETの場合、ゲート端子に外部から電圧が印加可能にパッドを設け、検査モードにおいてゲートソース間に外部から電圧を印加してMOSFETをオンさせてもよい。   In the embodiment, the on / off state of the switch SW1 is controlled by the switch control unit 14, but is not limited thereto. For example, when the switch SW1 is a MOSFET, a pad may be provided on the gate terminal so that a voltage can be applied from the outside, and the MOSFET may be turned on by applying a voltage from the outside between the gate and source in the inspection mode.

実施の形態においては、電流電圧変換部400等に使用するトランジスタはMOSFETの場合についてのみ説明したが、バイポーラトランジスタ等の別のタイプのトランジスタを用いてもよい。これらの選択は、電源装置に要求される設計仕様、使用する半導体製造プロセスなどによって決めればよい。   In the embodiment, the transistor used in the current-voltage conversion unit 400 and the like has been described only for the MOSFET, but another type of transistor such as a bipolar transistor may be used. These selections may be determined according to design specifications required for the power supply device, a semiconductor manufacturing process to be used, and the like.

実施の形態において、電圧比較器、過電流検出回路を構成する素子はすべて一体集積化されていてもよく、その一部がディスクリート部品で構成されていてもよい。どの部分を集積化するかは、使用する半導体製造プロセスや、コスト、占有面積などにもとづいて決めればよい。   In the embodiment, all the elements constituting the voltage comparator and the overcurrent detection circuit may be integrated, or a part thereof may be constituted by discrete components. Which part is integrated may be determined based on the semiconductor manufacturing process to be used, cost, occupied area, and the like.

第1の実施の形態に係る電圧比較器の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the voltage comparator which concerns on 1st Embodiment. 図1の電圧比較器のしきい値電圧を測定するための回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram for measuring a threshold voltage of the voltage comparator of FIG. 1. 第2の実施の形態に係る過電流検出回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the overcurrent detection circuit which concerns on 2nd Embodiment. 演算増幅器により構成される電圧比較器のオフセットを測定するための回路図である。It is a circuit diagram for measuring the offset of the voltage comparator comprised with an operational amplifier.

符号の説明Explanation of symbols

10 演算増幅器、 12 基準電圧源、 14 スイッチ制御部、 100 電圧比較器、 200 電圧比較器、 SW1 スイッチ、 102 入力端子、 104 出力端子、 302 電圧源、 400 電流電圧変換部、 500 過電流検出回路、 R1 抵抗、 R2 抵抗。   10 operational amplifier, 12 reference voltage source, 14 switch control unit, 100 voltage comparator, 200 voltage comparator, SW1 switch, 102 input terminal, 104 output terminal, 302 voltage source, 400 current voltage conversion unit, 500 overcurrent detection circuit R1 resistance, R2 resistance.

Claims (7)

入力端子に印加される検査電圧と所定のしきい値電圧を比較する電圧比較器であって、
所定の基準電圧を生成する基準電圧源と、
前記検査電圧が反転入力端子に印加され、前記基準電圧が非反転入力端子に印加される演算増幅器と、
前記演算増幅器の出力端子と前記入力端子間に設けられ、当該電圧比較器のしきい値電圧を検査する検査モードにおいてオンし、前記検査電圧と前記しきい値電圧とを比較する通常モードにおいてオフするスイッチと、
を備えることを特徴とする電圧比較器。
A voltage comparator for comparing a test voltage applied to an input terminal with a predetermined threshold voltage,
A reference voltage source for generating a predetermined reference voltage;
An operational amplifier in which the test voltage is applied to an inverting input terminal and the reference voltage is applied to a non-inverting input terminal;
Provided between the output terminal and the input terminal of the operational amplifier and turned on in a test mode for testing the threshold voltage of the voltage comparator, and turned off in a normal mode for comparing the test voltage and the threshold voltage A switch to
A voltage comparator comprising:
前記スイッチのオンオフ状態を制御するスイッチ制御部をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の電圧比較器。   The voltage comparator according to claim 1, further comprising a switch control unit that controls an on / off state of the switch. 前記入力端子に印加される検査電圧を分圧して前記演算増幅器の反転入力端子に出力する抵抗群をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の電圧比較器。   The voltage comparator according to claim 1, further comprising a resistor group that divides a test voltage applied to the input terminal and outputs the divided voltage to an inverting input terminal of the operational amplifier. 前記抵抗群に含まれるいずれかの抵抗はトリミング可能に形成されることを特徴とする請求項3に記載の電圧比較器。   The voltage comparator according to claim 3, wherein any one of the resistors included in the resistor group is formed to be capable of trimming. 前記スイッチに替えてその部分を配線で直結し、当該配線によってスイッチのオン状態を実現するとともに、当該配線を切断することによってスイッチのオフ状態を実現することを特徴とする請求項1に記載の電圧比較器。   2. The switch according to claim 1, wherein the switch is directly connected by a wiring instead of the switch, the switch is turned on by the wiring, and the switch is turned off by cutting the wiring. Voltage comparator. 検出対象となる電流を電圧に変換する電流電圧変換部と、
前記電流電圧変換部から出力される電圧が検査電圧として入力される請求項1から5のいずれかに記載の電圧比較器と、を備え、
前記電流電圧変換部から出力される電圧が、前記電圧比較器のしきい値電圧を超えたときに過電流状態と判定することを特徴とする過電流検出回路。
A current-voltage converter that converts the current to be detected into a voltage; and
A voltage comparator according to any one of claims 1 to 5, wherein a voltage output from the current-voltage converter is input as a test voltage;
An overcurrent detection circuit that determines an overcurrent state when a voltage output from the current-voltage converter exceeds a threshold voltage of the voltage comparator.
請求項6に記載の過電流検出回路を備え、前記過電流検出回路が過電流状態を検出すると、検出対象の電流を制限するよう動作することを特徴とする半導体装置。   A semiconductor device comprising the overcurrent detection circuit according to claim 6, wherein when the overcurrent detection circuit detects an overcurrent state, the semiconductor device operates to limit a current to be detected.
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