JP4852004B2 - トリミング方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電圧検出回路、電圧安定化回路、バッテリ状態監視回路及びバッテリ装置並びにトリミング方法に関する。
一般的に、被測定電源の電圧が所定電圧に到達したことを検出する電圧検出回路では、被測定電源の電圧を可変抵抗回路と固定抵抗とで構成される抵抗分割回路によって分圧することで生じる中点電圧と、基準電圧との比較を行い、中点電圧と基準電圧との大小関係が反転した場合に、被測定電源の電圧が所定電圧に到達したことを示すために出力信号の状態を反転させるコンパレータが設けられており、可変抵抗回路の抵抗値を調整しつつ上記コンパレータの出力が反転するタイミングを探索し、このタイミングでの抵抗値になるように可変抵抗回路の抵抗値を設定する。
例えば、下記特許文献1には、所定電圧を基準電圧と比較する比較部と、この比較部の出力に基づき内部電圧を生成する内部電圧生成部と、内部電圧ノードを抵抗分割により所定電圧に分圧する抵抗分割部とを備え、所望の電圧となるような内部抵抗値を設定するために、上記内部電圧生成部と抵抗分割部との接続点である第1ノードに接続された外部端子に外部から所望のトリミング電圧を供給し、比較部の出力による内部電圧生成部へのフィードバック部を非活性化させて、比較部の出力である比較結果を検出することにより内部抵抗値を決定するテストモードを備えた半導体集積回路が開示されている。
この特許文献1の技術では、可変抵抗回路を直列接続された抵抗素子と、これら抵抗素子の各々に並列接続されたトランジスタ(スイッチング素子)とで構成し、制御回路によってトランジスタを順次オンさせることで可変抵抗回路の総抵抗値を調整しつつコンパレータの出力が反転するタイミングを探索し、そのタイミングでオンしているトランジスタを検出してそのトランジスタが常にオン状態となるような制御信号をレジスタに自動的に記憶する。特許文献1の技術では、上記のような方法により可変抵抗回路の抵抗値設定を行っている。
特開2006−179175号公報
上記特許文献1の技術では、可変抵抗回路の抵抗値設定を行うために、トランジスタが常にオン状態となるような制御信号をレジスタに自動的に記憶する必要がある。つまり、電圧検出回路内部にレジスタやレジスタに制御信号を自動的に記憶するような制御回路を設ける必要があり、その結果、回路構成が複雑となりコストの増加や歩留まりの低下などの問題が生じる。また、何らかの原因でレジスタに記憶していた制御信号が消失した場合、可変抵抗回路の抵抗値が変化してしまい、正確な電圧検出を行うことができなくなるという問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、回路構成の簡略化を図ると共に電圧検出精度の向上を図ることのできる電圧検出回路、電圧安定化回路、バッテリ状態監視回路及びバッテリ装置並びにトリミング方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、電圧検出回路に係る第1の解決手段として、被測定電源の電圧が所定電圧に到達したことを検出する電圧検出回路であって、直列接続されたn個(nは1以上の整数)の第1〜第nの抵抗素子と、前記第1〜第nの抵抗素子の各々に対応して並列接続された第1〜第nのスイッチング素子と、を有する可変抵抗回路と、基準電圧を発生する基準電圧源と、前記被測定電源の電圧を前記可変抵抗回路と所定の抵抗素子とで構成される抵抗分割回路によって分圧することで生じる中点電圧と、前記基準電圧とを比較し、前記中点電圧と前記基準電圧との大小関係が反転した場合に、前記被測定電源の電圧が所定電圧に到達したことを示すために出力信号の状態を反転させる比較回路と、前記比較回路の出力信号が反転した場合、またはテストモード時の場合に、所定周波数のクロック信号を生成する発振回路と、前記クロック信号の1/2k-1周波数(k=2、3、…、n)の分周信号を生成する分周回路と、前記クロック信号に対応して設けられ、内部に配置されたトリミング用導通素子の切断前では前記クロック信号を前記第1のスイッチング素子の制御端子に出力する一方、前記トリミング用導通素子の切断後には前記第1のスイッチング素子をオフ状態に維持させる信号を出力する第1の抵抗値設定回路と、前記1/2k-1周波数の分周信号の各々に対応して設けられ、内部に配置されたトリミング用導通素子の切断前では前記1/2k-1周波数の分周信号を各々に対応する第2〜第nのスイッチング素子の制御端子に出力する一方、前記トリミング用導通素子の切断後には前記第2〜第nのスイッチング素子をオフ状態に維持させる信号を出力する第2〜第nの抵抗値設定回路と、前記テストモード時の場合は前記比較回路の出力信号を外部に出力し、通常モード時の場合は1/2n-1周波数の分周信号が前記分周回路から出力された場合に前記比較回路の出力信号を外部に出力するモード選択回路と、を備え、前記第1〜第nの抵抗素子の抵抗比は、それぞれ2i-1(i=1、2、…、n)となるように設定されている、ことを特徴とする。
また、電圧検出回路に係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、前記モード選択回路は、前記テストモード時の場合、前記比較回路の出力信号が反転するまでの間、前記クロック信号を外部に出力する、ことを特徴とする。
また、電圧検出回路に係る第3の解決手段として、被測定電源の電圧が所定電圧に到達したことを検出する電圧検出回路であって、直列接続されたn個(nは1以上の整数)の第1〜第nの抵抗素子と、前記第1〜第nの抵抗素子の各々に対応して並列接続された第1〜第nのスイッチング素子と、を有する可変抵抗回路と、基準電圧を発生する基準電圧源と、前記被測定電源の電圧を前記可変抵抗回路と所定の抵抗素子とで構成される抵抗分割回路によって分圧することで生じる中点電圧と、前記基準電圧とを比較し、前記中点電圧と前記基準電圧との大小関係が反転した場合に、前記被測定電源の電圧が所定電圧に到達したことを示すために出力信号の状態を反転させる比較回路と、テストモード時及び通常モード時に、所定周波数のクロック信号を外部から入力するために用いる外部クロック端子と、前記クロック信号の1/2k-1周波数(k=2、3、…、n)の分周信号を生成する分周回路と、前記クロック信号に対応して設けられ、内部に配置されたトリミング用導通素子の切断前では前記クロック信号を前記第1のスイッチング素子の制御端子に出力する一方、前記トリミング用導通素子の切断後には前記第1のスイッチング素子をオフ状態に維持させる信号を出力する第1の抵抗値設定回路と、前記1/2k-1周波数の分周信号の各々に対応して設けられ、内部に配置されたトリミング用導通素子の切断前では前記1/2k-1周波数の分周信号を各々に対応する第2〜第nのスイッチング素子の制御端子に出力する一方、前記トリミング用導通素子の切断後には前記第2〜第nのスイッチング素子をオフ状態に維持させる信号を出力する第2〜第nの抵抗値設定回路と、前記テストモード時の場合は前記比較回路の出力信号を外部に出力し、通常モード時の場合は1/2n-1周波数の分周信号が前記分周回路から出力された場合に前記比較回路の出力信号を外部に出力するモード選択回路と、を備え、前記第1〜第nの抵抗素子の抵抗比は、それぞれ2i-1(i=1、2、…、n)となるように設定されている、ことを特徴とする。
また、電圧検出回路に係る第4の解決手段として、上記第1の解決手段において、外部からテストモードへの切替用のテスト信号を入力するために用いるテスト端子と、前記モード選択回路の出力信号を外部に出力するための出力端子と、を備え、前記モード選択回路は、前記比較回路の出力信号と前記テスト信号との論理和信号を前記発振回路にクロック信号を生成させるために出力する第1の論理和回路と、前記分周回路から出力される1/2n-1周波数の分周信号と前記テスト信号との論理和信号を出力する第2の論理和回路と、前記比較回路の出力信号と前記第2の論理和回路の論理和信号との論理積信号を前記出力端子に出力する第1の論理積回路と、を備えることを特徴とする。
また、電圧検出回路に係る第5の解決手段として、上記第2の解決手段において、外部からテストモードへの切替用のテスト信号を入力するために用いるテスト端子と、前記モード選択回路の出力信号を外部に出力するための出力端子と、を備え、前記モード選択回路は、前記比較回路の出力信号と前記テスト信号との論理和信号を前記発振回路にクロック信号を生成させるために出力する第1の論理和回路と、前記分周回路から出力される1/2n-1周波数の分周信号と前記テスト信号との論理和信号を出力する第2の論理和回路と、前記クロック信号と前記テスト信号との論理積信号を出力する第2の論理積回路と、前記比較回路の出力信号と前記第2の論理積回路の論理積信号との論理和信号を出力する第3の論理和回路と、前記第3の論理和回路の論理和信号と前記第2の論理和回路の論理和信号との論理積信号を前記出力端子に出力する第1の論理積回路と、を備えることを特徴とする。
また、電圧検出回路に係る第6の解決手段として、上記第3の解決手段において、外部からテストモードへの切替用のテスト信号を入力するために用いるテスト端子と、前記モード選択回路の出力信号を外部に出力するための出力端子と、を備え、前記モード選択回路は、前記分周回路から出力される1/2n-1周波数の分周信号と前記テスト信号との論理和信号を出力する第2の論理和回路と、前記比較回路の出力信号と前記第2の論理和回路の論理和信号との論理積信号を前記出力端子に出力する第1の論理積回路と、を備えることを特徴とする。
また、電圧検出回路に係る第7の解決手段として、上記第1〜第6のいずれかの解決手段において、前記被測定電源の正極端子を接続するために用いると共に内部の正極側共通電源線と接続された第1の電源端子と、前記被測定電源の負極端子を接続するために用いると共に内部の負極側共通電源線と接続された第2の電源端子と、を備え、前記第1〜第nのスイッチング素子は、pチャネル型トランジスタであり、前記第1〜第nの抵抗値設定回路のそれぞれは、入力端子が前記正極側共通電源線と接続された前記第1の電流源と、第1の入力端子が前記第1の電流源の出力端子と接続され、第2の入力端子が前記クロック信号または分周信号の入力端子である第1の否定論理和回路と、一端が前記第1の電流源の出力端子と接続された第1のトリミング用導通素子と、一端が前記第1のトリミング用導通素子の他端と接続され、他端が前記負極側共通電源線と接続された第1の設定回路用抵抗素子と、入力端子が前記正極側共通電源線と接続された前記第2の電流源と、第1の入力端子が前記第2の電流源の出力端子と接続され、第2の入力端子が前記第1の否定論理和回路の出力端子と接続されており、前記第1の入力端子と第2の入力端子との否定論理和信号を前記pチャネル型トランジスタのゲート端子に出力する第2の否定論理和回路と、一端が前記第2の電流源の出力端子と接続された第2のトリミング用導通素子と、一端が前記第2のトリミング用導通素子の他端と接続され、他端が前記負極側共通電源線と接続された第2の設定回路用抵抗素子と、を備えることを特徴とする。
また、電圧検出回路に係る第8の解決手段として、上記第7の解決手段において、前記第1のトリミング用導通素子及び第2のトリミング用導通素子はポリヒューズであることを特徴とする。
一方、電圧安定化回路に係る第1の解決手段として、被測定電源の電圧を所定電圧に安定化させる電圧安定化回路であって、直列接続されたn個(nは1以上の整数)の第1〜第nの抵抗素子と、前記第1〜第nの抵抗素子の各々に対応して並列接続された第1〜第nのスイッチング素子と、を有する可変抵抗回路と、基準電圧を発生する基準電圧源と、
前記被測定電源と前記可変抵抗回路との間に設けられ、前記被測定電源の電圧の制御に用いられる電圧制御用トランジスタと、前記電圧制御用トランジスタの出力電圧を前記可変抵抗回路と所定の抵抗素子とで構成される抵抗分割回路によって分圧することで生じる中点電圧と前記基準電圧とを入力とし、前記中点電圧と前記基準電圧とが一致するように前記電圧制御用トランジスタのゲート端子電圧を制御する誤差増幅器と、テストモード時に、所定周波数のクロック信号を外部から入力するために用いる外部クロック端子と、前記クロック信号の1/2k-1周波数(k=2、3、…、n)の分周信号を生成する分周回路と、前記クロック信号に対応して設けられ、内部に配置されたトリミング用導通素子の切断前では前記クロック信号を前記第1のスイッチング素子の制御端子に出力する一方、前記トリミング用導通素子の切断後には前記第1のスイッチング素子をオフ状態に維持させる信号を出力する第1の抵抗値設定回路と、前記1/2k-1周波数の分周信号の各々に対応して設けられ、内部に配置されたトリミング用導通素子の切断前では前記1/2k-1周波数の分周信号を各々に対応する第2〜第nのスイッチング素子の制御端子に出力する一方、前記トリミング用導通素子の切断後には前記第2〜第nのスイッチング素子をオフ状態に維持させる信号を出力する第2〜第nの抵抗値設定回路と、を備え、前記第1〜第nの抵抗素子の抵抗比は、それぞれ2i-1(i=1、2、…、n)となるように設定されている、ことを特徴とする。
また、電圧安定化回路に係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、前記被測定電源の正極端子を接続するために用いると共に内部の正極側共通電源線と接続された第1の電源端子と、前記被測定電源の負極端子を接続するために用いると共に内部の負極側共通電源線と接続された第2の電源端子と、を備え、前記第1〜第nのスイッチング素子は、pチャネル型トランジスタであり、前記第1〜第nの抵抗値設定回路のそれぞれは、入力端子が前記正極側共通電源線と接続された前記第1の電流源と、第1の入力端子が前記第1の電流源の出力端子と接続され、第2の入力端子が前記クロック信号または分周信号の入力端子である第1の否定論理和回路と、一端が前記第1の電流源の出力端子と接続された第1のトリミング用導通素子と、一端が前記第1のトリミング用導通素子の他端と接続され、他端が前記負極側共通電源線と接続された第1の設定回路用抵抗素子と、入力端子が前記正極側共通電源線と接続された前記第2の電流源と、第1の入力端子が前記第2の電流源の出力端子と接続され、第2の入力端子が前記第1の否定論理和回路の出力端子と接続されており、前記第1の入力端子と第2の入力端子との否定論理和信号を前記pチャネル型トランジスタのゲート端子に出力する第2の否定論理和回路と、一端が前記第2の電流源の出力端子と接続された第2のトリミング用導通素子と、一端が前記第2のトリミング用導通素子の他端と接続され、他端が前記負極側共通電源線と接続された第2の設定回路用抵抗素子と、を備えることを特徴とする。
また、電圧安定化回路に係る第3の解決手段として、上記第1または第2の解決手段において、前記第1のトリミング用導通素子及び第2のトリミング用導通素子はポリヒューズであることを特徴とする。
また、バッテリ状態監視回路に係る解決手段として、1つのバッテリの正極端子との接続に用いられる第1電圧監視端子と、前記バッテリの負極端子との接続に用いられる第2電圧監視端子と、前記バッテリの過電流検出に用いられる第3電圧監視端子と、第1制御端子と、第2制御端子と、前記第1電圧監視端子と前記第2電圧監視端子との間の電圧に基づいて、前記バッテリが過充電状態か否かを検出し、当該検出結果を示す過充電検出信号を出力する過充電検出回路と、前記第1電圧監視端子と前記第2電圧監視端子との間の電圧に基づいて、前記バッテリが過放電状態か否かを検出し、当該検出結果を示す過放電検出信号を出力する過放電検出回路と、前記第3電圧監視端子と前記第2電圧監視端子との間の電圧に基づいて、前記バッテリが過電流状態か否かを検出し、当該検出結果を示す過電流検出信号を出力する過電流検出回路と、前記過充電状態を示す過充電検出信号が入力された場合、所定の遅延時間経過後に充電を禁止するための充電禁止信号を前記第1制御端子に出力し、前記過放電状態を示す過放電検出信号または前記過電流状態を示す過電流検出信号が入力された場合、所定の遅延時間経過後に放電を禁止するための放電禁止信号を前記第2制御端子に出力する遅延回路と、を備え、前記過充電検出回路、過放電検出回路及び過電流検出回路を、第1、第2、第4、第5のいずれかの解決手段を有する電圧検出回路における可変抵抗回路、基準電圧源、比較回路及び第1〜第nの抵抗値設定回路によって構成し、前記遅延回路を前記電圧検出回路における発振回路、分周回路及びモード選択回路によって構成する、ことを特徴とする。
また、バッテリ装置に係る解決手段として、バッテリと、上記バッテリ状態監視回路と、前記バッテリの充電の許可または禁止を切り替える充電用スイッチ回路と、前記バッテリの放電の許可または禁止を切り替える放電用スイッチ回路と、を備え、前記充電用スイッチ回路は、前記バッテリ状態監視回路の第1制御端子から出力される充電禁止信号に基づいて充電の許可または禁止を切り替え、前記放電用スイッチ回路は、前記バッテリ状態監視回路の第2制御端子から出力される放電禁止信号に基づいて放電の許可または禁止を切り替える、ことを特徴とする。
さらに、トリミング方法に係る第1の解決手段として、第1または第4の解決手段を有する電圧検出回路において、テストモードに移行してから前記モード選択回路の出力信号が反転するまでの時間を測定し、当該測定した時間から前記発振回路の発振周期を除算することにより、前記可変抵抗回路のトリミング量を検出し、当該トリミング量に応じて前記第1〜第nの抵抗値設定回路における前記トリミング用導通素子の切断処理を行う、ことを特徴とする。
また、トリミング方法に係る第2の解決手段として、第2または第5の解決手段を有する電圧検出回路において、テストモードに移行してから前記モード選択回路の出力信号が反転して一定となるまでの期間、前記モード選択回路の出力信号の立ち上がり及び立ち下がりに同期してカウントを行い、当該カウント値からトリミング量を検出し、当該トリミング量に応じて前記第1〜第nの抵抗値設定回路における前記トリミング用導通素子の切断処理を行う、ことを特徴とする。
また、トリミング方法に係る第3の解決手段として、第3または第6の解決手段を有する電圧検出回路において、テストモードに移行した後、外部からクロック信号を入力し、テストモードに移行してから前記モード選択回路の出力信号が反転するまでの期間、前記クロック信号の立ち上がり及び立ち下がりに同期してカウントを行い、当該カウント値からトリミング量を検出し、当該トリミング量に応じて前記第1〜第nの抵抗値設定回路における前記トリミング用導通素子の切断処理を行う、ことを特徴とする。
また、トリミング方法に係る第4の解決手段として、第1、第2または第3の解決手段を有する電圧安定化回路において、外部からクロック信号を入力し、前記電圧安定化回路の出力信号が所定電圧に到達するまでの期間、前記クロック信号の立ち上がり及び立ち下がりに同期してカウントを行い、当該カウント値からトリミング量を検出し、当該トリミング量に応じて前記第1〜第nの抵抗値設定回路における前記トリミング用導通素子の切断処理を行う、ことを特徴とする。
本発明によると、テスト信号がハイレベルとなった時刻からOUT信号がハイレベルとなった時刻までの遅延時間Tdを外部の測定器によって測定することで、遅延時間Tdをクロック信号S1の周期で除算して被測定電源100の電圧値を検出できた時の可変抵抗回路10の総抵抗値を知ることができる。従って、抵抗値設定回路のトリミングを正確に行うことができる。
以下、図面を参照して、本発明に係る電圧検出回路、電圧安定化回路、バッテリ状態監視回路及びバッテリ装置並びにトリミング方法の一実施形態について説明する。
<電圧検出回路>
〔第1実施形態〕
まず、第1実施形態に係る電圧検出回路(ボルテージディテクタ)について説明する。図1は、第1実施形態に係る電圧検出回路VDAの回路構成図である。この図に示すように、第1実施形態に係る電圧検出回路VDAは、可変抵抗回路10、ブリーダ抵抗11及び12、基準電圧源13、コンパレータ(比較回路)14、テスト回路(モード選択回路)15、発振回路16、分周回路17、第1抵抗値設定回路RS1〜第n抵抗値設定回路RSn、第1電源端子P1、第2電源端子P2、テスト端子PTEST、出力端子POUTから構成されている。なお、本電圧検出回路VDAは、被測定電源100の電圧が所定電圧に到達したことを検出するためのものである。
第1電源端子P1は、電圧検出回路VDA内部のVDDライン(正極側共通電源線)と接続されており、第2電源端子P2は、電圧検出回路VDA内部のVSSライン(負極側共通電源線)と接続されている。また、第1電源端子P1は、被測定電源100の正極端子と接続され、第2電源端子P2は、被測定電源100の負極端子と接続されている。
可変抵抗回路10は、n個(nは1以上の整数)の第1ブリーダ抵抗R1〜第nブリーダ抵抗Rn、n個の第1トランジスタT1〜第nトランジスタTnから構成されている。第1ブリーダ抵抗R1〜第nブリーダ抵抗Rnは直列接続されており、第1ブリーダ抵抗R1の一端は第1電源端子P1(つまりVDDライン)と接続され、第nブリーダ抵抗Rnの他端はブリーダ抵抗11の一端と接続されている。また、第1ブリーダ抵抗R1〜第nブリーダ抵抗Rnの抵抗比は、それぞれ2i-1(i=1、2、…、n)となるように、つまり、R1:R2:R3:…:Rn=1:2:4:…:2n-1と設定されている。つまり、第1ブリーダ抵抗R1の抵抗値をrとすると、第2ブリーダ抵抗R2の抵抗値は2r、第3ブリーダ抵抗R3の抵抗値は4r、以下同様に、第nブリーダ抵抗Rnの抵抗値は2n-1rとなっている。
第1トランジスタT1〜第nトランジスタTnは、pチャネル型MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタであり、それぞれに対応する第1ブリーダ抵抗R1〜第nブリーダ抵抗Rnと並列接続されている。具体的には、第1トランジスタT1のソース端子は第1ブリーダ抵抗R1の一端と接続され、ドレイン端子は第1ブリーダ抵抗R1の他端と接続され、ゲート端子は第1抵抗値設定回路RS1と接続されている。第2トランジスタT2のソース端子は第2ブリーダ抵抗R2の一端と接続され、ドレイン端子は第2ブリーダ抵抗R2の他端と接続され、ゲート端子は第2抵抗値設定回路RS2と接続されている。以下同様に、第nトランジスタTnのソース端子は第nブリーダ抵抗Rnの一端と接続され、ドレイン端子は第nブリーダ抵抗Rnの他端と接続され、ゲート端子は第n抵抗値設定回路RSnと接続されている。
ブリーダ抵抗11の一端は第nブリーダ抵抗Rnの他端と接続され、他端はブリーダ抵抗12の一端及びコンパレータ14の反転入力端子と接続されている。ブリーダ抵抗12の一端はブリーダ抵抗11の他端及びコンパレータ14の反転入力端子と接続され、他端は第2電源端子P2(つまりVSSライン)と接続されている。基準電圧源13は、基準電圧Vrefを発生する電圧源であり、コンパレータ14の非反転入力端子と接続されている。コンパレータ14は、反転入力端子がブリーダ抵抗12の一端と接続され、非反転入力端子が基準電圧源14と接続されており、反転入力端子の電圧(ブリーダ抵抗による分圧回路の中点電圧)と非反転入力端子の電圧(基準電圧Vref)との大小関係が反転した場合に、出力信号を反転して出力する。
テスト回路15は、第1OR回路15a、第2OR回路15b及び第1AND回路15cから構成されている。第1OR回路15aは、コンパレータ14の出力信号とテスト端子PTESTを介して入力されるテスト信号STESTとの論理和信号を発振回路16に出力する。第2OR回路15bは、上記テスト信号STESTと分周回路17における最終段のフリップフロップFn-1の出力信号(分周信号Sn)との論理和信号を第1AND回路15cに出力する。第1AND回路15cは、第2OR回路15bの論理和信号とコンパレータ14の出力信号との論理積信号をOUT信号SOUTとして出力端子POUTを介して外部に出力する。
発振回路16は、上記第1OR回路15aから入力される論理和信号がハイレベルの場合に、所定周波数のクロック信号S1を分周回路17におけるフリップフロップF1のクロック端子及び第1抵抗値設定回路RS1に出力する。分周回路17は、n−1個のフリップフロップ回路F1〜Fn-1から構成されている。フリップフロップ回路F1は、クロック信号S1の1/2周波数の分周信号S2をフリップフロップ回路F2のクロック端子及び第2抵抗値設定回路RS2に出力する。フリップフロップ回路F2は、クロック信号S1の1/4周波数の分周信号S3をフリップフロップ回路F3のクロック端子及び第3抵抗値設定回路RS3に出力する。フリップフロップ回路F3は、クロック信号S1の1/8周波数の分周信号S4をフリップフロップ回路F4のクロック端子及び第4抵抗値設定回路RS4に出力する。以下同様に、フリップフロップ回路Fn-1は、クロック信号S1の1/2n-1周波数の分周信号Snを第n抵抗値設定回路RSn及び第2OR回路15b出力する。
第1抵抗値設定回路RS1〜第n抵抗値設定回路RSnは、可変抵抗回路10の抵抗値を設定するためのものである。第1抵抗値設定回路RS1は、第1トランジスタT1に対応して設けられており、発振回路16から出力されるクロック信号S1がハイレベルの場合にハイレベルの出力信号を、クロック信号S1がローレベルの場合にローレベルの出力信号を第1トランジスタT1のゲート端子に出力する。つまり、第1抵抗値設定回路RS1の出力信号がハイレベルとなった場合に、第1トランジスタT1はオフとなる。第2抵抗値設定回路RS2は、第2トランジスタT2に対応して設けられており、フリップフロップ回路F1から出力される分周信号S2がハイレベルの場合にハイレベルの出力信号を、分周信号S2がローレベルの場合にローレベルの出力信号を第2トランジスタT2のゲート端子に出力する。つまり、第2抵抗値設定回路RS2の出力信号がハイレベルとなった場合に、第2トランジスタT2はオフとなる。以下同様に、第n抵抗値設定回路RSnは、第nトランジスタTnに対応して設けられており、フリップフロップ回路Fn-1から出力される分周信号Snがハイレベルの場合にハイレベルの出力信号を、分周信号Snがローレベルの場合にローレベルの出力信号を第nトランジスタTnのゲート端子に出力する。つまり、第n抵抗値設定回路RSnの出力信号がハイレベルとなった場合に、第nトランジスタTnはオフとなる。
図2は、第1抵抗値設定回路RS1〜第n抵抗値設定回路RSnの詳細な回路構成図である。なお、第1抵抗値設定回路RS1〜第n抵抗値設定回路RSnの回路構成は同一なので、以下では第1抵抗値設定回路RS1を代表的に用いて説明する。図2に示すように、第1抵抗値設定回路RS1は、第1電流源20、第1NOR回路21、第1ポリヒューズ(第1のトリミング用導通素子)22、第1抵抗素子(第1の設定回路用抵抗素子)23、第2電流源24、第2NOR回路25、第2ポリヒューズ(第2のトリミング用導通素子)26、第2抵抗素子(第2の設定回路用抵抗素子)27から構成されてい
る。
第1の電流源20は、入力端子がVDDラインと接続され、出力端子が第1NOR回路21の第1入力端子と第1ポリヒューズ22の一端と接続されている。第1NOR回路21は、第1入力端子が第1の電流源20の出力端子及び第1ポリヒューズ22の一端と接続され、第2入力端子にはクロック信号S1が入力されており、クロック信号S1と第1入力端子の入力信号(ローレベル)との否定論理和信号を第2NOR回路25の第2入力端子に出力する。第1ポリヒューズ22は、レーザ等で切断可能な導通部材であり、一端が第1の電流源20の出力端子及び第1NOR回路21の第1入力端子と接続され、他端が第1抵抗素子23の一端と接続されている。第1抵抗素子23の一端は第1ポリヒューズ22の他端と接続され、他端はVSSラインと接続されている。
第2の電流源24は、入力端子がVDDラインと接続され、出力端子が第2NOR回路25の第1入力端子と第2ポリヒューズ26の一端と接続されている。第2NOR回路25は、第1入力端子が第2の電流源24の出力端子及び第2ポリヒューズ26の一端と接続され、第2入力端子は第1NOR回路21の出力端子と接続されており、第1NOR回路21から出力される否定論理和信号と第1入力端子の入力信号(ローレベル)との否定論理和信号を第1トランジスタT1のゲート端子に出力する。第2ポリヒューズ26は、レーザ等で切断可能な導通部材であり、一端が第2の電流源24の出力端子及び第2NOR回路25の第1入力端子と接続され、他端が第2抵抗素子27の一端と接続されている。第2抵抗素子27の一端は第2ポリヒューズ26の他端と接続され、他端はVSSラインと接続されている。
次に、上記のように構成された第1実施形態に係る電圧検出回路VDAのテストモード時の動作及び通常モード時の動作について図3のタイミングチャートを参照して説明する。なお、以下の動作は、本電圧検出回路VDAの製造工程におけるトリミング工程で行われるものである。
(トリミング工程におけるテストモード動作:トリミング方法)
まず、トリミング工程では、第1電源端子P1と第2電源端子P2との間にテスト用の被測定電源100を接続する。ここで、テスト用の被測定電源100の電圧値は、電圧検出回路VDAで検出したい所望の電圧値(例えば3.00V)に正確に設定する。この状態では、まだテスト信号STESTはローレベルであり、発振回路16が停止、かつ分周回路17がリセットされているので各第1抵抗値設定回路RS1〜第n抵抗値設定回路RSnの出力信号はローレベルとなり、第1トランジスタT1〜第nトランジスタTnは全てオン状態となっている。つまり、第1ブリーダ抵抗R1〜第nブリーダ抵抗Rnは全て短絡状態となり、コンパレータ14の反転入力端子には、ブリーダ抵抗11とブリーダ抵抗12との抵抗分割に応じた電圧が印加される。この状態では、コンパレータ14は、反転入力端子に印加される電圧の方が非反転入力端子に印加される基準電圧Vrefより高いため、ローレベルの出力信号を第1OR回路15a及び第1AND回路15cに出力する。
続いて、図3に示すように、時刻t1にハイレベルのテスト信号STESTをテスト端子PTESTに入力する。つまり、この時刻t1において、ハイレベルのテスト信号STESTが第1OR回路15a及び第2OR回路15bに入力され、第1OR回路15aはハイレベルの論理和信号を発振回路16に出力し、第2OR回路15bはハイレベルの論理和信号を第1AND回路15cに出力する。そして、第1AND回路15cはローレベルのOUT信号SOUTを出力端子POUTを介して外部に出力する。
このような時刻t1において、発振回路16は動作を開始するが、完全に所定周波数のクロック信号S1を発生するまでには一定の遅延時間を要する。ここでは、図3に示すように、時刻t2からクロック信号S1の出力が開始されたものとする。そして、時刻t2からt3までのクロック信号S1のハイレベル期間では、第1抵抗値設定回路RS1の出力信号もハイレベルとなり、第1トランジスタT1はオフ状態となる。つまり、可変抵抗回路10の総抵抗値は、第1ブリーダ抵抗R1の抵抗値rとなる。これにより、コンパレータ14の反転入力端子に印加される電圧は下降するが、ここではまだ基準電圧Vrefの方が高いものとする。つまり、コンパレータ14の出力信号はローレベルに維持され、OUT信号SOUTもローレベルに維持される。
一方、時刻t3において、フリップフロップF1は、クロック信号S1の立下りに同期してクロック信号S1の1/2周波数の分周信号S2を第2抵抗値設定回路RS2及びフリップフロップF2に出力する。そして、時刻t3からt4までの期間では、クロック信号S1はローレベルとなり、分周信号S2はハイレベルとなるので、第1抵抗値設定回路RS1の出力信号もローレベルとなり、第2抵抗値設定回路RS2の出力信号はハイレベルとなる。これにより、第2トランジスタT2のみオフ状態となる。つまり、可変抵抗回路10の総抵抗値は、第2ブリーダ抵抗R2の抵抗値2rとなる。これにより、コンパレータ14の反転入力端子に印加される電圧は下降するが、ここではまだ基準電圧Vrefの方が高いものとする。
そして、時刻t4からt5までの期間では、クロック信号S1及び分周信号S2はハイレベルとなるので、第1抵抗値設定回路RS1及び第2抵抗値設定回路RS2の出力信号はハイレベルとなる。これにより、第1トランジスタT1及び第2トランジスタT2はオフ状態となる。つまり、可変抵抗回路10の総抵抗値は、第1ブリーダ抵抗R1の抵抗値と第2ブリーダ抵抗R2の抵抗値との和3rとなる。これにより、コンパレータ14の反転入力端子に印加される電圧は下降するが、ここではまだ基準電圧Vrefの方が高いものとする。
一方、時刻t5において、フリップフロップF2は、分周信号S2の立下りに同期してクロック信号S1の1/4周波数の分周信号S3を第3抵抗値設定回路RS3及びフリップフロップF3に出力する。そして、時刻t5からt6までの期間では、クロック信号S1及び分周信号S2はローレベル、分周信号S3はハイレベルとなり、第1抵抗値設定回路RS1及び第2抵抗値設定回路RS2の出力信号はローレベル、第3抵抗値設定回路RS3の出力信号はハイレベルとなる。これにより、第3トランジスタT3のみオフ状態となる。つまり、可変抵抗回路10の総抵抗値は、第3ブリーダ抵抗R3の抵抗値4rとなる。これにより、コンパレータ14の反転入力端子に印加される電圧は下降するが、ここではまだ基準電圧Vrefの方が高いものとする。
そして、時刻t6からt7までの期間では、クロック信号S1及び分周信号S3がハイレベルとなるので、第1抵抗値設定回路RS1及び第3抵抗値設定回路RS3の出力信号はハイレベルとなる。これにより、第1トランジスタT1及び第3トランジスタT3がオフ状態となる。つまり、可変抵抗回路10の総抵抗値は、第1ブリーダ抵抗R1の抵抗値と第3ブリーダ抵抗R3の抵抗値との和5rとなる。これにより、コンパレータ14の反転入力端子に印加される電圧は下降するが、ここではまだ基準電圧Vrefの方が高いものとする。
そして、時刻t7からt8までの期間では、分周信号S2及び分周信号S3がハイレベルとなるので、第2抵抗値設定回路RS2及び第3抵抗値設定回路RS3の出力信号はハイレベルとなる。これにより、第2トランジスタT2及び第3トランジスタT3がオフ状態となる。つまり、可変抵抗回路10の総抵抗値は、第2ブリーダ抵抗R2の抵抗値と第3ブリーダ抵抗R3の抵抗値との和6rとなる。これにより、コンパレータ14の反転入力端子に印加される電圧は下降するが、ここではまだ基準電圧Vrefの方が高いものとする。
そして、時刻t8からt9までの期間では、クロック信号S1、分周信号S2及び分周信号S3がハイレベルとなるので、第1抵抗値設定回路RS1、第2抵抗値設定回路RS2及び第3抵抗値設定回路RS3の出力信号はハイレベルとなる。これにより、第1トランジスタT1、第2トランジスタT2及び第3トランジスタT3がオフ状態となる。つまり、可変抵抗回路10の総抵抗値は、第1ブリーダ抵抗R1の抵抗値と第2ブリーダ抵抗R2の抵抗値と第3ブリーダ抵抗R3の抵抗値との和7rとなる。これにより、コンパレータ14の反転入力端子に印加される電圧は下降するが、ここではまだ基準電圧Vrefの方が高いものとする。
一方、時刻t9において、フリップフロップF3は、分周信号S3の立下りに同期してクロック信号S1の1/8周波数の分周信号S4を第4抵抗値設定回路RS4及びフリップフロップF4に出力する。そして、時刻t9からt10までの期間では、分周信号S4のみハイレベルとなり、第4抵抗値設定回路RS4の出力信号はハイレベルとなる。これにより、第4トランジスタT4のみオフ状態となる。つまり、可変抵抗回路10の総抵抗値は、第4ブリーダ抵抗R4の抵抗値8rとなる。これにより、コンパレータ14の反転入力端子に印加される電圧は下降するが、ここではまだ基準電圧Vrefの方が高いものとする。
そして、時刻t10からt11までの期間では、クロック信号S1及び分周信号S4がハイレベルとなるので、第1抵抗値設定回路RS1及び第4抵抗値設定回路RS4の出力信号はハイレベルとなる。これにより、第1トランジスタT1及び第4トランジスタT4がオフ状態となる。つまり、可変抵抗回路10の総抵抗値は、第1ブリーダ抵抗R1の抵抗値と第4ブリーダ抵抗R4の抵抗値との和9rとなる。ここで、時刻t10’にコンパレータ14の反転入力端子に印加される電圧が下降して基準電圧Vref以下となり、コンパレータ14の出力信号がハイレベルになり、第1AND回路15cからハイレベルのOUT信号SOUTが出力されたものとする。すなわち、可変抵抗回路10の総抵抗値が9rの時に被測定電源100の電圧値(3.00V)が検出できたことになる。
このように、テスト信号STESTがハイレベルとなった時刻t1からOUT信号SOUTがハイレベルとなった時刻t10’までの遅延時間Tdを外部の測定器によって測定し、当該遅延時間Tdをクロック信号S1の周期(つまり発振回路16の発振周期)で除算することにより、被測定電源100の電圧値を検出できた時の可変抵抗回路10の総抵抗値(つまりトリミング量)を知ることができる。
そして、被測定電源100の電圧値を検出できた時の可変抵抗回路10の総抵抗値が9rであることがわかれば、第1ブリーダ抵抗R1及び第4ブリーダ抵抗R4以外の全てのブリーダ抵抗を短絡させれば良い(トリミングすれば良い)ことがわかる。そこで、第1抵抗値設定回路RS1及び第4抵抗値設定回路RS4の第1ポリヒューズ22を、第1抵抗値設定回路RS1及び第4抵抗値設定回路RS4以外の全ての設定回路の第2ポリヒューズ26をレーザトリミング処理により切断する。これにより、第1抵抗値設定回路RS1及び第4抵抗値設定回路RS4の抵抗値設定回路の出力信号は、入力信号のレベルに関係なく常にハイレベルに、第1抵抗値設定回路RS1及び第4抵抗値設定回路RS4以外の全ての抵抗値設定回路の出力信号は、入力信号のレベルに関係なく常にローレベルとなる。つまり、第1トランジスタT1及び第4トランジスタT4以外のトランジスタは常にオン状態となり、第1ブリーダ抵抗R1及び第4ブリーダ抵抗R4以外の全てブリーダ抵抗を短絡させることができ、可変抵抗回路10の総抵抗値を9rに設定することができる。このように、可変抵抗回路10の総抵抗値を9rに設定した後、本電圧検出回路VDAは残りの製造工程を経て出荷されることになる。
(通常モード時の動作)
実際に本電圧検出回路VDAを使用する場合は、テスト信号STESTをローレベルに固定し、第1電源端子P1と第2電源端子P2との間に、実際に測定したい被測定電源100を接続する。この場合、コンパレータ14は、被測定電源100が所望の電圧値(3.00V)に到達するまでの期間ではローレベルの出力信号を第1OR回路15a及び第1AND回路15cに出力する。従って、この期間では、発振回路16は動作せず、ローレベルのOUT信号SOUTが出力端子POUTを介して外部に出力される。なお、上述したように、第1ブリーダ抵抗R1及び第4ブリーダ抵抗R4以外の全てブリーダ抵抗は短絡状態となっており、可変抵抗回路10の総抵抗値は9rに維持されている。
そして、被測定電源100が所望の電圧値(3.00V)を下回った場合、コンパレータ14は、ハイレベルの出力信号を第1OR回路15a及び第1AND回路15cに出力する。この時点で発振回路16は動作を開始し、所定の遅延時間を経てフリップフロップFn-1から分周信号Snが第2OR回路15bに出力され、ハイレベルのOUT信号SOUTが出力端子POUTを介して外部に出力される。すなわち、本電圧検出回路VDAによって3.00Vを検出できたことになる。
以上のように、第1実施形態に係る電圧検出回路VDAでは、1〜2n-1の抵抗比を有するn個のブリーダ抵抗を直列接続すると共にこれらのブリーダ抵抗の各々にトランジスタを並列接続することで可変抵抗回路10を構成し、クロック信号S1のレベル状態の遷移に同期して可変抵抗回路10の総抵抗値を抵抗比率で1ずつ増大させることにより、所望の電圧値を検出することが可能な可変抵抗回路10の総抵抗値を正確に探索することができる。そして、抵抗値設定回路によって、所望の電圧値を検出することが可能な総抵抗値となるように可変抵抗回路10を設定するので、正確に所望の電圧値を検出することが可能である。また、可変抵抗回路10の総抵抗値を設定するために、ポリヒューズを用いるため簡単な回路構成とすることができ、さらに従来のようにトランジスタの制御信号が消失する恐れがない。従って、第1実施形態に係る電圧検出回路VDAによると、コストの増加や歩留まりの低下を防止し、電圧検出精度の向上を図ることが可能である。
〔第2実施形態〕
次に、第2実施形態に係る電圧検出回路VDBについて説明する。
上述したように、第1実施形態に係る電圧検出回路VDAでは、テスト信号STESTがハイレベルとなった時刻t1からOUT信号SOUTがハイレベルとなった時刻t10’までの遅延時間Tdをクロック信号S1の周期で除算することにより、被測定電源100の電圧値を検出できた時の可変抵抗回路10の総抵抗値を確認した。このような第1実施形態によると、発振回路16の発振周期(クロック信号S1の周期)を予め測定しておく必要があるが、発振周期の測定値に誤差が生じている場合、正確な可変抵抗回路10の総抵抗値を知ることができなくなる可能性がある。第2実施形態に係る電圧検出回路VDBは、このような問題点を解決するための実施形態である。
図4は、第2実施形態に係る電圧検出回路VDBの回路構成図である。なお、図4において、図1と同様の構成要素には同一符号を付し、説明を省略する。図4に示すように、第2実施形態に係る電圧検出回路VDBは、第1実施形態とは異なるテスト回路15Bを備えている。具体的には、電圧検出回路VDBにおけるテスト回路15Bは、第1OR回路15a、第2OR回路15b及び第1AND回路15cに加えて、第2AND回路15dと第3OR回路15eを新たに備えている。第2AND回路15dは、テスト信号STESTとクロック信号S1とを入力とし、これら両信号の論理積信号を第3OR回路15eに出力する。第3OR回路15eは、上記第2AND回路15dの論理積信号とコンパレータ14の出力信号とを入力とし、これら両信号の論理和信号を第1AND回路15cに出力する。
次に、このように構成された第2実施形態に係る電圧検出回路VDBのテストモード時における動作について図5のタイミングチャートを参照して説明する。なお、以下では、第1実施形態と重複する部分の説明は省略し、第2実施形態の特徴点について説明する。
時刻t2において、発振回路16からクロック信号S1が出力されると、第2AND回路15dはハイレベルの論理積信号を第3OR回路15eに出力する。この時、第3OR回路15eは、ハイレベルの論理和信号を第1AND回路15cに出力する。つまり、クロック信号S1がそのままOUT信号SOUTとして出力端子POUTを介して外部に出力されることになる。そして、時刻t10’以降、コンパレータ14の出力信号がハイレベルになると、第3OR回路15eの出力信号は常にハイレベルとなり、OUT信号SOUTもハイレベルとなる。
この場合、外部に設けられたカウンタ回路によって、OUT信号SOUTの立ち上がり及び立ち下がりに同期してカウントを行うことにより、被測定電源100の電圧値を検出できた時の可変抵抗回路10の総抵抗値を確認することができる。例えば、図5ではカウント値は「9」となり、被測定電源100の電圧値を検出できた時の可変抵抗回路10の総抵抗値は9rであることがわかる。
以上のように、第2実施形態に係る電圧検出回路VDBでは、発振回路16の発振周期を予め測定しておく必要はないので発振周期の測定誤差の問題は生じ得ず、さらに発振回路16の特性バラツキ等の内部誤差要因を吸収することができる。従って、正確に所望の電圧値を検出することが可能な総抵抗値を知ることができるので、電圧検出精度を向上することが可能である。
〔第3実施形態〕
次に、第3実施形態に係る電圧検出回路VDCについて説明する。
この第3実施形態に係る電圧検出回路VDCは、第2実施形態で述べた第1実施形態の問題点を解決するための他の実施形態である。
図6は、第3実施形態に係る電圧検出回路VDCの回路構成図である。なお、図5において、図1と同様の構成要素には同一符号を付し、説明を省略する。図6に示すように、第3実施形態に係る電圧検出回路VDCは、外部クロック端子PCLKが新たに設けられる一方、発振回路16が削除され、第1実施形態とは異なるテスト回路15Cを備えている。具体的には、電圧検出回路VDCにおけるテスト回路15Cは、第1OR回路15aが削除され、第2OR回路15b及び第1AND回路15cのみを備えている。外部クロック端子PCLKは、クロック信号S1を外部から入力するための端子であり、フリップフロップF1のクロック端子及び第1抵抗値設定回路RS1と接続されている。
次に、このように構成された第3実施形態に係る電圧検出回路VDCのテストモード時における動作について図7のタイミングチャートを参照して説明する。なお、以下では、第1実施形態と重複する部分の説明は省略し、第3実施形態の特徴点について説明する。
時刻t1に外部からハイレベルのテスト信号STESTを入力した後、時刻t2に外部からクロック信号S1を外部クロック端子PCLKに入力する。時刻t2以降は、第1実施形態と同様の動作が行われ、時刻t10’にOUT信号SOUTがハイレベルとなる。この場合、外部に設けられたカウンタ回路によって、時刻t1から時刻t10’までの期間、クロック信号S1の立ち上がり及び立ち下がりに同期してカウントを行うことにより、被測定電源100の電圧値を検出できた時の可変抵抗回路10の総抵抗値を確認することができる。例えば、図7ではカウント値は「9」となり、被測定電源100の電圧値を検出できた時の可変抵抗回路10の総抵抗値は9rであることがわかる。
以上のように、第3実施形態に係る電圧検出回路VDCでは、第2実施形態と同様に、発振回路16の発振周期を予め測定しておく必要はないので発振周期の測定誤差の問題や、発振回路16の特性バラツキ等の内部誤差要因も生じ得ない。従って、正確に所望の電圧値を検出することが可能な総抵抗値を知ることができるので、電圧検出精度を向上することが可能である。なお、第3実施形態に係る電圧検出回路VDCでは、発振回路16を削除するため、コンパレータ14の出力信号がハイレベルになってからOUT信号SOUTがハイレベルになるまでの遅延が必要ない場合に適用可能である。
<電圧安定化回路>
次に、本実施形態に係る電圧安定化回路(ボルテージレギュレータ)について説明する。図8は、本実施形態に係る電圧安定化回路VRGの回路構成図である。この図に示すように、本電圧安定化回路VRGは、基準電圧源30、誤差増幅器31、電圧制御用トランジスタ32、可変抵抗回路33、ブリーダ抵抗34及び35、分周回路36、第1抵抗値設定回路RS1〜第n抵抗値設定回路RSn、第1電源端子P1、第2電源端子P2、外部クロック端子PCLK、出力端子POUTから構成されている。なお、本電圧安定化回路VRGは、出力端子POUTの電圧を所定の電圧値に安定化するためのものである。
第1電源端子P1は、電圧安定化回路VRG内部のVDDラインと接続されており、第2電源端子P2は、電圧安定化回路VRG内部のVSSラインと接続されている。また、第1電源端子P1は、テスト用電源100の正極端子と接続され、第2電源端子P2は、テスト用電源100の負極端子と接続されている。
基準電圧源30は、基準電圧Vrefを発生する電圧源であり、誤差増幅器31の反転入力端子と接続されている。誤差増幅器31は、非反転入力端子がブリーダ抵抗35の一端と接続され、反転入力端子が基準電圧源30と接続されている。この誤差増幅器31の出力端子は電圧制御用トランジスタ32のゲート端子と接続されている。電圧制御用トランジスタ32は、pチャネル型MOSトランジスタであり、ソース端子は第1電源端子P1と接続され、ドレイン端子は出力端子POUTと可変抵抗回路33における第nブリーダ抵抗Rnの一端と接続され、ゲート端子は誤差増幅器31の出力端子と接続されている。誤差増幅器31は、非反転入力端子の電圧(ブリーダ抵抗による分圧回路の中点電圧)と反転入力端子の電圧(基準電圧Vref)とが等しくなるように電圧制御用トランジスタ32のゲート端子を制御する。
可変抵抗回路33は、n個(nは1以上の整数)の第1ブリーダ抵抗R1〜第nブリーダ抵抗Rn、n個の第1トランジスタT1〜第nトランジスタTnから構成されている。第1ブリーダ抵抗R1〜第nブリーダ抵抗Rnは直列接続されており、第nブリーダ抵抗Rnの一端は電圧制御用トランジスタ32のドレイン端子及び出力端子POUTと接続され、第1ブリーダ抵抗R1の他端はブリーダ抵抗34の一端と接続されている。また、第1ブリーダ抵抗R1〜第nブリーダ抵抗Rnの抵抗比は、R1:R2:R3:…:Rn=1:2:4:…:2n-1と設定されている。つまり、第1ブリーダ抵抗R1の抵抗値をrとすると、第2ブリーダ抵抗R2の抵抗値は2r、第3ブリーダ抵抗R3の抵抗値は4r、以下同様に、第nブリーダ抵抗Rnの抵抗値は2n-1rとなっている。
第1トランジスタT1〜第nトランジスタTnは、pチャネル型MOSトランジスタであり、それぞれに対応する第1ブリーダ抵抗R1〜第nブリーダ抵抗Rnと並列接続されている。具体的には、第1トランジスタT1のソース端子は第1ブリーダ抵抗R1の一端と接続され、ドレイン端子は第1ブリーダ抵抗R1の他端と接続され、ゲート端子は抵抗値設定回路37内の第1設定回路RS1と接続されている。第2トランジスタT2のソース端子は第2ブリーダ抵抗R2の一端と接続され、ドレイン端子は第2ブリーダ抵抗R2の他端と接続され、ゲート端子は抵抗値設定回路37内の第2設定回路RS2と接続されている。以下同様に、第nトランジスタTnのソース端子は第nブリーダ抵抗Rnの一端と接続され、ドレイン端子は第nブリーダ抵抗Rnの他端と接続され、ゲート端子は抵抗値設定回路37内の第n設定回路RSnと接続されている。
ブリーダ抵抗34の一端は第1ブリーダ抵抗R1の他端と接続され、他端はブリーダ抵抗35の一端及び誤差増幅器31の非反転入力端子と接続されている。ブリーダ抵抗35の一端はブリーダ抵抗34の他端及び誤差増幅器31の非反転入力端子と接続され、他端は第2電源端子P2と接続されている。外部クロック端子PCLKは、クロック信号S1を外部から入力するための端子であり、フリップフロップF1のクロック端子及び第1の設定回路RS1と接続されている。
分周回路36は、n−1個のフリップフロップ回路F1〜Fn-1から構成されている。フリップフロップ回路F1は、クロック信号S1の1/2周波数の分周信号S2をフリップフロップ回路F2のクロック端子及び抵抗値設定回路37における第2設定回路RS2に出力する。フリップフロップ回路F2は、クロック信号S1の1/4周波数の分周信号S3をフリップフロップ回路F3のクロック端子及び抵抗値設定回路37における第3設定回路RS3に出力する。フリップフロップ回路F3は、クロック信号S1の1/8周波数の分周信号S4をフリップフロップ回路F4のクロック端子及び抵抗値設定回路37における第4設定回路RS4に出力する。以下同様に、フリップフロップ回路Fn-1は、クロック信号S1の1/2n-1周波数の分周信号Snを抵抗値設定回路37における第n設定回路RSnに出力する。第1設定回路RS1〜第n設定回路RSnは、可変抵抗回路33の抵抗値を設定するためのものであり、回路構成は第1実施形態(図2参照)と同様なので説明を省略する。
次に、このように構成された本実施形態に係る電圧安定化回路VRGの動作について図9を参照して説明する。なお、以下の動作は、本電圧安定化回路VRGの製造工程における出力電圧を3.00Vに設定するためのトリミング工程で行われるものである。
まず、トリミング工程では、第1電源端子P1と第2電源端子P2との間にテスト用電源100を接続する。このテスト用電源100を接続した時間をt1とする。この状態では、まだクロック信号S1を入力していないので、第1抵抗値設定回路RS1〜第n抵抗値設定回路RSnの出力信号はローレベルとなり、第1トランジスタT1〜第nトランジスタTnは全てオン状態となっている。つまり、第1ブリーダ抵抗R1〜第nブリーダ抵抗Rnは全て短絡状態となり、誤差増幅器31の非反転入力端子には、ブリーダ抵抗34とブリーダ抵抗35との抵抗分割に応じた電圧が印加される。この状態では、ブリーダ抵抗34とブリーダ抵抗35との抵抗分割に応じた電圧と基準電圧Vrefが等しくなるような電圧が出力端子POUTから出力される。ブリーダ抵抗34とブリーダ抵抗35の抵抗値が等しいとすると、電圧(2×Vref)が出力端子POUTから出力される。
続いて、時刻t2にクロック信号S1を外部クロック端子Poutに入力する。そして、時刻t2からt3までのクロック信号S1のハイレベル期間では、第1抵抗値設定回路RS1の出力信号もハイレベルとなり、第1トランジスタT1はオフ状態となる。つまり、可変抵抗回33の総抵抗値は、第1ブリーダ抵抗R1の抵抗値rとなる。これにより、誤差増幅器31の非反転入力端子に印加される電圧は下降するので、それに応じて上昇した電圧が出力端子POUTから出力される。
時刻t3以降の分周回路36、第1設定回路RS1〜第n設定回路RSn、可変抵抗回路33の動作は電圧検出回路VDAと同様である。しかしながら、図9に示すように、電圧安定化回路VRGでは、出力端子POUTから誤差増幅器31の出力信号がOUT信号SOUTとして出力されるのではなく、クロック信号S1の状態が遷移する度に電圧値が上昇する電圧が出力される点で電圧検出回路VDAと異なる。すなわち、時刻t10’に出力端子POUTの電圧が3.00Vに到達した場合、時刻t1から時刻t10’までの期間、クロック信号S1の立ち上がり及び立ち下がりに同期してカウントを行うことにより、電圧安定化回路VRGが所望の電圧値に到達した時の可変抵抗回路33の総抵抗値を確認することができる。確認後は、電圧検出回路VDAと同様にレーザトリミング処理を行えば良い。
実際に電圧安定化回路VRGを使用する場合には、クロック信号S1を入力する必要はなく、第1電源端子P1と第2電源端子P2の間に電圧源を接続するだけで3.00Vに安定化された電圧が出力端子POUTから出力される。以上のように、本実施形態に係る電圧安定化回路VRGによると、簡単な回路構成で高精度に出力電圧の設定を行うことが可能である。
〔バッテリ状態監視回路及びバッテリ装置〕
次に、本実施形態に係るバッテリ状態監視回路及びバッテリ装置について説明する。
図10は、本実施形態に係るバッテリ装置BDの構成ブロック図である。図10に示すように、本バッテリ装置BDは、バッテリBT、バッテリ状態監視回路BM、第1スイッチ(充電用スイッチ回路)54、第2スイッチ(放電用スイッチ回路)55、第1外部端子56及び第2外部端子57から構成されている。
バッテリ状態監視回路BMは、過放電検出回路50、過充電検出回路51、過電流検出回路52、遅延回路53、第1電圧監視端子P1、第2電圧監視端子P2、第3電圧監視端子P3、第1制御端子P4及び第2制御端子P5から構成されている。第1電圧監視端子P1はバッテリBTの正極端子及び第1外部端子56と接続されている。また、この第1電圧監視端子P1は、バッテリ状態監視回路BM内のVDDラインと接続されている。第2電圧監視端子P2は、バッテリBTの負極端子及び第2スイッチ55の一方の端子と接続されている。また、この第2電圧監視端子P2は、バッテリ状態監視回路BM内のVSSラインと接続されている。
第3電圧監視端子P3は、第2外部端子57及び第1スイッチ54の一方の端子と接続されている。第1制御端子P4は、第1スイッチ54の制御端子と接続されている。第2制御端子P5は、第2スイッチ55の制御端子と接続されている。第1スイッチ54及び第2スイッチ55は互いの他方の端子が接続されている。
過放電検出回路50は、第1電圧監視端子P1と第2電圧監視端子P2との間の電圧(つまりバッテリBTの電圧)を検出し、バッテリBTの電圧が過放電電圧以上となった場合に、ハイレベルの過放電検出信号を遅延回路53に出力する。また、この過放電検出回路50は、バッテリBT1の電圧が過放電電圧未満の場合に、ローレベルの過放電検出信号を遅延回路53に出力する。ここで、過放電電圧とは、放電可能な下限電圧を指す。
本実施形態のバッテリ装置BDでは、過放電検出回路50及び遅延回路53として、上述した電圧検出回路VDAを適用する。
具体的には、図11に示すように、過放電検出回路50は、可変抵抗回路50a、ブリーダ抵抗50b及び50c、基準電圧源50d、コンパレータ50e、第1抵抗値設定回路RS1〜第n抵抗値設定回路RSnから構成されている。また、遅延回路53は、テスト回路53a、発振回路53b及び分周回路53cから構成されている。これらの回路構成は図1と同様なので説明を省略するが、過放電検出回路50の可変抵抗回路50aの総抵抗値は第1電圧監視端子P1と第2電圧監視端子P2と間の電圧が過放電電圧以下となった場合に、コンパレータ50eからハイレベルの過放電検出信号が出力されるように設定されている。遅延回路53は、ハイレベルの過放電検出信号が入力されると所定の遅延時間の経過後にハイレベルの過放電検出信号を放電禁止信号とし、第2制御端子P5を介して第2スイッチ55の制御端子に出力する。この場合、第2スイッチ55はオフ状態となる。
過充電検出回路51は、第1電圧監視端子P1と第2電圧監視端子P2との間の電圧を検出し、バッテリBTの電圧が過充電電圧未満となった場合に、ハイレベルの過充電検出信号を遅延回路53に出力する。また、この過充電検出回路51は、バッテリBTの電圧が過充電電圧以下の場合に、ローレベルの過充電検出信号を出力する。ここで、過充電電圧とは、充電可能な上限電圧を指す。本実施形態のバッテリ装置BDでは、過充電検出回路51として電圧検出回路VDAの技術思想を適用して構成する。
過充電検出回路51の回路構成は図示を省略するが、過充電検出回路51は、可変抵抗回路51a、ブリーダ抵抗51b及び51c、基準電圧源51d、コンパレータ51e、第1抵抗値設定回路RS1〜第n抵抗値設定回路RSnから構成されている。この過充電検出回路51の可変抵抗回路51aの総抵抗値は第1電圧監視端子P1と第2電圧監視端子P2と間の電圧が過充電電圧以上となった場合に、コンパレータ51eからハイレベルの過充電検出信号が出力されるように設定されている。遅延回路53は、ハイレベルの過充電検出信号が入力されると所定の遅延時間の経過後にハイレベルの過充電検出信号を充電禁止信号とし、第1制御端子P4を介して第1スイッチ54の制御端子に出力する。この場合、第1スイッチ54はオフ状態となる。
過電流検出回路52の回路構成は図示を省略するが、過電流検出回路52は、可変抵抗回路52a、ブリーダ抵抗52b及び52c、基準電圧源52d、コンパレータ52e、第1抵抗値設定回路RS1〜第n抵抗値設定回路RSnから構成されている。この過電流検出回路52の可変抵抗回路52aの総抵抗値は第3電圧監視端子P3と第2電圧監視端子P2と間の電圧が過電流電圧以上となった場合に、コンパレータ52eからハイレベルの過電流検出信号が出力されるように設定されている。遅延回路53は、ハイレベルの過電流検出信号が入力されると所定の遅延時間の経過後にハイレベルの過電流検出信号を放電禁止信号とし、第2制御端子P5を介して第2スイッチ55の制御端子に出力する。この場合、第2スイッチ55はオフ状態となる。
次に、このように構成された本実施形態に係るバッテリ装置BDの動作について説明する。
(通常動作時)
まず、通常状態時、つまりバッテリBTの電圧が、過充電電圧未満且つ過放電電圧以上の範囲に含まれ、且つ放電電流が過電流未満である場合、過放電検出回路50、過充電検出回路51及び過電流検出回路52は、それぞれローレベルの過充電検出信号、過放電検出信号、過電流検出信号を遅延回路53に出力する。この場合、遅延回路53は第1スイッチ54及び第2スイッチ55をオン状態に制御するので、バッテリ装置BDは充電及び放電可能な状態となる。
(過充電状態時)
続いて、過充電状態時、つまり、第1外部端子56と第2外部端子57との間に充電器が接続されてバッテリBTが充電され、バッテリBTの電圧が過充電電圧以上となった場合、過充電検出回路51は、ハイレベルの過充電検出信号を遅延回路53に出力し、遅延回路53は第1スイッチ54をオフ状態に制御するので、充電器からの充電が禁止されることになる。
(過放電状態時)
続いて、過放電状態時、つまり、第1外部端子56と第2外部端子57との間に負荷が接続されてバッテリBTが放電し、バッテリBTの電圧が過放電電圧未満となった場合、過放電検出回路50は、ハイレベルの過放電検出信号を遅延回路53に出力し、遅延回路53は第2スイッチ55をオフ状態に制御するので、負荷への放電が禁止されることになる。
(過電流状態時)
続いて、過電流状態時、つまり、第1スイッチ54および第2スイッチ55に過大な電流が流れて、第3電圧監視端子P3と第2電圧監視端子P2と間の電圧が過電流電圧以上となった場合、過電流検出回路52は、ハイレベルの過電流検出信号を遅延回路53に出力し、遅延回路53は第2スイッチ55をオフ状態に制御するので、負荷への放電が禁止されることになる。
以上のように、本実施形態に係るバッテリ装置BDによれば、第1実施形態に係る電圧検出回路VDAをバッテリBTの電圧検出に適用したので、装置コストの低減及び電圧検出精度の向上を図ることができる。なお、バッテリ装置BDには、第2実施形態に係る電圧検出回路VDBを適用しても良い。
また、上記実施形態では、トリミング用導通素子としてポリヒューズを用いたが、これに限定されず、他の導通素子を用いても良い。また、上記実施形態では、pチャネル型の第1トランジスタT1〜第nトランジスタTnを用いたため、図2に示すような抵抗値設定回路を採用したが、第1トランジスタT1〜第nトランジスタTnをnチャネル型にした場合は、nチャネル型トランジスタに対応する回路構成としても良い。
本発明の第1実施形態に係る電圧検出回路VDAの回路構成図である。 本発明の第2実施形態に係る電圧検出回路VDAにおける第1抵抗値設定回路RS1の回路構成図である。 本発明の第1実施形態に係る電圧検出回路VDAの動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第2実施形態に係る電圧検出回路VDBの回路構成図である。 本発明の第2実施形態に係る電圧検出回路VDBの動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第3実施形態に係る電圧検出回路VDCの回路構成図である。 本発明の第3実施形態に係る電圧検出回路VDCの動作を示すタイミングチャートである。 本発明の一実施形態に係る電圧安定化回路VRGの回路構成図である。 本発明の一実施形態に係る電圧安定化回路VRGの動作を示すタイミングチャートである。 本発明の一実施形態に係るバッテリ状態監視回路BM及びバッテリ装置BDの構成ブロック図である。 本発明の一実施形態に係るバッテリ状態監視回路BMにおける過放電検出回路50及び遅延回路53の回路構成図である。
符号の説明
VDA、VDB、VDC…電圧検出回路、10…可変抵抗回路、11、12…ブリーダ抵抗、13…基準電圧源、14…コンパレータ、15…テスト回路、16…発振回路、17…分周回路、31…誤差増幅器、RS1〜RSn…第1抵抗値設定回路〜第n抵抗値設定回路、P1…第1電源端子、P2…第2電源端子、PTEST…テスト端子、POUT…出力端子、100…被測定電源、VRG…電圧安定化回路、BM…バッテリ状態監視回路、BD…バッテリ装置

Claims (4)

  1. 被測定電源の電圧が所定電圧に到達したことを検出する電圧検出回路であって、
    直列接続されたn個(nは1以上の整数)の第1〜第nの抵抗素子と、前記第1〜第nの抵抗素子の各々に対応して並列接続された第1〜第nのスイッチング素子と、を有する可変抵抗回路と、
    基準電圧を発生する基準電圧源と、
    前記被測定電源の電圧を前記可変抵抗回路と所定の抵抗素子とで構成される抵抗分割回路によって分圧することで生じる中点電圧と、前記基準電圧とを比較し、前記中点電圧と前記基準電圧との大小関係が反転した場合に、前記被測定電源の電圧が所定電圧に到達したことを示すために出力信号の状態を反転させる比較回路と、
    前記比較回路の出力信号が反転した場合、またはテストモード時の場合に、所定周波数のクロック信号を生成する発振回路と、
    前記クロック信号の1/2k−1周波数(k=2、3、…、n)の分周信号を生成する分周回路と、
    前記クロック信号に対応して設けられ、内部に配置されたトリミング用導通素子の切断前では前記クロック信号を前記第1のスイッチング素子の制御端子に出力する一方、前記トリミング用導通素子の切断後には前記第1のスイッチング素子をオン状態またはオフ状態に維持させる信号を出力する第1の抵抗値設定回路と、
    前記1/2k−1周波数の分周信号の各々に対応して設けられ、内部に配置されたトリミング用導通素子の切断前では前記1/2k−1周波数の分周信号を各々に対応する第2〜第nのスイッチング素子の制御端子に出力する一方、前記トリミング用導通素子の切断後には前記第2〜第nのスイッチング素子をオン状態またはオフ状態に維持させる信号を出力する第2〜第nの抵抗値設定回路と、
    前記テストモード時の場合は前記比較回路の出力信号を外部に出力し、通常モード時の場合は1/2n−1周波数の分周信号が前記分周回路から出力された場合に前記比較回路の出力信号を外部に出力するモード選択回路を備え、
    前記第1〜第nの抵抗素子の抵抗比は、それぞれ2i−1(i=1、2、…、n)となるように設定されている電圧検出回路において、
    テストモードに移行してから前記モード選択回路の出力信号が反転するまでの時間を測定し、当該測定した時間から前記発振回路の発振周期を除算することにより、前記可変抵抗回路のトリミング量を検出し、当該トリミング量に応じて前記第1〜第nの抵抗値設定回路における前記トリミング用導通素子の切断処理を行う、
    ことを特徴とするトリミング方法。
  2. 被測定電源の電圧が所定電圧に到達したことを検出する電圧検出回路であって、
    直列接続されたn個(nは1以上の整数)の第1〜第nの抵抗素子と、前記第1〜第nの抵抗素子の各々に対応して並列接続された第1〜第nのスイッチング素子と、を有する可変抵抗回路と、
    基準電圧を発生する基準電圧源と、
    前記被測定電源の電圧を前記可変抵抗回路と所定の抵抗素子とで構成される抵抗分割回路によって分圧することで生じる中点電圧と、前記基準電圧とを比較し、前記中点電圧と前記基準電圧との大小関係が反転した場合に、前記被測定電源の電圧が所定電圧に到達したことを示すために出力信号の状態を反転させる比較回路と、
    前記比較回路の出力信号が反転した場合、またはテストモード時の場合に、所定周波数のクロック信号を生成する発振回路と、
    前記クロック信号の1/2k−1周波数(k=2、3、…、n)の分周信号を生成する分周回路と、
    前記クロック信号に対応して設けられ、内部に配置されたトリミング用導通素子の切断前では前記クロック信号を前記第1のスイッチング素子の制御端子に出力する一方、前記トリミング用導通素子の切断後には前記第1のスイッチング素子をオン状態またはオフ状態に維持させる信号を出力する第1の抵抗値設定回路と、
    前記1/2k−1周波数の分周信号の各々に対応して設けられ、内部に配置されたトリミング用導通素子の切断前では前記1/2k−1周波数の分周信号を各々に対応する第2〜第nのスイッチング素子の制御端子に出力する一方、前記トリミング用導通素子の切断後には前記第2〜第nのスイッチング素子をオン状態またはオフ状態に維持させる信号を出力する第2〜第nの抵抗値設定回路と、
    前記テストモード時の場合、前記比較回路の出力信号が反転するまでの間、前記クロック信号を外部に出力する出力するモード選択回路を備え、
    前記第1〜第nの抵抗素子の抵抗比は、それぞれ2i−1(i=1、2、…、n)となるように設定されている電圧検出回路において、
    テストモードに移行してから前記モード選択回路の出力信号が反転して一定となるまでの期間、前記モード選択回路の出力信号の立ち上がり及び立ち下がりに同期してカウントを行い、当該カウント値からトリミング量を検出し、当該トリミング量に応じて前記第1〜第nの抵抗値設定回路における前記トリミング用導通素子の切断処理を行う、
    ことを特徴とするトリミング方法。
  3. 被測定電源の電圧が所定電圧に到達したことを検出する電圧検出回路であって、
    直列接続されたn個(nは1以上の整数)の第1〜第nの抵抗素子と、前記第1〜第nの抵抗素子の各々に対応して並列接続された第1〜第nのスイッチング素子と、を有する可変抵抗回路と、
    基準電圧を発生する基準電圧源と、
    前記被測定電源の電圧を前記可変抵抗回路と所定の抵抗素子とで構成される抵抗分割回路によって分圧することで生じる中点電圧と、前記基準電圧とを比較し、前記中点電圧と前記基準電圧との大小関係が反転した場合に、前記被測定電源の電圧が所定電圧に到達したことを示すために出力信号の状態を反転させる比較回路と、
    テストモード時及び通常モード時に、所定周波数のクロック信号を外部から入力するために用いる外部クロック端子と、
    前記クロック信号の1/2k−1周波数(k=2、3、…、n)の分周信号を生成する分周回路と、
    前記クロック信号に対応して設けられ、内部に配置されたトリミング用導通素子の切断前では前記クロック信号を前記第1のスイッチング素子の制御端子に出力する一方、前記トリミング用導通素子の切断後には前記第1のスイッチング素子をオン状態またはオフ状態に維持させる信号を出力する第1の抵抗値設定回路と、
    前記1/2k−1周波数の分周信号の各々に対応して設けられ、内部に配置されたトリミング用導通素子の切断前では前記1/2k−1周波数の分周信号を各々に対応する第2〜第nのスイッチング素子の制御端子に出力する一方、前記トリミング用導通素子の切断後には前記第2〜第nのスイッチング素子をオン状態またはオフ状態に維持させる信号を出力する第2〜第nの抵抗値設定回路と、
    前記テストモード時の場合は前記比較回路の出力信号を外部に出力し、通常モード時の場合は1/2n−1周波数の分周信号が前記分周回路から出力された場合に前記比較回路の出力信号を外部に出力するモード選択回路を備え、
    前記第1〜第nの抵抗素子の抵抗比は、それぞれ2i−1(i=1、2、…、n)となるように設定されている電圧検出回路において、
    テストモードに移行した後、外部からクロック信号を入力し、テストモードに移行してから前記モード選択回路の出力信号が反転するまでの期間、前記クロック信号の立ち上がり及び立ち下がりに同期してカウントを行い、当該カウント値からトリミング量を検出し、当該トリミング量に応じて前記第1〜第nの抵抗値設定回路における前記トリミング用導通素子の切断処理を行う、
    ことを特徴とするトリミング方法。
  4. 被測定電源の電圧を所定電圧に安定化させる電圧安定化回路であって、
    直列接続されたn個(nは1以上の整数)の第1〜第nの抵抗素子と、前記第1〜第nの抵抗素子の各々に対応して並列接続された第1〜第nのスイッチング素子と、を有する可変抵抗回路と、
    基準電圧を発生する基準電圧源と、
    前記被測定電源と前記可変抵抗回路との間に設けられ、前記被測定電源の電圧の制御に用いられる電圧制御用トランジスタと、
    前記電圧制御用トランジスタの出力電圧を前記可変抵抗回路と所定の抵抗素子とで構成される抵抗分割回路によって分圧することで生じる中点電圧と前記基準電圧とを入力とし、前記中点電圧と前記基準電圧とが一致するように前記電圧制御用トランジスタのゲート端子電圧を制御する誤差増幅器と、
    テストモード時に、所定周波数のクロック信号を外部から入力するために用いる外部クロック端子と、
    前記クロック信号の1/2k−1周波数(k=2、3、…、n)の分周信号を生成する分周回路と、
    前記クロック信号に対応して設けられ、内部に配置されたトリミング用導通素子の切断前では前記クロック信号を前記第1のスイッチング素子の制御端子に出力する一方、前記トリミング用導通素子の切断後には前記第1のスイッチング素子をオン状態またはオフ状態に維持させる信号を出力する第1の抵抗値設定回路と、
    前記1/2k−1周波数の分周信号の各々に対応して設けられ、内部に配置されたトリミング用導通素子の切断前では前記1/2k−1周波数の分周信号を各々に対応する第2〜第nのスイッチング素子の制御端子に出力する一方、前記トリミング用導通素子の切断後には前記第2〜第nのスイッチング素子をオン状態またはオフ状態に維持させる信号を出力する第2〜第nの抵抗値設定回路を備え、
    前記第1〜第nの抵抗素子の抵抗比は、それぞれ2i−1(i=1、2、…、n)となるように設定されている電圧安定化回路において、
    外部からクロック信号を入力し、前記電圧安定化回路の出力信号が所定電圧に到達するまでの期間、前記クロック信号の立ち上がり及び立ち下がりに同期してカウントを行い、当該カウント値からトリミング量を検出し、当該トリミング量に応じて前記第1〜第nの抵抗値設定回路における前記トリミング用導通素子の切断処理を行う、
    ことを特徴とするトリミング方法。
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