JP5290919B2 - 車両用電子制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両用電子制御装置に関する。
車両においては、内燃機関を制御する車両用電子制御装置が設けられている。車両用電子制御装置は、センサ等の信号を受けて内燃機関に供給される燃料量を制御したり、燃料への点火を行ったりすることで内燃機関の制御を行うように構成されている。
ここで、従来の車両用電子制御装置は、演算装置であるＣＰＵ（Central Processing Unit）と、記憶装置、センサ等の外部機器からの信号が入力される入力回路と、ＣＰＵによる演算で得られた信号を外部機器に出力するための出力回路と、通信処理を行う通信回路と、リレーを動作させるリレー駆動回路と、モータなどの電動アクチュエータに通電する駆動回路と、電動アクチュエータの通電状態を検出する電流検出回路と、バッテリからの電圧を調整する電源回路とを含んで構成されている。そして、ＣＰＵ及びメモリ並びに各回路は、プリント基板上に個別に実装されていた。
特開２００９−８５１４２号公報
ところで、近年の車両用電子制御装置には様々な制御が要求されるので、多数の回路が必要になって車両用電子制御装置が大型化していた。しかしながら、車両用電子制御装置を自動二輪車などに搭載する場合には、スペースの制限があるので、装置の小型化が望まれていた。
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、車両用電子制御装置を小型化することを主な目的とする。
本願の一観点によれば、外部装置からの信号が入力される入力回路と、前記入力回路からの信号が入力され、演算装置と記憶装置を有するマイコンチップと、前記マイコンチップから出力される信号を制御対象に出力する出力回路とを有する車両用電子制御装置において、前記外部装置及び前記制御対象に電気的に接続可能な基板と、前記基板に実装された半導体装置と、を有し、前記半導体装置は前記入力回路と前記出力回路を含むカスタムチップと、前記マイコンチップを積層して同一のパッケージ内に収容し、前記カスタムチップと前記マイコンチップを導電性のワイヤで信号の受け渡しが可能に接続すると共に、前記カスタムチップのみに電気的に接続される第１の外部端子と、前記マイコンチップのみに電気的に接続される第２の外部端子とを設け、前記カスタムチップには、複数の車種で共通して使用される第１の入力回路及び第１の出力回路を集積化し、前記基板に車種に合わせて設計変更が可能な第２の入力回路及び第２の出力回路を設け、前記第２の入力回路及び前記第２の出力回路は、前記第２の外部端子を介して、前記マイコンチップに対して電気的に接続されることを特徴とする車両用電子制御装置が提供される。
また、本発明の別の観点によれば、前記第２の入力回路として、エンジンのクランク軸の回転を検出するクランク角センサの出力信号をデジタル信号に変換する波形整形回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置が提供される。
また、本発明の別の観点によれば、前記第２の出力回路として、エンジンに燃料を供給する燃料ポンプの駆動信号を出力する駆動回路を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用電子制御装置が提供される。
また、本発明の別の観点によれば、前記カスタムチップは、前記入力回路として、前記半導体装置に供給される電圧を調整し、前記カスタムチップ及び前記マイコンチップに電力を供給する電源回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置が提供される。
また、本発明の別の観点によれば、前記電源回路は、前記カスタムチップ及び前記マイコンチップに供給する電圧が予め設定された閾値を下回ったときに、前記カスタムチップ及び前記マイコンチップの処理をリセットする信号を出力する電圧監視回路を有することを特徴とする請求項４に記載の車両用電子制御装置が提供される。
また、本発明の別の観点によれば、前記カスタムチップは、前記入力回路として、前記外部装置と前記制御対象の少なくとも一方との間でデータの送受信が可能な通信回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置が提供される。
また、本発明の別の観点によれば、前記カスタムチップは、前記入力回路として、前記外部装置から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して前記マイコンチップに出力するアナログ入力回路を有し、前記アナログ入力回路は、前記出力回路で生じたノイズからアナログ信号を保護する保護回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置が提供される。
また、本発明の別の観点によれば、前記カスタムチップは、前記入力回路として、前記外部装置から出力されたパルス信号をデジタルのパルス信号に変換して前記マイコンチップに出力するパルス回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置が提供される。
また、本発明の別の観点によれば、前記カスタムチップは、前記入力回路として、外部装置のオン・オフ動作によって変動する電圧値をデジタル信号に変換して前記マイコンチップに出力するスイッチ入力回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置が提供される。
また、本発明の別の観点によれば、前記カスタムチップは、前記入力回路として、前記マイコンチップの動作を監視し、異常と判定したときに前記マイコンチップの前記演算装置の処理をリセットさせる処理監視回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置が提供される。
また、本発明の別の観点によれば、前記処理監視回路は、ウォッチドックタイマであることを特徴とする請求項１０に記載の車両用電子制御装置が提供される。
また、本発明の別の観点によれば、前記カスタムチップは、前記出力回路として、前記制御対象の通電状態を切り換えるスイッチ駆動回路を有することを特徴とする請求項1に記載の車両用電子制御装置が提供される。
また、本発明の別の観点によれば、前記カスタムチップは、前記出力回路に、前記制御対象に通電される電流値が予め設定された値を越えたときに前記制御対象への通電をオフにするリターン回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置が提供される。
また、本発明の別の観点によれば、前記基板は、前記入力回路として、前記外部装置からの信号を前記カスタムチップを経由せずに前記マイコンチップに入力する回路を有することを特徴とする請求項１の車両用電子制御装置が提供される。
また、本発明の別の観点によれば、前記基板は、前記出力回路として、前記カスタムチップを経由せずに前記マイコンチップから前記制御対象を駆動させる信号を出力する駆動回路を有することを特徴とする請求項１の車両用電子制御装置が提供される。
また、本発明の別の観点によれば、前記半導体装置は、前記入力回路が形成された第１のカスタムチップと、前記出力回路が形成された第２にカスタムチップとを有し、前記第１及び第２のカスタムチップと前記マイコンチップを積層させたことを特徴とする請求項1に記載の車両用電子制御装置が提供される。
本発明によれば、入力回路と出力回路の少なくとも一部をカスタムチップに集積化することで回路の小型化が図れる。さらに、カスタムチップとマイコンチップを１つのパッケージ内に収容した半導体装置を用いることで車両用電子制御装置の小型化が図れる。
図１は、本発明の車両用電子制御装置及びエンジンの構成を示す図である。 図２は、車両用電子制御装置の要部を示す断面図である。 図３は、車両用電子制御装置のブロック図である。 図４は、車両用電子制御装置の変形例を示す断面図である。
本発明を実施するための形態について以下に詳細に説明する。
図１に内燃機関及びその制御装置を含むシステムの概略構成図を示す。
内燃機関であるエンジン１は、空気を吸い込む吸気管２を有する。吸気管２は、上流側の吸気口２Ａにエアクリーナ３が取り付けられており、吸気温センサ４が設けられた後、スロットルバルブ５で流路面積を調整可能になっている。スロットルバルブ５の開度は、スロットル開度センサ６によりモニタされている。また、吸気管２には、スロットルバルブ５をバイパスする通路３１が設けられている。バイパス通路３１には、ＩＳＣ（Idol Speed Control）バルブ３２が設けられている。ＩＳＣバルブ３２は、ステッピングモータ３３を駆動させて、バイパス通路３１の流路面積を調整する構成を有し、エンジン１の始動時やアイドル運転時にエンジン回転数を調整できるようになっている。
さらに、スロットルバルブ５の下流には、吸気圧センサ７と、燃料噴射用のインジェクタ８が順番に設けられた後、シリンダヘッド１２とシリンダブロック１１で形成される燃焼室１３に接続されている。ここで、インジェクタ８は、燃料タンク３４に接続されている。燃料タンク３４には、燃料ポンプ３５が設けられており、タンク内の燃料をインジェクタ８に供給可能になっている。さらに、吸気管２と燃焼室１３の境界部分には、吸気バルブ１４が管路を開閉自在に挿入されている。
シリンダブロック１１には、ピストン１５が摺動自在に挿入されている。ピストン１５は、クランクアーム１６を介してクランク軸１７に連結されており、ピストン１５の直線的な往復運動を出力軸であるクランク軸１７の回転運動に変換するように構成されている。クランク軸１７は、シリンダブロック１１に回転自在に支持されており、その回転数を検出するためのタイミングロータ１８が固定されている。タイミングロータ１８の近傍には、クランク角センサ１９が配置されている。さらに、シリンダブロック１１には、冷却水を循環させるための流路２０が形成されると共に、エンジン１の温度を測定するためのエンジン温センサ２１も取り付けられている。
シリンダヘッド１２には、吸気管２の他に、点火プラグ２４と、排気管２５が取り付けられている。点火プラグ２４は、点火コイル２７に電気的に接続され、高電圧が印加されるようになっている。また、排気管２５の燃焼室１３に連なる開口部には、排気バルブ２８が開閉自在に取り付けられている。さらに、排気管２５の途中には、酸素センサ３６が設けられている。酸素センサ３６は、排気中の酸素濃度を測定するもので、酸素センサヒータ３７により温度が制御されている。さらに、酸素センサ３６より下流側には、触媒コンバータ２９が設けられている。
次に、このようなエンジン１の制御を行う車両用電子制御装置４１の構成について図２を参照して説明する。なお、車両用電子制御装置４１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）と呼ばれることもある。
図２に概略構成を示すように、車両用電子制御装置４１は、プリント回路基板５１を有し、プリント回路基板５１上に回路や信号入出力用の端子等が形成されると共に、半導体装置５２が実装されている。
半導体装置５２は、上部パッケージ５４と下部パッケージ５５の内側に放熱用のヒートシンク５６を有すると共に、２つのチップ５７，５８が積層配置されている。さらに、多数のリード５９（外部端子）がパッケージ５４，５５の外に引き出されており、これらリード５９を用いて外部の回路や装置との間で信号の授受を行ったり、バッテリ４２から電力の供給を受けたりするようになっている。
ヒートシンク５６は、下部パッケージ５５に固定されており、他の部材よりも熱伝導率が高い材料から製造されている。ヒートシンク５６の上面には、第１の半導体チップであるカスタムチップ５７が接着剤等で熱伝達可能に固定されている。カスタムチップ５７は、後述する各種の回路が形成されている。平面視におけるヒートシンク５６の面積は、カスタムチップ５７より大きくなっており、カスタムチップ５７との間に充分な接触面積を有している。
さらに、カスタムチップ５７の上には、第２の半導体チップであるマイコンチップ５８が配置されている。マイコンチップ５８は、樹脂製のシート６０を介して接着剤等によってカスタムチップ５７に固定されている。マイコンチップ５８は、演算装置や記憶装置を含み、後述する各種の処理を実行するように構成されている。
マイコンチップ５８は、カスタムチップ５７より小さく形成されており、マイコンチップ５８の上面と、カスタムチップ５７の外周部分の上面とのそれぞれには、図示を省略する電極が形成されている。これら電極を金などの導電性を有するワイヤ６１で電気的に接続することで、チップ５７，５８間の信号のやり取りや、電力の供給を行っている。
リード５９は、その一端部がパッケージ５４，５５の内側に配置され、かつチップ５７，５８と略平行に折り曲げられており、ここに導電性を有するワイヤ６２がワイヤボンディング技術を用いて電気的に接続されている。ワイヤ６２は、カスタムチップ５７又はマイコンチップ５８の一方に電気的に接続されている。一方、リード５９の他端部は、パッケージ５４，５５の外側に配置され、プリント回路基板５１に形成された電極６３に半田等を用いて電気的に接続されている。
この実施の形態では、リード５９とカスタムチップ５７が接続されている箇所では、外部装置（プリント回路基板５１の回路を含む）とカスタムチップ５７との間で信号の授受や電力の供給が行われる。また、リード５９とマイコンチップ５８が直接に接続されている箇所では、外部装置とマイコンチップ５８との間で信号の授受が行われる。つまり、この半導体装置５２では、一部の信号がカスタムチップ５７を経由することなく外部装置からマイコンチップ５８に入力される。また、一部の信号がカスタムチップ５７を経由することなくマイコンチップ５８から外部装置に出力される。
次に、図３に車両用電子制御装置のブロック図を示す。
この車両用電子制御装置４１において、カスタムチップ５７には、入力回路６５（第１の入力回路）と出力回路６６（第１の出力回路）が形成されている。これら回路６５、６６を同一のチップに形成することで車両用電子制御装置４１の小型化が図れられる。さらに、プリント回路基板５１には、第２の入力回路（波形整形回路６７）と、第２の出力回路（駆動回路６８，６９）を有する。第１の出力回路及び第１の入力回路は、主に複数の車種で共通に使用される機能を実現するための回路を含み、第２の出力回路及び第２の入力回路は、主に車種ごとに設計が必要な回路又は設計変更が可能な回路を含んでいる。第２の出力回路及び第２の入力回路は、カスタムチップ５７を経由せずにマイコンチップ５８に直接に接続されている。
以下、第１及び第２の入力回路について説明する。
まず、カスタムチップ５７に形成される入力回路６５には、電源回路７３と、アナログ入力回路７４と、イモビライザ用入力回路７０と、パルス入力回路７５と、スイッチ入力回路７６と、通信回路７７とが含まれる。これら回路７３〜７７は、マイコンチップ５８に、信号の入出力や電力の供給が可能に接続されている。
電源回路７３は、バッテリ４２に接続されており、バッテリ電圧を車両用電子制御装置４１の各回路を駆動可能な電圧に調整する構成を有する。また、電源回路７３には、各回路に供給する電圧を監視するための電圧監視回路９１と、マイコンチップ５８における動作を監視し、マイコンチップ５８の動作を監視する処理監視回路９２が含まれている。
電圧監視回路９１は、電源電圧が予め設定されている閾値を下回ったことを検出したら、入力回路６５及び出力回路６６のそれぞれのロジック回路、並びにマイコンチップ５８に対してリセット信号を出力し、電圧低下時の誤動作を防止する。
処理監視回路９２は、マイコンチップ５８における動作を監視し、マイコンチップ５８の回路が動作異常を起こしているか否かを判定する構成を有する。
処理監視回路９２としては、例えば、ウォッチドックタイマがあげられる。ウォッチドッグタイマは、マイコンチップ５８が所定の処理を行う間の時間をカウントするタイマ回路を有し、タイマ回路のカウント値が予め設定された値に到達する前に処理が終了したらカウント値をリセットする。これに対し、予め設定された値を越えてもマイコンチップ５８の処理が終了しない場合には、マイコンチップ５８の回路に異常が生じたと判定し、マイコンチップ５８及びカスタムチップ５７の各ロジック回路に対してリセット信号を出力する。処理監視回路９２をカスタムチップ５７に設けることで部品点数の削減及び車両用電子制御装置４１の小型化が図れる。
アナログ入力回路７４は、各種のセンサを含む外部装置からのアナログ信号が入力可能で、所定の処理を行った後にマイコンチップ５８にデジタル信号を出力するように構成されている。このため、アナログ入力回路７４には、Ａ／Ｄ（Analog/digital）変換回路が含まれている。さらに、アナログ入力回路７４には、アナログ信号に重畳した静電放電ノイズから回路を保護する保護回路９３が設けられている。保護回路９３を設けることで、同一チップに形成された出力回路６６でノイズ、例えば点火ノイズが発生した場合でも、そのノイズが入力回路６５のアナログ信号に影響を与えることを防止できる。
ここで、アナログ入力回路７４に接続されるセンサを含む外部装置としては、例えば、スロットル開度センサ６、吸気圧センサ７、吸気温センサ４、エンジン温センサ２１、酸素センサ３６があげられる。なお、外部装置としては、車両用電子制御装置４１の外部に設置される装置でも良いし、プリント回路基板５１上に形成された半導体装置５２以外の回路又は装置であっても良い。
イモビライザ用入力回路７０には、イモビライザ１０１が接続され、イモビライザ１０１から出力されるＩＤコードが入力される。イモビライザ用入力回路７０は、アナログのＩＤコードをデジタル信号に変換してマイコンチップ５８に出力する。
パルス入力回路７５は、各種のセンサを含む外部装置からのアナログのパルス信号が入力可能で、所定の処理を行った後にマイコンチップ５８にデジタルのパルス信号を出力するように構成されている。ここで、パルス入力回路７５に接続される外部装置としては、例えば、車速センサ１０２があげられる。アナログのパルス信号をデジタル信号に変換する回路をカスタムチップ５７に設けることで、車両用電子制御装置４１の小型化が図れる。なお、パルス入力回路７５にデジタルフィルタ回路９４を付加すると、外部からのノイズに対する耐性を向上でき、より正確なデジタル信号をマイコンチップ５８に入力することが可能になる。
スイッチ入力回路７６は、外部のスイッチの動作に伴って変化するアナログの電圧値が入力され、外部スイッチのオン／オフ状態を示すデジタル信号をマイコンチップ５８に出力するように構成されている。ここで、スイッチ入力回路７６に接続される外部のスイッチとしては、例えば、バッテリ４２などに設けられたリレーがあげられる。
通信回路７７は、外部装置とマイコンチップ５８との間で行われるデータの送受信を制御する構成を有する。通信に用いられるプロトコルとしては、Ｋ−Ｌｉｎｅがあげられる。その他の通信プロトコルとしては、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）や、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）などがあげられる。また、外部装置１０４としては、例えば、ＳＲＳ（Supplemental Restraint System）の加速度センサなどがあげられる。この車両用電子制御装置４１は、マイコンチップ５８と外部装置の間で通信を行ってデータを送受信できるようにしたので、多数の外部装置のドライバにデータを送信したり、複数のコマンドを送信等したりする場合においても配線数を少なくできる。
また、第２の入力回路である波形整形回路６７は、クランク角センサ１９から出力される波形信号が入力され、マイコンチップ５８にパルス信号を出力する構成を有する。なお、クランク角センサ１９から出力される波形信号は、車種によって異なるので、車種ごとに適切なパルス信号が得られるように波形整形回路６７を形成する必要がある。このため、波形整形回路６７は、カスタムチップ５７に集積化されることなく、プリント回路基板５１上に形成されている。
次に、第１及び第２の出力回路について説明する。
まず、カスタムチップ５７に形成される出力回路６６には、パルス信号出力回路７８と、スイッチ駆動回路７９と、イモビライザ用出力回路８０が含まれる。これら回路７８〜８０は、マイコンチップ５８から信号を入力可能に接続されている。
パルス信号出力回路７８は、マイコンチップ５８から出力されるデジタル信号を受けて制御対象（外部装置）を駆動させるアナログ信号を作成して出力するように構成されている。このため、スイッチ駆動回路には、デジタル信号をアナログ信号に変換するＡ／Ｄ変換回路が設けられている。さらに、パルス信号出力回路７８には、制御対象の通電状態を検出するリターン回路９５が必要に応じて設けられている。リターン回路９５は、制御対象に供給される電流値をモニタし、電流が予め設定された値を越えたときにときにパルス信号出力回路７８の処理を停止させて制御対象への通電をオフに切り替える。このようなリターン回路９５を設けることで、カスタムチップ５７や制御対象を保護することが可能になる。ここで、制御対象としては、例えば、インジェクタ８や、点火コイル２７、ＩＳＣバルブ３２のステッピングモータ３３などがあげられる。
スイッチ駆動回路７９は、マイコンチップ５８から出力されるデジタル信号を受けて制御対象の通電状態を切り替えるオン／オフ信号を作成し、対応する制御対象に出力するように構成されている。なお、制御対象は、外部装置と同一の装置であることもある。さらに、スイッチ駆動回路７９には、リターン回路９６が設けられており、回路に過電流が流れたときにスイッチ駆動回路７９の動作を停止させてカスタムチップ５７や制御対象を保護する。ここで、制御対象としては、例えば、リレー１０５や、スタータモータ１０６などがあげられる。
ここで、スイッチ駆動回路７９は、制御対象の種類によっては発熱を生じるため、放熱対策が必要になる。従来では、プリント回路基板上にスイッチ駆動回路を点在させ、それぞれに導電材料からなるベタパターンなどを設けて放熱させていた。例えば、スイッチ駆動回路として、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）を用いた場合、ＦＥＴで発生する熱をプリント回路基板のベタパターンから放熱させていた。そして、ＦＥＴを複数搭載する場合には、ＦＥＴごとに、このような構成を設計する必要があった。これに対し、この車両用電子制御装置４１では、スイッチ駆動回路７９がカスタムチップ５７に集積化されたので、熱を生じる領域もここに集中する。したがって、カスタムチップ５７の放熱をコントロールすることで、放熱対策を行うことが可能になる。つまり、図２に示すヒートシンク５６で放熱を行わせることで、従来のようにスイッチ駆動回路ごとに放熱対策を施す必要がなくなる。これにより、スイッチ駆動回路ごとにベタパターンを形成する場合に比べて、プリント回路基板５１の面積を小さくすることができる。
イモビライザ用出力回路８０は、マイコンチップ５８から出力されるデジタル信号を受けてアナログのパルス信号を作成し、イモビライザ１０１に出力するように構成されている。イモビライザ１０１に出力される信号としては、例えば、キーから取得したＩＤコードと車両本体のＩＤコードのマッチングを行った結果についての信号があげられる。
また、第２の出力回路である駆動回路６８，６９は、マイコンチップ５８からのデジタル信号を受けて、制御対象となる装置を駆動させる信号を出力させる構成を有する。ここで、制御対象としては、例えば、燃料ポンプ３５や、酸素センサヒータ３７があげられる。なお、酸素センサヒータ３７とは、酸素センサ３６の特性に大きな影響を与える動作温度を正確に制御するために設けられている。なお、駆動回路６９には、制御対象が正常動作していることを確認するリターン回路９８が設けられている。リターン回路９８は、制御対象に供給される電流値をモニタし、駆動回路６９の処理を停止させて駆動回路６９や制御対象を保護する。
なお、燃料ポンプ３５や、酸素センサヒータ３７などは、車種によって容量が異なったり、ヒータの抵抗値などが異なったりするので、車種ごとに適切な信号を出力できるように駆動回路６８，６９やリターン回路９８を形成する必要がある。このため、駆動回路６８，６９は、カスタムチップ５７に集積化されることなく、プリント回路基板５１上に形成されている。
次に、車両用電子制御装置４１の動作について説明する。
車両を始動させるときは、バッテリ４２からの電力がプリント回路基板５１からリード５９を通してカスタムチップ５７の入力回路６５である電源回路７３に供給される。電源回路７３はバッテリ電圧をカスタムチップ５７及びマイコンチップ５８の動作に適した電圧、例えば５Ｖに調整して各回路に供給する。さらに、車両のキーシリンダに差し込まれたキーのＩＤコードの情報がイモビライザ１０１からイモビライザ入力回路８０に入力され、マイコンチップ５８に受け渡される。マイコンチップ５８は、キーのＩＤコードと予め記憶装置に格納されているＩＤコードとを比較し、両者が一致する場合には、カスタムチップ５７の出力回路６６のイモビライザ用出力回路８０に駆動を許可する許可信号を出力する。イモビライザ用出力回路８０からは、イモビライザ１０１に許可信号が出力され、これによってエンジン１の始動が可能になる。なお、ＩＤコードが一致しないときは、エンジン１の始動を許可しない信号がイモビライザ用出力回路８０からイモビライザ１０１に出力される。
エンジン１の運転中は、スロットル開度センサ６の出力や、吸気圧センサ７の出力、吸気温センサ４の出力、エンジン温センサ２１の出力、酸素センサ３６の出力がカスタムチップ５７のアナログ入力回路７４に随時入力される。アナログ入力回路７４では、それぞれのアナログ信号をデジタル信号に変換し、さらに必要に応じて信号処理を行った後に、マイコンチップ５８に受け渡す。また、パルス入力回路７５には、車速センサ１０２からの信号が入力され、パルス入力回路７５で形成された車速の情報を示すデジタル信号がマイコンチップ５８に入力される。マイコンチップ５８は、スロットル開度、吸気圧、吸気温、エンジン温、車速から燃料噴射量や点火時期を決定したり、排ガス中の酸素濃度から燃料噴射量の調整量を決定したりする。
また、クランク角センサ１９の出力がプリント回路基板５１の波形整形回路６７に入力される。波形整形回路６７で成形された波形信号は、リード５９及びワイヤ６２を通ってマイコンチップ５８に直接入力される。マイコンチップ５８は、波形信号からエンジンの回転数や、エンジン１の行程を判別し、燃料に点火するタイミングを決定する。
次に、マイコンチップ５８からは、エンジン１の行程に合わせて、インジェクタ８の駆動信号や、点火コイル２７の駆動信号が出力される。これら信号は、パルス信号出力回路７８を経て、リード５９からプリント回路基板５１を通ってインジェクタ８や、点火コイル２７に出力される。これにより、インジェクタ８から適量の燃料が吸気管２に噴射され、空気と混合された後に燃焼室１３に供給される。さらに、点火コイル２７への通電が切り替えられることで、点火プラグ２４が作動して燃焼室１３内の燃料に点火する。その結果、ピストン１５が下降して動力が発生する。また、必要に応じてパルス信号出力回路７８からＩＳＣバルブ３１のステッピングモータ３３の駆動信号を出力させ、吸気管２内の空気量を変化させてアイドリング時のエンジン回転数をコントロールする。
さらに、マイコンチップ５８は、燃料ポンプ３５を駆動させる信号を適時出力する。この信号は、カスタムチップ５７を経ずに、駆動回路６８から燃料ポンプ３５に直接出力される。これにより、燃料ポンプ３５が稼動して燃料がインジェクタ８を経て吸気管２内に供給される。
このようにして、カスタムチップ５７とマイコンチップ５８を１つのパッケージ内に収容した半導体装置５２を用いることで、車両用電子制御装置４１を小型化できる。ここで、従来では、各ロジック回路をプリント回路基板に形成していたが、この実施の形態では所定のロジック回路を同一パッケージ内に集約させることで、プリント回路基板５１上の配線や部品を減らしている。これによって、プリント回路基板５１の面積を小さくでき、車両用電子制御装置４１を小型化することが可能となる。
また、複数の車種などに共通して使用できる回路をカスタムチップ５７に集積させ、その一方で車種ごとに設計が必要な回路をプリント回路基板５１上に形成してマイコンチップ４８に直接に入力するようにしたので、半導体装置５２に汎用性を持たせることが可能になる。共通する回路を１つのパッケージにしているので、設計変更等に対しても迅速に対応することが可能になる。従来では、車種ごとにプリント回路基板５１上に回路や配線をレイアウトしており、その都度、ノイズ対策や放熱対策を検討する必要があったが、複数の車種に共通して使用される回路をカスタムチップ５７に集積したので、新たに車両用電子制御装置４１を開発する際には、周辺回路(外部装置との集積回路の接続回路構成)のみ設計すればよいことになる。このため、開発工数を削減できる。
さらに、電源回路７３をカスタムチップ５７に集積化すると共に、カスタムチップ５７とマイコンチップ５８を積層配置したので、従来に比べて電源回路７３からマイコンチップ５８までの配線長さを短くできる。これにより、外部からのノイズの影響を受け難くなり、各回路に電力を安定して供給することが可能になる。
ここで、図４にこの実施の形態の変形例を示す。
この車両用電子制御装置１１１は、プリント回路基板５１に半導体装置１１２を実装した構成を有する。半導体装置１１２は、入力回路６５を集積化した第１のカスタムチップ５７Ａと、出力回路６６を集積化した第２のカスタムチップ５７Ｂとを有し、これらカスタムチップ５７Ａ，５７Ｂ上にマイコンチップ５８を積層させたスタック構造を有する。第１のカスタムチップ５７Ａには、入力回路６５のみが形成され、出力回路６６は形成されていない。同様に、第２のカスタムチップ５７Ｂには、出力回路６６のみが形成され、入力回路６５は形成されていない。入力回路６５と出力回路６６を別々のチップにまとめたので、入力回路６５に出力回路６６のノイズが影響を与えたり、その逆が生じたりすることを防止できる。
なお、本発明は、前記の実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、カスタムチップは、３つ以上に分割されても良い。また、２つ以上のカスタムチップを有する場合に、一つのカスタムチップ内に形成される回路は、前記の例に限定されない。例えば、電源回路７３のみを有するカスタムチップや、入力回路６５の少なくとも一部と、出力回路６６の一部を含むカスタムチップ、出力回路６６の少なくとも一部と、入力回路６５の一部を含むカスタムチップでも良い。
１ エンジン
１９ クランク角センサ
３５ 燃料ポンプ
４１ 車両用電子制御装置
５７ カスタムチップ
５７Ａ 第１のカスタムチップ
５７Ｂ 第２のカスタムチップ
５８ マイコンチップ
６５ 入力回路（第１の入力回路）
６６ 出力回路（第１の出力回路）
６７ 波形整形回路（第２の入力回路）
６８，６９ 駆動回路（第２の出力回路）
７３ 電源回路
７４ アナログ入力回路
７５ パルス入力回路
７６ スイッチ入力回路
７７ 通信回路
７８ パルス信号出力回路
７９ スイッチ駆動回路
８０ パルス出力回路
９１ 電圧監視回路
９２ 処理監視回路
９３ 保護回路
９５，９６，９８ リターン回路

Claims (16)

  1. 外部装置からの信号が入力される入力回路と、前記入力回路からの信号が入力され、演算装置と記憶装置を有するマイコンチップと、前記マイコンチップから出力される信号を制御対象に出力する出力回路とを有する車両用電子制御装置において、
    前記外部装置及び前記制御対象に電気的に接続可能な基板と、
    前記基板に実装された半導体装置と、
    を有し、前記半導体装置は前記入力回路と前記出力回路を含むカスタムチップと、前記マイコンチップを積層して同一のパッケージ内に収容し、前記カスタムチップと前記マイコンチップを導電性のワイヤで信号の受け渡しが可能に接続すると共に、前記カスタムチップのみに電気的に接続される第１の外部端子と、前記マイコンチップのみに電気的に接続される第２の外部端子とを設け、
    前記カスタムチップには、複数の車種で共通して使用される第１の入力回路及び第１の出力回路を集積化し、
    前記基板に車種に合わせて設計変更が可能な第２の入力回路及び第２の出力回路を設け、
    前記第２の入力回路及び前記第２の出力回路は、前記第２の外部端子を介して、前記マイコンチップに対して電気的に接続されることを特徴とする車両用電子制御装置。
  2. 前記第２の入力回路として、エンジンのクランク軸の回転を検出するクランク角センサの出力信号をデジタル信号に変換する波形整形回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置。
  3. 前記第２の出力回路として、エンジンに燃料を供給する燃料ポンプの駆動信号を出力する駆動回路を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用電子制御装置。
  4. 前記カスタムチップは、前記入力回路として、前記半導体装置に供給される電圧を調整し、前記カスタムチップ及び前記マイコンチップに電力を供給する電源回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置。
  5. 前記電源回路は、前記カスタムチップ及び前記マイコンチップに供給する電圧が予め設定された閾値を下回ったときに、前記カスタムチップ及び前記マイコンチップの処理をリセットする信号を出力する電圧監視回路を有することを特徴とする請求項４に記載の車両用電子制御装置。
  6. 前記カスタムチップは、前記入力回路として、前記外部装置と前記制御対象の少なくとも一方との間でデータの送受信が可能な通信回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置。
  7. 前記カスタムチップは、前記入力回路として、前記外部装置から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して前記マイコンチップに出力するアナログ入力回路を有し、前記アナログ入力回路は、前記出力回路で生じたノイズからアナログ信号を保護する保護回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置。
  8. 前記カスタムチップは、前記入力回路として、前記外部装置から出力されたパルス信号をデジタルのパルス信号に変換して前記マイコンチップに出力するパルス回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置。
  9. 前記カスタムチップは、前記入力回路として、外部装置のオン・オフ動作によって変動する電圧値をデジタル信号に変換して前記マイコンチップに出力するスイッチ入力回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置。
  10. 前記カスタムチップは、前記入力回路として、前記マイコンチップの動作を監視し、異常と判定したときに前記マイコンチップの前記演算装置の処理をリセットさせる処理監視回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置。
  11. 前記処理監視回路は、ウォッチドックタイマであることを特徴とする請求項１０に記載の車両用電子制御装置。
  12. 前記カスタムチップは、前記出力回路として、前記制御対象の通電状態を切り換えるスイッチ駆動回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置。
  13. 前記カスタムチップは、前記出力回路に、前記制御対象に通電される電流値が予め設定された値を越えたときに前記制御対象への通電をオフにするリターン回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置。
  14. 前記基板は、前記入力回路として、前記外部装置からの信号を前記カスタムチップを経由せずに前記マイコンチップに入力する回路を有することを特徴とする請求項１の車両用電子制御装置。
  15. 前記基板は、前記出力回路として、前記カスタムチップを経由せずに前記マイコンチップから前記制御対象を駆動させる信号を出力する駆動回路を有することを特徴とする請求項１の車両用電子制御装置。
  16. 前記半導体装置は、前記入力回路が形成された第１のカスタムチップと、前記出力回が形成された第２にカスタムチップとを有し、前記第１及び第２のカスタムチップと前記マイコンチップを積層させたことを特徴とする請求項１に記載の車両用電子制御装置。
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