以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
図4は、電池保護集積回路120を備える電池パック100の一例を示す構成図である。電池パック100は、負荷接続端子5,6に接続される不図示の外部負荷に電力を供給可能な二次電池200と、二次電池200を保護する電池保護装置110とを内蔵して備える。電池パック100は、外部負荷に内蔵されてもよいし、外付けされてもよい。外部負荷の具体例として、携帯可能な携帯端末装置などが挙げられる。携帯端末装置の具体例として、携帯電話、スマートフォン、タブレット型コンピュータ、ゲーム機、テレビ、音楽や映像のプレーヤー、カメラなどの電子機器が挙げられる。
二次電池200は、負荷接続端子5,6に接続される不図示の充電器によって充電可能である。二次電池200の具体例として、リチウムイオン電池やリチウムポリマ電池などが挙げられる。
電池保護装置110は、負荷接続端子5と、負荷接続端子6と、セル接続端子3,4とを備え、セル接続端子3,4に接続された二次電池200を過電流等から保護する電池保護装置の一例である。セル接続端子3は、負荷接続端子5に電源経路8を介して繋がる。セル接続端子4は、負荷接続端子6に電源経路7を介して繋がる。セル接続端子3は、二次電池200の正極に接続される。セル接続端子4は、二次電池200の負極に接続される。
電池保護装置110は、トランジスタ11,12を備える。トランジスタ11は、二次電池200の充電経路を遮断可能な充電経路遮断部の一例であり、トランジスタ12は、二次電池200の放電経路を遮断可能な放電経路遮断部の一例である。図示の場合、トランジスタ11は、二次電池200の充電電流が流れる電源経路7を遮断でき、トランジスタ12は、二次電池200の放電電流が流れる電源経路7を遮断できる。トランジスタ11,12は、電源経路7の導通/遮断を切り替え可能なスイッチング素子であり、電源経路7に直列に挿入される。
トランジスタ11,12は、例えば、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である。トランジスタ11は、トランジスタ11の寄生ダイオードの順方向を二次電池200の放電方向に一致させて電源経路7に挿入される。トランジスタ12は、トランジスタ12の寄生ダイオードの順方向を二次電池200の充電方向に一致させて電源経路7に挿入される。
電池保護装置110は、キャパシタ10,13を備えてもよい。キャパシタ10は、トランジスタ11とトランジスタ12との直列回路に並列に接続される。キャパシタ13は、負荷接続端子5に接続される一端と、負荷接続端子6に接続される他端とを有する。キャパシタ10又はキャパシタ13を備えることで、電圧変動や外来ノイズに対する耐量を向上させることができる。
電池保護装置110は、電池保護集積回路120を備える。電池保護集積回路120は、二次電池200を電源として動作し、二次電池200の充放電を制御することによって二次電池200を過電流等から保護する電池保護集積回路の一例である。電池保護集積回路120は、二次電池200から給電されて二次電池200を保護する。
電池保護集積回路120は、例えば、電源端子91と、グランド端子92と、電流検出端子95と、第1ソース端子96と、第2ソース端子97と、ドレイン端子15と、メモリ電源端子14とを備える。
電源端子91は、抵抗1を介して、セル接続端子3又は電源経路8に接続される正極側電源端子であり、VDD端子と呼ばれることがある。電源端子91は、例えば、電源経路8に一端が接続される抵抗1の他端と、電源経路7に一端が接続されるキャパシタ2の他端との接続点に接続される。キャパシタ2の一端は、セル接続端子4とトランジスタ12との間の電源経路7に接続される。
グランド端子92は、セル接続端子4とトランジスタ12との間の電源経路7に接続される負側電源端子であり、VSS端子と呼ばれることがある。
電流検出端子95は、二次電池200に流れる電流に応じた検出電圧が入力される端子であり、V−端子と呼ばれることがある。電流検出端子95は、負荷接続端子6とトランジスタ11との間の電源経路7に抵抗9を介して接続される。
第1ソース端子96は、電池保護集積回路120内の放電制御用のトランジスタ12のソースに接続される端子であり、S1端子と呼ばれることがある。
第2ソース端子97は、電池保護集積回路120内の充電制御用のトランジスタ11のソースに接続される端子であり、S2端子と呼ばれることがある。
ドレイン端子15は、トランジスタ11のドレインとトランジスタ12のドレインとの接続点から引き出される端子であり、D端子と呼ばれることがある。ドレイン端子15は、電池保護集積回路120のテスト用端子である。
メモリ電源端子14は、メモリ部60の電源入力端子であり、VPP端子と呼ばれることがある。メモリ電源端子14は、電池保護集積回路120の仕様を決定する選別テスト工程において、メモリ部60にデータを書き込むモード、もしくはメモリ部60からデータを読み込むモードにするための電圧が入力される端子である。選別テスト工程は、電池保護集積回路120が電池保護装置110の基板に実装される前又は実装された後の製造工程内の一工程である。選別テスト工程を終えた後は、メモリ部60への誤書き込みを防止するため、メモリ電源端子14は、図4に示されるように、VSS端子及びS1端子と同電位に接続される。
電池保護集積回路120は、例えば、メモリ部60と、設定回路61と、電池保護制御回路98とを備える。メモリ部60は、例えば、メモリ電源端子14に入力される書き込み電圧によって、データの書き込みが可能な不揮発性メモリの一例である。メモリ部60の具体例として、OTPROM(One Time Programmable ROM)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)などが挙げられる。
メモリ部60に書き込まれるデータとして、例えば、電池保護集積回路120の回路特性を設定するための特性設定データが挙げられる。設定回路61は、例えば、メモリ部60から読み出された特性設定データの内容に対応する電池保護特性に、電池保護集積回路120の回路特性を設定する。電池保護制御回路98は、例えば、メモリ部60から設定回路61により読み出された特性設定データによって設定される電池保護仕様に従って、二次電池200の保護動作を制御する保護動作回路である。
したがって、メモリ部60に書き込まれる特性設定データが変われば、二次電池200の保護動作を変えることができるので、複数の異なる回路特性に共通の回路構成で対応できる。例えば、二次電池200の種類や電池保護集積回路120が搭載される製品の種類が異なっても、電池保護集積回路120のハードウェアの共通化ができる。
また、電池保護集積回路120は、特性設定データを書き込み可能なメモリ部60を備えるので、例えば、回路特性をカスタマイズするために、ICチップのメタル配線変更やフューズのレーザートリミングが不要になる。その結果、開発や製造のリードタイムやコストの低減が可能である。
図16は、電池保護集積回路120の回路特性を選択する選択回路61aを有する設定回路61の一例を示す図である。選択回路61aは、複数の回路特性候補(図16の場合、回路特性1,2)から、メモリ部60から読み出された特性設定データの内容に対応する回路特性を選択する。設定回路61は、選択回路61aにより選択された回路特性に、電池保護集積回路120の回路特性を設定する。
図4において、メモリ部60に書き込まれる特性設定データとして、例えば、後述の異常検出回路21の検出特性を設定するためのデータが挙げられる。
異常検出回路21の検出特性を設定するための特性設定データとして、例えば、後述の放電過電流検出電圧Vdet3等の過電流検出電圧(過電流検出用の閾値電圧)を設定するための閾値電圧設定データが挙げられる。例えば、設定回路61は、メモリ部60から読み出された過電流検出電圧の設定のための閾値電圧設定データに従って、過電流検出電圧のティピカル値(代表値)を設定できる。したがって、メモリ部60に書き込まれる閾値電圧設定データの内容を変えることで、過電流検出電圧等の閾値電圧のティピカル値を共通の回路構成で変更することができる。
また、異常検出回路21の検出特性を設定するための特性設定データとして、例えば、後述の放電過電流検出遅延時間tVdet3等の遅延時間を設定するための遅延時間設定データが挙げられる。例えば、設定回路61は、メモリ部60から読み出された遅延時間設定データに従って、遅延時間のティピカル値(代表値)を設定できる。したがって、メモリ部60に書き込まれる遅延時間設定データの内容を変えることで、遅延時間のティピカル値を共通の回路構成で変更することができる。
また、メモリ部60に書き込まれるデータとして、例えば、電池保護集積回路120の回路特性についての電池保護集積回路120間の個体差を調整するための特性調整データが挙げられる。設定回路61は、例えば、メモリ部60から読み出された特性調整データの内容に従って、電池保護集積回路120の回路特性を微調整する。これにより、電池保護集積回路120の回路特性についての電池保護集積回路120間の個体差のばらつきを抑制することができる。
メモリ部60に書き込まれる特性調整データとして、例えば、後述の異常検出回路21の検出特性の個体差を吸収するためのデータが挙げられる。
異常検出回路21の検出特性の個体差を吸収するための特性調整データとして、例えば、後述の放電過電流検出電圧Vdet3等の過電流検出電圧の個体差を調整するための閾値電圧調整データが挙げられる。例えば、設定回路61は、メモリ部60から読み出された過電流検出電圧の調整のための閾値電圧調整データに従って、メモリ部60から読み出された特性設定データによって設定された過電流検出電圧のティピカル値を微調整できる。
また、異常検出回路21の検出特性の個体差を調整するための特性調整データとして、例えば、後述の放電過電流検出遅延時間tVdet3等の遅延時間の個体差を調整するための遅延時間調整データが挙げられる。例えば、設定回路61は、メモリ部60から読み出された遅延時間調整データに従って、メモリ部60から読み出された特性設定データによって設定された遅延時間のティピカル値を微調整できる。
電池保護制御回路98は、二次電池200の電流又は電圧の異常を検出する異常検出回路21と、異常検出回路21による異常検出結果に基づいてトランジスタ11,12のオン及びオフを制御する論理回路44とを備える。異常検出回路21は、例えば、過充電検出回路22と、過放電検出回路27と、放電過電流検出回路32と、充電過電流検出回路35と、短絡検出回路38とを備える。
論理回路44は、過充電と過放電と放電過電流と充電過電流と短絡の少なくとも一つの異常が検出された場合、二次電池200の充放電を制御することによって、二次電池200を保護する制御回路の一例である。
電池保護制御回路98は、例えば、二次電池200を過充電から保護する動作(過充電保護動作)を行う。例えば、過充電検出回路22は、電源端子91とグランド端子92との間の電圧を抵抗23,24により検出することによって、二次電池200の電池電圧(セル電圧)を監視する。過充電検出回路22は、メモリ部60から読み出される閾値電圧設定データに応じて設定される過充電検出電圧Vdet1以上のセル電圧を検知することにより、二次電池200の過充電が検出されたとして、過充電検出信号を出力する。過充電検出電圧Vdet1以上のセル電圧の検知及び過充電検出信号の出力は、基準電圧26及び比較器25によって行われる。
過充電検出信号を検知した論理回路44は、メモリ部60から読み出される遅延時間設定データに応じて設定される過充電検出遅延時間tVdet1の経過を待って、トランジスタ11をオフさせるローレベルの制御信号をトランジスタ11のゲートに出力する過充電保護動作を実行する。トランジスタ11がオフされることにより、トランジスタ12のオン状態及びオフ状態にかかわらず、二次電池200が過充電されることを防止することができる。論理回路44は、トランジスタ46をオフし且つトランジスタ47をオンすることによって、トランジスタ11をオフさせる。
電池保護制御回路98は、例えば、二次電池200を過放電から保護する動作(過放電保護動作)を行う。例えば、過放電検出回路27は、電源端子91とグランド端子92との間の電圧を抵抗28,29により検出することによって、二次電池200の電池電圧(セル電圧)を監視する。過放電検出回路27は、メモリ部60から読み出される閾値電圧設定データに応じて設定される過放電検出電圧Vdet2以下のセル電圧を検知することにより、二次電池200の過放電が検出されたとして、過放電検出信号を出力する。過放電検出電圧Vdet2以下のセル電圧の検知及び過放電検出信号の出力は、基準電圧31及び比較器30によって行われる。
過放電検出信号を検知した論理回路44は、メモリ部60から読み出される遅延時間設定データに応じて設定される過放電検出遅延時間tVdet2の経過を待って、トランジスタ12をオフさせるローレベルの制御信号をトランジスタ12のゲートに出力する過放電保護動作を実行する。トランジスタ12がオフされることにより、トランジスタ11のオン状態及びオフ状態にかかわらず、二次電池200が過放電されることを防止することができる。論理回路44は、トランジスタ48をオフし且つトランジスタ49をオンすることによって、トランジスタ12をオフさせる。
電池保護制御回路98は、例えば、二次電池200を放電過電流から保護する動作(放電過電流保護動作)を行う。例えば、放電過電流検出回路32は、電流検出端子95とグランド端子92との間の電圧を検出することによって、負荷接続端子6とセル接続端子4との間の電圧P−を監視する。放電過電流検出回路32は、メモリ部60から読み出される閾値電圧設定データに応じて設定される放電過電流検出電圧Vdet3以上の電圧P−を検知することにより、負荷接続端子6に流れる異常電流として放電過電流が検出されたとして、放電過電流検出信号を出力する。放電過電流検出電圧Vdet3以上の電圧P−の検知及び放電過電流検出信号の出力は、基準電圧34及び比較器33によって行われる。
放電過電流検出信号を検知した論理回路44は、メモリ部60から読み出される遅延時間設定データに応じて設定される放電過電流検出遅延時間tVdet3の経過を待って、トランジスタ12をオフさせるローレベルの制御信号をトランジスタ12のゲートに出力する放電過電流保護動作を実行する。トランジスタ12がオフされることにより、トランジスタ11のオン状態及びオフ状態にかかわらず、二次電池200を放電する方向に過電流が流れることを防止することができる。
ここで、トランジスタ12がオンしている状態で、二次電池200を放電する放電電流が流れることにより電圧P−が上昇するのは、トランジスタ12のオン抵抗による電圧上昇が生ずるからである。
電池保護制御回路98は、例えば、二次電池200を充電過電流から保護する動作(充電過電流保護動作)を行う。例えば、充電過電流検出回路35は、電流検出端子95とグランド端子92との間の電圧を検出することによって、負荷接続端子6とセル接続端子4との間の電圧P−を監視する。充電過電流検出回路35は、メモリ部60から読み出される閾値電圧設定データに応じて設定される充電過電流検出電圧Vdet4以下の電圧P−を検知することにより、負荷接続端子6に流れる異常電流として充電過電流が検出されたとして、充電過電流検出信号を出力する。充電過電流検出電圧Vdet4以下の電圧P−の検知及び充電過電流検出信号の出力は、基準電圧37及び比較器36によって行われる。
充電過電流検出信号を検知した論理回路44は、メモリ部60から読み出される遅延時間設定データに応じて設定される充電過電流検出遅延時間tVdet4の経過を待って、トランジスタ11をオフさせるローレベルの制御信号を充電制御端子93から出力する充電過電流保護動作を実行する。トランジスタ11がオフされることにより、トランジスタ12のオン状態及びオフ状態にかかわらず、二次電池200を充電する方向に過電流が流れることを防止することができる。
ここで、トランジスタ11がオンしている状態で、二次電池200を充電する充電電流が流れることにより電圧P−が低下するのは、トランジスタ11のオン抵抗による電圧低下が生ずるからである。
電池保護制御回路98は、例えば、二次電池200を短絡電流から保護する動作(短絡保護動作)を行う。例えば、短絡検出回路38は、電流検出端子95とグランド端子92との間の電圧を検出することによって、負荷接続端子6とセル接続端子4との間の電圧P−を監視する。短絡検出回路38は、メモリ部60から読み出される閾値電圧設定データに応じて設定される短絡検出電圧Vshort以上の電圧P−を検知することにより、負荷接続端子5と負荷接続端子6との間の短絡が検出されたとして、短絡検出信号を出力する。短絡検出電圧Vshort以上の電圧P−の検知及び短絡検出信号の出力は、基準電圧40及び比較器39によって行われる。
短絡検出信号は、遅延回路41に入力されてから短絡検出遅延時間tshortの経過後に遅延回路41から出力される。短絡検出遅延時間tshortは、メモリ部60から読み出される遅延時間設定データに応じて設定される時間である。
遅延回路41を介して短絡検出信号を検知した論理回路44は、トランジスタ12をオフさせるローレベルの制御信号をトランジスタ12のゲートに出力する短絡保護動作を実行する。トランジスタ12がオフされることにより、トランジスタ11のオン状態及びオフ状態にかかわらず、二次電池200を放電する方向に短絡電流が流れることを防止することができる。
過充電検出電圧Vdet1、過放電検出電圧Vdet2、放電過電流検出電圧Vdet3、充電過電流検出電圧Vdet4、短絡検出電圧Vshort等の閾値電圧を設定するための閾値電圧設定データは、メモリ部60に予め書き込まれる。
例えば、設定回路61は、メモリ部60から読み出されて出力された過充電検出電圧Vdet1の閾値電圧設定データに基づいて、抵抗23の抵抗値と抵抗24の抵抗値の少なくとも一方を変更する。これにより、設定回路61は、過充電検出電圧Vdet1を、過充電検出電圧Vdet1の閾値電圧設定データによって決まる電圧値に設定できる。また、設定回路61は、メモリ部60から読み出されて出力された過充電検出電圧Vdet1の閾値電圧調整データに基づいて、抵抗23の抵抗値と抵抗24の抵抗値の少なくとも一方を微調整する。これにより、設定回路61は、過充電検出電圧Vdet1の閾値電圧設定データによって設定された過充電検出電圧Vdet1を、過充電検出電圧Vdet1の閾値電圧調整データによって決まる電圧値に調整できる。過放電検出電圧Vdet2の設定についても同様である。
例えば、設定回路61は、メモリ部60から読み出された放電過電流検出電圧Vdet3の閾値電圧設定データに基づいて、基準電圧34の電圧値を変更する。これにより、設定回路61は、放電過電流検出電圧Vdet3を、放電過電流検出電圧Vdet3の閾値電圧設定データによって決まる電圧値に設定できる。また、設定回路61は、メモリ部60から読み出されて出力された放電過電流検出電圧Vdet3の閾値電圧調整データに基づいて、基準電圧34の電圧値を微調整する。これにより、設定回路61は、放電過電流検出電圧Vdet3の閾値電圧設定データによって設定された放電過電流検出電圧Vdet3を、放電過電流検出電圧Vdet3の閾値電圧調整データによって決まる電圧値に調整できる。充電過電流検出電圧Vdet4、短絡検出電圧Vshort等の閾値電圧の設定についても同様である。
過充電検出遅延時間tVdet1、過放電検出遅延時間tVdet2、放電過電流検出遅延時間tVdet3、充電過電流検出遅延時間tVdet4、短絡検出遅延時間tshort等の遅延時間を設定するための遅延時間設定データは、メモリ部60に予め書き込まれる。
例えば図17に示されるように、設定回路61は、メモリ部60から読み出されて出力された過充電検出遅延時間tVdet1の遅延時間設定データに基づいて、遅延回路45のカウンタ42により生成される遅延時間を選択する選択回路61bを有する。これにより、設定回路61は、過充電検出遅延時間tVdet1を、過充電検出遅延時間tVdet1の遅延時間設定データによって決まる値に設定できる。よって、遅延回路45は、設定回路61の選択回路61bにより選択された過充電検出遅延時間tVdet1を生成できる。なお、過充電検出遅延時間tVdet1は、過充電が過充電検出回路22により検出されてからトランジスタ11がオフされるまでの遅延時間である。
過放電検出遅延時間tVdet2、放電過電流検出遅延時間tVdet3、充電過電流検出遅延時間tVdet4等の遅延時間の設定についても同様である。
遅延回路45は、カウンタ42と発振器43とを有する。カウンタ42は、例えば、複数のフリップフロップが直列に接続された回路を有し、複数の異なる遅延時間を生成できる。カウンタ42は、発振器43からのクロックに従って動作する。
例えば図18に示されるように、設定回路61は、メモリ部60から読み出された短絡検出遅延時間tshortの遅延時間設定データに従って、遅延回路41内の一次遅れ回路41aの時定数を一次遅れ回路41aの抵抗値の調整により変更する変更回路61cを有する。これにより、設定回路61は、短絡検出遅延時間tshortを、短絡検出遅延時間tshortの遅延時間設定データによって決まる値に設定できる。よって、遅延回路41は、設定回路61の変更回路61cにより設定された短絡検出遅延時間tshortを生成できる。なお、短絡検出遅延時間tshortは、短絡が短絡検出回路38により検出されてからトランジスタ12がオフされるまでの遅延時間である。
このように、電池保護集積回路120は、電源経路7の一部の電流経路と、一対のトランジスタ11,12と、電池保護制御回路98と、メモリ部60と、設定回路61とを内蔵する。電池保護集積回路120は、例えば、これらの要素を一つのパッケージ(例えば、レジン封止体)内に備えたものである。
図5は、メモリ部60の構成の第一例を示す図である。メモリ部60は、過充電検出回路22と、過放電検出回路27と、放電過電流検出回路32と、充電過電流検出回路35と、短絡検出回路38とのうちの少なくとも一つの検出回路の検出特性に関して、特性設定データと特性調整データとの少なくとも一方のデータを記憶する。一つの検出回路の検出特性には、過充電検出電圧Vdet1と、過放電検出電圧Vdet2と、放電過電流検出電圧Vdet3と、充電過電流検出電圧Vdet4と、短絡検出電圧Vshortとのうちの少なくとも一つの検出電圧(検出用閾値電圧)が含まれる。
メモリ部60は、一対のメモリセル64,65と、メモリ回路66とを有する。なお、図5に示されるメモリ部60は、特性設定データ等のデータの1ビット分を記憶する回路であり、必要なビット数分のメモリ部60が電池保護集積回路120に複数搭載される。メモリ部60は、一対のメモリセル64,65とメモリ回路66との組を、特性設定データと特性調整データとの少なくとも一方のデータのビット数分以上有する。
一対のメモリセル64,65は、1ビットを相補的に記憶する不揮発性のメモリ素子である。すなわち、第一メモリセル64と第二メモリセル65とは、互いに反転した値を保持し、例えば、第一メモリセル64が「0」を保持している場合、第二メモリセル65は「1」を保持している。
メモリ部60は、データを静的に(スタティックに)出力させるメモリセルを選択する一対の選択トランジスタ62,63を有してもよい。第一選択トランジスタ62は、第一メモリセル64とメモリ電源との間に直列に接続され、第二選択トランジスタ63は、第二メモリセル65とメモリ電源との間に直列に接続される。一対の選択トランジスタ62,63は、いずれも、Pチャネル型のMOSFET(PMOSトランジスタ)である。
第一選択トランジスタ62は、ゲート制御信号がオン(アクティブレベル)のときオンし、第一メモリセル64に記憶されたデータを出力ノードBに静的に出力することを許可する。一方、第一選択トランジスタ62は、ゲート制御信号がオフ(非アクティブレベル)のときオフし、第一メモリセル64に記憶されたデータを出力ノードBに出力することを禁止する。
第二選択トランジスタ63は、ゲート制御信号がオン(アクティブレベル)のときオンし、第二メモリセル65に記憶されたデータを出力ノードAに静的に出力することを許可する。一方、第二選択トランジスタ63は、ゲート制御信号がオフ(非アクティブレベル)のときオフし、第二メモリセル65に記憶されたデータを出力ノードAに出力することを禁止する。
図5の場合、ゲート制御信号がオンとは、ゲート制御信号のレベルがローレベルであることを意味し、ゲート制御信号がオフとは、ゲート制御信号のレベルがハイレベルであることを意味する。
このような選択トランジスタを設けることによって、データを静的に出力させるメモリセルを、制御ゲート信号に従って選択することができる。
ゲート制御信号は、メモリ部60の外部回路から供給される信号である。ゲート制御信号は、データをメモリセルに書き込む時にオンとなり、書き込み後、データをメモリセルから静的に出力させるため常時オンに固定される。
メモリ回路66は、一対のメモリセル64,65の出力ノードA,Bにクロスカップルで接続される揮発性のメモリ回路の一例である。メモリ回路66は、電池保護集積回路120の電源端子91の電源電圧VDD(図4参照)の立ち上がりに伴って、特性設定データと特性調整データとの少なくとも一方のデータ分の一対のメモリセル64,65に記憶されたデータを出力ノードA,Bに静的に(つまり、常時読み出し可能に)出力する。図5の場合、メモリ回路66は、例えば、電池保護集積回路120の電源電圧VDDの立ち上がり以後に、一対のメモリセル64,65のうちの一方の第二メモリセル65に記憶されたデータを設定回路61に静的に出力する。
メモリ回路66に供給されるメモリ電源の電圧は、電源端子91の電源電圧VDDの立ち上がりに伴って立ち上がり、例えば、電源電圧VDDがレギュレータにより降圧されたレギュレート電圧である。メモリ電源の電圧は、電源電圧VDDと同じでもよい。
図5には、メモリ回路66が襷掛けラッチ回路である場合が例示されている。襷掛けラッチ回路は、例えば、互いに襷掛けで接続された第一導電型第一MOSトランジスタと第一導電型第二MOSトランジスタとを含む回路である。図5の襷掛けラッチ回路は、第一NMOSトランジスタ68と第二NMOSトランジスタ70とを襷掛けで接続した回路を含む。NMOSトランジスタとは、Nチャネル型のMOSFETを意味する。
第一NMOSトランジスタ68は、第一メモリセル64とグランド(VSS)との間に直列に接続され、第二NMOSトランジスタ70は、第二メモリセル65とグランド(VSS)との間に直列に接続される。第一NMOSトランジスタ68のゲートは、第二メモリセル65のドレインと第二NMOSトランジスタ70のドレインとの間の出力ノードAに接続される。第二NMOSトランジスタ70のゲートは、第一メモリセル64のドレインと第一NMOSトランジスタ68のドレインとの間の出力ノードBに接続される。
メモリ部60は、第一メモリセル64と第一NMOSトランジスタ68との間に直列に接続される第一起動トランジスタ67と、第二メモリセル65と第二NMOSトランジスタ70との間に直列に接続される第二起動トランジスタ69とを備えてもよい。第一起動トランジスタ67及び第二起動トランジスタ69は、例えば、NMOSトランジスタである。
第一起動トランジスタ67及び第二起動トランジスタ69は、起動信号CROSS_SWがオン(アクティブレベル)のときオンし、メモリ回路66のラッチ機能を有効化する。一方、第一起動トランジスタ67及び第二起動トランジスタ69は、起動信号CROSS_SWがオフ(非アクティブレベル)のときオフし、メモリ回路66のラッチ機能を無効化する。図5の場合、起動信号CROSS_SWがオンとは、起動信号CROSS_SWのレベルがハイレベルであることを意味し、起動信号CROSS_SWがオフとは、起動信号CROSS_SWのレベルがローレベルであることを意味する。
起動信号CROSS_SWは、メモリ部60の外部回路から供給される信号である。起動信号CROSS_SWは、一対のメモリセル64,65へのデータの書き込みが完了した後に、オフからオンに切り替わる。起動信号CROSS_SWのオンによりメモリ回路66のラッチ機能が有効となるので、メモリ回路66は、一対のメモリセル64,65に書き込まれたデータを保持(ラッチ)する。
このような襷掛け構成により、一対のメモリセル64,65へのデータの書き込みが一度完了すれば、一対のメモリセル64,65からのデータの読み出し用の制御信号を用いなくても、一対のメモリセル64,65のデータが静的に出力可能になる。
メモリ部60は、このように、データを相補的に記憶する不揮発性の一対のメモリセル64,65と、一対のメモリセル64,65の出力にクロスカップルで接続される揮発性のメモリ回路66とを有する構成を備える。このような構成によれば、一対のメモリセル64,65に互いに反転した値を書き込んでおくことで、メモリ電源の立ち上がりに伴って、一対のメモリセル64,65に記憶されたデータはメモリ回路66により直ちにラッチされる。したがって、図6のように、メモリ電源の立ち上がりとほぼ同時に、一対のメモリセル64,65から出力されるデータがハイレベルかローレベルかを速やかに確定可能である。そして、メモリ回路66によりラッチされたデータは、常時出力されていることになるので、データの常時読み出しが可能となる。
図7は、メモリ部60の動作の一例を示す図である。第一メモリセル64がオフ状態(データ未書き込み状態)で第二メモリセル65がオン状態(データ書き込み状態)のときの回路動作例を説明する。
出力ノードAは第二メモリセル65がオンであるから、メモリ電源と同じハイレベルのデータが出力される。また、出力ノードAの電位がゲートに入力されている第一NMOSトランジスタ68もオンする。第一NMOSトランジスタ68のオン及び第一メモリセル64のオフにより、出力ノードBはローレベル(グランドレベル:0V)になる。出力ノードBの電位がゲートに入力されている第二NMOSトランジスタ70はオフする。
つまり、メモリ電源の立ち上がり直後でも、第一NMOSトランジスタ68がオンでも第一メモリセル64がオフであり、第二メモリセル65がオンでも第二NMOSトランジスタ70がオフであるので、メモリ部60に流れる貫通電流を抑制可能である。
また、本構成により、メモリセルのデータを常時出力し続けることができるスタティック動作を実現できる。また、電源の立ち上がりの際でも、メモリセルのデータ及びメモリ部60の出力データを安定的な読み出しが可能となる。
また、本回路は、メモリセルと直列に接続されたトランジスタにより、スタティックラッチを実現しているので、従来のラッチ回路や読み出し用の制御信号を必要とせず、電源の立ち上り直後でも安定したメモリデータを、そのまま、設定回路61で使うことができる。したがって、データを読み出すたびに発生する電流を無くすことができる。また、定常的に読み出し制御をするクロック回路等の追加が不要となり、使い勝手の向上、消費電流及びチップサイズの低減を実現できる。
図8は、メモリ部60の構成の第二例を示す図である。第一例と同様の構成については、第一例の上述の説明を援用する。図8のメモリ回路71は、図7の構成に対して一対のPMOSトランジスタを追加した構成(すなわち、CMOS(Complementary MOS)構成)を含む回路である。
ラッチ回路をCMOS構成とすることで、データのラッチ状態に合わせて、未書き込み側のメモリセル回路の電源ラインを遮断制御し、不要なリーク電流の発生防止、未書き込みメモリセルのストレス回避ができる。
メモリ回路71は、第一PMOSトランジスタQ1と第一NMOSトランジスタQ3とによって構成される第一CMOSインバータと、第二PMOSトランジスタQ2と第二NMOSトランジスタQ4とによって構成される第二CMOSインバータとを含む回路である。メモリ回路71は、第一CMOSインバータと第二CMOSインバータとによってラッチ回路が構成される。
第一NMOSトランジスタQ3は、第一導電型第一MOSトランジスタの一例であり、第一PMOSトランジスタQ1は、第二導通型第一MOSトランジスタの一例であり、第二NMOSトランジスタQ4は、第一導電型第二MOSトランジスタの一例であり、第二PMOSトランジスタQ2は、第二導通型第二MOSトランジスタの一例である。
第一PMOSトランジスタQ1は、第一NMOSトランジスタQ3と一対のメモリセル64,65のうちの一方のメモリセル64との間に直列に挿入されて接続されている。一方、第二PMOSトランジスタQ2は、第二NMOSトランジスタQ4と一対のメモリセル64,65のうちの他方のメモリセル65との間に直列に挿入されて接続されている。
一対のメモリセル64,65からのデータが読み出されるとき、ゲート制御信号および起動信号CROSS_SWは共にオン状態である。この状態でメモリ電源が立ち上がる際の図8のメモリ部60の動作を、図9及び図10を参照して説明する。
図9は、図8の形態のメモリ部60をモデル化した回路の一例を示す図である。図10は、図8の形態のメモリ部60の動作の一例を示す図である。第一メモリセル64がオン状態(データ書き込み状態)で第二メモリセル65がオフ状態(データ未書き込み状態)のときの回路動作例を説明する。
期間T1において、第二メモリセル65がオフのため、ノードG4,G1の電位は、不定値(ほぼゼロ)である。よって、第一PMOSトランジスタQ1のゲート−ソース間電圧(G3−G1)は、第一PMOSトランジスタQ1の閾値|Vthp(Q1)|以上であるため、第一PMOSトランジスタQ1はオンする。
一方、期間T1において、第二メモリセル65がオフのため、ノードG4(第二PMOSトランジスタQ2のソース電位)が不定値(ほぼゼロ)である。よって、第二PMOSトランジスタQ2のゲート−ソース間電圧(G4−G2)は、第二PMOSトランジスタQ2の閾値|Vthp(Q2)|未満であるため、第二PMOSトランジスタQ2はオフのままである。
第一PMOSトランジスタQ1がオンすることにより、ノードG2の電位が、メモリ電源と同じハイレベルに変化する(期間T2)。ノードG2の電位が上昇すると、第二NMOSトランジスタQ4がオンし、ノードG1の電位がローレベル(グランドレベル)に変化する(期間T2)。この状態で回路が継続的に安定する(期間T3)。
このように、本構成によれば、読み出し用の制御クロック等がなくても、メモリ電源とほぼ同時にデータ出力を確定することができる。
図11は、メモリ部60の構成の第三例を示す図である。第一例及び第二例と同様の構成については、第一例及び第二例の上述の説明を援用する。図11のメモリ回路72は、図8の構成に対して、一対のメモリセル64,65及び一対の選択トランジスタ62,63の一を変更したものである。
第一PMOSトランジスタQ1は、メモリ電源と一対のメモリセル64,65のうちの一方のメモリセル64との間に直列に挿入されて接続されている。一方、第二PMOSトランジスタQ2は、メモリ電源と一対のメモリセル64,65のうちの他方のメモリセル65との間に直列に挿入されて接続されている。
一対のメモリセル64,65からのデータが読み出されるとき、ゲート制御信号および起動信号CROSS_SWは共にオン状態である。この状態でメモリ電源が立ち上がる際の図11のメモリ部60の動作を、図12及び図13を参照して説明する。
図12は、図11の形態のメモリ部60をモデル化した回路の一例を示す図である。図13は、図11の形態のメモリ部60の動作の一例を示す図である。第一メモリセル64がオン状態(データ書き込み状態)で第二メモリセル65がオフ状態(データ未書き込み状態)のときの回路動作例を説明する。
期間T11において、第二メモリセル65がオフのため、メモリ電源と同じハイレベルが出力されないので、ノードG1(第一PMOSトランジスタQ1のゲート電位)の初期状態は、ローレベルを保持する。よって、第一PMOSトランジスタQ1のゲート−ソース間電圧は、第一PMOSトランジスタQ1の閾値|Vthp(Q1)|以上であるため、第一PMOSトランジスタQ1はオンする。
第一PMOSトランジスタQ1がオンすることにより、ノードG2の電位が不定値からメモリ電源と同じハイレベルに変化する(期間T12)。ノードG2の電位が上昇すると、第二NMOSトランジスタQ4がオンすることで、ノードG1の電位はローレベル(グランドレベル)に変化する(期間T2)。この状態で回路が継続的に安定する(期間T13)。
このように、本構成によれば、読み出し用の制御クロック等がなくても、メモリ電源とほぼ同時にデータ出力を確定することができる。
図14は、一対のメモリセル64,65に書き込まれたデータをプロテクトするデータプロテクト回路80の一例を示す図である。メモリ部60は、書込データ生成回路86と、データプロテクト回路80と、ロジック回路85を備えてもよい。データプロテクト回路80は、書込データ生成回路86が一対のメモリセル64,65にデータを書き込んだ後、一対のメモリセル64,65のデータ書き込みを禁止する書き込み禁止回路の一例である。次に、図14及び図15を参照して、データ書き込みの禁止動作の一例について説明する。
一対のメモリセル64,65へのデータの書き込み期間では、書込データ生成回路86は、書き込みデータWa,Wbを出力し、ロジック回路85は、一対のメモリセル64,65へのデータの書き込みを許可する書込許可信号を有効化する。書込許可信号の有効化により、一対のスイッチ87,88がオンする。これにより、書き込みデータWaは、第一メモリセル64に書き込まれ、書き込みデータWbは、第二メモリセル65に書き込まれる。
書き込みデータは、書込データ生成回路86により制御され、書き込みが行われる。書込データ生成回路86は、データ出力をハイレベルに設定する時のメモリの書き込みを行う場合、データWaをハイレベル、データWbをローレベルにする。これにより、メモリセル65がオンする。一方、書込データ生成回路86は、データ出力をローレベルに設定する時のメモリの書き込みを行う場合、データWaをローレベル、データWbをハイレベルにする。これにより、メモリセル64がオンする。このため、一対のメモリセル64,65に書き込まれるデータのレベルは必ず反転する。この状態では、データプロテクト回路80は非活性状態、書込許可信号はアクティブ状態であり、メモリセルは書き込み可能状態である。
次に書込データ生成回路86がメモリセルに対して書き込み完了後、データプロテクト回路用ゲート制御信号が有効となりトランジスタ81がオンする。さらにロジック回路85は、データプロテクト回路用書込許可信号を有効化することで、トランジスタ84はオンする。これにより、プロテクトビットのメモリ82は、書き込み可能となる。
プロテクトビットのメモリ82が書き込まれると、データプロテクト信号はメモリ電源のレベルが出力され、プロテクト動作が有効となり、ロジック回路85は、一対のスイッチ87,88をオフに固定することで、全てのデータメモリの書込許可信号を無効にする。したがって、データ用メモリの再書き込みや誤書き込みを防止することができ、データメモリ情報の保護に効果がある。
メモリセルへの書き込みは、PMOSトランジスタのソースに高電圧を印加し、電荷をグランドに引き抜くことで行われる。そのため、メモリセルからグランドへ繋がる経路、たとえば一対のスイッチ87,88の経路が無くなると、メモリセルにデータを書き込むことができなくなる。よって、一対のメモリセル64,65へのデータの誤書き込みを防止することができる。
以上、電池保護集積回路を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。
例えば、データを静的に出力させるメモリセルを選択する選択トランジスタは、メモリセルとグランドとの間に位置してもよい。例えば、図5において、第一選択トランジスタ62は、第一メモリセル64と出力ノードBとの間に直列に接続されてもよく、第二選択トランジスタ63は、第二メモリセル65と出力ノードAとの間に直列に接続されてもよい。