JPS63294116A - 時定数回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、所望の遅延時間を設足する場合に用いて好適
な特定数回路に関し、特に特定数を決定するコンデンサ
の破壊低減を行うための回路技術に関する。、 〔従来の技術〕 コンデンサ、抵抗からなる特定数回路、及び特定数回路
の利用は、当業者間において広く知られているものであ
る。また上記特定数回路を含む素子回路が、半導体集積
回路（以下においてＩＣという）化されつつあることも
、よく知られている。

特定数回路に使用されるコンデンサが小容量でよい場合
、ＭＯＳコンデンサかＰＮ接合コンデンサが使用される
ことがある。なお、上記ＭＯＳコンデンサについては、
「集積回路工学（１）Ｊ　（昭和５７年５月１５日初版
第５版発行、発行所コロナ社、ｐ５５　）に、接合コン
デンサについては同書のＩ）Ｉ）３９〜４０に記載され
ている。

その概要は、ＭＯＳコンデンサは酸化膜とシリコン半導
体との間に形成され、接合コンデンサは逆バイアスされ
たＰＮ接合間に形成される、というものである。

本発明者は、コンデンサの充電及び放電特性を利用した
特定数回路のＩＣ化を検討した。この際上記二種のコン
デンサについて、下記の如き問題点があることが明らか
になった。以下は公知とされた技術ではないが、本発明
者によって検討された技術でろシ、その概要は下記のと
おりである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

すなわち、ＭＯＳコンデンサの耐圧は２０Ｖ程度と優れ
ているが、単位面積当たりのＳｔが小さいためＩＣの集
積度が低下する、という問題点を有している。

接合コンデンサについては、単位面積当たシの容量が大
きく、ＩＣの集積度を向上し得る、という利点を有して
いるものの、耐圧が約７，３Ｖ程度であり電圧変動によ
って破壊されやすい、という問題点を有している。

上記したＩＣの集積度の低下は、実装密度の低下、生産
コストの増大、素子機器の小型軽量化の障害になり、好
ましくない。

そこで本発明者は、接合コンデンサの利点を活かし、問
題点を克服することを検討した。その結果、接合コンデ
ンサに印加される電圧レベルの上限を規定することがで
きれば、接合コンデンサが低耐圧であっても電源変動時
等に破壊低減を行い得ることに気づき、本発明を提案す
るに至った。

この際、回路構成が複雑になり、回路素子数が増大して
は、集積度の低下を防ぐ、という主旨に逆行することに
なるので、回路構成の簡易化にも多大の注意が払われた
。

本発明の目的は、ＩＣに形成される接合コンデンサを利
用した特定数回路の信頼度を向上せしめることにある。

本発明の他の目的は、特定数回路に利用される接合コン
デンサの破壊低減を行い、特定数回路が形成されたＩＣ
の集積度の向上、信頼度の向上を図ることにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書および添付図面から明らかになるであろう。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、制御信号によυオン、オフ動作するスイッチ
ング素子（トランジスタＱ、）に対し並列に接合コンデ
ンサＣを接続し、上記スイッチング素子がオン状態のと
き上記接合コンデンサＣの放電を行い、オフ状態のとき
上記接合コンデンサＣの充電を行うように構成し、充電
時の変位電流から所定時間遅延した出力信号を得る。更
に上記接合コンデンサＣに対し実質的に並列にクランプ
回路を設け、上記接合コンデンサＣにかかる電圧が、耐
圧以上に変動するとき上記クランプ回路によって所定電
圧レベルに設定し、接合コンデンサの破壊低減を行うも
のである。

〔作用〕

上記した手段によれば、接合コンデンサの両端に耐圧以
上の電圧がかかることがなく、接合コンデンサを利用し
た特定数回路の信頼度を向上することができる。

〔実施例−１〕 以下、第１図および第２図を参照して本発明を適用した
特定数回路の第１実施例を説明する。なお、第１図は特
定数回路の回路図、第２図は回路動作を説明する電圧特
性図である。

不実施レリの特徴は、充電及び放電動作を行う接合コン
デンサＣに対し、ツェナーダイオードＺＤ。

抵抗１（、ａからなるクランプ回路１を並列接続したこ
とにある。

スイッチＳＷは、制御信号（図示せず）によって開閉さ
れるものであり、先ずオン状態に切シ換−見られた場合
の回路動作から説明する。

この場合、抵抗Ｒ，、Ｒ，の電流径路が構成され、所定
のバイアス電圧がトランジスタＱ１に供給される。トラ
ンジスタＱ、は、本発明でいうスイッチング素子に相尚
するものであり、これがオン状態に動作する。接合コン
デンサＣの両端電圧はＶｃｅＱ、になり、いわば短絡さ
れた状態になって充電動作は行われない。

トランジスタＱ、のコレクタ電流１ｃは、ダイオードＩ
Ｊ１を介して定電流回路Ｃ８に流れると同時に、トラン
ジスタＱ３のベース電流ともなる。

なお、ダイオードＤ、は、トランジスタＱ３の電流増幅
率ｈｆｅのばらつきによる遅延時間Ｔの変動を抑制する
ものであフ、ダイオードＤ、を流れる電流をＩｄ、ベー
ス電流をｉｂとするとＩ　ｄ　））　Ｉ　ｂの分流動作
を行う。

トランジスタＱ３がオン状態に動作し、定電流回路Ｃ８
の一端から出力電圧ＶＯが得られる。ここでトランジス
タＱ３のペース電圧ｖａと出力電圧ＶＯとを比較するト
、Ｖ　ａ　−Ｖ　ｂ　ｅ　Ｑ　、　＝＝　Ｖｃ）となる
。

演算増幅器１ｔ、、上記出力電圧■０と基準電圧■ｒｅ
ｆとを比較するものであって、Ｖｏ）Ｖｒｅｆのときハ
イレベルの出力信号ｖｂを得る。

インバータ３は、位相反転した出力信号ＶＣを出力トラ
ンジスタＱ４に供給する。出力トランジスタＱ４がオフ
になり、出力信号■Ｏｕｔは第２図に示すようにハイレ
ベルになる。

次に、スイッチＳＷがオフに切り換えられた場合の回路
動作を説明する。

スイッチＳＷが、第２図に示す１１　時点でオフ状態に
切り換えられたとする。

トランジスタＱ１に供給されていたバイアス電圧が遮断
され、トランジスタＱ、がオフになる。

コンデンサＣが充電開始となシ、変位電流■ａがトラン
ジスタＱ、のベースとダイオードＤ、とに流れる。コン
デンサＣの両端電圧は次第に上昇するが、＋ＶＣＣ電圧
が一定であるため、電圧■ａおよび出力電圧ｖＯの電圧
レベルが第２図に示すように＋ＶＣＣからみて次第に低
下する。このときの電圧レベルの低下速度、換言すれば
電圧レベルが低下する角度は、上記コンデンサＣの容量
と電流ＩＯとによって決定される。

出力電圧■０と基準電圧■ｒｅｆとが、Ｖｏ（Ｖｒｅｆ
の関係になったとき演算増幅器２の出力信号ｖｂがロー
レベルになバインバータ３の出力信号ＶＣがハイレベル
になる。

トランジスタＱ４がオン状態に動作し、抵抗Ｒ３の電圧
降下によって出力信号Ｖ　ｏ、ｕ　ｔ　がローレベルに
変化する。

すなわち、第２図に示すように、スイッチＳＷがオフに
切り換えられた時点ｔ１から１時間遅延して、出力信号
■Ｏｕｔがハイレベルからローレベルに変化する。

ここで上記遅延時間Ｔについて述べると、Ｖｏ（Ｖｒｅ
ｆの時点で演算増幅器２の出力信号ｖｂが位相反転する
のであるから、基準電圧■ｒｅｆの電圧レベルも遅延時
間Ｔに関与していることが理解できる。

定されることになる。

次に、クランプ回路１によるコンデンサＣの破壊低減動
作を説明する。

上記特定数回路が自動車用機器に登載されている場合を
想定すると、カーパッテリイの電圧は１３Ｖ〜１８Ｖも
あシ、接合コンデンサＣの耐圧は上記のように７．３Ｖ
程度であるから、このままでは使用できない。しかもカ
ーバッテリイの電圧レベルは、第１図のごとくフィルタ
回路４を設けていても大幅に変動するものであり、コン
デンサＣが破壊される可能性が犬である。

しかし、クランプ回路１を設けることにより、以下に述
べるようにしてコンデンサＣの破壊低減が行われる。

すなわち、ツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧Ｖｚ
は５．６Ｖ程度であるため、コンデンサＣの両端電圧が
５．６ｖ以上になると、ツェナー電流が流れるようにな
る。

この結果、コンデンサＣの両端電圧、換言すれば電圧Ｖ
ａの電圧レベルは、第２図のａ点以降に示すように傾斜
状態から水平状態に移行し、コンデンサＣの両端電圧の
クランプが行われる。従って、Ｖｃｃ電源がコンデンサ
Ｃの耐圧以上の電圧レベルであっても、或いは不測の事
態にょシ一時的に急上昇しても、コンデンサＣに耐圧以
上の電圧がかかることがなく、コンデンサＣの保護が行
われる。

次に、スイッチＳＷを再びオン状態に切り換えた場合の
回路動作を説明する。

抵抗Ｒ，，Ｒ，の電流径路が形成され、トランジスタＱ
１に再びバイアス電圧が供給される。トランジスタＱ、
がオンになシ、電圧Ｖａの電圧レベルはＶｃｃ−Ｖｃｅ
Ｑｌで決定されるようになシ、１２時点で示すように急
上昇する。コンデンサＣが短絡状態になり、電流Ｉａが
遮断される。トランジスタＱ３がオン状態になり、出力
電圧ＶＯはＶｏ＝Ｖａ−ＶｂｅＱ、で決定されるように
なる。

基準電圧■ｒｅｆとはＶｒｅｆ（Ｖｏの関係になるので
、演算増幅器２の出力信号ｖｂはハイレベル、インバー
タ３の出力信号ＶＣはローレベルに変化する。トランジ
スタＱ４がオフになり、出力信号■ｏｕｔｔが第２図の
ｔ７時点で示すようにハイレベルに移行する。

以上に述べたように、スイッチＳＷをオン状態に切り換
えることにより、特定数回路は再び初期の状態に復帰し
、特定数動作を開始し得るようになる。

不実施例に示した特定数回路は、下記の如き効果を奏す
るものである。　− （１）半導体基板に形成される接合コンデンサを用いて
特定数回路を構成することにより、特定数回路を具備す
るＩＣの集積度を向上し得る、という効果が得られる。

（２）上記接合コンデンサの耐圧よシ低電圧のクランプ
回路を上記援合コンテンサに接続し、接合コンデンサの
両端電圧を耐圧以下のレベルにクランプすることにより
、上記接合コンデンサの過電圧による破壊を低減し得る
、という効果が得られる。

（３）上記（１，）（２）により、特定数回路を具備す
るＩＣの信頼度が向上する、という効果が得られる。

（４）上記（１）により、特定数回路を具備するＩＣの
小型化が可能になり、このＩＣを使用する素子機器の実
装密度を向上し得る、という効果が得られる。

次に、第３図を参照して本発明の第２実施例を説明する
。

なお、本実施例と上記第１実施例との相違点は、クラン
プ回路１によって上記出力電圧■０の電圧レベルをクラ
ンプするように構成したことにある。

従って、上記第１実施例と同一の回路動作をなす部分に
は同一の符号を付し、説明の重複を避けるものとする。

スイッチＳＷがオン状態に切シ換えられた場合の回路動
作は、上記第１実施例と同様である。′スイッチＳＷが
オフに切シ換えられると、電圧Ｖａ、出力電圧■０が第
２図に示すようにレベル変化する。そして基準電圧■ｒ
ｅｆと出力電圧■０との比較動作の上記同様に行われ、
インバータ３、トランジスタＱ４も上記同様に動作して
１時間遅延した出力信号■ｏｕｔが得られる。

本実施例では、クランプ回路１が電源ＶＣＣと出力電圧
■０との電圧差を検出してクランプ動作を行うので、出
力電圧■０がＶＣＣ−Ｖｚ　ｉで低下した時点、すなわ
ち第２図に示すｂ点でクランプ動作が行われる。

この結果、コンデンサＣの両端電圧は、Ｖｚ−ＶｂｅＱ
３の電圧レベルに保持されるようになシ、上記第１実施
例に比較して約０．７■低電圧に保持される。従って、
コンデンサＣの保護は、上記第１実施例に比較し更に確
実になる。

なお、スイッチＳＷを再びオン状態に切り換えると、上
記第１実施例で述べた場合と同様の復帰動作が行われ、
特定数動作を繰り返して行い得るようになる。

以上に本発明の第２実施例を説明したが、不実施例に示
した特定数回路は、上記第１実施例で述べた如き効果を
奏するものである。

以上に、本発明者によってなされた発明を実施例にもと
づき具体的に説明したが、本発明は上記に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

例えば、定電流回路Ｃ８は電圧に変更し得る。

更にダイオードＤ、に抵抗を直列接続し、電流１ｄを調
整してもよい。また基準電圧Ｖｒｅｆは、可変し得るよ
うにしてもよい。この場合、遅延時間の可変が容易にな
る、という利点がある。

以上の説明では、主として本発明者によってなされた発
明をその背景となった利用分野である特定数回路に適用
した場合について説明したが、それに限定されるもので
はなく、特定数回路を必要とする各種制御機器、特に電
源が変動する自動車用制御機器等に広く利用することが
できる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

すなわち、半導体基板に形成される接合コンデンサを利
用して特定数回路を構成し、上記接合コンデンサの耐圧
よりも低電圧のクランプ回路によって上記接合コンデン
サの両端電圧をクランプするように構成した。依って、
上記特定数回路が形成されるＩＣの集積度を向上させる
ことができるうえに、上記接合コンデンサの過電圧によ
る破壊を低減することができ、特定数回路が形成された
ＩＣの信頼度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した特定数回路の第１実施例を示
す回路図、 第２図は上記特定数回路の回路動作を説明する電圧特性
図、 第３図は本発明の第２実施例を示す特定数回路の回路図
をそれぞれ示すものである。 １・・・クランプ回路、２・・・演算増幅器、３・・・
インバータ、Ｃ・・・接合コンデンサ、Ｑ＋〜Ｑ４・・
・トランスタ、Ｚｄ・・・ツェナーダイオ−）”、ｌａ
〜Ｉｏ・・・電流、■ａ・・・電圧、■０・・・出力電
圧、■ｒｅｆ・・・基準電圧、ｖｏｕｔ・・・出力信号
。 ゛、−ノ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、半導体基板に、形成された接合コンデンサと、上記
   接合コンデンサを充電及び放電動作に選択的に駆動する
   スイッチ素子と、上記接合コンデンサの耐圧よりも低電
   圧レベルの定電圧で該接合コンデンサの両端電圧をクラ
   ンプするクランプ回路と、をそれぞれ具備したことを特
   徴とする特定数回路。