WO2023162826A1

WO2023162826A1 - 車載用集積回路、車載電子機器

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Publication number: WO2023162826A1
Application number: PCT/JP2023/005294
Authority: WO
Inventors: 光輝酒井
Original assignee: ローム株式会社
Priority date: 2022-02-28
Filing date: 2023-02-15
Publication date: 2023-08-31

Abstract

定電圧回路５００は、キャパシタ接続端子ＦＩＬＡに発生する電圧ＶＦＩＬＡを安定化する。内部回路４１０は、キャパシタ接続端子ＦＩＬＡに発生する電圧ＶＦＩＬＡにもとづいて動作する。第１分圧回路５１０は、電源端子ＶＣＣに発生する電源電圧ＶＣＣを分圧して得られる第１電圧をキャパシタ接続端子ＦＩＬＡに発生する。充電トランジスタＱ１は、一端がキャパシタ接続端子ＦＩＬＡと接続される。第２分圧回路５２０は、電源電圧ＶＣＣを分圧して得られる第２電圧Ｖｂ１を充電トランジスタＱ１の制御端子に発生する。クランプ回路５３０は、キャパシタ接続端子ＦＩＬＡに発生する電圧ＶＦＩＬＡおよび充電トランジスタＱ１の制御端子の電圧を、リミット電圧を超えないようにクランプする。

Description

車載用集積回路、車載電子機器

　本開示は、車載用集積回路に関する。

　車載用オーディオシステムやカーナビゲーションシステム、その他車載電装機器に使用される半導体集積回路（車載用集積回路）は、バッテリからのバッテリ電圧を直接、電源端子に受けて動作するものがある。車載用のバッテリは、使用中に定格電圧（たとえば１４．４Ｖ）から大きく変動することから、このような半導体集積回路には、バッテリ電圧の過酷な変動下でも正常に動作することが要求され、出荷前には、ロードダンプ試験やコールドクランク試験などによって性能がテストされる。たとえばロードランプ試験では、４０Ｖ付近の過電圧が、半導体集積回路の電源端子に過渡的に印加される。

特開２０２１－７１９３０号公報

　半導体集積回路を、４０Ｖに耐えうるＤＭＯＳ（Double-Diffused MOS）などの高耐圧素子で構成すれば、ロードダンプ試験をパスすることができるが、高耐圧素子は低耐圧素子に比べて素子サイズが大きいため、半導体集積回路のチップ面積、ひいてはコストが増大するという問題がある。

　本開示は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、チップ面積の増加を抑えつつ、過電圧に対する耐性を高めた車載用集積回路の提供にある。

　本開示のある態様は、車載用集積回路に関する。車載用集積回路は、バッテリと接続されるべき電源端子と、外付けのキャパシタが接続されるべきキャパシタ接続端子と、キャパシタ接続端子に発生する電圧を安定化する定電圧回路と、キャパシタ接続端子に発生する電圧にもとづいて動作する内部回路と、を備える。定電圧回路は、入力ノードが電源端子と接続され、出力ノードがキャパシタ接続端子と接続され、電源端子に生ずる電源電圧を分圧して得られる第１電圧をキャパシタ接続端子に発生する第１分圧回路と、一端がキャパシタ接続端子と接続される充電トランジスタと、入力ノードが電源端子と接続され、出力ノードが充電トランジスタの制御端子と接続され、電源電圧を分圧して得られる第２電圧を充電トランジスタの制御端子に発生する第２分圧回路と、キャパシタ接続端子に発生する電圧および充電トランジスタの制御端子の電圧をクランプするクランプ回路と、を備える。

　なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、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、本発明あるいは本開示の態様として有効である。さらに、この項目（課題を解決するための手段）の記載は、本発明の欠くべからざるすべての特徴を説明するものではなく、したがって、記載されるこれらの特徴のサブコンビネーションも、本発明たり得る。

　本開示のある態様によれば、チップ面積の増加を抑えつつ、過電圧に対する耐性を高めることができる。

図１は、実施形態１に係る車載用集積回路を備えるシステムの回路図である。図２は、実施形態１に係る車載用集積回路を備えるシステムの回路図である。図３は、図２の車載用集積回路の起動時の動作波形図である。図４は、図２の車載用集積回路の起動時の動作波形図である。図５は、クランプ回路の構成例を示す回路図である。図６は、実施形態２に係る車載用集積回路を備えるシステムの回路図である。図７は、図６の第２レギュレータ回路の構成例を示す回路図である。図８は、オーディオ回路を備えるオーディオシステムの回路図である。図９は、図８のリニアレギュレータおよびバッファの構成例を示す回路図である。図１０は、実施の形態に係るオーディオ回路を利用した車載オーディオシステムのブロック図である。

（実施形態の概要）
　本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。この概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、すべての実施形態の重要な要素を特定することも、一部またはすべての態様の範囲を線引きすることも意図していない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。

　一実施形態に係る車載用集積回路は、バッテリと接続されるべき電源端子と、外付けのキャパシタが接続されるべきキャパシタ接続端子と、キャパシタ接続端子に発生する電圧を安定化する定電圧回路と、キャパシタ接続端子に発生する電圧にもとづいて動作する内部回路と、を備える。定電圧回路は、入力ノードが電源端子と接続され、出力ノードがキャパシタ接続端子と接続され、電源端子に生ずる電源電圧を分圧して得られる第１電圧をキャパシタ接続端子に発生する第１分圧回路と、一端がキャパシタ接続端子と接続される充電トランジスタと、入力ノードが電源端子と接続され、出力ノードが充電トランジスタの制御端子と接続され、電源電圧を分圧して得られる第２電圧を充電トランジスタの制御端子に発生する第２分圧回路と、キャパシタ接続端子に発生する電圧および充電トランジスタの制御端子の電圧をクランプするクランプ回路と、を備える。

　この構成では、充電トランジスタと第２分圧回路が、充電回路を形成しており、回路の起動時に、充電トランジスタを介して、キャパシタ接続端子に接続されるキャパシタを短時間で充電できる。クランプ回路によって、キャパシタ接続端子のみでなく、受電トランジスタの制御端子をクランプすることにより、電源電圧が過電圧となった場合に、充電トランジスタを介してキャパシタ接続端子が過充電されるのを抑制できる。

　一実施形態において、クランプ回路は、エミッタが第１分圧回路の出力ノードと接続される第１トランジスタと、エミッタが第２分圧回路の出力ノードと接続される第２トランジスタと、第１トランジスタおよび第２トランジスタそれぞれのベースに、所定電圧を印加する第１レギュレータ回路と、を含んでもよい。

　一実施形態において、第１トランジスタおよび第２トランジスタはそれぞれ、ダーリントントランジスタであってもよい。

　一実施形態において、第１レギュレータ回路は、非反転入力端子に基準電圧を受けるオペアンプと、オペアンプの出力と反転入力端子の間に接続された第１抵抗と、オペアンプの反転入力端子と接地の間に接続された第２抵抗と、を含んでもよい。

　一実施形態において、内部回路は、キャパシタ接続端子に発生する電圧を基準として動作し、オーディオ信号を増幅するオーディオアンプを含んでもよい。

　一実施形態において、車載用集積回路は、入力ノードが電源端子と接続され、出力ノードが充電トランジスタの他端と接続され、所定の電圧レベルに安定化された内部電源電圧を出力する第２レギュレータ回路をさらに備えてもよい。この場合、充電トランジスタの耐圧を下げて設計することが可能となる。

　一実施形態において、第２レギュレータ回路は、一端が第２レギュレータ回路の入力ノードと接続され、他端が第２レギュレータ回路の出力ノードと接続された第３トランジスタと、第２レギュレータ回路の出力ノードと接地の間に接続された第３抵抗と、第３トランジスタのゲートソース間に接続された第１ツェナーダイオードと、第３トランジスタのゲートに定電圧を印加するバイアス回路と、を含んでもよい。

　一実施形態において、バイアス回路は、第２レギュレータ回路の入力ノードと第３トランジスタのゲートの間に接続された第４抵抗と、第３トランジスタのゲートと接地の間に直列に接続された複数の第２ツェナーダイオードと、を含んでもよい。第２レギュレータ回路を、簡易的に構成することで、回路面積の増加を抑制できる。

　一実施形態において、充電トランジスタの他端は、電源端子と接続されてもよい。この場合、充電トランジスタを高耐圧素子で構成する必要があるが、第２レギュレータ回路が不要となる。

　一実施形態において、オーディオアンプは、Ｄ級アンプ回路であってもよい。内部回路は、キャパシタ接続端子に発生する電圧を基準として、第１電源電圧を生成するリニアレギュレータをさらに含んでもよい。Ｄ級アンプ回路は、電源電圧が供給されるインバータ型の出力段と、第１電源電圧が供給され、入力オーディオ信号および出力段の出力信号に応じたフィードバック信号を受ける積分器と、第１電源電圧が供給され、積分器の出力をＰＷＭ信号に変換するコンパレータと、電源電圧および第１電源電圧より低い第２電源電圧が供給され、コンパレータの出力にもとづいて出力段を駆動するドライバと、を含んでもよい。

　電源端子には、車載バッテリが接続されてもよい。車載バッテリの電圧は不安定であり、車載用集積回路には過酷な性能試験が課されるところ、この態様によれば、車載バッテリの電圧変動に耐えることができる。

（実施形態）
　以下、好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施形態は、開示および発明を限定するものではなく例示であって、実施形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも開示および発明の本質的なものであるとは限らない。

　本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

　同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に接続された（設けられた）状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

（実施形態１）
　図１は、実施形態１に係る車載用集積回路４００を備えるシステム１００の回路図である。車載用集積回路４００の電源端子（電源ピン）ＶＣＣには、車載バッテリ（単にバッテリという）１０２が接続され、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴにもとづく外部電源電圧（単に電源電圧という）Ｖ_ＣＣを電源として動作する。バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴは、１２Ｖバッテリの場合、９～１４Ｖ程度であり、２４Ｖバッテリの場合、１８～３０Ｖでありうる。

　車載用集積回路４００のキャパシタ接続端子ＦＩＬＡには、外付けのキャパシタＣ１が接続される。車載用集積回路４００は、内部回路４１０および定電圧回路５００を備える。定電圧回路５００は、入力ノードが電源端子ＶＣＣと接続され、出力ノードがキャパシタ接続端子ＦＩＬＡと接続される。定電圧回路５００は、キャパシタ接続端子ＦＩＬＡに発生する電圧Ｖ_ＦＩＬＡを、電源電圧Ｖ_ＣＣを所定の分圧比α（０＜α＜１）で分圧した電圧レベルに安定化する。

　内部回路４１０は、キャパシタ接続端子ＦＩＬＡの電圧Ｖ_ＦＩＬＡを基準として動作する。したがって以下では、電圧Ｖ_ＦＩＬＡを基準電圧とも称する。本開示において、内部回路４１０の機能や構成は特に限定されない。

　図２は、実施形態１に係る車載用集積回路４００を備えるシステム１００の回路図である。定電圧回路５００は、充電トランジスタＱ１、第１分圧回路５１０、第２分圧回路５２０、クランプ回路５３０を備える。

　第１分圧回路５１０は、入力ノードが電源端子ＶＣＣと接続され、出力ノードがキャパシタ接続端子ＦＩＬＡと接続される。第１分圧回路５１０は、電源電圧Ｖ_ＣＣを分圧比αで分圧して得られる基準電圧（第１電圧）Ｖ_ＦＩＬＡをキャパシタ接続端子ＦＩＬＡに発生する。
　Ｖ_ＦＩＬＡ＝Ｖ_ＣＣ×Ｒ１２／（Ｒ１１＋Ｒ１２）
　α＝Ｒ１２／（Ｒ１１＋Ｒ１２）

　充電トランジスタＱ１および第２分圧回路５２０は、充電回路５０２を構成している。充電トランジスタＱ１は、一端（エミッタ）がキャパシタ接続端子ＦＩＬＡと接続される。充電トランジスタＱ１の他端（コレクタ）は、電源端子ＶＣＣと接続される。本実施形態において、充電トランジスタＱ１は、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタＱ１１と、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタＱ１２を含むダーリントントランジスタである。

　第２分圧回路５２０は、入力ノードが電源端子ＶＣＣと接続され、出力ノードが充電トランジスタＱ１の制御端子であるベースと接続される。第２分圧回路５２０は、電源電圧Ｖ_ＣＣを所定の分圧比β（０＜β＜１）で分圧して得られる第２電圧Ｖｂ１（＝Ｖ_ＣＣ×β）を充電トランジスタＱ１の制御端子（ベース）に供給する。
　Ｖｂ１＝Ｖ_ＣＣ×Ｒ２２／（Ｒ２１＋Ｒ２２）
　β＝Ｒ２２／（Ｒ２１＋Ｒ２２）

　クランプ回路５３０は、第２分圧回路５２０の出力ノード（すなわち充電トランジスタＱ１のベース）と、第１分圧回路５１０の出力ノード、すなわちキャパシタ接続端子ＦＩＬＡと接続されており、第２分圧回路５２０の出力電圧Ｖｂ１と、基準電圧Ｖ_ＦＩＬＡを、リミット電圧Ｖ_ＬＩＭを超えないようにクランプする。リミット電圧Ｖ_ＬＩＭは、内部回路４１０の耐圧を考慮して定めればよい。

　以上が車載用集積回路４００の構成である。続いてその動作を説明する。

　図３は、図２の車載用集積回路４００の起動時の動作波形図（シミュレーション結果）である。図３には、充電回路５０２がある場合と、充電回路５０２がない場合の基準電圧Ｖ_ＦＩＬＡが示される。Ｖ_ＣＣは０Ｖから１４．４Ｖまで上昇する。キャパシタＣ１の容量値は１０μＦとする。また、Ｒ１１＝９３．６ｋΩ、Ｒ１２＝５０．４ｋΩ、Ｒ１２＝８９．６ｋΩ、Ｒ２２＝５４．４ｋΩであるとする。

　はじめに充電回路５０２がない場合の動作を説明する。この場合、キャパシタＣ１は、第１分圧回路５１０の抵抗Ｒ１１を介して充電され、基準電圧Ｖ_ＦＩＬＡは、抵抗Ｒ１１とキャパシタＣ１で決まる時定数で上昇する。この例では、基準電圧Ｖ_ＦＩＬＡが目標電圧である５．０４Ｖの９０％に達するまでに、７５１．２ｍｓもの長い時間を要する。

　これに対して、充電回路５０２を備える図２の車載用集積回路４００では、電源電圧Ｖ_ＣＣが上昇すると、充電トランジスタＱ１に流れる電流によって、キャパシタ接続端子ＦＩＬＡに接続されるキャパシタＣ１を充電する。

　第１分圧回路５１０の分圧比αと、第２分圧回路５２０の分圧比βは、
　Ｖ_ＣＣ×β－Ｖｂｅ＜Ｖ_ＣＣ×α
を満たすように定められている。

　充電回路５０２によって、基準電圧Ｖ_ＦＩＬＡは、Ｖｂ１－Ｖｂｅ付近まで急速充電される。Ｖｂｅは、トランジスタＱ１１のベースエミッタ間電圧である。そして、充電回路５０２による急速充電の完了後、第１分圧回路５１０の抵抗Ｒ１１によって、キャパシタ接続端子ＦＩＬＡに接続されるキャパシタＣ１が、Ｖ_ＣＣ×αまで充電される。

　図２の車載用集積回路４００の場合、基準電圧Ｖ_ＦＩＬＡが目標電圧である５．０４Ｖの９０％に達するまでの時間は、わずかに４．６ｍｓであり、充電回路５０２を設けない場合に比べて、１／１００以下に短縮することができる。

　続いて、過電圧の電源電圧Ｖ_ＣＣが印加されたときの動作を説明する。

　図４は、図２の車載用集積回路４００の起動時の動作波形図（シミュレーション結果）である。ここでは、電源電圧Ｖ_ＣＣが４０Ｖまで上昇したときの動作が示される。図４にも比較のために、充電回路５０２がない場合の、基準電圧Ｖ_ＦＩＬＡが示される。

　この例では、リミット電圧Ｖ_ＬＩＭは、６．９６Ｖに設定されており、キャパシタＣ１に生ずる基準電圧Ｖ_ＦＩＬＡは、６．９６Ｖまで速やかに充電された後、６．９６Ｖを超えないようにクランプされる。

　ここで、クランプ回路５３０は、基準電圧Ｖ_ＦＩＬＡのみでなく、第２分圧回路５２０の出力ノード（充電トランジスタＱ１のベース）の電圧Ｖｂ１をクランプする。もし、クランプ回路５３０が、キャパシタ接続端子ＦＩＬＡのみをクランプする場合、充電トランジスタＱ１からＦＩＬＡ端子に充電電流が供給され続けるため、無駄な電流を消費することとなる。これに対して、図２の構成では、クランプ回路５３０によって、充電トランジスタＱ１のベース電圧Ｖｂ１をクランプするため、過電圧状態では、充電トランジスタＱ１がオフとなり、充電電流を遮断することができ、無駄な電力消費を抑制できる。

　以上が、過電圧入力時の車載用集積回路４００の動作である。この車載用集積回路４００によれば、充電回路５０２によって、基準電圧Ｖ_ＦＩＬＡを短時間で安定化することができ、回路の起動時間を大幅に短縮できる。またバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴが上昇して、過電圧の電源電圧Ｖ_ＣＣが供給された場合に、内部回路４１０に過電圧が供給されるのを抑制できる。

　本開示は、図２のブロック図や回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、方法に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本開示の範囲を狭めるためではなく、本開示や本発明の本質や動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例や実施例を説明する。

　図５は、クランプ回路５３０の構成例を示す回路図である。クランプ回路５３０は、第１トランジスタ５３２、第２トランジスタ５３４、第１レギュレータ回路５４０を備える。

　第１トランジスタ５３２は、エミッタが第１分圧回路５１０の出力ノード、つまりキャパシタ接続端子ＦＩＬＡと接続される。第１トランジスタ５３２は、ＰＮＰ型トランジスタＱ２１，Ｑ２２を含むダーリントントランジスタである。

　また第２トランジスタ５３４は、エミッタが第２分圧回路５２０の出力ノード、つまり充電トランジスタＱ１のベースと接続される。第２トランジスタ５３４は、ＰＮＰ型トランジスタＱ３１，Ｑ３２を含むダーリントントランジスタである。

　なお、第１トランジスタ５３２、第２トランジスタ５３４はそれぞれ、ダーリントントランジスタではなく、１個のＰＮＰ型バイポーラトランジスタであってもよい。

　第１レギュレータ回路５４０は、第１トランジスタ５３２および第２トランジスタ５３４それぞれのベースに、所定電圧Ｖｂ２を印加する。リミット電圧Ｖ_ＬＩＭは、以下の式で表される。
　Ｖ_ＬＩＭ＝Ｖｂ２＋２×Ｖｂｅ

　第１レギュレータ回路５４０は、オペアンプＯＡ１、第１抵抗Ｒ３１、第２抵抗Ｒ３２を含む。第１レギュレータ回路５４０は、バンドギャップリファレンス回路４０２から、基準電圧Ｖ_ＢＧＲを受ける。基準電圧Ｖ_ＢＧＲは、オペアンプＯＡ１の非反転入力端子（＋）に入力される。第１抵抗Ｒ３１は、オペアンプＯＡ１の出力と反転入力端子（－）の間に接続され、第２抵抗Ｒ３２は、オペアンプＯＡ１の反転入力端子（－）と接地の間に接続される。第１レギュレータ回路５４０の出力電圧Ｖｂ２は、以下の式で表される。
　Ｖｂ２＝Ｖ_ＢＧＲ×（Ｒ３１＋Ｒ３２）／Ｒ３２

　なお、第１レギュレータ回路５４０の構成は図５のそれに限定されず、公知のレギュレータ回路、定電圧回路で構成することができる。

（実施形態２）
　図６は、実施形態２に係る車載用集積回路４００Ａを備えるシステム１００Ａの回路図である。定電圧回路５００Ａは、図２の定電圧回路５００に加えて、第２レギュレータ回路５５０をさらに備える。

　第２レギュレータ回路５５０の入力ノードは、電源端子ＶＣＣと接続され、出力ノードは、充電トランジスタＱ１のコレクタと接続される。第２レギュレータ回路５５０は、所定の電圧レベルに安定化された内部電源電圧Ｖ_ＲＥＧを、充電トランジスタＱ１のコレクタに供給する。内部電源電圧Ｖ_ＲＥＧの電圧レベルは、電源電圧Ｖ_ＣＣが通常の電圧レベル（＜１４．４Ｖ）であるときの、基準電圧Ｖ_ＦＩＬＡより高く定められる。たとえば、内部電源電圧Ｖ_ＲＥＧの電圧レベルは、９Ｖ程度とすることができる。

　図２の車載用集積回路４００では、充電トランジスタＱ１のコレクタに、電源電圧Ｖ_ＣＣが直接印加されるため、充電トランジスタＱ１を４０Ｖの高耐圧素子で構成する必要がある。

　これに対して図６の車載用集積回路４００Ａによれば、第２レギュレータ回路５５０によって充電トランジスタＱ１のコレクタ電圧が、内部電源電圧Ｖ_ＲＥＧとなるため、充電トランジスタＱ１の耐圧を下げることができる。この場合、充電トランジスタＱ１の回路面積を小さくできる。

　図７は、図６の第２レギュレータ回路５５０の構成例を示す回路図である。第２レギュレータ回路５５０は、第３トランジスタＭ３、第３抵抗Ｒ３、第１ツェナーダイオードＺＤ１、バイアス回路５５２を備える。

　第３トランジスタＭ３は、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴであり、一端（ドレイン）が第２レギュレータ回路５５０の入力ノードと接続され、他端（ソース）が第２レギュレータ回路５５０の出力ノードと接続される。第３抵抗Ｒ３は、第２レギュレータ回路５５０の出力ノードと接地の間に接続される。第１ツェナーダイオードＺＤ１は、第３トランジスタＭ３のゲートソース間に接続される。バイアス回路５５２は、第３トランジスタＭ３のゲートに、定電圧Ｖ_Ｇ３を印加する。

　バイアス回路５５２は、第４抵抗Ｒ４および複数の第２ツェナーダイオードＺＤ２ａ、ＺＤ２ｂを含む。第４抵抗Ｒ４は、第２レギュレータ回路５５０の入力ノードと第３トランジスタＭ３のゲートの間に接続される。複数の第２ツェナーダイオードＺＤ２ａ、ＺＤ２ｂは、第３トランジスタＭ３のゲートと接地の間に直列に接続される。定電圧Ｖ_Ｇ３は、以下の式で表される。
　Ｖ_Ｇ３＝２×Ｖ_ＺＤ
　Ｖ_ＺＤは、ツェナー電圧である。

　この第２レギュレータ回路５５０の出力電圧Ｖ_ＲＥＧは、
　Ｖ_ＲＥＧ＝Ｖ_ＺＤ
となる。

　図７の第２レギュレータ回路５５０では、オペアンプを利用しない簡素な定電圧回路を用いることで、回路面積の増大を抑制できる。なお、第２レギュレータ回路５５０を、図５の第１レギュレータ回路５４０と同様に、オペアンプを利用したリニアレギュレータで構成してもよい。

（用途）
　続いて車載用集積回路４００の用途を説明する。車載用集積回路４００の用途の一例は、車載用オーディオ回路である。

　図８は、オーディオ回路３００を備えるオーディオシステム１００Ｂの回路図である。オーディオシステム１００Ｂは、バッテリ１０２、フィルタ１０４、スピーカ１０６およびオーディオ回路３００を備える。

　オーディオ回路３００は、定電圧回路３１０、リニアレギュレータ３２０、バッファ３３０およびＤ級アンプ回路２００を備える。オーディオ回路３００は、図２の車載用集積回路４００に対応し、定電圧回路３１０は、図２の定電圧回路５００に対応し、リニアレギュレータ３２０、バッファ３３０およびＤ級アンプ回路２００は、図２の内部回路４１０に対応する。

　リニアレギュレータ３２０の出力には、キャパシタ接続ピンＲＥＧＡを介して、外付けの平滑キャパシタＣ２が接続されている。リニアレギュレータ３２０は、基準電圧Ｖ_ＦＩＬＡを受け、基準電圧Ｖ_ＦＩＬＡを所定ゲイン倍（×ｇ）した電圧レベルを有する第１電源電圧Ｖ_ＲＥＧＡを生成する。第１電源電圧Ｖ_ＲＥＧＡはＤ級アンプ回路２００に、電源電圧として供給される。
　Ｖ_ＲＥＧＡ＝ｇ×Ｖ_ＦＩＬＡ

　バッファ３３０は、基準電圧Ｖ_ＦＩＬＡを受け、Ｄ級アンプ回路２００に供給する。基準電圧Ｖ_ＦＩＬＡは、Ｄ級アンプ回路２００により増幅されるオーディオ信号のセンター電圧レベルを規定する。

　Ｄ級アンプ回路２００は、入力オーディオ信号Ｓ_ＩＮを受け、入力オーディオ信号Ｓ_ＩＮに応じたデューティ比を有するパルス信号Ｓ_ＯＵＴを発生する。Ｄ級アンプ回路２００は、出力段２０２、積分器２０４、レベルシフト機能付きコンパレータ（以下、単にコンパレータと称する）２０８、プリドライバ２１０を備え、オーディオ回路３００に集積化されている。図８には、１チャンネルの構成のみが示されるが、実際のオーディオ回路３００には、複数チャンネル分のＤ級アンプ回路２００が集積化される。

　インバータ型の出力段２０２には、電源電圧Ｖ_ＣＣが供給される。出力段２０２は、ハイサイドトランジスタＭＨとローサイドトランジスタＭＬを含むインバータである。出力段２０２の出力信号Ｓ_ＯＵＴは、０ＶとＶ_ＣＣの間でスイングし、フィルタ１０４を経由してスピーカ１０６に供給される。

　積分器２０４には、リニアレギュレータ３２０が生成する第１電源電圧Ｖ_ＲＥＧＡが供給される。積分器２０４は、入力オーディオ信号Ｓ_ＩＮおよび出力段２０２の出力信号Ｓ_ＯＵＴに応じたフィードバック信号Ｓ_ＦＢを受ける。それらの差分（誤差）に相当する信号を積分する。

　コンパレータ２０８は、積分器２０４の出力Ｓ_ＩＮＴをＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭに変換する。コンパレータ２０８の入力段は第１電源電圧Ｖ_ＲＥＧＡで動作するが、その出力段には、電源電圧Ｖ_ＣＣおよび第１電源電圧Ｖ_ＲＥＧＡより低い第２電源電圧Ｖ_ＲＥＧＢ（たとえば３．３Ｖあるいは５Ｖ）が供給されており、０Ｖ－Ｖ_ＲＥＧＢの二値を取るＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭを出力する。

　プリドライバ２１０には、第２電源電圧Ｖ_ＲＥＧＢが供給され、コンパレータ２０８の出力Ｓ_ＰＷＭにもとづいて出力段２０２を駆動する。

　図９は、図８のリニアレギュレータ３２０およびバッファ３３０の構成例を示す回路図である。リニアレギュレータ３２０は、トランジスタ３２２、抵抗Ｒ４１，Ｒ４２およびオペアンプ３２４を含む。第１電源電圧Ｖ_ＲＥＧＡの目標電圧Ｖ_{ＲＥＧＡ（ＲＥＦ）}は式（１）で表される。
　Ｖ_{ＲＥＧＡ（ＲＥＦ）}＝（Ｒ４１＋Ｒ４２）／Ｒ４２×Ｖ_ＦＩＬＡ　　　…（１）
　つまりリニアレギュレータ３２０のゲインｇは、（Ｒ４１＋Ｒ４２）／Ｒ４２となる。

　リニアレギュレータ３２０のゲインｇは、定格のバッテリ電圧Ｖ_{ＢＡＴ（ＴＹＰ）}が供給される状況において、目標電圧Ｖ_{ＲＥＧＡ（ＲＥＦ）}が、電源電圧Ｖ_ＣＣを超えない範囲でなるべく高くなるように定めるとよい。具体的には第１分圧回路５１０の分圧比αをｄ＝Ｒ１２／（Ｒ１１＋Ｒ１２）とするとき、０．８＜ｄ×ｇ＜１の範囲で設計してもよい。たとえば、ｄ＝０．５、ｇ＝１．８とすると、Ｖ_{ＢＡＴ（ＴＹＰ）}＝１４．４Ｖのとき、Ｖ_{ＲＥＧＡ（ＲＥＦ）}＝１３Ｖとなる。

　この例ではトランジスタ３２２はＮＭＯＳトランジスタであるがその限りでない。たとえばトランジスタ３２２をＰＭＯＳトランジスタとして、オペアンプ３２４の反転入力端子と非反転入力端子を入れ替えてもよい。

　バッファ３３０は、出力と反転入力端子が接続されたオペアンプ３３２を含む。

　オーディオ回路３００の用途を説明する。図１０は、実施の形態に係るオーディオ回路を利用した車載オーディオシステムのブロック図である。

　車載オーディオシステム６００は、４個のスピーカ６０２_ＦＬ，６０２_ＦＲ，６０２_ＲＬ，６０２_ＲＲ、４個のフィルタ６０４_ＦＬ，６０４_ＦＲ，６０４_ＲＬ，６０４_ＲＲ、音源６０６およびオーディオ回路３００を備える。

　音源６０６は、左右（ＬＲ）２チャンネルあるいはマルチチャンネルのデジタルオーディオ信号を出力する。オーディオ回路３００は、４チャンネルのＤ級アンプ回路２００と、音源６０６とのインタフェース回路３０１および定電圧回路３１０を備える。

　フィルタ６０４、音源６０６およびオーディオ回路３００は、オーディオヘッドユニットやカーナビゲーション装置に内蔵される。あるいはオーディオ回路３００は、音源６０６とは独立した製品であってもよい。

　このように、オーディオ回路３００（車載用集積回路４００）は、車載電子部品あるいは車載機器に好適に用いることができる。

（変形例）
　上述した実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なことが当業者に理解される。以下、こうした変形例について説明する。

　図５のクランプ回路５３０は、第１分圧回路５１０の出力ノードおよび第２分圧回路５２０の出力ノードを、共通のリミット電圧Ｖ_ＬＩＭを超えないようにクランプするが、それに限定されない。変形例において、クランプ回路５３０は第１分圧回路５１０の出力ノードに対するクランプ電圧と、第２分圧回路５２０の出力ノードに対するクランプレベルは異なっていてもよい。

（付記）
　本明細書には以下の技術が開示される。

（項目１）
　車載用集積回路であって、
　バッテリと接続されるべき電源端子と、
　外付けのキャパシタが接続されるべきキャパシタ接続端子と、
　前記キャパシタ接続端子に発生する電圧を安定化する定電圧回路と、
　前記キャパシタ接続端子に発生する前記電圧にもとづいて動作する内部回路と、
　を備え、
　前記定電圧回路は、
　入力ノードが前記電源端子と接続され、出力ノードが前記キャパシタ接続端子と接続され、前記電源端子に発生する電源電圧を分圧して得られる第１電圧を前記キャパシタ接続端子に発生する第１分圧回路と、
　一端が前記キャパシタ接続端子と接続される充電トランジスタと、
　入力ノードが前記電源端子と接続され、出力ノードが前記充電トランジスタの制御端子と接続され、前記電源電圧を分圧して得られる第２電圧を前記充電トランジスタの制御端子に発生する第２分圧回路と、
　前記キャパシタ接続端子に発生する前記電圧および前記充電トランジスタの前記制御端子の電圧をクランプするクランプ回路と、
　を備える、車載用集積回路。

（項目２）
　前記クランプ回路は、
　エミッタが前記第１分圧回路の前記出力ノードと接続される第１トランジスタと、
　エミッタが前記第２分圧回路の前記出力ノードと接続される第２トランジスタと、
　前記第１トランジスタおよび前記第２トランジスタそれぞれのベースに、所定電圧を印加する第１レギュレータ回路と、
　を含む、項目１に記載の車載用集積回路。

（項目３）
　前記第１トランジスタおよび前記第２トランジスタはそれぞれ、ダーリントントランジスタである、項目２に記載の車載用集積回路。

（項目４）
　前記第１レギュレータ回路は、
　非反転入力端子に基準電圧を受けるオペアンプと、
　前記オペアンプの出力と反転入力端子の間に接続された第１抵抗と、
　前記オペアンプの前記反転入力端子と接地の間に接続された第２抵抗と、
　を含む、項目２または３に記載の車載用集積回路。

（項目５）
　前記内部回路は、前記キャパシタ接続端子に発生する電圧を基準として動作し、オーディオ信号を増幅するオーディオアンプを含む、項目１から４のいずれかに記載の車載用集積回路。

（項目６）
　前記定電圧回路は、
　入力ノードが前記電源端子と接続され、出力ノードが前記充電トランジスタの他端と接続され、所定の電圧レベルに安定化された内部電源電圧を出力する第２レギュレータ回路をさらに備える、項目１から３のいずれかに記載の車載用集積回路。

（項目７）
　前記第２レギュレータ回路は、
　ドレインが前記第２レギュレータ回路の前記入力ノードと接続され、ソースが前記第２レギュレータ回路の前記出力ノードと接続された第３トランジスタと、
　前記第２レギュレータ回路の前記出力ノードと接地の間に接続された第３抵抗と、
　前記第３トランジスタのゲートソース間に接続された第１ツェナーダイオードと、
　前記第３トランジスタのゲートに定電圧を印加するバイアス回路と、
　を含む、項目６に記載の車載用集積回路。

（項目８）
　前記バイアス回路は、
　前記第２レギュレータ回路の前記入力ノードと前記第３トランジスタの前記ゲートの間に接続された第４抵抗と、
　前記第３トランジスタの前記ゲートと接地の間に直列に接続された複数の第２ツェナーダイオードと、
　を含む、項目７に記載の車載用集積回路。

（項目９）
　前記充電トランジスタの他端は、前記電源端子と接続される、項目１から３のいずれかに記載の車載用集積回路。

（項目１０）
　前記オーディオアンプは、Ｄ級アンプ回路であり、
　前記内部回路は、
　前記キャパシタ接続端子に発生する電圧を基準として、第１電源電圧を生成するリニアレギュレータをさらに含み、
　前記Ｄ級アンプ回路は、
　前記電源電圧が供給されるインバータ型の出力段と、
　前記第１電源電圧が供給され、入力オーディオ信号および前記出力段の出力信号に応じたフィードバック信号を受ける積分器と、
　前記第１電源電圧が供給され、前記積分器の出力をＰＷＭ信号に変換するコンパレータと、
　前記電源電圧および前記第１電源電圧より低い第２電源電圧が供給され、前記コンパレータの出力にもとづいて前記出力段を駆動するドライバと、
　を含む、項目５に記載の車載用集積回路。

（項目１１）
　項目１から１０のいずれかに記載の車載用集積回路を備える、車載電子機器。

　本開示は、車載用集積回路に関する。

　１００　システム
　１０２　バッテリ
　１０４　フィルタ
　１０６　スピーカ
　２００　Ｄ級アンプ回路
　２０２　出力段
　２０４　積分器
　２０８　コンパレータ
　２１０　プリドライバ
　３００　オーディオ回路
　３１０　定電圧回路
　３２０　リニアレギュレータ
　３３０　バッファ
　４００　車載用集積回路
　４０２　バンドギャップリファレンス回路
　４１０　内部回路
　５００　定電圧回路
　５０２　充電回路
　５１０　第１分圧回路
　Ｑ１　充電トランジスタ
　５２０　第２分圧回路
　５３０　クランプ回路
　５３２　第１トランジスタ
　５３４　第２トランジスタ
　５４０　第１レギュレータ回路
　ＯＡ１　オペアンプ
　Ｒ３１　第１抵抗
　Ｒ３２　第２抵抗
　５５０　第２レギュレータ回路
　ＶＣＣ　電源端子
　ＦＩＬＡ　キャパシタ接続端子
　６００　車載オーディオシステム
　６０２　スピーカ
　６０４　フィルタ

Claims

　車載用集積回路であって、
　バッテリと接続されるべき電源端子と、
　外付けのキャパシタが接続されるべきキャパシタ接続端子と、
　前記キャパシタ接続端子に発生する電圧を安定化する定電圧回路と、
　前記キャパシタ接続端子に発生する前記電圧にもとづいて動作する内部回路と、
　を備え、
　前記定電圧回路は、
　入力ノードが前記電源端子と接続され、出力ノードが前記キャパシタ接続端子と接続され、前記電源端子に発生する電源電圧を分圧して得られる第１電圧を前記キャパシタ接続端子に発生する第１分圧回路と、
　一端が前記キャパシタ接続端子と接続される充電トランジスタと、
　入力ノードが前記電源端子と接続され、出力ノードが前記充電トランジスタの制御端子と接続され、前記電源電圧を分圧して得られる第２電圧を前記充電トランジスタの制御端子に発生する第２分圧回路と、
　前記キャパシタ接続端子に発生する前記電圧および前記充電トランジスタの前記制御端子の電圧をクランプするクランプ回路と、
　を備える、車載用集積回路。
　前記クランプ回路は、
　エミッタが前記第１分圧回路の前記出力ノードと接続される第１トランジスタと、
　エミッタが前記第２分圧回路の前記出力ノードと接続される第２トランジスタと、
　前記第１トランジスタおよび前記第２トランジスタそれぞれのベースに、所定電圧を印加する第１レギュレータ回路と、
　を含む、請求項１に記載の車載用集積回路。
　前記第１トランジスタおよび前記第２トランジスタはそれぞれ、ダーリントントランジスタである、請求項２に記載の車載用集積回路。
　前記第１レギュレータ回路は、
　非反転入力端子に基準電圧を受けるオペアンプと、
　前記オペアンプの出力と反転入力端子の間に接続された第１抵抗と、
　前記オペアンプの前記反転入力端子と接地の間に接続された第２抵抗と、
　を含む、請求項２または３に記載の車載用集積回路。
　前記内部回路は、前記キャパシタ接続端子に発生する電圧を基準として動作し、オーディオ信号を増幅するオーディオアンプを含む、請求項１から４のいずれかに記載の車載用集積回路。
　前記定電圧回路は、
　入力ノードが前記電源端子と接続され、出力ノードが前記充電トランジスタの他端と接続され、所定の電圧レベルに安定化された内部電源電圧を出力する第２レギュレータ回路をさらに備える、請求項１から３のいずれかに記載の車載用集積回路。
　前記第２レギュレータ回路は、
　ドレインが前記第２レギュレータ回路の前記入力ノードと接続され、ソースが前記第２レギュレータ回路の前記出力ノードと接続された第３トランジスタと、
　前記第２レギュレータ回路の前記出力ノードと接地の間に接続された第３抵抗と、
　前記第３トランジスタのゲートソース間に接続された第１ツェナーダイオードと、
　前記第３トランジスタのゲートに定電圧を印加するバイアス回路と、
　を含む、請求項６に記載の車載用集積回路。
　前記バイアス回路は、
　前記第２レギュレータ回路の前記入力ノードと前記第３トランジスタの前記ゲートの間に接続された第４抵抗と、
　前記第３トランジスタの前記ゲートと接地の間に直列に接続された複数の第２ツェナーダイオードと、
　を含む、請求項７に記載の車載用集積回路。
　前記充電トランジスタの他端は、前記電源端子と接続される、請求項１から３のいずれかに記載の車載用集積回路。
　前記オーディオアンプは、Ｄ級アンプ回路であり、
　前記内部回路は、
　前記キャパシタ接続端子に発生する電圧を基準として、第１電源電圧を生成するリニアレギュレータをさらに含み、
　前記Ｄ級アンプ回路は、
　前記電源電圧が供給されるインバータ型の出力段と、
　前記第１電源電圧が供給され、入力オーディオ信号および前記出力段の出力信号に応じたフィードバック信号を受ける積分器と、
　前記第１電源電圧が供給され、前記積分器の出力をＰＷＭ信号に変換するコンパレータと、
　前記電源電圧および前記第１電源電圧より低い第２電源電圧が供給され、前記コンパレータの出力にもとづいて前記出力段を駆動するドライバと、
　を含む、請求項５に記載の車載用集積回路。
　請求項１から１０のいずれかに記載の車載用集積回路を備える、車載電子機器。