JP4117917B2

JP4117917B2 - パワートランジスタの電流監視回路の動作を試験する回路配置

Info

Publication number: JP4117917B2
Application number: JP23124696A
Authority: JP
Inventors: スクーネスケビン; ベイヤーエーリッヒ
Original assignee: テキサスインスツルメンツドイチェランドゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング
Priority date: 1995-07-27
Filing date: 1996-07-29
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2016-07-29
Also published as: DE19527487C1; JPH09222458A; US5892450A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、パワートランジスタの電流監視回路の動作を試験する回路配置に関するもので、パワートランジスタは並列に接続された数個の単一トランジスタから成り、各トランジスタにはパワートランジスタに与える全電流の一部が流れ、単一トランジスタの１つを流れる電流に比例する監視信号を電流監視回路に与え、この信号が所定のしきい値を超えると電流監視回路は警報信号を出す。
【０００２】
【従来の技術】
テキサス・インスツルメンツ社は、ＴＲＩＣＯ１０６という型名の上記の種類の集積回路を製作し販売している。これには、モータを流れる電流を制御するパワートランジスタを内蔵している。モータを流れる電流を監視するために電流監視回路を用いている。監視回路は比較器を備え、パワートランジスタを流れる電流すなわちモータを流れる電流が、所定の値を超えると必ず監視信号を出す。この回路内のこの集積回路、特に電流監視機能を監視するのは、これを完成してモータに高電流を実際に流して初めて可能になる。しかし半導体集積回路を製作する場合、製作のできるだけ初期の段階に、好ましくはボンディングや接触を行う前に、回路の少なくとも一部の動作をチェックすることが望ましい。このチェックには試験プローブを用い、これを半導体集積回路の、後の段階で接触させるボンド接触面に当て、試験中にこの接触面を通して電流と制御信号を与える。上に述べた既知の回路の場合は、試験プローブを用いてパワートランジスタの電流監視回路をチェックすることができない。その理由は試験プローブを用いると、接触面が小さいので１Ａ以上の電流を与えることができないからである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがってこの発明の目的は、パワートランジスタの電流監視回路の動作を、ボンディングや接触を行う前でも半導体集積回路内でチェックすることができる、上記の回路配置を作ることである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この問題を解決するための、上記の回路配置の特徴は、単一トランジスタ群を、並列に接続された少数の単一トランジスタを含むグループと並列に接続された多数の単一トランジスタを含むグループに分割して互いに独立に駆動できるようにし、監視信号を与える単一トランジスタを前記少数のグループに属させ、また制御回路を設けることにより、チェックモードでは前記２つのグループ内の単一トランジスタの数に関して減少させた電流だけをパワートランジスタに与え、単一トランジスタの前記大きいグループをオフの状態にすることである。
【０００５】
この発明の回路配置の機能を用いる際に、あるチェックモードでは電流監視回路には完成した回路の通常の動作の場合と全く同じ電流が流れるので、チェックモードと通常の動作では、監視回路の動作は同じである。これが可能なのは、チェックモードでもパワートランジスタを流れる電流はかなり小さいので、普通の試験プローブと手持ちの試験装置を用いてチェックすることができるからである。この発明の別の展開の利点はサブクレームに示す。
【０００６】
【発明の実施の形態】
【実施例】
図１に示す回路配置はパワートランジスタを備える。以下に詳細に説明するように、このパワートランジスタは並列に接続された多数の個々の単一トランジスタから成るが、説明の都合上ここでは３個の単一トランジスタＴ_１，Ｔ_２，Ｔ_Ｓだけで構成する。トランジスタＴ_２の活生面はトランジスタＴ_１の活生面より数倍大きく、またトランジスタＴ_１の活生面はトランジスタＴ_Ｓの活生面より数倍大きい。
【０００７】
また図１の回路配置は、入力ＮとＴを持つ制御回路ＳＴを備える。制御回路内には入力Ｔの信号に従って開状態と閉状態に切り替わるスイッチがあり、このスイッチにより、制御回路の入力Ｎに入る制御信号を、線ＧＬ１を通してトランジスタＴ_ＳとＴ_１のゲート端子だけに送り（スイッチＳＷが開状態のとき）、または更に線ＧＬ２を通して３個のトランジスタＴ_Ｓ，Ｔ_１，Ｔ_２全てのゲート端子に同時に送る（スイッチＳＷが閉状態のとき）ことができる。
【０００８】
この回路配置により、たとえば端子Ａに接続する負荷（図示せず）を流れる電流Ｉを、制御回路ＳＴの入力Ｎに与える信号を用いてオンまたはオフに切り替えることができる。このスイッチＳＷは以下に詳細に述べる動作モードを行うためだけに用いられる。
【０００９】
図に示すように、抵抗Ｒ_ＳをトランジスタＴ_Ｓのソース線に挿入してトランジスタＴ_Ｓのソース端子の接合部に接続する。抵抗Ｒ_Ｓは比較器Ｋの一方の入力に接続され、比較器Ｋの他方の入力は基準電圧Ｖ_ｒｅｆを受ける。この回路配置では、抵抗Ｒ_Ｓの電圧降下が基準電圧Ｖ_ｒｅｆを超える（それは同時にトランジスタＴ_Ｓと抵抗Ｒ_Ｓを流れる電流は所定のしきい値より高くなることを意味する）と、比較器は必ず警報信号をその出力Ｂに出す。
【００１０】
すでに述べたように、通常の動作では制御回路ＳＴ内のスイッチＳＷは入力Ｔへの対応する信号により閉じているので、３個のトランジスタＴ_Ｓ，Ｔ_１，Ｔ_２は並列に接続されている。制御回路ＳＴの入力Ｎに信号が入ると３個のトランジスタは導通し、端子Ａに接続する負荷（図示せず）を通って、電流Ｉ_Ｎがトランジスタを経て接地に流れる。負荷電流の大部分、すなわち電流Ｉ_１ＮとＩ_２Ｎ、は２個のトランジスタＴ_１とＴ_２を流れ、電流のごく一部Ｉ_ＳＮがトランジスタＴ_Ｓを流れる。それは、Ｔ_Ｓの活生面が他の２個のトランジスタＴ_１とＴ_２の活生面よりかなり小さいからである。トランジスタＴ_Ｓは電流センサとしてだけ働き、これにより比較器Ｋは、流れる電流Ｉ_ＳＮが所定のしきい値を超えると警報信号を出す。各トランジスタは並列に接続されているので、トランジスタＴ_Ｓを流れる電流は他の２個のトランジスタを流れる電流に常に比例し、したがってパワートランジスタを流れる全電流に関する情報を、Ｔ_Ｓを流れる電流から得ることができる。
【００１１】
上に説明した回路配置を半導体集積回路の構成部分として製作する際に、トランジスタＴ_Ｓと抵抗Ｒ_Ｓと比較器Ｋから成る電流監視回路が、トランジスタＴ_Ｓと抵抗Ｒ_Ｓを流れる電流が所望のしきい値になると警報信号を実際に出すかどうかを、製作のできるだけ早い段階でチェックできることが望ましい。集積回路のボンディングと接触がまだ終わっていない場合は、集積回路のボンディング面に試験プローブを置き、対応する電流と電圧を与えてチェックを行うしかない。与える電流は１Ａ以下の値に制限しなければならない。それは、電流が１Ａより大きいと試験プローブおよび／またはボンド接触面で誤動作を起こすからである。図１に示す回路配置を用いると、端子Ａに与える電流が、回路配置が正常に動作しているときにパワートランジスタに流れる電流よりかなり小さいときでも、電流監視回路の動作を試験することができる。
【００１２】
チェックを行うには、制御回路ＳＴの入力Ｔに制御信号を与えてスイッチＳＷを開状態にする。こうするとトランジスタＴ_２は非導通になるので、Ｔ_２には電流が流れなくなる。ここでトランジスタＴ_２，Ｔ_１，Ｔ_Ｓの活生面の比を９０：９：１と仮定する。試験プローブを経て端子Ａに与える電流を減少させて、全ての活生面の和とトランジスタＴ_ＳとＴ_１の活生面の和との比になるようにすると、すなわち一般に次式になるようにすると、
【数１】

ただし、Ｆ_ＳはトランジスタＴ_Ｓの活生面
Ｆ_１はトランジスタＴ_１の活生面
Ｆ_２はトランジスタＴ_２の活生面
Ｉ_Ｎは通常の動作中に流れる電流
Ｉ_Ｔはチェック動作中に流れる電流
電流センサとして働くトランジスタＴ_Ｓを流れる電流Ｉ_ＳＴの大きさは、通常の動作中に流れる電流Ｉ_ＳＮと同じである。トランジスタＴ_１を流れる電流Ｉ_１Ｎ、Ｉ_１Ｔも、両動作モードで同じである。
【００１３】
端子Ａに与える電流を少し変えることにより、トランジスタＴ_Ｓを流れる電流が所定のしきい値を超えたときに警報信号が比較器Ｋの出力Ｂに出るか、またはしきい値に達しなければ警報が出ないかを試験することができる。
【００１４】
チェックモードでは、図１にトランジスタＴ_１で示すパワートランジスタの一部も活生化される。トランジスタＴ_１により、比較器でのチェックの精度が向上する。それは、パワートランジスタへの影響はチェック工程に含まれているからである。この影響の詳細について、図２を用いて説明する。
【００１５】
図２において、パワートランジスタは大きさが等しい多数の単一トランジスタＴ_Ｓ、Ｔ_１．１からＴ_１．９、Ｔ_{２．１．１}からＴ_{２．９，９}、から成る。各トランジスタのソース端子とドレン端子は、それぞれ共通のソース線Ｓと共通のドレン線Ｄに接続する。図２に太線で示す第１グループの単一トランジスタＴ_１．１からＴ_１．９のゲート端子は共通のゲート線ＧＬ１に接続し、第２グループの単一トランジスタＴ_{２．２．１}からＴ_{２．９，９}のゲート端子は共通のゲート線ＧＬ２に接続する。対応する線は図１にも示されている。
【００１６】
パワートランジスタは、実際は等しい活生面を持つ例えば１００個の単一トランジスタから成り、これを分割して、たとえば９０個の単一トランジスタを並列に接続して図１にＴ_２で示すトランジスタとし、１０個の単一トランジスタを並列に接続してグループ化し、その中の９個を図１に示すトランジスタＴ_１とし、１個を電流センサ用トランジスタＴ_Ｓとする。
【００１７】
図２に略図で示すように、小グループを形成する単一トランジスタＴ_１．１からＴ_１．９は、できればパワートランジスタが形成される半導体基板の表面上にトランジスタを均一に分配したものにする。このようにすれば、単一トランジスタの活生ゾーンのドーピングに関しても、これらの単一トランジスタの大きさに関しても、ばらつきを最もよく補償することができる。
【００１８】
具体的に、通常の動作でパワートランジスタを流れる電流Ｉ_Ｎが１０Ａであれば、各単一トランジスタを流れる電流Ｉ_ＴはＩ_Ｎの１００分の１、すなわち１００ｍＡである。比較器Ｋは基準電圧Ｖ_ｒｅｆを受け、トランジスタＴ_Ｓを流れる電流Ｉ_ＳＴが１００ｍＡを超えると必ず警報信号を出すようにする。図１で説明したように比較器Ｋをチェックする場合は、単一トランジスタの大きいグループＴ２は制御回路ＳＴにより非導通にされる。従って１Ａの電流が試験プローブから与えるとこの電流はそれぞれ１００ｍＡに分割され、チェックモードで導通しているトランジスタを流れる。試験する回路の試験プローブに問題が生じないようにするためには１Ａに減少させた電流を試験プローブを介して与えなければならないが、このようにすれば、通常の動作中と同じ電流値Ｉ_ＳＴで比較器Ｋの応答をチェックすることができる。
【００１９】
ここに説明した回路配置は多数の単一ＤＭＯＳ電界効果トランジスタから成るパワートランジスタを備えるが、他の種類のトランジスタを用いて製作することもできる。
【００２０】
以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
１．パワートランジスタの電流監視回路の動作を試験する回路配置であって、前記パワートランジスタは並列に接続された数個の単一トランジスタから成り、各トランジスタには前記パワートランジスタに与える全電流の一部が流れ、前記単一トランジスタの１つを流れる電流に比例する監視信号を電流監視回路に与え、この監視信号が所定のしきい値を超えると前記電流監視回路は警報信号を出すものであって、前記単一トランジスタ群は、並列に接続された少数の単一トランジスタ（Ｔ_１．１−Ｔ_１．９）を含むグループと並列に接続された多数の単一トランジスタ（Ｔ_{２．１，１}−Ｔ_{２．９，９}）を含むグループに分割されて互いに独立に駆動され、前記監視信号を与える単一トランジスタ（Ｔ_Ｓ）は前記小グループに属し、更に、制御回路（ＳＴ）を設けることにより、監視モードでは前記２つのグループ内の単一トランジスタの数に関して減少させた電流（Ｉ_Ｔ）だけをパワートランジスタ（Ｔ_Ｓ，Ｔ_１，Ｔ_２）に与え、単一トランジスタの前記大きいグループをオフの状態にするようにした、回路配置。
【００２１】
２．前記パワートランジスタの単一トランジスタは半導体基板の表面上に形成し、また前記両グループの単一トランジスタを前記パワートランジスタが形成されている表面上に均一に分配することを特徴とする、第１項記載の回路配置。
【００２２】
３．前記電流監視回路は比較器（Ｋ）を備え、前記比較器（Ｋ）は、第１入力に前記単一トランジスタの１つを流れる電流に比例する監視信号を受け、第２入力に基準信号（Ｖ_ｒｅｆ）を受けて、前記監視信号と前記基準信号とを比べて警報信号を出すことを特徴とする、第１項または第２項記載の回路配置。
【００２３】
４．前記単一トランジスタのリード線に抵抗（Ｒ_Ｓ）を挿入し、これを用いて監視信号を出すこと、及び、前記監視信号はこの抵抗での電圧降下であることを特徴とする、前記各項の１つに記載の回路配置。
【００２４】
５．この発明は、パワートランジスタの電流監視回路の動作を試験する回路配置に関する。前記パワートランジスタは並列に接続された同じ大きさの数個の単一トランジスタから成り、各トランジスタには前記パワートランジスタに与える全電流の一部が流れる。前記単一トランジスタ群の１つを流れる電流に比例する監視信号を電流監視回路に与え、この監視信号が所定のしきい値を超えると電流監視回路は警報信号を出す。前記単一トランジスタを、並列に接続された少数の単一トランジスタ（Ｔ_１．１−Ｔ_１．９）を含むグループと並列に接続された多数の単一トランジスタ（Ｔ_{２．１，１} ⁻Ｔ_{２．９，９}）を含むグループに分割して互いに独立に駆動できるようにする。ただし前記監視信号を与える単一トランジスタ（Ｔ_Ｓ）は前記小グループに属している。制御回路（ＳＴ）を設けることにより、監視モードでは前記２つのグループ内の単一トランジスタの数に関して減少させた電流だけをパワートランジスタ（Ｔ_Ｓ，Ｔ_１，Ｔ_２）に与え、単一トランジスタの前記大きいグループをオフの状態にする。
【図面の簡単な説明】
この発明の実例を、以下の図を参照して詳細に説明する。
【図１】この発明を実施する好ましい形態の、回路配置の簡単な回路図。
【図２】図１の回路配置の、パワートランジスタの詳細を示す回路図。
【符号の説明】
ＳＴ制御回路
Ｔ_Ｓ電流センサ用トランジスタ
Ｔ_１，Ｔ_２単一トランジスタから成るトランジスタグループ
Ｒ_Ｓ抵抗
Ｋ比較器

Claims

パワートランジスタの電流監視回路の動作を試験する回路配置であって、該回路配置は、
該パワートランジスタと、
制御回路（ＳＴ）とを備え、
前記パワートランジスタは並列に接続された数個の単一トランジスタから成り、各トランジスタには前記パワートランジスタに与える全電流の一部が流れ、前記単一トランジスタの１つを流れる電流に比例する監視信号を前記電流監視回路に与え、この監視信号が所定のしきい値を超えると前記電流監視回路は警報信号を出すものであって、
前記単一トランジスタ群は、並列に接続された少数の単一トランジスタ（Ｔ_１．１−Ｔ_１．９）を含む小さいグループと並列に接続された多数の単一トランジスタ（Ｔ_{２．１，１}−Ｔ_{２．９，９}）を含む大きいグループに分割され、前記小さいグループの各単一トランジスタの制御電極には駆動信号（Ｎ）が与えられ、前記大きいグループの各単一トランジスタの制御電極には前記制御回路（ＳＴ）を介して前記駆動信号（Ｎ）が与えられ、それにより前記大きいグループの単一トランジスタは前記小さいグループの単一トランジスタとは互いに独立に駆動され、
前記監視信号を与える単一トランジスタ（Ｔ_Ｓ）は前記小さいグループに属し、
更に、監視モードでは、前記２つのグループ内の単一トランジスタの数に関して減少させた電流（Ｉ_Ｔ）だけをパワートランジスタ（Ｔ_Ｓ，Ｔ_１，Ｔ_２）に与え、前記制御回路（ＳＴ）は単一トランジスタの前記大きいグループ（Ｔ_２）への前記駆動信号（Ｎ）を遮断してオフの状態にすることを特徴とする回路配置。