本發(fā)明涉及進(jìn)行汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)等的控制的電子控制裝置，特別涉及對(duì)于從安裝于控制對(duì)象的各種傳感器和操作開(kāi)關(guān)(以下記作傳感器等)對(duì)電子控制裝置輸入的信號(hào)路徑，具有用于保護(hù)內(nèi)部電路和傳感器等不受浪涌和蓄電池連接異常影響的保護(hù)單元的電子控制裝置。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，汽車的性能提高顯著，與此同時(shí)車輛中搭載的電子控制裝置的數(shù)量增加。另一方面，為了由輕量化實(shí)現(xiàn)的燃耗改善和確保車廂空間，能夠?qū)﹄娮涌刂蒲b置分配的車內(nèi)空間減少，要使電子控制裝置小型化這樣的要求正在增強(qiáng)。

作為使電子控制裝置小型化的方法，使作為單獨(dú)元件安裝在印刷基板上的元件集成為集成電路(IC)的方法是有效的。特別是，上述電阻器和電容器構(gòu)成的保護(hù)電路對(duì)于數(shù)十個(gè)輸入端子分別安裝，所以其安裝需要相當(dāng)大的印刷基板面積，將其集成而實(shí)現(xiàn)的小型化效果顯著。

但是，要將該保護(hù)電路集成的情況下，因?yàn)橐韵吕碛啥嬖陔娙萜鞯募衫щy的課題。即，上述現(xiàn)有的保護(hù)電路中使用的電容器，為了吸收浪涌的能量而需要一定以上的電容值(例如數(shù)十～數(shù)百nF)。但是，要在IC內(nèi)實(shí)現(xiàn)這樣大容量的電容器時(shí)需要非常大的芯片面積，存在與集成實(shí)現(xiàn)的小型化的優(yōu)勢(shì)相比成本不合的課題。

作為應(yīng)對(duì)該課題的保護(hù)電路的方式，例如，已知如專利文獻(xiàn)1的圖8所示的、在輸入端子與電源/GND之間配置有二極管的保護(hù)電路。通過(guò)在保護(hù)電路中使用二極管，不是自身吸收浪涌的能量，而是采用將其釋放至電源/GND的動(dòng)作，能夠抑制二極管自身需要的能量耐量。元件的能量耐量大致與芯片上的面積成比例，所以能夠抑制保護(hù)電路所需的芯片面積，能夠抑制成本。

另外，作為類似的結(jié)構(gòu)，一般也使用了使用ggMOS(柵極接地金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管)或晶閘管結(jié)構(gòu)代替二極管的方式。作為使用包括二極管的這些元件的保護(hù)電路中的共同點(diǎn)，可以列舉在通常時(shí)各元件內(nèi)的PN結(jié)受到反向偏壓，在施加浪涌時(shí)PN結(jié)受到正向偏壓，或者M(jìn)OS結(jié)構(gòu)或晶閘管結(jié)構(gòu)成為導(dǎo)通而進(jìn)行將浪涌釋放至電源或GND、或吸收的動(dòng)作這一點(diǎn)。

但是，這些保護(hù)電路方式對(duì)于施加浪涌是有效的，但不能夠直接應(yīng)對(duì)蓄電池連接異常導(dǎo)致的施加負(fù)電壓。即，對(duì)輸入端子經(jīng)由傳感器等施加極性相反的Vb電源時(shí)，無(wú)法阻止從GND向輸入端子流過(guò)大電流。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2013-3072076號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

本發(fā)明的目的在于提供一種電子控制裝置，其具有能夠?qū)τ谑┘永擞亢托铍姵剡B接異常雙方保護(hù)內(nèi)部電路和傳感器等、并且可集成的保護(hù)電路。

用于解決課題的技術(shù)方案

電子控制裝置的特征為，包括：能夠與外部的傳感器和開(kāi)關(guān)連接的輸入端子；和用于內(nèi)部電路的供電的電源配線和GND配線，在所述輸入端子與所述電源配線或GND配線之間連接有包含PN結(jié)的保護(hù)元件，在所述保護(hù)元件與所述電源配線或GND配線之間還串聯(lián)連接有保護(hù)電阻器。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種電子控制裝置，其具有能夠?qū)τ谑┘永擞亢托铍姵剡B接異常雙方保護(hù)內(nèi)部電路和傳感器等、并且可集成的保護(hù)電路。

附圖說(shuō)明

圖1是表示電子控制裝置和傳感器等的一般的電路結(jié)構(gòu)的電路框圖。

圖2是表示對(duì)圖1所示的電子控制裝置施加浪涌時(shí)的影響的圖。

圖3是表示圖1所示的電子控制裝置中發(fā)生蓄電池連接異常時(shí)的影響的圖。

圖4是表示現(xiàn)有的電子控制裝置中使用的保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)例的電路框圖。

圖5是表示將現(xiàn)有的集成保護(hù)電路應(yīng)用于電子控制裝置時(shí)的結(jié)構(gòu)的電路框圖。

圖6是表示第一實(shí)施方式中的電子控制裝置1的結(jié)構(gòu)的電路框圖。

圖7是表示靜電引起的浪涌施加條件的例子的圖。

圖8是表示第一實(shí)施方式中的實(shí)現(xiàn)方式下的集成保護(hù)電路41的截面結(jié)構(gòu)的圖。

圖9是表示第一實(shí)施方式中的實(shí)現(xiàn)方式下的集成保護(hù)電路41的截面結(jié)構(gòu)的圖。

圖10是表示第二實(shí)施方式中的電子控制裝置1的結(jié)構(gòu)的電路框圖

具體實(shí)施方式

[電子控制裝置的概要]

以往，作為高度控制汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)等的單元，使用從與發(fā)動(dòng)機(jī)等的控制對(duì)象連接的各種傳感器等輸入控制對(duì)象的狀態(tài)、從操作開(kāi)關(guān)輸入來(lái)自駕駛員的操作，按內(nèi)部的微型計(jì)算機(jī)等運(yùn)算單元得到的運(yùn)算結(jié)果對(duì)控制對(duì)象中搭載的致動(dòng)器等進(jìn)行操作從而實(shí)現(xiàn)要求的控制的電子控制裝置。

這樣的電子控制裝置具有輸入端子，在該輸入端子上連接上述傳感器等，進(jìn)行規(guī)定的信號(hào)的輸入。在圖1中示出表示電子控制裝置和傳感器等的一般的連接結(jié)構(gòu)的圖。其中，圖1中因?yàn)榧埫娴脑颍瑐鞲衅鞯群团c其對(duì)應(yīng)的輸入端子僅示出了各1個(gè)，但實(shí)際上一般安裝數(shù)十個(gè)傳感器等與輸入端子的組合。

一般而言，電子控制裝置連接有與蓄電池(大多情況下為標(biāo)定電壓12V的鉛蓄電池)的正電位連接的配線(以下記作Vb電源)和與負(fù)電位連接的配線(以下記作GND)作為其電源，成為內(nèi)部的電路用經(jīng)由內(nèi)部的電源電路生成的低電壓的內(nèi)部電源進(jìn)行動(dòng)作的結(jié)構(gòu)。另外，傳感器等有用電子控制裝置的內(nèi)部電源進(jìn)行動(dòng)作的(未圖示)，也有如圖1所示地不經(jīng)由電子控制裝置而是與Vb電源連接進(jìn)行動(dòng)作的。

[對(duì)電子控制裝置施加的異常輸入]

以上是關(guān)于電子控制裝置的概要，但對(duì)該輸入端子施加的不僅有規(guī)定的信號(hào)，有時(shí)也會(huì)施加異常的輸入。該異常的輸入可能是各種各樣的，主要的可以列舉施加浪涌(圖2)和蓄電池連接異常(圖3)。

[施加浪涌及其影響]

施加浪涌指的是車輛組裝、維護(hù)時(shí)等從人體等受到的靜電、和使用時(shí)等從附近的裝置等經(jīng)由電磁、電容耦合受到的脈沖浪涌等的施加。以下將其合記作“浪涌”。

另一方面，在電子控制裝置的內(nèi)部，使用了微型計(jì)算機(jī)等用微細(xì)加工技術(shù)制造的、對(duì)浪涌的耐性不高的電路(以下記作內(nèi)部電路)。如果采用將電子控制裝置的輸入端子與這些內(nèi)部電路直接連接的結(jié)構(gòu)，則存在內(nèi)部電路被浪涌破壞、不能進(jìn)行正確動(dòng)作的風(fēng)險(xiǎn)。

[用保護(hù)電路進(jìn)行浪涌保護(hù)]

為了防止該情況，一般在輸入輸出端子與內(nèi)部電路之間具備保護(hù)電路。即使對(duì)輸入輸出端子施加浪涌，也能夠如圖2所示地由保護(hù)電路將該浪涌釋放至電源或GND、或者吸收，從而防止對(duì)內(nèi)部電路產(chǎn)生影響。

[蓄電池連接異常及其影響]

另外，蓄電池連接異常指的是用作Vb電源的蓄電池在維護(hù)時(shí)誤將極性相反地連接等連接異常。發(fā)生這樣的連接異常的情況下，Vb電源相對(duì)于GND成為相反極性(負(fù)電壓)，從GND向Vb電源流過(guò)異常電流。

該異常電流的路徑如圖3所示可以考慮各種路徑。一般而言，多采取對(duì)策使通過(guò)電源電路的路徑的異常電流在電源電路內(nèi)被切斷，但經(jīng)由輸入端子的路徑的異常電流需要另外采取對(duì)策。如果不切斷經(jīng)由輸入端子的路徑的異常電流，則存在連接的傳感器等被大電流破壞的風(fēng)險(xiǎn)。另外，即使傳感器等沒(méi)有被破壞，在保護(hù)電路自身因燒毀等而被破壞的情況下，也不再能夠?qū)υ谄渌麢C(jī)會(huì)施加的浪涌進(jìn)行保護(hù)。

[用保護(hù)電路進(jìn)行蓄電池連接異常保護(hù)]

為了防止該情況，上述保護(hù)電路一般也具備切斷經(jīng)由該輸入端子的異常電流的功能。即，即使對(duì)輸入輸出端子施加相反極性的Vb電源，也能夠通過(guò)保護(hù)電路切斷大電流，而防止對(duì)連接的傳感器等產(chǎn)生影響。

[現(xiàn)有的保護(hù)電路]

如上所述的保護(hù)電路能夠用各種方式實(shí)現(xiàn)，但以往使用例如圖4所示的使用了電阻器和2個(gè)電容器的保護(hù)電路。該保護(hù)電路具有在施加浪涌時(shí)用電容器C1和C2吸收浪涌的能量、并且在蓄電池連接異常時(shí)R1切斷從內(nèi)部電路向輸入端子的異常電流的功能，能夠用該保護(hù)電路保護(hù)內(nèi)部電路和傳感器等不受浪涌和蓄電池連接異常影響。一般而言，這些電阻器和電容器作為個(gè)別元件安裝在印刷基板上。在圖5中示出表示將現(xiàn)有的集成保護(hù)電路應(yīng)用于電子控制裝置時(shí)的結(jié)構(gòu)的電路框圖。

以下參考附圖說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。

(第一實(shí)施方式)

以下，對(duì)于本發(fā)明的第一實(shí)施方式的電子控制裝置，用圖6進(jìn)行說(shuō)明。圖6是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式中的電子控制裝置1的結(jié)構(gòu)的電路框圖。

[電子控制裝置1的結(jié)構(gòu)]

電子控制裝置1中，傳感器等2經(jīng)由輸入配線91與輸入端子81連接，蓄電池3的正極經(jīng)由Vb電源配線92與Vb電源端子82連接，蓄電池3的負(fù)極經(jīng)由GND配線93與GND端子83連接，并且，其內(nèi)部由保護(hù)電路4和內(nèi)部電路5、和電源電路6、和未圖示的輸出電路構(gòu)成。另外，傳感器等與Vb電源配線92和GND配線93、和輸入配線91連接。

保護(hù)電路4由二極管D1和D2、保護(hù)電阻器R1和R2、電容器C1和C2構(gòu)成，在輸入端子81與內(nèi)部電源94之間串聯(lián)地插入二極管D1和保護(hù)電阻器R1，在輸入端子81與GND配線93之間串聯(lián)地插入二極管D2和保護(hù)電阻器R2。另外，在二極管D1與保護(hù)電阻器R1之間的配線95與GND配線93之間插入電容器C1，在二極管D2與保護(hù)電阻器R2之間的配線96與GND配線93之間插入電容器C2。其中，用虛線49包圍的部分是集成為集成電路的部分(后述)。

內(nèi)部電路5由微型計(jì)算機(jī)等構(gòu)成，與輸入端子91、內(nèi)部電源94、GND配線93和未圖示的輸出電路連接。電源電路6與Vb電源配線92、GND配線93和內(nèi)部電源94連接。另外，未圖示的輸出電路經(jīng)由未圖示的輸出端子與未圖示的致動(dòng)器連接。

[通常動(dòng)作時(shí)的動(dòng)作]

首先，說(shuō)明通常動(dòng)作時(shí)的電子控制裝置1和保護(hù)電路4的動(dòng)作。如“背景技術(shù)”所述，電子控制裝置1的作用是與未圖示的控制對(duì)象的狀態(tài)和來(lái)自駕駛員的輸入相應(yīng)地進(jìn)行控制運(yùn)算，經(jīng)由未圖示的致動(dòng)器實(shí)現(xiàn)要求的控制。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，電子控制裝置1等進(jìn)行以下動(dòng)作。

傳感器等2對(duì)輸入配線91輸出與控制對(duì)象的狀態(tài)或來(lái)自駕駛員的輸入相應(yīng)的信號(hào)。內(nèi)部電路5通過(guò)輸入端子81從輸入配線91讀取該信號(hào)，用內(nèi)部的微型計(jì)算機(jī)等進(jìn)行控制運(yùn)算，經(jīng)由未圖示的輸出電路驅(qū)動(dòng)致動(dòng)器，進(jìn)行要求的控制。另外，電源電路6用從Vb電源配線92得到的比較高電壓(14[V]左右)的Vb電源，生成適合內(nèi)部電路動(dòng)作的電壓(5[V]、3.3[V]等)的內(nèi)部電源，對(duì)內(nèi)部電源配線94供電。

此處，保護(hù)電路4不進(jìn)行積極的動(dòng)作，使來(lái)自輸入端子81的信號(hào)直接通過(guò)而對(duì)內(nèi)部電路5傳達(dá)。這是因?yàn)橐蟊Ｗo(hù)電路4在通常時(shí)對(duì)輸入的信號(hào)不進(jìn)行干涉，僅在后述的異常時(shí)動(dòng)作而進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作。

具體而言，通常時(shí)輸入配線91的電位Vin處于GND電位與內(nèi)部電源的電位Vcc之間，所以二極管D1和D2受到反向偏壓而不流過(guò)電流。另外，在電源接入最初電容器C1通過(guò)保護(hù)電阻器R1充放電至內(nèi)部電源的電位Vcc，電容器C2通過(guò)保護(hù)電阻器R2充放電至GND電位。充放電收斂后穩(wěn)定在該狀態(tài)，不流過(guò)電流。

[對(duì)電子控制裝置施加的浪涌]

如“背景技術(shù)”所述，施加的浪涌中存在來(lái)自人體等的靜電和從附近的裝置等經(jīng)由電磁、電容耦合而受到的脈沖浪涌，具有高電壓但持續(xù)時(shí)間短、并且浪涌源的阻抗比較高這樣的特征。

例如，作為面向汽車設(shè)備的靜電試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的ISO10605中，作為車載設(shè)備可承受的靜電施加條件之一，示出了充電至±8[kV]的電容330[pF]的蓄電電容器Cs的電荷通過(guò)電阻值2[kΩ]的放電電阻Rs對(duì)輸入配線91和輸入端子81施加的條件。在圖7中，示出表示該浪涌源7與電子控制裝置1的關(guān)系的圖。

施加了這樣的浪涌的情況下，電子控制裝置1內(nèi)的保護(hù)電路4通過(guò)使該浪涌釋放至內(nèi)部電源配線94或GND配線93而保護(hù)內(nèi)部電路5。此時(shí)的動(dòng)作在施加正電壓的浪涌時(shí)和施加負(fù)電壓的浪涌時(shí)不同，所以以下對(duì)其分別說(shuō)明。

[施加正電壓浪涌時(shí)的保護(hù)電路4的動(dòng)作]

對(duì)輸入端子81施加正電壓的浪涌時(shí)，輸入配線91的電位Vin比內(nèi)部電源的電位Vcc高，二極管D1受到正向偏壓而在正向流過(guò)浪涌電流，該浪涌電流流入電容器C1。

此時(shí)，輸入配線91的電位Vin被限制為對(duì)電容器C1的電壓Vc1加上二極管D1的正向電壓Vf1得到的電壓。二極管D1的正向電壓Vf1一般能夠限制在數(shù)十V以下，電容器C1的Vc1的電壓也能夠通過(guò)使電容器C1的容量充分大而得到抑制，所以結(jié)果能夠?qū)⑤斎肱渚€91的電位Vin抑制為比浪涌源7的蓄電電容器Cs的充電電壓更低的電壓，能夠保護(hù)內(nèi)部電路5。

另外，施加浪涌不限于僅有1次，所以需要使受浪涌充電的電容器C1的電荷迅速放電。這通過(guò)對(duì)內(nèi)部電源的配線94通過(guò)保護(hù)電阻器R1放電而實(shí)現(xiàn)。

[施加負(fù)電壓浪涌時(shí)的保護(hù)電路4的動(dòng)作]

對(duì)輸入端子81施加負(fù)電壓的浪涌的情況下，輸入配線91的電位Vin比GND電位低，二極管D2受到正向偏壓而在正向流過(guò)浪涌電流，該浪涌電流從電容器C2流出。

此時(shí)，輸入配線91的電位Vin被限制為對(duì)電容器C2的電壓Vc2加上二極管D2的正向電壓Vf2得到的電壓。由此，能夠與施加正電壓浪涌時(shí)同樣地將輸入配線91的電位Vin抑制為比浪涌源7的蓄電電容器Cs的充電電壓低的電壓，能夠保護(hù)內(nèi)部電路5。另外，受浪涌充電的電容器C2的電荷通過(guò)保護(hù)電阻器R2對(duì)GND配線93放電。

以上是施加浪涌時(shí)的保護(hù)電路4的動(dòng)作。

[關(guān)于電容器C1和C2的電容的制約]

以上說(shuō)明中，敘述了電容器C1和C2的容量需要充分大，對(duì)于關(guān)于該電容值的制約進(jìn)行說(shuō)明。

關(guān)于電容器C1和C2的電容值，在設(shè)預(yù)想對(duì)電子控制裝置施加的浪涌的最大電荷量為Qs[C]，內(nèi)部電路和傳感器等的輸入端子的耐壓與二極管D1和D2的耐壓中較低一方為Vmax時(shí)，上述電容器的電容Cs需要滿足不等式[Cs≥Qs/Vmax]。

這是因?yàn)殡娙萜鰿1或C2因施加浪涌而充電，其充電電壓增大時(shí)輸入端子81的電壓也與其相應(yīng)地升高，超過(guò)內(nèi)部電路和電容器等的輸入端子81的耐壓、和受到反向偏壓一方的二極管(施加正電壓浪涌時(shí)為D2，施加負(fù)電壓浪涌時(shí)為D1)的耐壓中的某一方時(shí)存在將其破壞的風(fēng)險(xiǎn)。

舉出具體數(shù)值，浪涌的電荷量Qs例如在如圖7舉出的靜電施加條件下，是蓄電電容器Cs的電容值(330pF)與充電電壓(8kV)的積即約2.64[nC]。另外，對(duì)于內(nèi)部電路和傳感器等的輸入端子的耐壓和上述PN結(jié)的耐壓，依賴于使用的傳感器和內(nèi)部電路、保護(hù)電路中使用的部件和半導(dǎo)體工藝，但特別在半導(dǎo)體中為了確保大于100V的耐壓而需要特殊工藝，成本提高，所以本實(shí)施例中設(shè)Vmax為100[V]。

此時(shí)，根據(jù)以下計(jì)算式可知電容器C1和C2的電容值Cs需要0.264[μF]以上。

[Cs≥Qs/Vmax＝2.64[nC]/100[V]＝0.0264[μF]]

[蓄電池連接異常時(shí)的保護(hù)電路4的動(dòng)作]

接著，說(shuō)明作為蓄電池連接異常、蓄電池3極性相反地連接的情況下的保護(hù)電路4的動(dòng)作。蓄電池3極性相反地連接時(shí)，Vb電源相對(duì)于GND電位成為相反極性(負(fù)電壓)，從GND配線93向Vb電源配線92流過(guò)異常電流，所以需要將其抑制為充分小的值。

此處，假設(shè)通過(guò)電源電路6的路徑的異常電流能夠在電源電路6內(nèi)切斷。另外，關(guān)于從GND配線93通過(guò)內(nèi)部電路5到達(dá)輸入端子81的路徑，因?yàn)閮?nèi)部電路5的輸入一般是高阻抗，所以能夠在此處切斷異常電流。

剩余的是從GND配線93通過(guò)保護(hù)電路4到達(dá)輸入端子81的路徑，存在通過(guò)電容器C2和二極管D2的路徑1、和通過(guò)保護(hù)電阻器R2和二極管D2的路徑2。此處，對(duì)于路徑1，因?yàn)殡娙萜鰿2不能直流地通過(guò)電流，所以能夠切斷異常電流。另外，對(duì)于路徑2，能夠使保護(hù)電阻器R2的電阻值Rp為充分高的值從而將異常電流抑制為較低的值。

根據(jù)以上所述，能夠在所有可能的路徑將蓄電池連接異常導(dǎo)致的異常電流抑制為充分小的值，能夠保護(hù)傳感器等2和保護(hù)電路4自身。

[關(guān)于保護(hù)電阻器R2的電阻值的制約]

以上說(shuō)明中，敘述了保護(hù)電阻器R2的電阻值Rp需要充分大，對(duì)于關(guān)于該電阻值的制約進(jìn)行說(shuō)明。

保護(hù)電阻值R2的電阻值Rp，在設(shè)蓄電池電壓為Vb、包含保護(hù)電阻器R2的封裝體的容許損耗為P時(shí)，需要滿足不等式[Rp≥Vb×Vb/P]。這是因?yàn)殡娮柚礡p較小時(shí)保護(hù)電阻器R2中流過(guò)的異常電流較大，超過(guò)封裝體的容許損耗P時(shí)會(huì)導(dǎo)致保護(hù)電阻器R2燒毀等，存在喪失對(duì)在其他機(jī)會(huì)施加的浪涌的保護(hù)能力的風(fēng)險(xiǎn)。

舉出具體數(shù)值，蓄電池電壓Vb在用發(fā)電機(jī)對(duì)蓄電池3充電時(shí)成為比較高的電壓，該電壓一般是14[V]左右。另外，包含保護(hù)電阻器R2的封裝體的容許損耗P取決于使用的封裝體，但一般而言超過(guò)1[W]時(shí)需要特別的散熱結(jié)構(gòu)，成本提高，所以本實(shí)施例中設(shè)容許損耗P為1[W]。

此時(shí)，根據(jù)以下計(jì)算式可知保護(hù)電阻器R2的電阻值Rp需要196[Ω]以上。

[Rp≥Vb×Vb/P＝14[V]×14[V]/1[W]＝196[Ω]]

[關(guān)于保護(hù)電阻器R2的電阻值的其他制約]

另外，關(guān)于保護(hù)電阻器R2的電阻值的制約在該制約以外，也存在能夠?qū)惓ｋ娏饕种茷楸热菰S從輸入配線91對(duì)傳感器等2流入的電流值更小的值這一重要的制約，這很大程度上依賴于選定的傳感器等2的規(guī)格，難以一概而論地決定，所以此處不計(jì)算其數(shù)值。

以上是本實(shí)施方式中的電子控制裝置1中施加浪涌時(shí)和蓄電池連接異常時(shí)的保護(hù)電路4的動(dòng)作。

[保護(hù)電路4在集成電路中的實(shí)現(xiàn)方式(體硅)]

接著，說(shuō)明為了電子控制裝置1的小型化而將保護(hù)電路4的一部分集成在體硅芯片中時(shí)的安裝方式。集成的對(duì)象是圖6中41所示的虛線內(nèi)部示出的元件、即二極管D1、D2和保護(hù)電阻器R1、R2。此后，將41的虛線內(nèi)的保護(hù)電路記作集成保護(hù)電路41。另外，C1和C2如“發(fā)明要解決的課題”所述不適合在集成電路中安裝，所以此處不包括在集成保護(hù)電路41的對(duì)象內(nèi)。

首先，對(duì)于本實(shí)現(xiàn)方式的集成保護(hù)電路41的截面結(jié)構(gòu)，用圖8進(jìn)行說(shuō)明。圖8是表示本安裝方式的集成保護(hù)電路41的截面結(jié)構(gòu)的圖。

集成保護(hù)電路41大體分為形成半導(dǎo)體元件的器件層42和配線層43，在器件層42形成二極管D1和二極管D2，在配線層43形成保護(hù)電阻器R1和R2和連接集成保護(hù)電路41內(nèi)外的元件的配線。

對(duì)器件層42的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，首先，器件層42整體以p型半導(dǎo)體的p-sub(p型襯底)區(qū)域421作為襯底，在其中形成n型區(qū)域422、進(jìn)而在其內(nèi)部形成p型區(qū)域423而用其界面的PN結(jié)構(gòu)成二極管D1。另外，在其他場(chǎng)所形成n型區(qū)域424、進(jìn)而在其內(nèi)部形成p型區(qū)域425、進(jìn)而在內(nèi)部形成n型區(qū)域426，用p型區(qū)域425與n型區(qū)域426的界面的PN結(jié)構(gòu)成二極管D2。

另外，在配線層43中用多晶硅配線形成保護(hù)電阻器R1和R2，并且形成用于與集成保護(hù)電路41的外部連接的端子431。

[用使用PN結(jié)的分離層分離GND配線與保護(hù)元件]

這些元件在配線層43內(nèi)基本上與圖6的電路框圖同樣地連接，但存在兩個(gè)追加的連接。第一個(gè)追加連接，是p-sub區(qū)域421在配線層與GND配線93連接這一點(diǎn)。這是因?yàn)閜-sub區(qū)域421與哪一個(gè)電位都不連接時(shí)，存在周圍的元件和配線之間通過(guò)浮游電容和寄生二極管造成不良影響的可能性，所以需要使電位固定。

第二個(gè)追加連接，是n型區(qū)域424與配線95連接這一點(diǎn)。由此，n型區(qū)域424通過(guò)保護(hù)電阻器R1偏壓為內(nèi)部電源電位Vcc，n型區(qū)域424與p-sub區(qū)域421之間的PN結(jié)4251、和n型區(qū)域424與p型區(qū)域425之間的PN結(jié)4252雙方受到反向偏壓，由此起到使p-sub區(qū)域421與二極管D2分離的分離層的作用。

如果該分離層不存在，則二極管D2的陽(yáng)極即p型區(qū)域425會(huì)經(jīng)由p-sub區(qū)域421與GND配線93導(dǎo)通，在蓄電池連接異常時(shí)不能用保護(hù)電阻器R2抑制異常電流。由于存在該分離層，而能夠確保二極管D2與GND配線93之間的絕緣，使保護(hù)電阻器R2有效地發(fā)揮作用。

以上是將集成保護(hù)電路41集成在體硅芯片中時(shí)的安裝方式。

[保護(hù)電路4在集成電路中的其他安裝方式(SOI)]

接著，作為集成保護(hù)電路41的集成的其他方式，說(shuō)明在SOI(Silicon On Insulator：絕緣層上硅)的芯片中集成時(shí)的安裝方式。

首先，對(duì)于本實(shí)現(xiàn)方式的集成保護(hù)電路41的截面結(jié)構(gòu)，用圖9進(jìn)行說(shuō)明。圖9是表示本實(shí)現(xiàn)方式的集成保護(hù)電路41的截面結(jié)構(gòu)的圖。

集成保護(hù)電路41大體分為襯底層44、BOX層45、SOI層46和配線層43，在SOI層46形成二極管D1和D2，在配線層43形成保護(hù)電阻器R1和R2、和連接集成保護(hù)電路41內(nèi)外的元件的配線。

襯底層44由硅構(gòu)成，具有作為上部的層的襯底的作用，在本電路中不形成電路元件和配線。BOX層45也稱為氧化膜層，由硅氧化膜構(gòu)成。該層具有使基板層42與上部的SOI層46電絕緣的作用，該層存在是SOI芯片的特征。SOI層46由硅構(gòu)成，相當(dāng)于在體硅中安裝時(shí)的器件層42，是形成半導(dǎo)體元件的層。另外，配線層43是與在體硅中安裝時(shí)的配線層43相同的結(jié)構(gòu)。

對(duì)SOI層46的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，首先，SOI層46整體由p型半導(dǎo)體區(qū)域461構(gòu)成基礎(chǔ)，在其中夾著槽狀氧化物469形成n型區(qū)域462、進(jìn)而在其內(nèi)部形成p型區(qū)域463而用其界面的PN結(jié)構(gòu)成二極管D1。另外，在其他場(chǎng)所同樣夾著槽狀氧化物469形成p型區(qū)域465、進(jìn)而在其內(nèi)部形成n型區(qū)域466，用p型區(qū)域465與n型區(qū)域466的界面的PN結(jié)構(gòu)成二極管D2。

這些元件在配線層43內(nèi)基本上與圖6的電路框圖同樣地連接。但是作為追加連接，p型半導(dǎo)體區(qū)域461和基板層42為了固定電位而與GND配線93連接。

[用BOX層45和槽狀氧化物469使GND配線與保護(hù)元件分離]

本實(shí)現(xiàn)方式中，二極管D2與GND配線93之間的絕緣，通過(guò)BOX層45和槽狀氧化物469實(shí)現(xiàn)。本實(shí)現(xiàn)方式與在體硅中安裝時(shí)用反向偏壓的PN結(jié)實(shí)現(xiàn)的絕緣方式相比，寄生電容更小，并且寄生元件引起的不良影響的風(fēng)險(xiǎn)較小等，能夠確保更高的絕緣性能。

以上是將集成保護(hù)電路41集成在SOI芯片中時(shí)的安裝方式。

(第二實(shí)施方式)

接著，對(duì)于本發(fā)明的第二實(shí)施方式的電子控制裝置，從與第一實(shí)施方式中的結(jié)構(gòu)的差異方面進(jìn)行說(shuō)明。圖10是表示本實(shí)施方式中的電子控制裝置1的結(jié)構(gòu)的電路框圖。

本實(shí)施方式中的電子控制裝置1，具有基本上與第一實(shí)施方式中的電子控制裝置1相同的結(jié)構(gòu)，但在保護(hù)電路4、特別是集成保護(hù)電路41內(nèi)形成有追加的電路。即，在二極管D1、D2和保護(hù)電阻器R1、R2的后級(jí)，形成有保護(hù)電阻器R3、二極管D3和D4。

[通常動(dòng)作時(shí)的保護(hù)電路4的動(dòng)作]

首先，說(shuō)明通常動(dòng)作時(shí)的保護(hù)電路4的動(dòng)作。通常動(dòng)作時(shí)的動(dòng)作在本實(shí)施方式中也與第一實(shí)施方式的基本上相同。即，保護(hù)電路4不進(jìn)行積極的動(dòng)作，使來(lái)自輸入端子81的信號(hào)直接通過(guò)而對(duì)內(nèi)部電路5傳達(dá)。具體而言，通常時(shí)輸入配線91的電位Vin處于GND電位與內(nèi)部電源的電位Vcc之間，所以二極管D1和D2以及D3和D4都受到反向偏壓而不流過(guò)電流，對(duì)輸入信號(hào)不進(jìn)行干涉。

[施加浪涌時(shí)的保護(hù)電路4的動(dòng)作]

施加浪涌時(shí)，與第一實(shí)施方式共通的部分、即二極管D1、D2、保護(hù)電阻器R1、R2和電容器C1、C2的動(dòng)作不變。不同的部分在于追加部分即保護(hù)電阻器R3、二極管D3和D4進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)追加的保護(hù)功能這一點(diǎn)。

即，如第一實(shí)施例所述，施加浪涌時(shí)的輸入配線91的電位Vin被二極管D1或D2抑制在數(shù)十V以下，但本實(shí)施例中通過(guò)如下所述的動(dòng)作，能夠?qū)?nèi)部電路5的輸入配線97的電位抑制在更低的電壓。

即，施加正電壓的浪涌時(shí)，二極管D3受到正向偏壓，浪涌電流通過(guò)保護(hù)電阻器R3流向內(nèi)部電源配線94。此時(shí)，在保護(hù)電阻器R3中電壓下降，能夠使輸入配線97的電位與輸入配線91的電位相比降低。

另外，施加負(fù)電壓的浪涌時(shí)，二極管D4受到正向偏壓，浪涌電流通過(guò)保護(hù)電阻器R3從GND配線93流過(guò)。此時(shí)，在保護(hù)電阻器R3中電壓下降，能夠使輸入配線97的電位與輸入配線91的電位相比升高(減小與GND電位的差)。

以上是本實(shí)施方式中的保護(hù)電路4的動(dòng)作，能夠通過(guò)該動(dòng)作更有效地保護(hù)內(nèi)部電路5。

其中，第一、第二實(shí)施方式中的保護(hù)電路4為了簡(jiǎn)化說(shuō)明而記載了輸入端子81為1個(gè)的情況，但對(duì)于輸入端子的數(shù)量為2個(gè)以上的情況也能夠同樣適用。該情況下，能夠采用使電容器C1和C2、保護(hù)電阻器R1和R2對(duì)于各輸入端子共用的結(jié)構(gòu)。

另外，如以上說(shuō)明的各種變形例可以分別單獨(dú)地應(yīng)用，也可以任意組合地應(yīng)用。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

1：電子控制裝置，2：傳感器等，3：蓄電池，4：保護(hù)電路，5：內(nèi)部電路，6：電源電路，7：浪涌源

41：集成保護(hù)電路，42：器件層，43：配線層，44：基板層，45：BOX層，46：SOI層

D1、D2、D3、D4：二極管，R1、R2、R3：保護(hù)電阻器，C1、C2：電容器

81：輸入端子，91：輸入配線，92：Vb電源配線，93：GND配線，94：內(nèi)部電源配線。