(57)【要約】【課題】  クラスII集積回路を負トランジェントから保護する方法及び回路を提供する。【解決手段】  クラスII集積回路バスを負トランジェントから保護するために、電池からバイアスされているが接地を参照するクランプ回路を使用する。即ち、電流経路は電池から、ブロッキングダイオード、トランジスタ、抵抗、及び複数のダイオードを通ってバスピンに達し、それでもバスは接地を参照する。一実施例のトランジェント保護回路は、陰極が接地に接続されている参照ダイオードと、電流源としてバイアスされ、出力端子が上記参照ダイオードの陽極に作動可能に接続されるトランジスタと、上記参照ダイオードの陽極とバスピンとの間に作動可能に接続されている少なくとも第２のダイオードとを備え、上記トランジスタはモジュール接地が損なわれていない時に電流を供給する。【選択図】      図４
2004254305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路をトランジェント電圧から保護する方法であって、
モジュールの接地が損なわれていない時に電池電流を参照ダイオードに供給するステップと、
接地を参照するある電圧を形成するように上記参照ダイオードをバイアスするステップと、
バスピンを上記接地を参照する電圧にクランプするステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
上記トランジェント電圧が通過してしまうまで上記バスピンをクランプするために、キャパシタから電流を供給するステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の集積回路をトランジェント電圧から保護する方法。
【請求項３】
上記モジュールの接地が損なわれていない時に上記参照ダイオードをバイアスする電流を生成するように、トランジスタを飽和状態までバイアスするステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の集積回路をトランジェント電圧から保護する方法。
【請求項４】
トランジェント保護回路であって、
参照ダイオードと、
上記参照ダイオードの陽極に作動可能に接続されている出力を有するトランジスタと、
上記参照ダイオードの陽極と、バスピンとの間に作動可能に接続されている少なくとも第２のダイオードと、
を備え、
上記トランジスタは、モジュールの接地が損なわれていない時に電流を供給する、
ことを特徴とするトランジェント保護回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トランジェント保護回路に関する。特定的には、本発明は、集積回路をトランジェントから保護する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車産業では、その自動車内においてクラスIIと呼ばれる通信プロトコルを使用している。クラスIIは単一配線ビークル通信ネットワークであって、SAE J1850標準の変形である。種々のクラスII集積回路（以下、クラスII ＩＣという）の全てには電池電位が給電され、クラスII通信を使用するビークル内の他の電子モジュールと通信する１つのピンバスを有している。従来の設計においては、クラスII ＩＣを負トランジェントから保護するために、デュアルダイオードトランジェント保護回路を使用してきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
不幸にも、接地（グラウンド）が開路になる障害が発生した場合、従来の保護回路では負トランジェントがバスをロックアップさせる恐れがあった。本発明は、この欠陥を解消する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
クラスII ＩＣバスを負トランジェントから保護するために、従来技術におけるようにバイアスされて接地を参照するのではなく、電池からバイアスされているが接地を参照するクランプ回路を使用する。即ち、電流経路は、従来技術におけるように接地からバス（ピン）に達するのではなく、その代わりとして、電池から、ブロッキングダイオード、トランジスタ、抵抗、及び複数のダイオードを通ってバスピンに達するが、それでもバスは接地を参照する。
【０００５】
本発明は、集積回路をトランジェント電圧から保護する方法に関し、本方法は、モジュールの接地ピンと、陰極が接地を参照している参照ダイオードの陽極との間の通路の存在に依存して電池電流を供給するステップと、上記参照ダイオードを順バイアスして接地を参照する参照電圧を発生させるステップと、少なくとも１つのダイオードを使用してバスピンを上記参照電圧にクランプするステップとを含む。
【０００６】
別の好ましい実施例において、本発明はトランジェント保護回路に関し、本回路は、陰極が接地に接続されている参照ダイオードと、電流源としてバイアスされ、出力端子が上記参照ダイオードの陽極に作動可能に接続されるトランジスタと、上記参照ダイオードの陽極とバスピンとの間に作動可能に接続されている少なくとも第２のダイオードとを備え、上記トランジスタはモジュール接地が損なわれていない時に電流を供給する。
【０００７】
さらなる好ましい実施例において、本発明はトランジェント保護回路に関し、本回路は、陰極が接地に接続されている参照ダイオードと、スイッチとしてバイアスされ、出力端子が抵抗の第１の端に接続されて電流源を形成しているトランジスタとを備え、上記抵抗の第２の端は上記参照ダイオードの陽極に作動可能に接続され、上記回路は更に、上記参照ダイオードの陽極とバスピンとの間に作動可能に接続されている少なくとも第２のダイオードを備えている。
【０００８】
別の好ましい実施例において、本発明は、上記参照ダイオードと作動可能に並列接続されているキャパシタを更に備え、上記キャパシタはトランジェント電圧が通過してしまうまでバスピンをクランプする電流を供給する。
【０００９】
さらなる好ましい実施例においては、上記少なくとも第２のダイオードは、作動可能に直列接続されている第２及び第３のダイオードを含む。
【００１０】
別の好ましい実施例においては、上記少なくとも第２のダイオードは、直列に作動可能に接続されている第２、第３、及び第４のダイオードを含む。
【００１１】
さらなる好ましい実施例において、本発明は、電子モジュール及びトランジェント保護回路に関する。電子モジュールは、バスピン、電池ピン、及び接地ピンを有する集積回路を含み、トランジェント保護回路は、陰極が接地に接続されている参照ダイオードと、電流源としてバイアスされ、出力端子が上記参照ダイオードの陽極に作動可能に接続されているトランジスタと、上記参照ダイオードの陽極とバスピンとの間に作動可能に接続されている少なくとも第２のダイオードとを備え、上記トランジスタはモジュール接地が損なわれていない時に電流を供給する。
【００１２】
別の好ましい実施例において、本発明は、電子モジュール及びトランジェント保護回路に関する。電子モジュールは、バスピン、電池ピン、及び接地ピンを有している。トランジェント保護回路は、陰極が接地に接続されている参照ダイオードと、スイッチとしてバイアスされ、抵抗と直列接続されているトランジスタを含み、それによって出力端子が上記参照ダイオードの陽極に作動可能に接続されている電流源が形成され、上記モジュールは更に、上記参照ダイオードの陽極とバスピンとの間に作動可能に接続されている少なくとも第２のダイオードを備え、上記トランジスタはモジュール接地が損なわれていない時に電流を供給する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の利用可能性のさらなる範囲は、以下の添付図面に基づく詳細な説明から明白になるであろう。しかしながら、当業者には明白なように、本発明の思想及び範囲内において種々の変化及び変更が可能であることから、以下の詳細な説明及び特定の実施例は単なる例示に過ぎないことを理解されたい。
【００１４】
自動車業界は、その自動車内にクラスIIと呼ばれる通信プロトコルを使用している。クラスIIは、単一配線ビークル通信ネットワークであって、SAE J1850標準の変形である。種々のクラスII ＩＣの全てには電池電位が給電され、クラスII通信を使用するビークル内の他の電子モジュールと通信する１つのピンバスを有している。好ましい実施例においては、クラスII ＩＣとしてMC68HC58チップを使用している。自動車のエレクトロニクス１０内の異なる電子モジュール１５、３５、５０は、このプロトコルを使用する。例えば、計器クラスタ（オドメータ、スピードメータ等を含む）は、このクラスII通信を使用してエンジンモジュールと通信することができる。
【００１５】
各電子モジュール１５、３５、５０の回路基板上には、クラスII ＩＣが取付けられている。各電子モジュール１５、３５、５０内のクラスII ＩＣ ２０、３０、４５は、単一の配線２５を通して互いに接続されている。配線２５は、ビークルの接地構造と共にクラスIIバスを形成しており（従って、以下配線２５をバス２５という）、それによって電子モジュール１５、３５、５０が互いに通信できるようになっている（図１参照）。クラスII ＩＣは、バスを監視し、特定の電子モジュール１５、３５、５０のマイクロコンピュータ（ＭＣＵ）１７によって要求される印加可能な情報を送受信する。クラスII ＩＣ ２０は、バス２５上に電池電位（論理１）を印加するか、またはクラスII ＩＣ ２０のロードピン２４に接続されている10ｋΩのロード抵抗（図４乃至６にＲ２／Ｒ１として示す）によってバス２５を論理０にプルダウン可能にすることによってデータを送る。クラスII ＩＣ ２０のロードピン２４は、クラスII ＩＣ ２０のピン１上に存在する電位にバイアスされる。もしクラスII ＩＣ ２０のピン１が高インピーダンスになれば、クラスII ＩＣ ２０のロードピン２４も高インピーダンスになる。クラスII ＩＣ ２０によって受信されるデータは、直列または並列リンク１８を介してマイクロコンピュータＭＣＵ １７へ伝送される。マイクロコンピュータＭＣＵ １７は、プロセッサ、マイクロプロセッサ、または多くの処理手段の何れかであることができる。
【００１６】
種々のクラスII ＩＣ ２０のバスピン２２は、もしバスピン２２上に−２Ｖより低い電位の負トランジェントが出現すれば機能しなくなる恐れがある。自動車産業は、クラスIIＩＣ ２０を負トランジェントから保護するために、デュアルダイオードトランジェント保護回路を使用してきた（図２参照）。クラスII ＩＣバスピン２２を負トランジェントから保護するために、２つのダイオード（Ｄ１／Ｄ２）が、接地とバスピン２２との間に直列に接続されている。好ましい実施例においては、各ダイオードは、順バイアスされた時に＋0.6Ｖの電圧降下を有している。クラスII ＩＣ ２０のバスピン２２は、ダイオードＤ２の陰極に接続されている。クラスII ＩＣ ２０は接地ピン１をも有しており、このピン１は自動車の接地に接続されている。図面では、全ての成分が電子モジュール１５上に取付けられているように示されている。
【００１７】
もし負トランジェント（負のパルス化電圧源及び関連する源インピーダンス抵抗ＲＳからなる等価回路５８によって表されている）がバス２５に印加されれば、直列ダイオードＤ１、Ｄ２が順バイアスされてバスをほぼ−1.2Ｖにクランプし、それによってクラスII ＩＣ バスピン２２を破壊から保護する。
【００１８】
以下に、より詳細に分析する。ダイオードＤ１及びＤ２は、接地ピン１とバスピン２２との間に直列に接続されている。バス２５上に負電圧トランジェントが発生すると、バスピン２２は接地より低く引下げられる。バスピン２２上の負電圧スパイクは、ダイオードＤ１及びＤ２を順バイアスする。ダイオードＤ１の陽極は接地に接続されているから、ダイオードＤ１及びダイオードＤ２にまたがる電圧降下が共に0.6Ｖであるとすれば、バスピン２２上の負電圧は−1.2Ｖに制限される。このように、ダイオードＤ２及びＤ１は電圧クランプとして動作し、ピン２２を−1.2Ｖにクランプする。
【００１９】
典型的には自動車電池５５は12Ｖ電池であり、その電圧はエンジンが動作中には充電システムによって14Ｖ乃至16Ｖに維持される。クラスII ＩＣ ２０の電池ピン２３は、ダイオードＤ３を通して自動車電池５５に接続されている。充電システムが電池を14Ｖに維持するものとすれば、ダイオードＤ３の陰極における電圧は、ダイオードＤ３にまたがる0.6Ｖの電圧降下を差し引いた13.4Ｖである。抵抗Ｒ１は、２つの機能を遂行する。クラスII バスピン２２から電池５５の電位が切り離された時には、抵抗Ｒ１及び他の種々のクラスII ロード抵抗（例えば、Ｒ２）がバスピン２２を接地にバイアスする。また、クラスII ＩＣが電池電位をバスピン２２に印加した時には、抵抗Ｒ１は電流の流れを制限する。典型的には、抵抗Ｒ１及び他のバスロード抵抗は10ｋΩである。
【００２０】
不幸にも、この負トランジェント保護スキームは、接続されている電子モジュールの何れかが障害を起こして接地に開回路を発生させると、バス２５を恒久的に電池電位付近にバイアスすることになる。バス２５が恒久的に電池電位付近にバイアスされるためにバス通信を行うことができず、バスは“ロックアップ”状態になる。電子モジュールの１つの接地接続に開回路が発生すると、クラスII バスは、デュアルダイオード保護回路を通して不適切に電池電位付近にバイアスされるようになる。図３は、接地開回路障害が発生した時の状態を示している。これは、配線が切断されるか、またはコネクタが故障して接地への接続が開回路になった時に生じ得る。従って、もし電子モジュール１５、３５、５０の何れか１つがその接地状態を失えば、直列のデュアルダイオード（Ｄ１／Ｄ２）によって与えられる負トランジェント保護に対する欠陥の故に、クラスII 通信が失われることになる。図３の左下部分において接地接続が切り離されているのは、接地が開路になったことを示している。この状態においては、クラスII バス２５は、多くの回り込み通路の１つを通して論理１にバイアスされる。図３には典型的な回り込み通路５７が、矢印を有する破線で示されている。この回り込み回路は、以下のようにして形成される。回路６０は、クラスII ＩＣ ２０と同じ電子モジュール１５上に配置されている電子チップを表している。この例では、この回路６０は＋５Ｖ電圧レギュレータであり、ブロッキングダイオードＤ３の陰極を通して電池５５に接続されている入力ピン６２と、＋５Ｖ出力ピン６４と、接地ピン６６とを有している。図にはレギュレータ６０の簡易モデルとして、ダイオードＤ４及び4.7ｋΩの抵抗Ｒ３の直列回路が示されている。ダイオードＤ４の陰極における電圧は、電池５５が14Ｖに維持されているものとして、約12.8Ｖである。
【００２１】
図示のように、電流は電池５５から、ブロッキングダイオードＤ３を通って５Ｖレギュレータ６０の入力ピン６２へ流れる。このモジュールの接地が開路であるので、５Ｖレギュレータ６０の接地ピン６６から流出した電流は、負のトランジェントに対する保護を意図している直列接続の２つのダイオードＤ１／Ｄ２を通り、種々のロード抵抗（例えば、Ｒ１／Ｒ２）を論理１にバイアスする。その結果、バスピン２２は、「高」にバイアスされることになる。図３において、バスピン２２は＋８Ｖ程度にバイアスされ、一方開回路になった接地は＋９Ｖ程度で浮いている。電子モジュール３５上のダイオードＤ７、Ｄ８、及びＤ９はそれぞれ、電子モジュール１５上のダイオードＤ１、Ｄ２、及びＤ３と同一の機能を遂行していることに注目されたい。
【００２２】
クラスII バス２５が低インピーダンス回り込み通路を通して論理１にバイアスされるので、クラスII バス２５を論理０にバイアスすることはできず、従って、最早クラスII バス２５上での通信は不可能になる。換言すれば、バスピン２２が「高」にバイアスされているから、プルダウン抵抗Ｒ１はバスピン２２を「低」に引下げることはできない。従って、ロックアップが発生する。５Ｖレギュレータ６０の電池ピン６２からその接地ピン６６へ抜ける回り込み通路は、電子モジュール１５内において発生し得る数多くの回り込み通路の一例である。以上説明したように、モジュールの接地が開路になると、保護ダイオードＤ１及びＤ２は、バスピン２２を「高」に引上げる、即ち「高」にバイアスする、即ちロックアップする電流を流すための通路になる。
【００２３】
クラスII ＩＣバスピン２２を負トランジェントから保護するために、本発明のクランプ回路は、従来技術におけるように接地に対してではなく、電池５５からバイアスされる。図４は、本発明の電子モジュール１５が接地されている時の状況を示している。ＰＮＰバイポーラ接合トランジスタ６５は、ブロッキングダイオードＤ３の陰極からトランジスタ６５及びＲ６を通る電流通路が得られるようにバイアスされている。トランジスタ６５は、電流源として、即ち電流を発生させるために抵抗と直列接続されているスイッチとしてバイアスすることができる。ＰＮＰバイポーラ接合トランジスタの代わりに、またはそれと共に本発明に使用することができる他の種々のデバイスは、リレー、ＮＰＮバイポーラ接合トランジスタ、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、その他の類似デバイスを含む。このトランジスタは、飽和するようにバイアスすることも、またはアクティブモードにバイアスすることもできる。この例では、トランジスタは抵抗Ｒ４及びＲ５によって飽和するようにバイアスされている。好ましい実施例においては、抵抗Ｒ４及びＲ５は共に100ｋΩである。飽和している場合には、トランジスタ６５のコレクタ電圧はそのエミッタ電圧にほぼ等しく、好ましい実施例では12.9Ｖ程度である。抵抗Ｒ６は、ダイオードＤ５の陽極及びキャパシタＣ１を、接地電位よりほぼ0.6Ｖ高い参照電位にバイアスする。好ましい実施例においては、抵抗Ｒ６は20ｋΩである。もしクラスII バス２５上に負トランジェントが出現すれば、バスピン２２は約−1.2Ｖにクランプされる。このクランピングは、以下のようにして達成される（図５参照）。
【００２４】
ブロッキングダイオードＤ３を通る電流は、それをオンに順バイアスする。ダイオードＤ５の陽極は、抵抗Ｒ６に接続されている。トランジスタ６５を通った電流は、抵抗Ｒ６及びダイオードＤ５を通って接地へ流れる。ダイオードＤ５の陰極は接地され、ダイオードＤ５は順バイアスされているから、ダイオードＤ５の陽極は接地より＋0.6Ｖ高い参照電位にある。このように、ダイオードＤ５は参照ダイオードとして動作する。バス２５上に負トランジェントが出現すると、ダイオードＤ１、Ｄ２、及びＤ６が順バイアスされる。ダイオードＤ１及びダイオードＤ２にまたがる電圧降下が0.6Ｖであるとすれば、バスピン２２上の負電圧は−1.2Ｖに制限される。このように、ダイオードＤ１、Ｄ２、及びＤ６は電圧クランプとして動作し、ピン２２を−1.2Ｖにクランプする。クランピング状態においては、電流通路は、従来技術におけるように接地からバスピン２２へではなく、代わりに、電池５５から、ダイオードＤ３、トランジスタ６５、抵抗Ｒ６、ダイオードＤ１、Ｄ２、及びＤ６を通ってバスピン２２へ達する。電池５５の代わりに、他の直流電力源を使用することができる。
【００２５】
キャパシタＣ１は充電槽として動作する。もし抵抗Ｒ６が供給できるより多くの電流をトランジェントが引込めばキャパシタＣ１が必要電流を供給し、トランジェント状態が通過してしまうまでクラスII バス２５をほぼ−1.2Ｖにクランプすることを可能にする。
【００２６】
別の好ましい実施例においては、Ｄ１、Ｄ２、及びＤ６と直列に付加的なダイオードを配置することができる。即ち、バスピン２２を−1.2Ｖより負の電圧にクランプするために付加的な直列ダイオードを、または単一のツェナーダイオードさえも使用することができる。更に別の好ましい実施例においては、バスピン２２を−1.2Ｖより正の電圧にクランプするために、Ｄ２またはＤ６を削除することができる。クランプ電圧は、ｎを直列クランプ列内のダイオード数とし、且つｎ≧１として、クランプ電圧≒−0.6×（ｎ−１）なる式によって決定される。
【００２７】
図６は、接地が開回路になった時の状況を示している。図６の左下部分において接地通路が切り離されているのは、接地が開路になったことを表している。接地回路が開回路の間、クラスII バス２５が恒久的に論理１にバイアスされないように保護するために、負トランジェント保護回路は電池５５によってバイアスされてはいるが、接地を参照する。モジュールの接地が開回路になると、Ｒ５を通って接地に達する電流通路は最早存在しなくなり、抵抗Ｒ４がトランジスタ６５をオフにバイアスする。その結果、従来技術においては存在していた５Ｖレギュレータを通ってクラスII バス２５へ達する回り込み通路は、本発明においては存在しなくなる。トランジスタ６５は、もし電子モジュールの接地が失われれば、該トランジスタを通ってクラスII バス２５へ達する電流が発生しないようにバイアスされる。接地が開回路になった時の電流の流れを、以下に説明する。電流は、電池５５からブロッキングダイオードＤ３を通ってレギュレータ６０へ流れる。電流は、レギュレータ６０の入力ピン６２及び接地ピン６６を通ってダイオードＤ５の陰極へ達する。ダイオードＤ５の陰極は、キャパシタＣ１及び抵抗Ｒ５にも接続されている。直流状態の下ではキャパシタＣ１は開回路のように働くから、それを通る電流は存在しない。また、ダイオードＤ５は逆バイアスされるから、ダイオードＤ５を通る電流も存在しない。更に、トランジスタ６５はオフになるようにバイアスされており、トランジスタ６５のベースとコレクタとの間の接合が逆バイアスされるので、抵抗Ｒ５を通る電流も存在しない。以上のように、５Ｖレギュレータ６０の接地からクラスII バス２５までの電流通路は、キャパシタＣ１（直流では開回路）、ダイオードＤ５（逆バイアス）、及びトランジスタ６５のベース・コレクタ（逆バイアス）によってブロックされる。
【００２８】
回り込み通路が、クラスII バスロード抵抗（Ｒ１／Ｒ２によって表される）をバイアスすることを阻止されるので、バスピン２２が「高」にバイアスされることはない。以上のように、クラスII ＩＣ ２０が取付けられている電子モジュール１５は、開回路に起因して動作しなくなるが、他の電子モジュール３５、５０は「高」にプルアップされず、バス２５はネットワーク上の残余のクラスII 電子モジュール３５、５０によって論理０または論理１に駆動され得るので正常の通信が可能になる。
【００２９】
以上に、本発明の実施例を説明したが、当業者ならば、特許請求の範囲に記載されている本発明の思想及び範囲から逸脱することなく、種々の変化、変更、及び変形を考案することが可能であろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】電子モジュール上に配置されているクラスII 集積回路に接続されているバスを使用して互いに接続されている自動車の電子モジュールを示すシステムブロック図である。
【図２】従来技術によるクラスII 負トランジェント保護回路の回路図である。
【図３】接地が開いている時の従来技術によるクラスII バス負トランジェント保護回路の回路図である。
【図４】クラスII 集積回路バスピンが−1.2Vにクランプされる本発明のクラスII バス保護回路の回路図である。
【図５】クラスII 集積回路バスピンが図４に示すレベルとは異なる電圧にクランプされる本発明のクラスII バス保護回路の回路図である。
【図６】接地が開いている時の本発明のクラスII バス保護回路の回路図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０    自動車のエレクトロニクス
１５    電子モジュール
１７    マイクロコンピュータ
１８    リンク
２０    クラスII 集積回路
２２    バスピン
２３    電池ピン
２４    ロードピン
２５    バス（配線）
３０    クラスII 集積回路
３５    電子モジュール
４５    クラスII 集積回路
５０    電子モジュール
５５    （自動車）電池
５８    負トランジェント等価回路
６０    電圧レギュレータ
６２    入力ピン
６４    出力ピン
６５    ＮＰＮバイポーラ接合トランジスタ
６６    接地ピン
【図１】
2004254305.tif 000003
【図２】
2004254305.tif 000004
【図３】
2004254305.tif 000005
【図４】
2004254305.tif 000006
【図５】
2004254305.tif 000007
【図６】
2004254305.tif 000008