(57)【要約】【課題】低温環境下での起動不具合を解消する。【解決手段】集積回路の内部温度が所定温度に達するまで熱を発生する発熱回路を、前記集積回路の内部に設ける。前記発熱回路は、前記集積回路の内部温度が前記所定温度に達していないとき、前記集積回路の起動と同時に発熱動作を開始し、前記集積回路の内部温度が前記所定温度に達したとき、当該発熱動作を停止すること、とする。さらに、前記発熱回路は、前記集積回路の内部温度が、前記集積回路の起動時に前記所定温度に達していたとき、前記発熱動作を開始しないこと、とする。【選択図】    図１
2005203427.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路の内部温度が所定温度に達するまで熱を発生する発熱回路を、前記集積回路の内部に設けたこと、を特徴とする集積回路。
【請求項２】
前記発熱回路は、
前記集積回路の内部温度が前記所定温度に達していないとき、前記集積回路の起動と同時に発熱動作を開始し、
前記集積回路の内部温度が前記所定温度に達したとき、当該発熱動作を停止すること、
を特徴とする請求項１に記載の集積回路。
【請求項３】
前記発熱回路は、
前記集積回路の内部温度が、前記集積回路の起動時に前記所定温度に達していたとき、前記発熱動作を開始しないこと、
を特徴とする請求項２に記載の集積回路。
【請求項４】
前記集積回路内の中央部に前記発熱回路を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の集積回路。
【請求項５】
前記所定温度は、前記集積回路内の回路素子の温度特性に基づいて、当該回路素子が安定動作するときの温度として設定されること、を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の集積回路。
【請求項６】
前記所定温度は、前記集積回路が有するバイポーラトランジスタのベース／エミッタ間電圧の温度特性に基づいて、当該バイポーラトランジスタが安定動作するときの温度として設定されること、を特徴とする請求項５に記載の集積回路。
【請求項７】
前記集積回路は、ＭＯＳトランジスタで構成される回路を有することを特徴とする請求項１に記載の集積回路。
【請求項８】
前記発熱回路は、
基準電圧を生成するバンドギャップ回路と、
同一の温度特性を有する直列接続した抵抗体により前記基準電圧を所定分圧することで、前記所定温度に対応づけられた比較基準電圧を生成する比較基準電圧生成回路と、
直列接続した抵抗体及びダイオード素子に対して前記基準電圧を印加することで、前記ダイオード素子の順方向電圧を生成する順方向電圧生成回路と、
前記順方向電圧と前記比較基準電圧とを比較し、前記順方向電圧が前記比較基準電圧よりも高い場合には一方のレベルを出力するとともに前記順方向電圧が前記比較基準電圧よりも低い場合には他方のレベルを出力する比較回路と、
前記比較回路の出力が前記一方のレベルを示す場合には導通し、前記比較回路の出力が前記他方のレベルを示す場合には非導通とするスイッチング素子と、
前記スイッチング素子の電流経路上に設けた発熱用抵抗体と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温環境下で起動する集積回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ＩＣなどの集積回路では、通常、動作周囲温度の範囲内での回路動作を保証すべく設計が行われている。例えば、集積回路内部の回路素子は、通常、自己発熱を伴うので、温度上昇の抑制や過熱による誤動作などを防止するための仕組みが提案されている（例えば、以下に示す特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−４１４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、集積回路は、動作周囲温度の下限値（以下、最低動作温度と称する。）よりも低い温度条件下での使用は勿論のこと、その最低動作温度付近での使用は、回路動作を保証する設計仕様上の余裕が少ない。このため、このような低温環境下での使用は、集積回路の起動時の動作が不安定（起動不具合）になりやすかった。
【０００４】
さらに、最近の集積回路では、車載／電装用ＩＣといった温度変化の激しい環境下で使用されるものがある。このような集積回路では、設計仕様上、回路動作を保証するための最低動作温度を従来のものと比べてさらに低くに設定することが求められている。しかし、このような最低動作温度付近で集積回路を実際に使用した場合、電源投入後すぐには回路素子の自己発熱によって安定した温度範囲に移らないため、低温時の起動不具合が顕著となって現れる。
【０００５】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、低温環境下の起動不具合を解消可能な集積回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述した課題を解決するための主たる本発明は、集積回路の内部温度が所定温度に達するまで熱を発生する発熱回路を、前記集積回路の内部に設けたこととする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、低温環境下の起動不具合を解消可能な集積回路を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
＜集積回路＞
図１は、本発明に係る集積回路１００の構成の一例である。  
集積回路１００は、車載／電装用ＩＣなど、温度変化の激しい環境下での使用が想定されるものとする。このため、集積回路１００は、温度変化の緩やかな条件下での使用を前提として設計されたもの（例えば、−３０℃）と比べて、設計仕様上要求される動作周囲温度の下限値（以下、最低動作温度と称する。）が低い（例えば、−４０℃）。また、集積回路１００が有するロジック回路１０は、バイポーラトランジスタをスイッチング素子として採用する。以下、ロジック回路１０の一構成例として、ロジック回路１０ｃの構成を説明する。
【０００９】
ロジック回路１０ｃは、同一の温度特性及び抵抗値Ｒを有する２個の抵抗体が直列接続された直列抵抗体１１と、エミッタ接地のＮＰＮ型バイポーラトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２を有する。直列抵抗体１１の一方の端子には入力端子ＩＮを介して論理値Ｈｉｇｈを示す入力電圧Ｖｉｎが供給され、他方の端子を接地ラインＧＮＤと接続している。直列抵抗体１１の接続部では、入力電圧Ｖｉｎが分圧比１／２で分圧させたＶｂが発生しており、このＶｂに応じたベース電流ＩｂがＴｒ１のベースに供給される。
【００１０】
Ｔｒ１のベースに供給されたＶｂが、Ｔｒ１を導通させるベース／エミッタ間電圧Ｖｂｅ１に達するときＴｒ１は導通し、Ｔｒ１のコレクタ・エミッタ路に電流が流れる。なお、Ｔｒ１が導通するときは、Ｔｒ２のベース電位は接地側に引っ張られて非導通となり、Ｔｒ２のコレクタ側にある所定ノードから論理値Ｈｉｇｈを示す出力電圧Ｖｏｕｔが出力端子ＯＵＴを介して出力される。
【００１１】
ところで、バイポーラトランジスタを導通させるベース／エミッタ間電圧Ｖｂｅは、温度変化に伴って変動する。例えば、Ｔｒ１を導通させるベース／エミッタ間電圧Ｖｂｅ１は、常温時（２５℃）では０．８Ｖ程度必要とするのに対し、低温時では０．９〜１．０Ｖ程度を必要とする。ここで、直列抵抗体１１の接続部において発生する電圧Ｖｂは温度依存性が無く一定とした場合、温度変化に伴ってＴｒ１の導通／非導通の状態が安定しなくなり、前述したとおり、従来よりも最低動作温度を低く設定して集積回路１００が設計される。しかし、従来よりも低温に設定された最低動作温度付近で集積回路１００を実際に使用した場合、電源投入してから起動した直後すぐには回路素子（バイポーラトランジスタなど）の自己発熱によって安定した温度範囲に移らず、起動不具合が生じるおそれがある。
【００１２】
本発明では、集積回路１００は、内部温度が所定温度Ｔａに達するまで熱を発生する発熱回路２０を設けている。なお、所定温度Ｔａは、集積回路１００内の回路素子の温度特性に基づいて、当該回路素子が安定動作するときの温度として設定される。例えば、所定温度Ｔａは、バイポーラトランジスタのベース／エミッタ間電圧Ｖｂｅの温度特性に基づいて、当該バイポーラトランジスタが安定動作するときの温度として設定される。この発熱回路２０を設けることによって、最低動作温度付近など、如何なる低温環境下であっても、集積回路１００は、起動してからすぐに安定した動作に移行することができる。
【００１３】
発熱回路２０は、集積回路１００の内部温度に応じて、発熱動作の開始／終了を自己完結で行うことができる。つまり、発熱回路２０は、集積回路１００の内部温度が所定温度Ｔａに達していないとき、集積回路１００の起動と同時に発熱動作を自動的に開始し、集積回路１００の内部温度が所定温度Ｔａに達したとき、発熱動作を自動的に停止するのである。なお、発熱回路２０は、マイクロコンピュータなどの外部装置（不図示）から起動／停止指示信号を受信し、この起動／停止指示信号に基づいて発熱動作を開始／終了する実施形態としても勿論よい。
【００１４】
発熱回路２０は、集積回路１００の内部温度が、集積回路１００の起動時にすでに所定温度Ｔａに達していたとき、発熱動作を開始しないこととする。このように、低温環境下であっても、集積回路１００の内部温度がすでに所定温度Ｔａに達しており安定して動作する状況下にあっては、発熱動作を不必要に行わないようにするのである。
【００１５】
発熱回路２０は、図１に示すように、集積回路１００内の中央部に設けることが好ましい。このことによって、発熱回路２０より発生した熱が、集積回路１００内部に均一に拡散することができ、集積回路１００はより安定した動作を得ることができるのである。
【００１６】
＜発熱回路＞
図２は、本実施形態に係る発熱回路２０の一構成例である。  
発熱回路２０は、バンドギャップ回路２１、抵抗値Ｒａの抵抗体２２、抵抗値Ｒｂの抵抗体２５、抵抗値Ｒｃの抵抗体２２、ダイオード素子２３、ヒステレシス付きのコンパレータ２６、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ２７、抵抗値Ｒｄの抵抗体２８で構成される。
【００１７】
バンドギャップ回路２１は、２個のＰ−Ｎ接合それぞれの順方向電圧降下の温度変化が、互いに打ち消されるように構成された定電圧回路である。図３は、バンドギャップ回路２１の一構成例である。図３において、Ｑ２に流れる電流をＱ１に流れる電流よりも小さく設定することで、Ｑ１のベース／エミッタ間電圧の方がＱ２のベース／エミッタ間電圧よりも大きくなる。この結果、抵抗値Ｒ３の抵抗体の両端には“ΔＶｂｅ”が発生し、抵抗値Ｒ２の抵抗体の両端には“Ｒ２×ΔＶｂｅ／Ｒ３”が発生する。
【００１８】
基準電圧Ｖｒｅｆは、Ｑ３のベース／エミッタ間電圧“Ｖｂｅ”と抵抗値Ｒ２の抵抗体の両端に発生した“Ｒ２×ΔＶｂｅ／Ｒ３”との和となる。ここで、“Ｖｂｅ”と“Ｒ２×ΔＶｂｅ／Ｒ３”は逆極性であるので、抵抗値Ｒ２と抵抗値Ｒ３を適宜に調整することで、バンドギャップ回路２１は、温度依存性がなく安定した基準電圧Ｖｒｅｆ（例えば、１．２Ｖ程度）を生成するのである。
【００１９】
抵抗体２２の一方の端子とダイオード素子２３のアノード端子が直列接続される。また、抵抗体２２の他方の端子にはバンドギャップ回路２１において発生した基準電圧Ｖｒｅｆが供給され、ダイオード素子２３のカソード端子は接地される。ここで、ダイオード素子２３には順方向に電圧が供給されることになるので、抵抗体２２とダイオード素子２３の接続部には、ダイオード素子２３の順方向電圧ＶＦが発生する。なお、この順方向電圧ＶＦは、一般に、温度依存性を有している。例えば、「順方向電圧ＶＦ＝基準電圧（２５℃の順方向電圧）−２ｍＶ×温度変化（℃）」の関係式が成立する。
【００２０】
抵抗体２４と抵抗体２５は、同一の温度特性（プロセス）を有する。また、抵抗体２４、２５が直列接続されて直列抵抗体を形成する。この直列抵抗体の抵抗体２４側の端子にはバンドギャップ回路２１において発生した基準電圧Ｖｒｅｆが供給され、抵抗体２５側の端子は接地される。この結果、抵抗体２４と抵抗体２５との接続部には、基準電圧Ｖｒｅｆを所定分圧比“Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ）”で分圧した電圧ＶＲ（『比較基準電圧』）が発生する。なお、抵抗体２４と抵抗体２５は同一の温度特性を有するので、所定分圧比“Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ）”、ひいては電圧ＶＲには温度依存性が無い。
【００２１】
ここで、所定分圧比“Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ）”は、つぎのように決定する。まず、集積回路１００内の回路素子（バイポーラトランジスタなど）の温度特性に基づいて、その回路素子が設計仕様どおり安定して動作する所定温度Ｔａを決定する。つぎに、この決定した所定温度Ｔａを前述したダイオード素子２３の順方向電圧ＶＦの関係式に代入することよって、所定温度Ｔａ時の順方向電圧ＶＦが求まる。そして、所定温度Ｔａ時の順方向電圧ＶＦが電圧ＶＲとなるように抵抗値Ｒａ、Ｒｂを調整する。この結果として、所定分圧比“Ｒｂ／（Ｒａ＋Ｒｂ）”が決定される。  
コンパレータ（『比較回路』）２６は、抵抗体２４と抵抗体２５との接続部に発生した電圧ＶＲが−側入力端子に供給され、ダイオード素子２３の順方向電圧ＶＦが＋側入力端子に供給される。そして、コンパレータ２６は、温度依存性の無い電圧ＶＲと、温度依存性を有する順方向電圧ＶＦとを比較する。ここで、コンパレータ２６は、順方向電圧ＶＦが電圧ＶＲよりもレベルが高い場合には一方のレベル（例えば、Ｈｉｇｈレベル）を出力するとともに、順方向電圧ＶＦが電圧ＶＲよりもレベルが低い場合には他方のレベル（例えば、Ｌｏｗレベル）を出力する。なお、コンパレータ２６は、順方向電圧ＶＦ及び電圧ＶＲのチャタリング防止し、バイポーラトランジスタ２７のベースに安定した比較出力を供給するために、ヒステリシス付きであることが好ましい。
【００２２】
バイポーラトランジスタ（『スイッチング素子』）２７は、ＮＰＮ型で、エミッタ接地されており、コンパレータ２６の比較出力がベースに直接供給される。バイポーラトランジスタ２７は、コンパレータ２６の比較出力が一方のレベル（例えば、Ｈｉｇｈレベル）を示す場合には導通し、コンパレータ２６の比較出力が他方のレベル（例えば、Ｌｏｗレベル）を示す場合には非導通とする。なお、バイポーラトランジスタ２７は、ＮＰＮ型に限定されるものではなく、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタや、ＭＯＳトランジスタとしてもよい。
【００２３】
抵抗値Ｒｄを有する抵抗体２８は、発熱用の抵抗体である。抵抗体２８は、バイポーラトランジスタ２７のコレクタ／エミッタ路（『電流経路』）上に設ける。つまり、バイポーラトランジスタ２７が導通するとき、バイポーラトランジスタ２７のコレクタ／エミッタ路には電流が流れ、この結果として、抵抗体２８は発熱するのである。
【００２４】
図４は、本発明に係る発熱回路２０の動作を説明する概念図である。同図に示すとおり、集積回路１００の内部温度が所定温度Ｔａに達しないときには、ダイオード素子２３の順方向電圧ＶＦは、抵抗体２４、２５の接続部に発生する電圧ＶＲよりもレベルが高くなる。このため、コンパレータ２６は、比較出力として、一方のレベル（例えば、Ｈｉｇｈレベル）をバイポーラトランジスタ２７のベースに供給する。この結果、バイポーラトランジスタ２７のコレクタ／エミッタ路に電流が流れて、抵抗体２８が発熱するのである。
【００２５】
一方、集積回路１００の内部温度が所定温度Ｔａに達するときには、ダイオード素子２３の順方向電圧ＶＦは、抵抗体２４、２５の接続部に発生する電圧ＶＲよりもレベルが低くなる。このため、コンパレータ２６は、比較出力として、他方のレベル（例えば、Ｌｏｗレベル）をバイポーラトランジスタ２７のベースに供給する。この結果、バイポーラトランジスタ２７のコレクタ／エミッタ路には電流が流れなくなり、抵抗体２８が必然と発熱しなくなる。
【００２６】
このように、本発明では、集積回路１００の内部に、前述したような簡素な構成で実現可能な発熱回路２０を設けることによって、低温環境下での起動不具合を解消することができるのである。
【００２７】
＜その他の実施形態＞
以上、本実施形態について説明したが、前述した実施例は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【００２８】
＝＝＝ＭＯＳトランジスタ＝＝＝
前述した実施形態において、集積回路１００は、低消費電力化や小型化に適したＭＯＳトランジスタで構成するようにしてもよい。ＭＯＳトランジスタを採用した場合、バイポーラトランジスタを採用する場合と比べて集積回路１００内部に流れる電流が少なくなるので、低温環境下で集積回路１００を実際に使用したときには、集積回路内部でほとんど発熱しなくなることが予想される。よって、ＭＯＳトランジスタで構成された集積回路１００の内部に本発明に係る発熱回路２０を設けることによって、低温環境下での起動不具合を解消するという効果がさらに有効に機能する。
【００２９】
＝＝＝ディスクリート回路＝＝＝
前述した実施形態をとおして、本発明に係る発熱回路２０は、集積回路１００の内部に設けることとしたが、これに限定されるものではない。例えば、プリント基板上に回路素子を設けたディスクリート回路上に、本発明に係る発熱回路２０を形成する実施形態としても勿論よい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係る集積回路の構成を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態に係る発熱回路の構成を説明する図である。
【図３】本発明の実施形態に係るバンドギャップ回路の構成を説明する図である。
【図４】本発明の実施形態に係る発熱回路の動作を説明する図である。
【符号の説明】
【００３１】
１００  集積回路
１０  ロジック回路
２０  発熱回路
２１  バンドギャップ回路
２２、２４、２５  抵抗体
２３  ダイオード素子
２６  コンパレータ
２７  バイポーラトランジスタ
２８  抵抗体
【図１】
2005203427.tif 000003
【図２】
2005203427.tif 000004
【図３】
2005203427.tif 000005
【図４】
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