(57)【要約】【課題】  温度変動に対するLSI内部の信号伝搬遅延時間変動を少なくし、高速回路においてもLSI設計を容易にし、かつ小型で安定した動作の電子機器回路を得る。【解決手段】  LSIパッケージケース温度を温度負特性のサーミスタＲth1と温度正特性のサーミスタＲth2で検出し、LSI駆動電圧を分圧した中間電圧Ｖkと基準電圧とを誤差増幅器２で比較する。中間電圧はLSIのパッケージケース温度によりサーミスタの抵抗値変動により変化する。その中間電圧の変化と基準信号源電圧とを誤差増幅器により比較しLSI駆動電圧を制御する。パッケージケース温度が高い時にはLSI駆動電圧を高くし、パッケージケース温度が低い時にはLSI駆動電圧を低くなるよう制御することにより温度に対するLSI内部の信号伝搬遅延時間の変動（遅延係数）を小さくする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
LSI駆動電圧の変動を抑制する電源回路を備えた電子機器回路において、
当該LSIのパッケージケースに密着して固定され温度負特性を有する第１のサーミスタを含んで一端が前記LSI駆動電圧に接続された第１の抵抗と、
一端が前記第１の抵抗、他端が大地に接続され固定抵抗から成る第２の抵抗とを設け、
前記第１の抵抗と前記第２の抵抗によって前記LSI駆動電圧を分圧した中間電圧を前記電源回路へ負帰還することを特徴とする電子機器回路。
【請求項２】
LSI駆動電圧の変動を抑制する電源回路を備えた電子機器回路において、
一端が前記LSI駆動電圧に接続された固定抵抗から成る第１の抵抗と、
当該LSIのパッケージケースに密着して固定され温度正特性を有するサーミスタを含んで一端が前記第１の抵抗、他端が大地に接続された第２の抵抗とを設け、
前記第１の抵抗と前記第２の抵抗とによって前記LSI駆動電圧を分圧した中間電圧を前記電源回路へ負帰還することを特徴とする電子機器回路。
【請求項３】
LSI駆動電圧の変動を抑制する電源回路を備えた電子機器回路において、
当該LSIのパッケージケースに密着して固定され温度負特性を有する第１のサーミスタを含んで一端が前記LSI駆動電圧に接続された第１の抵抗と、
当該LSIのパッケージケースに密着して固定され温度正特性の第２のサーミスタを含んで一端が前記第１の抵抗、他端が大地に接続された第２の抵抗とを設け、
前記第１の抵抗と前記第２の抵抗によって前記LSI駆動電圧を分圧した中間電圧を前記電源回路へ負帰還することを特徴とする電子機器回路。
【請求項４】
前記電源回路は、前記第１の抵抗と前記第２の抵抗によって前記LSI駆動電圧を分圧した中間電圧と基準電圧との誤差を検出する誤差増幅器と、ベース端子に該誤差増幅器の出力が供給され、コレクタ端子が入力電源に接続されて、エミッタ端子から前記LSI駆動電圧を出力するシリーズバストランジスタを備え、
前記LSI駆動電圧が所定の２つの温度におけるLSI内部の信号伝搬遅延時間を補償して同一とするに、前記第１の抵抗の抵抗値に対する前記第２の抵抗の抵抗値の比を設定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電子機器回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度変動によるLSI内半導体回路の信号伝搬遅延時間の変動を抑制した電子機器回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
LSI（大規模集積回路）の内部半導体回路の信号伝搬遅延時間は、半導体チップ温度（ジャンクション温度）およびLSI駆動電圧に依存している。特に、宇宙等熱対流のない環境下においては、ジャンクション温度とLSIパッケージケース温度は比例関係にある。すなわち、図８に示すように、LSIパッケージケース温度が上昇すれば信号伝搬遅延時間は増加し、LSIパッケージケース温度が低下すれば信号伝搬遅延時間は減少する。また、図９に示すように、LSI駆動電圧が上昇すれば信号伝搬遅延時間は減少し、LSI駆動電圧が低下すれば信号伝搬遅延時間は増加する。
【０００３】
LSI設計においては、温度や電圧それぞれについて、ワースト条件下においても正常動作するように信号伝搬遅延時間に対して考慮される。しかし、宇宙等温度変動が大きく、また、熱対流がないために空冷ファン等が使用できず温度制御が困難な環境下での用途や、高速回路等タイミングの厳しい回路の設計は、信号伝搬遅延時間の変動を吸収する回路を必要とし、タイミング設計マ-ジンの検証が必要なため回路設計を複雑にしている。
【０００４】
LSI駆動電源回路の出力電圧変動への対策を講じた従来の電子機器回路の例を図６に示す（文献公知発明でない）。この電子機器回路は、電源回路１のシリーズバストランジスタ４から出力されるLSI駆動電圧Ｖoutを固定抵抗Ｒ１とＲ２とで分圧した中間電圧Ｖkを誤差増幅器２のマイナス入力端子に導いている。誤差増幅器２のプラス入力端子には基準信号源３からの基準電圧Ｖrefが供給され、誤差増幅器２の出力はシリーズバストランジスタ４のベース端子に供給されている。シリーズバストランジスタ４のコレクタ端子には入力電圧が供給され、エミッタ端子に現れる電圧がLSI駆動電圧Ｖoutとされている。
【０００５】
いま、入力電圧の変動によりLSI駆動電圧Ｖoutが大きくなれば、中間電圧Ｖkと基準電圧Ｖrefとの差が小さくなるので、シリーズバストランジスタ４のコレクタ電流が減少してLSI駆動電圧Ｖoutを降下させるように作用する。逆に、LSI駆動電圧Ｖoutが小さくなれば、中間電圧Ｖkと基準電圧Ｖrefとの差が大きくなるので、シリーズバストランジスタ４のコレクタ電流が増加してLSI駆動電圧Ｖoutを上昇させるように作用する。このようにして、入力電圧の変動によるLSI駆動電源回路の出力電圧は常に一定になるよう制御することにより、信号伝搬遅延時間の変動を抑制している。
【０００６】
また、温度変動への対策を講じた従来の電子機器回路の例を図７に示す（例えば、特許文献１参照）。この電子機器回路は、温度が上がると動作速度が遅くなるという図８の性質と、電源電圧が上がると動作速度が速くなるという図９の性質とを利用することにより、遅延素子１３の遅延値を一定値に保つというものである。
【０００７】
いま、遅延素子１３の遅延値が所定値からの偏差を生じる場合、温度測定器１４がその温度変化に対応した温度情報を電源電圧制御回路１５に出力する。電源電圧制御回路１５は温度情報に対応した偏差を相殺し、遅延値を一定に保つ。
【０００８】
【特許文献１】特開平３−８５８１４（第２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図６に表示の従来技術は温度変動に対処したものではなく、図７に表示の従来技術は電圧変動に対処したものでない。
【００１０】
したがって、両技術を併用したとしても、宇宙用の搭載電子機器等のように、温度変動が大きく、更に熱対流がないため温度制御が困難な環境下においては、内部の信号伝搬遅延時間の大きな変動に対する動作マージンの検証と確保が必要なため、LSI駆動電圧を広く制御できなければならないので、温度変動によるLSI内部の信号伝搬遅延時間の変動を考慮したLSI設計が複雑になるという第１の問題点がある。
【００１１】
また、内部信号の大きな伝搬遅延時間変動に対する動作マージン確保のために、対策回路や遅延素子を追加しなければならないのでは、回路の集積度が抑圧されるという第２の問題点がある。このことは、小型軽量が要請される宇宙用の搭載電子機器等においては深刻な問題となる。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、簡単な構成で、体積，重量および消費電力を増加させずに宇宙用の搭載電子機器等動作温度範囲の大きい電子機器において、温度変動に対するLSI内部信号の伝搬遅延時間の変動を少なくし、高速回路においてもLSI設計を容易にし、かつ安定した動作を得ることができる電子機器回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１記載の発明は、LSI駆動電圧の変動を抑制する電源回路を備えた電子機器回路において、当該LSIのパッケージケースに密着して固定され温度負特性を有する第１のサーミスタを含んで一端がLSI駆動電圧に接続された第１の抵抗と、一端が第１の抵抗、他端が大地に接続され固定抵抗から成る第２の抵抗とを設け、第１の抵抗と第２の抵抗によってLSI駆動電圧を分圧した中間電圧を電源回路へ負帰還することを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明は、LSI駆動電圧の変動を抑制する電源回路を備えた電子機器回路において、一端がLSI駆動電圧に接続された固定抵抗から成る第１の抵抗と、当該LSIのパッケージケースに密着して固定され温度正特性を有するサーミスタを含んで一端が第１の抵抗、他端が大地に接続された第２の抵抗とを設け、第１の抵抗と第２の抵抗とによってLSI駆動電圧を分圧した中間電圧を電源回路へ負帰還することを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の発明は、LSI駆動電圧の変動を抑制する電源回路（図１の１）を備えた電子機器回路において、当該LSIのパッケージケースに密着して固定され温度負特性を有する第１のサーミスタ（図１のＲth1）を含んで一端がLSI駆動電圧に接続された第１の抵抗と、当該LSIのパッケージケースに密着して固定され温度正特性の第２のサーミスタ（図１のＲth2）を含んで一端が第１の抵抗、他端が大地に接続された第２の抵抗とを設け、第１の抵抗と第２の抵抗によってLSI駆動電圧を分圧した中間電圧を電源回路へ負帰還することを特徴とする。
【００１６】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかにおいて、電源回路（図１の１）は、第１の抵抗と第２の抵抗によってLSI駆動電圧を分圧した中間電圧と基準電圧（図１のＶref）との誤差を検出する誤差増幅器（図１の２）と、ベース端子に該誤差増幅器の出力が供給され、コレクタ端子が入力電源に接続されて、エミッタ端子からLSI駆動電圧を出力するシリーズバストランジスタ（図１の４）を備え、LSI駆動電圧が所定の２つの温度におけるLSI内部の信号伝搬遅延時間を補償して同一とするに、第１の抵抗の抵抗値に対する第２の抵抗の抵抗値の比を設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の第１の効果は、温度センサとしてサーミスタ等の温度抵抗変化素子によりLSIのパッケ−ジケ-ス温度変動を検出し、その信号でLSI駆動電圧を制御する構成としたため、温度補償と電圧補償とを一体化、したがってLSI内部の信号伝搬遅延時間の変動抑制用追加回路を削減し、回路の集積を高めて他ＩＣを削除できるので、装置の性能向上とともに小型化および低価格化を図ることができるということである。これにより、宇宙用の搭載電子機器のみならず、同様な使用環境に晒される工業用の電子機器においても抜群の効用を発揮する。
【００１８】
また、第２の効果は、第１の効果の波及効果として、LSI設計における温度変動によるタイミングマージンの検証を容易化するできるため、LSI設計を単純化し、設計期間の短縮を図ることができるということである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
この発明では、LSIのパッケージケース温度を正ないしは負、または正負の特性を持った温度センサで検出し、温度センサからの中間電圧と基準電圧とを誤差増幅器で比較することでLSI駆動電圧を制御する。誤差増幅器に入力する中間電圧を温度ー抵抗変化素子であるサーミスタ等で分圧することで得る。
【００２０】
LSIのパッケージケース温度によりサーミスタの抵抗値が変化し中間電圧が変化する。この中間電圧の変化と基準電圧とを誤差増幅器により比較し、LSI駆動電圧を制御する。パッケージケース温度が高い時にはLSI駆動電圧を高くし、またパッケージケース温度が低い時にはLSI駆動電圧を低くなるよう制御することにより温度に対するLSI内部の信号伝搬遅延時間の変動（遅延係数）を小さくする。中間電圧を直列に接続された正負のサ-ミスタ間とGND間電圧とすれば、LSI駆動電圧の変動の感度が良くなり、制御範囲を大きくすることが可能である。
【実施例１】
【００２１】
次に、本発明の電子機器回路の実施例について図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１を参照すると、この電子機器回路は、電源回路１のシリーズバストランジスタ４がLSI５に供給するLSI駆動電圧ＶoutをサーミスタＲth1とサーミスタＲth2で分割した中間電圧Ｖkを電源回路１に負帰還負帰還し、これによってLSI５の電源変動および温度変動に対するLSI５の信号伝搬遅延時間を制御するものである。
【００２３】
すなわち、コレクタ端子が入力電圧に接続され、エミッタ端子からLSI駆動電圧Ｖoutを出力するシリーズバストランジスタ４のベース端子に誤差増幅器２の出力が供給されている。誤差増幅器２のプラス入力端子には基準信号源３からの基準電圧Ｖrefが供給され、誤差増幅器２のマイナス入力端子に中間電圧を導いている。
【００２４】
いま、誤差増幅器２のオープンループゲインをＡとすると次式が成り立つ。
Ｖout＝（Ａ/β（1+Ａ））Ｖref
ここで、β＝Ｒth1/（Ｒth1+Ｒth2）であり、便宜、Ｒth1はサーミスタＲth1の抵抗値、Ｒth2はサーミスタＲth2の抵抗値を表わすものとする。
【００２５】
誤差増幅器のオープンループゲインＡが１に比べて十分大きい場合、上式は次のようになる。
Ｖout≒Ｖref/β＝Ｖref（Ｒth1+Ｒth2）/Ｒth1＝Ｖref（1+（Ｒth2/Ｒth1））
したがって、LSI駆動電圧Ｖoutはサーミスタ抵抗値Ｒth1とサーミスタ抵抗値Ｒth2の抵抗値比により決定され、抵抗値を変化させることによりLSI駆動電圧を変化させることが可能である。温度センサとしてサーミスタを利用することは宇宙用部品として十分実績があり、また、アクティブ素子ではないので消費電力増加とはならない。
【００２６】
サーミスタＲth1は図２に示すような負の温度特性、すなわち温度が上昇すると抵抗値が減少するという特性を有し、サーミスタＲth2は図３に示すような正の温度特性、すなわち温度が上昇すると抵抗値が増加するという特性を有する。
【００２７】
サーミスタＲth1とサ−ミスタＲth2は、図４に示すように、LSI５のLSIパッケージケース６の表面または裏面に密着させて熱伝導性固着剤７で固定する。これによって、サーミスタＲth1とサ−ミスタＲth2がLSIパッケージケース６の温度、したがってLSI５のジャンクション温度を最短時間で正確に測定できる。図４における線材８は、サーミスタＲth1，サ−ミスタＲth2の端子を電源回路１または大地へ接続するためのものである。
【００２８】
いま、入力電圧の変動によりLSI駆動電圧Ｖoutが大きくなれば基準電圧Ｖrefとの差が小さくなるので、シリーズバストランジスタ４のコレクタ電流が減少してLSI駆動電圧Ｖoutを降下させるように作用する。逆に、LSI駆動電圧Ｖoutが小さくなれば基準電圧Ｖrefとの差が大きくなるので、シリーズバストランジスタ４のコレクタ電流が増加してLSI駆動電圧Ｖoutを上昇させるように作用する。このように、先ず負帰還によって、入力電圧の変動による電源回路１の出力電圧は常に一定になるよう制御することにより、LSI５の信号伝搬遅延時間の変動を抑止している。
【００２９】
本実施例では、更に、サーミスタの正負特性によって温度変動に対するLSI駆動電圧Ｖoutの調整感度を飛躍的に向上させている。サーミスタの正特性では温度が上昇するごとにサーミスタ抵抗値が増加し、負特性では温度が上昇するごとに抵抗値が減少する。そこで、サーミスタＲth1に負特性のサ-ミスタ、そしてサーミスタＲth2に正特性のサ-ミスタを採用する。
【００３０】
LSIパッケージケース６の温度が上昇するとLSI５の信号伝搬遅延時間が増加する傾向になる。このとき、サーミスタＲth1の抵抗値は減少し、かつサーミスタＲth2の抵抗値は増加する。このため、上式から明らかなように、LSI駆動電圧Ｖoutが増大し、LSI５の信号伝搬遅延時間を減少する傾向に導く。
【００３１】
逆に、LSIパッケージケース６の温度が下降するとLSI５の信号伝搬遅延時間が減少する傾向になる。このとき、サーミスタＲth1の抵抗値は増加し、かつサーミスタＲth2の抵抗値は減少する。このため、上式から明らかなように、LSI駆動電圧Ｖoutが減少し、LSI５の信号伝搬遅延時間を増加する傾向に導く。
【００３２】
この場合、サーミスタＲth1に負特性のサ-ミスタ、サーミスタＲth2に正特性のサ-ミスタを採用することにより、温度変動に対する（Ｒth2/Ｒth1）の値の変化が大きくなるため、上式から明らかなように、LSI駆動電圧Ｖoutの変化が大きくなるので、電源電圧調整の感度を上げ、かつ広範囲の制御を行うことができることとなる。
【００３３】
かくして、サーミスタの温度特性とLSI駆動電圧Ｖoutの変動によるLSI５内部の信号伝搬遅延時間変動とを適切に組み合わせにすることにより、温度変動によるLSI５内部の信号伝搬遅延時間の変動を補償することが可能である。
【００３４】
例えば、温度変動によるLSI５内部の信号伝搬遅延時間変動の比を、25℃時の信号伝搬遅延時間を１として、-40℃時が0.8、+80℃時が1.2の比例関係にあるとする。また、LSI駆動電圧Ｖoutの変動によるLSI５内部の信号伝搬遅延時間変動の比を、25℃，+5.0V時の信号伝搬遅延時間を１として、+4.75V時が1.5、+5.25V時が0.7の逆比例の関係があるとする。
【００３５】
-40℃時の信号伝搬遅延時間を25℃時の信号伝搬遅延時間と同一にするためには、LSI駆動電圧Ｖoutの変動によるLSI内部信号遅延時間変動の比を1.25、つまりLSI駆動電圧Ｖoutが-40℃時に4.91Vになるように（Ｒth2/Ｒth1）を決定すればよい。何故なら、0.8×1.25＝１だからである。
【００３６】
また、+80℃時の信号伝搬遅延時間を25℃時の信号伝搬遅延時間と同一にするためには、LSI駆動電圧Ｖoutの変動によるLSI５内部の信号伝搬遅延時間変動の比を0.83、つまりLSI駆動電圧Ｖoutが+80℃時に5.17Vになるように（Ｒth2/Ｒth1）を決定すればよい。何故なら、1.25×0.83≒１だからである。
【実施例２】
【００３７】
図５は本発明の電子機器回路の他の実施例を示す。この例では、LSI駆動電圧Ｖoutを分割するのに、図１におけるサーミスタＲth1の代わりにサーミスタ９，固定抵抗１０および固定抵抗１１の合成抵抗を採用し、図１におけるサーミスタＲth2の代わりに固定抵抗１２としている。このような構成により、図１の構成に比べると電源電圧調整の感度は鈍るが、信号伝搬遅延時間の変動を補償するに当ってLSI駆動電圧Ｖoutの変動を少なくでき微調整を行うことが可能になる。
【００３８】
なお、図５に限らず、図１におけるサーミスタＲth1の代わりに固定抵抗１２とし、図１におけるサーミスタＲth2の代わりにサーミスタ９，固定抵抗１０および固定抵抗１１の合成抵抗を採用してもよい。更に、サーミスタと固定抵抗との合成抵抗を採用せず、図１におけるサーミスタＲth1またはサーミスタＲth2の一方のみを固定抵抗としてもよい。
【００３９】
更に、以上の実施例では、温度抵抗変化素子としてサーミスタを採用しているが、本発明は、このことに限定されず、サーミスタの代わりに白金素子等を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の電子機器回路の一実施例を示すブロック図
【図２】サーミスタの負特性を示す図
【図３】サーミスタの正特性を示す図
【図４】サーミスタのLSIパッケージケースへの取付方法を示す図
【図５】本発明の電子機器回路の他の実施例を示すブロック図
【図６】従来技術の一例を示すブロック図
【図７】従来技術の他の例を示すブロック図
【図８】LSIのパッケージケース温度とLSI内部の信号伝搬遅延時間との関係図
【図９】LSI駆動電圧とLSI内部の信号伝搬遅延時間との関係図
【符号の説明】
【００４１】
１        電源回路
２        誤差増幅器
３        基準信号源
４        シリーズバストランジスタ
５        LSI
６        LSIパッケージケース
７        熱伝導性固着剤
８        線材
９        サーミスタ
10〜12    固定抵抗
Ｒth1     サーミスタ
Ｒth2     サーミスタ
【図１】
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【図２】
2005092793.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005092793.tif 000008
【図７】
2005092793.tif 000009
【図８】
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【図９】
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