(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電源および第２電源それぞれから出力される電圧を切り替えて何れか一方の電圧を負荷に供給する電源切替装置であって、
第１入力端子，第２入力端子および出力端子を有し、第２入力端子が前記第２電源に接続され、第１入力端子および第２入力端子それぞれにおける電圧値の差に応じた値を出力端子より出力する第１差動アンプと、
第１入力端子，第２入力端子および出力端子を有し、第２入力端子が前記第２電源に接続され、第１入力端子および第２入力端子それぞれにおける電圧値の差に応じた値を出力端子より出力する第２差動アンプと、
第１端子，第２端子および第３端子を有し、第３端子が前記第１差動アンプの出力端子に接続され、第１端子が前記第１電源に接続され、第２端子が前記第１差動アンプの第１入力端子に接続され、第１端子と第２端子との間の抵抗値が前記第３端子における電圧値に依存する第１トランジスタと、
第１端子，第２端子および第３端子を有し、第３端子が前記第２差動アンプの出力端子に接続され、第１端子と第２端子との間の抵抗値が前記第３端子における電圧値に依存する第２トランジスタと、
アノード端子およびカソード端子を有し、アノード端子が前記第２差動アンプの出力端子に接続され、カソード端子が前記第２差動アンプの第１入力端子に接続されたダイオードと、
前記第２電源と前記第２トランジスタの第１端子との間に設けられた第１スイッチと、
前記第２電源と前記負荷との間に設けられた第２スイッチと、
前記第１トランジスタの第２端子と前記負荷との間に設けられた第３スイッチと、
前記第２トランジスタの第２端子と前記負荷との間に設けられた第４スイッチと、
を備え、
前記第１スイッチおよび前記第４スイッチが閉じていて前記第２スイッチが開いている状態において前記第３スイッチの開閉状態を転じることにより、前記負荷への電圧の供給元を前記第１電源と前記第２電源との間で切り替える、
ことを特徴とする電源切替装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１電源および第２電源それぞれから出力される電圧値を切り替えて何れか一方の電圧を負荷に供給する電源切替装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電源切替装置は、第１電源および第２電源それぞれから出力される電圧を切り替えて何れか一方の電圧を負荷に供給するものであり、例えば、負荷としての揮発性メモリのバックアップの為に用いられ、或いは、負荷としての通信装置等の動作停止を回避する為に用いられる。
【０００３】
従来の電源切替装置として、図３に示される構成のものが知られている。この図に示される従来の電源切替装置は、２つのダイオードＤ１およびＤ２を有している。一方のダイオードＤ１は、アノード端子が第１電源１０に接続され、カソード端子が負荷３０に接続されている。また、他方のダイオードＤ２は、アノード端子が第２電源２０に接続され、カソード端子が負荷３０に接続されている。この電源切替装置では、第１電源１０の出力電圧値より第２電源２０の出力電圧値が大きければ、ダイオードＤ１のアノード端子とカソード端子との間の抵抗値が大きくなる一方で、ダイオードＤ２のアノード端子とカソード端子との間の抵抗値が小さくなって、第２電源２０より出力された電圧が負荷３０に供給されることになる。
【０００４】
また、従来の電源切替装置として、図４に示される構成のものも知られている。この図に示される従来の電源切替装置は、例えば特開平１１−２１５７３５号公報および特開平８−２８９４８３号公報それぞれに開示された発明のものを簡略化して示したものである。この電源切替装置は、１つの差動アンプＵおよび２つのＦＥＴトランジスタＱ１，Ｑ２を有している。差動アンプＵは、反転入力端子が第１電源１０に接続され、非反転入力端子が第２電源２０に接続されており、反転入力端子および非反転入力端子それぞれに入力する電圧の大小に応じた電圧を出力する。トランジスタＱ１は、ソース端子が第１電源１０に接続され、ドレイン端子が負荷３０に接続され、ゲート端子が差動アンプＵの出力端子に接続されている。また、トランジスタＱ２は、ソース端子が第２電源２０に接続され、ドレイン端子が負荷３０に接続され、ゲート端子が差動アンプＵの反転出力端子に接続されている。この電源切替装置では、差動アンプＵの反転入力端子および非反転入力端子それぞれに入力する電圧の大小が差動アンプＵにより比較されて、第１電源１０の出力電圧値より第２電源２０の出力電圧値が大きければ、トランジスタＱ１のソース端子とドレイン端子との間の抵抗値が大きくなる一方で、トランジスタＱ２のソース端子とドレイン端子との間の抵抗値が小さくなって、第２電源２０より出力された電圧が負荷３０に供給されることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示された電源切替装置は、２つのダイオードＤ１およびＤ２のみから構成されるので簡易である。しかし、この電源切替装置では、ダイオードＤ１およびＤ２それぞれにおける順方向電圧降下が大きく、第１電源１０または第２電源２０から出力された電圧から上記順方向電圧降下分が差し引かれた電圧が負荷３０に供給されるので、負荷３０に供給される電圧の値が低くなってしまうという問題点がある。例えば、ダイオードＤ１，Ｄ２が一般的なシリコンダイオードである場合には、順方向電圧降下は約０．７Ｖである。負荷３０が低電圧（例えば１．８Ｖ）で駆動されるデバイスである場合、約０．７Ｖもの順方向電圧降下は、無視し得ないほどに大きい。
【０００６】
一方、図４に示された電源切替装置では、トランジスタＱ１，Ｑ２それぞれにおけるソース端子とドレイン端子との間が低抵抗となったときの電圧降下は小さい。したがって、この電源切替装置は、負荷３０が低電圧駆動のデバイスである場合にも好適に用いられ得る。しかし、２つのトランジスタＱ１およびＱ２のうちの一方がオン状態（ソース端子とドレイン端子との間が低抵抗）へ変化するタイミングと、他方がオフ状態（ソース端子とドレイン端子との間が高抵抗）へ変化するタイミングとは、互いに異なる場合がある。その結果、２つのトランジスタＱ１およびＱ２の双方がオン状態である期間が生じ、或いは、双方がオフ状態である期間が生じ得る。２つのトランジスタＱ１およびＱ２の双方がオン状態である期間には、第１電源１０と第２電源２０とが短絡することになり、第１電源１０または第２電源２０がダメージを受ける場合がある。一方、２つのトランジスタＱ１およびＱ２の双方がオフ状態である期間には、負荷３０へ電圧が供給されず、負荷３０の動作が停止してしまう。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、電圧降下が小さく、短絡や電圧供給瞬断が生じない電源切替装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電源切替装置は、第１電源および第２電源それぞれから出力される電圧を切り替えて何れか一方の電圧を負荷に供給する電源切替装置であって、(1) 第１入力端子，第２入力端子および出力端子を有し、第２入力端子が前記第２電源に接続され、第１入力端子および第２入力端子それぞれにおける電圧値の差に応じた値を出力端子より出力する第１差動アンプと、(2) 第１入力端子，第２入力端子および出力端子を有し、第２入力端子が前記第２電源に接続され、第１入力端子および第２入力端子それぞれにおける電圧値の差に応じた値を出力端子より出力する第２差動アンプと、(3) 第１端子，第２端子および第３端子を有し、第３端子が前記第１差動アンプの出力端子に接続され、第１端子が前記第１電源に接続され、第２端子が前記第１差動アンプの第１入力端子に接続され、第１端子と第２端子との間の抵抗値が前記第３端子における電圧値に依存する第１トランジスタと、(4) 第１端子，第２端子および第３端子を有し、第３端子が前記第２差動アンプの出力端子に接続され、第１端子と第２端子との間の抵抗値が前記第３端子における電圧値に依存する第２トランジスタと、(5) アノード端子およびカソード端子を有し、アノード端子が前記第２差動アンプの出力端子に接続され、カソード端子が前記第２差動アンプの第１入力端子に接続されたダイオードと、(6) 前記第２電源と前記第２トランジスタの第１端子との間に設けられた第１スイッチと、(7) 前記第２電源と前記負荷との間に設けられた第２スイッチと、(8) 前記第１トランジスタの第２端子と前記負荷との間に設けられた第３スイッチと、(9) 前記第２トランジスタの第２端子と前記負荷との間に設けられた第４スイッチと、を備えることを特徴とする。さらに、第１スイッチおよび第４スイッチが閉じていて第２スイッチが開いている状態において第３スイッチの開閉状態を転じることにより、負荷への電圧の供給元を第１電源と第２電源との間で切り替えることを特徴とする。
【０００９】
この電源切替装置では、第１〜第４のスイッチの一連の開閉動作が行われて、負荷への電圧の供給元は、第２電源から第１電源へ（または、第１電源から第２電源へ）切り替えられる。その切替のタイミングは、第３スイッチが閉じられる（または、開かれる）ことに因り第２トランジスタがオフ状態（または、オン状態）へ変化する時刻である。したがって、第１電源と第２電源とが短絡することは無く、短絡に因り第１電源または第２電源がダメージを受けることが無い。また、負荷へ電圧が供給されないという事態が生じることは無く、電圧供給停止に因り負荷の動作が停止してしまうことが無い。
【００１０】
また、この電源切替装置では、第２スイッチが閉じられていて第３スイッチが開かれている期間では、第２電源から出力された電圧は、第２スイッチを経て負荷に供給されるので、電圧降下が無い。また、第２スイッチが開かれていて第３スイッチが閉じられている期間では、第１電源から出力された電圧は、第１差動アンプおよび第１トランジスタからなる利得１のバッファアンプを経て負荷に供給されるので、やはり電圧降下が無い。第２スイッチおよび第３スイッチが開かれていて第１スイッチおよび第４スイッチが閉じられている期間では、負荷に供給される電圧は、第２トランジスタの第１端子と第２端子との間の飽和電圧だけ降下する。しかし、この第２トランジスタにおける電圧降下（飽和電圧）は小さい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。先ず、本実施形態に係る電源切替装置１の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る電源切替装置１の構成図である。この図には、電源切替装置１の他に、第１電源１０、第２電源２０および負荷３０も示されている。この図に示される電源切替装置１は、第１電源１０および第２電源２０それぞれから出力される電圧を切り替えて何れか一方の電圧を負荷３０に供給するものである。本実施形態に係る電源切替装置１は、第１差動アンプＵ１、第２差動アンプＵ２、第１トランジスタＱ１、第２トランジスタＱ２、ダイオードＤ、スイッチＳ１、スイッチＳ２、スイッチＳ３およびスイッチＳ４を備えている。
【００１２】
第１差動アンプＵ１は、反転入力端子（第１入力端子），非反転入力端子（第２入力端子）および出力端子を有している。第１差動アンプＵ１の非反転入力端子は第２電源２０に接続されている。この第１差動アンプＵ１は、反転入力端子および非反転入力端子それぞれにおける電圧値を大小比較し、その比較結果に応じた値を出力端子より出力する。
【００１３】
同様に、第２差動アンプＵ２は、反転入力端子（第１入力端子），非反転入力端子（第２入力端子）および出力端子を有している。第２差動アンプＵ２の非反転入力端子は第２電源２０に接続されている。この第２差動アンプＵ２は、反転入力端子および非反転入力端子それぞれにおける電圧値を大小比較し、その比較結果に応じた値を出力端子より出力する。
【００１４】
第１トランジスタＱ１は、バイポーラ型のものであって、コレクタ端子（第１端子），エミッタ端子（第２端子）およびベース端子（第３端子）を有している。第１トランジスタＱ１のベース端子は第１差動アンプＵ１の出力端子に接続され、コレクタ端子は第１電源１０に接続され、エミッタ端子は第１差動アンプＵ１の反転入力端子に接続されている。この第１トランジスタＱ１におけるコレクタ端子とエミッタ端子との間の抵抗値は、ベース端子における電圧値に依存する。
【００１５】
第２トランジスタＱ２は、バイポーラ型のものであって、コレクタ端子（第１端子），エミッタ端子（第２端子）およびベース端子（第３端子）を有している。第２トランジスタＱ２のベース端子は第２差動アンプＵ２の出力端子に接続されている。この第２トランジスタＱ２におけるコレクタ端子とエミッタ端子との間の抵抗値は、ベース端子における電圧値に依存する。
【００１６】
ダイオードＤは、アノード端子およびカソード端子を有している。ダイオードＤのアノード端子は第２差動アンプＵ２の出力端子に接続され、カソード端子は第２差動アンプＵ２の反転入力端子に接続されている。第１スイッチＳ１は、第２電源２０と第２トランジスタＱ２のコレクタ端子との間に設けられている。第２スイッチＳ２は、第２電源２０と負荷３０との間に設けられている。第３スイッチＳ３は、第１トランジスタＱ１のエミッタ端子と負荷３０との間に設けられている。第４スイッチＳ４は、第２トランジスタＱ２のエミッタ端子と負荷３０との間に設けられている。
【００１７】
次に、本実施形態に係る電源切替装置１の動作について説明する。図２は、本実施形態に係る電源切替装置１の動作を説明するタイミングチャートである。ここで、第１電源１０および第２電源２０それぞれからの出力電圧値をＶ0とし、第１トランジスタＱ１のエミッタ端子の電圧値をＶ1とし、第２トランジスタＱ２のエミッタ端子の電圧値をＶ2とし、負荷３０に供給される電圧の値をＶSとする。また、第２トランジスタＱ２のコレクタ端子とエミッタ端子との間の飽和電圧をＶsatとする。
【００１８】
第２電源２０から出力された電圧を負荷３０に供給する際には、スイッチＳ２のみが閉じられ、他のスイッチＳ１，Ｓ３およびＳ４は開かれている。このとき、第２電源２０から出力された電圧は、スイッチＳ２を経て負荷３０に供給される。すなわち、ＶS＝Ｖ0 となる。また、第１差動アンプＵ１の非反転入力端子における電圧値がＶ0であるから、第１差動アンプＵ１の反転入力端子における電圧値もＶ0であり、Ｖ1＝Ｖ0 となる。さらに、第２差動アンプＵ２の非反転入力端子における電圧値がＶ0であり、ダイオードＤの順方向電圧降下が第２トランジスタＱ２のベース・エミッタ間の電圧と等しいので、Ｖ2＝Ｖ0 となる。
【００１９】
時刻ｔ1にスイッチＳ１およびＳ４それぞれが閉じられて、時刻ｔ2にスイッチＳ２が開かれる。これにより、第２電源２０から出力された電圧は、スイッチＳ１、第２トランジスタＱ２およびスイッチＳ４を経て負荷３０に供給されることになる。このとき、第２トランジスタＱ２のコレクタ端子とエミッタ端子との間の飽和電圧だけ降下して、ＶS＝Ｖ2＝Ｖ0−Ｖsat となる。なお、Ｖ1＝Ｖ0 のままである。
【００２０】
その後、時刻ｔ3にスイッチＳ３が閉じられる。この状態では、Ｖ1＝Ｖ0＞Ｖ2であるから、第２トランジスタＱ２がオフ状態となり、第２電源２０から出力された電圧が負荷３０に供給されなくなり、第１電源１０から出力された電圧が負荷３０に供給される。これにより、ＶS＝Ｖ1＝Ｖ0 となる。そして、時刻ｔ4にスイッチＳ１およびＳ４それぞれが開かれる。このとき既に第２電源２０から負荷３０への経路は遮断されているから、負荷３０に供給される電圧ＶSの値は変化しない。
【００２１】
以上のように、本実施形態では、４つのスイッチＳ１〜Ｓ４の一連の開閉動作が行われて、負荷３０への電圧の供給元は第２電源２０から第１電源１０へ切り替えられる。その切替のタイミングは、スイッチＳ３が閉じられることに因り第２トランジスタＱ２がオフ状態へ変化する時刻ｔ3である。したがって、第１電源１０と第２電源２０とが短絡することは無く、短絡に因り第１電源１０または第２電源２０がダメージを受けることが無い。また、負荷３０へ電圧が供給されないという事態が生じることは無く、電圧供給停止に因り負荷３０の動作が停止してしまうことが無い。
【００２２】
また、本実施形態では、スイッチＳ２が閉じられていてスイッチＳ３が開かれている期間（時刻ｔ2以前）では、第２電源２０から出力された電圧は、スイッチＳ２を経て負荷３０に供給されるので、電圧降下が無い。また、スイッチＳ２が開かれていてスイッチＳ３が閉じられている期間（時刻ｔ3以後）では、第１電源１０から出力された電圧は、第１差動アンプＵ１および第１トランジスタＱ１からなる利得１のバッファアンプを経て負荷３０に供給されるので、やはり電圧降下が無い。スイッチＳ２およびＳ３が開かれていてスイッチＳ１およびＳ４が閉じられている期間（時刻ｔ2〜ｔ3）では、負荷３０に供給される電圧ＶSは、第２トランジスタＱ２のコレクタ端子とエミッタ端子との間の飽和電圧Ｖsatだけ降下して、ＶS＝Ｖ0−Ｖsat となる。しかし、この第２トランジスタＱ２における電圧降下（飽和電圧）Ｖsatは、例えば０．１Ｖ以下であって小さい。このように、負荷３０への電圧の供給元が第２電源２０から第１電源１０へ切り替えられる過渡期間（時刻ｔ2〜ｔ3）では、負荷３０に供給される電圧ＶSは電圧降下が生じるが、その電圧変動は僅かである。
【００２３】
なお、逆に負荷３０への電圧の供給元を第１電源１０から第２電源２０へ切り替える際には、スイッチＳ１〜Ｓ４それぞれは上述した開閉動作を逆に行えばよい。
【００２４】
負荷３０は、例えば、ＲＡＭ等の揮発性メモリであり、その他の半導体デバイスであり、或いは、通信装置等である。また、負荷３０が半導体デバイスである場合、例えば、第１電源１０は、ＯＢＩＲＣＨ法に拠り半導体デバイスを検査する際に該半導体デバイスに電圧を供給する為のものであり、第２電源２０は、半導体テスタを用いて半導体デバイスを検査する際に該半導体デバイスに電圧を供給する為のものである。ＯＢＩＲＣＨ（Optical Beam Induced Resistance Change）法は、半導体デバイスの故障を解析する手法であって、半導体デバイスにレーザビームを照射し、その照射の際に発生する熱に因る配線抵抗値の変化を、その半導体デバイス中を流れる電流の値の変化として検出し、これにより、半導体デバイス中の故障の位置を特定するものである。半導体デバイスは、ＯＢＩＲＣＨ法により故障解析が行われるとともに、半導体テスタにより多くのテストパターンが入力されることにより、より多くの位置で故障解析を行うことが可能となる。その際、ＯＢＩＲＣＨ解析用電源（第１電源）および半導体テスタ用電源（第２電源）それぞれから出力される電圧を切り替えて何れか一方の電圧を半導体デバイス（負荷）に供給することが必要になる。この切替を行う際に本実施形態に係る電源切替装置１を用いれば、電圧変動が小さく、短絡することなく、また、電圧供給が停止することがない。したがって、半導体デバイスの故障位置を正確に解析することができる。
【００２５】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、トランジスタＱ１，Ｑ２は、バイポーラ型トランジスタであってもよいし、ＦＥＴトランジスタであってもよい。トランジスタＱ１，Ｑ２がバイポーラ型トランジスタである場合、ｐｎｐ型のものであってもよいし、ｎｐｎ型のものであってもよい。トランジスタＱ１，Ｑ２がＦＥＴトランジスタである場合、ｐチャネル型のものであってもよいし、ｎチャネル型のものであってもよい。トランジスタＱ１，Ｑ２のタイプに応じて、差動アンプＵ１，Ｕ２の入出力は適切に設定される。
【００２６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、第１電源と第２電源とが短絡することは無く、また、負荷へ電圧が供給されないという事態が生じることは無い。さらに、切替の際に負荷へ供給される電圧の変動は小さい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る電源切替装置１の構成図である。
【図２】本実施形態に係る電源切替装置１の動作を説明するタイミングチャートである。
【図３】従来の電源切替装置の構成図である。
【図４】従来の電源切替装置の構成図である。
【符号の説明】
１…電源切替装置、１０…第１電源、２０…第２電源、３０…負荷。
【図１】
0003837071.tif 000002
【図２】
0003837071.tif 000003
【図３】
0003837071.tif 000004
【図４】
0003837071.tif 000005