自诊断电路和半导体装置的制作方法

1.本公开涉及一种自诊断电路。


背景技术：

2.通常，各种类型的ic(诸如电源ic)通常具有故障检测/保护功能。这种功能的示例包括用于电源电路的输出电压的欠电压检测/保护功能、用于输出电压的过电压检测/保护功能、用于对ic的电源电压的欠电压检测/保护功能(uvlo)、以及用于ic芯片的过热检测/保护功能(tsd)(对于uvlo功能的一个示例，参见专利文献1)。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2012-175816号公报


技术实现要素：

6.发明要解决的课题
7.现今，在车载设备等中，自诊断(bist：内置自测试)功能变得越来越重要。因此，期望ic具有用于诊断如上所述的故障检测/保护功能是否正常工作的自诊断功能。
8.鉴于上述情况，本公开旨在提供一种可以提供用于诊断用于检测故障的电路是否正常工作的有效配置的自诊断电路。
9.解决课题的手段
10.根据本文公开的一个方面，一种自诊断电路被配置为诊断包括第一比较器的故障检测电路，并且包括电压切换电路、第一路径切换电路和控制部，所述第一比较器被配置为被供给基于故障感测目标电压的电压和第一基准电压，所述电压切换电路被配置为切换基于第二基准电压的电压的电平并且输出所得到的电压，所述第一路径切换电路被配置为在从所述电压切换电路输出的电压通过其被供给到所述第一比较器的路径与基于所述故障感测目标电压的电压通过其被供给到所述第一比较器的路径之间进行切换，所述控制部被配置为控制所述电压切换电路和所述路径切换电路。
11.发明的效果
12.利用根据本公开的自诊断电路，可以提供一种用于诊断用于检测故障的电路是否正常工作的有效配置。
附图说明
13.图1是示出根据本公开的示例性实施例的关于pmic的外部连接的配置的示意图。
14.图2是示出根据本公开的示例性实施例的pmic的内部配置的示意图。
15.图3是示出用于诊断欠电压感测电路和过电压感测电路的自诊断电路的配置的示意图。
16.图4是示出pmic在启动期间的操作的示例的时序图。
17.图5是示出模拟自诊断模式状态(a-bist)等下的欠电压感测电路中的自诊断操作的一个示例的时序图。
18.图6是示出根据比较示例的故障检测电路的配置的示意图。
具体实施方式
19.下面将参考附图描述本公开的示例性实施例。
20.《1.比较示例》
21.在描述本公开的实施例之前，首先将给出与本公开的实施例进行比较的比较示例的描述。对比较示例的描述将有助于阐明本公开的重要性。
22.图6是示出根据比较示例的故障检测电路的配置的示意图。图6示出了作为故障检测电路的欠电压感测电路101的配置。除了故障检测电路之外，图6还示出了自诊断电路bst101的配置。图6所示的电路配置包括在电源ic中。电源ic具有dc-dc转换器功能。
23.欠电压感测电路101是用于检测由上述dc-dc转换器功能产生的输出电压vo(dc输出电压)中的欠电压的电路。具体地，欠电压感测电路101包括比较器cmp11、反相器iv11、电阻器r11至r15和nmos晶体管(n沟道mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管))nm11。
24.电阻器r11的一个端子连接到fb端子。fb端子被供给输出电压vo。电阻器r11的另一个端子在节点n11处连接到电阻器r12的一个端子。节点n11连接到比较器cmp11的非反相输入端子(+)。电阻器r13的一个端子连接到基准电压vref的施加端子。电阻器r13的另一个端子在节点n13处连接到电阻器r14的一个端子。节点n13连接到比较器cmp11的反相输入端子(-)。比较器cmp11的输出端子在节点n15处连接到反相器iv11的输入端子。节点n15连接到nmos晶体管nm11的栅极。nmos晶体管nm11的源极连接到用于接地电位的施加端子。nmos晶体管nm11的漏极连接到节点n14，电阻器r14的另一个端子和电阻器r15的一个端子连接到节点n14。电阻器r15的另一个端子连接到用于接地电位的施加端子。
25.自诊断电路bst101包括nmos晶体管nm12、电阻器r16和控制逻辑电路100。电阻器r16的一个端子在节点n12处连接到电阻器r12的另一个端子。电阻器r16的另一个端子连接到用于接地电位的施加端子。nmos晶体管nm12的漏极连接到节点n12。nmos晶体管nm12的源极连接到用于接地电位的施加端子。控制逻辑电路100将bist信号bst12作为栅极信号施加到nmos晶体管nm12的栅极。
26.在正常操作期间，bist信号bst12为低，并且nmos晶体管nm12关断。因此，由于输出电压vo被电阻器r11、r12和r16分压而出现在节点n11处的比较器输入信号cmp11inp被供给到比较器cmp11的非反相输入端子(+)。
27.nmos晶体管nm11和电阻器r15用于产生滞后。具体地，当比较器cmp11的输出为低时，nmos晶体管nm11关断，并且由于基准电压vref被电阻器r13至r15分压而出现在节点n13处的比较器输入信号cmp11inn被供给到比较器cmp11的反相输入端子(-)。当比较器cmp11的输出为高时，nmos晶体管nm11接通，并且由于基准电压vref被电阻器r13和r14分压而出现在节点n13处的比较器输入信号cmp11inn被供给到比较器cmp11的反相输入端子(-)。
28.当比较器输入信号cmp11inp超过比较器输入信号cmp11inn以将比较器cmp11的输出变为高电平时，作为反相器iv11的输出的欠电压感测信号uvd变为低电平。相反，当比较器输入信号cmp11inp等于或低于比较器输入信号cmp11inn并且比较器cmp11的输出为低
时，欠电压感测信号uvd为高。欠压感测信号uvd被供给到控制逻辑电路100，并且基于欠压感测信号uvd为高，控制逻辑电路100判断输出电压vo处于欠电压故障状态并执行保护操作。
29.在bist模式(诊断模式)中，控制逻辑电路100交替地输出处于不同(低和高)电平的bist信号bst12。当bist信号bst12为低时，nmos晶体管nm12关断；因此，由于输出电压vo被电阻器r11、r12和r16分压而出现在节点n11处的比较器输入信号cmp11inp被供给到比较器cmp11的非反相输入端子(+)。
30.当bist信号bst12为高时，nmos晶体管nm12接通；因此，由于输出电压vo被电阻器r11和r12分压而出现在节点n11处的比较器输入信号cmp11inp被供给到比较器cmp11的非反相输入端子(+)。
31.因此，当比较器cmp11正常操作时，在电源ic启动并且输出电压vo上升之后，在bist模式中，如果bist信号bst12为低，则比较器cmp11的输出为高，并且欠电压感测信号uvd为低。相反，在bist模式中，如果bist信号bst12为高，则比较器cmp11的输出为低，并且欠电压感测信号uvd为高。
32.以这种方式，自诊断电路bst101可以强制改变比较器输入信号cmp11inp的电平，并感测欠电压感测信号uvd的电平是否改变，以判断欠电压感测电路101是否正常操作。
33.然而，上述自诊断操作将在输出电压vo已经升高并稳定之后执行。在这种情况下，自诊断操作花费一定时间；因此，如果故障检测功能中存在故障，则在通过自诊断发现故障检测功能中的故障并且ic关闭之前，可以输出异常输出电压vo。
34.一种可能的解决方案是在输出电压vo升高之前执行自诊断操作。在这种情况下，当故障检测功能中存在故障时，可以在不升高输出电压vo的情况下关闭ic。然而，输出电压vo根据ic启动的时序而保持不确定，并且取决于输出电压vo，自诊断操作可能无法正常操作。例如，当输出电压vo在启动期间为0v时，利用如图6所示的配置，切换bist信号bst12的电平仅使比较器输入信号cmp11inp为0v；因此，不可能切换比较器cmp11的输出逻辑电平。即，不能执行自诊断操作。
35.鉴于通过独立研究发现的上述问题，本发明人已经设计了一种不管作为故障检测电路的故障检测目标的故障检测目标电压(图6中的示例中的输出电压vo)的值如何都允许自诊断操作的配置。现在，将描述本公开的实施例。
36.《2.pmic的配置》
37.这里，将描述根据本公开的示例性实施例的pmic(power management ic，电源管理ic)的配置。图1是示出根据本公开的示例性实施例的关于pmic 1的外部连接的配置的示意图。图2是示出pmic 1的内部配置的示意图。
38.图1和图2所示的pmic 1是包括用于向车载cmos传感器装置30供电的多个电源电路的半导体装置(电源ic封装)。cmos传感器装置30结合在车载相机系统中。
39.如图1所示，pmic 1具有vin端子、vreg50端子、vreg15端子、boot1端子、sw1端子、pgnd1端子、fb1端子、fb2端子、pvin2端子、sw2端子、pgnd23端子、sw3端子、pvin3端子、fb3端子、vo4端子、rstout端子、warout端子、scl端子、sda端子和gnd端子作为用于与外部建立电连接的外部端子。
40.如图2所示，pmic 1包括内部电压发生器2、内部电压发生器3、基准电压发生器4、
电源电压uvlo(欠电压锁定)电路5、内部电压uvlo电路6、内部电压uvlo电路7、otp(一次可编程rom)8、tsd(热关闭)电路9、tw(热警告)电路10、第一dc-dc电路11、第二dc-dc电路12、第三dc-dc电路13、ldo(低压差)14、控制逻辑电路15、i2c输入/输出电路16、复位输入/输出电路17和警告输入/输出电路18。
41.如图2所示，pmic 1还包括第一过电压感测电路19、第一欠电压感测电路20、第二过电压感测电路21、第二欠电压感测电路22、第二欠电压保护电路23、第三过电压感测电路24、第三欠电压感测电路25、第三欠电压保护电路26、第四过电压感测电路27、第四欠电压感测电路28和第四欠电压保护电路29。
42.vin端子连接到用于电源电压(输入电源电压)vin的施加端子。内部电压发生器2基于经由vin端子输入的电源电压vin产生内部电压vreg50(＝5.0v)。内部电压vreg50用作对内部电压发生器3和第一dc-dc电路11的电源电压。内部电压vreg50可以经由vreg50端子输出。
43.内部电压发生器3基于内部电压vreg50产生内部电压vreg15(＝1.5v)。内部电压vreg15用作对pmic 1中的不同部分的电源电压。内部电压vreg15用作第一、第二和第三dc-dc电路11、12和13以及ldo14中的基准电压。内部电压vreg15可以经由vreg15端子输出。
44.基准电压发生器4基于内部电压vreg15产生第一基准电压vref1和第二基准电压vref2。第一基准电压vref1用作pmic 1中的不同的故障检测电路和故障保护电路中的基准电压。第二基准电压vref2用作稍后描述的自诊断电路中的基准电压。
45.电源电压uvlo电路5是用于检测电源电压vin中的低压故障的故障保护电路。电源电压uvlo电路5将uvlo信号uvlovin输出到控制逻辑电路15。当在电源电压vin中检测到低压故障时，控制逻辑电路15关闭ic。
46.内部电压uvlo电路6是用于检测内部电压vreg50中的低压故障的故障保护电路。内部电压uvlo电路6将uvlo信号uvloreg50输出到控制逻辑电路15。当在内部电压vreg50中检测到低压故障时，控制逻辑电路15执行到安全模式状态的转变。
47.内部电压uvlo电路7是用于检测内部电压vreg15中的低电压故障的故障保护电路。内部电压uvlo电路7将uvlo信号uvloreg15输出到控制逻辑电路15。当在内部电压vreg15中检测到低电压故障时，控制逻辑电路15执行到待机状态的转变。
48.otp8是存储各种数据的一次性可写rom。控制逻辑电路15从otp8读取数据。
49.tsd电路9是过热保护电路，并且将过热保护信号tsd输出到控制逻辑电路15。当tsd电路9感测到ic芯片的结温已经超过第一预定温度(例如，175℃)时，控制逻辑电路15关闭ic。
50.tw电路10是过热感测电路，并且将过热警告信号tw输出到控制逻辑电路15。在感测到ic芯片的结温已经超过第二预定温度(高于第一预定温度，例如140℃)时，tw电路10警告过热故障。
51.第一dc-dc电路11与布置在pmic 1外部的电感器l1、输出电容器co1和启动电容器cb1一起构成第一dc-dc转换器41(参见图1)。第一dc-dc转换器41是将电源电压vin(例如，15.0v)作为其输入并输出输出电压vo1(例如，3.7v)的降压(步降)转换器。
52.sw1端子是施加第一dc-dc电路11的切换输出的端子。sw1端子连接到电感器l1的一个端子。电感器l1的另一个端子连接到输出电容器co1的一个端子。输出电容器co1的另
一个端子连接到pgnd1端子。pgnd1端子连接到用于接地电位的施加端子，并且是用于第一dc-dc电路11的接地端子。启动电容器cb1构成自举。启动电容器cb1的一个端子连接到boot1端子。启动电容器cb1的另一个端子连接到sw1端子。出现在boot1端子处的启动电压被供给到第一dc-dc电路11中的高侧驱动器。
53.通过第一dc-dc电路11的切换控制，输出电压vo1出现在电感器l1和输出电容器co1所连接到的节点处。输出电压vo1被供给到分别作为用于第二dc-dc电路12和第三dc-dc电路13的输入电源的pvin2端子和pvin3端子。
54.输出电压vo1被供给到fb1端子。fb1端子是用于将输出电压vo1供给回到第一dc-dc电路11的端子。供给到fb1端子的输出电压vo1也用作用于ldo14的输入电源。
55.第二dc-dc电路12与布置在pmic 1外部的电感器l2和输出电容器co2一起构成第二dc-dc转换器42(参见图1)。第二dc-dc转换器42是将供给到pvin2端子的输出电压vo1作为其输入并输出输出电压vo2(例如，1.1v)的降压(步降)转换器。
56.sw2端子是施加第二dc-dc电路12的切换输出的端子。sw2端子连接到电感器l2的一个端子。电感器l2的另一个端子连接到输出电容器co2的一个端子。输出电容器co2的另一个端子连接到pgnd23端子。pgnd23端子连接到用于接地电位的施加端子，并且是用于第二dc-dc电路12和第三dc-dc电路13的接地端子。
57.通过第二dc-dc电路12的切换控制，输出电压vo2出现在电感器l2和输出电容器co2所连接到的节点处。输出电压vo2作为电源电压被供给到cmos传感器装置30。输出电压vo2被供给到fb2端子。fb2端子是用于将输出电压vo2供给回到第二dc-dc电路12的端子。
58.第三dc-dc电路13与布置在pmic 1外部的电感器l3和输出电容器co3一起构成第三dc-dc转换器43(参见图1)。第三dc-dc转换器43是将供给到pvin3端子的输出电压vo1作为其输入并输出输出电压vo3(例如，1.8v)的降压(步降)转换器。
59.sw3端子是施加第三dc-dc电路13的切换输出的端子。sw3端子连接到电感器l3的一个端子。电感器l3的另一个端子连接到输出电容器co3的一个端子。输出电容器co3的另一个端子连接到pgnd23端子。
60.通过第三dc-dc电路13的切换控制，输出电压vo3出现在电感器l3和输出电容器co3所连接到的节点处。输出电压vo3作为电源电压被供给到cmos传感器装置30。输出电压vo3被供给到fb3端子。fb3端子是用于将输出电压vo3供给回到第三dc-dc电路13的端子。
61.ldo14是将供给到fb1端子的输出电压vo1作为其输入并输出输出电压vo4(例如，3.3v)的线性调节器。输出电压vo4经由vo4端子输出，以作为电源电压供给到cmos传感器装置30。vo4端子还用作用于将输出电压vo4供给回到ldo14的端子。
62.控制逻辑电路15是全面控制pmic 1的控制电路。
63.i2c输入/输出电路16经由sda和scl端子执行与cmos传感器装置30的i2c通信。i2c是一种串行接口。sda端子用于串行接口数据的输入和输出。scl端子用于串行接口时钟的输入。
64.复位输入/输出电路17经由rstout端子将复位输出信号rsto输出到cmos传感器装置30。如稍后将描述的，复位输出信号rsto处于指示由故障保护电路检测到的故障的电平(例如，低电平)。
65.警告输入/输出电路18经由warout端子将警告输出信号wo输出到cmos传感器装置
30。如稍后将描述的，警告输出信号wo处于指示由故障检测电路或故障保护电路检测到的故障的电平(例如，低电平)。
66.《3.故障检测电路》
67.第一过电压感测电路19、第二过电压感测电路21、第三过电压感测电路24和第四过电压感测电路27是用于检测过电压故障的故障检测电路。
68.第一过电压感测电路19是用于检测供给到fb1端子的输出电压vo1中的过电压并输出过电压感测信号ovd1的电路。第二过电压感测电路21是用于检测供给到fb2端子的输出电压vo2中的过电压并输出过电压感测信号ovd2的电路。第三过电压感测电路24是用于检测供给到fb3端子的输出电压vo3中的过电压并输出过电压感测信号ovd3的电路。第四过电压感测电路27是用于检测供给到vo4端子的输出电压vo4中的过电压并输出过电压感测信号ovd4的电路。
69.第一欠电压感测电路20、第二欠电压感测电路22、第三欠电压感测电路25和第四欠电压感测电路28是用于检测欠电压故障的故障检测电路。
70.第一欠电压感测电路20是用于检测供给到fb1端子的输出电压vo1中的欠电压并输出欠电压感测信号uvd1的电路。第二欠电压感测电路22是用于检测供给到fb2端子的输出电压vo2中的欠电压并输出欠电压感测信号uvd2的电路。第三欠电压感测电路25是用于检测供给到fb3端子的输出电压vo3中的欠电压并输出欠电压感测信号uvd3的电路。第四欠电压感测电路28是用于检测供给到vo4端子的输出电压vo4中的欠电压并且输出欠电压感测信号uvd4的电路。
71.tw电路10是用于检测过热故障的故障检测电路。
72.当通过上述故障检测电路中的任一个检测到故障时，控制逻辑电路15在维持激活状态(正常操作状态)的同时输出处于指示故障的电平(例如，低电平)的警告输出信号wo，以警告cmos传感器装置30。这里，复位输出信号rsto处于指示正常操作的电平(例如，高电平)。
73.《4.故障保护电路》
74.第二欠电压保护电路23、第三欠电压保护电路26和第四欠电压保护电路29是用于检测欠电压故障的故障保护电路。
75.第二欠电压保护电路23是用于检测供给到fb2端子的输出电压vo2中的欠电压并输出欠电压保护信号uvp2的电路。第三欠电压保护电路26是用于检测供给到fb3端子的输出电压vo3中的欠电压并输出欠电压保护信号uvp3的电路。第四欠电压保护电路29是用于检测供给到vo4端子的输出电压vo4中的欠电压并输出欠电压保护信号uvp4的电路。
76.电源电压uvlo电路5、内部电压uvlo电路6、7和tsd电路9都是故障保护电路。
77.当通过上述故障保护电路中的任一个检测到故障时，控制逻辑电路15执行到关闭状态、安全模式状态和待机状态中的一个的转变。当通过上述欠电压保护电路中的一个检测到故障时，控制逻辑电路15执行到安全模式的转变。这里，控制逻辑电路15将警告输出信号wo和复位输出信号rsto都切换到指示故障的电平(例如，低电平)，并将故障通知给cmos传感器装置30。
78.这里，故障保护电路具有检测故障的功能，并且因此它可以被理解为故障检测电路。
79.《5.自诊断功能》
80.根据该实施例的pmic 1具有用于诊断故障检测电路和故障保护电路是否正常操作的自诊断(bist：内置自测试)功能。现在，将描述自诊断功能。
81.如图2所示，提供自诊断电路以便对应于第一至第四过电压感测电路19、21、24和27、第一至第四欠电压感测电路20、22、25、28、以及第二至第四欠电压保护电路23、26和29(参见图2中的"a-bist")。
82.《5-1.自诊断电路的配置》
83.这里，参考图3，将描述用于诊断欠电压感测电路20和过电压感测电路19的自诊断电路bst1的配置。
84.欠电压感测电路20包括比较器cmp1、反相器iv1、电阻器r1至r3和nmos晶体管nm1。更具体地，电阻器r1的一个端子连接到fb1端子。电阻器r1的另一个端子在节点n1处连接到电阻器r2的一个端子。节点n1连接到包括在自诊断电路bst1中的第二路径开关sw_uvd2的一个端子，稍后将描述该第二路径开关sw_uvd2。第二路径开关sw_uvd2的另一个端子在节点n3处连接到比较器cmp1的非反相输入端子(+)。比较器cmp1的反相输入端子(-)连接到用于由基准电压发生器4产生的第一基准电压vref1的施加端子。比较器cmp1的输出端子连接到反相器iv1的输入端子。
85.nmos晶体管nm1和电阻器r3用于产生滞后。反相器iv1的输出端子连接到nmos晶体管nm1的栅极。nmos晶体管nm1的源极连接到用于接地电位的施加端子。nmos晶体管nm1的漏极连接到节点n2，电阻器r2的另一个端子和电阻器r3的一个端子连接到节点n2。电阻器r3的另一个端子连接到用于接地电位的施加端子。
86.自诊断电路bst1包括第一路径开关sw_uvd1、第二路径开关sw_uvd2、第一路径开关sw_ovd1、第二路径开关sw_ovd2、高侧开关sw_bist_h、低侧开关sw_bist_l、电阻器r7至r9和控制逻辑电路15。第一路径开关sw_uvd1、第二路径开关sw_uvd2、第一路径开关sw_ovd1、第二路径开关sw_ovd2、高侧开关sw_bist_h和低侧开关sw_bist_l由控制逻辑电路15接通和关断。
87.电阻器r7的一个端子连接到用于由基准电压发生器4产生的第二基准电压vref2的施加端子。电阻器r7的另一个端子在节点n4处连接到电阻器r8的一个端子。电阻器r8的另一个端子在节点n5处连接到电阻器r9的一个端子。电阻器r9的另一个端子连接到地电位的施加端子。
88.节点n4连接到高侧开关sw_bist_h的一个端子。高侧开关sw_bist_h的另一个端子在节点n6处连接到第一路径开关sw_uvd1的一个端子。第一路径开关sw_uvd1的另一个端子连接到节点n3。
89.节点n5连接到低侧开关sw_bist_l的一个端子。低侧开关sw_bist_l的另一个端子在节点n7处连接到节点n6。
90.过电压感测电路19包括比较器cmp2、反相器iv2、电阻器r4至r6和nmos晶体管nm2。
91.过电压感测电路19中的互连类似于欠电压感测电路20中的互连；因此，不会重复重叠的描述。节点n7连接到第一路径开关sw_ovd1的一个端子。第一路径开关sw_ovd1的另一个端子连接到节点n8，第二路径开关sw_ovd2和比较器cmp2的非反相输入端子(+)连接到节点n8。
92.《5-2.故障检测电路和自诊断电路的操作》
93.接下来，将描述图3所示的上述配置的操作。在正常操作等中，第一路径开关sw_uvd1关断而第二路径开关sw_uvd2接通。在这种情况下，高侧开关sw_bist_h和低侧开关sw_bist_l都关断。以这种方式，通过利用电阻器r1至r3对供给到fb1端子的输出电压vo1进行分压而产生的电压作为比较器输入信号cmp1in经由第二路径开关sw_uvd2供给到比较器cmp1的非反相输入端子(+)。比较器cmp1将比较器输入信号cmp1in与第一基准电压vref1进行比较。
94.因此，当作为基于输出电压vo1的电压的比较器输入信号cmp1in高于第一基准电压vref1时，比较器cmp1的输出为高，并且作为反相器iv1的输出的欠电压感测信号uvd1为低。相反，当比较器输入信号cmp1in等于或低于第一基准电压vref1时，比较器cmp1的输出为低，并且作为反相器iv1的输出的欠电压感测信号uvd1为高。欠电压感测信号uvd1被供给到控制逻辑电路15。以这种方式，当输出电压vo1中出现欠电压时，可以向控制逻辑电路15通知处于指示故障的高电平的欠电压感测信号uvd1。
95.在正常操作等中，第一路径开关sw_ovd1关断而第二路径开关sw_ovd2接通。在这种情况下，通过利用电阻器r4至r6对供给到fb1端子的输出电压vo1进行分压而产生的电压作为比较器输入信号cmp2in经由第二路径开关sw_ovd2供给到比较器cmp2的非反相输入端子(+)。比较器cmp2将比较器输入信号cmp2in与第一基准电压vref1进行比较。
96.因此，当作为基于输出电压vo1的电压的比较器输入信号cmp2in等于或低于第一基准电压vref1时，作为比较器cmp2的输出的过电压感测信号ovd1为低。相反，当比较器输入信号cmp2in高于第一基准电压vref1时，作为比较器cmp2的输出的过电压感测信号ovd1为高。过电压感测信号ovd1被供给到控制逻辑电路15。以这种方式，当输出电压vo1中出现过电压时，可以向控制逻辑电路15通知处于指示故障的高电平的过电压感测信号ovd1。
97.在欠电压感测电路20的自诊断操作期间，控制逻辑电路15保持第一路径开关sw_uvd1接通而第二路径开关sw_uvd2关断。控制逻辑电路15保持第一路径开关sw_ovd1关断。在这种情况下，控制逻辑电路15在高侧开关sw_bist_h接通而低侧开关sw_bist_l关断的第一状态和高侧开关sw_bist_h关断而低侧开关sw_bist_l接通的第二状态之间进行切换。
98.以这种方式，在第一状态下，通过利用电阻器r7至r9对第二基准电压vref2进行分压而在节点n4处产生的电压(具有第一电平的电压)作为比较器输入信号cmp1in经由高侧开关sw_bist_h和第一路径开关sw_uvd1供给到比较器cmp1的非反相输入端子(+)。在这种情况下，如果比较器cmp1正常操作，则比较器cmp1的输出为高，并且欠电压感测信号uvd1为低。
99.相反，在第二状态下，通过利用电阻器r7至r9对第二基准电压vref2进行分压而在节点n5处产生的电压(具有第二电平的电压)作为比较器输入信号cmp1in经由低侧开关sw_bist_l和第一路径开关sw_uvd1供给到比较器cmp1的非反相输入端子(+)。在这种情况下，如果比较器cmp1正常操作，则比较器cmp1的输出为低，并且欠电压感测信号uvd1为高。
100.因此，控制逻辑电路15可以检查欠电压感测信号uvd1的电平是否已经在高和低之间进行切换，以诊断欠电压感测电路20是否正常。
101.在过电压感测电路19的自诊断操作期间，控制逻辑电路15保持第一路径开关sw_ovd1接通而第二路径开关sw_ovd2关断。控制逻辑电路15保持第一路径开关sw_uvd1关断。
在这种情况下，控制逻辑电路15在上述的第一和第二状态之间进行切换。
102.以此方式，在上述第一状态中，通过利用电阻器r7至r9对第二基准电压vref2进行分压而在节点n4处产生的电压作为比较器输入信号cmp2in经由高侧开关sw_bist_h和第一路径开关sw_ovd1供给到比较器cmp2的非反相输入端子(+)。在此情况下，如果比较器cmp2正常操作，则作为比较器cmp2的输出的过电压感测信号ovd1为高。
103.相反，在上述第二状态中，通过利用电阻器r7至r9对第二基准电压vref2进行分压而在节点n5处产生的电压作为比较器输入信号cmp2in经由低侧开关sw_bist_1和第一路径开关sw_ovd1供给到比较器cmp2的非反相输入端子(+)。在这种情况下，如果比较器cmp2正常操作，则作为比较器cmp2的输出的过电压感测信号ovd1为低。
104.因此，控制逻辑电路15可以检查过电压感测信号ovd1的电平是否已经在高与低之间进行切换以诊断过电压感测电路19是否正常。
105.以这种方式，在该实施例中，电阻器r7至r9、高侧开关sw_bist_h以及低侧开关sw-bist_l构成切换基于第二基准电压vref2的电压的电平并输出所得到的电压的电压切换电路50。第一路径开关sw_uvd1和sw_ovd1以及第二路径开关sw_uvd2和sw_ovd2构成在第一路径和第二路径之间进行切换的路径切换电路51和52，通过第一路径将基于第二基准电压vref2的电压供给到比较器，通过第二路径将基于输出电压vo1的电压供给到比较器。
106.第一路径切换电路51由第一和第二路径开关sw_uvd1和sw_uvd2构成。
107.第二路径切换电路52由第一和第二路径开关sw_ovd1和sw_ovd2构成。
108.在自诊断操作中，第一路径开关sw_uvd1和sw_ovd1保持接通，并且第二路径开关sw_uvd2和sw_ovd2保持关断，使得第二路径被切断，并且第一路径被确保。在该状态下，利用高侧开关sw_bist_h和低侧开关sw_bist_l切换第一和第二状态，使得不管输出电压vo1如何，电压切换电路50都输出具有不同电平的电压，以将所得到的电压供给到比较器。以这种方式，控制逻辑电路15可以基于比较器的输出电平是否被切换来诊断故障检测电路。
109.以这种方式，在该实施例中，不管作为故障感测目标电压的输出电压vo1的值如何，都可以诊断故障检测电路。因此，如稍后将描述的，可以在ic启动期间在输出电压vo1上升之前执行自诊断操作。
110.《5-3.修改示例等》
111.欠电压感测电路20的自诊断操作和过电压感测电路19的自诊断操作以时间顺序但以任何次序执行。
112.利用高侧开关sw_bist_h和低侧开关sw_bist_l在第一和第二状态之间的切换可以在任一状态下开始，并且切换可以被执行多于一次的任何次数。
113.在与执行自诊断操作的故障检测电路不同的故障检测电路中，第二路径开关sw_uvd2和sw_ovd2的接通/关断状态无关紧要。
114.第二过电压感测电路21和第二欠电压感测电路22也可以被提供有具有与图3中的配置类似的配置的自诊断电路。对于第二欠电压保护电路23及其自诊断电路，可以将类似于图3所示的第一欠电压感测电路20、第一路径开关sw_uvd1和第二路径开关sw_uvd2的电路块添加到第二过电压感测电路21和第二欠电压感测电路22。
115.第三过电压感测电路24、第三欠电压感测电路25、第三欠电压保护电路26及其自诊断电路、以及第四过电压感测电路27、第四欠电压感测电路28、第四欠电压保护电路29及
其自诊断电路可以与第二过电压感测电路21、第二欠电压感测电路22、第二欠电压保护电路23及其自诊断电路类似地配置。
116.尽管在上述实施例中故障检测目标电压是电源电路的输出电压vo1和vo4，但这并不意味着任何限制；相反，自诊断电路可以以与上面关于作为目标电压的电源电压vin、内部电压(例如vreg50)或结温的检测电压描述的类似的方式配置。即，自诊断电路可以应用于uvlo电路或过热感测/保护电路。
117.《6.ic启动期间的操作的示例》
118.图4是示出pmic 1在启动期间的操作的示例的时序图。在图4中，首先，控制逻辑电路15处于待机状态，并且ic不操作。在该状态下，当在时间点t1处电源电压vin开始上升时，内部电压vreg50和vreg15也与它一起开始上升。
119.然后，当在时间点t2处内部电压uvlo电路7检测到相对于内部电压vreg15的uvlo解除时，控制逻辑电路15作出从待机状态到数字自诊断模式状态(d-bist)的转变。
120.如果在数字自诊断模式状态下诊断结果正常，则控制逻辑电路15作出到otp负载状态的转变。这里，控制逻辑电路15从otp 8读取数据并初始化设置。
121.当otp负载状态结束时，控制逻辑电路15执行到模拟自诊断模式状态(a-bist)的转变。在模拟自诊断模式状态下，关于先前描述的各种过电压感测电路、欠电压感测电路和欠电压保护电路执行自诊断操作。这里，可以如先前描述的那样执行关于uvlo电路和过热故障感测/保护电路的自诊断操作。
122.如果在模拟自诊断模式状态下关于所有电路的诊断结果都是正常的并且此外电源电压vin和内部电压vreg50处于uvlo解除状态，则控制逻辑电路15执行从模拟自诊断模式状态到启动状态的转变。
123.在启动状态下，控制逻辑电路15控制第一至第三dc-dc电路11、12和13以及ldo 14以该次序升高输出电压vo1至vo4。更具体地，首先，控制逻辑电路15开始升高输出电压vo1，并且在检测到输出电压vo1从欠电压状态解除并且输出电压vo1已经正常上升时，它开始升高输出电压vo2。然后，在检测到输出电压vo2的欠电压状态被解除并且输出电压vo2已经正常上升时，控制逻辑电路15开始升高输出电压vo3。然后，在检测到输出电压vo3的欠电压状态被解除并且输出电压vo3已经正常上升时，控制逻辑电路15开始升高输出电压vo4。
124.然后，在检测到输出电压vo4的欠电压状态被解除并且输出电压vo4已经正常上升时，控制逻辑电路15将警告输出信号wo升高到高电平。如果在警告输出信号wo升高到高电平直到预定延迟时间过去之后故障保护电路没有检测到故障，则控制逻辑电路15将复位输出信号rsto升高到高电平，并且执行从启动状态到激活状态(正常操作状态)的转变。
125.以这种方式，利用图4所示的启动操作，可以在输出电压vo1至vo4上升之前执行自诊断操作(a-bist)。因此，可以在不输出异常输出电压vo1至vo4的情况下执行诊断。当诊断结果指示故障时，控制逻辑电路15执行到安全模式的转变。
126.《7.自诊断操作的示例》
127.图5是示出在模拟自诊断模式状态(a-bist)等下第一欠电压感测电路20(图3)中的自诊断操作的一个示例的时序图。在图5中，对于开关，高电平指示接通状态，而低电平指示关断状态。
128.如图5所示，在模拟自诊断模式状态下，第一路径开关sw_uvd1接通，而第二路径开
关sw_uvd2关断。相反，高侧开关sw_bist_h和低侧开关sw_bist_l的接通/关断状态从第一状态切换到第二状态，并且然后切换到第一状态。因此，比较器输入信号cmp1in从高切换到低，并且然后切换到高。在图5的示例中，比较器cmp11正常；因此，欠电压感测信号uvd1从低切换到高，并且然后切换到低。因此，控制逻辑电路15将欠电压感测电路20诊断为正常。
129.如图5所示，控制逻辑电路15可以执行从激活状态到自诊断模式状态(自测试)的转变。根据通过i2c通信来自cmos传感器装置30的指令执行这种转变。而且在该自诊断模式状态下，如在模拟自诊断模式状态下，执行欠电压感测电路20的自诊断操作。
130.《8.其他修改》
131.本文公开的各种技术特征可以以除上述实施例中之外的任何其他方式实施，并且允许在不脱离它们的技术独创性的情况下进行任何修改。也就是说，上述实施例应当被理解为在每个方面都是说明性的而不是限制性的。本公开的范围不是由上面给出的实施例的描述限定，而是由所附权利要求限定，并且应当被理解为涵盖在与权利要求的意义和范围等同的意义和范围上进行的任何修改。
132.《9.注释》
133.如上所述，例如，根据本文公开的一个方面，一种自诊断电路(bst1)被配置为诊断包括第一比较器(cmp1)的故障检测电路(20)，并且包括电压切换电路(50)、第一路径切换电路(51)和控制电路(15)，所述第一比较器被配置为被供给基于故障感测目标电压的电压(vo1)和第一基准电压(vref1)，所述电压切换电路被配置为切换基于第二基准电压(vref2)的电压的电平并且输出所得到的电压，所述第一路径切换电路(51)被配置为在从所述电压切换电路输出的电压通过其被供给到所述第一比较器的路径与基于所述故障感测目标电压的电压通过其被供给到所述第一比较器的路径之间进行切换，所述控制电路(15)被配置为控制所述电压切换电路和所述路径切换电路(第一配置)。
134.在上述第一配置中，优选地，所述电压切换电路(50)包括第一开关(sw_bist_h)和第二开关(sw_bist_l)，所述第一开关具有连接到第一节点(n4)的一个端子，基于所述第二基准电压(vref2)的第一电平电压出现在所述第一节点处，所述第二开关具有连接到第二节点的一个端子，基于所述第二基准电压的第二电平电压出现在所述第二节点处，并且具有连接到所述第一开关的另一个端子的另一个端子。所述第一开关和所述第二开关可以被配置为由所述控制电路接通和关断(第二配置)。
135.在上述第二配置中，优选地，所述电压切换电路包括第一电阻器(r7)、第二电阻器(r8)和第三电阻器(r9)，所述第一电阻器具有连接到用于所述第二基准电压(ref2)的施加端子的一个端子，所述第二电阻器具有在所述第一节点(n4)处连接到所述第一电阻器的另一个端子的一个端子，所述第三电阻器具有在所述第二节点(n5)处连接到所述第二电阻器的另一个端子的一个端子。(第三配置)。
136.在上述第一至第三配置中的任一个中，优选地，所述第一路径切换电路51包括第三开关(sw_uvd1)和第四开关(sw_uvd2)，所述第三开关设置在从所述电压切换电路(50)输出的电压被供给到的第三节点(n6)与所述第一比较器(cmp1)的输入端子之间，所述第四开关设置在基于所述故障感测目标电压的所述电压(vo1)被供给到的第四节点(n1)与所述第一比较器的所述输入端子之间。(第四配置)。
137.在上述第四配置中，优选地，所述故障检测电路(20)包括第四电阻器(r1)、第五电
阻器(r2)、第六电阻器(r3)和nmos晶体管(nm1)，所述第四电阻器具有连接到用于所述故障感测目标电压的施加端子的一个端子，所述第五电阻器具有在所述第四节点(n1)处连接到所述第四电阻器的另一个端子的一个端子，所述第六电阻器具有在第五节点(n2)处连接到所述第五电阻器的另一个端子的一个端子，所述nmos晶体管具有基于所述第一比较器的输出而被驱动的栅极和连接到所述第五节点的漏极。(第五配置)。
138.在上述第一至第五配置中的任一个中，优选地，所述第一基准电压(vref1)被供给到所述第一比较器的一个输入端子。所述故障检测电路(20、19)可以包括第二比较器(cmp2)，所述第二比较器具有被供给所述第一基准电压的一个输入端子。所述自诊断电路(bst1)可以包括第二路径切换电路(52)，所述第二路径切换电路被配置为在从所述电压切换电路(50)输出的电压通过其被供给到所述第二比较器的另一个输入端子的路径与基于所述故障感测目标电压的所述电压(vo1)通过其被供给到所述第二比较器的另一个输入端子的路径之间进行切换(第六配置)。
139.在上述第一至第六配置中的任一个中，优选地，所述故障感测目标电压vo1是电源电路(41)的输出电压(第七配置)。
140.优选地，上述第七配置被配置为在包括所述自诊断电路(bst1)的ic(1)的启动期间在所述输出电压(vo1)上升之前执行自诊断操作(第八配置)。
141.根据本文公开的另一方面，一种半导体装置(1)包括根据上述第一至第八配置中的任一个的自诊断电路(bst1)(第九配置)。
142.优选地，上述第九配置还包括用于向车载装置(30)供电的电源电路(14)。所述故障感测目标电压(vo4)可以是所述电源电路的输出电压(第十配置)。
143.工业实用性
144.本公开可应用于例如车载pmic中。
145.附图标记列表
146.1pmic
147.2、3内部电压发生器
148.4基准电压发生器
149.5电源电压uvlo电路6、7内部电压uvlo电路8otp
150.9tsd电路
151.10tw电路11、12、13dc-dc电路14ldo
152.15控制逻辑电路
153.16i2c输入/输出电路17复位输入/输出电路18警告输入/输出电路19第一过电压感测电路20第一欠电压感测电路
21第二过电压感测电路22第二欠电压感测电路23第二欠电压保护电路24第三过电压感测电路25第三欠电压感测电路26第三欠电压保护电路27第四过电压感测电路28第四欠电压感测电路29第四欠电压保护电路30cmos传感器装置41第一dc-dc转换器
154.42第二dc-dc转换器
155.43第三dc-dc转换器
156.bst1自诊断电路
157.cmp1、cmp2比较器
158.cb1启动电容器
159.co1至co3输出电容器
160.iv1、iv2反相器
161.l1至l3电感器
162.nm1、nm2 nmos
ꢀꢀꢀꢀꢀ
晶体管
163.r1至r9电阻器
164.sw_bist_h高侧开关
165.sw_bist_l低侧开关
166.sw_uvd1第一路径开关
167.sw_uvd2第二路径开关
168.sw_ovd1第一路径开关
169.sw_ovd2第二路径开关

技术特征：
1.一种被配置为诊断故障检测电路的自诊断电路，所述故障检测电路包括第一比较器，所述第一比较器被配置为被供给基于故障感测目标电压的电压和第一基准电压，所述自诊断电路包括：电压切换电路，所述电压切换电路被配置为切换基于第二基准电压的电压的电平并且输出所得到的电压；第一路径切换电路，所述第一路径切换电路被配置为在从所述电压切换电路输出的电压通过其被供给到所述第一比较器的路径与基于所述故障感测目标电压的电压通过其被供给到所述第一比较器的路径之间进行切换；以及控制电路，所述控制电路被配置为控制所述电压切换电路和所述路径切换电路。2.根据权利要求1所述的自诊断电路，其中所述电压切换电路包括第一开关，所述第一开关具有连接到第一节点的一个端子，基于所述第二基准电压的第一电平电压出现在所述第一节点处，以及第二开关，所述第二开关具有：连接到第二节点的一个端子，基于所述第二基准电压的第二电平电压出现在所述第二节点处，以及连接到所述第一开关的另一个端子的另一个端子，并且所述第一开关和所述第二开关由所述控制电路接通和关断。3.根据权利要求2所述的自诊断电路，其中所述电压切换电路包括第一电阻器，所述第一电阻器具有连接到用于所述第二基准电压的施加端子的一个端子，第二电阻器，所述第二电阻器具有在所述第一节点处连接到所述第一电阻器的另一个端子的一个端子，以及第三电阻器，所述第三电阻器具有在所述第二节点处连接到所述第二电阻器的另一个端子的一个端子。4.根据权利要求1至3中任一项所述的自诊断电路，其中所述第一路径切换电路包括第三开关，所述第三开关设置在从所述电压切换电路输出的电压被供给到的第三节点与所述第一比较器的输入端子之间，以及第四开关，所述第四开关设置在基于所述故障感测目标电压的所述电压被供给到的第四节点与所述第一比较器的所述输入端子之间。5.根据权利要求4所述的自诊断电路，其中所述故障检测电路包括第四电阻器，所述第四电阻器具有连接到用于所述故障感测目标电压的施加端子的一
个端子，第五电阻器，所述第五电阻器具有在所述第四节点处连接到所述第四电阻器的另一个端子的一个端子，第六电阻器，所述第六电阻器具有在第五节点处连接到所述第五电阻器的另一个端子的一个端子，以及nmos晶体管，所述nmos晶体管具有：基于所述第一比较器的输出而被驱动的栅极，以及连接到所述第五节点的漏极。6.根据权利要求1至5中任一项所述的自诊断电路，其中所述第一基准电压被供给到所述第一比较器的一个输入端子，所述故障检测电路包括第二比较器，所述第二比较器具有被供给所述第一基准电压的一个输入端子，并且所述自诊断电路包括第二路径切换电路，所述第二路径切换电路被配置为在从所述电压切换电路输出的电压通过其被供给到所述第二比较器的另一个输入端子的路径与基于所述故障感测目标电压的所述电压通过其被供给到所述第二比较器的另一个输入端子的路径之间进行切换。7.根据权利要求1至6中任一项所述的自诊断电路，其中所述故障感测目标电压是电源电路的输出电压。8.根据权利要求7所述的自诊断电路，被配置为在包括所述自诊断电路的ic的启动期间在所述输出电压上升之前执行自诊断操作。9.一种半导体装置，包括根据权利要求1至8中任一项所述的自诊断电路。10.根据权利要求9所述的半导体装置，还包括用于向车载装置供电的电源电路，其中所述故障感测目标电压是所述电源电路的输出电压。

技术总结
一种被配置为诊断包括第一比较器(CMP1)的故障检测电路(20)的自诊断电路(BST1)包括电压切换电路(50)、第一路径切换电路(51)和控制电路(15)，所述第一比较器被配置为被供给基于故障感测目标电压的电压(Vo1)和第一基准电压(Vref1)，所述电压切换电路被配置为基于第二基准电压(Vref2)切换电压的电平并且输出所得到的电压，所述第一路径切换电路被配置为在从所述电压切换电路输出的电压通过其被供给到所述第一比较器的路径与基于所述故障感测目标电压的电压通过其被供给到所述第一比较器的路径之间进行切换，所述控制电路被配置为控制所述电压切换电路和所述路径切换电路。控制所述电压切换电路和所述路径切换电路。控制所述电压切换电路和所述路径切换电路。


技术研发人员：住井亮介 押川克宽 松浦贵行
受保护的技术使用者：罗姆股份有限公司
技术研发日：2022.01.12
技术公布日：2023/9/20