本發(fā)明涉及一種具備穩(wěn)定電壓的調節(jié)器的傳感器裝置，特別是涉及對于施加到電源線的負電涌有抗誤動作性的傳感器裝置。

背景技術：

為了應對伴隨提供給傳感器元件、信號處理電路的電源電壓的穩(wěn)定化、工藝的細微化的電路動作電壓的下降而使用調節(jié)器。調節(jié)器吸收電源線的電壓變動，把被穩(wěn)定化后的預定的電壓提供給傳感器元件、信號處理電路，但是當負電涌被施加到電源線時，存在電流在調節(jié)器的負載驅動晶體管中逆流，調節(jié)器的輸出電壓下降的情況。由此，有時傳感器元件、信號處理電路等負載電路被復位，發(fā)生異常值的輸出、重啟動作等誤動作。為了抑制這樣的誤動作，需要在施加負電涌時使電流不逆流。專利文獻1中公開的技術在電源線與負載驅動用的NPN雙極型晶體管(以下稱為NPN晶體管)的集電極端子之間具備二極管。該二極管阻止施加負電涌時從負載側流向電源線的逆流電流，因此能夠抑制所述那樣的誤動作。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1:日本特開2007-156641號公報

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

然而在現(xiàn)有技術中，二極管存在于向負載電路的供電路徑上，因此，存在發(fā)生二極管的正向電壓降的量的電壓下降，調節(jié)器的輸出電壓范圍變窄的問題。例如，如果設輸入電壓為Vin，則調節(jié)器最大只能輸出Vin-1.2V左右。這是由于二極管的正向電壓降約為0.6V，晶體管的基極、發(fā)射極間的電壓降約為0.6V。盡管存在如肖特基勢壘二極管那樣正向電壓降較小的二極管，但是由于逆向的漏電流較大，因此不適于阻止施加負電涌時的逆流電流的目的。

另外，根據(jù)負載電路的消耗電流，供電路徑上的二極管需要是足夠的尺寸。當負載電路消耗較大電流時，必須增大二極管的尺寸從而確保充分的電流容量，也不能忽視占據(jù)芯片面積的二極管的尺寸。從以上觀點看來，優(yōu)選的是供電路徑上不插入二極管。

本發(fā)明是鑒于上述情況而做出的發(fā)明，其目的是提供一種即使在電源線中發(fā)生負電涌時也會抑制負載電路中的電壓下降且抗誤動作性高的傳感器裝置。

用于解決課題的手段

達到上述目的的本發(fā)明的傳感器裝置，其特征在于，控制電路中具備控制從接地端子向第一晶體管元件的基極端子流動的電流的限制部。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種即使在電源線中發(fā)生負電涌時也能夠抑制負載電路中的電壓下降且抗誤動作性高的傳感器裝置。

附圖說明

圖1表示形成第1實施例的傳感器裝置的結構。

圖2表示形成第2實施例的傳感器裝置的結構。

圖3表示形成第3實施例的傳感器裝置的結構。

圖4表示形成第4實施例的傳感器裝置的結構。

圖5表示形成第5實施例的傳感器裝置的結構。

圖6表示形成第6實施例的傳感器裝置的結構。

圖7表示形成第7實施例的傳感器裝置的結構。

圖8表示現(xiàn)有傳感器裝置的結構。

圖9是NPN晶體管的示意圖。

圖10表示第1實施例的變形例。

圖11表示第1實施例的變形例。

圖12是寄生晶體管的說明圖。

圖13表示形成第8實施例的傳感器裝置的結構。

圖14是隔離區(qū)域長度與電流放大率的關系的說明圖。

具體實施方式

以下，參照附圖說明本發(fā)明的實施方式。通過圖1、8、9說明形成本發(fā)明的第1實施例的傳感器裝置。圖1表示形成第1實施例的傳感器裝置的結構。圖8表示現(xiàn)有傳感器裝置的結構。圖9表示NPN晶體管106的示意性的結構。

通過圖1說明本實施例的傳感器裝置的結構。本實施例的傳感器裝置101具備：提供輸入電壓Vi的電源端子103；接地端子104；產(chǎn)生對應于物理量的電信號的傳感器元件115；處理來自傳感器元件115的輸出信號的信號處理電路114；以及從電源電壓Vi生成向傳感器元件115和信號處理電路114(以下把傳感器元件115和信號處理電路114組合稱為負載電路)的供給電壓Vo的調節(jié)器102。調節(jié)器102具備：驅動負載電路的NPN晶體管106；控制基極電流的誤差檢測電路116；以及去耦電容113。誤差檢測電路116具備：對調節(jié)器102的輸出電壓Vo進行分壓的電阻111、112；基準電壓源110、誤差放大器109、控制基極電流的N型場效應晶體管(以下稱為NMOS)108；提供基極電流的電阻105；以及逆流防止二極管107。此外，逆流防止二極管107的陽極被構成為連接到NPN晶體管106的基極，阻止經(jīng)由NMOS108的寄生二極管從接地流入NPN晶體管106的基極的逆流電流。

通過圖1以及圖9說明本實施例的傳感器裝置的動作。當電源電壓Vi正常時，本實施例的傳感器裝置101通過誤差檢測電路116的反饋控制向負載電路提供穩(wěn)定的輸出電壓Vo。一般地，雙極型晶體管的直流電流放大率hFE為幾十～幾百左右，因此流過NPN晶體管106的基極的電流是負載電路的消耗電流的幾十分之一～幾百分之一即可。負載電路的消耗電流減少時，經(jīng)由NMOS108向接地端子104逸出基極電流。此時，逆流防止二極管107中流過的電流至多只是負載電路的消耗電流的幾十分之一～幾百分之一。因此，如日本特開2007-156641號公報所公開的那樣，與在電源端子103與NPN晶體管106的集電極之間插入二極管時相比，二極管107的電流容量可以少1位～2位左右。其結果，能夠縮小二極管107的面積。另外，日本特開2007-156641號公報所公開的調節(jié)器得最大輸出電壓被限制為Vi-1.2V、即從輸入電壓Vi減去二極管的正向電壓降約0.6V和NPN晶體管的基極-發(fā)射極間電壓降約0.6V。另一方面，本實施例的調節(jié)器的最大輸出電壓是從Vi減去NPN晶體管106的基極-發(fā)射極間電壓約0.6V的Vi-0.6V，能夠輸出更大范圍的電壓。

接下來，對由負電涌所引起的輸入電壓Vi異常下降并變?yōu)樨撾娢?Vs時的動作進行說明。如果輸入端子103變?yōu)樨撾娢?Vs，則如后述，通過NMOS108的寄生二極管從接地端子104向基極將會流過逆流電流。但是，通過逆流防止二極管107不流過逆流電流，因此NPN晶體管106的集電極端子903和基極端子902的電位都會變?yōu)?Vs。此時，發(fā)射極端子901是原始的輸出電壓+Vo，因此如圖9所示，基極-發(fā)射極間的PN結變?yōu)榉聪蚱脿顟B(tài)。因此，不從發(fā)射極流出電荷，維持發(fā)射極電壓+Vo。

反之，使用圖8對沒有逆流防止二極管107時的針對負電涌的動作進行說明。如果由于負電涌使輸入端子103變?yōu)樨撾娢?Vs，則經(jīng)由NMOS108的寄生二極管801從接地端子向基極流入逆電流Ibc。于是，從發(fā)射極端子901向集電極端子903流過電流Iec，因此去耦電容113進行放電，輸出電壓+Vo下降。

對本實施例的傳感器裝置的效果進行說明。第1效果是，當輸入負電涌時，防止去耦電容113中存儲的電荷從NPN晶體管106的發(fā)射極端子901向集電極端子903流出，能夠在更長時間向負載電路提供穩(wěn)定的電壓。第2效果是，通過不在NPN晶體管106的集電極端子903而在基極端子902增加逆流防止二極管107，能夠較大地確保正常時的調節(jié)器的輸出電壓范圍。換言之，提供了即使輸入電壓更低也能夠進行負載電路的動作的調節(jié)器。第3效果是，通過不在NPN晶體管106的集電極端子903而在基極端子902增加逆流防止二極管107，能夠減少逆流防止二極管107所需的電流容量，并使元件面積縮小。

通過圖2說明形成本發(fā)明的第2實施例的傳感器裝置。圖2表示形成第2實施例的傳感器裝置的結構。本實施例的傳感器裝置101的特征在于，具備把阱和柵極連接到漏極側的P型場效應晶體管(以下稱為PMOS)201，來代替形成第1實施例的傳感器裝置101中的逆流防止二極管107。根據(jù)這樣的結構，不僅有與第1實施例所示的傳感器裝置101同等的效果，還能夠通過在正常時成為PMOS201的寄生二極管202和導通狀態(tài)的PMOS201的并聯(lián)連接，把基極端子202和NMOS108連接到更低電阻，能夠進一步提高調節(jié)器102的響應性。當負電涌被施加到電源端子103時，PMOS201變?yōu)榻刂範顟B(tài)，另一方面，PMOS201的寄生二極管202起到作為逆流防止二極管的作用，因此逆流電流被完全阻止。

通過圖3說明形成本發(fā)明的第3實施例的傳感器裝置。圖3表示形成第3實施例的傳感器裝置的結構。本實施例的傳感器裝置101的特征在于，具備把阱和柵極連接到漏極側的NMOS301，來代替形成第1實施例的傳感器裝置101中的逆流防止二極管107。根據(jù)這樣的結構，不僅有與第1實施例所示的傳感器裝置101同等的效果，還能夠在正常時通過成為NMOS301的寄生二極管302和導通狀態(tài)的NMOS301的并聯(lián)連接，把基極和NMOS108連接到更低電阻，能夠進一步提高調節(jié)器102的響應性。當負電涌被施加到電源端子103時，NMOS301變?yōu)榻刂範顟B(tài)，另一方面，NMOS301的寄生二極管302起到作為逆流防止二極管的作用，因此逆流電流被完全阻止。

通過圖4說明形成本發(fā)明的第4實施例的傳感器裝置。圖4表示形成第4實施例的傳感器裝置的結構。本實施例的傳感器裝置101的特征在于，具備把基極連接到集電極側的NPN晶體管401，來代替形成第1實施例的傳感器裝置101中的逆流防止二極管107。根據(jù)這樣的結構，不僅有與第1實施例所示的傳感器裝置101同等的效果，還能夠在正常時NPN晶體管401變?yōu)閷顟B(tài)，把基極和NMOS108連接到低電阻，能夠進一步提高調節(jié)器102的響應性。當負電涌被施加到電源端子103時，NPN晶體管401變?yōu)榻刂範顟B(tài)，另一方面，NPN晶體管401的基極-發(fā)射極間的二極管起到逆流防止二極管的作用，因此逆流電流被完全阻止。

通過圖5說明形成本發(fā)明的第5實施例的傳感器裝置。圖5表示形成第5實施例的傳感器裝置的結構。本實施例的傳感器裝置101的特征在于，具備把基極連接到集電極側的PNP雙極型晶體管(以下稱為PNP晶體管)501，來代替形成第1實施例的傳感器裝置101中的逆流防止二極管107。根據(jù)這樣的結構，不僅有與第1實施例所示的傳感器裝置101同等的效果，還能夠在正常時PNP晶體管501變?yōu)閷顟B(tài)，把基極和NMOS108連接到低電阻，能夠進一步提高調節(jié)器102的響應性。當負電涌被施加到電源端子103時，PNP晶體管501變?yōu)榻刂範顟B(tài)，另一方面，PNP晶體管501的基極-發(fā)射極間的二極管起到逆流防止二極管的作用，因此逆流電流被完全阻止。

通過圖6說明形成本發(fā)明的第6實施例的傳感器裝置。圖6表示形成第6實施例的傳感器裝置的結構。本實施例的傳感器裝置101的特征在于，代替形成第1實施例的傳感器裝置101中的逆流防止二極管107，在NMOS108的阱處增加了串聯(lián)電阻元件601。根據(jù)這樣的結構，由電阻元件601限制在施加負電涌時流入基極的逆流電流，因此，不增加有源元件也能夠抑制從發(fā)射極流出到集電極的電荷量，防止輸出電壓的下降。

通過圖7說明形成本發(fā)明的第7實施例的傳感器裝置。圖7表示形成第7實施例的傳感器裝置的結構。本實施例的傳感器裝置101在形成第1實施例的傳感器裝置101的分壓電阻112的接地端子側增加了NMOS701。NMOS的柵極端子連接到電源端子103。在正常時NMOS701為導通狀態(tài)。另一方面，施加負電涌時NMOS701的柵極電位變?yōu)樨?，因此NMOS701變?yōu)榻刂範顟B(tài)，能夠阻止流向分壓電阻111、112的電流。根據(jù)這樣的結構，不僅與第1實施例所示的傳感器裝置101有同等效果，還能夠減少流向分壓電阻111、112的電流，因此能夠更長時間地穩(wěn)定維持輸出電壓Vo。

通過圖12、圖13、圖14說明形成本發(fā)明的第8實施例的傳感器裝置。圖12是說明寄生雙極型晶體管1201的圖，圖13表示形成第8實施例的傳感器裝置的截面。本實施例的傳感器裝置101在形成第1實施例的傳感器裝置101中增加了隔離區(qū)域1303。首先，使用圖12和圖13對于施加負電涌時的寄生雙極型晶體管的動作進行說明。寄生雙極型晶體管1201是由包含在信號處理電路114中的PMOS的N型阱1302、調節(jié)器102中的NPN晶體管106的N型阱1301、以及存在于其間的P襯底或P阱所形成的寄生NPN晶體管。如果負電涌被施加在電源端子103，則基極電流從接地電位的P襯底流向寄生NPN晶體管1201的發(fā)射極。其結果，寄生NPN晶體管1201導通，集電極電流Inw從N型阱1302流向N型阱1301，去耦電容113進行放電，輸出電壓+Vo下降。因此，在本實施例中，在NPN晶體管106的N型阱1301與信號處理電路114中的PMOS的N型阱1302之間設置隔離區(qū)域1303。此時，通過下式表示隔離區(qū)域1303的長度W與寄生NPN晶體管1201的電流放大率α的關系。

[數(shù)學式1]

在這里，γ是在發(fā)射極結的少數(shù)載流子的注入效率、β*是發(fā)射極接地的直流電流放大率、σ_B、σ_E分別是基極、發(fā)射極的傳導率、L_N、L_P分別是發(fā)射極、基極的少數(shù)載流子的擴散長度。由于寄生NPN晶體管作為晶體管不進行放大動作，因此理想的是至少把電流放大率α設為0.5以下。圖14表示從上式計算出的隔離區(qū)域1303的長度W與電流放大率α的關系的一個例子。隔離區(qū)域1303的長度W與電流放大率α的關系根據(jù)雜質濃度、載流子遷移率而發(fā)生變化，但是為了把電流放大率α設為0.5以下，理想的是確保隔離區(qū)域1303的長度W大概在100μm以上。根據(jù)這樣的結構，不僅與第1實施例所示的傳感器裝置101有同等效果，還能夠減小經(jīng)由寄生雙極型晶體管流出到電源端子的電流，因此能夠更長時間地穩(wěn)定維持輸出電壓Vo。

另外，到目前為止所述的技術并不限定于實施例1到8的調節(jié)器的結構。例如，如圖10所示，也可以構成為通過PMOS1001和NMOS108驅動NPN晶體管的基極電流。在這種情況下，施加負電涌時能夠通過逆流防止二極管107阻止從接地端子流入基極的電流，因此能夠得到與實施例1同等的效果。另外，如圖11所示，通過別的NPN晶體管1101控制NPN晶體管106的基極電流時，也能夠通過逆流防止二極管107阻止經(jīng)由NPN晶體管1101的寄生二極管1102從接地端子104逆流的電流。

符號說明

101:傳感器裝置、102：調節(jié)器、103：電源端子、104：接地端子、105：電阻、106：NPN雙極型晶體管、107：逆流防止二極管、108：N型場效應晶體管、109：誤差放大器、110：基準電壓源、111：電阻、112：電阻、113：去耦電容、114：信號處理電路、115：傳感器元件、116：誤差檢測電路、201：P型場效應晶體管、202：寄生二極管、301：N型場效應晶體管、302：寄生二極管、401：NPN雙極型晶體管、501：PNP雙極型晶體管、601：電阻、701：N型場效應晶體管、801：寄生二極管、901：發(fā)射極端子、902：基極端子、903：集電極端子、1001：P型場效應晶體管、1101：NPN雙極型晶體管、1102：寄生二極管、1201：寄生雙極型晶體管、1301：N型阱、1302：N型阱、1303：隔離區(qū)域、1304：集電極端子、1305：基極端子、1306：發(fā)射極端子、1307：P型阱、1308：漏極端子、1309：柵極端子、1310：源極端子、1311：阱集電極、Ibc：基極-集電極電流、Iec：發(fā)射極-集電極電流、Inw：寄生晶體管的集電極電流、L_N、L_P：擴散長度、Vb：偏置電壓、-Vs：負電涌電壓、+Vo：輸出電壓、W：隔離區(qū)域長度、α：電流放大率、β*：發(fā)射極接地的直流電流放大率、γ：少數(shù)載流子注入效率、σ_B、σ_E：傳導率。