JPH10200054A - 半導体集積回路 - Google Patents

半導体集積回路

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JPH10200054A
JPH10200054A JP9012028A JP1202897A JPH10200054A JP H10200054 A JPH10200054 A JP H10200054A JP 9012028 A JP9012028 A JP 9012028A JP 1202897 A JP1202897 A JP 1202897A JP H10200054 A JPH10200054 A JP H10200054A
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JP
Japan
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temperature
control
over
circuit
warning signal
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JP9012028A
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Tetsuo Abe
哲郎 阿部
Takashi Kimura
隆志 木村
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で、温度上昇時には負荷短絡診断を実行
するとともに、駆動回路の動作可能な上限温度以下の場
合には、駆動回路の制御が停止せず、システムを作動さ
せることができる、信頼性が向上した半導体集積回路を
提供する。 【解決手段】 システムオンシリコンチップであるチッ
プ100の温度が上昇し、CPU1が平常周波数で動作
可能な上限温度を越えると、過温度検知回路6が警告信
号S1を発生し、発振回路2のクロック周波数を低下さ
せる。CPU1は、負荷短絡診断を行い、負荷が短絡し
ている場合には、警告灯14を点灯し、電源リレー16
を遮断する。さらに、システムを作動させるために必要
な基本的な制御のみに限定した制御を実行し、駆動回路
4の動作を続行させる。チップ100の温度がさらに上
昇し、駆動回路4が動作可能な上限温度を越えると、過
温度検知回路7が警告信号S2を出力し、CPU1は駆
動回路4をOFF固定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、負荷の駆動回路
と制御回路が同一チップ上に構成された半導体集積回路
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体集積回路としては、例え
ば、図5示すようなものがある。この半導体集積回路
は、チップ300内に負荷51の駆動回路52とその論
理制御回路53と過温度検知回路54が搭載されてい
る。過温度検知回路54は論理制御回路53とチップ外
部配置されたCPU55に接続されている。CPU55
は論理制御回路53を介して、駆動回路52を制御して
いる。このような回路では、駆動回路52の能力が高
く、大電流の負荷を駆動可能な場合は、駆動回路のON
抵抗が小さく設計されているため、負荷の短絡や、配線
と電源の短絡等の異常が発生した場合、駆動回路52に
流れる電流が著しく増加し、チップ300の温度が上昇
し、駆動回路52の動作可能な上限温度を越えてしまう
可能性がある。そのために、駆動回路52の近傍にチッ
プ300の温度が駆動回路52の動作可能な上限温度を
越えた場合に警告信号を出力する過温度検知回路54を
設け、チップの温度上昇時には、この警告信号により、
論理制御回路53とCPU55が、駆動回路52の制御
信号をOFF側に固定したり、PWM制御を行い、チッ
プ300の温度上昇を抑えるという保護手段がとられて
きた。
【0003】しかし、近年、電子機器の小型化が進み、
構成部品点数や実装面積の削減に対する要求が一段と高
まっている。このような要求に応じて図6に示すよう
な、システムを構成する機能の多くを1チップ上に構成
するシステムオンシリコンチップが開発されている。こ
のチップ400は、単純な論理制御回路に代わり、マイ
コンに代表される、クロック信号を用いた高機能な制御
回路が搭載されている。すなわち、負荷の駆動回路61
と、クロック信号を用いた制御回路としてのCPU62
と、過温度検知回路63と、複数の入出力に対応する入
出力回路64が同一チップ上に搭載され、半導体集積回
路が構成されている。 通常、CPUの動作可能な上限
温度は、駆動回路の動作可能な上限温度より低いので、
過温度検知回路はCPUの動作可能な上限温度を検知し
て、警告信号を出力し、負荷をOFF固定するなどの、
チップ温度の上昇を防止する処理を行う。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来の半導体集積回路では、CPUの動作可能な上限
温度を検知した警告信号が発生されたときには、CPU
のゲート遅延が大きくなりすぎ、通常のクロック周波数
では制御回路が正常な動作をできない場合があるため、
負荷の駆動回路をOFF固定すると同時に制御動作も停
止してしまう。そのために、駆動回路をOFF固定する
まえに、異常箇所の診断やシステムの保護動作などの異
常処理を実行したい場合でも、駆動回路のOFF固定と
異常処理の両動作を行えず、制御を停止するタイミング
によっては、制御される機器にとっては望ましくない状
態のまま、制御機能が停止するという問題があった。ま
た、CPUと駆動回路とが同一のチップ上に搭載されて
いるため、駆動回路が本来動作可能な上限温度よりも低
い温度で、過温度検知回路が警告信号を発生してしまう
ため、駆動回路の温度上昇をCPUの動作可能な上限温
度以下に抑えるために、駆動回路のON抵抗が低くなる
ように設計する必要があり、駆動回路が本来動作可能な
上限温度内で動作するように設計する場合に比べて、チ
ップサイズが増大してしまうという問題点があった。さ
らに、駆動回路の動作可能な上限温度以下の温度でも、
駆動回路の制御が停止してしまうため、駆動回路の機能
を十分に生かすことができないという問題があった。し
たがって本発明は上記従来の問題点に鑑み、小型で、チ
ップ温度上昇時に適切な異常処理を実行するとともに、
駆動回路の動作可能な上限温度以下の場合には、駆動回
路の制御が停止しない、信頼性が向上した半導体集積回
路を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、負荷を駆動する駆動手段と、駆動手段を
制御するクロック信号を用いた制御手段が同一チップ上
に構成された半導体集積回路において、チップ上に、異
なる温度を検知し警告信号を出力する複数の過温度検知
手段が設けられるとともに、各過温度検知手段から出力
された警告信号は制御手段に接続され、制御手段は各警
告信号の受信により制御内容を変更するように構成され
るものとした。また、過温度検知手段は制御手段が平常
周波数のクロック信号で動作可能な上限温度を検知する
第1の過温度検知手段を有し、第1の過温度検知手段か
ら出力された警告信号により、制御手段のクロック信号
の周波数が低下するように構成することができる。
【0006】過温度検知手段は駆動手段が動作可能な上
限温度を検知する第2の過温度検知手段を有し、前記第
2の過温度検知手段から出力された警告信号により、駆
動回路の制御が停止されるとともに、第1の過温度検知
手段から出力された警告信号により、前記制御手段のク
ロック信号の周波数が第2の過温度検知手段の検知温度
までチップ温度が上昇しても制御手段が動作可能な周波
数まで低下するように構成されることが好ましい。さら
に、制御手段は、第1の過温度検知手段から出力された
警告信号を受信すると、あらかじめ設定された異常処理
制御を実行し、制御内容を駆動手段を駆動するために必
要な基本的な制御に限定して実行するように構成するこ
とができる。
【0007】
【作用】負荷を駆動する駆動手段と、駆動手段を制御す
るクロック信号を用いた制御手段が同一チップ上に構成
された半導体集積回路において、チップの温度が上昇
し、制御手段が平常周波数のクロック信号で動作可能な
上限温度まで達した場合、第1の過温度検知手段が警告
信号を出力する。この警告信号により、制御手段のクロ
ック周波数が低下し、制御手段は動作を継続可能にな
り、異常箇所の診断やシステムの保護動作などの異常処
理を実行できる。また、自己診断や冗長系の演算を停止
し、制御手段が制御する内容を、駆動手段の制御のため
に必要な基本的な制御に限定することにより、チップの
温度が駆動手段が動作可能な上限温度以下の場合には、
制御手段は駆動回路の制御を続行できるため、システム
の機能が維持できる。
【0008】
【発明の実施の形態】発明の実施の形態を実施例により
説明する。図1は本発明の第1の実施例を示す図であ
る。本実施例は、自動車のアンチロックブレーキシステ
ムの制御回路に本発明を適用したものである。アンチロ
ックブレーキシステムは、滑りやすい路面上で運転者が
ブレーキにより制動操作を行った場合、各車輪に取り付
けられた車輪速センサやブレーキランプのスイッチから
の信号をもとに、ブレーキにおける油圧配管の各所に設
けられた複数のソレノイドバルブの開閉を断続して行う
ことにより、車輪のスリップ率が低下するように各車輪
のホイールシリンダに加えられる油圧を制御し、車輪の
ホイールシリンダに加えられる油圧を制御し、車輌の挙
動を運転者が制御しやすいように補正するシステムであ
る。システムオンシリコンチップであるチップ100上
にはCPU1とCPU1を駆動するクロック信号を供給
する発振回路2とソレノイドバルブ3の開閉を行う駆動
回路4と入力回路5と過温度検知回路6および7が搭載
されている。発振回路2にはチップ外部に配置された発
振器8が接続され、発振回路2内の分周器9の分周数を
切り替えることにより、通常のクロック周波数F1とF
1より小さいクロック周波数F2を選択して出力するこ
とができる。ソレノイドバルブ3は抵抗を介してCPU
1と接続されている。
【0009】チップ外部の車輪速センサ10およびブレ
ーキランプスイッチ11は、入力回路5を介してそれぞ
れCPU1に接続される。過温度検知回路6は、チップ
温度を検知し、CPU1がクロック周波数F1で動作可
能な上限温度T1まで、チップ温度が上昇すると警告信
号S1を発生する。警告信号S1は発振回路2およびC
PU1へ送られれる。過温度検知回路7はチップ温度が
駆動回路4が動作可能な上限温度T2まで、チップ温度
が上昇すると警告信号S2を発生し、警告信号S2はC
PU1へ送られる。また、チップ外部に設けられた警告
灯14とソレノイドバルブの電源リレー16は、ラッチ
回路13および15を介して、CPU1に接続されてい
る。なお、CPU1は発明の制御手段を構成する。
【0010】次に、何等かの異常が発生し、チップ温度
が上昇した時の動作について説明する。まず、チップ温
度が温度T1に達すると過温度検知回路6が警告信号S
1を発生する。警告信号S1は発振回路2およびCPU
1のレジスタ12と外部割り込み端子に送られる。発振
回路2では、警告信号S1を受けると、分周器9の分周
周波数を切り替えて、通常のクロック周波数F1からク
ロック周波数F2に低下させる。クロック周波数F2は
チップ100の温度が温度T1を越えて、駆動回路4が
動作可能な上限温度T2まで上昇しても、CPU1が動
作可能なクロック周波数に設定されている。
【0011】また、外部割り込み端子に送られた警告信
号S1を受信すると、CPU1は、あらかじめ設定され
た異常処理プログラムに従い、負荷の短絡診断を行う。
駆動端子の電圧をCPU1でモニタし、負荷駆動時に予
想される端子電圧よりもモニタ電圧が高い場合には、負
荷系統の短絡であると判断し、チップ外部のラッチ回路
13を介して警告灯14を点灯すると共に、ラッチ回路
15を介してソレノイドバルブの電源リレー15を遮断
し、ブレーキ系統をアンチロックブレーキシステムを解
除した状態とする。従来の電子制御ユニットのようにC
PUと負荷駆動回路が別々の素子で構成されている場合
には、負荷駆動回路素子のチップ温度とCPUのチップ
温度が必ずしも一致しないために、負荷短絡故障を検出
するためには、常時短絡診断を行う必要があるが、本実
施例の場合、両回路がひとつのチップ上に構成されてい
るので、過温度検知回路が警告信号を出力した場合の
み、短絡診断を行えばよい。
【0012】CPU1では、レジスタ12に送られた警
告信号S1により、制御内容選択フラグがセットされ
る。通常状態では、CPU1は、アンチロックブレーキ
システムを動作させる基本的な制御に加えて、演算結果
の信頼性を向上させるために、内部の各ブロックの自己
診断を行ったり、演算を冗長的に行っている。通常のク
ロック周波数F1が供給されていれば、プログラムされ
たすべての制御が可能である。しかし、警告信号S1に
より、CPU1に供給されるクロック周波数がF2に低
下したときには、すべての制御をリアルタイムで行うに
は、制御内容が多すぎる。制御内容を削減する為に、制
御内容選択フラグがセットされると、自己診断や冗長系
の制御は停止され、アンチロックブレーキシステムを動
作させる基本的な制御のみが実行される。
【0013】警告信号S1により、限定された制御のみ
が実行されている間にチップ温度が温度T1を下回った
場合には、警告信号S1の出力が停止されるため、クロ
ック信号の周波数は通常の周波数F1に切り替えられ、
制御内容選択フラグも解除され、通常の制御状態に復帰
する。チップ温度の上昇が続く場合には、駆動回路4の
動作可能な上限温度であるT2に達した時点で、過温度
検知回路7が警告信号S2を発生する。警告信号S2は
CPUに送られる。CPU1では、警告信号S2が一定
時間継続した場合は、チップ温度が確実に温度T2を越
えていると判断し、ソレノイド3の駆動回路4の制御信
号をOFF状態に固定する。
【0014】つぎに、チップの温度上昇とシステムの動
作状況を示した図2を用いて、異常が発生した場合の動
作について説明する。チップ温度の上昇を伴う故障とし
ては、まず、負荷の短絡が考えられる。この場合には、
チップは急激に温度上昇し、図2の(a)に示すグラフ
の曲線G1のように上限温度T1を越えたあとすぐに温
度T2も越えてしまう。図2の(b)にその制御動作を
示すように、異常処理制御として、負荷短絡診断を行っ
た後は、制御内容を基本的な制御に限定した限定制御を
行う時間はほとんど無いが、駆動回路がOFF固定され
たフェールセイフ状態で、システムが固定される。ま
た、他の、ベアチップ実装での放熱構造故障や、正常状
態では予想できない周囲温度の上昇や、駆動FETのゲ
ート電圧不足などの回路的な故障等の場合には、図2の
(a)に示すグラフの曲線G2のようにチップの温度上
昇が穏やかであり、その制御動作においては、図2の
(c)に示されるように、限定制御を行う時間は十分確
保される。この場合には、チップ温度が駆動回路の動作
可能な上限温度以下の状態ならば、ソレノイドバルブは
故障していないため、アンチロックブレーキシステムを
作動させることが可能である。
【0015】本実施例は以上の様に構成され、小型で、
温度上昇時には負荷短絡診断を実行するとともに、駆動
回路の動作可能な上限温度以下の場合には、駆動回路の
制御が停止せず、アンチロックブレーキシステムを作動
させることができる、信頼性が向上した半導体集積回路
が得られた。
【0016】次に発振回路の構成を変えた第2の実施例
について説明する。図3および図4は、自動車のエンジ
ンコントロールシステムの制御回路に適用した本実施例
の構成を示す図である。図3は全体構成図であり、図4
は発振回路の詳細図である。エンジンコントロールシス
テムは、アクセルの開度を検出するスロットルセンサや
エンジンの吸気量を検出するエアフロメータ、クランク
の位置検出をするクランク角センサなどが出力する信号
によるエンジン回転の基本的な制御に加えて、排気内の
酸素濃度を検出するO2センサやノッキング時の異音を
検出するノックセンサ、冷却水温を検出する水温センサ
などが出力する信号により、燃費、出力向上を目的とし
て燃費噴射量や点火時期の補正や、学習制御などを行っ
ている。またオートマチックトランスミッションの制御
ユニットより変速に関する信号を受信し、乗り心地向上
のための変速ショック低減制御を行っている。
【0017】システムオンシリコンチップ200上には
CPU21、CPU21を駆動するクロック信号を供給
する発振回路2、燃料噴射弁23を駆動する駆動回路2
4、点火回路25を駆動する駆動回路26、燃料ポンプ
回路27を駆動する駆動回路28、入力回路29、過温
度検知回路30、ラッチ回路31およびラッチ回路32
が搭載されている。発振回路2は前実施例と同じく内部
分周器の分周数を切り替えることにより、通常のクロッ
ク周波数F1とF1より小さいクロック周波数F2を選
択して出力することができる。
【0018】チップ外部に設けられたスロットルセンサ
35、エアフロメータ36、クランク角センサ37、O
2センサ38やノックセンサ39、水温センサ40およ
びオートマチックトランスミッション制御ユニット41
は入力回路29を介してそれぞれCPU21に接続され
る。過温度検知回路30はCPU21に接続され、チッ
プ温度を検知し、CPUがクロック周波数F1で動作可
能な上限温度T1まで、チップ温度が上昇すると警告信
号S3をラインL1へ出力し、駆動回路が動作可能な上
限温度T2まで、チップ温度が上昇すると警告信号S4
をラインL2へ出力する。警告信号S3は、発振回路2
とCPU21の外部読み込み端子とレジスタ42へ、警
告信号S4はCPU21へ送られる。また、チップ外部
に設けられ警告灯43およびラジエータファン44はラ
ッチ回路31および32を介してCPUに接続される。
チップ外部のEEPROM45もCPU21へ接続され
る。図4は過温度検知回路30の詳細図であり、チップ
上に形成されるPN接合における電圧降下の温度特性
を、バンドギャップ基準電圧源46を基準とした電圧比
較器で取り出して、それぞれの警告信号を出力してい
る。温度T1で警告信号S3がラインL1から、温度T
2で警告信号S4がラインL2から出力される。なお、
CPU21は発明の制御手段を構成する。
【0019】何等かの異常が発生し、チップ温度が上昇
した時の、動作について説明する。まず、チップ温度が
温度T1に達すると過温度検知回路30が警告信号S3
を発生する。ラインL1を通って警告信号S3は発振回
路2およびCPU21に送られる。発振回路2は、警告
信号S3を受けると、分周器9の分周周波数を切り替え
て、通常のクロック周波数F1からクロック周波数F2
に低下させる。クロック周波数F2はチップの温度が温
度T1を越えて、駆動回路が動作可能な上限温度T2ま
で上昇しても、CPU21が動作可能なクロック周波数
に設定されている。
【0020】また、外部割り込み端子に送られた警告信
号S3を受信すると、、CPU21は、あらかじめ設定
された異常処理制御プログラムに従いプロテクトコマン
ドをEEPPOM45に送り、学習制御パラメータを記
憶する記憶素子であるEEPROM45を消去から保護
する。さらに、CPU21では、レジスタ42に送られ
た警告信号S3により、制御内容選択フラグがセットさ
れ、通常の制御内容の中の、補正や学習制御、乗り心地
向上を目的とした制御が停止され、エンジン回転を制御
する基本的な制御のみに限定された限定制御が実行され
る。
【0021】警告信号S3により、限定された制御のみ
が実行されている間にチップ温度が温度T1を下回った
場合には、通常の制御状態に復帰するが、チップ温度の
上昇が続く場合には駆動回路の動作可能な上限温度であ
る温度T2に達した時点で、過温度検知回路30が警告
信号S4を発生する。警告信号S4はラインL2を通っ
てCPU21に送られる。CPU21では、警告信号S
4が一定時間継続した場合は、チップ温度が確実に温度
T2を越えていると判断し、燃料噴射弁23、点火回路
25、燃料ポンプ回路27の駆動回路24、26および
28をOFF固定し、警告灯43およびラジエータファ
ン44をONにする。警告灯43およびラジエータファ
ン44の制御出力は回路的に保護され、イグニッション
がOFFされるまでは、解除されることはない。また、
過温度検知回路として、異なる温度を一つの回路で検知
する回路を使用するため、チップ上に占める過温度検知
回路の面積を低減できる。
【0022】本実施例は以上のように構成され、小型
で、温度上昇時には学習制御用の記憶素子を消去から保
護するとともに、駆動回路の動作可能な上限温度以下の
場合には、駆動回路の制御が停止せず、エンジンコント
ロールシステムを作動させることができる、信頼性が向
上した半導体集積回路が得られた。また、複数の温度を
検知するにもかかわらず、チップの面積が増大すること
はない。
【0023】
【発明の効果】以上のとおり、本発明は、負荷を駆動す
る駆動手段と、駆動手段を制御するクロック信号を用い
た制御手段が同一チップ上に構成された半導体集積回路
において、チップ上に、異なる温度を検知し警告信号を
出力する複数の過温度検知手段が設けられ、チップの温
度が上昇し、制御手段が平常周波数のクロック信号で動
作可能な上限温度まで達した場合、第1の過温度検知手
段が警告信号を出力する。この警告信号により、制御手
段のクロック周波数が低下し、制御手段は動作を継続可
能になり、異常箇所の診断やシステムの保護動作などの
異常処理を実行できる。また、自己診断や冗長系の演算
を停止し、制御手段が制御する内容を、駆動手段の制御
のために必要な基本的な制御に限定することにより、チ
ップの温度が駆動手段が動作可能な上限温度以下の場合
には、駆動回路の制御を続行することができる。これに
より、小型で、温度上昇時に適切な異常処理を実行する
とともに、駆動回路の動作可能な上限温度以下の場合に
は、駆動回路の制御が停止しない、信頼性が向上した半
導体集積回路が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す図である。
【図2】第1の実施例のチップ温度と制御動作の関係を
示す図である。
【図3】本発明の第2の実施例を示す図である。
【図4】過温度検知回路の詳細図である。
【図5】従来例を示す図である。
【図6】他の従来例を示す図である。
【符号の説明】
1、21、55、62 CPU(制御手段) 2 発振回路(発振手段) 3 ソレノイドバルブ 4、24、26、28、52、61 駆動回路(駆
動手段) 5、29 入力回路 6、7、30、54、63 過温度検知回路(過温
度検知手段) 8 発振器 9 分周器 10 車輪速センサ 11 ブレーキランプスイッチ 12、42 レジスタ 13、15、31、32 ラッチ回路 14、43 警告灯 16 電源リレー 23 燃料噴射弁 25 点火回路 27 燃料ポンプ回路 35 スロットルセンサ 36 エアフロメータ 37 クランク角センサ 38 O2センサ 39 ノックセンサ 40 水温センサ 41 オートマチックトランスミッション制御ユニ
ット 44 ラジエータファン 45 EEPROM 46 バンドギャップ基準電圧源 51 負荷 53 論理制御回路 64 入出力回路 100、200、300、400 チップ L1、L2 ライン

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 負荷を駆動する駆動手段と、該駆動手段
    を制御するクロック信号を用いた制御手段が同一チップ
    上に構成された半導体集積回路において、前記チップ上
    に、異なる温度を検知し警告信号を出力する複数の過温
    度検知手段が設けられるとともに、各過温度検知手段か
    ら出力された警告信号は前記制御手段に入力され、前記
    制御手段は各警告信号の受信に対応して制御内容を変更
    するように構成されたことを特徴とする半導体集積回
    路。
  2. 【請求項2】 前記過温度検知手段は前記制御手段が平
    常周波数のクロック信号で動作可能な上限温度を検知す
    る第1の過温度検知手段を有し、前記第1の過温度検知
    手段から出力された警告信号により、前記制御手段のク
    ロック信号の周波数が低下するように構成されたことを
    特徴とする請求項1記載の半導体集積回路。
  3. 【請求項3】 前記過温度検知手段は前記駆動手段が動
    作可能な上限温度を検知する第2の過温度検知手段を有
    し、前記第2の過温度検知手段から出力された警告信号
    により、駆動回路の制御が停止されるとともに、前記第
    1の過温度検知手段から出力された警告信号により、前
    記制御手段のクロック信号の周波数が前記第2の過温度
    検知手段の検知温度までチップ温度が上昇しても前記制
    御手段が動作可能な周波数まで低下するように構成され
    たことを特徴とする請求項2記載の半導体集積回路。
  4. 【請求項4】 前記制御手段は、前記第1の過温度検知
    手段から出力された警告信号を受信すると、あらかじめ
    設定された異常処理制御を実行するように構成されたこ
    とを特徴とする請求項2または3記載の半導体集積回
    路。
  5. 【請求項5】 前記制御手段は、前記第1の過温度検知
    手段から出力された警告信号を受信すると、制御内容を
    前記駆動手段を駆動するために必要な基本的な制御に限
    定して実行するように構成されたことを特徴とする請求
    項2、3または4記載の半導体集積回路。
JP9012028A 1997-01-07 1997-01-07 半導体集積回路 Withdrawn JPH10200054A (ja)

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JP9012028A JPH10200054A (ja) 1997-01-07 1997-01-07 半導体集積回路

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