[發(fā)明專利]適用于集成電路芯片的多點(diǎn)溫度感測(cè)方法及其系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310642238.X
• 申請(qǐng)日: 2013-12-02
• 公開（公告）號(hào): CN104165702A
• 公開（公告）日: 2014-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張順志;黃冠穎;李昆忠;蘇文鈺;陳中和;邱瀝毅;郭致宏;蔡建泓;林家民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 張順志
• 主分類號(hào): G01K7/32
• 分類號(hào): G01K7/32
• 代理公司: 北京三友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11127
• 代理人: 湯在彥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種適用于集成電路芯片的多點(diǎn)溫度感測(cè)方法及其系統(tǒng)，尤其是指一種于集成電路芯片利用一具有大面積且準(zhǔn)確的主要溫度感測(cè)器來校正其它較不準(zhǔn)確但面積較小的從屬溫度感測(cè)器，借以大幅降低集成電路芯片溫度感測(cè)器所需要的面積，并進(jìn)一步提高集成電路芯片中溫度控制系統(tǒng)的穩(wěn)定度。

背景技術(shù)

隨著集成電路技術(shù)日新月異的發(fā)展，單一芯片設(shè)計(jì)上所能容納的晶體管數(shù)目，根據(jù)莫爾定律，每隔18個(gè)月可容納的晶體管的數(shù)量會(huì)增長一倍，使得集成電路的產(chǎn)業(yè)快速的進(jìn)入到深次微米(Deep?Sub-Micron，DSM)的超大型集成電路時(shí)代；此外，隨著工藝的越來越進(jìn)步，已讓整個(gè)半導(dǎo)體的元件尺寸由深次微米邁進(jìn)納米，單一芯片設(shè)計(jì)能容納的邏輯門數(shù)目不斷的增加，意味著在單一芯片可以實(shí)現(xiàn)的功能越來越多；因此，超大型集成電路的技術(shù)趨勢(shì)朝向芯片尺寸越來越大、晶體管數(shù)越來越多、時(shí)脈速度越來越快、電源電壓越來越低、布線層數(shù)越來越多、I/O腳位越來越多；而這些技術(shù)的演進(jìn)使過去復(fù)雜的多芯片系統(tǒng)(multi-chip?system)將包括的微處理器、存儲(chǔ)器、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)及各種介面等復(fù)雜系統(tǒng)整合于一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)芯片(System-on-a-Chip，SoC)；然而，復(fù)雜的功能加上芯片密度增加導(dǎo)致系統(tǒng)芯片因功率消耗而使芯片溫度成為亟需解決的問題，而為了使系統(tǒng)芯片能正確無誤的工作，以及避免溫度對(duì)系統(tǒng)芯片造成運(yùn)算時(shí)的失誤，甚至實(shí)體上的損害，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)芯片溫度的方法與架構(gòu)愈顯重要。

目前，一般嵌入式的系統(tǒng)芯片溫度感測(cè)器皆為單點(diǎn)檢測(cè)，請(qǐng)參閱中國臺(tái)灣公告第I368839號(hào)“用以控制芯片溫度的系統(tǒng)及方法”的發(fā)明專利，該系統(tǒng)利用簡單的振蕩環(huán)來感測(cè)芯片的工作溫度，并有效地實(shí)現(xiàn)芯片溫度感測(cè)及其動(dòng)態(tài)調(diào)控；其中，用以控制芯片溫度的系統(tǒng)包含至少一溫度感測(cè)單元和動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整控制器；而溫度感測(cè)單元內(nèi)建于芯片中，其中溫度感測(cè)單元包含振蕩環(huán)、計(jì)數(shù)器及解碼器；振蕩環(huán)則具有振蕩頻率，其中振蕩頻率反比于芯片的溫度，計(jì)數(shù)器電連接于振蕩環(huán)，用以記錄振蕩頻率，并根據(jù)振蕩頻率來產(chǎn)生計(jì)算值，解碼器電連接于計(jì)數(shù)器，用以根據(jù)計(jì)算值來決定供給于芯片的電壓；動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整控制器電連接于溫度感測(cè)單元，用以根據(jù)解碼器的決定來動(dòng)態(tài)調(diào)整供給于芯片的電壓；借此，該系統(tǒng)可簡易地整合于芯片設(shè)計(jì)中，以有效地實(shí)現(xiàn)芯片溫度感測(cè)及其動(dòng)態(tài)調(diào)控，且可即時(shí)地監(jiān)測(cè)芯片的溫度，并立即據(jù)此進(jìn)行電壓(及時(shí)脈頻率)的調(diào)整，而可大幅地提升芯片的可靠度和良率，并確保芯片具有最佳的工作效能；然而，由于一般系統(tǒng)芯片會(huì)包含許多不同功能電路，因各電路功能不同對(duì)應(yīng)出不同的功率與溫度，為了有效的監(jiān)控各區(qū)塊電路的溫度，并加以防止溫度造成的電路誤動(dòng)作，需在電路中加入多點(diǎn)溫度感測(cè)的機(jī)制。

傳統(tǒng)上一個(gè)精確的溫度感測(cè)器其作動(dòng)原理是需要有電路產(chǎn)生一個(gè)隨著溫度改變且高線性度的信號(hào)，再將這個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量給后端的數(shù)字電路處理，而為了要產(chǎn)生一個(gè)隨著溫度有高線性度的信號(hào)通常需要一個(gè)復(fù)雜且大面積的電路才能產(chǎn)生，這對(duì)于需要使用多個(gè)溫度感測(cè)器的系統(tǒng)而言是一個(gè)非常大的負(fù)擔(dān)；請(qǐng)參閱圖11所示，其為傳統(tǒng)適用于集成電路芯片的多點(diǎn)溫度感測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)圖，一般集成電路芯片4具有多個(gè)能執(zhí)行特定功能的模塊(block)41，而在模塊41中有許多熱點(diǎn)需要使用溫度感測(cè)器5來監(jiān)控所在的溫度，但一個(gè)精準(zhǔn)的溫度感測(cè)器5需要很大的面積，其原因?yàn)榫珳?zhǔn)的溫度感測(cè)器5多廣泛應(yīng)用如現(xiàn)有的正比于絕對(duì)溫度(proportional?to?absolute?temperature，PTAT)電路以產(chǎn)生具有正溫度系數(shù)的電流，并將此電流導(dǎo)入至串聯(lián)電阻中，并從串聯(lián)電阻的多個(gè)端點(diǎn)中獲得正溫度系數(shù)的溫度電壓；接著，溫度感測(cè)器5利用多工器及比較器來分別抓取對(duì)應(yīng)的溫度電壓，并比較溫度電壓與參考電壓的電位大小，借以檢測(cè)出環(huán)境溫度；然而，若要想要準(zhǔn)確地獲得電流流經(jīng)串聯(lián)電阻所產(chǎn)生的溫度電壓，這些串聯(lián)電阻必須占用較大的芯片面積才可具有較為精準(zhǔn)的電阻值，而受到半導(dǎo)體工藝的偏移影響時(shí)，這些串聯(lián)電阻受影響的程度也會(huì)隨之提高；此外，在設(shè)計(jì)串聯(lián)電阻時(shí)，與接地電位電性相連的抬升電阻可能需要比其他串聯(lián)電阻更大的電阻值，方能大幅抬升溫度電壓的電位，溫度電壓與參考電壓才能因此進(jìn)行比較，因而變相提高了溫度感測(cè)器5的電路面積；一般而言，在模塊41中擺設(shè)一顆溫度感測(cè)器5可能就會(huì)占據(jù)將近1/3的面積，造成無法在一模塊41中擺放太多的溫度感測(cè)器5，導(dǎo)致集成電路芯片整體的溫控系統(tǒng)穩(wěn)定度和可靠度降低，而增加芯片因高溫發(fā)生損毀的機(jī)率；因此，需要其他可克服上述現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)的多點(diǎn)溫度感測(cè)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容