基于所监测的芯片温度动态调整电源电压制造技术

本发明专利技术的各实施方式总体上涉及基于所监测的芯片温度动态调整电源电压。具体地，在一个实施例中，一种方法包括监测一个半导体芯片的一个温度以及基于所监测的温度为该半导体芯片调整一个电源电压。可以由位于芯片上或芯片外的一个温度传感器对该温度进行监测。调整该电源电压包括随着所监测的温度降低而增大该电源电压。只有当所监测的温度低于一个阈值温度时，才会发生该电源电压的增大。该电源电压调整由一种具有与温度的一个负斜率的线性关系所确定。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术的各实施方式总体上涉及基于所监测的芯片温度动态调整电源电压。具体地，在一个实施例中，一种方法包括监测一个半导体芯片的一个温度以及基于所监测的温度为该半导体芯片调整一个电源电压。可以由位于芯片上或芯片外的一个温度传感器对该温度进行监测。调整该电源电压包括随着所监测的温度降低而增大该电源电压。只有当所监测的温度低于一个阈值温度时，才会发生该电源电压的增大。该电源电压调整由一种具有与温度的一个负斜率的线性关系所确定。【专利说明】基于所监测的芯片温度动态调整电源电压

技术介绍
在半导体芯片设计工艺中，通常一直是设备最坏情况的延迟处于高温角落的情况。已经使用最近的先进处理技术(40nm及以下)对逆温现象进行了观察。这种现象是设备性能在低温时恶化的现象。 晶体管性能与电源电压高度相关，即，更高的电压意味着更高的性能。芯片功率耗散由两种成分(动态和泄露)组成。动态功率随着电源电压的平方而增大并且对温度不敏感。泄露功率也随电源电压而增大并且与温度呈指数。
技术实现思路
由于本披露的方式，基于在低温区域内为芯片增大电源电压解决了逆温的问题。相应地，示例实施例可以在低温提高晶体管性能。 在一个实施例中，一种方法包括监测一个半导体芯片的一个温度以及基于所监测的温度为该半导体芯片调整一个电源电压。可以由位于芯片上或芯片外的一个温度传感器对该温度进行监测。调整该电源电压包括随着所监测的温度降低而增大该电源电压。只有当所监测的温度低于一个阈值温度时，才可能发生该电源电压的增大。该电源电压调整由一种具有与温度的一个负斜率的线性关系所确定。 在另一实施例中，一种装置包括一个用于监测一个半导体芯片的一个温度的温度传感器以及一个被配置成用于基于所监测的温度为该半导体芯片调整一个电源电压的控制器。在某些实施例中，该温度传感器和该控制器位于该半导体芯片上。在其他实施例中，该温度传感器和该控制器位于该半导体芯片外。 该控制器可以被配置成用于向一个电压调节器模块(VRM)发送一个控制信号以使得该VRM调整该电源电压。该控制器可以通过随着所监测的温度降低而增大该电源电压来调整该电源电压。只有当所监测的温度低于一个阈值温度时，该控制器才会增大该电源电压。 在某些实施例中，该装置可以包括一个片上热敏二极管，该热敏二极管耦合至该温度传感器，该温度传感器对该芯片上的一个结温度进行监测。 该控制器可以被配置成用于将该电源电压调整为由一种具有一个负斜率的线性关系所确定。 【专利附图】【附图说明】 上述内容将从本专利技术的示例实施例的以下更具体的说明中明显，如在这些附图中所展示的，其中，贯穿这些不同的视图，相似的参考字符是指相同的部分。附图不一定按比例，而是着重于展示本专利技术的实施例。 图1是电源电压调整电路的第一示例实施例的框图。 图2是展示了示例电源电压调整电路的电源电压和温度之间的关系的折线图。 图3是电源电压调整电路的第二示例实施例的框图。 图4是电源电压调整电路的第三示例实施例的框图。 【具体实施方式】 以下是本专利技术的示例实施例的说明。 本专利技术的实施例涉及一种对控制块进行馈送的片上温度传感器。该控制块在代数方程的基础上可以指示外部电压调节器模块(VRM)增大或降低芯片电源电压。当芯片处于相对较低的温度时，VRM提供更高的电源电压，从而弥补低温对晶体管性能的影响，结果是可以更恒定地跨温度维持芯片性能。重要的是这是动态的这一事实。芯片电压不能一直增大，因为当芯片较热时，它将牵引最多的功率，并且增大的电源电压将导致超过芯片的功率规格。当芯片较冷时，可以增大电源电压，因为来自泄露的减小的功率可以与来自更高的电源电压的增大的功率交换。因此，由于在低温极大减少的泄露的缘故，芯片的总功率包络将不会增大。当较冷时，还可以允许超过所述的功率包络，因为对功率耗散的基本考虑是保持芯片冷却。当芯片冷却时，这不是问题。 应该注意的是，增大电源电压不一定增大系统时钟频率。在没有本方式的情况下，需要在最低温度对芯片进行测试以对时钟进行表征。由于本方式，最糟糕的外壳温度很可能在阈值温度。 图1是电源电压调整电路的第一示例实施例的框图。该调整电路包括热敏二极管104、温度传感器106、控制器108、和电压调节器模块(VRM) 110。热敏二极管104、温度传感器106、和控制器108嵌入在半导体芯片102上。VRM 110在芯片102外部。 热敏二极管104提供芯片上的结温度的指示并耦合在温度传感器106的输入112AU12B处。温度传感器106被配置成用于监测热敏二极管104所提供的结温度。温度传感器106的输出是有符号的8位信号114。这个8位信号114允许以I度的增量读取-128摄氏度至+127摄氏度之间的温度。每当例如约每微秒数量级发生一次温度采集时，温度传感器输出114改变。 将温度传感器输出114作为输入提供给控制器108。控制器108被配置成用于控制来自VRM 110的电源电压(Vdd)118输出。具体地，控制器108指示VRM 110基于所监测的提供给控制器108的温度信号114动态地增大或减小电源电压Vdd。控制器108通过连接116指示VRM 110当所监测的温度低于一个阈值温度时随着降低的温度而增大电源电压Vdd。以下为一种不例关系: Vdd =标称_Vdd+最小值(0，温度-阈值)*斜率(Eq.1)标称_Vdd、阈值和斜率可以是可编程的值，通过写控制/状态寄存器(CSR)或通过熔断一个或多个一次性可编程(OTP)保险丝对其进行控制。针对28nm过程的值可以是例如: 标称_Vdd = 900mV 阈值=50C 斜率=-lmV/C 本领域技术人员应当理解的是，虽然(Eq.1)包括一个线性函数，可以使用非线性函数使电源电压随着降低的温度而增大。 在一个实施例中，控制器108和VRM 110之间的连接116使用功率管理总线(PMBus)，一种开放标准功率管理协议。在其他实施例中，可以使用串行VID接口(SVID)规格或其他合适的协议提供该连接。VRM 110可以是例如英特锡尔(Intersil)零件号ISL6367或其他类似器件。 图2是展示了示例电源电压调整电路的电源电压和温度之间的关系的折线图，基于(Eq.1)并在给定上述的示例值的情况下控制该示例电源电压调整电路。如所示的，电源电压Vdd当在OC时增大50mV并且当在-40C时增大90mV。用于将电源电压保持在标称值900mV的平坦或恒定区域对于50C的阈值以上的温度发生。在该阈值以下，曲线以负斜率呈线性。 图3是电源电压调整电路的第二示例实施例的框图。该调整电路包括热敏二极管304、温度传感器306、控制器308、和电压调节器模块(VRM)310。将热敏二极管304嵌入在半导体芯片302上。温度传感器306、控制器308、和VRM 310在芯片302外部。热敏二极管304提供芯片上的结温度的指示并耦合在温度传感器306的输入312A、312B处。温度传感器306被配置成用于监测热敏二极管304所提供的结温度。从许多来源可获得外部温度传感器，包括德州仪器公司(Texas Instruments)、美信公司本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：监测一个半导体芯片的一个温度；基于所监测的温度为该半导体芯片调整一个电源电压。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·A·卡尔松，马南·沙维，柯蒂斯·米勒，
申请(专利权)人：凯为公司，
类型：发明
国别省市：美国;US