半导体装置和温度传感器系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及半导体装置和温度传感器系统。为抑制电压比较器的数量随着芯片温度检测范围的扩大而增大，半导体装置中的温度传感器包括根据芯片温度来输出电压的温度检测电路、生成多个参考电压的参考电压生成电路以及将由参考电压生成电路获得的每个参考电压与温度检测电路的输出电压进行比较并由此生成配置有多个位的芯片温度检测信号的多个电压比较器。此外，温度传感器包括基于芯片温度检测信号控制由参考电压生成电路生成的参考电压并由此改变芯片温度检测信号与芯片温度之间的对应关系以使芯片温度检测范围移位的控制电路。可以在不增加电压比较器的数量的情况下通过改变芯片温度检测信号与芯片温度之间的对应关系扩大芯片温度检测范围。

【技术实现步骤摘要】
半导体装置和温度传感器系统相关申请的交叉引用在此通过引用全文并入2011年9月20日提交的日本专利申请No.2011-204243的公开内容，包括说明书、附图和摘要。
本专利技术涉及半导体装置和温度传感器系统，并且更特别地，涉及用于抑制电压比较器的数量随温度传感器的芯片温度检测范围的扩大而增加的技术。
技术介绍
日本未经审查的专利申请公开No.2009-289795（专利文献1）描述了用于将大工作电流的功能模块与用于检测芯片温度的温度检测电路合并的并且能够进行外部的温度控制或者受系统板噪声影响较少的温度监控的半导体集成电路。日本未经审查的专利申请公开No.2004-6473（专利文献2）描述了具有在半导体基板上的功能电路、用于检测功能电路的温度的温度检测元件以及用于控制功能电路的温度的控制电路的半导体集成电路。当功能电路的温度低于功能的最小操作温度时，控制电路执行控制以便操作功能电路的部分或全部，以提高功能电路的温度并抑制功能电路的外部输出。日本未经审查的专利申请公开No.平8（1996）-55963（专利文献3）描述了其中温度传感器所检测出的温度数据被发送给时钟/外围控制电路的集成电路，并且时钟/外围控制电路将温度数据与保持于温度设置电路内的操作温度范围的上限和下限进行比较，并且如果温度位于该范围之外则降低时钟频率并停止缓存操作。日本未经审查的专利申请公开No.2009-152311（专利文献4）描述了其中电源电压确定电路根据由温度传感器测得的温度来估计具有最差的操作条件的性能的并且基于换算表确定半导体集成电路的新的电源电压的半导体集成电路系统。专利技术内容在作为半导体集成电路的实例的系统LSI中，当芯片温度上升至接近398K（125°C）的临界温度时，待机泄漏电流的增大以及LSI的芯片温度的升高会不断地重复，这会导致热失控（thermalrunaway）。因此，温度传感器被并入系统LSI的芯片之内以监控芯片温度，并且系统LSI的操作速率会在芯片温度升高时降低。例如，在专利文献1中，在电源电路3在芯片的温度过高时停止给中央处理单元11供应内部的操作电源电压之前，操作速率控制器14响应于芯片温度的升高而分阶段地降低中央处理单元11的操作速率（段落[0097]）。中央处理单元11的操作速率的下降通过由PLL电路15供应给中央处理单元11的操作时钟CL的频率的多级降低来实现。对于中央处理单元11的操作速率的多级控制，操作速率控制器14在多个电平上识别出由温度检测电路10生成的在温度检测信号VTSEN和参考信号VREF之间的关系（段落[0098]）。例如，多个参考电平VREF1、VREF2、VREF3、VREF4由单个参考信号VREF生成。操作速率控制器14在多个电平上识别出在多个参考电平VREF1、VREF2、VREF3、VREF4与温度检测信号VTSEN之间的关系。分压电阻器Rref1到Rref5被用来生成参考电平VREF1、VREF2、VREF3、VREF4，并且电压比较器CP1到CP4被用来识别在参考电平与温度检测信号之间的关系（段落[0099]）。本专利技术的专利技术人已经研究了专利文献1所描述的温度传感器在半导体集成电路内的低温检测中的应用，特别是在低温下具有大的温度依赖性的电路模块（简称为“模块”）的操作裕度的提高，使得难以确保特性裕度，以及通过根据温度依赖性动态地改变电路常数而进行的电路操作特性的校正。根据专利文献1所描述的温度传感器的配置，本专利技术的专利技术人发现了下列问题。在维持预定的检测精度的同时将温度检测范围扩大至低温区（例如，-60°C）会大量地增加电压比较器的数量，使得温度传感器的芯片占用面积不能被忽略。专利文献2到4没有考虑以下情况：在维持预定的检测精度的同时将芯片温度检测范围扩大至低温区会大量地增加电压比较器的数量，使得温度传感器的芯片占用面积不能被忽略。本专利技术的目的之一是提供一种用于在扩大芯片温度检测范围时抑制电压比较器的数量增加的技术。本专利技术的以上及其他的目的和新特征根据本说明书的描述和附图将变得清楚。在本申请中公开的本专利技术的一个典型方面将简要地描述如下。一种半导体装置，包括用于检测芯片温度的温度传感器以及其操作能够基于温度传感器的输出来控制的模块。温度传感器包括用于根据芯片温度来输出电压的温度检测电路、用于生成多个参考电压的参考电压生成电路，以及用于将由参考电压生成电路获得的每个参考电压与温度检测电路的输出电压进行比较并由此生成配置有多个位的芯片温度检测信号的多个电压比较器。此外，温度传感器还包括控制电路，该控制电路用于基于芯片温度检测信号控制由参考电压生成电路生成的参考电压，并由此改变芯片温度检测信号和芯片温度之间的对应关系（correspondence）以使芯片温度检测范围移位。控制电路控制参考电压，使得芯片温度检测范围的一些部分在芯片温度检测范围的移位（shift）附近彼此重叠。在本申请中公开的由本专利技术的一个典型方面获得的效果将简要地描述如下。可以抑制电压比较器的数量随芯片温度检测范围的扩大而增加。附图说明图1是示出包含于作为根据本专利技术的半导体装置的实例的LSI内的温度传感器的配置实例的框图。图2是作为根据本专利技术的半导体装置的实例的LSI的框图。图3是示出在图1所示的温度传感器中的参考电压生成电路的配置实例的电路图。图4是示出在图1所示的温度传感器中的参考电压生成电路的另一个配置实例的电路图。图5是示出在图1所示的温度传感器中的逻辑单元的配置实例的框图。图6是示出图1所示的LSI的主要部件的操作的流程图。图7是用于说明在保持于图1所示的温度传感器的第一寄存器内的信息与保持于该温度传感器的第二寄存器内的信息之间的对应关系的示意图。图8是用于说明在图1所示的温度传感器中的参考电压调整寄存器的功能的示意图。图9是在图1所示的温度传感器的温度升高期间的操作时序图。图10是在图1所示的温度传感器的温度降低期间的操作时序图。图11是示出作为根据本专利技术的半导体装置的实例的LSI的另一种布局的框图。具体实施方式1．实施例的概述首先，将对在本申请中公开的本专利技术的示例性实施例进行概述。在示例性实施例的概要描述中以供应到其上的括号引用的在附图中的参考编号只是在以参考编号标记的构件的概念中所包含的一个构件的例示。[1]根据本专利技术的一种示例性实施例的半导体装置（半导体芯片）（200）包括用于检测芯片温度（半导体装置温度）的温度传感器（4）以及其操作能够基于温度传感器的输出来控制的模块（2，6-17）。温度传感器包括用于根据芯片温度来输出电压的温度检测电路（46）、用于生成多个参考电压的参考电压生成电路（50）以及用于将由参考电压生成电路获得的每个参考电压与温度检测电路的输出电压进行比较并由此生成配置有多个位的芯片温度检测信号的多个电压比较器（53到56）。此外，温度传感器包括用于基于芯片温度检测信号控制由参考电压生成电路而生成的参考电压并由此改变芯片温度检测信号与芯片温度之间的对应关系以使芯片温度检测范围移位的控制电路（45）。控制电路控制参考电压使得芯片温度检测范围的一些部分在芯片温度检测范围的移位附近彼此重叠。以上述配置，在半导体装置内的温度传感器中的控制电路控制由参考电压生成电路基于芯片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，包括：用于检测芯片温度的温度传感器；以及其操作能够基于所述温度传感器的输出来控制的模块，其中所述温度传感器包括：用于根据所述芯片温度来输出电压的温度检测电路；用于生成多个参考电压的参考电压生成电路；用于将由所述参考电压生成电路获得的每个参考电压与所述温度检测电路的输出电压进行比较并由此生成配置有多个位的芯片温度检测信号的多个电压比较器；以及用于基于所述芯片温度检测信号控制由所述参考电压生成电路生成的所述参考电压并由此改变所述芯片温度检测信号与所述芯片温度之间的对应关系以使芯片温度检测范围移位的控制电路，并且其中所述控制电路控制所述参考电压使得芯片温度检测范围的一些部分在所述芯片温度检测范围的移位附近彼此重叠。

【技术特征摘要】
2011.09.20 JP 2011-2042431.一种半导体装置，包括：用于检测芯片温度的温度传感器；以及其操作能够基于所述温度传感器的输出来控制的模块，其中所述温度传感器包括：用于根据所述芯片温度来输出电压的温度检测电路；用于生成多个参考电压的参考电压生成电路；用于将由所述参考电压生成电路获得的每个参考电压与所述温度检测电路的输出电压进行比较并由此生成配置有多个位的芯片温度检测信号的多个电压比较器，用于基于具有多个位的所述芯片温度检测信号改变由所述参考电压生成电路生成的所述参考电压并由此改变所述芯片温度检测信号的位与所述芯片温度之间的对应关系以使芯片温度检测范围移位的控制电路，以及保持具有多个位的所述芯片温度检测信号的第二寄存器，并且其中所述控制电路改变所述参考电压使得芯片温度检测范围的一些部分在所述芯片温度检测范围的移位附近彼此重叠，其中所述控制电路根据写入所述第二寄存器的所述芯片温度检测信号的位之间的对应关系来检测所述芯片温度。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述控制电路包括：用于保持用于控制所述参考电压的参考电压控制信号的第一寄存器。3.根据权利要求2所述的半导体装置，其中所述控制电路包括用于将所述参考电压控制信号和所述芯片温度检测信号输出到所述温度传感器的外部的第三寄存器。4.根据权利要求3所述的半导体装置，其中所述参考电压生成电路包括：用于对输入电压进行分压的多个电阻器；以及用于从所述电阻器当中选择与所述输入电压的分压有关的电阻器的开关。5.根据权利要求4所述的半导体装置，其中所述控制电路包括使开关控制信号递增或递减的开关控制电路，所述开关控制信号用于基于保持于所述第二寄存器内的所述芯片温度检测信号来控制所述开关的操作。6.根据权利要求5所述的半导体装置，其中所述开关控制电路具有仅在预定的掩蔽时段内用于固定由所述第二寄存器发送出的信号的逻辑值的掩蔽功能，并且在所述掩蔽时段内使所述开关控制信号递增或递减。7.根据权利要求6所述的半导体装置，其中所述模块包括用于通过所述第三寄存器来接收所述参考电压控制信号和所述芯片温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：亀山祯史，成濑峰信，伊藤崇泰，
申请(专利权)人：瑞萨电子株式会社，
类型：发明
国别省市：