小区域高性能的以单元为基础的热二极管制造技术

一种热感测系统包括具有布局的电路，该布局包括成行和成列地布置的标准单元。第一和第二电流源分别提供了第一和第二电流。热感测系统包括热感测单元，第一和第二开关模块，以及模拟数字转换器(ADC)。每个热感测单元均被配置成提供取决于该热感测电流源处的温度的电压降。第一开关模块被配置成选择热感测单元之一。第二开关模块包括至少一个可由控制信号控制的开关。至少一个开关被配置成基于控制信号通过第一开关模块将热感测单元选择性地与第一和第二电流源之一相连接。ADC被配置成将由所选择的热感测单元提供的模拟电压转换成数字值。本发明专利技术还提供了一种小区域高性能的以单元为基础的热二极管。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体领域，更具体地，本专利技术涉及一种小区域高性能的以单元为基础的热二极管。
技术介绍
在各种电路应用中，散热越来越受到重视。随着现代芯片上系统(SoC)应用的高门数量和高工作效率，尤其是对2.或3D集成电路(IC)应用而言，热问题明显逐步升级。芯片上的一些区域可能相对较热，而其他区域可能相对较凉，并且为了高效的电路性能需要对“热点”进行监测。传统的热感测系统使用了以下器件，诸如，展示出温度依存性的晶体管。由于与将晶体管布线到数字电路的相邻的(局部的)数字地相关的电阻，在使用单个晶体管来感测给定位置上的温度的系统中产生了问题。与这种布线电阻相关的压降ΛV可能降低性能，并且由于多个位置中的每个位置的AV值可能发生变化，所以可能提供错误的温度读数。为了克服这个AV的问题，电路设计者不得不事先将晶体管布线至模拟地，该模拟地可能为了提供常用参考电压而远离晶体管，由此不利地增大了布线长度、管芯区域以及总体成本。一些以前的热感测手段被使用在不同的方法中，在这些方法中使用一对晶体管来监测给定的位置上的温度 。使用成对的晶体管调解了前述的AV的问题，但却产生了其他缺点。例如，使用不同的晶体管配置可能使晶体管的数量加倍，由此增大了部件成本和管芯区域，使用在典型的SoC热感测应用中的大量晶体管便可以有问题地导致上述情况。另外，由于可能降低性能的器件失配(例如，由于工艺变化)，使用两个器件代替一个来感测温度会产生问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的问题，根据本专利技术的一个方面，提供了一种装置，包括:总电流开关模块，包括:第一电流源，提供第一电流，第二电流源，提供不同于所述第一电流的第二电流，以及至少一个能够由控制信号控制的开关，所述开关被配置成将所述第一电流源和所述第二电流源之一与所述总电流开关模块的输出端相连接；以及一个或多个局部器件，每个局部器件均与所述电流开关模块的输出端直接地或通过开关相连接，每个局部器件均被设置在集成电路芯片的不同位置上并且被配置成在所述总电流开关模块的输出端处提供取决于相应的所述局部器件处的温度的电压。在所述装置中，所述至少一个开关包括单刀双掷(sroT)开关。在所述装置中，所述至少一个开关包括分别与所述第一电流源和所述第二电流源相连接的单掷开关对。在所述装置中，所述控制信号是周期性二进制信号。在所述装置中，所述控制信号的每个周期均包括用于将所述总电流开关模块的所述输出端分别与所述第一电流源和所述所述第二电流源相连接的第一阶段和第二阶段。在所述装置中，所述第一阶段和所述第二阶段的持续时间不同。在所述装置中，所述第一阶段长于所述第二阶段。在所述装置中，所述一个或多个器件中的每个均是双极结型晶体管。在所述装置中，所述一个或多个器件中的每个均与电路的标准单元的局部地线相连接。在所述装置中，电路布局中的所述一个或多个器件的宽度是电路的标准单元的宽度的整数倍。根据本专利技术 的另一方面，提供了一种热感测系统，包括:具有布局的电路，所述布局包括多个成行和成列地布置的标准单元；第一电流源，提供第一电流；第二电流源，提供不同于第一电流的第二电流；多个热感测单元，每个所述热感测单元均被配置成提供取决于所述热感测单元处的温度的电压降；第一开关模块，被配置成选择所述多个热感测单元之一；第二开关模块，包括至少一个能够由控制信号控制的开关，所述至少一个开关被配置成基于所述控制信号选择性地通过所述第一开关模块将多个所述热感测单元与所述第一电流源和所述第二电流源之一相连接；以及模拟数字转换器(ADC)，被配置成将由选择出的热感测单元提供的模拟电压转换成数字值。在所述热感测系统中，所述至少一个开关包括单刀双掷(sroT)开关。在所述热感测系统中，所述至少一个开关包括分别与所述第一电流源和所述第二电流源相连接的单掷开关对。在所述热感测系统中，所述控制信号是周期性二进制信号，并且所述控制信号的每个周期均包括用于将所述多个热感测单元的每个分别与所述第一电流源和所述第二电流源相连接的第一阶段和第二阶段。在所述热感测系统中，每个热感测单元均包括单个双极结型晶体管。在所述热感测系统中，每个热感测单元均具有接地线和电源线，所述接地线和所述电源线均与邻近的标准单元的对应接地线和电源线相对准并且相连接。在所述热感测系统中，所述布局中的每个热感测单元的宽度是每个标准单元的宽度的整数倍。根据本专利技术的又一方面，提供了一种方法，包括:在第一阶段中将第一电流从第一总电源提供给多个局部热感测单元，使得所述多个局部热感测单元中的每个均分别生成第一电压；在第二阶段中将第二电流从第二总电流源提供给所述多个局部热感测单元，使得所述多个局部热感测单元中的每个均分别生成第二电压，所述第二电流不同于所述第一电流；基于相应的所述第一电压和所述第二电压，在所述多个局部热感测单元的每个上确定所感测到的模拟电压；以及将感测到的模拟电压转换成数字电压。在所述方法中，确定感测到的模拟电压包括:在减法电路中计算所述第一电压和所述第二电压之间的差。在所述方法中，进一步包括:选择性地将所述多个热感测单元中的每个与所述减法电路相连接。附图说明从下面出于说明性目的并且不必按照比例设置的附图元件中将明显地看出:图1是根据一些实施例的热感测系统的电路图；图2是根据一些实施例的信号迹线图，该图示出了控制信号和被监测的电压信号;图3是根据一些实施例的状态存储机构的电路图；图4是根据一些实施例的具有多个热感测单元的芯片的平面图；图5A-图5B是根据一些实施例在电路布局的热二极管和相邻的标准单元之间的对齐的视图；图6是根据一 些实施例的工艺的流程图；图7是根据一些实施例的单刀双掷开关配置的示意图。具体实施例方式对于示例性实施例的描述旨在结合附图进行阅读，附图被认为是整个书面描述的一部分。除非另有说明，关于电接合、电连接等等，比如“连接的”和“互连的”的术语指的是相互直接固定或连接，或通过中间结构间接固定或连接的结构之间的关系，以及可移动的或刚性的两种连接或关系。同样地，除非另有说明，关于电接合等，诸如，“接合的”和“互连的”的术语指的是通过中间结构彼此直接通信或间接通信的结构之间的关系。图1是根据一些实施例的热感测系统100的电路图。部件101是用于芯片的局部感测单元的部分。多个局部部件101可以分布在芯片的各个位置上。部件102是用于芯片的总电路的部分。在总部件102中，第一电流源110提供了第一电流I，而第二电流源120提供了大于第一电流的第二电流。第二电流可以是第一电流的m倍，例如，电流m*I，在此，m可以是任意值。开关122a和122b (在此示为双刀单掷(DPST)配置)与相应的电流源110、120相连接。通过反相器180所提供的控制信号CTRL和其互补信号(complement) CTRLB控制开关122a和122b。开关122a和122b选择性地将电流源之一与节点155相连接。尽管出于直观清晰，图1中示出的开关122a，122b处在断开状态，但在任意给定的时间下开关之一是断开的而另一个则使接通的。因此，热感测单元130在给定的时间下与开关110、120中的一个相连接。尽管在图1的实例中示出了两个开关122a、122b，但也可以仅通过一个开关，例如，图7中所示的通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：总电流开关模块，包括：第一电流源，提供第一电流，第二电流源，提供不同于所述第一电流的第二电流，以及至少一个能够由控制信号控制的开关，所述开关被配置成将所述第一电流源和所述第二电流源之一与所述总电流开关模块的输出端相连接；以及一个或多个局部器件，每个局部器件均与所述电流开关模块的输出端直接地或通过开关相连接，每个局部器件均被设置在集成电路芯片的不同位置上并且被配置成在所述总电流开关模块的输出端处提供取决于相应的所述局部器件处的温度的电压。

【技术特征摘要】
2012.01.31 US 61/592,658;2012.03.23 US 13/428,5491.一种装置，包括: 总电流开关模块，包括: 第一电流源，提供第一电流， 第二电流源，提供不同于所述第一电流的第二电流， 以及 至少一个能够由控制信号控制的开关，所述开关被配置成将所述第一电流源和所述第二电流源之一与所述总电流开关模块的输出端相连接；以及 一个或多个局部器件，每个局部器件均与所述电流开关模块的输出端直接地或通过开关相连接，每个局部器件均被设置在集成电路芯片的不同位置上并且被配置成在所述总电流开关模块的输出端处提供取决于相应的所述局部器件处的温度的电压。2.根据权利要求ι所述的装置，其中，所述至少一个开关包括单刀双掷(sroT)开关。3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个开关包括分别与所述第一电流源和所述第二电流源相连接的单掷开关对。4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制信号是周期性二进制信号。5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述控制信号的每个周期均包括用于将所述总电流开关模块的所述输出端分别 与所述第一电流源和所述所述第二电流源相连接的第一阶段和第二阶段。6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述第一阶段和所述第二阶段的...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭永州，张清河，黄睿政，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：