(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップ温度を検出する温度検出回路と、前記温度検出回路の動作電流よりも大きな動作電流を流す機能モジュールとを具備する半導体集積回路であって、
前記機能モジュールには、前記半導体集積回路の外部から動作電圧を供給する外部動作電圧供給端子と接地電圧を供給する外部接地電圧供給端子とが接続され、
前記温度検出回路は、所定の温度依存性を持つ温度検出信号と、前記所定の温度依存性よりも小さな温度依存性を持つ参照信号とを生成するものであり、
前記半導体集積回路の外部で差動増幅回路の回路形式を有する外部温度制御回路もしくは外部温度監視回路による制御もしくは監視を可能とするように前記参照信号と前記温度検出信号はそれぞれ第１外部出力端子と第２外部出力端子とを介して前記半導体集積回路の外部に導出され、
前記半導体集積回路の外部に導出される前記参照信号と前記温度検出信号とは、前記外部温度制御回路もしくは前記外部温度監視回路に供給可能とされるものである半導体集積回路。
【請求項２】
前記半導体集積回路のチップでは前記温度検出回路と前記機能モジュールとの間には他の機能デバイスと他の機能ブロックとが配置されることなく前記温度検出回路は前記機能モジュールの直近に配置されている請求項１に記載の半導体集積回路。
【請求項３】
前記温度検出回路から生成される前記参照信号と前記温度検出信号は、複数の差動増幅回路の回路形式を有する稼働率制御回路に供給されることが可能とされるものであり、
前記稼働率制御回路の前記複数の差動増幅回路は、前記温度検出回路から生成される前記参照信号と前記温度検出信号との関係をマルチレベルで弁別して、マルチレベル弁別結果を生成するものであり、
前記チップ温度の上昇に際して前記マルチレベル弁別結果を使用することにより前記稼働率制御回路は、前記機能モジュールの稼働率を段階的に低下するものである請求項２に記載の半導体集積回路。
【請求項４】
前記温度検出回路から生成される前記参照信号と前記温度検出信号は、第１の差動増幅回路の回路形式を有する過温度制御回路にも供給されることが可能とされるものであり、
前記チップ温度が所定の温度を超える過温度状態では、前記温度検出回路から生成される前記参照信号と前記温度検出信号とに応答して前記過温度制御回路の前記第１の差動増幅回路は前記機能モジュールに供給される電源電圧の供給を停止するものである請求項３に記載の半導体集積回路。
【請求項５】
前記半導体集積回路のテストモードで前記稼働率制御回路の前記複数の差動増幅回路に前記半導体集積回路の外部から外部テスト信号を供給することが可能とされており、
前記テストモードでは前記半導体集積回路の外部から前記外部テスト信号を供給することによって、前記半導体集積回路の前記チップ温度が低温の状態で前記マルチレベル弁別結果を生成する前記複数の差動増幅回路のテストが可能とされている請求項４に記載の半導体集積回路。
【請求項６】
前記テストモードで前記複数の差動増幅回路の前記テストの結果を外部試験装置に導出するための複数のテストモニター端子と前記外部テスト信号を供給するための外部信号供給端子とは、前記半導体集積回路の通常動作モードでの複数の信号端子と兼用端子とされている請求項５に記載の半導体集積回路。
【請求項７】
前記機能モジュールは、中央処理ユニットを含むものである請求項６に記載の半導体集積回路。
【請求項８】
前記稼働率制御回路は前記機能モジュールの前記中央処理ユニットに供給される動作クロックの周波数を変化させることによって前記中央処理ユニットの前記稼働率を制御するものである請求項７に記載の半導体集積回路。
【請求項９】
チップ温度を検出する温度検出回路と、前記温度検出回路の動作電流よりも大きな動作電流を流す機能モジュールとを具備する半導体集積回路であって、
前記機能モジュールには、前記半導体集積回路の外部から動作電圧を供給する外部動作電圧供給端子と接地電圧を供給する外部接地電圧供給端子とが接続されており、
前記温度検出回路は、所定の温度依存性を持つ温度検出信号と、前記所定の温度依存性よりも小さな温度依存性を持つ参照信号とを生成するものであり、
前記温度検出回路から生成される前記参照信号と前記温度検出信号は第１の差動増幅回路の回路形式を有する過温度制御回路に供給されることが可能とされる一方、複数の差動増幅回路の回路形式を有する稼働率制御回路にも供給されることが可能とされるものであり、
前記稼働率制御回路の前記複数の差動増幅回路は、前記温度検出回路から生成される前記参照信号と前記温度検出信号との関係をマルチレベルで弁別して、マルチレベル弁別結果を生成するものであり、
前記チップ温度の上昇に際して前記マルチレベル弁別結果を使用することにより前記稼働率制御回路は、前記機能モジュールの稼働率を段階的に低下するものであり、
前記チップ温度が所定の温度を超える過温度状態では、前記温度検出回路から生成される前記参照信号と前記温度検出信号とに応答して前記過温度制御回路の前記第１の差動増幅回路は前記機能モジュールに供給される電源電圧の供給を停止するものである半導体集積回路。
【請求項１０】
前記半導体集積回路のチップでは前記温度検出回路と前記機能モジュールとの間には他の機能デバイスと他の機能ブロックとが配置されることなく前記温度検出回路は前記機能モジュールの直近に配置されている請求項９に記載の半導体集積回路。
【請求項１１】
前記半導体集積回路のテストモードで前記稼働率制御回路の前記複数の差動増幅回路に前記半導体集積回路の外部から外部テスト信号を供給することが可能とされており、
前記テストモードでは前記半導体集積回路の外部から前記外部テスト信号を供給することによって、前記半導体集積回路の前記チップ温度が低温の状態で前記マルチレベル弁別結果を生成する前記複数の差動増幅回路のテストが可能とされている請求項１０に記載の半導体集積回路。
【請求項１２】
前記テストモードで前記複数の差動増幅回路の前記テストの結果を外部試験装置に導出するための複数のテストモニター端子と前記外部テスト信号を供給するための外部信号供給端子とは、前記半導体集積回路の通常動作モードでの複数の信号端子と兼用端子とされている請求項１１に記載の半導体集積回路。
【請求項１３】
前記機能モジュールは、中央処理ユニットを含むものである請求項１２に記載の半導体集積回路。
【請求項１４】
前記稼働率制御回路は前記機能モジュールの前記中央処理ユニットに供給される動作クロックの周波数を変化させることによって前記中央処理ユニットの前記稼働率を制御するものである請求項１３に記載の半導体集積回路。
【請求項１５】
チップ温度を検出する温度検出回路と、前記温度検出回路の動作電流よりも大きな動作電流を流す機能モジュールとを具備する半導体集積回路の動作方法であって、
前記機能モジュールには、前記半導体集積回路の外部から動作電圧を供給する外部動作電圧供給端子と接地電圧を供給する外部接地電圧供給端子とが接続されており、
前記温度検出回路は、所定の温度依存性を持つ温度検出信号と、前記所定の温度依存性よりも小さな温度依存性を持つ参照信号とを生成するものであり、
前記温度検出回路から生成される前記参照信号と前記温度検出信号は第１の差動増幅回路の回路形式を有する過温度制御回路に供給されることが可能とされる一方、複数の差動増幅回路の回路形式を有する稼働率制御回路にも供給されることが可能とされるものであり、
前記稼働率制御回路の前記複数の差動増幅回路は、前記温度検出回路から生成される前記参照信号と前記温度検出信号との関係をマルチレベルで弁別して、マルチレベル弁別結果を生成するものであり、
前記半導体集積回路は、システムボードに搭載されており、
前記システムの前記マザーボードの上での前記半導体集積回路の動作の間の前記チップ温度の上昇に際して前記マルチレベル弁別結果を使用することにより前記稼働率制御回路は、前記機能モジュールの稼働率を段階的に低下するものであり、
前記半導体集積回路の前記動作の間の前記チップ温度が所定の温度を超える過温度状態では、前記温度検出回路から生成される前記参照信号と前記温度検出信号とに応答して、前記過温度制御回路の前記第１の差動増幅回路は前記機能モジュールに供給される電源電圧の供給を停止するものである半導体集積回路の動作方法。
【請求項１６】
前記半導体集積回路のチップでは前記温度検出回路と前記機能モジュールとの間には他の機能デバイスと他の機能ブロックとが配置されることなく前記温度検出回路は前記機能モジュールの直近に配置されている請求項１５に記載の半導体集積回路の動作方法。
【請求項１７】
前記機能モジュールは、中央処理ユニットを含むものである請求項１６に記載の半導体集積回路の動作方法。
【請求項１８】
前記稼働率制御回路は前記機能モジュールの前記中央処理ユニットに供給される動作クロックの周波数を変化させることによって前記中央処理ユニットの前記稼働率を制御するものである請求項１７に記載の半導体集積回路の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路およびその動作方法に関するもので、特に大動作電流の機能モジュールとチップ温度を検出する温度検出回路を内蔵する一方、システムボードの雑音による影響が大きな半導体集積回路外部での温度制御もしくは温度監視を可能するのに有益な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記非特許文献１には、リモートセンサの温度と自己のパッケージの温度の両者を報告する精密ディジタルサーモメーターである製品名ＭＡＸ１６１７の半導体集積回路の概要が記載されている。この半導体集積回路の２つの外部入力端子には、リモートセンサとしてのダイオード接続トランジスタと２２００ｐＦのノイズフィルタリング容量とが並列に接続可能である。２つの外部入力端子の一方の外部入力端子はリモートセンサのカレントソースとＡ／Ｄ変換器の非反転入力端子として機能する一方、２つの外部入力端子の他方の外部入力端子はリモートセンサのカレントシンクとＡ／Ｄ変換機の反転入力端子として機能する。
【０００３】
製品名ＭＡＸ１６１７の半導体集積回路の内部では、電源電圧Ｖccと一方の外部入力端子との間には第１の可変電流源が接続され、他方の外部入力端子と接地電圧との間には第１のダイオードが接続されている。また、この半導体集積回路の内部では、電源電圧Ｖccと接地電圧との間には第２の可変電流源と第２のダイオードと第３のダイオードとが直列に接続されている。従って、電源電圧Ｖccから接地電圧に向かって第１の可変電流源とリモートセンサと第１のダイオードとを介して第１の電流が流れ、電源電圧Ｖccから接地電圧に向かって第２の可変電流源と第２のダイオードと第３のダイオードとを介して第２の電流が流れるものとなる。リモートセンサの両端間のリモート電圧と第２のダイオードの両端間のローカル電圧とは、マルチプレクサを介してＡ／Ｄ変換器の入力に供給される。Ａ／Ｄ変換器の出力は、リモート温度データレジスタとローカル温度データレジスタの入力に接続されている。
【０００４】
リモート温度データレジスタと高リモート温度および低リモート温度のスレッシュホールドデータレジスタにはリモートディジタル比較器が接続され、ローカル温度データレジスタと高ローカル温度および低ローカル温度のスレッシュホールドデータレジスタにはローカルディジタル比較器が接続されている。リモートディジタル比較器の出力とローカル温度データレジスタの出力とはＯＲゲートを介してフリップフロップのセット入力端子に供給され、フリップフロップの出力信号は出力ＭＯＳトランジスタのゲートに供給される。出力ＭＯＳトランジスタのオープン・ドレインは、マイクロコントローラへの割り込みを可能とするアラート出力として機能する。
【０００５】
下記非特許文献２には、上記非特許文献１に記載された製品名ＭＡＸ１６１７の半導体集積回路と類似した製品名ＬＭ８９の半導体集積回路の概要が記載されている。この類似の半導体集積回路の２つの外部入力端子には、リモートダイオードとしてのダイオード接続トランジスタと２．２ｎＦの容量とが並列に接続可能である。この半導体集積回路は、外部デバイスの温度と自己の温度の両者を正確に測定する。リモートダイオードが接続される２つの外部入力端子には、半導体集積回路の内部でローカル／リモートダイオードセレクタと温度センサ回路とを介して符号付１０ビットΔΣＡ／Ｄ変換器の入力に供給される。
【０００６】
符号付１０ビットΔΣＡ／Ｄ変換器の出力は、フィルタを介して第１比較器の一方の入力端子と第２比較器の一方の入力端子と第３比較器の一方の入力端子に供給される。第１比較器の他方の入力端子には温度上限レジスタが接続され、第２比較器の他方の入力端子には温度下限レジスタが接続され、第３比較器の他方の入力端子にはクリティカル限界・温度ヒステリシスレジスタが接続される。第１比較器と第２比較器と第３比較器の出力はフリップフロップのセット入力端子に供給され、フリップフロップの出力端子は第１出力ＭＯＳトランジスタのゲートに供給される。第１出力ＭＯＳトランジスタのオープン・ドレインは、アラート出力として機能する。温度が温度上限レジスタと温度下限レジスタとで設定されたプログラムドウィンドウの外部もしくはプログラムドクリティカル限界を超えると、アラート出力は活性化される。第３比較器の出力は第２出力ＭＯＳトランジスタのゲートに供給され、第２出力ＭＯＳトランジスタのオープン・ドレインは温度クリティカルアラート出力として機能する。温度がプログラムドクリティカル限界を超えると、温度クリティカルアラート出力は活性化される。メインパワーサプライの遮断制御入力端子は活性化された温度クリティカルアラート出力に応答して、メインパワーサプライからリモートサーマルダイオードを内蔵するプロセッサに供給されるメインＣＰＵ電圧が遮断される。
【０００７】
一方、下記特許文献１には、ＣＭＯＳプロセスに好適で、温度依存性の低いバンドギャップ基準電圧Ｖbgrと任意の温度勾配に設定可能な温度検出信号Ｖtsenseとを生成する温度検出回路が記載されている。この温度検出回路は、バンドギャップ発生部と増幅・帰還部とによって構成され、バンドギャップ発生部は第１と第２のトランジスタと第１乃至第４の抵抗とを含み、増幅・帰還部はＣＭＯＳ差動増幅回路を含んでいる。バンドギャップ発生部では、第１と第２のトランジスタのコレクタは第１と第２の抵抗を介して電源電圧に接続され、第１トランジスタのエミッタは共通に接続された第３と第４の抵抗の一端に接続され、第３抵抗の他端は第２トランジスタのエミッタに接続され、第４抵抗の他端は接地電圧に接続される。
【０００８】
第１トランジスタのエミッタ電流密度よりも、第２トランジスタのエミッタ電流密度が小さく設定されている。第１と第２の抵抗で検出される第１と第２のトランジスタのコレクタ電圧はＣＭＯＳ差動増幅回路の差動入力端子に供給され、ＣＭＯＳ差動増幅回路の出力信号は第１と第２のトランジスタのベースに帰還される。バンドギャップ基準電圧Ｖbgrは第１トランジスタのベース・エミッタ電圧Ｖbeと第４抵抗の電圧降下との和となり、第４抵抗の電圧降下は第１と第２のトランジスタのエミッタ電流の和で決定される。また、温度検出信号Ｖtsenseは、第１と第２のトランジスタのエミッタ電流の和で決定される第４抵抗の電圧降下によって設定される。
【０００９】
システムＬＳＩのチップには、上述の温度検出回路、ＣＰＵ、ＲＡＭ、クロック生成回路、入出力インターフェース、アナログバッファ回路が集積化される。温度検出回路で生成された温度検出信号Ｖtsenseは、アナログバッファ回路を介してチップ外部のＡ／Ｄ変換器に伝達され、Ａ／Ｄ変換器の変換ディジタル情報は入出力インターフェースを介してＣＰＵに供給される。ＣＰＵは変換ディジタル情報と予め定められた温度とクロック周波数との好適な関係を示したテーブルを参照することによって、クロック制御信号を生成してクロック生成回路に供給する。例えば、温度が一定値よりも高くなると動作クロックの周波数を低くするように制御して、消費電流を低減させて温度を下げる。逆に、温度が一定値よりも低くなると動作クロックの周波数を高くするように制御して、消費電流を増加させて動作速度を速くする。
【００１０】
【非特許文献１】製品名ＭＡＸ１６１７  データ・シート  “Ｒｅｍｏｔｅ／Ｌｏｃａｌ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｓｅｎｓｏｒ  ｗｉｔｈ  ＳＭＢｕｓ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ”，  ｐｐ．１〜２０，  ｈｔｔｐ：／／ｄａｔａｓｈｅｅｔｓ．ｍａｘｉｍ−ｉｃ．ｃｏｍ／ｅｎ／ｄｓ／ＭＡＸ１６１７．ｐｄｆ．[平成２０年３月３１日検索]
【非特許文献２】製品名ＬＭ８９  データ・シート  “±０．７５°Ｃ  Ａｃｃｕｒａｔｅ，  Ｒｅｍｏｔｅ  Ｄｉｏｄｅ  ａｎｄ  Ｌｏｃａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｓｅｎｓｏｒ  ｗｉｔｈ  Ｔｗｏ−Ｗｉｒｅ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ”ｐｐ．１〜２０，   ｈｔｔｐ：／／ｃａｃｈｅ．ｎａｔｉｏｎａｌ．ｃｏｍ／ｄｓ／ＬＭ／ＬＭ８９．ｐｄｆ．[平成２０年３月３０日検索]
【特許文献１】特開２００６−２８６６７８号  公報．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明者等は本発明に先立って、自動車に搭載されるカーナビゲーション用途マイクロコンピュータのチップに内蔵される温度センサの開発に従事した。マイクロコンピュータを始めとして近年のシステムＬＳＩの微細化の進歩は著しく、現在６５ｍ製造プロセスが開発されている。半導体集積回路の微細化に伴ってＭＯＳトランジスタは低いしきい値電圧となり、スタンバイ時のリーク電流も増加する傾向となっている。
【００１２】
一方、例えば内蔵ＣＰＵの動作クロック周波数や動作電源電圧に示されるようなシステムＬＳＩの稼働率の増加によって、システムＬＳＩのチップの接合温度が上昇する。しかし、この温度上昇によってシステムＬＳＩのＭＯＳトランジスタのスタンバイ時のリーク電流は、指数関数的に比例して増加するものである。このスタンバイ時のリーク電流の増加によって、システムＬＳＩのチップ温度は更に増加するものである。
【００１３】
この微細化された半導体集積回路でのスタンバイ時のリーク電流の研究の結果、下記の事実が判明した。それは、システムＬＳＩのチップ温度が３９８Ｋ(１２５°Ｃ)付近の臨界温度まで上昇すると、スタンバイ時リーク電流の増加とＬＳＩのチップ温度の上昇との反復が際限なく繰り返されて、熱暴走を起こし、システムＬＳＩのチップは熱破壊を生じると言うものである。熱暴走が開始すると、内蔵ＣＰＵの動作クロック周波数を低下させても、システムＬＳＩのチップ温度は低下することができず、リーク電流の増加とチップ温度の上昇との反復を停止することは不可能となる。
【００１４】
従って、システムＬＳＩのチップに温度センサを内蔵して、温度センサによってチップ温度をモニタして、チップ温度上昇時にシステムＬＳＩの稼働率を低下するアーキテクチャーが開発された。システムＬＳＩの稼働率の低下は、内蔵ＣＰＵの動作クロック周波数を段階的に低下することにより実現されることができる。また、熱暴走の臨界温度の付近までのチップ温度上昇を温度センサが検出すると、内蔵ＣＰＵの電源電圧を遮断させる熱暴走保護システムを採用することになった。
【００１５】
このようなシステムＬＳＩのチップに内蔵される温度センサとして、上記非特許文献１や上記非特許文献２に記載のリモート温度センサやリモートダイオードの技術や上記特許文献１に記載の温度検出回路の技術を採用することが可能である。
【００１６】
本発明者等は上記のような開発を通して、自動車搭載のカーナビゲーション用途のマイクロコンピュータのチップに内蔵される温度センサの開発を開始した。
【００１７】
しかし、この開発の当初で、温度センサの精度が不十分であることが判明した。温度センサ自体の精度は±１°Ｃと比較的高精度であるにも拘らず、温度センサを内蔵したシステムＬＳＩを搭載したカーナビゲーションシステムボードでは温度検出精度は±１２°Ｃと大幅に低下することが判明した。この温度検出精度の低下のために、システムの設計では、内蔵ＣＰＵの電源電圧を遮断させる温度は保障温度よりも１２°Ｃ低い温度に設定しなければならない。従って、システムＬＳＩの稼働率を必要以上に抑制することになり、システムＬＳＩのパーフォーマンスの低下が生じることが判明した。
【００１８】
本発明者等は温度センサを内蔵したシステムＬＳＩを搭載したシステムボードでの温度検出精度の低下の原因を解析したところ、システムボードでの雑音が原因であることが判明した。
【００１９】
最初にシステムボードでは、システムＬＳＩに内蔵されたＣＰＵや出力バッファ等の動作電流の大きな機能モジュールで電源ノイズやグランドノイズが発生する。大動作電流の機能モジュールでの電源やグランドの雑音が、システムＬＳＩに内蔵された温度センサの温度検出信号に混入する。更に、システムボードでは、他の電子機器からのＥＭＩノイズも、システムＬＳＩに内蔵された温度センサの温度検出信号に混入する。特に自動車搭載のカーナビゲーション用途のマイクロコンピュータのチップに内蔵される温度センサには、自動車のエンジン点火装置からの大きな雑音が混入するものである。
【００２０】
上記非特許文献１に記載されたように、リモートセンサとしてのダイオード接続トランジスタには比較的大きなキャパシタンスのノイズフィルタリング容量が並列に接続されるが、大きな雑音は十分に減衰させることは困難である。
【００２１】
本発明は、以上のような本発明に先立った本発明者等の検討の結果、なされたものである。
【００２２】
従って、本発明の目的は、大動作電流の機能モジュールとチップ温度を検出する温度検出回路を内蔵するとともにシステムボードの雑音による影響が少ない半導体集積回路外部での温度制御もしくは温度監視を可能とする半導体集積回路を提供することにある。
【００２３】
また本発明の他の目的は、システムボードの雑音による影響が少なくチップ温度の精密かつ安全な制御を可能とする半導体集積回路を提供することにある。
【００２４】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本願において開示される発明のうちの代表的なものについて簡単に説明すれば下記のとおりである。
【００２６】
すなわち、本発明の代表的な半導体集積回路(１)は、チップ温度を検出する温度検出回路(１０)と、大動作電流を流す機能モジュール(１１)とを具備する。
【００２７】
前記機能モジュール(１１)には、動作電圧(Ｖcc)を供給する外部動作電圧供給端子(Ｔ5)と接地電圧(ＧＮＤ)を供給する外部接地電圧供給端子(Ｔ2)とが接続される。前記温度検出回路(１０)は、所定の温度依存性を持つ温度検出信号(ＶTSEN)と、前記所定の温度依存性よりも小さな温度依存性を持つ参照信号(ＶREF)とを生成する。前記参照信号(ＶREF)と前記温度検出信号(ＶTSEN)はそれぞれ第１外部出力端子(Ｔ3)と第２外部出力端子(Ｔ4)とを介して前記半導体集積回路の外部に導出されて、差動増幅回路(ＣＰ100)の回路形式を有する外部温度制御回路もしくは外部温度監視回路(２)に供給可能とされる(図１参照)。
【発明の効果】
【００２８】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。
【００２９】
すなわち、大動作電流の機能モジュールとチップ温度を検出する温度検出回路を内蔵するとともにシステムボードの雑音による影響が大きな半導体集積回路外部での温度制御もしくは温度監視を可能とする半導体集積回路を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
《代表的な実施の形態》
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
【００３１】
〔１〕本発明の代表的な実施の形態による半導体集積回路(１)は、チップ温度を検出する温度検出回路(１０)と、前記温度検出回路の動作電流よりも大きな動作電流を流す機能モジュール(１１)とを具備する。
【００３２】
前記機能モジュール(１１)には、前記半導体集積回路の外部から動作電圧(Ｖcc)を供給する外部動作電圧供給端子(Ｔ5)と接地電圧(ＧＮＤ)を供給する外部接地電圧供給端子(Ｔ2)とが接続されている。
【００３３】
前記温度検出回路(１０)は、所定の温度依存性を持つ温度検出信号(ＶTSEN)と、前記所定の温度依存性よりも小さな温度依存性を持つ参照信号(ＶREF)とを生成するものである。
【００３４】
前記半導体集積回路の外部で差動増幅回路(ＣＰ100)の回路形式を有する外部温度制御回路もしくは外部温度監視回路による制御もしくは監視を可能とするように前記参照信号と前記温度検出信号はそれぞれ第１外部出力端子(Ｔ3)と第２外部出力端子(Ｔ4)とを介して前記半導体集積回路の外部に導出されている。
【００３５】
前記半導体集積回路の外部に導出される前記参照信号(ＶREF)と前記温度検出信号(ＶTSEN)とは、前記外部温度制御回路もしくは前記外部温度監視回路に供給可能とされるものである(図１参照)。
【００３６】
前記実施の形態によれば、前記半導体集積回路の外部で前記差動増幅回路(ＣＰ100)の前記回路形式を有する前記外部温度制御回路もしくは前記外部温度監視回路(２)はコモンモード除去機能を有している。一方、機能モジュールの大動作電流によって、システムボードでは、電源ノイズやグランドノイズとが発生して、このノイズが前記温度検出回路(１０)から生成される参照信号(ＶREF)と温度検出信号(ＶTSEN)とに混入するものとなる。しかし、温度検出信号(ＶTSEN)に混入した雑音と参照信号(ＶREF)に混入した雑音は、前記半導体集積回路の外部の前記差動増幅回路のコモンモード除去機能によってキャンセルされることができる。その結果、大動作電流の機能モジュールとチップ温度を検出する温度検出回路とを内蔵したシステムボードの雑音による影響が少ない半導体集積回路外部での温度制御もしくは温度監視を可能とする半導体集積回路を提供することができる。
【００３７】
好適な実施の形態では、前記半導体集積回路のチップでは前記温度検出回路(１０)と前記機能モジュール(１１)との間には他の機能デバイスと他の機能ブロックとが配置されることなく、前記温度検出回路(１０)は前記機能モジュール(１１)の直近に配置されている(図６参照)。
【００３８】
より好適な実施の形態では、前記温度検出回路(１０)から生成される前記参照信号(ＶREF)と前記温度検出信号(ＶTSEN)は、複数の差動増幅回路(ＣＰ1〜ＣＰ4)の回路形式を有する稼働率制御回路(１４)に供給されることが可能とされるものである。
【００３９】
前記稼働率制御回路(１４)の前記複数の差動増幅回路(ＣＰ1〜ＣＰ4)は、前記温度検出回路(１０)から生成される前記参照信号(ＶREF)と前記温度検出信号(ＶTSEN)との関係をマルチレベルで弁別して、マルチレベル弁別結果を生成するものである。
【００４０】
前記チップ温度の上昇に際して前記マルチレベル弁別結果を使用することにより前記稼働率制御回路(１４)は、前記機能モジュール(１１)の稼働率を段階的に低下するものである。
【００４１】
更により好適な実施の形態では、前記温度検出回路(１０)から生成される前記参照信号(ＶREF)と前記温度検出信号(ＶTSEN)は、第１の差動増幅回路(ＣＰ100)の回路形式を有する過温度制御回路(２)にも供給されることが可能とされるものである。
【００４２】
前記チップ温度が所定の温度を超える過温度状態では、前記温度検出回路(１０)から生成される前記参照信号(ＶREF)と前記温度検出信号(ＶTSEN)とに応答して前記過温度制御回路(２)の前記第１の差動増幅回路(ＣＰ100)は前記機能モジュール(１１)に供給される電源電圧(Ｖcc)の供給を停止するものである(図３参照)。
【００４３】
具体的な一つの実施の形態では、前記半導体集積回路のテストモードで前記稼働率制御回路(１４)の前記複数の差動増幅回路(ＣＰ1〜ＣＰ4)に前記半導体集積回路の外部から外部テスト信号を供給することが可能とされている。
【００４４】
前記テストモードでは前記半導体集積回路の外部から前記外部テスト信号を供給することによって、前記半導体集積回路の前記チップ温度が低温の状態で前記マルチレベル弁別結果を生成する前記複数の差動増幅回路(ＣＰ1〜ＣＰ4)のテストが可能とされている(図６参照)。
【００４５】
具体的な他の一つの実施の形態では、前記テストモードで前記複数の差動増幅回路(ＣＰ1〜ＣＰ4)の前記テストの結果を外部試験装置に導出するための複数のテストモニター端子と前記外部テスト信号を供給するための外部信号供給端子とは、前記半導体集積回路の通常動作モードでの複数の信号端子と兼用端子とされている。
【００４６】
具体的な更に他の一つの実施の形態では、前記機能モジュールは、中央処理ユニット(１１)を含むものである(図３、図４、図６参照)。
【００４７】
最も具体的な一つの実施の形態では、前記稼働率制御回路(１４)は前記機能モジュールの前記中央処理ユニット(１１)に供給される動作クロック(ＣＬＫ)の周波数を変化させることによって前記中央処理ユニット(１１)の前記稼働率を制御するものである(図６参照)。
【００４８】
〔２〕本発明の別の観点の代表的な実施の形態による半導体集積回路(１)は、前記半導体集積回路のチップ温度を検出する温度検出回路(１０)と、前記温度検出回路の動作電流よりも大きな動作電流を流す機能モジュール(１１)とを具備する。
【００４９】
前記機能モジュール(１１)には、前記半導体集積回路の外部から動作電圧(Ｖcc)を供給する外部動作電圧供給端子(Ｔ5)と接地電圧(ＧＮＤ)を供給する外部接地電圧供給端子(Ｔ2)とが接続されている。
【００５０】
前記温度検出回路(１０)は、所定の温度依存性を持つ温度検出信号(ＶTSEN)と、前記所定の温度依存性よりも小さな温度依存性を持つ参照信号(ＶREF)とを生成するものである。
【００５１】
前記温度検出回路(１０)から生成される前記参照信号と前記温度検出信号は第１の差動増幅回路(ＣＰ100)の回路形式を有する過温度制御回路(２)に供給されることが可能とされる一方、複数の差動増幅回路(ＣＰ1〜ＣＰ4)の回路形式を有する稼働率制御回路(１４)にも供給されることが可能とされるものである。
【００５２】
前記稼働率制御回路(１４)の前記複数の差動増幅回路(ＣＰ1〜ＣＰ4)は、前記温度検出回路(１０)から生成される前記参照信号(ＶREF)と前記温度検出信号(ＶTSEN)との関係をマルチレベルで弁別して、マルチレベル弁別結果を生成するものである。
【００５３】
前記チップ温度の上昇に際して前記マルチレベル弁別結果を使用することにより前記稼働率制御回路(１４)は、前記機能モジュール(１１)の稼働率を段階的に低下するものである。
【００５４】
前記チップ温度が所定の温度を超える過温度状態では、前記温度検出回路(１０)から生成される前記参照信号(ＶREF)と前記温度検出信号(ＶTSEN)とに応答して前記過温度制御回路(２)の前記第１の差動増幅回路(ＣＰ100)は前記機能モジュール(１１)に供給される電源電圧(Ｖcc)の供給を停止するものである(図３参照)。
【００５５】
前記実施の形態によれば、前記稼働率制御回路(１４)の前記複数の差動増幅回路(ＣＰ1〜ＣＰ4)のそれぞれは、コモンモード除去機能を有している。また、前記過温度制御回路(２)の前記第１の差動増幅回路(ＣＰ100)も、コモンモード除去機能を有している。一方、機能モジュールの大動作電流によって、システムボードでは電源ノイズやグランドノイズとが発生して、このノイズが前記温度検出回路(１０)から生成される参照信号(ＶREF)と温度検出信号(ＶTSEN)とに混入するものとなる。しかし、温度検出信号(ＶTSEN)に混入した雑音と参照信号(ＶREF)に混入した雑音は、前記稼働率制御回路(１４)の前記複数の差動増幅回路(ＣＰ1〜ＣＰ4)のそれぞれのコモンモード除去機能によってキャンセルされ、前記過温度制御回路(２)の前記第１の差動増幅回路(ＣＰ100)のコモンモード除去機能によってキャンセルされることができる。
【００５６】
また、チップ温度の上昇に際して、前記稼働率制御回路(１４)は前記機能モジュール(１１)の稼働率を段階的に低下するものである。更にチップ温度が所定の温度を超える過温度状態では、前記過温度制御回路(２)は前記機能モジュール(１１)に供給される電源電圧(Ｖcc)の供給を停止するものでるその結果、システムボードの雑音による影響が少なくチップ温度の精密かつ安全な制御を可能とする半導体集積回路を提供することができる。
【００５７】
好適な実施の形態では、前記半導体集積回路のチップでは前記温度検出回路(１０)と前記機能モジュール(１１)との間には他の機能デバイスと他の機能ブロックとが配置されることなく、前記温度検出回路(１０)は前記機能モジュール(１１)の直近に配置されている(図６参照)。
【００５８】
より好適な実施の形態では、前記半導体集積回路のテストモードで前記稼働率制御回路(１４)の前記複数の差動増幅回路(ＣＰ1〜ＣＰ4)に前記半導体集積回路の外部から外部テスト信号を供給することが可能とされている。
【００５９】
前記テストモードでは前記半導体集積回路の外部から前記外部テスト信号を供給することによって、前記半導体集積回路の前記チップ温度が低温の状態で前記マルチレベル弁別結果を生成する前記複数の差動増幅回路(ＣＰ1〜ＣＰ4)のテストが可能とされている(図６参照)。
【００６０】
更により好適な実施の形態では、前記テストモードで前記複数の差動増幅回路(ＣＰ1〜ＣＰ4)の前記テストの結果を外部試験装置に導出するための複数のテストモニター端子と前記外部テスト信号を供給するための外部信号供給端子とは、前記半導体集積回路の通常動作モードでの複数の信号端子と兼用端子とされている。
【００６１】
具体的な一つの実施の形態では、前記機能モジュールは、中央処理ユニット(１１)を含むものである(図３、図４、図６参照)。
【００６２】
最も具体的な一つの実施の形態では、前記稼働率制御回路(１４)は前記機能モジュールの前記中央処理ユニット(１１)に供給される動作クロック(ＣＬＫ)の周波数を変化させることによって前記中央処理ユニット(１１)の前記稼働率を制御するものである(図６参照)。
【００６３】
〔３〕本発明の更に異なる観点の代表的な実施の形態による半導体集積回路の動作方法であって、前記半導体集積回路は、前記半導体集積回路のチップ温度を検出する温度検出回路(１０)と、前記温度検出回路の動作電流よりも大きな動作電流を流す機能モジュール(１１)とを具備する。
【００６４】
前記機能モジュール(１１)には、前記半導体集積回路の外部から動作電圧(Ｖcc)を供給する外部動作電圧供給端子(Ｔ5)と接地電圧(ＧＮＤ)を供給する外部接地電圧供給端子(Ｔ2)とが接続されている。
【００６５】
前記温度検出回路(１０)は、所定の温度依存性を持つ温度検出信号(ＶTSEN)と、前記所定の温度依存性よりも小さな温度依存性を持つ参照信号(ＶREF)とを生成するものである。
【００６６】
前記温度検出回路(１０)から生成される前記参照信号と前記温度検出信号は第１の差動増幅回路(ＣＰ100)の回路形式を有する過温度制御回路(２)に供給されることが可能とされる一方、複数の差動増幅回路(ＣＰ1〜ＣＰ4)の回路形式を有する稼働率制御回路(１４)にも供給されることが可能とされるものである。
【００６７】
前記稼働率制御回路(１４)の前記複数の差動増幅回路(ＣＰ1〜ＣＰ4)は、前記温度検出回路(１０)から生成される前記参照信号(ＶREF)と前記温度検出信号(ＶTSEN)との関係をマルチレベルで弁別して、マルチレベル弁別結果を生成するものである。
【００６８】
前記半導体集積回路は、システムボードに搭載されている。
【００６９】
前記システムの前記マザーボードの上での前記半導体集積回路の動作の間の前記チップ温度の上昇に際して前記マルチレベル弁別結果を使用することにより前記稼働率制御回路(１４)は、前記機能モジュール(１１)の稼働率を段階的に低下するものである。
【００７０】
前記半導体集積回路の前記動作の間の前記チップ温度が所定の温度を超える過温度状態では、前記温度検出回路(１０)から生成される前記参照信号(ＶREF)と前記温度検出信号(ＶTSEN)とに応答して前記過温度制御回路(２)の前記第１の差動増幅回路(ＣＰ100)は前記機能モジュール(１１)に供給される電源電圧(Ｖcc)の供給を停止するものである(図３参照)。
【００７１】
《実施の形態の説明》
次に、実施の形態について更に詳述する。尚、発明を実施するための最良の形態を説明するための全図において、前記の図と同一の機能を有する部品には同一の符号を付して、その繰り返しの説明は省略する。
【００７２】
《システムボードに搭載されたシステムＬＳＩおよび過温度制御回路》
図１は、本発明の１つの実施の形態によるシステムＬＳＩとしての半導体集積回路１と過温度制御回路２と電源供給回路３とがシステムボードに搭載された様子を示す図である。すなわち、図１では、システムボードは、自動車に搭載されるカーナビゲーションシステム用途等の高信頼性が要求されるシステムボードである。また、半導体集積回路１は、カーナビゲーション用途マイクロコンピュータであって、チップの温度を検出する温度検出回路１０、中央処理ユニット(ＣＰＵ)１１、キャッシュメモリ１７等の内部回路を含んでいる。半導体集積回路１では、温度検出回路１０の動作電流よりも中央処理ユニット１１の動作電流は大きな値である。中央処理ユニット１１には、半導体集積回路１の外部からの動作電圧Ｖccを供給する外部動作電圧供給端子Ｔ5が接続され、接地電圧ＧＮＤを供給する外部接地電圧供給端子Ｔ2が接続されている。
【００７３】
温度検出回路１０は半導体集積回路１のチップ温度を検出して、チップ温度が例えば１３５°Ｃを越えるような過温度状態を検出する。この過温度状態では、半導体集積回路１はスタンバイ時リーク電流の増加とＬＳＩのチップ温度の上昇との反復を際限なく繰り返し、熱暴走が発生する。温度検出回路１０は、ＬＳＩのチップ温度に応答して温度検出信号ＶTSENを生成する一方、雑音の影響を低減するために参照信号ＶREFを生成している。
【００７４】
半導体集積回路１の温度検出回路１０で生成される温度検出信号ＶTSENと参照信号ＶREFとは、システムボードに搭載された過温度制御回路２の電圧比較器の差動入力端子に供給される。システムボードの雑音によって、半導体集積回路１では電源ノイズやグランドノイズが発生する。温度検出回路１０で生成される温度検出信号ＶTSENにも雑音が混入しているが、温度検出回路１０で生成される参照信号ＶREFにも略同一レベルの雑音が混入する。温度検出信号ＶTSENと参照信号ＶREFとは過温度制御回路２の電圧比較器の差動入力端子に供給されるので、温度検出信号ＶTSENに混入した雑音と参照信号ＶREFに混入した雑音とは電圧比較器の差動増幅動作でのコモンモード除去機能によりキャンセルされることができる。
【００７５】
温度検出信号ＶTSENは、ΔＶBE ／ΔＴ＝(ＶBE−Ｅg−３(ｋＴ／ｑ))／Ｔ≒−１．８ｍＶ／°Ｃの比較的大きな温度依存を持っている。ここで、ＶBEはトランジスタのベース・エミッタ電圧、Ｅgはシリコンのバンドギャップ電圧、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、ｑは電子電荷である。温度検出信号ＶTSENのノイズレベルを現実的な範囲内の±１０〜±５０ｍＶと想定すると、温度検出信号ＶTSENでノイズキャンセルされなければ、温度検出信号ＶTSENのノイズだけで±５．５°Ｃ〜±３７．７°Ｃの誤差が発生してしまうことになる。よって、過温度制御回路２の電圧比較器の差動増幅動作でのコモンモード除去機能によりノイズキャンセルを行うことで、精度のよい上記温度検出を行うことが可能となる。よって、このようなコモンモード除去機能によりノイズキャンセルすることで、精度の高い温度検出を行うことが可能となる。
【００７６】
《サーマルシャットダウン保護動作》
このように雑音の影響が低減された半導体集積回路１の温度検出回路１０からは、過温度状態では過温度状態に対応する温度検出信号ＶTSENが生成される。温度検出信号ＶTSENは所定の温度依存性を持っているのに対して、参照信号ＶREFは極めて小さな温度依存性を持っている。過温度状態では過温度制御回路２の電圧比較器は、温度検出信号ＶTSENと参照信号ＶREFとのレベル差に応答して、シャットダウン制御出力信号ＶSHDWを生成する。過温度制御回路２からのシャットダウン制御出力信号ＶSHDWに応答して半導体集積回路１の電源供給回路３は、中央処理ユニット１１への内部動作電源電圧Ｖccの供給を停止するようになる。従って、中央処理ユニット１１の動作は停止されるので、半導体集積回路１のチップ温度は次第に低下する。半導体集積回路１の温度検出回路１０からの温度検出信号ＶTSENが過温度状態ではない状態では、電源供給回路３は半導体集積回路１の中央処理ユニット１１等の内部回路へ内部動作電源電圧Ｖccを供給している。
【００７７】
《半導体集積回路の温度検出回路》
半導体集積回路１の温度検出回路１０はバンドギャップ発生部と増幅・帰還部とによって構成され、バンドギャップ発生部はＮＰＮ型の第１と第２のトランジスタＱ1、Ｑ2と第１、第２、第３、第４の抵抗Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4とを含み、増幅・帰還部はＣＭＯＳ差動増幅回路Ａmpを含んでいる。バンドギャップ発生部では、第１と第２のトランジスタＱ1、Ｑ2のコレクタは第１と第２の抵抗Ｒ1、Ｒ2を介して電源電圧Ｖddに接続され、第１トランジスタのエミッタＱ1は共通に接続された第３と第４の抵抗Ｒ3、Ｒ4の一端に接続される。第３抵抗Ｒ3の他端は第２トランジスタＱ2のエミッタに接続され、第４抵抗Ｒ4の他端は接地電圧に接続されている。
【００７８】
第１トランジスタＱ1のエミッタ電流密度よりも、第２トランジスタＱ2のエミッタ電流密度が小さく設定されている。第１と第２の抵抗Ｒ1、Ｒ2で検出される第１と第２のトランジスタのコレクタ電圧はＣＭＯＳ差動増幅回路Ａmpの差動入力端子に供給され、ＣＭＯＳ差動増幅回路Ａmpの出力信号は第１と第２のトランジスタＱ1、Ｑ2のベースに負帰還される。バンドギャップ基準電圧ＶREFは第１トランジスタＱ1のベース・エミッタ電圧ＶbeＱ1と第４抵抗Ｒ4の電圧降下との和となり、第４抵抗Ｒ4の電圧降下は第１と第２のトランジスタＱ1、Ｑ2のエミッタ電流の和で決定される。従って、バンドギャップ基準電圧ＶREFは、次式のように求められる。
【００７９】
ＶREF＝ＶbeＱ1＋Ｉe・Ｒ4＝ＶbeＱ1＋(Ｉe1＋Ｉe2)・Ｒ4    …(１)
第１トランジスタＱ1の素子サイズに対して、第２トランジスタＱ2の素子サイズはｍ倍に設定されているので、第１トランジスタＱ1のエミッタ電流密度は第２トランジスタＱ2のエミッタ電流密度のｍ倍に設定される。第１と第２の抵抗Ｒ1、Ｒ2の抵抗値は等しい値に設定され、ＣＭＯＳ差動増幅回路Ａmpの出力から第１と第２のトランジスタＱ1、Ｑ2のベースへの負帰還によって第１トランジスタＱ1のエミッタ電流Ｉe1と第２トランジスタＱ2のエミッタ電流Ｉe2とは等しい値に制御される。エミッタ電流密度の差により第１トランジスタＱ1のベース・エミッタ電圧ＶbeＱ1と第２トランジスタＱ2のベース・エミッタ電圧ＶbeＱ2との差電圧ΔＶbeから、第２トランジスタＱ2のエミッタ電流Ｉe2は、次式のように求められる。
【００８０】
Ｉe2＝ΔＶbe／Ｒ3＝ｋＴ／ｑ・ｌｎ(ｍ)／Ｒ3           …(２)
上記式(２)を上記式(１)に代入して、次式が得られる。
【００８１】
ＶREF＝ＶbeＱ1＋Ｉe・Ｒ4＝ＶbeＱ1＋(Ｉe1＋Ｉe2)・Ｒ4
＝ＶbeＱ1＋２ｋＴ／ｑ・Ｒ4／Ｒ3・ｌｎ(ｍ)        …(３)
ここで、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、ｑは電子電荷である。
【００８２】
上記式(３)の第１項の負の温度依存性を第２項の正の温度依存性で打ち消すように第３の抵抗Ｒ3の抵抗値と第４の抵抗Ｒ4の抵抗値の比を設定することによって、温度依存性の極めて小さなバンドギャップ基準電圧ＶREFを生成することができる。
【００８３】
また、温度検出信号ＶTSENは、第１と第２のトランジスタＱ1、Ｑ2のエミッタ電流の和(Ｉe1＋Ｉe2)で決定される第４抵抗の電圧降下によって次式に示すように設定される。
【００８４】
ＶTSEN＝(Ｉe1＋Ｉe2)・Ｒ4
＝２ｋＴ／ｑ・Ｒ4／Ｒ3・ｌｎ(ｍ)              …(４)
上記式(４)は、温度検出信号ＶTSENが第３の抵抗Ｒ3の抵抗値と第４の抵抗Ｒ4の抵抗値の比で設定される正の温度依存性を持つことを意味するものである。
【００８５】
図２は、図１に示した半導体集積回路１の温度検出回路１０から生成されるバンドギャップ基準電圧ＶREFと温度検出信号ＶTSENの温度依存性を示す図である。
【００８６】
図２に示すように、バンドギャップ基準電圧ＶREFは極めて小さな温度依存性を持つ一方、温度検出信号ＶTSENが第３の抵抗Ｒ3と第４の抵抗Ｒ4の抵抗値の比で設定された正の温度依存性を持つものである。
【００８７】
《過温度制御回路》
図１には、半導体集積回路１の温度検出回路１０で生成される温度検出信号ＶTSENと参照信号ＶREFとが供給される過温度制御回路２も示されている。
【００８８】
過温度制御回路２は、差動増幅器ＤＡ100、エミッタフォロワトランジスタＱ100、抵抗Ｒ100〜Ｒ104、容量Ｃ1、Ｃ2、電圧比較器ＣＰ100から構成されている。差動増幅器ＤＡ100と電圧比較器ＣＰ100とはそれぞれ小規模集積回路によって構成される一方、エミッタフォロワトランジスタＱ100はディスクリートＮＰＮトランジスタによって構成される。抵抗Ｒ100〜Ｒ104は抵抗値が高精度に設定されたディスクリート抵抗部品によって構成される一方、容量Ｃ1、Ｃ2は容量値が高精度に設定されたディスクリート容量部品によって構成される。
【００８９】
過温度制御回路２の第１入力端子Ｐ1と第２入力端子Ｐ2とに、温度検出回路１０で生成される参照信号ＶREFと温度検出信号ＶTSENとがそれぞれ供給される。第１入力端子Ｐ1には差動増幅器ＤＡ100の非反転入力端子＋と容量Ｃ1の一端と抵抗Ｒ102の一端とが接続され、第２入力端子Ｐ2には電圧比較器ＣＰ100の非反転入力端子＋と容量Ｃ2の一端と抵抗Ｒ103の一端とが接続されている。容量Ｃ1の他端と抵抗Ｒ102の他端と容量Ｃ2の他端と抵抗Ｒ103の他端とは、接地電圧ＧＮＤに接続されている。エミッタフォロワトランジスタＱ100のベースとコレクタとは差動増幅器ＤＡ100の出力端子と電源電圧Ｖddとにそれぞれ接続され、エミッタフォロワトランジスタＱ100のエミッタは差動増幅器ＤＡ100の反転入力端子−と抵抗Ｒ100の一端に接続されている。抵抗Ｒ100の他端は抵抗Ｒ101の一端と電圧比較器ＣＰ100の反転入力端子−とに接続され、抵抗Ｒ101の他端は接地電圧ＧＮＤに接続されている。電圧比較器ＣＰ100の出力端子は抵抗Ｒ104を介して電源電圧Ｖddに接続され、電圧比較器ＣＰ100の出力端子からシャットダウン制御出力信号ＶSHDWが生成される。
【００９０】
差動増幅器ＤＡ100とエミッタフォロワトランジスタＱ100とから構成されるボルテージフォロワと分圧抵抗Ｒ100、Ｒ101とによって、電圧比較器ＣＰ100の反転入力端子−には極めて小さな温度依存性を持つバンドギャップ基準電圧ＶREFの分圧電圧が供給されている。また電圧比較器ＣＰ100の非反転入力端子＋には、第２入力端子Ｐ2を介して正の温度依存性を持つ温度検出信号ＶTSENが供給される。
【００９１】
半導体集積回路１のチップ温度が例えば１３５°Ｃを越えるような過温度状態となると、電圧比較器ＣＰ100の反転入力端子−に供給されているバンドギャップ基準電圧ＶREFの分圧電圧よりも、電圧比較器ＣＰ100の非反転入力端子＋に供給される正の温度依存性を持つ温度検出信号ＶTSENが高レベルとなる。従って、チップ温度が過温度状態となることに応答して、電圧比較器ＣＰ100の出力端子のシャットダウン制御出力信号ＶSHDWはローレベルからハイレベルに変化する。シャットダウン制御出力信号ＶSHDWのローレベルからハイレベルへの変化に応答して半導体集積回路１の電源供給回路３は、外部動作電圧供給端子Ｔ5を介しての中央処理ユニット１１への内部動作電源電圧Ｖccの供給を停止するようになる。このようにして、中央処理ユニット１１の動作は停止されるので、半導体集積回路１のチップ温度は低下するものとなる。
【００９２】
半導体集積回路１の温度検出回路１０で生成される温度検出信号ＶTSENと参照信号ＶREFとは、システムボードに搭載された過温度制御回路２の電圧比較器ＣＰ100の非反転入力端子＋と反転入力端子−とにそれぞれ伝達されている。システムボードの雑音によって、半導体集積回路１では、電源ノイズやグランドノイズが発生する。温度検出回路１０で生成される温度検出信号ＶTSENにも雑音が混入しているが、温度検出回路１０で生成される参照信号ＶREFにも略同一レベルの雑音が混入する。また温度検出信号ＶTSENと参照信号ＶREFとは過温度制御回路２の電圧比較器ＣＰ100の非反転入力端子＋と反転入力端子−とにそれぞれ伝達されるので、温度検出信号ＶTSENに混入した雑音と参照信号ＶREFに混入した雑音とは電圧比較器ＣＰ100の差動動作でのコモンモード除去機能によりキャンセルされることができる。
【００９３】
尚、温度検出信号ＶTSENへの混入雑音レベルと比較して、分圧抵抗Ｒ100、Ｒ101によって参照信号ＶREFへの混入雑音レベルが低い場合には、温度検出信号ＶTSENが供給される容量Ｃ2の容量値を参照信号ＶREFが供給される容量Ｃ1の容量値よりも大として、両者の混入雑音レベルを略等しくすることができる。また、温度検出信号ＶTSENが供給される抵抗Ｒ103の抵抗値を小さく設定することで、両者の混入雑音レベルを略等しくすることができる。
【００９４】
《具体的なシステムボード》
図３は、本発明のより具体的な実施の形態によるカーナビゲーション用途等の高信頼性が要求されるシステムボードに、システムＬＳＩとしての半導体集積回路１と過温度制御回路２と電源供給回路３とが搭載された様子を示す図である。
【００９５】
図３でも、半導体集積回路１はカーナビゲーション用途マイクロコンピュータであって、ＣＰＵバスＣＰＵ＿Ｂｕｓには周辺バスコントローラ１８を介して周辺バスＰ＿Ｂｕｓが接続され、周辺バスＰ＿Ｂｕｓには入出力ポート１６と周辺モジュール１９とが接続されている。ＰＬＬ(フェーズロックドループ)回路１５から中央処理ユニット１１に動作クロックＣＬＫが供給され、動作クロックＣＬＫの周波数は稼働率コントローラ１４によって可変設定可能とされている。
【００９６】
半導体集積回路１のチップ温度が例えば１３５°Ｃを越えるような過温度状態となり、温度検出回路１０で生成される温度検出信号ＶTSENと参照信号ＶREFとに応答して過温度制御回路２の出力端子のシャットダウン制御出力信号ＶSHDWは、ローレベルからハイレベルに変化する。シャットダウン制御出力信号ＶSHDWのローレベルからハイレベルへの変化に応答して電源供給回路３は、中央処理ユニット１１への内部動作電源電圧Ｖccの供給を停止するよう制御する。
【００９７】
《中央処理ユニットの稼働率の多段制御》
このようにチップ温度が過温度状態となって電源供給回路３による中央処理ユニット１１への内部動作電源電圧供給停止となる以前に、稼働率コントローラ１４はチップ温度の上昇に応答して中央処理ユニット１１の稼働率を段階的に低減するものである。中央処理ユニット１１の稼働率の低減は、ＰＬＬ回路１５から中央処理ユニット１１に供給される動作クロックＣＬの周波数の多段的な低減によって実現することが可能である。
【００９８】
この中央処理ユニット１１の稼働率の多段制御のために、稼働率コントローラ１４は温度検出回路１０で生成される温度検出信号ＶTSENと参照信号ＶREFとの関係をマルチレベルで弁別するものである。具体的な一例では、図３に示す稼働率コントローラ１４では、単一の参照信号ＶREFからマルチレベルの参照レベルＶREF1、ＶREF2、ＶREF3、ＶREF4が生成される。稼働率コントローラ１４は、マルチレベルの参照レベルＶREF1、ＶREF2、ＶREF3、ＶREF4と温度検出信号ＶTSENとの関係をマルチレベルで弁別する。
【００９９】
そのために、稼働率コントローラ１４には参照電圧供給回路１３が接続され、差動増幅器ＤＡ1とＰチャンネルＭＯＳトランジスタＱp1とから構成された参照電圧供給回路１３は温度検出回路１０で生成された参照信号ＶREFを稼働率コントローラ１４に供給する。参照電圧供給回路１３は、直列接続された５個の分圧抵抗Ｒref1、Ｒref2、Ｒref3、Ｒref4、Ｒref5とスイッチＳＷとを含んでいる。第１分圧抵抗Ｒref1の一端には参照電圧供給回路１３のＰチャンネルＭＯＳトランジスタＱp1のドレインから生成される単一の参照信号ＶREFが供給され、第１分圧抵抗Ｒref1の他端は第１電圧比較器ＣＰ1の反転入力端子−と第２分圧抵抗Ｒref2の一端とに接続されている。第２分圧抵抗Ｒref2の他端は第２電圧比較器ＣＰ2の反転入力端子−と第３分圧抵抗Ｒref3の一端とに接続され、第３分圧抵抗Ｒref3の他端は第３電圧比較器ＣＰ3の反転入力端子−と第４分圧抵抗Ｒref4の一端とに接続されている。第４分圧抵抗Ｒref4の他端は第４電圧比較器ＣＰ4の反転入力端子−と第５分圧抵抗Ｒref5の一端とに接続され、第５分圧抵抗Ｒref5の他端はスイッチＳＷの一端に接続されている。半導体集積回路１の通常動作モードでは、スイッチＳＷの一端は接地電圧ＧＮＤに接続されている。
【０１００】
直列接続された５個の分圧抵抗Ｒref1、Ｒref2、Ｒref3、Ｒref4、Ｒref5の各接続ノードからは、マルチレベルの４個の参照レベルＶREF1、ＶREF2、ＶREF3、ＶREF4が生成される。この時に、４個の参照レベルでは、ＶREF1＞ＶREF2＞ＶREF3＞ＶREF4の関係が成立している。
【０１０１】
一方、温度検出回路１０で生成される温度検出信号ＶTSENは、第１電圧比較器ＣＰ1の非反転入力端子＋と第２電圧比較器ＣＰ2の非反転入力端子＋と第３電圧比較器ＣＰ3の非反転入力端子＋と第４電圧比較器ＣＰ4の非反転入力端子＋とに共通に供給される。
【０１０２】
最初は半導体集積回路１のチップ温度は低いので、ＶREF1＞ＶREF2＞ＶREF3＞ＶREF4＞ＶTSENの関係が成立するので、４個の第１電圧比較器ＣＰ1、第２電圧比較器ＣＰ2、第３電圧比較器ＣＰ3、第４電圧比較器ＣＰ4の出力はオールゼロ“００００”のディジタル・コードとなっている。４個の第１電圧比較器ＣＰ1、第２電圧比較器ＣＰ2、第３電圧比較器ＣＰ3、第４電圧比較器ＣＰ4の出力端子には、３．３ボルトの高い電圧振幅を１．２ボルトの低い電圧振幅にレベル変換する４個のレベルシフタＬＳ1、ＬＳ2、ＬＳ3、ＬＳ4が接続されている。従って、４個のレベルシフタＬＳ1、ＬＳ2、ＬＳ3、ＬＳ4の出力端子からは、１．２ボルトの低電圧振幅のオールゼロ“００００”のディジタル・コードが生成され、このディジタル・コードは４個のナンド回路ＮＡＮＤ1、ＮＡＮＤ2、ＮＡＮＤ3、ＮＡＮＤ4の一方の入力端子に供給される。
【０１０３】
半導体集積回路１の通常動作モードとテストモードの際には、モードレジスタ２０からハイレベル“１”の制御信号が４個のナンド回路ＮＡＮＤ1、ＮＡＮＤ2、ＮＡＮＤ3、ＮＡＮＤ4の他方の入力端子に供給されている。４個のナンド回路ＮＡＮＤ1、ＮＡＮＤ2、ＮＡＮＤ3、ＮＡＮＤ4の出力信号は、４個のインバータＩnv1、Ｉnv2、Ｉnv3、Ｉnv4を介して、稼働率制御レジスタ１４１に供給される。
【０１０４】
通常動作モードの半導体集積回路１のチップ温度が低い状態では、稼働率コントローラ１４の稼働率制御レジスタ１４１の内容もオールゼロ“００００”のディジタル・コードとなっている。すると稼働率コントローラ１４による制御によってＰＬＬ回路１５から中央処理ユニット１１に供給される動作クロックＣＬＫの周波数は４倍の周波数に設定され、中央処理ユニット１１の稼働率は自己の処理能力の１００％の状態に設定される。
【０１０５】
中央処理ユニット１１の稼働開始によって通常動作モードの半導体集積回路１のチップ温度が例えば９５°Ｃを越えると、ＶREF1＞ＶREF2＞ＶREF3＞ＶTSEN＞ＶREF4の関係が成立する。従って、４個の第１電圧比較器ＣＰ1、第２電圧比較器ＣＰ2、第３電圧比較器ＣＰ3、第４電圧比較器ＣＰ4の出力と稼働率制御レジスタ１４１の内容とは、“０００１”のディジタル・コードとなる。すると稼働率コントローラ１４による制御によってＰＬＬ回路１５から中央処理ユニット１１に供給される動作クロックＣＬＫの周波数は２倍の周波数に設定され、中央処理ユニット１１の稼働率は自己の処理能力の５０％の状態に設定される。
【０１０６】
半導体集積回路１の周囲温度の上昇等の原因によって通常動作モードの半導体集積回路１のチップ温度が例えば１１５°Ｃを越えると、ＶREF1＞ＶREF2＞ＶTSEN＞ＶREF3＞ＶREF4の関係が成立する。従って、４個の第１電圧比較器ＣＰ1、第２電圧比較器ＣＰ2、第３電圧比較器ＣＰ3、第４電圧比較器ＣＰ4の出力と稼働率制御レジスタ１４１の内容とは、“００１１”のディジタル・コードとなる。すると稼働率コントローラ１４による制御によってＰＬＬ回路１５から中央処理ユニット１１に供給される動作クロックＣＬＫの周波数は１倍の周波数に設定され、中央処理ユニット１１の稼働率は自己の処理能力の２５％の状態に設定される。
【０１０７】
半導体集積回路１の周囲温度の更なる上昇等の原因によって通常動作モードの半導体集積回路１のチップ温度が例えば１２５°Ｃを越えると、ＶREF1＞ＶTSEN＞ＶREF2＞ＶREF3＞ＶREF4の関係が成立する。従って、４個の第１電圧比較器ＣＰ1、第２電圧比較器ＣＰ2、第３電圧比較器ＣＰ3、第４電圧比較器ＣＰ4の出力と稼働率制御レジスタ１４１の内容とは、“０１１１”のディジタル・コードとなる。すると働率コントローラ１４による制御によってＰＬＬ回路１５から中央処理ユニット１１に供給される動作クロックＣＬＫの周波数は０．５の周波数に設定され、中央処理ユニット１１の稼働率は自己の処理能力の１２．５％の状態に設定される。
【０１０８】
半導体集積回路１の熱暴走等の原因によって通常動作モードの半導体集積回路１のチップ温度が例えば１３５°Ｃを越えると、ＶTSEN＞ＶREF1＞ＶREF2＞ＶREF3＞ＶREF4の関係が成立する。従って、４個の第１電圧比較器ＣＰ1、第２電圧比較器ＣＰ2、第３電圧比較器ＣＰ3、第４電圧比較器ＣＰ4の出力と稼働率制御レジスタ１４１の内容とは、オールワンの“１１１１”のディジタル・コードとなる。すると、稼働率コントローラ１４による制御によってＰＬＬ回路１５から中央処理ユニット１１に供給される動作クロックＣＬＫの周波数は０の周波数(クロック停止状態)に設定されて、中央処理ユニット１１の稼働率は自己の処理能力の０％の状態に設定される。一方、半導体集積回路１のチップ温度が例えば１３５°Ｃを越えた状態では、上述のように、過温度制御回路２からのシャットダウン制御出力信号ＶSHDWに応答して半導体集積回路１の電源供給回路３は、中央処理ユニット１１への内部動作電源電圧Ｖccの供給を停止している。従って、中央処理ユニット１１への電源電圧の供給停止と動作クロックの供給停止との二重安全制御によって、半導体集積回路１のチップ温度は精密かつ安全に制御される。その結果、半導体集積回路１を搭載したカーナビゲーション用途等の高信頼性が要求されるシステムボードの発火事故等の危険性を伴う破壊を回避することができる。
【０１０９】
《稼働率の多段制御のテスト》
半導体製造では半導体集積回路の機能テストは必要であるが、実際の機能テストで半導体集積回路１のチップ温度を上昇させながら、中央処理ユニット１１の稼働率が多段制御されているかをテストすることは、半導体量産でのテスト工程で実施することは困難なことが本発明者等の検討により明らかとされた。
【０１１０】
また、半導体集積回路１のチップ温度の上昇によって稼働率コントローラ１４の稼働率制御レジスタ１４１の内容も正しいディジタル・コードで変化するかを、外部ＬＳＩテスタでモニターするための半導体集積回路１の外部接続端子の数も不足することが本発明者等の検討により明らかとされた。
【０１１１】
最初の問題を解決するために、半導体集積回路１のチップ温度が比較的低温でも稼働率の多段制御のための４個の電圧比較器ＣＰ1、ＣＰ2、ＣＰ3、ＣＰ4が動作するかをテストするために、テストモードでは直列接続された５個の分圧抵抗Ｒref1〜Ｒref5に外部からテスト電圧が供給される。
【０１１２】
次の問題を解決するとともに外部テスト電圧の供給のために、半導体集積回路１の通常動作モードでの信号ピンと半導体集積回路１のテストモードでのモニターピンや外部信号供給ピンと兼用すると言う兼用ピンの技術が採用される。
【０１１３】
図３に示す半導体集積回路１をテストするに先立って、モードレジスタ２０にはテストモードを設定するモード設定信号Mode_Setが供給される。その結果、モードレジスタ２０からの通常動作モード／テストモード切換信号Normal/Testが入出力ポート１６に供給される。従って、入出力ポート１６の第１ポートＩ／Ｏ_1、第２ポートＩ／Ｏ_2、第３ポートＩ／Ｏ_3、第４ポートＩ／Ｏ_4は、４個のインバータＩnv4、Ｉnv3、Ｉnv2、Ｉnv1の出力端子にそれぞれ接続されるので、稼働率制御レジスタ１４１のディジタル・コードを外部ＬＳＩテスタでモニターすることが可能となる。また、入出力ポート１６の第ｎポートＩ／Ｏ_nは、ボルテージフォロワを構成する差動増幅器ＤＡ2の非反転入力端子＋に接続される。また、この時には、ボルテージフォロワを構成する差動増幅器ＤＡ2の反転入力端子−と出力端子とは、スイッチＳＷを介して分圧抵抗Ｒref5の他端に接続されている。
【０１１４】
図３に示す半導体集積回路１の外部から入出力ポート１６の第ｎポートＩ／Ｏ_nとボルテージフォロワの差動増幅器ＤＡ2とを介して外部テスト電圧が、５個の分圧抵抗Ｒref1〜Ｒref5の第５分圧抵抗Ｒref5の他端に供給される。この外部テスト電圧のレベルを可変して、４個の電圧比較器ＣＰ1、ＣＰ2、ＣＰ3、ＣＰ4の出力信号のレベル反転の様子を入出力ポート１６の第１ポートＩ／Ｏ_1、第２ポートＩ／Ｏ_2、第３ポートＩ／Ｏ_3、第４ポートＩ／Ｏ_4から外部ＬＳＩテスタでモニターすることができる。このようにして機能テストで半導体集積回路１のチップ温度を上昇させることなく、中央処理ユニット１１の稼働率が多段制御されるかを容易にテストすることが可能となる。
【０１１５】
《改良された過温度制御回路》
図４は、半導体集積回路１の温度検出回路１０で生成される温度検出信号ＶTSENと参照信号ＶREFが供給される改良された過温度制御回路２を示す図である。
【０１１６】
図３に示した本発明のより具体的な実施の形態によるカーナビゲーションシステムでは、半導体集積回路１のチップ温度が例えば１３５°Ｃを越えて、電源電圧の供給停止と動作クロックの供給停止とが行われた後に半導体集積回路１のチップ温度が９５°Ｃ未満に低下すると、電源供給回路３による中央処理ユニット１１への内部動作電源電圧Ｖccの供給が再開される。また、稼働率コントローラ１４による制御によって、ＰＬＬ回路１５から中央処理ユニット１１に供給される動作クロックＣＬＫの周波数は４倍の周波数に設定され、処理能力１００％の状態で中央処理ユニット１１の稼働が開始される。
【０１１７】
図３に示す過温度制御回路２と比較すると、図４に示す過温度制御回路２は電源再投入でリセットされて例えば１３５°Ｃ以上の過温度状態でセットされるフリップフロップＦＦを含んでいる。電源再投入でリセットされるフリップフロップＦＦによって、電源再投入によって電源供給回路３による中央処理ユニット１１への内部動作電源電圧Ｖccの供給が再開される。また、電源再投入が実行されなければ、電源供給回路３による中央処理ユニット１１への内部動作電源電圧Ｖccの供給は再開されない。
【０１１８】
すなわち、フリップフロップＦＦの反転クリア入力端子ＣＲＬには、抵抗Ｒ105、ダイオードＤ105、容量Ｃ3、インバータInv6、Ｉnv7によって構成された電源電圧投入検出回路が接続されている。電源電圧Ｖddの投入の後で抵抗Ｒ105と容量Ｃ3とで決定される時定数で設定される遅延時間の経過前には、インバータＩnv7の出力はローレベル“０”であるので、フリップフロップＦＦはリセットされて、その出力信号Ｑはローレベル“０”となる。従って、ナンド回路ＮＡＮＤ5とインバータＩnv8によって生成されるシャットダウン制御出力信号ＶSHDWもローレベル“０”となって、ローレベル“０”のシャットダウン制御出力信号ＶSHDWに応答して電源供給回路３は半導体集積回路１の中央処理ユニット１１への内部動作電源電圧Ｖccの供給を開始する。この時に、インバータＩnv5の出力が不定であっても、インバータＩnv8の出力はローレベル“０”となる。
【０１１９】
電源電圧Ｖddの投入の後に抵抗Ｒ105と容量Ｃ3との時定数で設定される遅延時間の経過後には、インバータＩnv7の出力信号はローレベル“０”からハイレベル“１”に変化しているので、リップフロップＦＦのリセット動作は終了している。一方、半導体集積回路１のチップ温度が過温度の状態でなければ、インバータＩnv5の出力信号はハイレベル“１”となっている。インバータＩnv5のハイレベル“１”の出力信号がフリップフロップＦＦの反転トリガ入力端子Ｔに供給されるので、フリップフロップＦＦの出力信号Ｑはローレベル“０”に維持されている。従って、ナンド回路ＮＡＮＤ5とインバータＩnv8とによって生成されるシャットダウン制御出力信号ＶSHDWも、ローレベル“０”に維持されている。その結果、電源供給回路３は中央処理ユニット１１への内部動作電源電圧Ｖccの供給が維持されて、中央処理ユニット１１の動作が維持されている。
【０１２０】
次に、例えば、半導体集積回路１のチップ温度が１３５°Ｃ以上の過温度状態となると、過温度制御回路２の電圧比較器ＣＰ100の出力信号はハイレベルとなって、インバータＩnv5がローレベル“０”となる。従って、インバータＩnv5のローレベル“０”の出力信号がフリップフロップＦＦの反転トリガ入力端子Ｔに供給されるので、フリップフロップＦＦの出力信号Ｑはハイレベル“１”となる。その結果、ナンド回路ＮＡＮＤ5とインバータＩnv8とから生成されるハイレベル“１”のシャットダウン制御出力信号ＶSHDWに応答して、電源供給回路３は半導体集積回路１の中央処理ユニット１１への内部動作電源電圧Ｖccの供給を停止するものである。尚、電源電圧投入検出回路のダイオードＤ105は、電源電圧再投入の前の電源遮断状態に容量Ｃ3の端子電圧を高速放電することで、電源電圧再投入時にフリップフロップＦＦを確実にリセットして、電源供給回路３による内部動作電源電圧Ｖccの供給の再開を確かなものとしている。
【０１２１】
《他の温度検出回路》
図５は、図１または図３の半導体集積回路１の温度検出回路１０として使用することが可能な他の構成の温度検出回路を示す図である。
【０１２２】
図５に示す温度検出回路１０はバンドギャップ発生部と増幅・帰還部とによって構成され、バンドギャップ発生部はＰＮＰ型の第１と第２のトランジスタＱ1、Ｑ2と第１、第２、第３の抵抗Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3とを含み、増幅・帰還部はＣＭＯＳ差動増幅回路ＡmpとＰチャンネルＭＯＳトランジスタＱp2とを含んでいる。バンドギャップ発生部では、第１と第２のトランジスタＱ1、Ｑ2のベースとコレクタとは接地電圧ＧＮＤに接続されている。第１トランジスタＱ1のエミッタは第１の抵抗Ｒ1を介してＰチャンネルＭＯＳトランジスタＱp2のドレインに接続され、第２トランジスタＱ2のエミッタは第３の抵抗Ｒ3と第２の抵抗Ｒ2とを介してＰチャンネルＭＯＳトランジスタＱp2のドレインに接続されている。第１トランジスタＱ1のエミッタと第２トランジスタＱ2のエミッタとはＣＭＯＳ差動増幅回路Ａmpの非反転入力端子＋と反転入力端子−とにそれぞれ接続され、ＣＭＯＳ差動増幅回路Ａmpの出力端子はＰチャンネルＭＯＳトランジスタＱp2のゲートに接続されている。ＰチャンネルＭＯＳトランジスタＱp2のソースには外部電源電圧Ｖddが供給され、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタＱp2のドレインと第１と第２の抵抗Ｒ1、Ｒ2の接続点からバンドギャップ基準電圧ＶREFが生成され、第２と第３の抵抗Ｒ2、Ｒ3の接続点から温度検出信号ＶTSENが生成される。
【０１２３】
第１トランジスタＱ1の素子サイズに対して第２トランジスタＱ2の素子サイズはｍ倍に設定されているので、第１トランジスタＱ1のエミッタ電流密度は第２トランジスタＱ2のエミッタ電流密度のｍ倍に設定されている。第１と第２の抵抗Ｒ1、Ｒ2は等しい抵抗Ｒに設定され、ＣＭＯＳ差動増幅回路ＡmpとＰチャンネルＭＯＳトランジスタＱp2とによる第１と第２の抵抗Ｒ1、Ｒ2への負帰還によって、第１と第２のトランジスタＱ1、Ｑ2のエミッタ電流Ｉe1、Ｉe2は互いに等しい値に制御される。
【０１２４】
エミッタ電流密度の差により第１トランジスタＱ1のベース・エミッタ電圧ＶbeＱ1と第２トランジスタＱ2のベース・エミッタ電圧ＶbeＱ2との差電圧ΔＶbeから、第２トランジスタＱ2のエミッタ電流Ｉe2は、次式のように求められる。
【０１２５】
Ｉe2＝ΔＶbe／Ｒ3＝ｋＴ／ｑ・ｌｎ(ｍ)／Ｒ3           …(５)
図５に示す温度検出回路１０では、温度信号ＶTEMPはＰチャンネルＭＯＳトランジスタＱp2のドレインのバンドギャップ基準電圧ＶREFを基準として次式のように求められる。
【０１２６】
ＶTEMP＝ＶREF−ＶTSEN＝ｋＴ／ｑ・Ｒ／Ｒ3・ｌｎ(ｍ)   …(６)
《最も具体的なシステムボード》
図６は、本発明の最も具体的な実施の形態によるカーナビゲーション等の高信頼性が要求されるシステムシステムボードに、システムＬＳＩとしての半導体集積回路１と過温度制御回路２と電源供給回路３とが搭載された様子を示す図である。
【０１２７】
図６での大きな特徴は、半導体集積回路１の半導体チップで、温度検出回路１０は最発熱の機能ブロックである中央処理ユニット１１の直近に配置されていると言う半導体チップレイアウト設計である。従って、温度検出回路１０と中央処理ユニット１１との間は配線領域と寄生デバイスとのみが存在しているだけで、その間には他の能動デバイスや機能ブロックは配置されていない。従って、温度検出回路１０は、最発熱の機能ブロックである中央処理ユニット１１の温度を高精度で検出することができる。
【０１２８】
また、半導体集積回路１の温度検出回路１０には、システムボード上に搭載された外部の過温度制御回路２と電源供給回路３とが接続されている。
【０１２９】
図６でも、半導体集積回路１はカーナビゲーション用途のマイクロコンピュータであって、ＣＰＵバスＣＰＵ＿Ｂｕｓには周辺バスコントローラ１８を介して周辺バスＰ＿Ｂｕｓが接続され、周辺バスＰ＿Ｂｕｓには入出力ポート１６と周辺モジュール１９とが接続されている。ＰＬＬ回路１５から中央処理ユニット１１に動作クロックＣＬＫが供給され、動作クロックＣＬＫの周波数は稼働率コントローラ１４によって可変設定可能とされている。
【０１３０】
またＣＰＵバスＣＰＵ＿Ｂｕｓにはランダムアクセスメモリ２１とフラッシュメモリモジュール２２の高速アクセスポートＨＳＡＰが接続され、中央処理ユニット１１は高速アクセスポートＨＳＡＰを介してフラッシュメモリモジュール２２のデータやプログラムを高速で読み出すことが可能である。更に、周辺バスＰ＿Ｂｕｓにはフラッシュメモリモジュール２２の低速アクセスポートＬＳＡＰが接続され、中央処理ユニット１１からの要求に応答して低速アクセスポートＬＳＡＰを介してフラッシュメモリモジュール２２のデータやプログラムを書き込み動作や消去動作を実行することが可能である。
【０１３１】
また、周辺バスＰ＿Ｂｕｓには、周辺モジュール１９、ＰＣＩコントローラ２３、ＳＤＲＡＭコントローラ２４等が接続される。周辺モジュール１９には、シリアルポートインターフェース、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器が含まれる。尚、ＰＣＩは、Peripheral Component Interconnectの略である。
【０１３２】
ＣＰＵバスＣＰＵ＿Ｂｕｓとして、高速パケットデータを転送可能なハイウェイバスと呼ばれるバスアーキテクチャーを採用することができる。中央処理ユニット１１には、単一のＣＰＵコアだけでなくデュアルＣＰＵコアを始めとするマルチＣＰＵコアが含まれることができる。また、この中央処理ユニット１１には、浮動小数点演算ユニット(ＦＰＵ)、ディジタルシグナルプロセッサ(ＤＳＰ)、２次元／３次元画像処理プロセッサ、暗号処理プロセッサ等のアクセラレータ機能モジュールが含まれることができる。
【０１３３】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
【０１３４】
例えば、過温度制御回路２の差動増幅器ＤＡ100と電圧比較器ＣＰ100とは、それぞれ小規模集積回路によって構成される以外に、システムＬＳＩとしての半導体集積回路１のチップの内部回路で形成されることも可能である。更に、過温度制御回路２のエミッタフォロワトランジスタＱ100、抵抗Ｒ100〜Ｒ104、容量Ｃ1、Ｃ2も、システムＬＳＩとしての半導体集積回路１のチップの内部に形成されることもできる。
【０１３５】
この場合には、システムＬＳＩとしての半導体集積回路１のチップ内部に形成された過温度制御回路２の第１入力端子Ｐ1と第２入力端子Ｐ2とは、半導体集積回路１の外部信号端子となる。システムＬＳＩとしての半導体集積回路１のチップ内部に形成された温度検出回路１０で生成される参照信号ＶREFと温度検出信号ＶTSENとが、半導体集積回路１の外部信号端子から半導体集積回路１の外部に導出される。半導体集積回路１の外部に導出された参照信号ＶREFと温度検出信号ＶTSENは、半導体集積回路１の外部温度制御回路もしくは外部温度監視回路に供給され、外部の温度制御もしくは外部の温度監視に利用される。その後に、半導体集積回路１の外部に導出された参照信号ＶREFと温度検出信号ＶTSENとは、半導体集積回路１の外部信号端子である第１入力端子Ｐ1と第２入力端子Ｐ2とを介してチップ内部に形成された過温度制御回路２に供給される。
【０１３６】
上記のような実施の形態でも、半導体集積回路１のチップ内部に形成された過温度制御回路２では、温度検出信号ＶTSENに混入した雑音と参照信号ＶREFに混入した雑音とは電圧比較器ＣＰ100の差動増幅動作でのコモンモード除去機能によりキャンセルされることができる。更に半導体集積回路１の外部に導出された参照信号ＶREFと温度検出信号ＶTSENとが、コモンモード除去機能を持つ差動増幅回路の回路形式を有する外部温度制御回路もしくは外部温度監視回路に供給されることにより、システムの雑音の影響の少ない外部温度制御もしくは外部温度監視が可能となるものである。この外部温度制御回路の例としては、例えば冷却ファンの回転数の制御も可能である。更に外部温度監視の例としては、外部温度監視アナログ信号をＡ／Ｄ変換器によって外部温度監視ディジタル信号に変換して、この外部温度監視ディジタル信号を自動車の運転席前の表示パネルの表示装置に供給することも可能である。
【０１３７】
また、稼働率コントローラ１４による中央処理ユニット１１の稼働率の可変設定としては、動作クロックＣＬＫの周波数の可変設定だけでなく、電源供給回路３から中央処理ユニット１１へ供給される内部動作電源電圧Ｖccの可変設定を行うことも可能である。また、稼働率コントローラ１４が基板バイアス制御回路を制御して、中央処理ユニット１１のＣＭＯＳ論理回路のＰチャンネルとＮチャンネルとのＭＯＳトランジスタのＮウェルとＰウェルとの基板バイアス電圧を可変設定することで、ＣＭＯＳ論理回路の動作速度を可変設定することも可能である。
【０１３８】
また、電源供給回路３は、システムＬＳＩとしての半導体集積回路１のチップの内部に形成されることもできる。すなわち、チップ内部に電源電圧の供給を直接制御する回路を、集積化することもできる。この時には、シャットダウン制御出力信号ＶSHDWの入力に応答してチップ内部から中央処理ユニット１１への内部動作電源の供給を制御も可能である。さらに、チップ内部の電源供給回路は、シャットダウン制御出力信号ＶSHDWに応答する中央処理ユニットへの内部動作電源電圧Ｖccの供給および供給の停止を行う一方、半導体集積回路１のチップ内部に搭載されるランダムアクセスメモリ，フラッシュメモリモジュール，周辺モジュール、ＰＣＩコントローラ、ＳＤＲＡＭコントローラの少なくとも一つの内部動作電源電圧Ｖccの供給およびその供給の停止を制御することが可能である。
【０１３９】
また本発明はカーナビゲーションシステムに限定されるものではなく、システムボードでのＥＭＩノイズに強い種々の電子システムとして広い応用分野と用途とで使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】図１は、本発明の１つの実施の形態によるシステムＬＳＩとしての半導体集積回路と過温度制御回路と電源供給回路とがシステムボードに搭載された様子を示す図である。
【図２】図２は、図１に示した半導体集積回路の温度検出回路から生成されるバンドギャップ基準電圧と温度検出信号の温度依存性を示す図である。
【図３】図３は、本発明のより具体的な実施の形態によるカーナビゲーション用途等の高信頼性が要求されるシステムボードに、システムＬＳＩとしての半導体集積回路と過温度制御回路と電源供給回路とが搭載された様子を示す図である
【図４】図４は、半導体集積回路の温度検出回路で生成される温度検出信号と参照信号が供給される改良された過温度制御回路を示す図である。
【図５】図５は、図１または図３の半導体集積回路の温度検出回路として使用することが可能な他の構成の温度検出回路を示す図である。
【図６】図６は、本発明の最も具体的な実施の形態によるカーナビゲーション等の高信頼性が要求されるシステムシステムボードに、システムＬＳＩとしての半導体集積回路と過温度制御回路と電源供給回路とが搭載された様子を示す図である。
【符号の説明】
【０１４１】
１  半導体集積回路
２  過温度検出回路
３  電源供給回路
１１  中央処理ユニット
Ｖdd  外部電源電圧
Ｖcc  内部電源電圧
ＧＮＤ  接地電圧
ＶREF  参照信号
ＶTSEN  温度検出信号
Ｔ1〜Ｔ5  半導体集積回路の外部端子
Ｐ1、Ｐ2  過温度検出回路の端子
【図１】
0005255908.tif 000002
【図２】
0005255908.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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