(57)【要約】【課題】温度センサの特性更新により経時変化による特性変動を補償する。【解決手段】本発明の例に関わる温度制御システムは、チップ１１内に配置される第１及び第２温度センサ１４，１５と、トリミング値に基づいて第１温度センサ１４の特性を決定するトリミング制御回路１３と、第１温度センサ１４の初期状態の特性に関するトリミング情報を記憶する不揮発性メモリ１２と、予め決められた時点で第２温度センサ１５により検出されたチップ温度に関する温度情報をトリミング制御回路１３に与えるシステムコントローラ１７とを備え、トリミング制御回路１３は、温度情報とトリミング情報とに基づいて新たなトリミング値を決定し、トリミング値の更新を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップ内に配置される第１及び第２温度センサと、トリミング値に基づいて前記第１温度センサの特性を決定するトリミング制御回路と、前記第１温度センサの初期状態の特性に関するトリミング情報を記憶する不揮発性メモリと、予め決められた時点で前記第２温度センサにより検出されたチップ温度に関する温度情報を前記トリミング制御回路に与えるシステムコントローラとを具備し、前記トリミング制御回路は、前記温度情報と前記トリミング情報とに基づいて新たなトリミング値を決定し、前記トリミング値の更新を行うことを特徴とする温度制御システム。
【請求項２】
チップ内に配置される第１及び第２温度センサと、トリミング値に基づいて前記第１温度センサの特性を決定するトリミング制御回路と、前記第１温度センサの初期状態の特性に関するトリミング情報を記憶する不揮発性メモリと、予め決められた時点で前記第２温度センサにより検出されたチップ温度に関する温度情報と前記トリミング情報とに基づいて新たなトリミング値を決定するシステムコントローラとを具備し、前記トリミング制御回路は、前記新たなトリミング値を受け取り、前記トリミング値の更新を行うことを特徴とする温度制御システム。
【請求項３】
前記第１温度センサは、アラート回路であり、前記第２温度センサは、ＯＴＤであることを特徴とする請求項１又は２に記載の温度制御システム。
【請求項４】
前記予め決められた時点は、パワーオン時、クロックストップ時及びリセット時の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の温度制御システム。
【請求項５】
第１温度センサの特性を決定するトリミング値に関し、予め決められた時点で定期的に第２温度センサによりチップ温度を検出し、前記チップ温度に関する温度情報と初期状態における第１温度センサの特性に関するトリミング情報とに基づいて前記第１温度センサの特性変動を推定し、前記トリミング値の更新を行うことを特徴とする温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オンチップ温度センサ（チップ内に組み込まれた温度センサ）を有する半導体集積回路の温度制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高性能化された半導体集積回路では、演算の並列化や、演算速度の高速化などが進行し、それに伴うチップ温度の上昇が問題となっている。
【０００３】
チップ温度がある限度以上になると、トランジスタの破壊や、発火などの現象が発生するため、これを防止する技術が必要になる。
【０００４】
その技術の一つに、チップ内に温度センサを組み込み、チップ温度が所定値を超えたときに、冷却ファンを駆動させ、演算速度を低速化させ、さらには、演算を停止させるマネージメント手法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この手法では、出荷前に、冷却ファンを起動させる所定温度などを調整するキャリブレーションが実施される。キャリブレーションでは、所定温度でアラート出力がでるようにトリミング値を決定し、この値をフューズボックスに格納する。
【０００６】
ここで、所定温度というチップ環境は、例えば、温度管理されたプレート・オーブン・熱浴により作り出すが、所定温度で正確にアラート出力を得るためには、チップ内のリーク電流による自己発熱を考慮しなければならない（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
しかし、それでも、出荷前のキャリブレーションで決まったトリミング値を一貫して使用すると、出荷後の温度センサ、比較器などの特性の経時変化に起因して所定温度以外の温度でアラート出力がでてしまう、という問題が生じる。
【特許文献１】特開平１０−４１４６６号公報
【特許文献２】特開２００３−１４９０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の例では、出荷後のキャリブレーションの再実行により経時変化による特性変動を補償するマネージメント手法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の例に関わる温度制御システムは、チップ内に形成される第１及び第２温度センサと、トリミング値に基づいて前記第１温度センサの特性を決定するトリミング制御回路と、前記第１温度センサの初期状態の特性に関するトリミング情報を記憶する不揮発性メモリと、予め決められた時点で前記第２温度センサにより検出されたチップ温度に関する温度情報を前記トリミング制御回路に与えるシステムコントローラとを備え、前記トリミング制御回路は、前記温度情報と前記トリミング情報とに基づいて新たなトリミング値を決定し、前記トリミング値の更新を行う。
【００１０】
本発明の例に関わる温度制御システムは、チップ内に形成される第１及び第２温度センサと、トリミング値に基づいて前記第１温度センサの特性を決定するトリミング制御回路と、前記第１温度センサの初期状態の特性に関するトリミング情報を記憶する不揮発性メモリと、予め決められた時点で前記第２温度センサにより検出されたチップ温度に関する温度情報と前記トリミング情報とに基づいて新たなトリミング値を決定するシステムコントローラとを備え、前記トリミング制御回路は、前記新たなトリミング値を受け取り、前記トリミング値の更新を行う。
【００１１】
本発明の例に関わる温度制御方法は、第１温度センサの特性を決定するトリミング値に関し、予め決められた時点で定期的に第２温度センサによりチップ温度を検出し、前記チップ温度に関する温度情報と初期状態における第１温度センサの特性に関するトリミング情報とに基づいて前記第１温度センサの特性変動を推定し、前記トリミング値の更新を行う。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の例によれば、出荷後にキャリブレーションを再実行するというマネージメント手法により経時変化による特性変動を補償できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明の例を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００１４】
１．  概要  
本発明の例に関わる温度制御システムは、チップの出荷前だけでなく、出荷後においても、定期的にキャリブレーション(calibration)を行う点に特徴を有する。
【００１５】
しかし、出荷後のキャリブレーションは、出荷前のように、所定温度を作り出してその所定温度でアラート出力がでるようにトリミング値を調整する、という手法を採用できない。
【００１６】
そこで、本発明の例では、出荷後においても常に所定温度でアラート出力がでるように、出荷後の経時変化による特性変動を考慮した新たなトリミング値を推測するための関係式を作成する。
【００１７】
この関係式に基づいてトリミング値の更新を定期的に行う。
【００１８】
具体的には、  
(1) 出荷前に２つの温度条件でキャリブレーションを実施して関係式を求める。  
トリミング値を推測するための関係式は、  
(トリミング値)＝a × (チップ温度)＋b  ・・・式(A)  
となり、出荷前の値 a=a0, b=b0 を求め、これを、例えば、フューズボックスなどの不揮発性メモリに予め格納しておく。
【００１９】
尚、この段階では、関係式を求めることが目的であるため、トリミング情報は、係数a0, b0 そのものである必要はない。係数a0, b0 を求めるための情報を記憶しておき、この情報に基づいて、チップ（又はシステム）により係数a0, b0 を求めさせるようにしてもよい。
【００２０】
(2) 出荷後にキャリブレーションとＯＴＤ(on-chip thermal diode)による温度測定を行う。  
式(A)の関係式の係数a, b のうち、経時変化するのは係数bである。
【００２１】
そこで、キャリブレーション結果（トリミング値）とＯＴＤ測定によりチップ温度（アラート温度）とから、現段階における係数b1の値を算出する。  
b1 = (トリミング値) - {a0 × (チップ温度)}  ・・・式(B)  
但し、チップ温度は、キャリブレーション時のチップ温度である。
【００２２】
そして、  
b1 が b0に等しくないときは、  
(トリミング値(更新値)) = a0 × (チップ温度) + b1  ・・・式(C)  
に基づき、トリミング値の更新を行う。  
但し、ここでのチップ温度は、アラート信号を出力すべき所定温度である。
【００２３】
b1 が b0に等しいときは、トリミング値の更新は不要となる。  
この場合、更新値が前のトリミング値と同じになるため、結果として、式(C)の計算は不要である。
【００２４】
(3) 以後、同様にして、キャリブレーションとＯＴＤによる温度測定を行う。  
現段階における係数b2は、  
b2 = (トリミング値) - {a0 × (チップ温度)}  ・・・式(D)  
但し、チップ温度は、キャリブレーション時のチップ温度である。  
となる。
【００２５】
b2 が b1に等しくないときは、  
(トリミング値(更新値)) = a0 × (チップ温度) + b2  ・・・式(E)  
に基づき、トリミング値の更新を行う。  
但し、ここでのチップ温度は、アラート信号を出力すべき所定温度である。
【００２６】
b2 が b1に等しいときは、トリミング値の更新は不要となる。
【００２７】
尚、このような手法において、現段階のトリミング値は、その都度、キャリブレーションにより求めてもよいし、前のキャリブレーションにより求めたトリミング値を不揮発性メモリに記憶しておいてもよい。
【００２８】
係数bの値(b = b0, b1, b2,・・・)については、上述のように互いに比較する場合には、前の係数bの値を不揮発性メモリに記憶しておく必要があるが、例えば、これに代えて、比較を行わずに、毎回、式(C)又は式(E)の計算を行うようにすれば、係数bを記憶しておく必要はない。
【００２９】
出荷後のキャリブレーションは、例えば、パワーオン時、クロックストップ時、リセット時などのチップ内の発熱量が均一となる時点に行うのがよい。
【００３０】
このような構成によれば、チップの出荷後に温度センサの特性変動が生じても、温度センサのトリミング値を更新することにより常に正確なチップ温度を検出できる。このため、温度の検出誤差を考慮したマージンを減らすことができ、冷却コストの低減などを図れる。
【００３１】
２．  実施の形態  
次に、最良と思われるいくつかの実施の形態について説明する。
【００３２】
(1)   第１実施の形態  
図１は、第１実施の形態に関わる温度制御システムを示している。  
チップ（半導体集積回路）１１は、例えば、マイコン、ＧＰＵ(graphics processing unit)、ＣＰＵ(central processing unit)を含むプロセッサ、独立に動作可能な複数の演算ユニットを有する高速演算装置などである。チップ１１の種類については、特に限定されない。
【００３３】
チップ１１内には、フューズボックス１２、トリミング制御回路１３、アラート回路１４及びＯＴＤ１５が配置される。
【００３４】
フューズボックス１２は、出荷前におけるアラート回路１４のトリミング情報（キャリブレーションに必要とされるデータ）を格納する。
【００３５】
ＯＴＤ１５は、例えば、パワーオン時、クロックストップ時、リセット時などのチップ内の発熱量が均一となる時点において、チップ温度を検出する。即ち、ＯＴＤ１５は、チップ温度に関する検出信号を出力し、温度検出部１６は、ＯＴＤ１５からの検出信号に基づいてチップ温度を求め、これを温度情報としてシステムコントローラ１７に与える。
【００３６】
システムコントローラ１７は、温度検出部１６からの温度情報を制御信号としてトリミング制御回路１３に与える。
【００３７】
トリミング制御回路１３は、その時点の温度におけるキャリブレーション結果（トリミング値）、さらに、制御信号（温度情報）とフューズボックス１２からの出荷前におけるアラート回路１４のトリミング情報とに基づいて、アラート回路１４の特性変動を推定し、この特性変動を踏まえてアラート回路１４の新たなトリミング値（更新値）を決定し、トリミング値の更新を行う。
【００３８】
トリミング値（更新値）は、アラート回路１４に入力されると共に、システムコントローラ１７に入力される。
【００３９】
ここで、本例では、温度検出部１６をチップ１１外に配置しているが、チップ１１内に配置してもよい。また、システムコントローラ１７と同様の機能をチップ１１内に設けて、システムコントローラ１７を省略してもよい。
【００４０】
ＯＴＤ１５の数は、１個に限られず、複数個であってもよい。
【００４１】
このような構成によれば、チップの出荷後においても、定期的にアラート回路１４のキャリブレーションを行えるため、出荷後に温度センサの特性変動が生じても、温度センサのトリミング値を更新することにより常に正確なチップ温度を検出できる。
【００４２】
(2)   第２実施の形態  
図２は、第２実施の形態に関わる温度制御システムを示している。  
チップ（半導体集積回路）１１の種類については、第１実施の形態と同様に、特に限定されることはない。
【００４３】
チップ１１内には、フューズボックス１２、トリミング制御回路１３、アラート回路１４及びＯＴＤ１５が配置される。
【００４４】
フューズボックス１２は、出荷前におけるアラート回路１４のトリミング情報（キャリブレーションに必要とされるデータ）を格納する。
【００４５】
ＯＴＤ１５は、例えば、パワーオン時、クロックストップ時、リセット時などのチップ内の発熱量が均一となる時点において、チップ温度を検出する。即ち、ＯＴＤ１５は、チップ温度に関する検出信号を出力し、温度検出部１６は、ＯＴＤ１５からの検出信号に基づいてチップ温度を求め、これを温度情報としてシステムコントローラ１７に与える。
【００４６】
システムコントローラ１７は、その時点の温度におけるキャリブレーション結果（トリミング値）、さらに、温度検出部１６からの温度情報及びフューズボックス１２からの出荷前におけるアラート回路１４のトリミング情報に基づいて、アラート回路１４の特性変動を推定し、この特性変動を踏まえてアラート回路１４の新たなトリミング値（更新値）を決定する。
【００４７】
トリミング制御回路１３は、システムコントローラ１７からこの新たなトリミング値（更新値）を受け取り、アラート回路１４に対して実際にトリミング値の更新を行う。
【００４８】
トリミング値（更新値）は、アラート回路１４に入力されると共に、システムコントローラ１７に入力される。
【００４９】
ここで、温度検出部１６に関しては、第１実施の形態と同様に、チップ１１外に配置しているが、チップ１１内に配置してもよい。また、システムコントローラ１７と同様の機能をチップ１１内に設けて、システムコントローラ１７を省略してもよい。
【００５０】
ＯＴＤ１５の数は、１個に限られず、複数個であってもよい。
【００５１】
このような構成においても、チップの出荷後に定期的にアラート回路１４のキャリブレーションを行えるため、出荷後に温度センサの特性変動が生じても、温度センサのトリミング値を更新することにより常に正確なチップ温度を検出できる。
【００５２】
(3)   温度センサ  
温度センサの例について説明する。
【００５３】
図３は、温度センサとしてのアラート回路の例を示している。  
可変電流源１８は、電流Ｉ×ｎを生成し、これを抵抗（例えば、ポリシリコン抵抗、拡散抵抗など）Ｒに供給する。可変電流源１８と抵抗Ｒとにより参照電圧Ｖｒｅｆが生成される。アラート回路のトリミングは、例えば、トリミング値に基づいて、電流Ｉ×ｎの値を変えることにより行う。
【００５４】
可変電流源１８は、例えば、並列接続されるｎ個のＭＯＳトランジスタから構成される。この場合、ｎ個のＭＯＳトランジスタのオン／オフを制御することにより参照電圧Ｖｒｅｆの値をトリミングする。
【００５５】
定電流源１９は、電流Ｉを生成し、これをダイオードＤに供給する。ダイオードＤは、チップ温度に依存する閾値(Ｖｆ)特性を有するため、チップ温度により電圧降下量が変化する。このため、チップ温度に応じた出力電圧Ｖｆが生成される。
【００５６】
電圧比較回路３０は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＱ１，Ｑ２、定電流源１９，２０，２１、差動増幅器２２及びバッファ２３から構成される。参照電圧Ｖｒｅｆは、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＱ１のゲートに入力され、出力電圧Ｖｆは、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＱ２のゲートに入力される。
【００５７】
尚、この電圧比較回路３０は、一例であり、これ以外の構成を持つ電圧比較回路を使用することもできる。
【００５８】
チップ温度がアラートポイントよりも低い状態では、Ｖｒｅｆ＜Ｖｆの関係となるため、アラート回路の出力信号Alertとしては“Ｌ”となる。また、チップ温度がアラートポイントよりも高い状態では、Ｖｒｅｆ＞Ｖｆの関係となるため、アラート回路の出力信号Alertとしては“Ｈ”となる。
【００５９】
このようなアラート回路によれば、温度依存性を有するダイオードＤの出力電圧Ｖｆと温度依存性を有しない参照電圧Ｖｒｅｆとを比較することにより、チップ温度がアラートポイントを超えたか否かを検出できる。
【００６０】
ここで、図４に示すように、ＯＴＤを用いた温度センサの場合には、二つの電流値Ｉ１，Ｉ２における電圧差ΔＶｅｂを使用してチップ温度を検出するために、温度センサの特性変動、即ち、初期状態(initial)での特性と一定時間が経過した後の状態(after stress)での温度センサの特性変動が少ない。
【００６１】
このようなことから、本発明の例に関わるトリミング値の更新に際して必要されるチップ温度の検出にＯＴＤを用いる。
【００６２】
これに対し、図５に示すように、アラート回路を用いた温度センサの場合には、一つの電流値Ｉｃｓに対する電圧値（絶対値）を使用してチップ温度を検出するために、温度センサの特性変動、即ち、初期状態(initial)での特性と一定時間が経過した後の状態(after stress)での温度センサの特性変動が大きい。
【００６３】
アラート回路の特性変動は以下の原因に因る。
【００６４】
変動１は、抵抗Ｒの抵抗値の経時変化に伴う特性変動である。抵抗Ｒの抵抗値が変化すると、参照電圧Ｖｒｅｆが変化する。
【００６５】
変動２は、ダイオードＤの特性の経時変化に伴う特性変動である。ダイオードＤの特性が変化すると、ダイオードＤにおけるチップ温度と出力電圧Ｖｆとの関係が変化する。
【００６６】
変動３は、参照電圧Ｖｒｅｆが定常的にＮチャネルＭＯＳトランジスタＱ１のゲートに印加されることによる特性変動である。変動４は、出力電圧ＶｆがＮチャネルＭＯＳトランジスタＱ１のゲートに印加されることによる特性変動である。また、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＱ１，Ｑ２の差動対にアンバランスな付加（ストレス）が印加されることにより差動対のオフセット電圧が変動する。
【００６７】
本発明の例によれば、チップの出荷後にこのような温度センサの特性変動が生じても、温度センサのトリミング値を更新することにより常に正確なチップ温度を検出できる。
【００６８】
このように、温度センサとしてアラート回路のような出荷後における特性の経時変化が大きいものを用いる場合においても、これとＯＴＤのような出荷後における特性の経時変化が小さい温度センサとを組み合わせて使用し、後者により前者を補償するようにすれば、より正確なチップ温度を検出できる。
【００６９】
尚、出荷後における特性の経時変化が大きい温度センサとしては、アラート回路に限定されることはなく、同様に、出荷後における特性の経時変化が小さい温度センサとしても、ＯＴＤに限定されることはない。
【００７０】
(4)   温度制御方法  
図１又は図２の温度制御システムを用いた温度制御方法について説明する。
【００７１】
a.  出荷前の準備作業  
図６は、チップの出荷前における準備作業を示している。
【００７２】
まず、メーカ側においてチップの設計・製造を行う（ステップＳＴ１）。
【００７３】
また、２つの温度条件（ポイントＡ，Ｂ）でキャリブレーションを実施し、温度センサの特性を確認し、これをトリミング情報としてフューズボックスなどの不揮発性メモリに格納する（ステップＳＴ２〜ＳＴ３）。
【００７４】
例えば、図８の記号１に示すように、温度センサのトリミング値（例えば、８ビット）が“０００００１００”と決定された場合に、これを不揮発性メモリに格納する。また、式(A)の係数 a0, b0を不揮発性メモリに格納する。但し、トリミング値及び係数b0については、出荷後のキャリブレーションによっては、不揮発性メモリへの記憶を省略できる。
【００７５】
この後、チップの出荷が行われる（ステップＳＴ４）。
【００７６】
b.  出荷後の温度制御手法  
図７は、出荷後の温度制御手法を示している。
【００７７】
まず、予め決められた時点、例えば、パワーオン時、クロックストップ時、リセット時などのチップ内の発熱量が均一となる時点で、ＯＴＤによるチップ温度の検出が行われる（ステップＳＴ１）。
【００７８】
この予め決められた時点とは、出荷前の準備作業でトリミング情報を得るときの予め決められた時点と同じである。
【００７９】
このようなチップ内の発熱量が均一となる時点としたのは、ＯＴＤが配置される部分のチップ温度とアラート回路が配置される部分のチップ温度との温度差ができるだけ小さいことが望ましいためである。
【００８０】
この後、アラート回路のキャリブレーション結果（トリミング値）、さらに、温度情報及び出荷前におけるアラート回路のトリミング情報に基づいて、アラート回路の特性変動を推定し、アラート回路の新たなトリミング値を決定し、トリミング値の更新を行う（ステップＳＴ２〜ＳＴ３）。
【００８１】
例えば、図８の矢印２に示すように、温度センサの特性変動が生じているにもかかわらず、トリミング値が初期状態“０００００１００”のままであると、アラートポイントは、本来の値よりも低いＣ点となる。
【００８２】
そこで、図８の矢印３に示すように、経時変化による特性変動が生じても、アラートポイントが変化しないように、新たなトリミング値“００００００１０”を設定し、トリミング値の更新を行う。
【００８３】
尚、以上の温度制御手法は一例であり、トリミング値の更新の仕方又はトリミング値を更新するに当たり必要とされるデータについては特に限定されない。
【００８４】
３．  その他  
本発明の例によれば、温度センサの特性の経時変化が生じても常に正確なチップ温度を検出できる。
【００８５】
尚、フューズボックスとしては、レーザカットタイプフューズや、電気的フューズ(E-fuse)を用いることができる。
【００８６】
また、トリミング情報を格納する不揮発性メモリとしては、フューズボックスに限られず、フラッシュメモリなどの半導体メモリを用いることもできる。
【００８７】
本発明の例は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、各構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を構成できる。例えば、上述の実施の形態に開示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施の形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】第１実施の形態に関わる温度制御システムを示す図。
【図２】第２実施の形態に関わる温度制御システムを示す図。
【図３】アラート回路の例を示す回路図。
【図４】ＯＴＤの特性変動について示す図。
【図５】アラート回路の特性変動について示す図。
【図６】出荷前の準備作業について示す流れ図。
【図７】出荷後の温度制御手法について示す流れ図。
【図８】トリミング値の更新について示す図。
【符号の説明】
【００８９】
１１：  チップ（半導体集積回路）、  １２：  フューズボックス、  １３：  トリミング制御回路、  １４：  アラート回路、  １５：  ＯＴＤ、  １６：  温度検出部、  １７：  システムコントローラ、  １８：  可変電流源、  １９，２０，２１：  定電流源、  ２２：  差動増幅器、  ２３：  バッファ、  ３０：  電圧比較回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2007281139.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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