(57)【要約】【課題】温度検出回路を半導体集積回路内の最適な位置に配置することで、温度情報を精度よく取得することができる半導体集積回路を実現する。【解決手段】温度検出回路を含む複数の回路部が配置された半導体集積回路において、前記温度検出回路を、前記半導体集積回路において熱が逃げやすい外周領域に隣接した位置であって、前記半導体集積回路の内部においてより低い温度が検出されるような位置に配置した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度検出回路を含む複数の回路部が配置された半導体集積回路において、
前記温度検出回路を、前記半導体集積回路において熱が逃げやすい外周領域に隣接した位置であって、前記半導体集積回路の内部においてより低い温度が検出されるような位置に配置したことを特徴とする半導体集積回路。
【請求項２】
前記温度検出回路は、前記半導体集積回路の前記外周領域に隣接した位置であって、前記複数の回路部のうち、他の回路部と比較して発熱しやすい回路部から離間した位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路。
【請求項３】
前記発熱しやすい回路部は、前記他の回路部と比較して高い周波数で動作する回路部であることを特徴とする請求項２に記載の半導体集積回路。
【請求項４】
前記外周領域には、入出力端子が配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の半導体集積回路。
【請求項５】
前記外周領域と前記温度検出回路との間に隣接領域を設け、前記隣接領域には、論理演算を行う回路部を除く所定の回路部が配置されることを特徴とする請求項１に記載の半導体集積回路。
【請求項６】
前記所定の回路は、ダミーセル、スペーサ、電源配線、ＧＮＤ領域および電圧変換セルの少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体集積回路。
【請求項７】
前記高い周波数で動作する回路部は、差動信号を用いてデータの送受信を行う通信部を含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体集積回路。
【請求項８】
前記温度検出回路は、前記半導体集積回路が所定の周波数以上で動作する場合に、前記所定の周波数よりも低い周波数で動作する回路部、または、電源を遮断して動作していない回路部に隣接して配置されることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の半導体集積回路。
【請求項９】
前記複数の回路部は、前記温度検出回路により得られた前記半導体集積回路の内部の温度情報に基づき、温度が高いほど前記回路部の動作電圧を下げるように制御する制御部を含むことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の半導体集積回路。
【請求項１０】
前記半導体集積回路は、前記複数の回路部が１つのチップに統合されて構成されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の半導体集積回路。
【請求項１１】
温度検出回路を含む複数の回路部を有する半導体集積回路と、
前記半導体集積回路に電力を供給する電源制御部と、を備え、
前記半導体集積回路において、前記温度検出回路を、前記半導体集積回路において熱が逃げやすい外周領域に隣接した位置であって、前記半導体集積回路の内部においてより低い温度が検出されるような位置に配置し、前記複数の回路部は、前記温度検出回路により得られた前記半導体集積回路の内部の温度情報に基づき、温度が高いほど前記回路部の動作電圧を下げるように前記電源制御部を制御する制御部を含むことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路における温度センサの配置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の多機能・高性能を実現するために、電子機器に搭載される半導体集積回路チップ（以下、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）チップ）は、高速化、大規模化が進んでいる。また、従来においては、複数のＬＳＩチップで提供されていた機能をシステムＬＳＩやＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ  ｏｎ  Ｃｈｉｐ）として１つのチップに統合することで低コスト化や低消費電力化が図られている。このように１チップ化されたＬＳＩチップにおいては低消費電力化が重要な課題となっている。ところで、ＬＳＩチップは温度変化に応じて動作速度（遅延）が変化する特性を有しており、この特性を利用することでＬＳＩチップの動作電圧を下げ、消費電力を削減することができる。特許文献１には、温度センサにより得られた温度情報に基づき、機能回路の動作電圧を制御する温度ＡＶＳ（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｃａｌｌｉｎｇ）という技術が開示されている。この温度ＡＶＳは、ＬＳＩチップの温度上昇により内部の回路素子の遅延変化によって得られた速度マージン分の電圧を下げることで消費電力の削減を図る技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１２−５３２３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記温度ＡＶＳを実施する際に、温度センサにより得られる温度情報に誤差があるとＬＳＩチップが正常に動作しなくなる可能性がある。ＬＳＩチップの内部は、回路の動作状態や放熱性が一様ではないため、温度分布に偏りが発生する。このため、温度センサにより得られる温度情報は、必ずしもＬＳＩチップ内部において最も低い温度ではなく、実際よりも高い温度が検出されてしまう可能性がある。
【０００５】
また、温度センサにより得られる温度情報にマージンを設けて温度ＡＶＳを実施する方法も考えられる。しかしながら、例えば５℃ごとに１０ｍＶの電圧を下げるような細かい制御を行う場合には、マージンを設けることで制御する機会が失われ、効果が低減してしまう可能性がある。また、ＬＳＩチップ内部に複数の温度センサを配置することで精度を上げる方法も考えられるが、ＬＳＩチップの面積増大やコスト上昇につながるため実現は難しい。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、温度検出回路を半導体集積回路内の最適な位置に配置することで、温度情報を精度よく取得することができる半導体集積回路を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明の半導体集積回路は、温度検出回路を含む複数の回路部が配置された半導体集積回路において、前記温度検出回路を、前記半導体集積回路において熱が逃げやすい外周領域に隣接した位置であって、前記半導体集積回路の内部においてより低い温度が検出されるような位置に配置した。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、温度検出回路を半導体集積回路内の最適に配置することで精度の高い温度情報を取得でき、正確な温度情報に基づき動作電圧を制御できるので低消費電力化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態１の半導体集積回路の主要な構成を例示するブロック図。
【図２】実施形態１の半導体集積回路の各回路部のレイアウトを例示する図。
【図３】実施形態２の半導体集積回路の主要な構成を例示するブロック図。
【図４】実施形態２の半導体集積回路の各回路部のレイアウトを例示する図。
【図５】本実施形態の半導体集積回路の温度と動作電圧の関係を例示する図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、本発明を実現するための一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものであり、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。また、後述する各実施形態の一部を適宜組み合わせて構成しても良い。
【００１１】
［実施形態１］
まず、図１を参照して、本実施形態において温度ＡＶＳを適応し、効率的に実施するための半導体集積回路の構成について説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態の半導体集積回路１００を含む撮像装置の要部の構成を示す図である。図１において、本実施形態の半導体集積回路１００は、複数の機能が１チップに統合されたシステムＬＳＩチップとして構成されており、撮像装置の回路基板に実装される。半導体集積回路１００は、制御部１０１、入出力端子１０２、カメラ信号処理部１０３、符号化部１０４、メモリ制御部１０５、メモリインターフェース１０６、表示制御部１０７、復号部１０８、外部通信部１０９、外部通信インターフェース１１０、温度センサ１１１などの機能ごとの回路ブロック（以下、回路部）を有する。
【００１３】
制御部１０１は、ＭＰＵやＣＰＵなどのマイクロプロセッサ、ＲＯＭなどの不揮発性メモリ、ＲＡＭなどの揮発性メモリを有する。マイクロプロセッサは、１チップ化されたマイクロコンピュータの形態で実現可能であり、撮像装置で撮像され記録される画像データの生成、各種コマンドの解析、各種設定、レンズの駆動や表示制御などの装置全体の動作を統括して制御する。
【００１４】
入出力端子１０２は、半導体集積回路１００の各回路部にそれぞれ割り当てられ、各回路部に対する信号の入出力を行う端子である。また、入出力端子１０２は、第１のモードでは制御部１０１が使用していた入出力端子を、第２のモードでは表示制御部１０７が使用するといったように、半導体集積回路１００の動作モードごとに、使用する対象や用途を変更することができる。
【００１５】
カメラ信号処理部１０３は、撮像装置に搭載された不図示の光学系およびイメージセンサにより撮像された画像信号を入出力端子１０２を介して入力し、マトリクス処理を行うことで輝度信号と色差信号を生成する。また、カメラ信号処理部１０３は、輝度信号や色差信号に対してキズ補正やガンマ補正などの画像処理を行った後、後述するメモリ制御部１０５を介してメモリ１１２に出力する。
【００１６】
符号化部１０４は、カメラ信号処理部１０３により生成されメモリ１１２に格納された画像データを後述するメモリ制御部１０５を介して読み出す。そして、符号化部１０４は、メモリ１１２から読み出した画像データに対して、ＭＰＥＧやＨ．２６４、ＪＰＥＧなどの符号化処理を行って符号化データを生成し、後述するメモリ制御部１０５を介してメモリ１１２に出力する。
【００１７】
メモリ制御部１０５は、各回路部からのメモリ１１２へのアクセス要求に対して調停する処理を行い、メモリ制御部１０５がメモリ１１２にアクセスするために専用で使用されるメモリインターフェース１０６を介してデータの入出力を行う。
【００１８】
メモリ制御部１０５およびメモリインターフェース１０６は、各回路部を動作させるために必要不可欠な機能を有するブロックであるため、半導体集積回路１００の各動作モードにおいて、常に高い周波数で動作する。
【００１９】
メモリ１１２は、例えば、クロックの立ち上がりと立ち下がりの両方に同期してデータのバースト転送を行うＤＤＲ（Ｄｏｕｂｌｅ−Ｄａｔａ−Ｒａｔｅ）ＳＤＲＡＭが用いられる。表示制御部１０７は、カメラ信号処理部１０３により生成され、メモリ１１２に格納された画像データを読み出し、所定のフォーマットに変換して入出力端子１０２を介して表示装置１１３に出力する。
【００２０】
表示装置１１３は、表示制御部１０７によって生成された信号に基づく画像を表示する。復号部１０８は、符号化部１０４、或いは、後述する外部通信部１０９によりメモリ１１２に格納された符号化データを読み出して復号処理を行い、メモリ制御部１０５を介してメモリ１１２に出力する。
【００２１】
外部通信部１０９は、符号化部１０４によって生成されメモリ１１２に格納された符号化データを読み出す。そして、外部通信部１０９は、メモリ１１２から読み出した符号化データを、外部通信部１０９が専用で使用する外部通信インターフェース１１０を介して半導体集積回路１００の外部にある不図示の記憶媒体や他の半導体集積回路に出力する。また、外部通信部１０９は、半導体集積回路１００の外部にある不図示の記憶媒体や他の半導体集積回路から外部通信インターフェース１１０を介してデータを入力し、メモリ制御部１０５を介してメモリ１１２に出力する。
【００２２】
外部通信インターフェース１１０は、例えば、差動信号を用いてデータの送受信を行うＰＣＩＥｘｐｒｅｓｓ規格に準拠している。温度センサ１１１は、半導体集積回路１００の内部の温度を検出するサーミスタなどの温度検出回路を含み、制御部１０１からの制御に従って、検出された温度情報を制御部１０１に出力する。
【００２３】
制御部１０１は、温度センサ１１１から取得した温度情報に基づいて、半導体集積回路１００の内部の温度が所定の上限に達しそうな場合に、動作上不要な回路部へのクロック停止や電源遮断などの処理を行う。また、制御部１０１は、温度センサ１１１から取得した温度情報に基づいて半導体集積回路１００の外部に設けられた後述する電源制御部１１４を制御して、温度ＡＶＳを実施する。制御部１０１は、温度センサ１１１から取得した温度情報に基づく制御指令を入出力端子１０２を介して電源制御部１１４に出力し、電源制御部１１４は、制御部１０１からの制御指令に基づいて温度ＡＶＳによる動作電圧の変更処理を行う。電源制御部１１４は、半導体集積回路１００へ供給する電力を制御するための回路であり、半導体集積回路１００に対して、半導体集積回路１００が要求する電圧を供給する。
【００２４】
ここで、図５を用いて、本実施形態の半導体集積回路１００における温度ＡＶＳについて説明する。図５は、半導体集積回路１００をある周波数で動作可能な温度と下限電圧の関係を示している。
【００２５】
本実施形態の半導体集積回路１００の各回路部を構成する半導体素子は、高温になると半導体素子の遅延が少なくなり電気信号が伝わる速度が速くなるため、同じ周波数で動作させる場合でも温度が高い方が低い電圧で動作させることができる。よって、本実施形態では、半導体集積回路１００の温度上昇により低下する内部の半導体素子の遅延変化に応じて動作電圧を下げることで消費電力の削減を図る温度ＡＶＳを実施する。
【００２６】
撮像装置の電源スイッチがオンされることにより半導体集積回路１００に電力が供給されると、電源制御部１１４は、どのような温度でも動作可能な第１の電圧（例えば、１．２０Ｖ）を付加する。電源投入後、制御部１０１は、温度センサ１１１から温度情報を取得し、例えば、温度情報が０℃であったとすると、動作可能な下限電圧である第２の電圧（例えば、１．１５Ｖ）に変更するように電源制御部１１４を制御する。
【００２７】
また、撮像中に、制御部１０１は、撮像中などに温度センサ１１１から取得した温度情報が所定の温度（例えば、５０℃）を超えていたとすると、温度ＡＶＳを実施する。例えば、制御部１０１は、図５のテーブルを参照して、温度センサ１１１から取得した温度情報に基づき、半導体集積回路１００に付加する電圧を上記第２の電圧よりも低い第３の電圧（例えば、１．１０Ｖ）に変更するように電源制御部１１４を制御する。このように、制御部１０１は、図５に例示するような動作周波数ごとに温度と動作可能な下限電圧とを関連付けたテーブルを有し、温度情報に基づいて電源制御部１１４を制御し、半導体集積回路１００に付加する電圧を制御することで温度ＡＶＳを実施する。具体的には、温度センサ１１１により検出された温度が高いほど、半導体集積回路１００に付加する電圧を下げるように制御する。
【００２８】
次に、図２を参照して、本実施形態の半導体集積回路１００における温度センサ１１１のレイアウトについて説明する。
【００２９】
図２は、図１の半導体集積回路１００の各回路部を本実施形態を適用してレイアウトした状態を示し、図１と同じ構成には同一の符号を付して示している。
【００３０】
図２において、半導体集積回路１００は、複数のＩＯセルが周囲に配置された外周領域２００を有する。それぞれのＩＯセルは電極部を有し、ワイヤーボンディング等を用いてパッケージの電極と接続される。温度センサ１１１に隣接する隣接領域２０１は、半導体集積回路１００の外周に位置した外周領域２００と温度センサ１１１の間に設けられる。この隣接領域２０１には、論理演算を行う回路部を除く、ダミーセル、スペーサ、電源配線、ＧＮＤ領域、電圧変換セルの少なくともいずれかが配置される。
【００３１】
温度センサ１１１は、半導体集積回路１００における外周領域２００との間に隣接領域２０１を挟んで配置される。また、温度センサ１１１は、半導体集積回路１００の回路部のうち、高い周波数で動作するメモリ制御部１０５、メモリインターフェース１０６、外部通信部１０９、外部通信インターフェース１１０などの回路部に隣接しないように配置される。
【００３２】
以上のように、本実施形態によれば、温度センサ１１１を、半導体集積回路１００において、熱が逃げやすい外周領域２００に可能な限り近づけて配置する。また、温度センサ１１１を、他の回路部と比較して発熱しやすい回路部から離間して配置する。発熱しやすい回路部は、例えば、差動信号を用いて高周波数で動作する外部通信部１０９や外部通信インターフェース１１０、或いは、常に高い周波数で動作するメモリ制御部１０５やメモリインターフェース１０６である。これにより、温度センサ１１１は、半導体集積回路１００の内部においてより低い温度が検出されるような位置に配置され、半導体集積回路１００の内部の温度情報を精度よく取得できるようになる。その結果、正確な温度情報に基づき温度ＡＶＳを効率的に実施することができるため、半導体集積回路１００の消費電力を削減することが可能となる。
【００３３】
なお、本実施形態では、温度センサ１１１の隣接領域２０１に、ダミーセル、スペーサ、電源配線、ＧＮＤ領域、電圧変換セルで構成される例を挙げたが、可能な限り外側に温度センサ１１１を配置するという観点では、温度センサ１１１の隣接領域２０１にはスペーサのみ配置して、温度センサ１１１の隣接領域２０１を限りなく小さくして、外周領域２００に近づけてもよい。
【００３４】
［実施形態２］
上述した実施形態１では、温度センサ１１１を高周波数で動作する回路部から離間して配置した例を説明した。これに対して、本実施形態では、温度センサ１１１を、画像の記録中は低い周波数で動作、或いは、電源を遮断して動作していない回路部に隣接して配置する例を説明する。
【００３５】
まず、図３を参照して、本実施形態において温度ＡＶＳを適応し、効率的に実施するための半導体集積回路の構成について説明する。
【００３６】
図３に示す半導体集積回路３００において、図１の構成と異なる点は、外部通信部３０１が入出力端子１０２を介して半導体集積回路３００の外部のメモリカードなどの記録媒体３０２にアクセス可能となっている点である。その他、図３において、図１と同じ構成には符号を付して説明を省略する。
【００３７】
外部通信部３０１は、符号化部１０４が生成し、メモリ制御部１０５を介してメモリ１１２に格納された符号化画像データを、メモリ制御部１０５を介して読み出し、半導体集積回路３００の外部に接続された記録媒体３０２に入出力端子１０２を介して出力する。また、外部通信部３０１は、記録媒体３０２から入出力端子１０２を介して画像データを取得し、メモリ制御部１０５に出力し、メモリ１１２へ格納する。
【００３８】
次に、半導体集積回路３００における稼働率が高い状態について説明する。
半導体集積回路３００において、回路部の稼働率が高く、半導体集積回路３００として高い周波数で動作しているのは、例えば撮像された画像データを記録媒体３０２に記録しているときである。画像の記録中は、カメラ信号処理部１０３は、入出力端子１０２から入力されたデータにカメラ信号処理を実施している。また、記録中は、符号化部１０４は、カメラ信号処理部１０３が生成したデータに符号化処理を実施している。また、記録中は、表示制御部１０７は、カメラ信号処理部１０３が生成した画像データを半導体集積回路３００の外部の表示装置１１３による表示用に所定のフォーマットに変換して入出力端子１０２から出力している。
【００３９】
また、記録中は、制御部１０１は、各回路部を常に制御している状態である。また、記録中は、メモリ制御部１０５は、各回路部からのメモリ１１２へのアクセス要求が常に発生しており、常時、調停処理を行い、メモリ１１２の制御、データの送受信を行っている状態である。また、記録中において、外部通信部３０１は、符号化部１０４が生成した符号化データを記録媒体３０２に出力している。外部通信部３０１は、符号化部１０４において符号化されたデータを扱うため、データ量が他の回路部に比べて小さい。そのため、他の回路部に比べて低い周波数での制御が可能である。なお、復号部１０８は、記録中は動作していないため電源を遮断している。
【００４０】
以上のように、記録中は半導体集積回路３００に搭載されるほとんどの回路部が動作しており、稼働率が高く、平均周波数も所定の周波数以上の高い状態である。
【００４１】
図４は、本実施形態において図３の半導体集積回路３００の各回路部をレイアウトした状態を示し、図３と同じ構成には同一の符号を付して示している。
【００４２】
図４において、温度センサ１１１は、半導体集積回路３００において熱が逃げやすい外周領域２００との間に隣接領域２０１を挟んで配置される。また、温度センサ１１１は、復号部１０８および外部通信部３０１に隣接して配置される。復号部１０８および外部通信部３０１は、半導体集積回路３００の稼働率が高い状態において、比較的低い周波数で動作し、或いは、電源を遮断して動作していない回路部である。このように温度センサ１１１を外周領域２００の近く、かつ、復号部１０８および外部通信部３０１の近くに配置することで、半導体集積回路３００の稼働率が高く、平均周波数も高い動作モードにおいて、温度センサ１１１により得られる温度情報は、ほぼ半導体集積回路３００の内部においてより低い温度、好ましくは最も低い温度を示す情報となる。
【００４３】
以上のように、本実施形態によれば、温度センサ１１１を、熱が逃げやすい半導体集積回路３００の外周領域２００に可能な限り近づけて配置する。また、温度センサ１１１を、半導体集積回路３００の稼働率が高い状態において、比較的低い周波数で動作し、或いは、電源を遮断して動作していない発熱が小さい回路部の近くに配置する。これにより、温度センサ１１１は、半導体集積回路３００の稼働率が高く、平均周波数も高い動作モードにおいて、半導体集積回路３００の内部においてより低い温度が検出されるような位置に配置され、半導体集積回路３００の内部の温度情報を精度よく取得できるようになる。その結果、正確な温度情報に基づき温度ＡＶＳを効率的に実施することができるため、半導体集積回路３００の消費電力を削減することが可能となる。
【００４４】
なお、上述した各実施形態では、半導体集積回路１００、３００の外周領域２００に入出力端子１０２を配置した例を説明したが、外周領域よりも内方に入出力端子を配置する場合もある。この場合にも、半導体集積回路の外側の方が、熱が逃げやすいことに変わりないので、本発明を適用可能である。
【００４５】
また、上述した実施形態では、入出力端子が外周領域に密に配列されている例について説明したが、入出力端子の数が少なく、外周領域に入出力端子だけでなく、通常の回路部が配置されている場合もある。この場合にも、半導体集積回路の外側の方が、熱が逃げやすいことに変わりないので、半導体集積回路において、入出力端子の更に外側にあるスクライブ領域などを外周領域に見立てることで、本発明を適用可能である。
【００４６】
上述した実施形態では、本発明をデジタルカメラなどの撮像装置に実装される半導体集積回路の例を説明したが、これに限らず、パーソナルコンピュータや携帯電話の一種であるスマートフォン等の他の電子機器にも適用可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１００、３００…半導体集積回路、１０１…制御部、１０２…入出力端子、１０４…符号化部、１０８…復号部、１０９、３０１…外部通信部、１１０…外部通信インターフェース、１１１…温度センサ、２００…外周領域、２０１…隣接領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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