[发明专利]适用于集成电路芯片的多点温度感测方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于集成电路芯片的多点温度感测方法及其系统，尤其是指一种于集成电路芯片利用一具有大面积且准确的主要温度感测器来校正其它较不准确但面积较小的从属温度感测器，借以大幅降低集成电路芯片温度感测器所需要的面积，并进一步提高集成电路芯片中温度控制系统的稳定度。

背景技术

随着集成电路技术日新月异的发展，单一芯片设计上所能容纳的晶体管数目，根据莫尔定律，每隔18个月可容纳的晶体管的数量会增长一倍，使得集成电路的产业快速的进入到深次微米(Deep Sub-Micron，DSM)的超大型集成电路时代；此外，随着工艺的越来越进步，已让整个半导体的元件尺寸由深次微米迈进纳米，单一芯片设计能容纳的逻辑门数目不断的增加，意味着在单一芯片可以实现的功能越来越多；因此，超大型集成电路的技术趋势朝向芯片尺寸越来越大、晶体管数越来越多、时脉速度越来越快、电源电压越来越低、布线层数越来越多、I/O脚位越来越多；而这些技术的演进使过去复杂的多芯片系统(multi-chip system)将包括的微处理器、存储器、数字信号处理器(DSP)及各种介面等复杂系统整合于一个独立的系统芯片(System-on-a-Chip，SoC)；然而，复杂的功能加上芯片密度增加导致系统芯片因功率消耗而使芯片温度成为亟需解决的问题，而为了使系统芯片能正确无误的工作，以及避免温度对系统芯片造成运算时的失误，甚至实体上的损害，监测系统芯片温度的方法与架构愈显重要。

目前，一般嵌入式的系统芯片温度感测器皆为单点检测，请参阅中国台湾公告第I368839号“用以控制芯片温度的系统及方法”的发明专利，该系统利用简单的振荡环来感测芯片的工作温度，并有效地实现芯片温度感测及其动态调控；其中，用以控制芯片温度的系统包含至少一温度感测单元和动态电压调整控制器；而温度感测单元内建于芯片中，其中温度感测单元包含振荡环、计数器及解码器；振荡环则具有振荡频率，其中振荡频率反比于芯片的温度，计数器电连接于振荡环，用以记录振荡频率，并根据振荡频率来产生计算值，解码器电连接于计数器，用以根据计算值来决定供给于芯片的电压；动态电压调整控制器电连接于温度感测单元，用以根据解码器的决定来动态调整供给于芯片的电压；借此，该系统可简易地整合于芯片设计中，以有效地实现芯片温度感测及其动态调控，且可即时地监测芯片的温度，并立即据此进行电压(及时脉频率)的调整，而可大幅地提升芯片的可靠度和良率，并确保芯片具有最佳的工作效能；然而，由于一般系统芯片会包含许多不同功能电路，因各电路功能不同对应出不同的功率与温度，为了有效的监控各区块电路的温度，并加以防止温度造成的电路误动作，需在电路中加入多点温度感测的机制。

传统上一个精确的温度感测器其作动原理是需要有电路产生一个随着温度改变且高线性度的信号，再将这个信号转换成数字量给后端的数字电路处理，而为了要产生一个随着温度有高线性度的信号通常需要一个复杂且大面积的电路才能产生，这对于需要使用多个温度感测器的系统而言是一个非常大的负担；请参阅图11所示，其为传统适用于集成电路芯片的多点温度感测系统架构图，一般集成电路芯片4具有多个能执行特定功能的模块(block)41，而在模块41中有许多热点需要使用温度感测器5来监控所在的温度，但一个精准的温度感测器5需要很大的面积，其原因为精准的温度感测器5多广泛应用如现有的正比于绝对温度(proportional to absolute temperature，PTAT)电路以产生具有正温度系数的电流，并将此电流导入至串联电阻中，并从串联电阻的多个端点中获得正温度系数的温度电压；接着，温度感测器5利用多工器及比较器来分别抓取对应的温度电压，并比较温度电压与参考电压的电位大小，借以检测出环境温度；然而，若要想要准确地获得电流流经串联电阻所产生的温度电压，这些串联电阻必须占用较大的芯片面积才可具有较为精准的电阻值，而受到半导体工艺的偏移影响时，这些串联电阻受影响的程度也会随之提高；此外，在设计串联电阻时，与接地电位电性相连的抬升电阻可能需要比其他串联电阻更大的电阻值，方能大幅抬升温度电压的电位，温度电压与参考电压才能因此进行比较，因而变相提高了温度感测器5的电路面积；一般而言，在模块41中摆设一颗温度感测器5可能就会占据将近1/3的面积，造成无法在一模块41中摆放太多的温度感测器5，导致集成电路芯片整体的温控系统稳定度和可靠度降低，而增加芯片因高温发生损毁的机率；因此，需要其他可克服上述现有技术缺点的多点温度感测系统。

发明内容