[发明专利]半导体装置和温度传感器系统

说明书

本发明涉及半导体装置和温度传感器系统。为抑制电压比较器的数量随着芯片温度检测范围的扩大而增大，半导体装置中的温度传感器包括根据芯片温度来输出电压的温度检测电路、生成多个参考电压的参考电压生成电路以及将由参考电压生成电路获得的每个参考电压与温度检测电路的输出电压进行比较并由此生成配置有多个位的芯片温度检测信号的多个电压比较器。此外，温度传感器包括基于芯片温度检测信号控制由参考电压生成电路生成的参考电压并由此改变芯片温度检测信号与芯片温度之间的对应关系以使芯片温度检测范围移位的控制电路。可以在不增加电压比较器的数量的情况下通过改变芯片温度检测信号与芯片温度之间的对应关系扩大芯片温度检测范围。

本申请是申请日为2012年8月31日、申请号为201210318974.5、发明名称为“半导体装置和温度传感器系统”的中国发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

在此通过引用全文并入2011年9月20日提交的日本专利申请No.2011-204243的公开内容，包括说明书、附图和摘要。

技术领域

本发明涉及半导体装置和温度传感器系统，并且更特别地，涉及用于抑制电压比较器的数量随温度传感器的芯片温度检测范围的扩大而增加的技术。

背景技术

日本未经审查的专利申请公开No.2009-289795(专利文献1)描述了用于将大工作电流的功能模块与用于检测芯片温度的温度检测电路合并的并且能够进行外部的温度控制或者受系统板噪声影响较少的温度监控的半导体集成电路。

日本未经审查的专利申请公开No.2004-6473(专利文献2)描述了具有在半导体基板上的功能电路、用于检测功能电路的温度的温度检测元件以及用于控制功能电路的温度的控制电路的半导体集成电路。当功能电路的温度低于功能的最小操作温度时，控制电路执行控制以便操作功能电路的部分或全部，以提高功能电路的温度并抑制功能电路的外部输出。

日本未经审查的专利申请公开No.平8(1996)-55963(专利文献3)描述了其中温度传感器所检测出的温度数据被发送给时钟/外围控制电路的集成电路，并且时钟/外围控制电路将温度数据与保持于温度设置电路内的操作温度范围的上限和下限进行比较，并且如果温度位于该范围之外则降低时钟频率并停止缓存操作。

日本未经审查的专利申请公开No.2009-152311(专利文献4)描述了其中电源电压确定电路根据由温度传感器测得的温度来估计具有最差的操作条件的性能的并且基于换算表确定半导体集成电路的新的电源电压的半导体集成电路系统。

发明内容

在作为半导体集成电路的实例的系统LSI中，当芯片温度上升至接近398K(125℃)的临界温度时，待机泄漏电流的增大以及LSI的芯片温度的升高会不断地重复，这会导致热失控(thermal runaway)。因此，温度传感器被并入系统LSI的芯片之内以监控芯片温度，并且系统LSI的操作速率会在芯片温度升高时降低。

例如，在专利文献1中，在电源电路3在芯片的温度过高时停止给中央处理单元11供应内部的操作电源电压之前，操作速率控制器14响应于芯片温度的升高而分阶段地降低中央处理单元11的操作速率(段落[0097])。中央处理单元11的操作速率的下降通过由PLL电路15供应给中央处理单元11的操作时钟CL的频率的多级降低来实现。对于中央处理单元11的操作速率的多级控制，操作速率控制器14在多个电平上识别出由温度检测电路10生成的在温度检测信号VTSEN和参考信号VREF之间的关系(段落[0098])。例如，多个参考电平VREF1、VREF2、VREF3、VREF4由单个参考信号VREF生成。操作速率控制器14在多个电平上识别出在多个参考电平VREF1、VREF2、VREF3、VREF4与温度检测信号VTSEN之间的关系。分压电阻器Rref1到Rref5被用来生成参考电平VREF1、VREF2、VREF3、VREF4，并且电压比较器CP1到CP4被用来识别在参考电平与温度检测信号之间的关系(段落[0099])。