CN103268076A - 一种通过控制温度提高集成电路可靠性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过控制温度提高集成电路可靠性的方法，包括以下步骤：在集成电路内部集成一个或多个温度监控单元；通过温度监控单元实时监测集成电路内部的温度变化；根据得到的集成电路内部的温度来调整集成电路的工作频率，使集成电路的内部温度控制在可靠范围内。本发明通过调整数字电路的工作频率降低集成电路的功耗，调整芯片的内部温度，从而降低由于温度引起电路失效的几率。

Description

一种通过控制温度提高集成电路可靠性的方法

技术领域

本发明涉及微电子与固体电子技术领域中集成电路，特别是涉及一种通过控制温度提高集成电路可靠性的方法。

背景技术

目前集成路的设计主要考虑芯片的外部环境温度，根据提前规定的环境温度，进行集成电路的设计，生产的集成电路明确规定使用环境。

但是，由于现在集成电路的工艺越来越小，集成规模越来越大，导致芯片的密度越来越高，同时硅片的面积越来越大，芯片长时间工作时的热量很容易集中，引起芯片内部的温度快速升高，一旦芯片的内部温度超过预定值，芯片的工作状态就会进入未知状态，可能会引起功能暂时性失效，直接导致芯片的可靠性降低；芯片长时间过温，可直接导致芯片永久失效。因此，芯片的内部温度同样重要，有时会超出外部的环境温度，这时按照外部环境可以正常工作的电路，就可能发生故障。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种通过控制温度提高集成电路可靠性的方法，可以避免集成电路因温度过高导致芯片失效。

本发明人发现集成电路内部引起温度升高主要由芯片工作时的功耗引起的，由集成电路的动态功耗计算公式P_d＝K*VDD²*f可知，功耗P_d与工作电压VDD的平方成正比，同时又与工作频率f成正比。所以通过调整电路的工作频率f可以改变电路的功耗P_d，进而控制芯片内部温度的变化，避免芯片进入失效状态。其方式类似于长跑运动员的速度在一定范围内可根据自身状况进行调整，而不是一直恒速。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种通过控制温度提高集成电路可靠性的方法，包括以下步骤：

（1）在集成电路内部集成一个或多个温度监控单元；

（2）通过温度监控单元实时监测集成电路内部的温度变化；

（3）根据得到的集成电路内部的温度来调整集成电路的工作频率，使集成电路的内部温度控制在可靠范围内。

所述步骤（3）中通过在集成电路内部集成一个温度信号处理单元的方式来调整集成电路的工作频率。

所述步骤（3）中利用功能处理器单元分时操作的方式来调整集成电路的工作频率。

所述步骤（3）中通过将得到的温度信号与参考信号进行比较后来调整集成电路的工作频率。

所述步骤（1）中的温度监控单元集成在集成电路中工作频率较高的数字电区域。

所述步骤（3）中温度信号与参考信号相比若大于预设门限通过连续两次降频的方式来调整集成电路的工作频率

所述步骤（3）中的调整集成电路的工作频率包括以下子步骤：

（31）判断得到的温度是否大于第一门限，如果没有大于第一门限，则延时一段时间后返回步骤（31），否则进入步骤（32）；

（32）降低集成电路的工作频率；

（33）延时一段时间后次判断得到的温度是否大于第二门限，如果没有大于第二门限，则返回步骤（33），否则进入步骤（34）；

（34）将集成电路的工作频率调整为正常状况下的工作频率。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明在集成电路内部设计一个或多个温度监控单元，实时监测集成电路内部的温度变化，并根据内部温度的具体情况调整数字电路的工作频率，降低集成电路的功耗，调整芯片的内部温度，从而降低由于温度引起电路失效的几率。

附图说明

图1是微处理器控温系统示意图；

图2是微处理器过温控制算法流程图；

图3是利用比较器的温度控制电路示意图；

图4是比较器过温控制算法流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种通过控制温度提高集成电路可靠性的方法，包括以下步骤：在集成电路内部集成一个或多个温度监控单元；通过温度监控单元实时监测集成电路内部的温度变化；根据得到的集成电路内部的温度来调整集成电路的工作频率，使集成电路的内部温度控制在可靠范围内。

实施例1：本实施例提供一种提高数字集成电路可靠性设计的方式，如图1所示，此部分电路区别于正常的功能电路，定义为温控电路，设计模式及功能如下：3个温度监控电路（电路分布在工作频率较高的数字电区域的不同位置），温度监控电路的输出电压分时切换到模数转换器的输入端，将得到的模拟信号转换为数字信号，微处理器单元根据模数转化后的数字温度信号，按照图2的流程进行判断处理，输出调频控制信号，送到电路内部的压控振荡器（简称“VCO”），调整VCO输出的时钟频率。值得一提的是，本实施例中还可以通过在集成电路内部集成一个温度信号处理单元的方式来调整集成电路的工作频率。

如图2所示，调整集成电路的工作频率包括以下子步骤：

（31）判断得到的温度是否大于第一门限，如果没有大于第一门限，则延时一段时间后返回步骤（31），否则进入步骤（32）；

（32）降低集成电路的工作频率；

（33）延时一段时间后次判断得到的温度是否大于第二门限，如果没有大于第二门限，则返回步骤（33），否则进入步骤（34）；

（34）将集成电路的工作频率调整为正常状况下的工作频率。

其中，第一门限、第二门限、延时所需的时间可根据具体应用需求进行设定。

实施例2：本实例提供一种提高数字集成电路可靠性设计的方式，如图3所示，此部分电路区别于正常的功能电路定义为温控电路，设计模式及功能为：2个温度监控电路（电路分布在工作频率较高的数字电区域的不同位置），温度监控电路的输出电压与参考电压比较，产生的比较信号送入信号处理单元，信号处理单元按照图4的流程进行温度判断处理，输出调频控制信号调整VCO输出的时钟频率，其中f为正常工作时的频率，△f为需要调整的频率差，温度过高时可以进行连续两次降频调温，也就是说，当温度信号与参考信号相比若大于预设门限时，通过连续两次降频的方式来调整集成电路的工作频率。

不难发现，本发明在集成电路内部设计一个或多个温度监控单元，实时监测集成电路内部的温度变化，并根据内部温度的具体情况调整数字电路的工作频率，降低集成电路的功耗，调整芯片的内部温度，从而降低由于温度引起电路失效的几率。

Claims (7)

1.一种通过控制温度提高集成电路可靠性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）在集成电路内部集成一个或多个温度监控单元；

（2）通过温度监控单元实时监测集成电路内部的温度变化；

（3）根据得到的集成电路内部的温度来调整集成电路的工作频率，使集成电路的内部温度控制在可靠范围内。

2.根据权利要求1所述的通过控制温度提高集成电路可靠性的方法，其特征在于，所述步骤（3）中通过在集成电路内部集成一个温度信号处理单元的方式来调整集成电路的工作频率。

3.根据权利要求1所述的通过控制温度提高集成电路可靠性的方法，其特征在于，所述步骤（3）中利用功能处理器单元分时操作的方式来调整集成电路的工作频率。

4.根据权利要求1所述的通过控制温度提高集成电路可靠性的方法，其特征在于，所述步骤（3）中通过将得到的温度信号与参考信号进行比较后来调整集成电路的工作频率。

5.根据权利要求1所述的通过控制温度提高集成电路可靠性的方法，其特征在于，所述步骤（1）中的温度监控单元集成在集成电路中工作频率较高的数字电区域。

6.根据权利要求4所述的通过控制温度提高集成电路可靠性的方法，其特征在于，所述步骤（3）中温度信号与参考信号相比若大于预设门限通过连续两次降频的方式来调整集成电路的工作频率。

7.根据权利要求2或3所述的通过控制温度提高集成电路可靠性的方法，其特征在于，所述步骤（3）中的调整集成电路的工作频率包括以下子步骤：

（31）判断得到的温度是否大于第一门限，如果没有大于第一门限，则延时一段时间后返回步骤（31），否则进入步骤（32）；

（32）降低集成电路的工作频率；

（33）延时一段时间后次判断得到的温度是否大于第二门限，如果没有大于第二门限，则返回步骤（33），否则进入步骤（34）；

（34）将集成电路的工作频率调整为正常状况下的工作频率。

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