CN1077733C

CN1077733C - 带过热保护器的半导体集成电路器件和保护方法

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Publication number: CN1077733C
Application number: CN97117965A
Authority: CN
Inventors: 北野丰文
Original assignee: Konami Corp
Priority date: 1996-07-25
Filing date: 1997-07-25
Publication date: 2002-01-09
Anticipated expiration: 2017-07-25
Also published as: CN1178406A; DE69712274D1; TW345732B; EP0821459A3; EP0821459A2; US5870267A; DE69712274T2; EP0821459B1

Abstract

一种防止图形板上LSI图像处理电路过热的保护器。LSI电路与时钟发生器的时钟信号同步工作。对发热量较高的LSI电路加装温度传感器，将它们检测的温度信号提供给温控单片机，由它确定相应LSI的温度并判断其中的最高温度是否大于表示警戒的第一阈值和表示危险的第二阈值，根据判断结果分别进行抑制LSI电路过热处理或暂停时钟发生器工作。从而缓解LSI电路过热状况使其保持正常工作状态。

Description

带过热保护器的半导体集成电路器件和保护方法

本发明涉及有过热保护器的半导体集成电路器件及防止半导体集成电路过热的保护方法，用于防止半导体集成电路板上的半导体集成电路过热。

诸如LSI电路等半导体集成电路芯片在高速工作时会产生大量的热。在某些应用场合，芯片发热到因自身的热量而使其损坏的高温。

美国专利USP5451892公开了带有温度传感器的微处理器的时钟控制系统。虽然，可以通过带有温度传感器的微处理器进行时钟控制，但由于其不具备过热保护装置，所以也会在某些应用场合，因无法抑制高速工作时所产生的大量热量，而使其发热至因自身的热量而被损坏的高温。

通常，半导体集成电路的发热量与其电能消耗量密切相关，当它消耗更多的电能时，它就产生更大的热量。半导体集成电路大致分成双极型和C-MOS型。近年来发现，C-MOS半导体集成电路被广泛地应用，因为它不工作时所需的功率较小。C-MOS半导体集成电路消耗的电能量与其工作频率成正比。较高工作频率的C-MOS半导体集成电路所消耗的电能较大。如附图5所示，C-MOS半导体集成电路产生的热量与其工作频率成正比。

装有半导体集成电路的个人用计算机或其它电子产品一般装有诸如冷风扇等的冷却系统，用以保护半导体集成电路和其它零部件不过热，原因是半导体集成电路能发热到很高的温度。当冷却系统破坏时，应发出警报提示用户采取某些预防措施，以保护半导体集成电路和其它零部件过热。

诸如商业用的视频游戏机的电子设备也装有各种半导体集成电路，并通常安装在禁止人们用手直接接触它们的环境中，以便工作中进行过热保护。如果这些电子设备的冷却系统损坏，由于这种损坏通常检测不到，常导致电子设备本身被损坏或工作无法控制。

本发明的目的是，提供有过热保护器的半导体集成电路器件，以有效地保护安装在商业上使用的诸如视频游戏机的电子设备中的半导体集成电路板上的半导体集成电路不过热。

本发明的另一目的是，提供防止安装在商业上使用的诸如视频游戏机的电子设备中的半导体集成电路板过热的保护方法。

按照本发明的一个方案，提供有过热保护器的半导体集成电路器件，它包括：时钟发生器，它产生控制时钟信号；半导体集成电路板，它支承半导体集成电路，半导体集成电路与时钟发生器产生的控制时钟信号同步工作；温度传感器，它位于半导体集成电路附近，以产生表示半导体集成电路温度的温度检测信号；温度监视装置，用于根据温度传感器检测到的温度信号确定半导体集成电路的温度，如果所确定的温度高于第1阈值并小于比第1阈值大的第2阈值，发出报警信号，若确定的温度高于第2阈值，发出时钟截止信号使时钟发生器截止；和过热抑制装置，响应温度监视装置发出的警报信号抑制半导体集成电路过热。

如果确定的温度大于第1阈值并小于第2阈值，则温度监视装置发出报警信号，使过热抑制装置工作，抑制半导体集成电路过热。如果过热抑制装置没能使半导体集成电路的温度降低，而且该温度变成高于第2阈值，则温度监视装置发出时钟截止信号使时钟发生器截止，因此，半导体集成电路停止工作。

温度传感器可以包括多个温度传感器。半导体集成电路可以包括多个半导体集成电路。各温度传感器分别位于各半导体集成电路附近。温度监视装置可包括根据各个温度传感器来的检测到的温度信号确定各个半导体集成电路温度的装置，若检测到的温度中的最高温度高于第1阈值并小于第2阈值，此装置发出报警信号，如果确定的温度中的一个最高温度高于第2阈值，此装置发出时钟截止信号使时钟发生器截止。因此，即使半导体集成电路板上安装有多个半导体集成电路，也可根据半导体集成电路的最高温度防止它们过热。

半导体集成电路可包括图像处理半导体集成电路，该半导体集成电路器件还可包括：控制装置，用于在图像处理半导体集成电路上执行图像处理程序。过热抑制装置包括该控制装置，该控制装置响应报警信号减少由图像处理半导体集成电路处理的数据量。温度监视装置可包括发送时钟截止信号到控制装置使时钟发生器截止的装置。因此，如果半导体集成电路包括图像处理半导体集成电路，响应报警信号，控制装置使由图像处理半导体集成电路处理的数据量减小，因此，图像处理半导体集成电路消耗的电能量也减小，以防止过热。当响应来自温度监视装置的时钟截止信号而使时钟发生器截止时，时钟发生器的截止态指示控制装置，它能识别出图像处理半导体集成电路在执行图像处理程序时因时钟发生器的截止状态而不工作。

过热抑制装置可包括：冷却装置，用于冷却半导体集成电路；和起动装置，响应报警信号起动冷却装置。响应报警信号，起动装置起动冷却装置冷却半导体集成电路板。

按照本发明，还提供防止安装在半导体集成电路板上并与时钟发生器产生的控制时钟信号同步工作的半导体集成电路过热的保护方法，它包括下列步骤：监视半导体集成电路的温度，若监视温度高于第1阈值并低于比第1阈值大的第2阈值时，发出报警信号，以抑制半导体集成电路过热，若监视的温度高于第2阈值，发出时钟截止信号使时钟发生器截止。

半导体集成电路可包括多个半导体集成电路，温度监视步骤可包括监视多个半导体集成电路的各个温度中最高温度的步骤。

半导体集成电路可包括图像处理半导体集成电路，该方法还包括响应报警信号减小由图像处理半导体集成电路处理的数据量的步骤。

半导体集成电路可包括图像处理半导体集成电路，该方法还包括响应报警信号冷却图像处理半导体集成电路的步骤。

该方法还包括下面的步骤：在监视的温度大于第2阈值之后，若确定监视的温度又低于第2阈值，发出时钟起动信号使时钟发生器再次工作。

按照本发明，还提供带过热保护器的半导体集成电路器件，它包括：支承半导体集成电路的半导体集成电路板；温度传感器，用于产生表示半导体集成电路温度的检测温度信号；和过热抑制装置，用于确定由检测温度信号指示的温度是否大于第1阈值和比第1阈值大的第2阈值，若该温度大于第1阈值并小于第2阈值，抑制半导体集成电路过热，若该温度大于第2阈值，暂时停止半导体集成电路的工作。

通过以下参见附图对本发明优选实施例的说明，本发明的上述目的，其它目的、特征和优点将变得显而易见。

图1是本发明的装有过热保护器的半导体集成电路器件的方框图；

图2是过热保护器的部分以方框形式的电路图；

图3是过热保护器的工作顺序流程图；

图4是说明过热保护器工作方式的示图；以及

图5是表示常规C-MOS半导体集成电路所产生的热量与其工作频率成正比的曲线图。

如图1所示，本发明的装有过热保护器的半导体集成电路器件包括安装在诸如商业用视频游戏机的电子设备的图形板1上的图像处理器2。图像处理器2包括作为包括图像处理电路的半导体集成电路的多个LSI电路。LSI电路与时钟发生器5产生的高频控制时钟信号CK(见图2)同步工作。由于供给LSI电路的控制时钟信号CK是高频，LSI电路工作时会产生高温，因此，装有散热器(未画出)。

过热保护器包括多个(图示的实施例中为4个)由热敏电阻器等组成的温度传感器3a、3b、3c和3d，用于防止组装在这些LSI电路上的一些散热器发热的温度高于其它LSI电路的发热温度。各温度传感器3a、3b、3c和3d的电阻值与相应散热器的温度密切相关，温度传感器3a、3b、3c和3d产生温度检测信号，它是与散热器温度成正比的电信号。

温度传感器3a、3b、3c和3d产生的温度检测信号传输到温度监视微型计算机4，它包括一个单片微型计算机，作为安装在图形板1上的温度监视装置。温度监视微型计算机4包括计算单元，它根据传送的温度信号计算相应的LSI电路的温度。温度监视微型计算机4包括判断单元41，它确定计算出的温度中的最高温度是否高于相当于警戒电平的第1阈值TH₁和相当于危险电平的第2阈值TH₂(TH₂＞TH₁)。第1阈值发生器(未画出)产生第1阈值TH₁，第2阈值发生器(未画出)产生第2阈值TH₂。

图2更详细地展示出过热保护器。如图2所示，温度监视微型计算机4连接到时钟发生器5，时钟发生器5连接到图像处理器2。时钟发生器5根据来自石英振荡器6的信号产生高频控制时钟信号CK。温度监视微型计算机4具有连接到主CPU12(见图1)的主CPU(中心处理单元)通信端口。

如果温度监视微型计算机4的计算单元计算出的最高温度高于第1阈值TH₁并小于第2阈值TH₂，则温度监视微型计算机4的信号输出单元发出报警信号。若最高温度高于第2阈值TH₂，则温度监视微型计算机4的信号输出单元发出时钟截止信号使时钟发生器5停止工作。同时，温度监视微型计算机4的信号输出单元经连到主CPU12的主CPU通信端口发出信号，指示时钟发生器5已停止其工作。

如图2所示，4个LED(发光二极管)8a、8b、8c、8d连接到温度监视微型计算机4，用于显示由各个温度传感器3a、3b、3c和3d检测的各LSI电路的发热状态。例如，当由温度监视微型计算机4的计算单元计算出相应LSI电路的作为检测到温度中的最高温度大于第1阈值TH₁或第2阈值TH₂时，LED 8a、8b、8c和8d中的每一个连续或间歇地接通。

如图1所示，主CPU板11经连接件10连接到图形板1，并支承用作执行图像处理程序、系统控制程序和过热抑制程序的控制装置的主CPU12。当温度监视微型计算机4发出的报警信号加到主CPU12时，主CPU12经I/O逻辑电路13给多个冷风扇14发出风扇控制信号，起动冷风扇14冷却图形板1。主CPU12和冷风扇14共同用作过热抑制装置。响应由温度监视微型计算机4发出的报警信号，主CPU12还执行过热抑制程序，以减小图像处理器2的LSI电路处理的数据量，例如，待处理的帧数从60帧/秒减小到30帧/秒。存储器16连接到主CPU12，用于存储各种数据，同时，主CPU12执行每个程序。

以下将参见图3说明图1和2所示过热保护器的工作顺序。

当视频游戏机开始放视频游戏时，在步骤S₁中，温度监视微型计算机4的计算单元根据温度传感器3a、3b、3c和3d提供的温度信号确定LSI电路的温度。之后，在步骤S₂中，温度监视微型计算机4的判断单元41判断所确定的温度中的最高温度是否高于的第1阈值TH₁。若最高温度不高于第1阈值TH₁(在步骤S₂中为“否”)，则控制返回到步骤S₁。当温度监视微型计算机4回到初始状态时，建立第1阈值TH₁。但是，第1阈值TH₁也可从主CPU12经主CPU通信端口送入温度监视微型计算机4。

若最高温度高于第1阈值TH₁(在步骤S₂中为“是”)，则在步骤S₃中温度监视微型计算机4的判断单元41判断最高温度是否高于比第1阈值TH₁高的第2阈值TH₂。当温度监视微型计算机4回复到初始状态时，建立第2阈值TH₂。但是，第2阈值TH₂也可经主CPU通信端口由主CPU12送到温度监视微型计算机4。如果最高温度不高于第2阈值TH₂(在步骤S₃中为“否”)，则在步骤S₄中温度监视微型计算机4的判断单元41确定视频游戏是否因时钟发生器5的截止状态而中止。若视频游戏中断(在步骤S₄中为“是”)，则在步骤S₅中温度监视微型计算机4的信号输出单元给时钟发生器5发出时钟起动信号使其再开始工作，因此，恢复视频游戏。当温度监视微型计算机4的信号输出单元发出时钟起动信号时，温度监视微型计算机4指示主CPU12重新起动时钟发生器5。若视频游戏机没中止(在步骤S₄中为“否”)，则控制跳到步骤S₆。在步骤S₆，温度监视微型计算机4的信号输出单元给主CPU12发出报警信号。在步骤S₇，响应报警信号，主CPU12发出风扇控制信号，起动冷风扇14，并执行过热抑制程序，减少由LSI电路处理的数据量。

如果最高温度高于第2阈值TH₂(在步骤S₃中为“是”)，则在步骤S₈，由于最高温度超过危险值，温度监视微型计算机4的信号输出单元发出时钟截止信号使时钟发生器5截止，并给主CPU12发出指示时钟发生器5停止工作的信号。之后，在步骤S₉中时钟发生器5中断工作，视频游戏中断。

此后，在步骤S₁₀中，温度监视微型计算机4的判断单元41确定视频游戏是否已结束。若视频游戏未结束(在步骤S₁₀中为“否”)，则控制返回到步骤S₁，由此重复上述工作顺序。若视频游戏已结束(在步骤S₁₀中为“是”)，则工作顺序结束。

以下将参见图4说明上述工作顺序。当LSI电路的最高温度增大到超过警戒值的第1阈值TH₁时，如图4中实线曲线所示，温度监视微型计算机4给主CPU12发出报警信号，它起动冷风扇14并减小待处理的数据量，以防止过热。当LSI电路的最高温度再升高到超过表示危险值的第2阈值TH₂时，温度监视微型计算机4发出时钟截止信号，使时钟发生器5停止工作，并指示主CPU12中断时钟信号发生器5。

时钟发生器5截止后，LSI电路的热逐渐散去。当LSI电路的最高温度降到第2阈值TH₂以下时，由于LSI电路不再处于危险状态但还在警戒状态，温度监视微型计算机4给时钟发生器5发出时钟起动信号，再起动时钟发生器5。同时，温度监视微型计算机4给主CPU12发出报警信号，它起动冷风扇14并减小待处理数据量，以防止过热。当LSI电路的最高温度降到第1阈值TH₁以下时，由于LSI电路脱离了警戒状态而处在安全状态中，冷风扇14停止，待处理数据量增加。

这样，通常安装在禁止直接用手接触的环境中以防止工作中过热的商业用视频游戏机，被自动控制来抑制LSI电路不希望有的过热，以保护它不受损坏或无控制地工作，即使在冷风扇不能工作的情况下。

如上所述，当LSI电路的最高温度高于第1阈值TH₁和低于第2阈值TH₂时，冷风扇14起动，待处理的数据量减小，以防止过热。当LSI电路的最高温度大于第2阈值TH₂时，时钟发生器5中断，因此，视频游戏机中止。因为冷风扇14起动且将处理数据量减小以防止过热，所以，虽然最高温度高于第1阈值TH₁而达到报警温度，时钟发生器5也不会立即截止，借此来防止在视频游戏设备上玩的游戏被频繁中断。

多个温度传感器3a、3b、3c和3d能精确而可靠地检测LSI电路的发热，因而，能极可靠地检测LSI电路的不希望的过热。

当由温度监视微型计算机4发出的时钟截止信号使时钟发生器5截止时，时钟发生器5的截止状态被指示给主CPU12。因此，主CPU12能识别出LSI电路在执行图像处理程序时因时钟发生器5的截止状态而失效。

所示实施例中有4个温度传感器3a、3b、3c和3d，由这4个温度传感器3a、3b、3c和3d检测到温度中的最高温度与第1和第2阈值TH₁和TH₂比较。但是，也可以将这些温度传感器3a、3b、3c和3d检测到的温度平均，用该平均值与第1阈值TH₁和第2阈值TH₂比较。还可以用多于或少于4个温度传感器(如只用一个温度传感器)来检测LSI电路的温度。

温度传感器3a、3b、3c和3d中的每一个均可包括诸如正温度系数热敏电阻器之类的热敏器件，只要它们能产生指示检测温度的电信号。

图示的实施例中，用冷风扇14冷却图形板1。但是，也可采用如Pe1tier效应装置的热电冷却装置来冷却图形板1。

图示的实施例中，用主CPU12响应报警信号执行过热抑制程序，以减小要用图像处理器2的LSI电路处理的数据量。然而，在视频游戏进行当中，对于被显示的所有运动图像而言，过热抑制程序还可用静止图像取代肉眼易忽视的显示屏边缘区域内的运动图像。

已示例地说明了本发明的防止LSI电路过热的过热保护器，本发明也能用于工作时发热的其它半导体集成电路。

而且，本发明的原理也能用于除商业用视频游戏机之外的其它电子设备，因此，要被防止过热的半导体集成电路不限于图像处理电路。

尽管展示并详细说明了本发明的优选实施例，但应了解，在不脱离所附权利要求保护的范围的前提下还会有各种变化和改型。

Claims

1．带过热保护器的半导体集成电路器件，包括：

时钟发生器，用于产生控制时钟信号；

半导体集成电路板，用于支承半导体集成电路，半导体集成电路能与所述时钟发生器产生的控制时钟信号同步工作；

温度传感器，位于所述半导体集成电路附近，用于产生指示所述半导体集成电路温度的温度检测信号；

温度监视装置，用于根据由所述温度传感器发出的温度检测信号确定所述半导体集成电路的温度；

其特征是还包括：

所述温度监视装置，若确定的温度大于第1阈值并小于比所述第1阈值大的第2阈值时，发出报警信号，若确定的温度高于所述第2阈值时，发出时钟截止信号使时钟发生器截止；和

过热抑制装置，用于响应由所述温度监视装置发出的报警信号抑制所述半导体集成电路的过热。

2．按照权利要求1的半导体集成电路器件，其中，所述温度传感器包括多个温度传感器，所述半导体集成电路包括多个半导体集成电路，所述各温度传感器位于所述各半导体集成电路附近，其中所述温度监视装置包括温度确定装置，它分别根据来自所述温度传感器的各温度检测信号确定各个所述半导体集成电路的温度，若确定的温度中的最高温度大于所述第1阈值和小于所述第2阈值，发出所述报警信号，若确定的温度中的所述最高温度高于所述第2阈值，发出时钟截止信号使时钟发生器截止。

3．按照权利要求1的半导体集成电路器件，其中，所述半导体集成电路包括图像处理半导体集成电路，还包括控制装置，用于在所述图像处理半导体集成电路上执行图像处理程序，所述过热抑制装置包括所述控制装置，响应所述报警信号，所述控制装置减小要用所述图像处理半导体集成电路处理的数据量，其中，所述温度监视装置包括时钟截止信号发生装置，用于给所述控制装置发出所述时钟截止信号使所述时钟发生器截止。

4．按照权利要求1的半导体集成电路器件，其中，所述过热抑制装置包括：

冷却装置，用于冷却所述半导体集成电路板；和

起动装置，用于响应所述报警信号起动所述冷却装置。

5.防止安装在半导体集成电路板上并与时钟发生器发出的控制时钟信号同步工作的半导体集成电路过热的保护方法，包括以下步骤：

监视半导体集成电路的温度；

若所监视到的温度高于第1阈值并小于比第1阈值大的第2阈值，发出报警信号，以抑制所述半导体集成电路过热；以及

若所监视的温度高于所述第2阈值，发出时钟截止信号使时钟发生器截止。

6.按照权利要求5的方法，其中，所述半导体集成电路包括多个半导体集成电路，所述温度监视步骤包括监视所述各个半导体集成电路温度中的最高温度的步骤。

7.按照权利要求5的方法，其中，所述半导体集成电路包括图像处理半导体集成电路，该方法还包括响应所述报警信号减小要由所述图像处理半导体集成电路处理的数据量的步骤。

8.按照权利要求5的方法，其中，所述半导体集成电路包括图像处理半导体集成电路，该方法还包括响应所述报警信号冷却所述图像处理半导体集成电路的步骤。

9.按照权利要求5的方法，还包括步骤：若在监视的温度被确定为高于所述第2阈值之后所监视的温度又低于第2阈值，发出时钟起动信号，使所述时钟发生器再次工作。

10.带过热保护器的半导体集成电路器件，包括：

半导体集成电路板，用于支承半导体集成电路；和

温度传感器，用于产生指示所述半导体集成电路温度的温度检测信号；

其特征还包括：

过热抑制装置，用于确定由温度检测信号指示的温度是否高于第1阈值和比所述第1阈值大的第2阈值，若所述温度高于所述第1阈值和小于所述第2阈值，抑制所述半导体集成电路过热，若该温度高于所述第2阈值，暂时停止所述半导体集成电路的工作。