CN111380628A - 半导体器件及半导体器件的测试方法 - Google Patents

半导体器件及半导体器件的测试方法 Download PDF

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Abstract

本公开涉及半导体器件及半导体器件的测试方法。一种半导体器件包括第一温度传感器模块、第二温度传感器模块、第一温度控制器和第二温度控制器。第一温度传感器模块包括输出多个分压电压的带隙基准电路、以及对多个分压电压中的一个分压电压执行模数转换处理以生成第一数字值的第一转换电路。第二温度传感器模块包括对多个分压电压中的一个分压电压执行模数转换处理以生成第二数字值的第二转换电路。第一温度传感器控制器将第一数字值转换为第一温度。第二温度传感器控制器将第二数字值转换为第二温度。半导体器件基于第一温度与第二温度之间的差值来确定第一温度模块和第二温度模块是否正常操作。

Description

半导体器件及半导体器件的测试方法
相关申请的交叉引用
于2018年12月27日提交的日本专利申请No.2018-244354的公开内容(包括说明书、附图和摘要)通过引用全部结合于此。
技术领域
本发明涉及一种半导体器件，并且更具体地涉及半导体器件中的温度测量。
背景技术
作为车载电子系统，各种信息处理装置被安装在车辆上。信息处理装置提供导航功能、音频功能等。在信息处理装置中使用的半导体器件具有监测半导体器件内部的温度以便实现高速处理的功能。
关于温度的监测，例如，日本特开2017-198523号公报公开了“能够高精度地测量温度和电源电压的半导体器件”。该半导体器件包括：“温度传感器模块10，温度传感器模块10输出关于温度的非线性数字值、以及关于温度的基本上线性的传感器电压值；存储单元30，存储单元30存储温度、数字值和传感器电压值；以及控制器40，控制器40使用存储在存储单元30中的温度、数字值和传感器电压值来计算特性公式，其中存储在存储单元30中的温度、数字值和传感器电压值包括在测量绝对温度时的绝对温度、在绝对温度下的数字值和在绝对温度下的传感器电压值”(参见“摘要”)。
发明内容
在符合国际标准组织(ISO)26262的车载电子系统中，安装在车辆上的半导体器件要求很高的安全性。关于车载电子系统的安全性，将级别A到D指定为汽车安全完整性级别(ASIL)，并且在ASIL D中要求最高安全性。因此，需要一种符合ASIL D的半导体器件。
安装在车辆上的半导体器件可以包括多个温度传感器模块。为了解决这种半导体器件的功能安全性，在要通过每个温度传感器模块来测量的半导体器件的温度(结温，下文中也称为温度Tj)未知的情况下，需要测试可以正确测量温度Tj。在一个方面，已经考虑到该测试方法要求通过除要测试的温度传感器模块的功能以外的功能来正确地测量温度，并且将测量值与由要测试的温度传感器模块获取的温度Tj的测量值进行比较。在这种情况下，即使将多个温度传感器模块安装在半导体器件上，由于设置有温度传感器模块的位置处的温度Tj彼此不同，因此即使将温度传感器模块的温度Tj的测量值相互比较，温度是否被正确测量也是不知道的。在半导体器件的正常使用环境中，仅在这个时间才获取温度Tj，因此不可能测试是否可以在从能够保证半导体器件操作的下限温度(例如，-40℃)到能够保证半导体器件操作的上限温度(例如，125℃)的温度范围内正确地测量温度。
因此，需要一种技术以用于测试是否可以从能够保证半导体器件操作的下限温度到能够保证半导体器件操作的上限温度正确地测量半导体器件的温度。
从本说明书的描述和附图，其他目的和新特征将变得很清楚。
根据一个实施例，一种半导体器件包括第一温度传感器模块、第二温度传感器模块、第一温度控制器和第二温度控制器。第一温度传感器模块包括：输出多个分压电压的带隙基准电路；以及对多个分压电压中的一个执行模数转换处理以生成第一数字值的第一转换电路。第二温度传感器模块包括对多个分压电压中的一个执行模数转换处理以生成第二数字值的第二转换电路。第一温度传感器控制器将第一数字值转换为第一温度。第二温度传感器控制器将第二数字值转换为第二温度。半导体器件基于第一温度与第二温度之间的差值来确定第一温度模块和第二温度模块是否正常操作。
根据一个实施例，可以测试是否在从能够保证半导体器件操作的下限温度到上限温度的范围内正确地测量半导体器件的温度。
附图说明
图1A是示出其中在半导体器件100中设置有多个温度传感器模块的示例的图；
图1B是示出其中在半导体器件100中设置有多个温度传感器模块的示例的图；
图2是示出带隙基准电路的电特性的图；
图3是示出半导体器件100中的局部热量生成与基准电压VTHREF和PTAT电压VTHSENSE之间的关系的图；
图4是示出半导体器件400的硬件配置的图；
图5是示出由半导体器件400执行的部分处理的流程图；
图6是示出温度传感器模块的另一测试的部分处理的流程图；
图7是示出温度传感器模块的又一测试的部分处理的流程图；
图8是示出根据另一方面的由半导体器件400执行的部分处理的流程图；
图9是示出温度传感器模块440的硬件配置的框图；
图10是示出温度传感器模块440的BGR电路444的电特性的图；
图11是示出包括单个温度传感器模块的半导体器件1100的硬件配置的框图；
图12是示出包括两个温度传感器模块的半导体器件1200的硬件配置的框图；
图13是示出由半导体器件1100执行的部分处理的流程图；
图14是示出半导体器件1200的部分处理的流程图；
图15是示出根据另一方面的由半导体器件1200执行的部分处理的流程图；
图16是示出根据又一方面的由半导体器件1200执行的部分处理的流程图；
图17是示出半导体器件1700的硬件配置的框图；以及
图18是示出在基于每个上述实施例中例示的检查结果来检测错误(故障)时的部分处理的流程图。
具体实施方式
下面将参考附图描述在本说明书中公开的技术思想的实施例。在下面的描述中，相同的组件由相同的附图标记表示。它们的名称和功能也相同。因此，可以不重复其详细描述。
第一实施例
参考图1，将描述根据第一实施例的半导体器件100中的热量生成。图1A是示出其中在半导体器件100中设置有多个温度(热)传感器模块(下文中也称为“THS”)的示例的图。
如图1A所示，半导体器件100包括温度传感器模块110-118。温度传感器模块112和113设置在生成大量热量的模块122和123(例如，中央处理器(CPU)和图形处理单元(GPU))附近。温度传感器模块114设置在模块124附近，该模块124的特性需要根据温度进行调节。
图1B示出了设置有温度传感器模块112和113的位置是半导体器件100中最强烈地生成热量的位置(局部热量生成)。例如，区域132示出了其中由模块122生成的热量影响的范围。区域133示出了其中由模块123生成的热量影响的范围。如图1B所示，在半导体器件100内部，半导体器件中的热量生成的分布取决于设置有大量生成热量的模块(诸如CPU和GPU)的位置以及模块的操作条件而不同。
图2是示出带隙基准电路(下文中也称为“BGR电路”)的电特性的图。BGR电路生成如曲线图210所示的基准电压VTHREF。基准电压VTHREF是通过将温度系数的符号相反并且具有适当的乘数常数的两个电压相加而生成的，并且与温度无关。在BGR电路中，由于输出电平是从GND确定的，因此输出电平对用于驱动BGR电路的VDD(电源电压)的依赖性非常低。
基准电压VTHREF是恒定电压(约1.24V)，几乎不受BGR电路的电源变化或BGR电路的温度变化的影响。BGR电路生成与绝对温度互补的电压(如曲线图220所示)(与绝对温度互补(CTAT)电压，下文中称为“CTAT电压”)、以及关于温度Tj具有一阶正特性的电压(如曲线图230所示的)(与绝对温度成比例(PTAT)电压，下文中也称为“PTAT电压VTHSENSE”)。BGR电路将PTAT电压和CTAT电压组合以生成电压Vout。
参考图3，将描述半导体器件100中的局部热量生成与基准电压VTHREF和PTAT电压VTHSENSE之间的关系。图3的左侧以与图1A相同的方式示出了热量生成位置。附接到温度传感器模块112和113的圆圈310指示生成高温度热量。附接到温度传感器模块110、111、114和117的圆圈320指示在比圆圈310所示的位置处的温度低的温度下产生热量。附接到温度传感器模块115和118的圆圈330指示在比圆圈320所示的位置处的温度低的温度下产生热量。
图3的右侧是示出利用BGR电路的电特性来表示的热量生成位置的温度Tj分布的图。在一个方面，能够保证半导体器件100的操作的温度范围是例如-40℃至125℃。与圆圈330相关联的温度传感器模块115和118检测例如温度T(1)。与圆圈320相关联的温度传感器模块110、111、114和117检测例如温度T(2)。与圆圈310相关联的温度传感器模块112和113检测例如温度T(3)。
[半导体器件400的配置]
参考图4，将描述根据第一实施例的半导体器件400的配置。图4是示出半导体器件400的硬件配置的框图。半导体器件400包括N+1个温度传感器控制器(TSC0至TSCN)和N+1个温度传感器模块(THS0至THSN)。在一个方面，N个温度传感器控制器(TSC0和TSC2至TSCN)分别控制N个温度传感器模块(THS0和THS2至THSN)。在下文中，将N个温度传感器控制器(TSC0和TSC2至TSCN)统称为温度传感器控制器410。将N个温度传感器模块(THS0和THS2至THSN)统称为温度传感器模块430。将除N个温度传感器控制器(TSC0和TSC2至TSCN)以外的其他温度传感器控制器(TSC1)称为温度传感器控制器420。将除N个温度传感器模块(THS0和THS2至THSN)以外的其他温度传感器模块(THS1)称为温度传感器模块440。
温度传感器控制器410和420分别与温度传感器模块430和440交换数据，并且输出用于控制温度传感器模块的操作的信号。
温度传感器控制器410向温度传感器模块430输出芯片内部电压监测器(CIVM)选择信号。CIVM选择信号输入到CIVM电路431。CIVM选择信号指定要从稍后描述的多个电压值中选择的电压值。
CIVM电路431包括电压输入单元432和选择器(选择电路)433。电压输入单元432接收通过对由温度传感器模块440的BGR电路444生成的基准电压进行分压而获得的电压值VTHS1REF0至VTHS1REFN(分压电压值)。选择器(SL)433基于CIVM选择信号选择电压值中的一个电压值，并且将所选择的电压值提供给选择器(SL)435。CIVM选择信号包括指示将选择根据温度传感器控制器410的控制而指定的哪个电压值的信息。
从BGR电路434输出的基准电压VTHREF和PTAT电压VTHSENSE也输入到选择器435。选择器435基于CIVM选择信号，从来自CIVM电路431输入的电压值、以及从BGR电路434输入的基准电压和PTAT电压中选择两个电压值。所选择的电压被输入到模数转换器(模数转换电路)436。模数转换器(ADC)436基于两个电压值中的一个电压值对另一电压值执行模数(AD)转换处理。例如，在一个方面，ADC 436基于基准电压VTHREF对PTAT电压VTHSENSE执行AD转换处理。通过AD转换处理获取的数字值被输入到温度传感器控制器410。
与温度传感器控制器410类似，温度传感器控制器420与温度传感器模块440传送数据，并且控制温度传感器模块440。在温度传感器模块440中，BGR电路444生成N+1个电压值VTHS1REF0、VTHS1REF1、……、和VTHS1REFN，并且将电压值输出到除温度传感器模块440以外的其他温度传感器模块430。此外，BGR电路444生成基准电压VTHREF和PTAT电压VTHSENSE，并且分别将它们输出到选择器435。
[正常操作]
参考图5，将描述在温度传感器模块的正常操作期间测量温度Tj的流程。图5是示出由半导体器件400执行的部分处理的流程图。
在步骤S510中，温度传感器模块430的BGR电路434生成基准电压VTHREF和PTAT电压VTHSENSE(取决于温度的检测电压)，并且将它们输出到选择器435。
在步骤S520中，温度传感器模块440的BGR电路444生成电压值VTHS1REF0至VTHS1REFN，并且将它们输出到温度传感器模块430。在步骤S530中，温度传感器模块430的CIVM电路431接收电压输入单元432处的基准电压(电压值VTHS1REF0至VTHS1REFN)。
在步骤S540中，温度传感器控制器410向温度传感器模块430输出信号，该信号用于选择通过对基准电压VTHREF进行分压而获得的电压值VTHS1REF0至VTHSREFN中的一个电压值。在步骤S550中，温度传感器模块430中包括的CIVM电路431的选择器433基于从温度传感器控制器410接收的信号来选择电压值VTHS1REF0至VTHSREFN中的一个电压。
在步骤S560中，温度传感器控制器410向温度传感器模块430输出用于选择基准电压VTHREF和PTAT电压VTHSENSE的信号。在步骤S570中，温度传感器模块430的选择器435选择基准电压VTHREF和PTAT电压VTHSENSE。在步骤S580中，温度传感器模块430的ADC 436基于所选择的基准电压VTHREF对PTAT电压VTHSENSE执行AD转换处理，并且将所获得的数字值输出到温度传感器控制器410。
在步骤S590中，温度传感器控制器410使用应用程序基于数字值来计算温度Tj。
[测试操作]
图6是示出温度传感器模块的另一测试的部分处理的流程图。与上述相同的处理由相同的步骤编号表示。因此，可以不重复对相同处理的描述。
在步骤S640中，温度传感器控制器410向温度传感器模块430输出用于选择电压值VTHS1REF0的信号。在步骤S650中，温度传感器模块430中包括的CIVM电路431的选择器433基于从温度传感器控制器410接收的信号来选择电压值VTHS1REF0。
在步骤S660中，温度传感器控制器410向温度传感器模块430输出用于选择基准电压VTHREF和电压值VTHS1REF0的信号。在步骤S670中，温度传感器模块430的选择器435选择基准电压VTHREF和电压值VTHS1REF0。在步骤S680中，温度传感器模块430的ADC436基于所选择的基准电压VTHREF对电压值VTHS1REF0执行AD转换处理，并且将所获得的数字值输出到温度传感器控制器410。
在步骤S690中，温度传感器控制器410使用应用程序将数字值转换为温度Tj，并且在上限温度(例如，125℃)在能够保证半导体器件400操作的一定范围内的情况下计算温度转换值(TREF0)。
尽管每个BGR电路434具有个体特性差异，但是半导体器件400可以通过确认温度传感器模块的温度转换值TREF0彼此基本一致，来确定每个温度传感器模块可以正确地测量温度Tj。在一个方面，基本一致是指相应温度转换值TREF0之间的差值在预设范围内，并且相应温度转换值TREF0不必一定相同。
图7是示出温度传感器模块的又一测试的部分处理的流程图。与上述相同的处理由相同的步骤编号表示。因此，可以不重复对相同处理的描述。
在步骤S740中，温度传感器控制器410向温度传感器模块430输出信号，该信号用于选择与在能够保证半导体器件400操作的范围内的下限温度(例如，-40℃)相对应的电压值VTHS1REF1。
在步骤S750中，温度传感器模块430中包括的CIVM电路431的选择器433基于从温度传感器控制器410接收的信号来选择电压值VTHS1REF1。
在步骤S760中，温度传感器控制器410向温度传感器模块430输出用于选择基准电压VTHREF和电压值VTHS1REF1的信号。
在步骤S770中，温度传感器模块430的选择器435选择基准电压VTHREF和电压值VTHS1REF1。
在步骤S780中，温度传感器模块430的ADC 436基于所选择的基准电压VTHREF对电压值VTHS1REF1执行AD转换处理，并且将所获得的数字值输出到温度传感器控制器410。
在步骤S790中，温度传感器控制器410使用应用程序将数字值转换为温度Tj，并且计算与在能够保证半导体器件400操作的范围内的下限温度相对应的温度转换值TREF1。
尽管每个BGR电路434具有个体特性差异，但是可以通过确认温度传感器模块的温度转换值TREF1彼此基本一致，来确定每个温度传感器模块可以正确地测量温度Tj。在一个方面，基本一致是指相应温度转换值TREF1之间的差值在预设范围内，并且相应温度转换值TREF1不必一定相同。
将参考图8描述又一方面。图8是示出根据另一方面的由半导体器件400执行的部分处理的流程图。与上述相同的处理由相同的步骤编号表示。因此，可以不重复对相同处理的描述。
在步骤S840中，温度传感器控制器410向温度传感器模块430输出用于选择电压值VTHS1REFN的信号。电压值VTHS1REFN是与能够保证半导体器件400操作的上述范围(-40℃至125℃)内包括的任何温度相对应的电压值。
在步骤S850中，温度传感器模块430中包括的CIVM电路431的选择器433响应于该信号的接收，而基于从温度传感器控制器410接收的信号来选择电压值VTHS1REFN。
在步骤S860中，温度传感器控制器410向温度传感器模块430输出用于选择基准电压VTHREF和电压值VTHS1REFN的信号。
在步骤S870中，温度传感器模块430的选择器435响应于该信号的接收而选择基准电压VTHREF和电压值VTHS1REFN。
在步骤S880中，温度传感器模块430的ADC 436基于所选择的基准电压VTHREF对电压值VTHS1REFN执行AD转换处理，并且将所获得的数字值输出到温度传感器控制器410。
在步骤S890中，温度传感器控制器410使用应用程序将所获得的数字值转换为温度转换值TREFN。根据本实施例的应用程序实现使用用于将电压值转换为温度的预设关系来将电压值转换为温度的处理。预设关系例如由图3或稍后描述的图10所示的曲线图定义，或者定义为表示电压值与温度之间的对应关系的表。
温度传感器控制器可以通过确认温度传感器模块的温度转换值TREFN彼此基本一致，来确定每个温度传感器模块可以正确地测量温度Tj。在一个方面，基本一致是指相应温度转换值TREFN之间的差值在预设范围内，并且相应温度转换值TREFN不必一定相同。
在另一方面，如果温度传感器控制器确定相应温度传感器模块的温度转换值TREFN不一致，则温度传感器控制器可以确定温度传感器模块430或温度传感器模块440不能正确地测量温度Tj(即，存在故障的可能性)。顺便提及，温度转换值TREFN不一致是指相应温度转换值TREFN之间的差值不在上述预设范围内。
将参考图9和10描述温度传感器模块440的配置。图9是示出温度传感器模块440的硬件配置的框图。如图9所示，温度传感器模块440包括电压输入单元432、选择器433、BGR电路444、选择器435和ADC 436。
BGR电路444通过电阻器对基准电压VTHREF进行分压，以生成电压值VTHS1REF0至VTHS1REFN。由于每个电压是基于半导体中的电阻率而生成的，因此即使半导体的电阻存在制造偏差，每个电压比率也不会改变。因此，可以预期，温度传感器模块的温度转换值TREFN之间的比率(例如，在步骤S690中获取的温度转换值TREF0与在步骤S790中获取的温度转换值TREF1之间的比率)彼此一致。因此，可以确认温度传感器模块的性能和功能按预期运行。
另一方面，例如，当仅获取温度转换值TREF0(步骤S690)，并且每个温度传感器模块的处理结果存在错误时，如果错误较小，则温度传感器模块的性能可以得到确认，但是如果错误很大，则很难确认温度传感器模块的性能。这里处理的错误是指电路系统的偏移错误和负载差错误。当温度传感器控制器使用例如温度转换值TREF0(步骤S690)和温度转换值TREF1(步骤S790)的两个值时，电路系统的偏移错误和负载差错误相对于差异和比率被消除，使得可以容易地确认温度传感器模块的性能。
接下来，参考图10，将描述其中温度传感器模块440的BGR电路444的基准电压VTHREF通过电阻器被分压，以生成电压值VTHS1REF0至VTHS1REFN的示例。图10是示出温度传感器模块440的BGR电路444的电特性的图。
首先，在一个方面，将电压值VTHS1REF0设置为与能够保证半导体器件操作的上限温度(例如，125℃)相对应的PTAT电压VTHSENSE。此外，将电压值VTHS1REF1设置为与能够保证半导体器件400操作的下限温度(例如，-40℃)相对应的PTAT电压VTHSENSE。此外，例如，将任意数目的电压值VTHS1REFN设置为与能够保证半导体器件400操作的范围内的温度相对应的PTAT电压VTHSENSE，任意数目的电压值VTHS1REFN是通过对电压值VTHS1REF0与电压值VTHS1REF1之间的中间电压进行同样地分压而获得的。以这种方式，可以在能够保证半导体器件400操作的范围内测试半导体器件400的功能和性能。
在另一方面，三个或更多个温度传感器模块可以测量温度转换值TREF0(步骤S690)和温度转换值TREF1(步骤S790)。注意，三个或更多个温度传感器模块还可以测量温度转换值TREFN(步骤S890)。在这种情况下，如果所有温度传感器模块测量的值大致相同，则温度传感器控制器可以确定所有温度传感器模块的温度Tj的测量值是正确的。
在三个或更多个温度传感器模块中，当包括温度传感器模块440的两个或更多个温度传感器模块测量大致相同的温度Tj，而其他温度传感器模块测量不同的温度Tj时，温度传感器控制器可以确定温度传感器模块测量与由温度传感器模块440测量的温度Tj不同的温度Tj失败。如果温度传感器模块的温度转换值TREFN(步骤S890)之间的比率(例如，温度转换值TREF0与温度转换值TREF1之间的比率)与期望值不一致，则可以确认温度传感器模块440的故障。
当如图3中的温度传感器模块110和温度传感器模块111中那样两个温度传感器模块彼此相邻时，由于温度传感器模块110的温度Tj和温度传感器模块111的温度Tj彼此基本一致，因此可以确认温度传感器模块110的相应电压值(基准电压VTHREF、PTAT电压VTHSENSE和电压值VTHS1REF0至VTHS1REFN)与温度传感器模块111的相应电压值(基准电压VTHREF、PTAT电压VTHSENSE和电压值VTHS1REF0至VTHS1REFN)大致相同。如果上述温度传感器模块110的所有相应测量值与上述温度传感器模块111的所有相应测量值大致相同，则可以确定温度传感器模块110和温度传感器模块111正在正确操作。另一方面，如果上述温度传感器模块110的所有相应测量值与上述温度传感器模块111的所有相应测量值并非大致相同，则表示温度传感器模块110或温度传感器模块111中的任一个发生故障。在ASIL测试中，这被确定为故障。
温度传感器模块110执行老化劣化校正处理，以校正由老化劣化引起的偏移。在上述“大致相同”的测量中，使用在由温度传感器模块101执行老化劣化校正处理之后的值。另外，由于当正常使用配备有温度传感器模块110的半导体器件时，温度传感器模块110被悬置，因此通过在半导体器件的出厂测试中执行温度传感器模块110的操作检查，可以确认温度传感器模块110和温度传感器模块111相应操作特性保持在相同水平。如果温度传感器模块在功能方面发生故障，则测量值可能由于固定到GND、Vcc(正电源电压)或其他电位而为固定值，或者由于打开状态而可能为不确定值。因此，这种故障可以根据测量结果来判定。
如上所述，尽管相应温度传感器模块的BGR电路的特性可能存在一些差异，但是通过确认相应温度传感器模块的温度转换值TREF0、TREF1和TREFN彼此大致一致，相应温度传感器模块可以在能够保证半导体器件400操作的温度范围内正确地测量温度Tj。
另外，由于图4所示的温度传感器模块440的电压值VTHS1REF0至VTHS1REFN(如图10所示)是将利用电阻器对BGR电路444的基准电压VTHREF进行分压而获得的值，所以即使反复进行多次测量，也可以预期稳定地获取大致相同的值。还可以确认在测试过程中进行测量时可以正确执行测量，这是ASIL D的另一要求。
第二实施例
在下文中，将描述第二实施例。在本实施例中，描述了当一个或两个热传感器模块安装在半导体器件上时的测试方法。
首先，参考图11，将描述半导体器件1100的配置。图11是示出包括单个温度传感器模块的半导体器件1100的硬件配置的框图。半导体器件1100包括连接到外部系统1180的温度传感器模块1140和温度传感器控制器420。除了温度传感器模块440的配置之外，温度传感器模块1140还包括驱动器1110以及输出端子1120和1130。驱动器1110经由输出端子1120和1130，将基准电压VTHREF和PTAT电压VTHSENSE输出到温度传感器模块1140的外部。输出到外部的基准电压VTHREF和PTAT电压VTHSENSE被输入到外部系统1180。在一个方面，外部系统1180是用于每个温度传感器模块的测试器，并且被配置为接收从每个温度传感器模块输出的信号。在另一方面，外部系统可以用于每个温度传感器模块。
在外部系统1180中，ADC 1150基于基准电压VTHREF对PTAT电压VTHSENSE执行AD转换处理。温度传感器控制器420经由数字端子1160接收通过AD转换处理而获得的数字值。
图12是示出包括两个温度传感器模块的半导体器件1200的硬件配置的框图。半导体器件1200包括温度传感器模块430和1140、以及温度传感器控制器410和420。温度传感器模块1140包括输出端子1120和1130。温度传感器模块1140和温度传感器控制器420连接到外部系统1180。图12所示的半导体器件1200中的组件的连接和信号的输入/输出关系与图4所示的相同。因此，将不再重复这些描述。
参考图13，将描述半导体器件的控制方法。图13是示出由半导体器件1100执行的部分处理的流程图。
在步骤S1300中，温度传感器模块1140的BGR电路444输出基准电压VTHREF和PTAT电压VTHSENSE。
在步骤S1310中，驱动器1110将基准电压VTHREF和PTAT电压VTHSENSE的模拟值分别输出到输出端子1120和1130。
在步骤S1320中，输出端子1120和1130将基准电压VTHREF的模拟值和PTAT电压VTHSENSE的模拟值输出到外部系统1180。
在步骤S1330中，在外部系统1180中，ADC 1150基于基准电压VTHREF对PTAT电压VTHSENSE执行AD转换处理。通过AD转换而获得的数字值从外部系统1180发送到温度传感器控制器420。
在步骤S1340中，数字端子1160接收从ADC 1150输出的数字值。
在步骤S1350中，温度传感器控制器420向温度传感器模块1040输出用于选择基准电压VTHREF和PTAT电压VTHSENSE的信号。
在步骤S1360中，选择器435响应于该信号的接收而选择基准电压VTHREF和PTAT电压VTHSENSE。
在步骤S1370中，ADC 436基于基准电压VTHREF对PTAT电压值VTHSENSE执行AD转换处理。通过AD转换而获得的数字值被输出到温度传感器控制器420。
在步骤S1380中，温度传感器控制器420执行应用程序，并且将来自外部系统1180的数字值与来自温度传感器模块1140的数字值进行比较以确认数字值是否大致相同。
在步骤S1390中，外部系统1180使用由ADC 1150获取的数字值来执行用于测试的预先准备的处理，以确认是否获取了预期温度Tj。
根据图11所示的配置，可以确认BGR电路444是否由诸如外部系统1180等半导体器件1100外部的系统正常地操作。温度传感器控制器420将通过由ADC 436对BGR电路444的输出值执行AD转换处理而获得的数字值与通过由ADC 1150对BGR电路444的输出值执行AD转换处理而获得的数字值进行比较。半导体器件1100确认这些数字值是否是大致相同的值。如果这些数字值大致相同，则温度传感器控制器420可以确认ADC 436正在正常操作。
由于电压值VTHS1REF0至VTHS1REFN是通过使用BGR电路444中的电阻器对基准电压VTHREF进行分压而获得的，因此可以基于基准电压VTHREF来估计电压值VTHS1REF0至VTHS1REFN。为此，半导体器件1100可以通过对由选择器435经由CIVM电路431选择的电压值VTHS1REF0至VTHS1REFN执行AD转换处理，来确认电压值VTHS1REF0至VTHS1REFN是否为期望值。以这种方式，半导体器件1100可以确认温度传感器模块1140的整个电路系统是否正在正常操作。
接下来，参考图14，将描述半导体器件1200的控制方法。图14是示出半导体器件1200的部分处理的流程图。在图13所示的处理中确认温度Tj由温度传感器模块1140准确测量之后，执行图14所示的处理以确认温度Tj由温度传感器模块430准确测量。
在步骤S1410中，温度传感器模块430的BGR电路434将基准电压VTHREF和PTAT电压VTHSENSE输出到选择器435。温度传感器模块1140的BGR电路444输出基准电压VTHREF和PTAT电压VTHSENSE。
在步骤S1420中，温度传感器模块1140的BGR电路444输出电压值VTHS1REF0至VTHS1REFN。
在步骤S1430中，温度传感器模块430的CIVM电路431和温度传感器模块1140的CIVM电路431分别接收从BGR电路444输出的电压值VTHS1REF0至VTHS1REFN。
在步骤S1440中，温度传感器控制器410和420分别向温度传感器模块430和1140输出用于选择电压值VTHS1REF0的信号。
在步骤S1450中，温度传感器模块430的CIVM电路431的选择器433和温度传感器模块1140的CIVM电路431的选择器433分别响应于该信号的接收，而选择电压值VTHS1REF0。
在步骤S1460中，温度传感器控制器410和420分别向温度传感器模块430和1140输出用于选择基准电压VTHREF和电压值VTHS1REF0的信号。
在步骤S1470中，温度传感器模块430的选择器435和温度传感器模块1140的选择器435分别响应于该信号的接收，而选择基准电压VTHREF和电压值VTHS1REF0。
在步骤S1480中，温度传感器模块430的ADC 436和温度传感器模块1140的ADC 436分别基于基准电压VTHREF，对电压值VTHS1REF0执行AD转换处理。
在步骤S1490中，温度传感器控制器410和420分别执行应用程序，以将通过AD转换而获得的数字值转换为温度转换值TREF0。
由于已经以图13所示的方式保证了温度传感器模块1140的操作，因此半导体器件1200可以通过确认由温度传感器控制器410计算出的温度转换值TREF0和由温度传感器控制器420计算出的温度转换值TREF0是大致相同的值，来确认温度传感器模块430可以准确地测量温度Tj。
接下来，将参考图15进一步描述另一方面。图15是示出根据另一方面的由半导体器件1200执行的部分处理的流程图。在图13所示的处理中确认温度Tj由温度传感器模块1140准确测量之后，执行图15所示的处理，以确认温度Tj由温度传感器模块430准确测量。与上述相同的处理由相同的步骤编号表示。因此，将不再重复对相同处理的描述。
在步骤S1540中，温度传感器控制器410和420分别向温度传感器模块430和1140输出用于选择电压值VTHS1REF1的信号。
在步骤S1550中，温度传感器模块430的CIVM电路431的选择器433和温度传感器模块1140的CIVM电路431的选择器433分别响应于该信号的接收，而选择电压值VTHS1REF1。
在步骤S1560中，温度传感器控制器410和420分别向温度传感器模块430和1140输出用于选择基准电压VTHREF和电压值VTHS1REF1的信号。
在步骤S1570中，温度传感器模块430的选择器435和温度传感器模块1140的选择器435分别响应于该信号的接收，而选择基准电压VTHREF和电压值VTHS1REF1。
在步骤S1580中，温度传感器模块430的ADC 436和温度传感器模块1140的ADC 436分别基于基准电压VTHREF，对电压值VTHS1REF1执行AD转换处理。
在步骤S1590中，温度传感器控制器410和420分别执行应用程序，以将通过AD转换而获得的数字值转换为温度转换值TREF1。
由于已经以图13所示的方式保证了温度传感器模块1140的操作，因此半导体器件1200可以通过确认由温度传感器控制器410计算出的温度转换值TREF1和由温度传感器控制器420计算出的温度转换值TREF1是大致相同的值，来确认温度传感器模块430可以准确地测量温度Tj。
将参考图16描述又一方面。图16是示出根据又一方面的由半导体器件1200执行的部分处理的流程图。在图13所示的处理中确认温度Tj由温度传感器模块1140准确测量之后，执行图16所示的处理，以确认温度Tj由温度传感器模块430准确测量。与上述相同的处理由相同的步骤编号表示。因此，将不再重复对相同处理的描述。
在步骤S1640中，温度传感器控制器410和420分别向温度传感器模块430和1140输出用于选择电压值VTHS1REFN的信号。
在步骤S1650中，温度传感器模块430的CIVM电路431的选择器433和温度传感器模块1140的CIVM电路431的选择器433分别响应于该信号的接收，而选择电压值VTHS1REFN。
在步骤S1660中，温度传感器控制器410和420分别向温度传感器模块430和1140输出用于选择基准电压VTHREF和电压值VTHS1REFN的信号。
在步骤S1670中，温度传感器模块430的选择器435和温度传感器模块1140的选择器435分别响应于该信号的接收，而选择基准电压VTHREF和电压值VTHS1REFN。
在步骤S1680中，温度传感器模块430的ADC 436和温度传感器模块1140的ADC 436分别基于基准电压VTHREF，对电压值VTHS1REFN执行AD转换处理。
在步骤S1690中，温度传感器控制器410和420分别执行应用程序以将通过AD转换而获得的数字值转换为温度转换值TREFN。
由于已经以图13所示的方式保证了温度传感器模块1140的操作，因此半导体器件1200可以通过确认由温度传感器控制器410计算出的温度转换值TREFN和由温度传感器控制器420计算出的温度转换值TREFN是大致相同的值，来确认温度传感器模块430可以准确地测量温度Tj。
由于温度转换值TREF0、TREF1和TREFN中的每个温度转换值对应于能够保证半导体器件1200操作的温度范围，因此通过确认相应温度传感器模块的温度转换值TREF0、TREF1和TREFN彼此大致一致，可以确定相应温度传感器模块可以测量在能够保证半导体器件1200操作的温度范围内的温度Tj。
在另一方面，可以以与根据第二实施例的温度传感器模块430相同的方式将温度传感器模块430增加任何数目。也就是说，可以适当地组合第一实施例和第二实施例。
第三实施例
在下文中，将描述第三实施例。根据本实施例的半导体器件1700与根据上述每个实施例的半导体器件的不同之处在于，每个温度传感器模块包括输出端子1120和1130。
参考图17，将描述根据本实施例的半导体器件1700的配置。图17是示出半导体器件1700的硬件配置的框图。半导体器件1700包括N个温度传感器控制器410、温度传感器控制器420、N个温度传感器模块1730和温度传感器模块1040。每个温度传感器模块1730连接到每个温度传感器控制器410。
根据图17所示的配置，类似于温度传感器模块1140，每个温度传感器模块1730可以经由输出端子1120和1130输出基准电压VTHREF和PTAT电压VTHSENSE。因此，即使不从温度传感器模块1140向每个温度传感器模块1730供应电压值VTHS1REF0至VTHS1REFN，每个温度传感器模块1730也可以执行第二实施例中所述的测试。
第四实施例
在下文中，将描述第四实施例。在上述实施例中，基于基准电压VTHREF来执行AD转换，但是可以使用除基准电压以外的电压。
回到图4，将描述本实施例。如图4所示，温度传感器模块430的选择器435可以选择从BGR电路434输出的PTAT电压VTHSENSE。因此，温度传感器模块430的ADC 436可以基于温度传感器模块430的BGR电路434的PTAT电压VTHSENSE，来对温度传感器模块440的BGR电路444的电压值VTHS1REF0至VTHS1REFN执行AD转换处理。
在此，温度传感器模块430和440的ADC 436执行以下AD转换处理。
(A)ADC 436基于基准电压VTHREF对电压值VTHS1REF0至VTHS1REFN执行AD转换处理。
(B)ADC 436基于PTAT电压VTHSENSE对电压值VTHS1REF0至VTHS1REFN执行AD转换处理。
(C)ADC 436基于基准电压VTHREF对PTAT电压VTHSENSE执行AD转换处理。
温度传感器控制器420可以使用(A)和(B)的转换结果来估计与(C)的转换结果相对应的值(不考虑CIVM电路431的输入/输出偏移的值：理想值)。在这种情况下，(C)的转换结果与理想值之间的差值对应于CIVM电路431的输入/输出偏移。即使温度传感器模块430和440被包括在同一半导体器件中，相应温度传感器模块430和440的CIVM电路431的输入/输出偏移可以不同。通过基于以这种方式获取的偏移来调节CIVM电路的输入/输出特性，可以通过根据上述实施例的温度传感器模块以高精度执行温度测量。
将参考图18描述又一方面。图18是示出当基于上述每个实施例中例示的测试结果而检测到错误(故障)时的部分处理的流程图。与上述相同的处理由相同的步骤编号表示。因此，将不再重复对相同处理的描述。
在步骤S1800中，温度传感器控制器执行错误确定。例如，当由N+1个温度传感器控制器获取的所有温度转换值TREF0彼此不一致时，温度传感器控制器确定在半导体器件中已经发生了错误。
在步骤S1810中，温度传感器控制器执行错误确定。例如，当由N+1个温度传感器控制器获取的所有温度转换值TREF1彼此不一致时，温度传感器控制器确定在半导体器件中已经发生了错误。
在步骤S1820中，温度传感器控制器执行错误确定。例如，当由N+1个温度传感器控制器获取的所有温度转换值TREFN彼此不一致时，温度传感器控制器确定在半导体器件中已经发生了错误。
在步骤S1830中，温度传感器控制器确定在设置在半导体器件中最强烈地生成热量的位置的温度传感器模块(例如，图3所示的温度传感器模块112和113)中是否发生了错误。该确定例如基于比较从相应温度传感器模块输出的电压值的结果来进行。如果在设置在最强烈地生成热量的位置的温度传感器模块中发生了错误(步骤S1830中为“是”)，则处理进入步骤S1840。否则(步骤S1830为“否”)，处理进入步骤S1870。
在步骤S1840中，温度传感器控制器确定其中已经发生错误的温度传感器模块的错误程度。该确定基于例如温度传感器模块的输出值是否落在图3所示的范围内来进行。如果温度传感器模块的输出值的至少一部分落在图3所示的范围内(步骤S1840中为“是”)，则处理进入步骤S1850。否则(步骤S1840为“否”)，处理进入步骤S1860。
在步骤S1850中，半导体器件不管应用程序的执行情况如何都停止操作。但是，当来自发生错误的温度传感器模块的、与温度转换值TREF0和TREF1相对应的输出值落在图3所示的范围内时，该温度传感器模块可以继续操作以保持与安全相关的重要性。
在步骤S1860中，半导体器件不管应用程序的执行情况如何都停止操作。
在步骤S1870中，温度传感器控制器确定其中已经发生错误的温度传感器模块的错误程度。该确定基于例如温度传感器模块的输出值是否落在图3所示的范围内来进行。如果来自温度传感器模块的输出值的至少一部分落在图3所示的范围内(步骤S1870为“是”)，则处理进入步骤S1880。否则(步骤S1870为“否”)，处理进入步骤S1890。
在步骤S1880中，半导体器件根据应用程序的执行情况，通过使用除已经发生错误的温度传感器模块以外的温度传感器模块来监测温度Tj，并且继续操作。但是，当来自发生错误的温度传感器模块的、与温度转换值TREF0和TREF1相对应的输出值落在图3所示的范围内时，该温度传感器模块可以继续操作以保持与安全相关的重要性。
在步骤S1890中，半导体器件不管应用程序的执行情况如何都停止操作。
如上所述，根据本公开，在包括多个温度传感器模块的半导体器件中，在由每个温度传感器模块测量的温度Tj未知的情况下，可以测试温度Tj是否可以正确测量。另外，根据本公开，还可以实现对用于半导体器件中的温度传感器的功能安全标准(例如，ISO26262ASIL)的遵守。
尽管已经基于实施例具体描述了本发明人做出的发明，但是不用说，本发明不限于上述实施例，并且可以在不脱离本发明的范围的情况下进行各种改变。

Claims (10)

1.一种半导体器件，包括：
第一温度传感器模块；
第二温度传感器模块；
第一温度控制器，被耦合到所述第一温度传感器模块；以及
第二温度控制器，被耦合到所述第二温度传感器模块，
其中所述第一温度传感器模块包括：
第一带隙基准电路，输出第一基准电压、以及通过利用电阻器对所述第一基准电压进行分压而生成的多个分压电压；
第一选择电路，被耦合到所述第一带隙基准电路，并且基于来自所述第一温度传感器控制器的指令，选择所述多个分压电压中的一个分压电压作为第一分压电压；以及
第一转换电路，基于所述第一基准电压对所述第一分压电压执行模数转换处理，以生成第一数字值，
其中所述第二温度传感器模块包括：
第二带隙基准电路，输出第二基准电压；
第二选择电路，接收从所述第一带隙基准电路输出的所述多个分压电压，并且基于来自所述第二温度传感器控制器的指令，选择所述多个分压电压中的所述一个分压电压作为第二分压电压；以及
第二转换电路，基于所述第二基准电压对所述第二分压电压执行模数转换处理，以生成第二数字值；
其中所述第一温度传感器控制器使用预设关系将所述第一数字值转换为第一温度，
其中所述第二温度传感器控制器使用预设关系将所述第二数字值转换为第二温度，以及
其中所述半导体器件通过确认所述第一温度与所述第二温度之间的差值在预设范围内，确定所述第一温度模块和所述第二温度模块正常操作。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中来自所述第一温度传感器控制器的所述指令包括以下各项中的一项：
与保证所述半导体器件的操作的上限温度相对应的分压电压，
与保证所述半导体器件的操作的下限温度相对应的分压电压，以及
与所述上限温度与所述下限温度之间的温度相对应的分压电压。
3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述半导体器件通过确认所述差值不在所述预设范围内来确定所述第一传感器模块或所述第二传感器模块有故障，并且当所述第一温度传感器模块和所述第二温度传感器模块中的、靠近所述半导体器件中包括的中央处理单元或图形处理单元设置的温度传感器模块有故障时，所述半导体器件停止操作。
4.根据权利要求1的半导体器件，
其中所述第一带隙基准电路还根据温度输出第一检测电压，
其中所述第一转换电路基于所述第一基准电压对所述第一检测电压执行模数转换处理，以生成第三数字值，
其中所述第一温度控制器使用预设关系将所述第三数字值转换为第三温度，
其中所述第二带隙基准电路还根据温度输出第二检测电压，
其中所述第二转换电路基于所述第二基准电压对所述第二检测电压执行模数转换处理，以生成第四数字值，以及
其中所述第一温度控制器使用预设关系将所述第四数字值转换为第四温度。
5.一种半导体器件，包括：
第一温度传感器模块；以及
第一温度传感器控制器，被耦合到所述第一温度传感器模块，
其中所述第一温度传感器模块包括：
第一带隙基准电路，根据温度输出第一基准电压和第一检测电压，
第一转换电路，基于所述第一基准电压对所述第一检测电压执行模数转换处理，以生成第一数字值，以及
第一输出端子，被配置为耦合到外部系统，并且从所述第一带隙基准电路向所述外部系统输出所述第一基准电压和所述第一检测电压，所述外部系统包括第二转换电路，所述第二转换电路用于基于所述第一基准电压对所述第一检测电压执行模数转换处理，以生成第二数字值，以及
其中所述第一温度传感器控制器包括输入端子，所述输入端子接收所述第二数字值，将所述第一数字值与所述第二数字值进行比较，并且通过确认所述第一数字值与所述第二数字值之间的差值在预设范围内来确定所述第一转换电路正常操作。
6.根据权利要求5的半导体器件，
其中所述第一带隙基准电路还输出通过利用电阻器对所述第一基准电压进行分压而生成的多个分压电压，
其中所述第一温度传感器模块还包括第一选择电路，所述第一选择电路被耦合到所述第一带隙基准电路，并且基于来自所述第一温度传感器控制器的指令来选择所述多个分压电压中的一个分压电压作为第一分压电压，
其中所述第一转换电路基于所述第一基准电压对所述第一分压电压执行模数转换处理，以生成第三数字值；
其中所述半导体器件还包括：
第二温度传感器模块；以及
第二温度传感器控制器，被耦合到所述第二传感器模块，其中所述第二传感器模块包括：
第二带隙基准电路，输出第二基准电压；
第二选择电路，接收从所述第一带隙基准电路输出的所述多个分压电压，并且基于来自所述第二温度传感器控制器的指令，来选择所述多个分压电压中的所述一个分压电压作为第二分压电压；以及
第二转换电路，基于所述第二基准电压对所述第二分压电压执行模数转换处理，以生成第四数字值，
其中所述第一温度传感器控制器使用预设关系将所述第三数字值转换为第一温度，
其中所述第二温度传感器控制器使用预设关系将所述第四数字值转换为第二温度，以及
其中所述半导体器件通过确认所述第一温度与所述第二温度之间的差值在预设范围内，确定所述第一温度模块和所述第二温度模块正常操作。
7.根据权利要求6所述的半导体器件，其中来自所述第一温度传感器控制器的所述指令包括以下各项中的一项：
与保证所述半导体器件的操作的上限温度相对应的分压电压，
与保证所述半导体器件的操作的下限温度相对应的分压电压，以及
与所述上限温度与所述下限温度之间的温度相对应的分压电压。
8.一种半导体器件的测试方法，所述半导体器件包括：包括第一带隙基准电路和第一转换电路的第一温度传感器模块；以及包括第二带隙基准电路和第二转换电路的第二温度传感器模块，所述测试方法包括：
从所述第一带隙基准电路输出第一基准电压、以及通过利用电阻器对所述第一基准电压进行分压而生成的多个分压电压；
选择所述多个分压电压中的一个分压电压；
通过所述第一转换电路，基于所述第一基准电压对所述多个分压电压中的所选择的分压电压执行模数转换处理，以生成第一数字值；
从所述第二带隙基准电路输出第二基准电压；
通过所述第二转换电路，基于所述第二基准电压对所述多个分压电压中的所选择的分压电压执行模数转换处理，以生成第二数字值；
使用预设关系将所述第一数字值转换为所述第一温度；
使用预设关系将所述第二数字值转换为所述第二温度；以及
通过确认所述第一温度与所述第二温度之间的差值在预设范围内，确定所述第一温度模块和所述第二温度模块正常操作。
9.根据权利要求8的半导体器件的方法，
其中所述半导体器件还包括温度传感器控制器，
其中所述测试方法还包括从所述温度传感器模块输出指令，
其中所述指令包括以下各项中的一项：
与保证所述半导体器件的操作的上限温度相对应的分压电压，
与保证所述半导体器件的操作的下限温度相对应的分压电压，以及
与所述上限温度与所述下限温度之间的温度相对应的分压电压，以及
其中选择所述多个分压电压中的所述一个分压电压是基于所述指令的。
10.根据权利要求8所述的半导体器件的方法，还包括：
通过确认所述差值不在所述预设范围内，确定所述第一传感器模块或所述第二传感器模块有故障；以及
当所述第一温度传感器模块和所述第二温度传感器模块中的、靠近所述半导体器件中包括的中央处理单元或图形处理单元设置的温度传感器模块有故障时，停止所述半导体器件的操作。
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