CN114443412A - 用于基于功率测量的温度检测和热管理的方法及设备 - Google Patents

用于基于功率测量的温度检测和热管理的方法及设备 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种用于控制集成电路(IC)的温度的设备和方法。例如，设备可以包括电路(例如，IC)、功率监测器、温度传感器和控制器。在一些示例中，可以基于由动态功率监测器(DPM)测量的功率来估计温度。在一些情况下，可以基于由IC上的温度传感器感测的温度来校正所估计的温度。与温度传感器感测温度的时间时段相比，可以在更短的时间时段和/或更频繁的时间时段中测量功率。因此，可以基于功率测量来更频繁地检测和调节IC的温度，并且可以基于感测的温度来调节温度估计以获得准确度。

Description

用于基于功率测量的温度检测和热管理的方法及设备
相关申请的交叉引用
本申请基于并要求于2020年11月2日在韩国知识产权局提交的第10-2020-0144597号韩国专利申请的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明构思涉及设备的热管理，并且更具体地，涉及一种用于基于功率测量的温度检测和设备热管理的方法和设备。
背景技术
用户设备可以包括一个或更多个集成电路(IC)以执行用于用户设备功能的各种处理操作。IC可以包括位于芯片上的一个或更多个电子电路，称为片上系统。IC用于执行与对计算机的输入相关的计算机处理和计算(例如，IC可以响应于用户输入来执行处理操作)。移动电话、计算机、GPS设备和平板电脑可以使用IC进行处理、存储和计算机计算等用途。在一些情况下，IC包括用于确定IC的组件的温度的温度传感器。
温度传感器可以是用于检测IC的表面温度或IC的核(例如，内部)温度的小型设备。在一些情况下，温度传感器可以检测IC的表面温度和核温度的组合。然后，感测的温度可以用于通过使用风扇、流体或功率降低等温度控制方法来调节IC的温度。
在一些情况下，施加到IC的功率可能影响IC的温度。因此，可以监测IC的功率输入和输出(例如，可以调节功率输入和输出以调节IC的温度)。功率监测器可以测量IC的输入功率、IC的输出功率或上述两者。可以实施动态功率监测技术以随时间周期性地确定功率级别，其中可以基于用户的偏好来调节监测的定时。
在一些情况下(例如，当IC正大量处理数据时)，IC的温度可能变得非期望或不稳定，这可能导致对IC或用户设备的损坏。例如，如果温度达到高于锂离子电池周围的壳体的阈值，则电池可能暴露于潮湿的大气，导致爆炸。因此，在本领域中需要周期性地感测并准确地控制IC的温度。
发明内容
本发明构思提供了一种用于基于功率测量来准确地检测温度并基于功率和温度来最佳地控制设备的温度的方法和设备。
根据本发明构思的一个方面，提供了一种设备，包括：第一电路，被配置为基于第一输入信号进行操作；第一功率监测器，被配置为根据第一时段来测量第一电路的第一功率，其中第一电路的第一功率是基于第一输入信号来测量的；温度传感器，被配置为根据第二时段来感测设备的温度；以及控制器，被配置为根据第一时段来估计第一电路的第一温度，根据第二时段从温度传感器接收第二温度，基于(例如，通过校正)第一温度和第二温度来计算第三温度，以及至少部分地基于第一温度和第三温度，根据第一时段来确定第一电路的电路温度，其中第一时段比第二时段短。
根据本发明构思的另一方面，提供了一种方法，包括：在第一时段中基于第一电路的输入信号来测量第一电路的第一功率；基于第一功率来估计第一电路的第一温度；通过感测包括第一电路的设备的第二温度并在第二时段中基于第二温度校正第一温度来计算第三温度；以及在第一时段的一个或更多个实例中基于第一温度和第三温度来确定第一电路的电路温度，其中第一时段比第二时段短。
根据本发明构思的另一方面，提供了一种设备，包括：至少一个电路，被配置为基于输入信号进行操作；至少一个功率监测器，被配置为基于输入信号来测量至少一个电路的功率；至少一个温度传感器，被配置为感测设备的温度；以及控制器，被配置为基于所测量的功率来估计至少一个电路的第一温度，通过基于由温度传感器感测的第二温度校正第一温度来计算第三温度，以及基于所测量的功率、第一温度和第三温度来控制至少一个电路的温度。
根据本发明构思的另一方面，提供了一种方法，包括：根据第一时段来以第一时间间隔估计电路的温度，其中温度是基于由电路消耗的功率以第一时间间隔估计的；根据比第一时段长的第二时段来以第二时间间隔从温度传感器接收电路的温度测量；基于所接收的温度测量中的至少一个来调节所估计的温度中的至少一个；以及根据第一时段来以第一时间间隔中的每一个确定电路的电路温度是否满足阈值，其中以第一时间间隔之一的确定基于至少一个经调节的所估计的温度。
附图说明
根据以下结合附图的详细描述，将更清楚地理解本发明构思的实施例，其中：
图1是示出根据示例实施例的设备的框图；
图2是根据示例实施例的用于温度检测和热管理的方法的流程图；
图3是示出根据示例实施例的检测温度的方法的消息图；
图4是示出根据示例实施例的检测温度的方法的示图；
图5是示出根据示例实施例的查找表的示图；
图6是示出根据示例实施例的设备的框图；
图7是根据示例实施例的检测温度的方法的流程图；
图8是示出根据示例实施例的设备的框图；
图9是示出根据示例实施例的用于热管理的方法的示图；
图10A和图10B是示出电路的功率和温度随时间的改变的曲线图；
图11是根据示例实施例的检测温度的方法的流程图；
图12是根据示例实施例的检测温度的方法的流程图；
图13是示出根据示例实施例的设备的框图；并且
图14是示出根据示例实施例的系统的框图。
具体实施方式
用户设备可以包括一个或更多个集成电路(IC)以执行用于用户设备功能的各种处理操作。IC可以包括位于芯片上的一个或更多个电子电路，称为片上系统。IC用于执行与对计算机的输入相关的计算机处理和计算(例如，IC可以响应于用户输入来执行处理操作)。移动电话、计算机、GPS设备和平板电脑可以使用IC进行处理、存储和计算机计算等用途。在一些情况下，IC包括用于确定IC的组件的温度的温度传感器。
为了控制IC的温度，可以在IC中包括温度传感器。通常，温度传感器可以基于元件的温度特性来检测温度。然而，在一些情况下，这样的温度传感器可以根据相对长的时段来检测温度(例如，温度传感器可以比可能期望的更不频繁地监测温度)。例如，温度传感器可以在特定时间段检测芯片或IC的温度。可以(例如，基于设备设置、性能目标等)延长时间时段，这提供更不频繁的温度信息来控制温度。因此，当基于由温度传感器感测的温度来控制IC的温度时，IC的性能可能受到限制(例如，由于过高的温度)。
本公开总体上涉及一种用于感测IC的温度的设备和方法。更具体地，本公开的实施例涉及一种用于估计和校正IC的温度的设备和方法。
在一些实施例中，本公开基于由动态功率监测器(DPM)测量的功率来估计温度。可以基于由IC上的温度传感器感测的温度来校正所估计的温度。在一些示例中，与传统温度传感器相比，可以在更短的时间时段和/或更频繁的时间时段中测量功率。因此，可以更频繁地检测和调节IC的温度。这样可以提供对IC温度的更精细控制，并且可以降低性能容限以符合设备温度限制。
本公开的实施例包括一种用于控制IC的温度的设备和方法。该设备可以包括电路(例如，IC)、功率监测器、温度传感器和控制器。该设备可以以第一时段的第一时间间隔估计电路的第一温度，其中第一温度是基于由电路消耗的功率来估计的。该设备还可以以第二时段的第一时间间隔从温度传感器接收电路的温度测量，其中第二时段比第一时段长。因此，该设备可以以第一时段的第二时间间隔估计电路的第二温度，并基于所接收的温度测量来调节所估计的第二温度。如此，该设备可以根据具有更短或减小的第一时段的周期性来确定是否应该调节电路温度。
图1是示出根据示例实施例的设备10的框图。如图1所示，设备10可以包括电子电路11、功率监测器12、温度传感器13、电压发生器14、时钟发生器15和热控制器16。
设备10可以指包括发热组件(例如，13)的任何设备。例如，设备10可以是电子系统(如计算系统、存储器系统、通信系统和网络系统)或包括在电子系统中的组件。在一些实施例中，设备10可以是通过半导体工艺制造的IC，并且设备10的组件可以被包括在至少一个封装中。
电子电路11可以基于输入信号IN进行操作。在一些实施例中，电子电路11可以是被配置为处理数字信号和/或模拟信号的处理电路。例如，电子电路11可以包括如中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、神经处理单元(NPU)的可编程组件、如知识产权(IP)核的提供固定功能的组件以及如现场可编程门阵列(FPGA)的可重新配置组件中的至少一个。可附加地或可替代地，电子电路11可以是被包括在上述组件之一中的电路块。
电子电路11可以从电压发生器14接收正电源电压VDD(在本文中也可以称为电源电压)并从时钟发生器15接收时钟信号CLK。电子电路11可以使用通过正电源电压VDD提供的电力，并且可以与时钟信号CLK同步操作。因此，电子电路11的功耗可以取决于正电源电压VDD和时钟信号CLK。例如，电子电路11的功耗可以随着正电源电压VDD增加而增加，并且可以随着时钟信号CLK的频率增加而增加。在本文中，电子电路11可以被称为电路。
根据本公开的一些方面，电子电路11的功耗可以用于估计电子电路11的温度(例如，其中消耗更多的功率可以指示更高的温度)。当电子电路11进行操作时，它生成热量。例如，电子电路11的温度可以取决于电子电路11的功耗，使得电子电路11的温度可以基于处理大数据负载、执行复杂操作、处理速度(例如，时钟信号CLK频率)等而增加。如此，功率估计可以用于估计电子电路的温度(例如，其中如本文更详细描述的，可以基于从温度传感器13接收的任何温度测量来调节温度估计)。
根据本发明构思的一个方面，一种热管理的方法可以包括：以第一时段的第一时间间隔估计电路的第一温度，其中第一温度是基于由电路消耗的功率来估计的；以第二时段的第一时间间隔从温度传感器接收电路的温度测量，其中第二时段比第一时段长；以第一时段的第二时间间隔估计电路的第二温度，其中第二温度是基于由电路消耗的功率来估计的；基于所接收的温度测量来调节所估计的第二温度；以及根据具有第一时段的周期性，至少部分地基于所估计的第一温度和经调节的所估计的第二温度来确定电路的电路温度是否满足阈值。
功率监测器12可以接收提供给电子电路11的输入信号IN，并基于输入信号IN来测量由电子电路11消耗的功率。在一些实施例中，功率监测器12可以包括由与本申请相同的申请人提交并通过引用整体并入本文的美国专利申请No.15/931043中公开的动态功率监测器(DPM)。例如，功率监测器12可以接收时钟门控信号和/或使能信号作为输入信号IN。功率监测器12可以基于确定电子电路11的功耗的时钟门控信号和/或使能信号来准确且快速地测量由电子电路11消耗的功率。如图1所示，功率监测器12可以向热控制器16提供关于所测量的功率的信息(即，功率信息PWR)。
温度传感器13可以感测电子电路11的环境温度，并且可以向热控制器16提供关于感测的温度的信息(即，温度信息TMP)。在本文中，提供温度信息(例如，TMP)可以被表达为提供由对应温度信息指示的温度。在一些实施例中，温度传感器13可以设置在电子电路11内部，并且在一些其他实施例中，温度传感器13可以设置在电子电路11周围。温度传感器13可以具有用于感测温度的任意结构。例如，温度传感器13可以通过检测根据温度变化的元件的特性来检测温度。由于基于元件的特性的温度感测，如稍后参考图3所描述的，温度传感器13向热控制器16提供温度信息TMP的时段(在本文中可以被称为第二时段)可以比功率监测器12向热控制器16提供功率信息PWR的时段(在本文中可以被称为第一时段)长。
时段通常可以指时间实例重复的频率。时间时段可以指发生完整循环所花费的时间。根据本公开的一些方面，时段可以指要(例如，通过温度传感器或功率监测器)进行的两次测量之间的时间、两次计算之间的时间(例如，第一温度估计和第二温度估计之间的时间、温度控制确定之间的时间等)等示例。
热控制器16可以从功率监测器12接收功率信息PWR，并且可以从温度传感器13接收设备10的温度信息TMP。热控制器16可以基于功率信息PWR来估计电子电路11的温度，并基于温度信息TMP来校正所估计的温度。当热控制器16基于从温度传感器13提供的温度信息TMP来检测电子电路11的温度时，控制电子电路11的温度可能过度地限制电子电路11的性能。可附加地或可替代地，如稍后参考图3所描述的，热控制器16可以基于功率信息PWR来估计温度，并且在接收到温度信息TMP时校正所估计的温度。热控制器16可以基于所估计的温度和经校正的温度来确定电子电路11的温度。因此，热控制器16可以更频繁地检测电子电路11的确切温度。
热控制器16可以基于检测到的电子电路11的温度来控制电子电路11的温度。例如，当检测到的电子电路11的温度低时，热控制器16可以通过增加电子电路11的功耗来增加电子电路11的性能。可附加地或可替代地，当检测到的电子电路11的温度高时，热控制器16可以通过降低电子电路11的功耗来限制电子电路11的性能。如图1所示，热控制器16可以通过第一控制信号CTR1控制电压发生器14并调节正电源电压VDD的幅度。可附加地或可替代地，热控制器16可以通过第二控制信号CTR2控制时钟发生器15并调节时钟信号CLK的频率。如上所述通过调节电源电压的幅度和时钟频率来控制温度和/或功耗可以被称为动态电压频率调整(Dynamic Voltage Frequency Scaling，DVFS)。如上所述，热控制器16可以频繁地检测电子电路11的确切温度，从而在时间轴上精细地控制电子电路11的温度。作为结果，电子电路11可以在有限的温度范围内提供最优性能。
热控制器16可以具有用于执行上述操作的任何结构。在一些实施例中，热控制器16可以包括被配置为执行指令的处理器和用于存储一系列指令的存储器。在一些实施例中，热控制器16可以包括状态机，并且可以包括提供由逻辑合成和/或可重新配置逻辑电路(如FPGA)设计的固定功能的IP核。在本文中，热控制器16可以被称为控制器。
图2是根据示例实施例的用于温度检测和热管理的方法的流程图。如图2所示，用于温度检测和热管理的方法可以包括多个操作(操作S10至S60)，并且操作S10和S20可以与操作S30和S40并行执行。在一些实施例中，图2的方法可以由图1的设备10执行，并且下面将参考图1描述图2。
参考图2，可以在操作S10中测量电路的功率。例如，功率监测器12可以基于提供给电子电路11的输入信号IN来测量由电子电路11消耗的功率。功率监测器12可以周期性地测量功率并将表示所测量的功率的功率信息PWR提供给热控制器16。稍后将参考图11描述操作S10的示例。
在操作S20中，可以估计电路的温度。例如，电子电路11的温度可以取决于电子电路11的功耗。因此，热控制器16可以基于从功率监测器12提供的功率信息PWR来估计电子电路11的温度。在本文中，基于功率信息PWR估计的温度可以被称为第一温度。稍后将参考图4、图5和图6描述用于基于功率信息PWR估计温度的操作的示例。
在操作S30中，可以感测设备的温度。例如，温度传感器13可以被包括在包括电子电路11的设备10中，并且可以感测电子电路11的环境温度。温度传感器13可以周期性地感测温度，并且可以将表示所测量的温度的温度信息TMP提供给热控制器16。在本文中，由温度传感器13感测的温度可以被称为第二温度。
在操作S40中，可以校正所估计的温度。例如，热控制器16可以比温度信息TMP更频繁地接收功率信息PWR。因此，可以在每次接收到功率信息PWR时估计电子电路11的温度。由温度传感器13感测的温度可以具有高可靠性，并且热控制器16可以基于温度信息TMP来校正基于功率信息PWR估计的温度。因此，可以消除基于功率信息PWR估计的温度的误差。在本文中，基于温度信息TMP从基于功率信息PWR估计的温度校正的温度可以被称为第三温度。
在操作S50中，可以确定电路的温度。例如，热控制器16可以基于在操作S20中估计的温度(即，第一温度)和在操作S40中校正的温度(即，第三温度)来确定电子电路11的温度。在一些实施例中，热控制器16可以将基于功率信息PWR估计的温度确定为电子电路11的温度，直到接收到温度信息TMP，并且，当接收到温度信息TMP时，可以将从所估计的温度校正的温度确定为电子电路11的温度。在本文中，由热控制器16确定的温度可以被称为电子电路11的检测的温度。稍后将参考图7描述操作S50的示例。
在操作S60中，可以控制电路的温度。例如，热控制器16可以基于在操作S50中确定的温度来控制电子电路11的温度。为了降低电子电路11的温度，热控制器16可以通过第一控制信号CTR1和/或第二控制信号CTR2来降低正电源电压VDD的幅度和/或时钟信号CLK的频率。可附加地或可替代地，为了改善电子电路11的性能，热控制器16可以通过第一控制信号CTR1和/或第二控制信号CTR2来增加正电源电压VDD的幅度和/或时钟信号CLK的频率。稍后将参考图9描述热控制器16控制电子电路11的温度的操作的示例。
图3是示出根据示例实施例的检测温度的方法的消息图。详细地，图3的消息图示出了从功率监测器32和温度传感器33提供给热控制器36的消息以及热控制器36随时间的操作。在图3的描述中，功率监测器32可以测量电路(例如，图1的11)的功率，并且温度传感器33可以感测对应电路的环境温度。
在一些实施例中，功率监测器32可以每隔第一时段PER1将功率信息PWR提供给热控制器36，并且温度传感器33可以每隔第二时段PER2将温度信息TMP提供给热控制器36，第二时段PER2比第一时段PER1长。在一些示例中，功率监测器32可以被配置为根据第一时段来测量第一电路的第一功率(例如，功率监测器32可以根据第一时段PER1来每隔第一时段PER1测量功率信息PWR)。
如上面参考图1所描述的，功率监测器32可以基于提供给电路的输入信号来估计功率，并且第一时段PER1可以在从几ns(纳秒)到几百ns的范围内。可附加地或可替代地，如上面参考图1所描述的，温度传感器33可以基于元件的特性来感测温度，并且第二时段PER2可以在从几μs(微秒)到几百μs的范围内。因此，如稍后描述的，热控制器36可以针对每个第一时段PER1估计电路的温度并针对每个第二时段PER2校正所估计的温度。在一些实施例中，第一时段PER1可以变化。例如，功率监测器32可以与提供给电路的时钟信号(例如，图1的CLK)同步操作。因此，当热控制器36调节时钟信号的频率以控制电路的温度时，功率监测器12的操作速度可能波动，并且第一时段PER1可能变化。
参考图3，在操作S0中，功率监测器32可以将功率信息PWR提供给热控制器36，并且，在操作S1中，热控制器36可以基于在操作S0中接收的功率信息PWR来估计电路的温度。在从在操作S0中提供功率信息PWR的时间点经过第一时段PER1之后，功率监测器32可以在操作S2中向热控制器36提供新功率信息PWR。在操作S3中，热控制器36可以基于在操作S2中接收的功率信息PWR来估计电路的温度。因此，热控制器36可以每隔第一时段PER1检测电路的温度，第一时段PER1比第二时段PER2短。
在操作S4中，温度传感器33可以将温度信息TMP提供给热控制器36，并且，在操作S5中，热控制器36可以基于温度信息TMP来校正在操作S3中估计的温度。在一些实施例中，如稍后参考图4所描述的，基于功率信息PWR对温度的估计(例如，图4的TEST)可以基于先前估计的温度(例如，TEST')。因此，所估计的温度的误差可能传播到后续估计的温度。热控制器36可以基于从温度传感器33提供的温度信息TMP来每隔第二时段PER2校正基于功率信息PWR估计的温度。因此，可以防止所估计的温度的误差的传播。
在操作S6中，功率监测器32可以将功率信息PWR提供给热控制器36，并且，在操作S7中，热控制器36可以基于在操作S6中接收的功率信息PWR来估计电路的温度。如上所述，当基于先前估计的温度来估计电路的温度时，在操作S7中，热控制器36可以基于在操作S5中校正的温度而不是在操作S3中估计的温度来估计电路的温度。
在从在操作S4中提供温度信息TMP的时间点经过第二时段PER2之后，温度传感器33可以在操作S8中向热控制器36提供新温度信息TMP。在操作S9中，热控制器36可以基于在操作S8中接收的温度信息TMP来校正在操作S8之前估计的温度。
因此，本公开的实施例包括一种用于控制IC的温度的设备和方法。该设备包括第一电路、功率监测器32、温度传感器33和控制器36。第一电路被配置为基于第一输入信号进行操作。功率监测器32被配置为每隔第一时段(例如，在S1、S3等处)基于第一输入信号来测量第一电路的第一功率。温度传感器33被配置为每隔第二时段(例如，在S4、S8等处)感测设备的温度。控制器36被配置为每隔第一时段估计第一电路的第一温度，每隔第二时段从温度传感器接收第二温度，通过基于第二温度校正第一温度来计算第三温度，以及每隔第一时段基于第一温度和第三温度来确定第一电路的温度。第一时段可以比第二时段短。例如，控制器36可以通过基于第二温度(例如，来自S4)校正第一温度(例如，来自S3)来计算第三温度(例如，在S5处)。
图4是示出根据示例实施例的检测温度的方法的示图。详细地，图4示意性地示出了通过使用运算器(operator)，基于由图1的热控制器16从功率信息PWR识别的电子电路11的所测量的功率PMEA来估计温度TEST的操作。在图4中，运算器Z-1可以对应于单位延迟，并且可以提供在先前估计操作中输入的值。在一些实施例中，热控制器16可以包括对应于图4中示出的运算器(例如，加法器、乘法器和缓冲器)的硬件组件。可附加地或可替代地，在一些实施例中，热控制器16可以通过执行一系列指令来顺序地执行与图4中示出的运算器相对应的操作。
在一些实施例中，热控制器16可以基于表层温度计算来估计温度。例如，热控制器16可以基于以下等式1从测量功率PMEA计算温度TEST。
TEST(n)＝a1*(PMEA(n)+PMEA(n-1))+a2*TEST(n-1) (1)
在等式1中，n是正整数，并且可以是根据估计的数量(或功率信息PWR的接收次数)而增加的变量。在等式1中，PMEA(n)是当前测量的功率(例如，包括在当前接收的功率信息PWR中的值)，并且可以对应于图4的PMEA。PMEA(n-1)是先前测量的功率(例如，包括在先前接收的功率信息PWR中的值)，并且可以对应于图4的PMEA′。可附加地或可替代地，在等式1中，TEST(n)是当前估计的温度，并且可以对应于图4的TEST。TEST(n-1)是先前估计的温度，并且可以对应于图4的TEST′。在等式1中，a1和a2是系数，并且热控制器16可以以各种方式获得a1和a2。稍后将参考图5和图6描述热控制器16获得a1和a2的示例。
如图4所示，可以基于先前估计的温度TEST'来计算当前估计的温度TEST。因此，当所估计的温度TEST具有误差时，误差可能传播到后续估计的温度。然而，如上面参考图3所描述的，热控制器16可以基于从温度传感器13提供的高度可靠的温度信息TMP来周期性地(例如，每隔第二时段PER2)校正TEST，从而防止误差的传播。
图5是示出根据示例实施例的查找表50的示图。详细地，图5示出了提供图4的系数的查找表50。例如，a1和a2。在下文中，将参考图1描述图5。
在一些实施例中，图1的设备10可以包括图5的查找表50。例如，设备10可以包括即使当电源被切断时也不会丢失数据的非易失性存储器(例如，闪存、一次性可编程(OTP)存储器等)，并且查找表50可以被存储在非易失性存储器中。热控制器16可以通过访问非易失性存储器从查找表50获得图4的a1和a2。在一些实施例中，包括在查找表50中的a1和a2的值可以通过测试设备10来确定，并且可以在设备10的制造过程期间从外部施加。
在一些实施例中，查找表50可以包括与电子电路11的操作参数的多个组合相对应的a1和a2的值。例如，查找表50可以包括与正电源电压VDD和时钟信号CLK的多个组合相对应的a1和a2的值。如图5所示，查找表50可以包括作为a1和a2的值的X11和Y11，其对应于可以是第一电压V1的正电源电压VDD和具有第一频率f1的时钟信号CLK。可附加地或可替代地，查找表50可以包括作为a1和a2的值的X12和Y12，其对应于可以是第一电压V1的正电源电压VDD和具有第二频率f2的时钟信号CLK。类似地，查找表50可以包括对应于第二电压V2和第一频率f1的X21和Y21，并且可以包括对应于第二电压V2和第二频率f2的X22和Y22。
热控制器16可以识别电子电路11的操作参数，并且可以从查找表50获得与识别的操作参数相对应的系数。例如，通过第一控制信号CTR1控制电压发生器14并通过第二控制信号CTR2控制时钟发生器15的热控制器16可以识别正电源电压VDD的幅度和提供给电子电路11的时钟信号CLK的频率。热控制器16可以从查找表50获得与正电源电压VDD的当前幅度和时钟信号CLK的频率相对应的a1和a2的值，并基于所获得的值和等式1从功率信息PWR估计电子电路11的温度。
图6是示出根据示例实施例的设备60的框图。详细地，图6是示出包括基于机器学习模型ML获得图4的系数a1和a2的热控制器62的设备60的框图。如图6所示，设备60可以包括热控制器62和处理器68。
热控制器62可以向处理器68提供表示电子电路11的状态的操作参数PAR，并从处理器68接收图4的系数(例如，a1和a2)。作为非限制性示例，操作参数PAR可以包括正电源电压VDD的幅度、时钟信号CLK的频率、电子电路11的当前测量的功率、和/或检测的温度。
处理器68可以执行机器学习模型ML。处理器68可以是被设计为执行机器学习模型ML的专用硬件(如NPU)，或者可以是执行机器学习模型ML的多用途硬件(如CPU和GPU)。在一些实施例中，处理器68可以包括用于存储执行机器学习模型ML的数据的存储器，或者可以访问处理器68外部的存储器。
机器学习模型ML可以处于通过使用电子电路11的操作参数的多个样本来训练的状态。因此，处理器68可以响应于从热控制器62提供的操作参数PAR而从由机器学习模型ML提供的输出生成a1和a2，并将a1和a2提供给热控制器62。机器学习模型ML可以是通过使用操作参数的多个样本来训练的任意模型。例如，机器学习模型ML可以是基于人工神经网络、决策树、支持向量机、回归分析、贝叶斯网络、遗传算法等的模型。在一些实施例中，当机器学习模型ML基于人工神经网络时，作为非限制性示例，人工神经网络可以包括卷积神经网络(CNN)、区域卷积神经网络(Region with Convolution Neural Network，R-CNN)、区域候选网络(RPN)、递归神经网络(RNN)、基于堆叠的深度神经网络(S-DNN)、状态空间动态神经网络(S-SDNN)、去卷积网络、深度信念网络(DBN)、受限玻尔兹曼机(RBM)、全卷积网络、长短期记忆(LSTM)网络和分类网络。
在一些实施例中，处理器68可以训练机器学习模型ML。例如，如图6所示，热控制器62可以向处理器68提供电子电路11的最终确定的温度(例如，检测的温度TDET)。处理器68可以获得基于操作参数PAR以及提供给热控制器62的a1和a2估计的温度，并且可以基于所获得的温度与由热控制器62提供的检测的温度TDET之间的差来训练机器学习模型ML。在一些实施例中，当温度传感器(例如，图1中的13)被设置在电路(例如，图1中的11)内部时，热控制器62可以将由温度传感器感测的温度提供给处理器68，并且处理器68还可以基于从热控制器62提供的温度来训练机器学习模型ML。
图7是根据示例实施例的检测温度的方法的流程图。详细地，图7的流程图示出了图2的操作S50的示例。如上面参考图2所描述的，可以在图7的操作S50′中确定电路的温度。如图7所示，操作S50′可以包括操作S52和操作S54。在一些实施例中，操作S50′可以由图1的热控制器16执行，并且下面将参考图1描述图7。
参考图7，在操作S52中，可以基于所估计的温度(即，第一温度)和感测的温度(即，第二温度)之间的差来设置权重，并且，在操作S54中，可以将检测的温度确定为所估计的温度和感测的温度的加权和。例如，热控制器16可以基于下面的等式2来确定电子电路11的检测的温度TDET。
TDET＝w1*TEST+w2*TSEN (2)
在等式2中，TEST可以是基于功率信息PWR估计的温度，并且TSEN可以是与从温度传感器13提供的温度信息TMP相对应的温度。
热控制器16可以基于所估计的温度TEST与感测的温度TSEN之间的差来确定等式2的第一权重w1和第二权重w2。例如，热控制器16可以设置随着所估计的温度TEST与感测的温度TSEN之间的差增加而增加的第二权重w2，并且可以设置随着所估计的温度TEST与感测的温度TSEN之间的差增加而减小的第一权重w1。因此，可以在早期消除所估计的温度TEST的误差。
在一些实施例中，与图7所示不同，可以省略操作S52。例如，热控制器16可以基于预定义的权重将温度确定为所估计的温度和感测的温度的加权和。例如，当温度传感器13与电子电路11分开设置时，由温度传感器13感测的温度(例如，感测的温度TSEN)可以与电子电路11的温度不同。因此，可以基于电子电路11和温度传感器13之间的媒介的特性(例如，热导率)预先计算第一权重w1和第二权重w2，或者，可以通过测试预先确定第一权重w1和第二权重w2，并且热控制器16可以基于预先确定的第一权重w1和第二权重w2来确定检测的温度TDET。可附加地或可替代地，在一些实施例中，当从温度传感器13接收到温度信息TMP时，热控制器16可以确定检测的温度TDET是否等于由温度信息TMP指示的感测的温度TSEN。换言之，热控制器16可以在等式2中将第一权重w1设置为0并将第二权重w2设置为1。
图8是示出根据示例实施例的设备80的框图。详细地，图8的框图示出了包括多个温度传感器的设备80。在下文中，将省略与上面参考图1给出的描述相同的描述。
参考图8，设备80可以包括第一温度传感器81、第二温度传感器82、第三温度传感器83、电子电路84、功率监测器85和热控制器86。在一些实施例中，设备80还可以包括由热控制器86控制的电压发生器和/或时钟发生器。可附加地或可替代地，在一些实施例中，与图8所示不同，设备80可以包括两个或更多个温度传感器。热控制器86可以从第一温度传感器81接收第一温度信息TMP1，从第二温度传感器82接收第二温度信息TMP2，并从第三温度传感器83接收第三温度信息TMP3。可附加地或可替代地，热控制器86可以从功率监测器85接收功率信息PWR，其中该功率信息PWR可以由功率监测器85通过测量电子电路84的功率来生成。
设备80包括多个温度传感器(例如，第一温度传感器81、第二温度传感器82和第三温度传感器83)以感测由于多个其他发热组件引起的温度以及由于电子电路84引起的温度。由第一温度传感器81、第二温度传感器82和第三温度传感器83感测的温度可以取决于由电子电路84发出的热量。因此，热控制器86可以基于由第一温度传感器81、第二温度传感器82和第三温度传感器83感测的温度来校正可以基于功率信息PWR估计的温度。在一些实施例中，热控制器86可以基于第一温度信息TMP1、第二温度信息TMP2和第三温度信息TMP3中的每一个来校正可以基于功率信息PWR估计的温度，并计算经校正的温度的平均值，从而检测电子电路84的温度。在一些实施例中，如上面参考等式2所描述的，热控制器86可以将电子电路84的温度检测为分别由第一温度信息TMP1、第二温度信息TMP2和第三温度信息TMP3指示的温度以及基于功率信息PWR估计的温度的加权和。
图9是示出根据示例实施例的用于热管理的方法的示图。详细地，图9示出了与基于检测的温度TDET和所测量的功率PMEA来控制电路的温度的方法相对应的伪代码。在一些实施例中，图9的方法可以由图1的热控制器16执行，并且下面将参考图1描述图9。
在一些实施例中，当电子电路11的温度超过特定温度时，热控制器16可以执行DVFS。例如，如图9的线11所示，可以将检测的温度TDET与第一阈值THR1进行比较。当电子电路11的检测的温度TDET小于或等于第一阈值THR1时，热控制器16可以不限制电子电路11的性能。因此，电子电路11可以基于最大性能进行操作。可附加地或可替代地，当电子电路11的检测的温度TDET超过第一阈值THR1时，热控制器16可以如下所述调节由电子电路11消耗的功率，从而控制电子电路11的温度。在一些实施例中，第一阈值THR1可以低于电子电路11的温度限制或临界温度(例如，图10A和图10B的TC)。
在一些实施例中，热控制器16可以在电子电路11的功耗高时预测温度的增加，并在电子电路11的功耗低时预测温度的下降。因此，热控制器16可以基于电子电路11的所测量的功率PMEA来调节电子电路11的功耗。例如，如图9的线12所示，可以将所测量的功率PMEA与第二阈值THR2进行比较。当电子电路11的所测量的功率PMEA超过第二阈值THR2时，热控制器16可以如图9的线13所示降低电子电路11的功耗。例如，超过第二阈值THR2的功率可能增加电子电路11的温度。因此，热控制器16可以降低电子电路11的功耗。作为结果，电子电路11的性能可能受到限制。可附加地或可替代地，当电子电路11的所测量的功率PMEA小于或等于第二阈值THR2时，热控制器16可以如图9的线15所示增加电子电路11的功耗。例如，小于或等于第二阈值THR2的功率可能不足以增加电子电路11的温度，因此，热控制器16可以增加电子电路11的功耗。作为结果，可以改善电子电路11的性能。在一些实施例中，如下所述，第二阈值THR2可以动态地变化。
如上面参考图1所描述的，热控制器16可以通过第一控制信号CTR1和/或第二控制信号CTR2调节正电源电压VDD的幅度和/或时钟信号CLK的频率，因此，电子电路11的功耗可以被调节。由热控制器16通过第一控制信号CTR1和/或第二控制信号CTR2增加电子电路11的功耗可以被称为DVFS放大，而由热控制器16通过第一控制信号CTR1和/或第二控制信号CTR2降低电子电路11的功耗可以被称为DVFS缩小。
在一些实施例中，热控制器16可以基于检测的温度TDET的改变量(或改变率或斜率)来调节第二阈值THR2。当检测的温度TDET快速上升时，热控制器16可以减小第二阈值THR2以主动降低电子电路11的功耗。例如，如图9的线18所示，可以将当前检测的温度TDET与先前检测的温度TDET'之间的差与第三阈值THR3进行比较。当当前检测的温度TDET与先前检测的温度TDET'之间的差超过第三阈值THR3时，如图9的线19所示，第二阈值THR2可以减小u(u是正实数)。当当前检测的温度TDET与先前检测的温度TDET'之间的差小于或等于第三阈值THR3时，如图9的线21所示，第二阈值THR2可以增加u。
图10A和图10B是示出电路的功率和温度随时间的改变的曲线图。详细地，图10A的曲线图示出了根据比较示例的电路的功率和温度的改变，并且图10B示出了根据示例实施例的电路的功率和温度的改变。在下文中，图10A和图10B的描述彼此相同，并将被省略。
参考图10A，随着电路的功耗增加，电路的温度10a可能增加，并且，随着电路的功耗下降，电路的温度10a可能下降。当每隔相对长的时段调节电路的功率时，电路的温度可能上升超过临界温度TC或者电路的性能可能受到过度限制。例如，如图10A所示，当在特定时段(例如，温度传感器的操作时段)调节电路的功率时，可以在如第一时段P11a、第二时段P12a和第三时段P13a的时段期间维持高功耗。因此，电路的温度10a可能上升超过临界温度TC，从而导致电路和/或包括电路的设备的失灵和/或故障以及对设备的用户的伤害。
参考图10B，根据示例实施例，可以在时间轴上更精细地调节电路的功耗，并且可以将电路的温度10b维持在临界温度TC以下。如图10B所示，当在第一时段P11b、第二时段P12b和第三时段P13b中的每一个的开始处测量电路的高功率时，可以延长第一时段P11b、第二时段P12b和第三时段P13b，但是可能在早期降低电路的功耗。因此，电路的温度10b的上升可能受到限制，并且可以将电路的温度10b维持在临界温度TC以下。
图11是根据示例实施例的检测温度的方法的流程图。详细地，图11的流程图示出了图2的操作S10的示例。如上面参考图2所描述的，可以在图11的操作S10'中测量电路的功率。如图11所示，操作S10'可以包括操作S12和操作S14。在一些实施例中，操作S10'可以由图1的功率监测器12执行，并且下面将参考图1描述图11。
参考图11，在操作S12中，可以接收时钟门控信号和/或使能信号。当时钟门控信号被激活时，可以阻止提供给电子电路11的时钟信号CLK的周期，因此，可以暂停电子电路11的操作。可附加地或可替代地，当使能信号被去激活时，可以禁用电子电路11，并且可以降低或消除电子电路11的功耗。因此，时钟门控信号和/或使能信号可以用于测量电子电路11的功率，并且功率监测器12可以接收提供给电子电路11的时钟门控信号和/或使能信号。
在操作S14中，可以基于接收信号的状态来识别电路的功率。例如，如美国专利申请No.15/931043中所公开的，功率监测器12可以参考与时钟门控信号和/或使能信号的状态相对应的多个功率范围。功率监测器12可以存储在操作S12中接收的时钟门控信号和/或使能信号的状态，并将多个功率范围中与存储的状态相对应的功率范围识别为电子电路11的功率。功率监测器12可以生成表示识别的功率的功率信息PWR，并且可以将功率信息PWR提供给热控制器16。
如上面参考图3所描述的，可以周期性地执行操作S10'。例如，功率监测器12可以基于在第一时段PER1期间接收的时钟门控信号和/或使能信号来识别电子电路11的功率，并每隔第一时段PER1生成功率信息PWR。第一时段PER1可以比温度传感器13感测温度的时段(例如，第二时段PER2)短。因此，热控制器16可以更频繁地检测电子电路11的温度。
图12是根据示例实施例的检测温度的方法的流程图。详细地，图12是示出图2的操作S20的示例的流程图。如上面参考图2所描述的，可以在图12的操作S20'中估计电路的温度。如图12所示，操作S20'可以包括操作S22和操作S24。在一些实施例中，操作S20'可以由图1的功率监测器12执行，并且下面将参考图1描述图12。
参考图12，在操作S22中，可以收集与一系列测量相对应的功率值。例如，热控制器16可以收集与每隔第一时段PER1接收的功率信息PWR相对应的功率值。在一些实施例中，功率监测器12可以由热控制器16以及设备10的其他组件使用，因此，第一时段PER1可以比用于热控制器16控制电子电路11的温度的时段短。因此，热控制器16可以在与多个第一时段PER1相对应的时段期间收集与一系列测量相对应的功率值，并且用于收集功率值的时段仍然可以比第二时段PER2短。
在操作S24中，可以基于收集的功率值来估计电路的温度。例如，热控制器16可以计算在操作S22中收集的功率值的平均值，并将电子电路11的所测量的功率确定为平均值。如上面参考图4所描述的，热控制器16可以基于所确定的功率来估计温度。
图13是示出根据示例实施例的设备130的框图。详细地，图13的框图示出了包括多个功率监测器的设备130。在下文中，将省略与上面参考图1给出的描述相同的描述。
参考图13，设备130可以包括第一电路131、第一功率监测器132、第二电子电路133、第二功率监测器134、第三电子电路135、第三功率监测器136、温度传感器137和热控制器138。在一些实施例中，设备130还可以包括由热控制器138控制的电压发生器和/或时钟发生器。可附加地或可替代地，在一些实施例中，与图13所示不同，设备80可以包括两个或更多个功率监测器。热控制器138可以从第一功率监测器132接收第一功率信息PWR1，从第二功率监测器134接收第二功率信息PWR2，并从第三功率监测器136接收第三功率信息PWR3。可附加地或可替代地，热控制器138可以从温度传感器137接收温度信息TMP。
设备130可以包括各自被设计为执行各种功能的多个电路。例如，第一电子电路131、第二电子电路133和第三电子电路135可以被包括在设备130中。例如，设备130可以是片上系统，如应用处理器(AP)，并且热控制器138可以被包括在片上系统中。第一电子电路131、第二电子电路133和第三电子电路135可以各自对应于通过总线彼此通信的片上系统的组件中的一个(例如，处理器、硬件加速器、存储器设备、存储器控制器、输入/输出接口设备、显示驱动器设备、网络接口设备等)，或者可以对应于包括在上述组件中的电路块。
第一功率监测器132、第二功率监测器134和第三功率监测器136可以分别测量第一电子电路131、第二电子电路133和第三电子电路135的功耗。热控制器138可以基于第一功率信息PWR1、第二功率信息PWR2和第三功率信息PWR3来估计设备130的局部温度，并且所估计的局部温度可以基于温度信息TMP来校正。因此，即使当多个温度传感器没有分散在整个设备130中时，热控制器138也可以检测局部区域的温度。例如，布置第一电子电路131、第二电子电路133和第三电子电路135的区域。
图14是示出根据示例实施例的系统200的框图。作为非限制性示例，系统200可以包括台式计算机、工作站、服务器、膝上型计算机、平板计算机、移动电话和可穿戴设备，或者可以包括使用或支持由移动行业处理器接口联盟(MIPI)使用的接口协议的数据处理设备、家用电器、仪表板相机或无人机。
参考图14，系统200可以包括片上系统210、显示器260和图像传感器270。在一些实施例中，片上系统210可以包括上面参考附图描述的设备。如图14所示，片上系统210包括DigRF主设备(master)211、显示器串行接口(DSI)主机212、相机串行接口(CSI)主机213和物理层214。DSI主机212可以根据DSI与显示器260的DSI设备261通信。串行器SER可以被包括在DSI主机212中，并且解串器DES可以被包括在DSI设备261中。CSI主机213可以根据CSI与图像传感器270的CSI设备271通信。CSI主机213可以包括解串器DES，并且CSI设备271可以包括串行器SER。
系统200还可以包括与片上系统210通信的射频(RF)芯片240。RF芯片240可以包括物理层241、DigRF从设备242和天线243。例如，RF芯片240的物理层241和片上系统210的物理层214可以通过由MIPI联盟使用的DigRF接口彼此发送和接收数据。
系统200可以通过如全球微波接入互操作性(Wimax)模块221、无线局域网(WLAN)模块222、超宽带(UWB)模块223等通信模块与外部设备和/或外部系统通信。系统200还可以包括工作存储器234和嵌入式/卡存储设备233。工作存储器234和嵌入式/卡存储设备233可以存储与片上系统210相关的数据。嵌入式存储设备可以嵌入在系统200中，并且卡存储设备可以可拆卸地连接到系统200。可附加地或可替代地，系统200还可以包括扬声器231、麦克风(MIC)232、全球定位系统(GPS)设备251、桥接芯片252和电源管理集成电路(PMIC)253。在一些实施例中，PMIC 253可以向片上系统210提供电源电压，并且可以由包括在片上系统210中的热控制器控制。
虽然已经参考本发明构思的实施例具体示出和描述了本发明构思，但是将理解，在不脱离所附权利要求的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。

Claims (20)

1.一种设备，包括：
第一电路，被配置为基于第一输入信号进行操作；
第一功率监测器，被配置为根据第一时段来测量所述第一电路的第一功率，其中所述第一电路的第一功率是基于所述第一输入信号来测量的；
温度传感器，被配置为根据第二时段来感测所述设备的温度；以及
控制器，被配置为：
根据所述第一时段来估计所述第一电路的第一温度；
根据所述第二时段从所述温度传感器接收第二温度；
基于所述第一温度和所述第二温度来计算第三温度；以及
至少部分地基于所述第一温度和所述第三温度，根据所述第一时段来确定所述第一电路的电路温度，
其中，所述第一时段比所述第二时段短。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述控制器还被配置为基于至少一个系数、在所述第一时段之前测量的所述第一功率、当前测量的第一功率以及在所述第一时段之前确定的所述第一电路的温度来计算当前第一温度。
3.如权利要求2所述的设备，还包括查找表，被配置为存储与所述第一电路的操作参数的多个组合相对应的多个系数，
其中，所述控制器还被配置为识别所述第一电路的操作参数，并且基于识别的所述第一电路的操作参数从所述查找表接收所述至少一个系数。
4.如权利要求2所述的设备，还包括处理器，被配置为执行通过使用所述第一电路的操作参数的多个样本训练的机器学习模型，
其中，所述控制器还被配置为识别所述第一电路的操作参数，并且通过将识别的所述第一电路的操作参数提供给所述处理器来接收所述至少一个系数。
5.如权利要求4所述的设备，其中，所述控制器还被配置为向所述处理器提供所述第二温度，并且
其中，所述处理器还被配置为基于所述第二温度来训练所述机器学习模型。
6.如权利要求1所述的设备，其中，所述控制器还被配置为通过计算所述第一温度和所述第二温度的加权和来计算所述第三温度。
7.如权利要求6所述的设备，其中，所述控制器还被配置为基于所述第一温度与所述第二温度之间的差来设置所述加权和的权重。
8.如权利要求1所述的设备，还包括：
第二电路，被配置为基于第二输入信号进行操作；以及
第二功率监测器，被配置为根据第三时段来测量所述第二电路的第二功率，其中所述第二电路的第二功率是基于所述第二输入信号来测量的，
其中，所述控制器还被配置为根据所述第三时段来基于所述第二功率估计所述第二电路的第三温度，基于所述第二温度来基于所述第二电路的第三温度来计算第四温度，以及至少部分地基于所述第三温度和所述第四温度来根据所述第三时段确定所述第二电路的电路温度，并且
其中，所述第三时段比所述第二时段短。
9.如权利要求1所述的设备，其中，所述控制器还被配置为基于所确定的所述第一电路的电路温度以及所述第一功率来控制所述第一电路的温度。
10.一种方法，包括：
在第一时段中基于第一电路的输入信号来测量所述第一电路的第一功率；
基于所述第一功率来估计所述第一电路的第一温度；
通过感测包括所述第一电路的设备的第二温度并在第二时段中基于所述第二温度校正所述第一温度来计算第三温度；以及
在所述第一时段的一个或更多个实例中基于所述第一温度和所述第三温度来确定所述第一电路的电路温度，
其中，所述第一时段比所述第二时段短。
11.如权利要求10所述的方法，其中，测量所述第一功率包括：
接收至少一个输入信号，其中所述至少一个输入信号包括用于控制提供给所述第一电路的时钟信号的时钟门控信号和用于启用或禁用所述第一电路的使能信号中的一个或更多个；以及
基于所述至少一个输入信号的至少一个状态来识别所述第一功率。
12.如权利要求11所述的方法，其中，估计所述第一温度包括：
收集与一系列测量相对应的所述第一功率的多个值；以及
基于收集的多个值来估计所述第一温度。
13.如权利要求10所述的方法，其中，计算所述第三温度包括计算所述第一温度和所述第二温度的加权和作为所述第三温度。
14.如权利要求13所述的方法，其中，计算所述第三温度还包括基于所述第一温度与所述第二温度之间的差来设置所述加权和的权重。
15.如权利要求10所述的方法，其中，计算所述第三温度包括：
获得由多个温度传感器感测的所述设备的多个第二温度；以及
基于所述第二温度和所述第一温度来计算所述第三温度。
16.一种设备，包括：
至少一个电路，被配置为基于输入信号进行操作；
至少一个功率监测器，被配置为基于所述输入信号来测量所述至少一个电路的功率；
至少一个温度传感器，被配置为感测所述设备的温度；以及
控制器，被配置为：
基于所测量的功率来估计所述至少一个电路的第一温度；
通过基于由所述至少一个温度传感器感测的第二温度校正所述第一温度来计算第三温度；以及
基于所测量的功率、所述第一温度和所述第三温度来控制所述至少一个电路的温度。
17.如权利要求16所述的设备，其中，所述控制器还被配置为基于所述第一温度和所述第三温度来确定所述至少一个电路的电路温度，并且当所确定的电路温度超过第一阈值时，调节所述至少一个电路的功耗。
18.如权利要求17所述的设备，其中，所述控制器还被配置为将所测量的功率与第二阈值进行比较，并且基于所述比较的结果来调节所述至少一个电路的功耗。
19.如权利要求18所述的设备，其中，所述控制器还被配置为基于所确定的电路温度的改变量来调节所述第二阈值。
20.如权利要求16所述的设备，还包括：
电压发生器，被配置为向所述至少一个电路提供电源电压；以及
时钟发生器，被配置为向所述至少一个电路提供时钟信号，
其中，所述控制器还被配置为通过控制所述电压发生器和所述时钟发生器中的至少一个来调节所述至少一个电路的功耗。
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