JP2007027709A - 熱感知システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】集積回路の異なる部分に対応する有用な熱測定を提供するように、集積回路内に熱センサを位置させるシステム及び方法の提供。
【解決手段】一実施形態では、集積回路は複数のデュプリケート機能ブロックを含む。別々の熱センサが各デュプリケート機能ブロックに結合され、各デュプリケート機能ブロック上の同じ相対位置にあることが好ましく、ホットスポットであることが好ましい。また一実施形態は、集積回路における１つ以上の他のタイプの機能ブロック上に熱センサを含む。一実施形態は、集積回路チップのエッジのような、クールスポットに位置する熱センサを含む。各熱センサは、センサと外部コンポーネントまたは装置との間で、電力および接地接続またはデータ接続を可能にするためのポートを有することができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、一般的に電子装置に関し、特に複数のデュプリケート機能ブロックを有する集積回路のような装置の温度を感知するシステム及び方法に関する。

本願は、米国特許出願第１１／０３４，６４４号（Ｍｕｎｅｈｉｒｏ Ｙｏｓｈｉｄａの、発明の名称“Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｅｎｓｏｒ”、２００５年１月１３日出願）の利点を請求している。

マイクロプロセッサのような集積回路は、ますます複雑になっている。これらの装置を形成する回路コンポーネント（例えばトランジスタ、ダイオード、抵抗器等）は同時に、ますます小さくなり、したがってさらに多くの機能が特定の集積回路で行われることができる。回路コンポーネントと機能の数が多くなる程、典型的にこれらの集積回路によって消費される電力量も増加する。回路の電力消費の増加と共に、回路内で発生する熱量も同様に増加する。この熱は装置の性能に影響し、装置に故障を生じさせることもある。

電子装置中の増加した熱量の発生により生じる危険性の結果、これらの装置内の温度を検出できることがしばしば必要である。熱感知回路はそれ故、危険性を生む高い温度を検出し、または装置内の温度の測定さえも行うように、幾つかの装置に組込まれる。例えば、熱感知回路は、回路の温度を感知し、その温度が予め定められたしきい値を超えるか否かを判定するために、集積回路中に組込まれることができる。温度がこのしきい値を超えるならば、温度をより安全なレベルまで下げるために、補正動作（例えば回路内のアクティビティの減少或いは回路のシャットダウン）が行われる。

従来、熱センサは、熱感知ダイオードのようなオンチップコンポーネントと、オンチップに関連する幾つかの特性の測定結果を受け取って、この測定に基づいて温度測定を行うように構成されている回路とを含んでいる。オンチップダイオードの場合、ダイオードの両端の電圧降下が決定され、温度測定はこの電圧降下に基づいて計算される。

この従来の集積回路の温度測定方法には幾つかの問題が存在する。問題の１つは最良の温度測定結果を得るために、センサの熱感知オンチップコンポーネントの位置付けに関連する。典型的に集積回路内にはホットスポットがあるので、熱センサにより測定される温度は、オンチップコンポーネントの位置により変化する。このコンポーネントがホットスポットの近くに位置されるならば、測定される温度は高くなり、チップのあまりアクティブでない部分の近くに位置されるならば、測定される温度は低くなる。オンチップコンポーネントの位置はそれ故、ある温度条件に応答してとられ得る動作に影響を及ぼす可能性がある。例えば、温度のしきい値が超過されるとき、制御回路が集積回路をシャットダウンするように構成されているならば、集積回路はオンチップコンポーネントの配置された位置に応じて、より早く、またはより遅くシャットダウンする可能性がある。

熱センサのオンチップコンポーネントの位置は、幾つかの異なる熱センサの使用により幾つかの集積回路で割り当てることができる。各熱センサのオンチップコンポーネントはその後、集積回路内の異なる位置に置かれることができる。ある熱センサは、それ故、ホットスポットにさらに近い位置で温度を測定し、別の熱センサはホットスポットからさらに離れた位置で温度を測定する可能性がある。複数のセンサを有する集積回路に結合された制御回路は、例えば、全ての感知温度の平均、または感知温度の最高値に応答するように構成されることができる。何れかの場合に、制御回路は典型的に、単一の刺激として、測定温度に反応するように構成され、それに対して単一応答（例えばチップ全体のシャットダウン）が行われる。したがって、ホットスポットの温度測定が予め定められたしきい値を超えるならば、チップ全体はシャットダウンされることができる。反対に、温度測定が平均にされるならば、センサの１つが安全温度しきい値を超えたことを示しても、チップはシャットダウンしない。

それ故、結果として生じる温度情報が、より効率的かつ効果的に装置の動作を制御するために制御回路により使用されることができる別々の［データ点］として有用であるよう、電子装置に関して熱センサを位置させるシステム及び方法を提供することが望ましい。

先に概要を説明した１つ以上の問題は、本発明の種々の実施形態により解決することができる。概して、本発明は集積回路の異なる部分に対応する有用な熱測定を提供するように、集積回路内に熱センサを位置させるシステム及び方法を含んでいる。これにより、制御回路は、異なる温度測定に基づいて集積回路の異なる部分の動作を効率的に制御することができる。

一実施形態では、熱感知システムは、複数のデュプリケート機能ブロックを有する１つの集積回路に実装される。各デュプリケート機能ブロックは、それに結合されている対応する熱センサを有し、それによって各デュプリケート機能ブロックの温度は別々に監視されることができる。熱センサは、各デュプリケート機能ブロックの同じ相対位置に位置されることが好ましく、この位置はまた各デュプリケート機能ブロックのホットスポットであることが好ましい。各デュプリケート機能ブロック上の熱センサに加えて、集積回路における他のタイプの機能ブロック上に１つ以上の熱センサが存在してもよい。さらに、集積回路チップのエッジのような集積回路上のクールスポットに熱センサが存在してもよい。集積回路中の各熱センサは、チップ上のダイオードのような感熱性のコンポーネントと、チップ外の残りのセンサコンポーネントだけを有するのではなく、集積回路チップ上に構成されることができる。各熱センサは、センサと外部コンポーネントまたは装置との間で電気通信を可能にするためのポートを有することができる。そのポートは、例えば集積回路中に存在するスイッチング雑音がない熱センサに対して電力及び接地接続を供給するのに使用されることができる。また、ポートは集積回路チップ外のコンポーネントまたは装置に対して熱インジケータ信号を通信するために使用されることができる。制御回路は、熱センサに結合されることができ、それによって集積回路の機能ブロックは、それぞれの機能ブロックに対応する感知温度に基づいて、別々に制御されることが可能である。

別の実施形態は、集積回路中のデュプリケート機能ブロックのセットの温度を別々に感知する方法を含んでいる。一実施形態では、その方法は対応する感知温度に基づいて、各デュプリケート機能ブロックの動作を独立して調整することを含んでいる。一実施形態では、各デュプリケート機能ブロックの温度は、各デュプリケート機能ブロック上の同じ位置で感知される。一実施形態では、この位置はデュプリケート機能ブロック上のホットスポットを構成している。この方法はさらに、集積回路中の１つ以上の付加的な機能ブロックの温度を別々に感知することを含んでいてもよい。さらに、その方法は集積回路中のクールスポットの温度を別々に感知することを含むことができる。

複数の付加的な実施形態もまた可能である。

本発明のその他の目的および利点は、以下の詳細な説明を読み、添付図面を参照して明白になるであろう。

本発明は種々の変形および別の形態が可能であるが、その特定の実施形態を図面に例示し、以下の詳細な説明によって示す。このような図面および詳細な説明は、記載された特定の実施形態に対して本発明を限定する意図はないことを理解すべきである。この開示は、特許請求の範囲に規定されている本発明の技術的範囲内に含まれる全ての変形、等価物、代替をカバーすることを意図している。

本発明の１つ以上の好ましい実施形態を以下に説明する。以下に説明するこれらおよび任意の他の実施形態は例示であり、本発明を限定するものではなく、本発明を例示することを意図していることに注意すべきである。

概説すると、本発明は集積回路の異なる機能ブロックに対応する有効な熱測定を行う方法で、集積回路内に熱センサを位置させるシステム及び方法を含んでいる。これにより制御回路は、異なる温度測定に基づいて、集積回路の異なる部分の動作を効率的に制御することが可能である。

一実施形態では、熱感知システムは複数のデュプリケート機能ブロックを有する集積回路に実装されている。これらのデュプリケート機能ブロックは、例えば、マルチプロセッサの集積回路チップ中のプロセッサコアであってもよい。各デュプリケート機能ブロックは実質的に同一の機能を行うが、異なるブロックは典型的に正確に同じ動作は行わない。マルチプロセッサチップの場合には、各プロセッサコアは異なるスレッドを実行し、異なるデータを処理し、異なるメモリ位置をアクセスすること等ができる。結果として、異なる機能ブロックはしばしば異なる電力量を使用し、異なる熱量を発散する。ある機能ブロックはそれ故、危険性を伴うほどの高温に達するが、その他の機能ブロックはそうならない。したがって、幾つかの機能ブロックの動作を制限し、その他の機能ブロックの動作を制限しないことが必要である。

デュプリケート機能ブロックは異なる動作を行ってもよく、異なる温度に達する可能性があるので、機能ブロックの温度を別々に監視することが有効である。本システムはそれ故、１セットの熱センサを組込み、それぞれデュプリケート機能ブロックのうちの１つに配置される。各デュプリケート機能ブロックにおける同等のアクティビティで同等の熱測定結果を得るために、熱センサは各デュプリケート機能ブロックで同じ位置に位置される。この実施形態では、各熱センサは対応するデュプリケート機能ブロックのホットスポットに位置される。

デュプリケート機能ブロックに加えて、他のタイプの機能ブロックが集積回路中に存在する。それ故、一実施形態では、１つ以上のこれらの付加的な機能ブロックに位置される熱センサを含んでいる。別の熱センサもまた集積回路上のクールスポットの温度を感知するために設けられることができる。この熱センサは、例えば集積回路チップのエッジに配置されることができる。

集積回路の各熱センサは全体的なセンサであってもよい。即ち、全てのセンサコンポーネントは、チップ上のダイオードのような感熱性のコンポーネントやチップ上にないセンサコンポーネントの残りだけを有する代わりに、集積回路チップ上に構成されることができる。熱センサはセンサと外部コンポーネントまたは装置との間の電気通信を可能にするためのポートを含むことができる。これらのポートは、熱センサに対して、雑音のない電力および、接地接続を行うために使用されることができ、或いはこれらは集積回路チップに対して外部のコンポーネントまたは装置へ、熱インジケータ信号を通信するために使用されることができる。制御回路は熱センサに結合されて、集積回路の機能ブロックが、それぞれの機能ブロックに対応する感知された温度に基づいて、別々に制御されることを可能にしている。

本発明の種々の実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の実施形態で使用されることのできるタイプの熱センサについて簡単に説明することが有用であろう。図１を参照すると、１つの形式の熱感知回路の構造を示すブロック図が示されている。この図では、基準電圧発生器１０は基準電圧を発生する。最も一般的な熱センサは可能な温度範囲にわたって一定の基準電圧を使用するが、関連する米国特許出願第１１／０３４，６４４号に記載されているような他の熱センサは、温度で変化する基準電圧を使用している。従来の熱センサでは、トリミング回路２０は典型的に基準電圧発生器１０に結合され、それによって一定の基準電圧値が回路の製造のバリエーションを補償するために調整されることを可能にしている。

熱感知素子３０は感知素子の温度により変化する電圧を発生する。感知素子は例えばダイオードであってもよい。熱感知素子３０により発生される電圧は感知素子の温度が増加するにしたがって、減少する。基準電圧発生器１０により発生される基準電圧と、熱感知素子３０により発生される電圧の両者は、比較器４０に与えられる。比較器４０は、熱感知素子３０により発生される電圧が、基準電圧発生器１０により発生される基準電圧よりも高いか低いかを決定するように構成されている。

比較器４０は、２つの受けた電圧の間の関係にしたがって、アサートされる（またはアサートされない）２進出力信号を発生する。典型的に、比較器４０は、熱感知素子３０により発生される電圧が、基準電圧発生器４０の基準電圧よりも低い（即ち感知された温度が基準電圧に対応する温度よりも高い）とき、Ｈｉｇｈの信号を発生するように構成されている。比較器４０により発生される信号は、その後制御回路５０に与えられ、この制御回路５０は比較器４０からの信号がアサートされるとき、補正動作を行うように構成されている。例えば、感知された温度が基準電圧を超え、信号がアサートされるならば、制御回路５０は動作速度を減少するか、熱感知システムが実装されている回路をシャットダウンする。

図２を参照すると、図１のシステムの基準電圧発生器１０により発生される基準電圧と熱感知素子３０によって発生される温度依存電圧との関係を示す図が示されている。図２は（垂直軸上の）電圧対（水平軸上の）温度のグラフである。この図面の基準電圧は一定ではなく、代わりに温度と共に増加することが認められる。他方で、熱感知素子３０により発生される電圧は温度の増加にしたがって減少する。これらの２つの電圧曲線は基準電圧Ｔ_０で交差していることが認められる。

前述したように、基準電圧発生器は代わりに、一定電圧を発生するように構成されることができる。基準電圧発生器は、基準電圧曲線の勾配がセンサ電圧曲線の勾配よりも大きい限り、温度が増加するとき、減少する電圧を発生するようにさえも構成されることができる。ここで詳細に説明する実施形態は、この基準値とセンサ電圧との電圧差が、一定または（温度と共に）減少する基準電圧が使用されるときよりも大きいので、正の温度係数の電圧を発生する基準電圧発生器を使用する。

図３を参照すると、感知された温度と基準温度との関係の関数として、比較器４０により発生される出力信号を示す図が示されている。図３の上部には、時間の関数としての、感知された温度（Ｔｓ）のグラフが示されている。一定の基準温度（Ｔ_０）もまた図面に示されている。図面の下部には、時間の関数としての、比較器出力信号が示されている。図３の左側では、感知された温度は最初は基準温度よりも下である。２進出力信号はそれ故、Ｌｏｗである。感知された温度は、時間ｔ１で、感知された温度が基準温度に等しくなるまで、徐々に増加する。感知された温度は増加し続け、それによって時間ｔ１＋Δｔで、基準温度よりも大きくなる。感知された温度が基準温度よりも大きくなるとき、２進出力信号はＨｉｇｈになる。その後、感知された温度は減少し、時間ｔ２で、基準温度よりも小さくなる。感知された温度が基準温度よりも小さくなるとき、２進出力信号は再度Ｌｏｗになる。

一実施形態では、前述したように、熱センサは、（熱感知素子が集積回路に一体化され、電圧を比較して、出力信号を発生する回路が別のチップである従来の実装と比較するとき）熱感知素子および基準電圧発生器を含むセンサ全体が集積回路上で効率的に構成されることができるように十分コンパクトである。このような熱センサの例示的な構造を以下詳細に説明する。このようなオンチップ熱センサは、高速度の応答時間（小さい時定数）、小さい寸法、（複雑性があったとしても）複雑性の少ないチップインターフェース等を含む種々の利点を提供することができる。

図４を参照すると、一実施形態により、１組のデュプリケート機能ブロックのセットの温度を監視するため、これらの小型のオンチップ熱センサを使用している集積回路を示す図が示されている。

図４の実施形態では、集積回路チップ４００は複数の機能ブロックを含んでいる。ここで使用されている「機能ブロック」は、集積回路上で特定の機能を行う論理装置および／または回路のブロックを意味している。例えば図示されているように、集積回路チップ４００は９個の機能ブロック４１０、４２０、４３０−４３５、４４０を含んでいる（図面の他の機能ブロックのように長方形のブロックとしては示されていないが、機能ブロック４１０は、集積回路上で別々の機能を行う論理装置および／または回路を含んでいる）。集積回路４００の機能ブロック４３０−４３５は互いのデュプリケートである。

ここで使用される「デュプリケート」は、あらゆる物理的詳細または構造において同一ではなくてもよい機能ブロックを含むことを意図していることに注意すべきである。例えば、機能ブロック４３０−４３２は機能ブロック４３３−４３５のミラーイメージであってもよい。別の例として、機能ブロック４３０−４３５がデータ処理ユニットであるならば、これらのユニットの１つはマスター装置として構成され、その他はスレーブとして構成されてもよい。同様に、他に小さい差が存在していてもよい。

集積回路４００はマルチプロセッサを表し、各機能ブロック４３０−４３５は別々のプロセッサコアである。機能ブロック４１０、４２０、４４０は、データ記憶装置（メモリ）、入力／出力（Ｉ／Ｏ）等のようなプロセッサコア４３０−４３５の処理機能のサポートで使用される機能を提供する。

機能ブロックに加えて、集積回路４００は１組の熱センサ４５０−４５５を含んでいる。各熱センサは、対応する１つのプロセッサコア４３０−４３５に結合されている。これによって、異なる各プロセッサコアに対応する温度を独立して感知することが可能になる。これは、プロセッサコアが互いのデュプリケートであっても、異なるタスクが各プロセッサコアによって行われるので、重要であることができる。結果として、異なるプロセッサコアは異なるレベルの負荷（行われる動作の数）を経験し、異なる熱量を発散するであろう。それ故、あるプロセッサコアはしきい値温度に達することができるが、他のものはしきい値温度に達しない。プロセッサコアの温度は別々に感知されるので、それらの温度を減少させるために、選択されたプロセッサコアだけの動作を制御し、その他のプロセッサコアは影響を受けないままにすることが可能である。他の機能ブロックは、対応する専用の熱センサによって感知された温度に基づいて、制御されることもできる。

各デュプリケートブロック（この場合では、プロセッサコア）上の別々の熱センサの位置は、従来の熱感知システムとは対照的であり、従来のシステムでは集積回路全体の単一の温度表示が感知され、集積回路全体の動作を制御するために使用されることに注意すべきである。従来のシステムで複数の熱センサが使用されるときでさえも、これらのセンサは通常、単一の条件（例えば、いずれかのセンサが予め定められたしきい値を超える温度を検出するか否か）を決定するために使用され、それによって、集積回路全体に関して、動作（例えば集積回路のシャットダウン）が行われる。さらに、従来のマルチセンサシステムは、熱センサをそれぞれの複数のデュプリケート機能ブロック上に配置していない。その理由はおそらく、一般的に、デュプリケート機能ブロックはほぼ同一の動作を行い、ほぼ同一の温度になることが予測されるためである。

図４を再度参照すると、この実施形態では、各熱センサ４５０−４５２は、対応する１つの機能ブロック４３０−４３２に関して同じ位置に位置されていることが認められる。同様に、各熱センサ４５３−４５５は、対応する１つの機能ブロック４３３−４３５に関して同じ位置に位置されている。説明のために、機能ブロック４３３−４３５は機能ブロック４３０−４３２のミラーイメージであると仮定する。結果として、各熱センサ４５０−４５５は、対応する１つの機能ブロック４３０−４３５に関して同じ位置（即ち対応する機能ブロック内で同一の機能コンポーネントの位置）に配置されると考えられる。

一実施形態では、各熱センサ４５０−４５５は、対応する１つの機能ブロック４３０−４３５上のホットスポットに位置されている。多くの例では、集積回路の物理的なレイアウトは、正常の動作中、高レベルのアクティビティを受けるコンポーネントが非常に集中している１つ以上の領域を有している。高レベルのアクティビティがこれらの領域に存在するので、これらの領域の回路コンポーネントにより使用される電力量は集積回路の他の領域よりも高く、大きな熱量がこれらの領域で放散される。これらの領域の高レベルのアクティビティとさらに大きなパワー放散のために、これらはしばしば“ホットスポット”と呼ばれる。

図５を参照すると、別の実施形態による集積回路を示す機能ブロック図が示されている。この図では、図４のように、各デュプリケート機能ブロックに配置された熱センサが再び存在している。さらに、集積回路の１つ以上のその他の機能ブロックに配置されている熱センサが存在している。この例では、熱センサ５５７は機能ブロック５２０に位置され、熱センサ５５８は機能ブロック５４０に位置されている。一実施形態では、これらの各熱センサは、対応する１つの機能ブロックのホットスポットに位置付けられている。

図６を参照すると、さらに別の実施形態による集積回路を示す機能ブロック図が示されている。この図では、複数のデュプリケート機能ブロックが存在し、それぞれ対応する熱センサを有している。さらに、集積回路上のクールスポットに位置されている熱センサ６５６が存在する。「クールスポット」は集積回路中でアクティビティがほとんどまたは全くない位置であり、それ故この領域では熱の放散が非常に少なく、集積回路の他の領域よりも低温の状態にされている。クールスポットは、集積回路が機能コンポーネントをもたないか、比較的小さいアクティビティを経験し、集積回路の他の位置よりも少ない熱を発生する機能コンポーネント（例えばメモリセル）が存在する位置であることができる。一実施形態では、センサは集積回路のエッジ近くに配置される。

例えば、集積回路チップにわたる温度勾配に関する情報を得るために、熱センサを集積回路のクールスポットに位置させることが有効である。幾つかの回路コンポーネントの特性は温度により変化するので、集積回路にわたる温度勾配は、タイミングの変化またはその他の変化を発生して、それは集積回路の性能に影響しかねない。また、クールスポットの温度測定は、（機能ブロックレベルとは反対に）制御チップレベルの作用に基づいてチップの最小温度または周囲温度を決定するために有効である。

図７を参照すると、さらに別の実施形態による集積回路を示す機能ブロック図が示されている。この図では、各熱センサは、電気信号がセンサと、電源、試験装置等のような幾つかの外部（オフチップ）コンポーネントとの間で通信されることを可能にするため１対のポート（例えば７１１と７１２）に結合されている。これらのポートは集積回路パッケージ上の単なる外部ピンであってもよい。

一実施形態では、ポートは、電力および接地接続を熱センサに対して供給するために使用されている。オンチップ電源は、集積回路中の複数のスイッチングコンポーネントによって使用されるので、これらの電源により与えられる電圧は多量のスイッチング雑音を受け、センサの温度感知能力に影響する可能性がある。ポートは、熱センサがスイッチング雑音のない外部電源および接地接続を構成することを可能にするために使用されることができる。また、外部電源の有効性は、集積回路がパワーダウンされるときに熱センサの動作を可能にし、それによってセンサの較正を容易にする。

別の実施形態では、ポートは熱センサにより発生された信号に対する外部アクセスを可能にするために使用される。例えば、熱センサにより感知された温度がしきい値温度を超えているか否かを示す２進信号は、これらのポートを介して外部コンポーネントに与えられることができる。これらの信号は、外部試験装置または、集積回路が実装されているシステムの他のコンポーネントの動作において有効である。

別の実施形態では、１組のポートは熱センサのうちの１つより多いセンサに結合されることができる。これは、ポートが外部電源及び接地に対するセンサの接続を可能にするために使用される場合に特に有効である。熱センサは独立して電源及び接地に接続される必要はないので、２つ以上のセンサは、それらのそれぞれの電源及び接地入力を接続する内部ラインを有し、その後これらのラインはポートを通って、外部電源及び接地へ接続されることができる。

前述したように、各機能ブロックに結合されている熱センサは、一実施形態では、全体的に集積回路中に埋設される。即ち、センサの感熱性のコンポーネントと他のコンポーネント（例えば基準電圧発生器）の両者はチップ上に構成される。例示的な熱センサを、図８に関連して以下説明する。このタイプのセンサは、感熱性のコンポーネント（例えばダイオード）がチップ上に位置され、センサのその他のコンポーネントがチップ外に位置されている従来のセンサよりも迅速に、感知される温度の変化に反応することができる。しかしながら、通常の熱センサも別の実施形態で使用されることができる。実際に、幾つかの例では、測定された温度の変化を最小にするために、より遅い応答時間を有するセンサを使用することが望ましい場合もある。

図８を参照すると、一実施形態によるオンチップ実装に適している、組合わされた熱感知素子と基準電圧発生器の構造が示されている。この回路８００は演算増幅器８１０、３個のＰＭＯＳトランジスタ（８２０、８３０、８４０）、２個の抵抗器（８５０、８６０）、および複数のダイオード（８７０、８８０−８８２）から構成されている。図８ではダイオードが３個しか示されていないが、一連のダイオード８８０−８８２はＮ個のダイオードを含むことができ、ここでＮは典型的に２以上であることに注意すべきである。

トランジスタ８２０のソースは、電力供給電圧（Ｖｄｄ．）に結合されている。トランジスタ８２０のドレインは、ダイオード８７０の陽極に結合されている。ダイオード８７０の陰極は、接地に結合されている。トランジスタ８３０のソースもまた電力供給電圧に結合されているが、このトランジスタのドレインは抵抗器８５０の一端部に結合されている。抵抗器８５０の他端部は、各ダイオード８８０−８８２の陽極に結合されている。各ダイオード８８０−８８２の陰極は接地に結合されている。トランジスタ８４０のソースも電力供給電圧に結合されている。トランジスタ８４０のドレインは、抵抗器８６０の一端部に結合されている。抵抗器８６０の他端部は、接地に結合されている。

各トランジスタ８２０、８３０、８４０のゲートは、演算増幅器８１０の出力に結合されている。各トランジスタ８２０、８３０、８４０が同一であるならば、同量の電流がこれらの各トランジスタを通って流れる。演算増幅器８１０の入力は、トランジスタ８２０と８３０のドレインに結合されている。トランジスタ８２０のドレインの電圧（Ｖ_ａ）は、ダイオード８７０のＰＮ接合の両端の電位差である。トランジスタ８３０のドレインの電圧（Ｖ_ｂ）は、抵抗器８５０およびダイオード８８０−８８２のＰＮ接合（これはダイオード８７０よりも大きな断面積を有する単一のＰＮ接合と実質的に同一である）の両端の電位差である。

ダイオードの特徴的な動きは、Ｉ〜Ｉ_ｓｅｘｐ（ｑＶ_ｂｅ／ｋＴ）として表されることができる。ダイオード８７０を通る電流がダイオード８８０−８８２を通る電流の和に等しく設定されることができるならば、次式が得られ、
Ｉ_ｓｅｘｐ（ｑＶ_ａ／ｋＴ）＝Ｎ＊Ｉ_ｓｅｘｐ（ｑＶ_ｃ／ｋＴ）
ここで、Ｖ_ｃは抵抗器８５０とダイオード８８０−８８２との間のノードの電圧であり、Ｎはダイオード８８０−８８２の数である。次に、抵抗器８５０の両端の電圧は次式として表されることができる。
ΔＶ_ｆ＝Ｖ_ａ−Ｖ_ｃ＝ＩｎＮ＊ｋＴ／ｑ
次に、トランジスタ８３０を通る電流はトランジスタ８４０を通る電流と同じであるので、基準電圧は次式で表されることができ、
Ｖ_ｒｅｆ＝ΔＶ_ｆ＊Ｒ_２／Ｒ_１
ここで、Ｒ_１は抵抗器８５０の値であり、Ｒ_２は抵抗器８６０の値である。基準電圧はそれ故、Ｒ_１とＲ_２の適切な選択により、所望の値に設定されることができる。

図８の回路では、第１のトランジスタ（８２０）と第１のダイオード（８７０）は図１に示されている熱センサとして作用する。トランジスタ８２０は、ダイオード８７０を通して一定電流を供給するように動作する。トランジスタ８２０のドレインの電圧（Ｖ_ａ）は、センサ電圧Ｖ_ｓｅｎｓとして使用される。ダイオード（８７０）の両端は、約−１．５ｍＶ／Ｋの負の温度係数を有する。

回路８００は単一の基準電圧を発生し、これは熱感知素子により発生される（負の温度係数を有する）センサ電圧と比較されるとき、センサ温度が基準温度よりも上であるか下であるかを示す単一の２進出力になる。他の回路構造が複数の基準電圧を供給するために使用されることができ、それによって、感知される温度がこれらの複数の基準温度と比較されることができる。例示的な構造は米国特許出願第１１／０３４，６４４号に記載されている。

当業者は情報および信号が任意の種々の異なる技術を使用して表されることができることを理解するであろう。例えば、先の説明を通して参照されることのできるデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、およびシンボルは、電圧、電流、電磁波、磁界または粒子、或いは任意のそれらの組合せによって表されることができる。

本明細書中で開示した実施形態に関連して説明した種々の例示的な論理ブロック、モジュールおよび回路は、汎用のプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途用集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラム可能なゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、またはその他のプログラム可能な論理装置、ディスクリートなゲートまたはトランジスタ論理装置、ディスクリートなハードウェアコンポーネント、或いは本明細書中で説明した機能を実行するように設計された任意のその組合せによって実施または実行されることができる。汎用のプロセッサは、任意の従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、状態機械等であってもよい。またプロセッサは、コンピュータ装置の組合せ、例えばＤＳＰとマイクロプロセッサ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連結した１つ以上のマイクロプロセッサ、或いは任意の他のこのような構造として実施されることもできる。

本明細書中で開示した実施形態に関連して説明した方法またはアルゴリズムのステップは、ハードウェア、プロセッサにより実行されるソフトウェアモジュール、またはその２つの組合わせで直接実施されてもよい。ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、取外し可能なディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、または当技術分野で知られているその他の形態の記憶媒体中に存在してもよい。例示的な記憶媒体はプロセッサに結合され、このようなプロセッサは情報を記憶媒体から読出し、そこに情報を書込むことができる。その代りに、記憶媒体はプロセッサと一体化されることもできる。プロセッサおよび記憶媒体はＡＳＩＣ中に存在していてもよい。ＡＳＩＣは、ユーザー端末に存在してもよい。その代りに、プロセッサおよび記憶媒体はユーザー端末中にディスクリートなコンポーネントとして存在することもできる。

本発明により与えられることができる効果および利点を特定の実施形態に関連して説明した。これらの効果および利点と、行われまたはさらに明白にされるその他の構成要素または限定は、任意のまたは全ての請求項の重要な、必要とされる、または本質的な特徴として解釈されるべきではない。本明細書中で使用されているように、用語「具備する」、「具備している」またはその任意のその他の変形は、これらの用語にしたがっている構成要素または限定を排他的ではなく含んでいるとして解釈されることを意図している。したがって、システム、方法または、１組の構成要素を含むその他の実施形態は、これらの構成要素だけに限定されるのではなく、明確には記載されていない、または主張された実施形態に固有ではないその他の構成要素を含むことができる。

開示された実施形態の前述の説明は、当業者が本発明を構成または使用することを可能にするために提供された。これらの実施形態に対する種々の変形は、当業者に容易に明白であり、本明細書中で規定されている一般的な原理は、本発明の趣旨または範囲を逸脱せずに他の実施形態に適用されることができる。したがって、本発明は本明細書で示されている実施形態に限定されることを意図するものではなく、本明細書で説明され、特許請求の範囲で挙げられている原理および新規な特徴と一貫する最も広い技術的範囲にしたがうことを意図している。

本発明によれば、例えば、以下の視点１乃至１５に記載されるような熱感知システム及び方法が提供可能である。

［視点１］
複数のデュプリケートプロセッサコアを有する集積回路と、
熱センサの第１のセットであり、対応する１つの前記デュプリケートプロセッサコアに結合され、対応する１つの前記デュプリケートプロセッサコア上の同じ位置に位置された熱センサの第１のセットと、
前記第１のセットの各熱センサに結合された制御回路であり、前記プロセッサコアに結合されている前記熱センサから受信した対応する温度信号に基づいて、前記各プロセッサコアの動作を独立して調整するように構成された制御回路と、
を具備するシステム。

［視点２］
前記熱センサの第１のセットは、それぞれ対応する１つの前記デュプリケートプロセッサコアのホットスポットに位置されている視点１記載のシステム。

［視点３］
前記デュプリケートプロセッサコアとは異なるタイプの１つ以上の付加的な機能ブロックと、熱センサの第２のセットとをさらに具備し、前記熱センサの第２のセットは、それぞれ対応する１つの前記付加的な機能ブロックに結合されている視点１記載のシステム。

［視点４］
前記集積回路のクールスポットに位置された付加的な熱センサをさらに具備する視点１記載のシステム。

［視点５］
前記付加的な熱センサは、前記集積回路のエッジに位置されている視点４記載のシステム。

［視点６］
前記熱センサに結合された１つ以上のポートをさらに具備し、前記ポートは、電気信号が前記熱センサと１つ以上のオフチップ電気コンポーネントとの間で直接通信されることを可能にする視点１記載のシステム。

［視点７］
各ポートは、２つ以下の前記熱センサに結合されている視点６記載のシステム。

［視点８］
各ポートは、前記熱センサのただ１つに結合されている視点７記載のシステム。

［視点９］
各ポートは、前記対応する熱センサにおける１つ以上の電力ラインおよび接地ラインに結合され、前記電力ラインおよび接地ラインの外部電源接続および接地接続への結合を可能にするように構成されている視点６記載のシステム。

［視点１０］
各ポートは、前記対応する熱センサの１つ以上の入力／出力ラインに結合され、前記入力／出力ラインの外部信号ラインへの結合を可能にするように構成されている視点６記載のシステム。

［視点１１］
前記熱センサの第１のセットは、それぞれ全体的に前記集積回路上に実装されている視点１記載のシステム。

［視点１２］
集積回路における複数のデュプリケート機能ブロックの温度を別々に感知することであり、各デュプリケート機能ブロックの前記温度は、前記デュプリケート機能ブロック上の同じ位置で感知されることと、
対応する感知温度に基づいて、前記各デュプリケート機能ブロックの動作を独立して調整することと、
を含む方法。

［視点１３］
前記対応する温度が感知される各デュプリケート機能ブロック上の前記位置は、前記デュプリケート機能ブロック上のホットスポットを含む視点１２記載の方法。

［視点１４］
前記集積回路の１つ以上の付加的な機能ブロックの温度を別々に感知することをさらに含む視点１２記載の方法。

［視点１５］
集積回路におけるクールスポットの温度を別々に感知することをさらに含む視点１２記載の方法。

１つの形式の熱感知回路の構造を示すブロック図。 図１のシステムの基準電圧発生器と熱感知素子によって発生される基準電圧と温度依存電圧との関係を示す図。 一実施形態における感知される温度と基準温度との関係の関数として、比較器により発生される出力信号を示す図。 一実施形態により、デュプリケート機能ブロックのセットの温度を監視するため、小さいオンチップ熱センサを使用している集積回路を示す図。 別の実施形態による集積回路を示す機能ブロック図。 さらに別の実施形態による集積回路を示す機能ブロック図。 さらに別の実施形態による集積回路を示す機能ブロック図。 一実施形態によるオンチップ実装に適している、組合わされた熱感知素子と基準電圧発生器の構造を示す図。

Claims (15)

1. 複数のデュプリケートプロセッサコアを有する集積回路と、
   熱センサの第１のセットであり、対応する１つの前記デュプリケートプロセッサコアに結合され、対応する１つの前記デュプリケートプロセッサコア上の同じ位置に位置された熱センサの第１のセットと、
   前記第１のセットの各熱センサに結合された制御回路であり、前記プロセッサコアに結合されている前記熱センサから受信した対応する温度信号に基づいて、前記各プロセッサコアの動作を独立して調整するように構成された制御回路と、
   を具備するシステム。
2. 前記熱センサの第１のセットは、それぞれ対応する１つの前記デュプリケートプロセッサコアのホットスポットに位置されている請求項１記載のシステム。
3. 前記デュプリケートプロセッサコアとは異なるタイプの１つ以上の付加的な機能ブロックと、熱センサの第２のセットとをさらに具備し、前記熱センサの第２のセットは、それぞれ対応する１つの前記付加的な機能ブロックに結合されている請求項１記載のシステム。
4. 前記集積回路のクールスポットに位置された付加的な熱センサをさらに具備する請求項１記載のシステム。
5. 前記付加的な熱センサは、前記集積回路のエッジに位置されている請求項４記載のシステム。
6. 前記熱センサに結合された１つ以上のポートをさらに具備し、前記ポートは、電気信号が前記熱センサと１つ以上のオフチップ電気コンポーネントとの間で直接通信されることを可能にする請求項１記載のシステム。
7. 各ポートは、２つ以下の前記熱センサに結合されている請求項６記載のシステム。
8. 各ポートは、前記熱センサのただ１つに結合されている請求項７記載のシステム。
9. 各ポートは、前記対応する熱センサにおける１つ以上の電力ラインおよび接地ラインに結合され、前記電力ラインおよび接地ラインの外部電源接続および接地接続への結合を可能にするように構成されている請求項６記載のシステム。
10. 各ポートは、前記対応する熱センサの１つ以上の入力／出力ラインに結合され、前記入力／出力ラインの外部信号ラインへの結合を可能にするように構成されている請求項６記載のシステム。
11. 前記熱センサの第１のセットは、それぞれ全体的に前記集積回路上に実装されている請求項１記載のシステム。
12. 集積回路における複数のデュプリケート機能ブロックの温度を別々に感知することであり、各デュプリケート機能ブロックの前記温度は、前記デュプリケート機能ブロック上の同じ位置で感知されることと、
    対応する感知温度に基づいて、前記各デュプリケート機能ブロックの動作を独立して調整することと、
    を含む方法。
13. 前記対応する温度が感知される各デュプリケート機能ブロック上の前記位置は、前記デュプリケート機能ブロック上のホットスポットを含む請求項１２記載の方法。
14. 前記集積回路の１つ以上の付加的な機能ブロックの温度を別々に感知することをさらに含む請求項１２記載の方法。
15. 集積回路におけるクールスポットの温度を別々に感知することをさらに含む請求項１２記載の方法。

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