JP2017208449A - Semiconductor integrated circuit and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体集積回路における温度センサの配置に関する。 The present invention relates to an arrangement of a temperature sensor in a semiconductor integrated circuit.
近年、電子機器の多機能・高性能を実現するために、電子機器に搭載される半導体集積回路チップ(以下、LSI(Large Scale Integration)チップ)は、高速化、大規模化が進んでいる。また、従来においては、複数のLSIチップで提供されていた機能をシステムLSIやSoC(System on Chip)として1つのチップに統合することで低コスト化や低消費電力化が図られている。このように1チップ化されたLSIチップにおいては低消費電力化が重要な課題となっている。ところで、LSIチップは温度変化に応じて動作速度(遅延)が変化する特性を有しており、この特性を利用することでLSIチップの動作電圧を下げ、消費電力を削減することができる。特許文献1には、温度センサにより得られた温度情報に基づき、機能回路の動作電圧を制御する温度AVS(Adaptive Voltage Scalling)という技術が開示されている。この温度AVSは、LSIチップの温度上昇により内部の回路素子の遅延変化によって得られた速度マージン分の電圧を下げることで消費電力の削減を図る技術である。 In recent years, in order to realize multifunction and high performance of electronic devices, semiconductor integrated circuit chips (hereinafter referred to as LSI (Large Scale Integration) chips) mounted on electronic devices have been increased in speed and scale. Conventionally, functions provided by a plurality of LSI chips are integrated into one chip as a system LSI or SoC (System on Chip), thereby reducing cost and power consumption. In the LSI chip made into one chip in this way, low power consumption is an important issue. By the way, the LSI chip has a characteristic that the operation speed (delay) changes according to the temperature change. By using this characteristic, the operating voltage of the LSI chip can be lowered and the power consumption can be reduced. Patent Document 1 discloses a technique called temperature AVS (Adaptive Voltage Scaling) that controls the operating voltage of a functional circuit based on temperature information obtained by a temperature sensor. This temperature AVS is a technique for reducing power consumption by lowering the voltage corresponding to the speed margin obtained by the delay change of the internal circuit elements due to the temperature rise of the LSI chip.
しかしながら、上記温度AVSを実施する際に、温度センサにより得られる温度情報に誤差があるとLSIチップが正常に動作しなくなる可能性がある。LSIチップの内部は、回路の動作状態や放熱性が一様ではないため、温度分布に偏りが発生する。このため、温度センサにより得られる温度情報は、必ずしもLSIチップ内部において最も低い温度ではなく、実際よりも高い温度が検出されてしまう可能性がある。 However, when the temperature AVS is performed, if there is an error in the temperature information obtained by the temperature sensor, the LSI chip may not operate normally. Since the operation state and heat dissipation of the circuit are not uniform inside the LSI chip, the temperature distribution is biased. For this reason, the temperature information obtained by the temperature sensor is not necessarily the lowest temperature inside the LSI chip, and a temperature higher than the actual temperature may be detected.
また、温度センサにより得られる温度情報にマージンを設けて温度AVSを実施する方法も考えられる。しかしながら、例えば5℃ごとに10mVの電圧を下げるような細かい制御を行う場合には、マージンを設けることで制御する機会が失われ、効果が低減してしまう可能性がある。また、LSIチップ内部に複数の温度センサを配置することで精度を上げる方法も考えられるが、LSIチップの面積増大やコスト上昇につながるため実現は難しい。 Further, a method of implementing the temperature AVS by providing a margin for the temperature information obtained by the temperature sensor is also conceivable. However, for example, when performing fine control that lowers the voltage of 10 mV every 5 ° C., there is a possibility that the opportunity for control is lost by providing a margin and the effect is reduced. A method of increasing the accuracy by arranging a plurality of temperature sensors inside the LSI chip is also conceivable, but this is difficult to realize because it leads to an increase in area and cost of the LSI chip.
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、温度検出回路を半導体集積回路内の最適な位置に配置することで、温度情報を精度よく取得することができる半導体集積回路を実現することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to realize a semiconductor integrated circuit capable of obtaining temperature information with high accuracy by arranging a temperature detection circuit at an optimum position in the semiconductor integrated circuit. It is.
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明の半導体集積回路は、温度検出回路を含む複数の回路部が配置された半導体集積回路において、前記温度検出回路を、前記半導体集積回路において熱が逃げやすい外周領域に隣接した位置であって、前記半導体集積回路の内部においてより低い温度が検出されるような位置に配置した。 In order to solve the above problems and achieve the object, a semiconductor integrated circuit according to the present invention is a semiconductor integrated circuit in which a plurality of circuit portions including a temperature detection circuit are arranged, and the temperature detection circuit is connected to the semiconductor integrated circuit. It is located at a position adjacent to the outer peripheral region where heat can easily escape and at a position where a lower temperature is detected inside the semiconductor integrated circuit.
本発明によれば、温度検出回路を半導体集積回路内の最適に配置することで精度の高い温度情報を取得でき、正確な温度情報に基づき動作電圧を制御できるので低消費電力化を実現できる。 According to the present invention, temperature information with high accuracy can be acquired by optimally arranging the temperature detection circuit in the semiconductor integrated circuit, and the operating voltage can be controlled based on the accurate temperature information, so that low power consumption can be realized.
以下に、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、本発明を実現するための一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものであり、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。また、後述する各実施形態の一部を適宜組み合わせて構成しても良い。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail. The embodiment described below is an example for realizing the present invention, and should be appropriately modified or changed according to the configuration and various conditions of the apparatus to which the present invention is applied. It is not limited to the embodiment. Moreover, you may comprise combining suitably one part of each embodiment mentioned later.
[実施形態1]
まず、図1を参照して、本実施形態において温度AVSを適応し、効率的に実施するための半導体集積回路の構成について説明する。
[Embodiment 1]
First, with reference to FIG. 1, a configuration of a semiconductor integrated circuit for adapting and efficiently implementing the temperature AVS in the present embodiment will be described.
図1は、本実施形態の半導体集積回路100を含む撮像装置の要部の構成を示す図である。図1において、本実施形態の半導体集積回路100は、複数の機能が1チップに統合されたシステムLSIチップとして構成されており、撮像装置の回路基板に実装される。半導体集積回路100は、制御部101、入出力端子102、カメラ信号処理部103、符号化部104、メモリ制御部105、メモリインターフェース106、表示制御部107、復号部108、外部通信部109、外部通信インターフェース110、温度センサ111などの機能ごとの回路ブロック(以下、回路部)を有する。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a main part of an imaging apparatus including a semiconductor integrated
制御部101は、MPUやCPUなどのマイクロプロセッサ、ROMなどの不揮発性メモリ、RAMなどの揮発性メモリを有する。マイクロプロセッサは、1チップ化されたマイクロコンピュータの形態で実現可能であり、撮像装置で撮像され記録される画像データの生成、各種コマンドの解析、各種設定、レンズの駆動や表示制御などの装置全体の動作を統括して制御する。
The
入出力端子102は、半導体集積回路100の各回路部にそれぞれ割り当てられ、各回路部に対する信号の入出力を行う端子である。また、入出力端子102は、第1のモードでは制御部101が使用していた入出力端子を、第2のモードでは表示制御部107が使用するといったように、半導体集積回路100の動作モードごとに、使用する対象や用途を変更することができる。
The input /
カメラ信号処理部103は、撮像装置に搭載された不図示の光学系およびイメージセンサにより撮像された画像信号を入出力端子102を介して入力し、マトリクス処理を行うことで輝度信号と色差信号を生成する。また、カメラ信号処理部103は、輝度信号や色差信号に対してキズ補正やガンマ補正などの画像処理を行った後、後述するメモリ制御部105を介してメモリ112に出力する。
The camera
符号化部104は、カメラ信号処理部103により生成されメモリ112に格納された画像データを後述するメモリ制御部105を介して読み出す。そして、符号化部104は、メモリ112から読み出した画像データに対して、MPEGやH.264、JPEGなどの符号化処理を行って符号化データを生成し、後述するメモリ制御部105を介してメモリ112に出力する。
The
メモリ制御部105は、各回路部からのメモリ112へのアクセス要求に対して調停する処理を行い、メモリ制御部105がメモリ112にアクセスするために専用で使用されるメモリインターフェース106を介してデータの入出力を行う。
The
メモリ制御部105およびメモリインターフェース106は、各回路部を動作させるために必要不可欠な機能を有するブロックであるため、半導体集積回路100の各動作モードにおいて、常に高い周波数で動作する。
Since the
メモリ112は、例えば、クロックの立ち上がりと立ち下がりの両方に同期してデータのバースト転送を行うDDR(Double−Data−Rate)SDRAMが用いられる。表示制御部107は、カメラ信号処理部103により生成され、メモリ112に格納された画像データを読み出し、所定のフォーマットに変換して入出力端子102を介して表示装置113に出力する。
As the
表示装置113は、表示制御部107によって生成された信号に基づく画像を表示する。復号部108は、符号化部104、或いは、後述する外部通信部109によりメモリ112に格納された符号化データを読み出して復号処理を行い、メモリ制御部105を介してメモリ112に出力する。
The
外部通信部109は、符号化部104によって生成されメモリ112に格納された符号化データを読み出す。そして、外部通信部109は、メモリ112から読み出した符号化データを、外部通信部109が専用で使用する外部通信インターフェース110を介して半導体集積回路100の外部にある不図示の記憶媒体や他の半導体集積回路に出力する。また、外部通信部109は、半導体集積回路100の外部にある不図示の記憶媒体や他の半導体集積回路から外部通信インターフェース110を介してデータを入力し、メモリ制御部105を介してメモリ112に出力する。
The
外部通信インターフェース110は、例えば、差動信号を用いてデータの送受信を行うPCIExpress規格に準拠している。温度センサ111は、半導体集積回路100の内部の温度を検出するサーミスタなどの温度検出回路を含み、制御部101からの制御に従って、検出された温度情報を制御部101に出力する。
The
制御部101は、温度センサ111から取得した温度情報に基づいて、半導体集積回路100の内部の温度が所定の上限に達しそうな場合に、動作上不要な回路部へのクロック停止や電源遮断などの処理を行う。また、制御部101は、温度センサ111から取得した温度情報に基づいて半導体集積回路100の外部に設けられた後述する電源制御部114を制御して、温度AVSを実施する。制御部101は、温度センサ111から取得した温度情報に基づく制御指令を入出力端子102を介して電源制御部114に出力し、電源制御部114は、制御部101からの制御指令に基づいて温度AVSによる動作電圧の変更処理を行う。電源制御部114は、半導体集積回路100へ供給する電力を制御するための回路であり、半導体集積回路100に対して、半導体集積回路100が要求する電圧を供給する。
Based on the temperature information acquired from the
ここで、図5を用いて、本実施形態の半導体集積回路100における温度AVSについて説明する。図5は、半導体集積回路100をある周波数で動作可能な温度と下限電圧の関係を示している。
Here, the temperature AVS in the semiconductor integrated
本実施形態の半導体集積回路100の各回路部を構成する半導体素子は、高温になると半導体素子の遅延が少なくなり電気信号が伝わる速度が速くなるため、同じ周波数で動作させる場合でも温度が高い方が低い電圧で動作させることができる。よって、本実施形態では、半導体集積回路100の温度上昇により低下する内部の半導体素子の遅延変化に応じて動作電圧を下げることで消費電力の削減を図る温度AVSを実施する。
The semiconductor elements constituting each circuit portion of the semiconductor integrated
撮像装置の電源スイッチがオンされることにより半導体集積回路100に電力が供給されると、電源制御部114は、どのような温度でも動作可能な第1の電圧(例えば、1.20V)を付加する。電源投入後、制御部101は、温度センサ111から温度情報を取得し、例えば、温度情報が0℃であったとすると、動作可能な下限電圧である第2の電圧(例えば、1.15V)に変更するように電源制御部114を制御する。
When power is supplied to the semiconductor integrated
また、撮像中に、制御部101は、撮像中などに温度センサ111から取得した温度情報が所定の温度(例えば、50℃)を超えていたとすると、温度AVSを実施する。例えば、制御部101は、図5のテーブルを参照して、温度センサ111から取得した温度情報に基づき、半導体集積回路100に付加する電圧を上記第2の電圧よりも低い第3の電圧(例えば、1.10V)に変更するように電源制御部114を制御する。このように、制御部101は、図5に例示するような動作周波数ごとに温度と動作可能な下限電圧とを関連付けたテーブルを有し、温度情報に基づいて電源制御部114を制御し、半導体集積回路100に付加する電圧を制御することで温度AVSを実施する。具体的には、温度センサ111により検出された温度が高いほど、半導体集積回路100に付加する電圧を下げるように制御する。
Further, during imaging, if the temperature information acquired from the
次に、図2を参照して、本実施形態の半導体集積回路100における温度センサ111のレイアウトについて説明する。
Next, the layout of the
図2は、図1の半導体集積回路100の各回路部を本実施形態を適用してレイアウトした状態を示し、図1と同じ構成には同一の符号を付して示している。
FIG. 2 shows a state in which each circuit portion of the semiconductor integrated
図2において、半導体集積回路100は、複数のIOセルが周囲に配置された外周領域200を有する。それぞれのIOセルは電極部を有し、ワイヤーボンディング等を用いてパッケージの電極と接続される。温度センサ111に隣接する隣接領域201は、半導体集積回路100の外周に位置した外周領域200と温度センサ111の間に設けられる。この隣接領域201には、論理演算を行う回路部を除く、ダミーセル、スペーサ、電源配線、GND領域、電圧変換セルの少なくともいずれかが配置される。
In FIG. 2, the semiconductor integrated
温度センサ111は、半導体集積回路100における外周領域200との間に隣接領域201を挟んで配置される。また、温度センサ111は、半導体集積回路100の回路部のうち、高い周波数で動作するメモリ制御部105、メモリインターフェース106、外部通信部109、外部通信インターフェース110などの回路部に隣接しないように配置される。
The
以上のように、本実施形態によれば、温度センサ111を、半導体集積回路100において、熱が逃げやすい外周領域200に可能な限り近づけて配置する。また、温度センサ111を、他の回路部と比較して発熱しやすい回路部から離間して配置する。発熱しやすい回路部は、例えば、差動信号を用いて高周波数で動作する外部通信部109や外部通信インターフェース110、或いは、常に高い周波数で動作するメモリ制御部105やメモリインターフェース106である。これにより、温度センサ111は、半導体集積回路100の内部においてより低い温度が検出されるような位置に配置され、半導体集積回路100の内部の温度情報を精度よく取得できるようになる。その結果、正確な温度情報に基づき温度AVSを効率的に実施することができるため、半導体集積回路100の消費電力を削減することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, in the semiconductor integrated
なお、本実施形態では、温度センサ111の隣接領域201に、ダミーセル、スペーサ、電源配線、GND領域、電圧変換セルで構成される例を挙げたが、可能な限り外側に温度センサ111を配置するという観点では、温度センサ111の隣接領域201にはスペーサのみ配置して、温度センサ111の隣接領域201を限りなく小さくして、外周領域200に近づけてもよい。
In the present embodiment, an example in which a dummy cell, a spacer, a power supply wiring, a GND region, and a voltage conversion cell are provided in the
[実施形態2]
上述した実施形態1では、温度センサ111を高周波数で動作する回路部から離間して配置した例を説明した。これに対して、本実施形態では、温度センサ111を、画像の記録中は低い周波数で動作、或いは、電源を遮断して動作していない回路部に隣接して配置する例を説明する。
[Embodiment 2]
In the first embodiment described above, the example in which the
まず、図3を参照して、本実施形態において温度AVSを適応し、効率的に実施するための半導体集積回路の構成について説明する。 First, with reference to FIG. 3, a configuration of a semiconductor integrated circuit for adapting and efficiently implementing the temperature AVS in the present embodiment will be described.
図3に示す半導体集積回路300において、図1の構成と異なる点は、外部通信部301が入出力端子102を介して半導体集積回路300の外部のメモリカードなどの記録媒体302にアクセス可能となっている点である。その他、図3において、図1と同じ構成には符号を付して説明を省略する。
The semiconductor integrated
外部通信部301は、符号化部104が生成し、メモリ制御部105を介してメモリ112に格納された符号化画像データを、メモリ制御部105を介して読み出し、半導体集積回路300の外部に接続された記録媒体302に入出力端子102を介して出力する。また、外部通信部301は、記録媒体302から入出力端子102を介して画像データを取得し、メモリ制御部105に出力し、メモリ112へ格納する。
The
次に、半導体集積回路300における稼働率が高い状態について説明する。
半導体集積回路300において、回路部の稼働率が高く、半導体集積回路300として高い周波数で動作しているのは、例えば撮像された画像データを記録媒体302に記録しているときである。画像の記録中は、カメラ信号処理部103は、入出力端子102から入力されたデータにカメラ信号処理を実施している。また、記録中は、符号化部104は、カメラ信号処理部103が生成したデータに符号化処理を実施している。また、記録中は、表示制御部107は、カメラ信号処理部103が生成した画像データを半導体集積回路300の外部の表示装置113による表示用に所定のフォーマットに変換して入出力端子102から出力している。
Next, a state where the operation rate in the semiconductor integrated
In the semiconductor integrated
また、記録中は、制御部101は、各回路部を常に制御している状態である。また、記録中は、メモリ制御部105は、各回路部からのメモリ112へのアクセス要求が常に発生しており、常時、調停処理を行い、メモリ112の制御、データの送受信を行っている状態である。また、記録中において、外部通信部301は、符号化部104が生成した符号化データを記録媒体302に出力している。外部通信部301は、符号化部104において符号化されたデータを扱うため、データ量が他の回路部に比べて小さい。そのため、他の回路部に比べて低い周波数での制御が可能である。なお、復号部108は、記録中は動作していないため電源を遮断している。
Further, during recording, the
以上のように、記録中は半導体集積回路300に搭載されるほとんどの回路部が動作しており、稼働率が高く、平均周波数も所定の周波数以上の高い状態である。
As described above, most of the circuit units mounted on the semiconductor integrated
図4は、本実施形態において図3の半導体集積回路300の各回路部をレイアウトした状態を示し、図3と同じ構成には同一の符号を付して示している。
4 shows a state in which each circuit portion of the semiconductor integrated
図4において、温度センサ111は、半導体集積回路300において熱が逃げやすい外周領域200との間に隣接領域201を挟んで配置される。また、温度センサ111は、復号部108および外部通信部301に隣接して配置される。復号部108および外部通信部301は、半導体集積回路300の稼働率が高い状態において、比較的低い周波数で動作し、或いは、電源を遮断して動作していない回路部である。このように温度センサ111を外周領域200の近く、かつ、復号部108および外部通信部301の近くに配置することで、半導体集積回路300の稼働率が高く、平均周波数も高い動作モードにおいて、温度センサ111により得られる温度情報は、ほぼ半導体集積回路300の内部においてより低い温度、好ましくは最も低い温度を示す情報となる。
In FIG. 4, the
以上のように、本実施形態によれば、温度センサ111を、熱が逃げやすい半導体集積回路300の外周領域200に可能な限り近づけて配置する。また、温度センサ111を、半導体集積回路300の稼働率が高い状態において、比較的低い周波数で動作し、或いは、電源を遮断して動作していない発熱が小さい回路部の近くに配置する。これにより、温度センサ111は、半導体集積回路300の稼働率が高く、平均周波数も高い動作モードにおいて、半導体集積回路300の内部においてより低い温度が検出されるような位置に配置され、半導体集積回路300の内部の温度情報を精度よく取得できるようになる。その結果、正確な温度情報に基づき温度AVSを効率的に実施することができるため、半導体集積回路300の消費電力を削減することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the
なお、上述した各実施形態では、半導体集積回路100、300の外周領域200に入出力端子102を配置した例を説明したが、外周領域よりも内方に入出力端子を配置する場合もある。この場合にも、半導体集積回路の外側の方が、熱が逃げやすいことに変わりないので、本発明を適用可能である。
In each of the above-described embodiments, the example in which the input /
また、上述した実施形態では、入出力端子が外周領域に密に配列されている例について説明したが、入出力端子の数が少なく、外周領域に入出力端子だけでなく、通常の回路部が配置されている場合もある。この場合にも、半導体集積回路の外側の方が、熱が逃げやすいことに変わりないので、半導体集積回路において、入出力端子の更に外側にあるスクライブ領域などを外周領域に見立てることで、本発明を適用可能である。 In the above-described embodiment, the example in which the input / output terminals are densely arranged in the outer peripheral region has been described. However, the number of input / output terminals is small, and not only the input / output terminals but also a normal circuit unit is provided in the outer peripheral region. It may be arranged. Also in this case, since the heat outside the semiconductor integrated circuit is more easily escaped, in the semiconductor integrated circuit, the scribe area and the like further outside the input / output terminal is regarded as the outer peripheral area. Is applicable.
上述した実施形態では、本発明をデジタルカメラなどの撮像装置に実装される半導体集積回路の例を説明したが、これに限らず、パーソナルコンピュータや携帯電話の一種であるスマートフォン等の他の電子機器にも適用可能である。 In the above-described embodiment, the example of the semiconductor integrated circuit mounted on an imaging apparatus such as a digital camera has been described. It is also applicable to.
100、300…半導体集積回路、101…制御部、102…入出力端子、104…符号化部、108…復号部、109、301…外部通信部、110…外部通信インターフェース、111…温度センサ、200…外周領域、201…隣接領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100,300 ... Semiconductor integrated circuit, 101 ... Control part, 102 ... Input / output terminal, 104 ... Coding part, 108 ... Decoding part, 109, 301 ... External communication part, 110 ... External communication interface, 111 ... Temperature sensor, 200 ... peripheral area, 201 ... adjacent area
Claims (11)
前記温度検出回路を、前記半導体集積回路において熱が逃げやすい外周領域に隣接した位置であって、前記半導体集積回路の内部においてより低い温度が検出されるような位置に配置したことを特徴とする半導体集積回路。 In a semiconductor integrated circuit in which a plurality of circuit portions including a temperature detection circuit are arranged,
The temperature detection circuit is disposed at a position adjacent to an outer peripheral region where heat is easily escaped in the semiconductor integrated circuit so that a lower temperature is detected inside the semiconductor integrated circuit. Semiconductor integrated circuit.
前記半導体集積回路に電力を供給する電源制御部と、を備え、
前記半導体集積回路において、前記温度検出回路を、前記半導体集積回路において熱が逃げやすい外周領域に隣接した位置であって、前記半導体集積回路の内部においてより低い温度が検出されるような位置に配置し、前記複数の回路部は、前記温度検出回路により得られた前記半導体集積回路の内部の温度情報に基づき、温度が高いほど前記回路部の動作電圧を下げるように前記電源制御部を制御する制御部を含むことを特徴とする電子機器。 A semiconductor integrated circuit having a plurality of circuit portions including a temperature detection circuit;
A power supply controller for supplying power to the semiconductor integrated circuit,
In the semiconductor integrated circuit, the temperature detection circuit is disposed at a position adjacent to an outer peripheral region where heat is easily escaped in the semiconductor integrated circuit so that a lower temperature is detected inside the semiconductor integrated circuit. The plurality of circuit units control the power supply control unit so as to lower the operating voltage of the circuit unit as the temperature is higher, based on temperature information inside the semiconductor integrated circuit obtained by the temperature detection circuit. An electronic device including a control unit.
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