JP2018091741A - 温度計測回路、方法、及びマイクロコンピュータユニット - Google Patents

Abstract

【課題】回路規模を抑制しつつ、温度センサの異常を検出することが可能とする。【解決手段】温度計測回路１０は、温度センサ２０、温度センサ３０、及び比較器４０を含む。温度センサ２０は、温度に応じて抵抗値が変化する抵抗素子を含む温度検知部２１と、温度検知部２１の電圧値を温度デジタル値Ｄ１に変換するアナログデジタル変換器とを含む。温度センサ３０は、温度に依存した周期で発振するリングオシレータ３１を含み、リングオシレータ３１が出力する発振信号に基づいて温度デジタル値Ｄ２を生成する。比較器４０は、温度デジタル値Ｄ１と温度デジタル値Ｄ２とを比較し、比較の結果に基づいて、温度センサ２０が正常であるか異常であるかを示す信号を出力する。【選択図】図１

Description

本発明は温度計測回路、方法、及びマイクロコンピュータユニットに関し、例えば温度センサを含む温度計測回路及びマイクロコンピュータ、並びにそのような温度計測回路及びマイクロコンピュータにおける温度計測方法に関する。

特許文献１は、デジタル温度計を開示する。特許文献１に記載のデジタル温度計は、３個以上の温度センサを有する。特許文献１では、３つの温度センサのそれぞれが出力する温度信号が示す温度が、所定の温度範囲で刻まれた複数の階級のうちの何れに属するかが判定される。デジタル温度計は、属する温度の個数が最も多い階級を判定し、判定された階級に対応する温度表示信号をデジタル表示する。

特公平７−１１１３８１号公報

特許文献１に記載のデジタル温度計は、３個以上の温度センサによる多数決を行い、温度計測結果を得ている。このようにすることで、３個の温度センサのうちの１つに異常が発生した場合でも、正しい温度表示が得られる。しかしながら、特許文献１では、温度センサが３個以上必要であり、また、多数決論理が必要となる。このため、特許文献１のデジタル温度計には、回路規模が増大するという問題がある。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態によれば、温度計測回路は、抵抗素子を含む温度検知部を用いて温度を計測する第１の温度センサと、リングオシレータを用いて温度を計測する第２の温度センサと、第１の温度センサの温度計測結果と第２の温度センサの温度計測結果とを比較する比較器とを備える。

前記一実施形態によれば、回路規模を抑制しつつ、温度センサの異常を検出することが可能である。

実施形態１に係る温度計測回路を示すブロック図。 温度計測回路が含まれる半導体集積回路を示すブロック図。 デジタル回路に実装されるＢＩＳＴ回路を示すブロック図。 温度計測回路における動作手順を示すフローチャート。 ２つの温度センサで計測された温度の一例を示すグラフ。 実施形態２に係る温度計測回路を示すブロック図。 実施形態２において２つの温度センサで計測された温度の一例を示すグラフ。 実施形態２において２つの温度センサで計測された温度の別例を示すグラフ。 実施形態３に係る温度計測回路を示すブロック図。 マイクロコンピュータユニットを示すブロック図。

実施形態の説明に先立って、実施形態を想到するに至った経緯について説明する。温度センサには、大きく分けてアナログ温度センサとデジタル温度センサとの２種類がある。ここでは、アナログ温度センサを有する温度計測回路を考える。アナログ温度センサは、アナログ回路部、ＡＤＣ（Analog to Digital Convertor）、及びロジック部を有する。アナログ回路部は、バイポーラトランジスタ素子又はダイオード素子などの抵抗素子を含む温度検知部を有する。温度検知部の抵抗素子から出力される温度依存性を有するアナログ電圧は、ＡＤＣでデジタル変換される。ロジック部は温度データレジスタを含み、この温度データレジスタには、デジタル変換された計測温度が格納される。

上記アナログ温度センサにおいて、ロジック回路部については、ＢＩＳＴ（built-in self test）回路をロジック回路部に実装し、これを動作させることで、回路の不良を検出することが可能である。温度計測回路において計測された温度を使用するユーザシステムにおいても、同様に、ＢＩＳＴ回路を実動作中に動作させるシステムを構成することで、ロジック部の故障検出が可能である。

一方、ＡＤＣを含めたアナログ回路においては、各種ＩＰ（intellectual property）コアのテストモード、及び外部（チップ内又はチップ外）電圧印加のためのテスト回路を実装し、印加電圧に対する変換値を評価することで、回路故障の検出が可能である。

アナログ回路部の温度検知部に関しては、ウエハテストなどのジャンクション温度Ｔｊが制御されている環境では、目標となるデジタル値が特定できるため、故障（不良）を検出することが可能である。しかしながら、通常の使用状態では温度が特定されず、不特定の温度環境では目標となるデジタル値を特定することが困難であるため、実動作中に温度検知部のテストを実施することはできない。このように、アナログ温度センサを使用する場合、特に使用状態において、ＩＰコア単体では故障検出が困難である。

上記の問題に対して、特許文献１では、３以上の温度センサが用いられ、温度表示信号は３つの温度センサの出力信号の多数決によって決定される。このようにすることで、ＩＰコア単体でも故障検出が可能となる。しかしながら、特許文献１において、３つの温度センサは同じ構成である。この場合、共通原因による故障（Common Cause Failure: ISO26262）の影響を受けやすいという課題がある。また、温度センサを３つ以上配置しなければならないため、回路規模が増大するという課題もある。

以下、図面を参照しつつ、上記課題を解決するための手段を適用した実施形態を詳細に説明する。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。また、様々な処理を行う機能ブロックとして図面に記載される各要素は、ハードウェア的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、又はその他の回路で構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現される。したがって、これらの機能ブロックがハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、又はそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは当業者には理解されるところであり、何れかに限定されるものではない。なお、各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。

また、上述したプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスク）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、及び半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクション又は実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部又は全部の変形例、応用例、詳細説明、又は補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（動作ステップ等も含む）は、特に明示した場合及び原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、又は位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数等（個数、数値、量、範囲等を含む）についても同様である。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る温度計測回路を示す。温度計測回路１０は、温度センサ２０と、温度センサ３０と、比較器４０とを有する。温度計測回路１０は、例えば半導体集積回路を構成するチップに実装される。半導体集積回路は、例えばプロセッサ（ＣＰＵ）と、プロセッサから読み出し可能なメモリとを含むマイクロコンピュータユニット（ＭＣＵ：Micro Computer Unit）として構成される。温度センサ２０及び温度センサ３０は、それぞれ例えば温度計測回路１０が実装される半導体集積回路のチップ温度（例えばジャンクション温度Ｔｊ）を計測する。

温度計測回路１０において、温度センサ２０は、メイン温度センサとして用いられる。一方、温度センサ３０は、サブ温度センサとして用いられる。温度センサ２０は、デバイス製品使用に準じた性能及び精度を有する。温度センサ２０の温度計測精度は、温度センサ３０の温度計測精度よりも高いものとする。別の言い方をすると、温度センサ２０の温度計測誤差は、温度センサ３０の温度計測誤差よりも小さいものとする。温度計測回路１０と同じチップに実装されるＣＰＵは、ＣＰＵデータバス５０を通じて、温度センサ２０が計測した温度を参照可能である。ＣＰＵは、温度センサ２０の温度計測結果に基づいて、各種処理を実行可能である。

温度センサ２０は、温度検知部２１、マルチプレクサ２２、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）２３、及びロジック部２４を含む。温度検知部２１は、温度、例えばジャンクション温度Ｔｊを検知する部分である。温度検知部２１は、温度に依存して抵抗値が変化する抵抗素子を含む。そのような抵抗素子として、例えばバイポーラトランジスタ素子又はダイオード素子が用いられる。温度検知部２１は、抵抗素子の抵抗値が温度に応じて変化することで、温度に依存した電圧を出力する。温度検知部２１は、アナログ回路で構成される。

マルチプレクサ２２は、温度検知部２１が出力する電圧（アナログ電圧）と、テスト用アナログ電圧入力端子２６に印加されたアナログ電圧とを、選択的にＡＤ変換器２３に出力する。テスト用アナログ電圧入力端子２６は、ＡＤ変換器２３のテスト時に用いられる。マルチプレクサ２２は、通常の使用状態では、温度検知部２１が出力する電圧をＡＤ変換器２３に出力する。

ＡＤ変換器２３は、マルチプレクサ２２を介して入力するアナログ電圧をデジタル値に変換する。ＡＤ変換器２３は、通常の使用状態では、温度検知部２１に含まれる抵抗素子の電圧を温度デジタル値Ｄ１に変換する。抵抗素子の電圧は温度依存性を有するため、それをＡＤ変換した温度デジタル値Ｄ１も温度依存性を有する。温度デジタル値Ｄ１は、温度検知部２１が検知した温度を示す。

ロジック部２４は、温度データレジスタ２５を含むデジタル回路として構成される。温度データレジスタ２５は、温度デジタル値Ｄ１を格納する。温度データレジスタ２５に格納された温度デジタル値Ｄ１は、比較器４０とＣＰＵデータバス５０とに出力される。図示しないＣＰＵは、ＣＰＵデータバス５０を通じて、温度データレジスタ２５に格納された温度デジタル値Ｄ１を参照することができる。

温度センサ３０は、リングオシレータ３１、タイマモジュール３２、演算回路３５、及びロジック部３６を有する。リングオシレータ３１は、温度センサ３０において温度検知部を構成する。リングオシレータ３１には、例えば温度センサ２０の温度検知部２１に与えられる温度と同じ温度（例えばジャンクション温度Ｔｊ）が与えられる。リングオシレータ３１は、温度に依存した周期で発振する。リングオシレータ３１は、温度依存性を有する発振信号（クロック信号）を出力する。

タイマモジュール３２は、エッジセレクタ３３及びカウンタ３４を含む。エッジセレクタ３３は、リングオシレータ３１が出力するクロック信号の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジを選択する。エッジセレクタ３３は省略されてもよい。

カウンタ３４は、周期が温度に依存しない基準信号を用いて、エッジセレクタ３３を介して入力するクロック信号をカウントする。基準信号は、例えば温度に依存して周期が変化しない高精度なクロック信号であり、この基準信号は、温度補償された発振器などで生成される。カウンタ３４は、基準信号を用いて、所定期間におけるクロック信号のクロックパルスをカウントする。カウンタ３４のカウント値は、クロック信号の周波数（周期）に対応しており、温度に依存して変化する。

演算回路３５は、カウンタ３４のカウント値を温度デジタル値Ｄ２に変換する。温度デジタル値Ｄ２は、同一の温度に対して、温度デジタル値Ｄ１と同じ値になるように校正されている。温度デジタル値Ｄ２は、温度検知部を構成するリングオシレータ３１が検知した温度を示す。ロジック部３６は、温度データレジスタ３７を含む。温度データレジスタ３７は、演算回路３５が出力する温度デジタル値Ｄ２を格納する。温度データレジスタ３５に格納された温度デジタル値Ｄ２は、比較器４０に出力される。

ここで、温度センサ２０において、温度検知部２１はアナログ回路で構成され、ロジック部２４はデジタル回路で構成される。一方、温度センサ３０は、各要素がデジタル回路で構成される。温度計測回路１０において、アナログ回路とデジタル回路とは、相互に異なる電源から供給される電源電圧でそれぞれ動作する。図１において、領域６０は、アナログ回路用の電源から供給される電圧ＶＣＣで動作する領域を示す。また、領域７０は、デジタル回路用の電源から供給される電圧ＶＤＤで動作する領域を示す。電圧ＶＣＣは例えば３．３Ｖであり、電圧ＶＤＤは例えば１．８Ｖである。

温度センサ２０では、温度検知部２１は、領域６０に配置されており、電圧ＶＣＣで動作する。一方、温度センサ３０では、温度検知部であるリングオシレータ３１は、領域７０に配置されており、電圧ＶＤＤで動作する。このように、温度センサ２０と温度センサ３０とで、温度検知部が動作する電源を相互に異なる電源とした場合、共通原因に起因する故障を軽減できる効果がある。

比較器４０は、温度センサ２０が出力する温度デジタル値Ｄ１と温度センサ３０が出力する温度デジタル値Ｄ２とを比較する。比較器４０は、比較結果に基づいて、温度センサ２０が正常であるか、或いは異常であるかを示す信号を出力する。比較器４０は、例えば温度デジタル値Ｄ１が示す温度と温度デジタル値Ｄ２が示す温度との差を求め、その差が所定値の範囲内である場合、温度センサ２０が正常であるとみなして、その旨を示す信号を出力する。比較器４０は、差が所定の範囲の外側である場合、温度センサ２０が異常である（正常ではない）とみなして、その旨を示す信号を出力する。

［Fail/Safe信号］
図２は、温度計測回路１０が含まれる半導体集積回路を示す。半導体集積回路８０は、図１に示される構成を有する温度計測回路１０と、外部端子８１を含む。温度計測回路１０の比較器４０は、温度センサ２０が計測した温度と温度センサ３０が計測した温度との比較結果に基づいて、温度センサ２０が正常であるか否かを示す信号（Fail/Safe信号）を出力する。

比較器４０が出力するFail/Safe信号は例えばデジタル信号であり、この信号のハイレベル及びローレベルの何れか一方は温度センサ２０が正常である旨に対応し、他方は温度センサ２０が異常である旨に対応する。比較器４０は、Fail/Safe信号を外部端子８１に出力し、外部端子８１に接続されたチップ外のデバイス（外部周辺回路）に、温度センサ２０が正常であるか、或いは異常であるかを通知する。これに代えて、又は加えて、比較器４０は、チップ内のデバイスに温度センサ２０が正常であるか、或いは異常であるかを通知してもよい。

［ＢＩＳＴ］
デジタル回路で構成される温度センサ２０のロジック部２４、及び温度センサ３０は、ＢＩＳＴが可能である。図１では図示を省略しているが、ロジック部２４及び温度センサ３０は、それぞれＢＩＳＴ回路を有している。ロジック部２４及び温度センサ３０において、ＢＩＳＴ回路を動作させることで、ロジック部２４及び温度センサ３０のそれぞれの動作確認が可能である。

図３は、デジタル回路に実装されるＢＩＳＴ回路を示す。デジタル回路９０は、ＢＩＳＴ回路９１、複数のＦＦ（Flip Flop）９２、及び期待値比較回路９３を有する。ＢＩＳＴ回路９１は、テストパターンを発生する。各ＦＦ（スキャンＦＦ）９２は、スキャンチェーンを構成する。ＢＩＳＴ回路９１から出力されたテストパターンは、複数のＦＦ９２を通じて、図３では３つのＦＦ９２を通じて期待値比較回路９３に入力される。

期待値比較回路９３は、複数のＦＦ９２を通じて入力された信号と、テストパターンに対する期待値と比較する。期待値比較回路９３において期待値との比較が行われることで、ＢＩＳＴ回路９１が配置されたデジタル回路が正常に動作しているか否かが確認される。期待値比較回路９３は、比較の結果を、チップ内のＣＰＵ９４及び外部出力端子９５の少なくとも一方に出力する。期待値比較回路９３は、例えば入力された信号と期待値とが一致する場合は、ＢＩＳＴの結果ＰａｓｓをＣＰＵ９４及び外部出力端子９５の少なくとも一方に出力する。期待値比較回路９３は、一致しない場合は、ＢＩＳＴの結果ＦａｉｌをＣＰＵ９４及び外部出力端子９５の少なくとも一方に出力する。

温度センサ２０のロジック部２４については、上記のＢＩＳＴ回路９１を実装することで、例えばチップの選別時に、欠陥不良のスクリーニングが可能である。半導体集積回路において何らかの処理を実行させるユーザモード時においても、ＢＩＳＴ回路９１を動作させることで、ロジック部２４において故障が生じた場合に、その検出が可能である。ユーザモード時においては、起動から終了までの動作サイクルの間に、ＢＩＳＴ回路９１が少なくとも１回起動されることとしてもよい。

温度センサ３０についても、上記のＢＩＳＴ回路９１を動作させることで、ＢＩＳＴが可能であり、選別時及びユーザモード時の双方において、欠陥又は故障が検出可能である。ＢＩＳＴを通じて、温度センサ３０が正常に動作していることが確認された状態で温度計測回路１０が使用された場合、温度デジタル値Ｄ２は、正常な温度を示す値であることが保証される。この保証された温度デジタル値Ｄ２と温度センサ２０から出力される温度デジタル値Ｄ１とを比較することで、温度センサ２０が正常に動作していない場合に、その検出が可能である。

なお、温度センサ２０に含まれるＡＤ変換器２３が正常に動作しているか否かは、例えば選別時に、外部からテスト用アナログ電圧入力端子２６を通じてＡＤ変換器２３に特定電圧を入力し、温度データレジスタ２５に格納されたデジタル値が特定電圧に対応するものであるか否かを調べることで、判断可能である。ユーザモード時は、例えば半導体集積回路に含まれるＤＡＣ（Digital to Analog Convertor）を用いて任意の電圧をテスト用アナログ電圧入力端子２６に入力し、温度データレジスタ２５に所望のデジタル値が可能されているか否かを調べることで、故障の有無の判断が可能である。

温度検知部２１については、例えばウエハテスト時に、ウエハステージ温度を温度検知部２１に加えられる温度（ジャンクション温度Ｔｊ）として、その温度に対応する温度デジタル値Ｄ１が温度データレジスタ２５に格納されているか否かを調べることで、欠陥検出が可能である。ユーザモード時は、上記したようにＢＳＩＴ可能な温度センサ３０を用い、保証された温度デジタル値Ｄ２と温度デジタル値Ｄ１とを比較することで、温度検知部２１の故障の検出が可能である。

［動作手順］
図４は、温度計測回路１０における動作手順を示す。温度計測回路１０を含む半導体集積回路８０（図２を参照）の電源がオンになると（ステップＳ１）、図示しないプロセッサは、温度センサ２０のロジック部２４、及び温度センサ３０のそれぞれにおいてＢＩＳＴ回路９１（図３を参照）を動作させる。ロジック部２４及び温度センサ３０は、それぞれＢＩＳＴを実行する（ステップＳ２）。

ＢＩＳＴの実行後、ロジック部２４及び温度センサ３０において故障が発生していない場合、温度センサ２０及び温度センサ３０は、それぞれ温度計測を実行する（ステップＳ３）。ステップＳ３では、温度センサ２０が温度計測を実行することで、温度デジタル値Ｄ１が得られる。また、温度センサ３０が温度計測を実行することで、温度デジタル値Ｄ２が得られる。

比較器４０は、２つの温度センサで得られた温度計測結果、つまり温度デジタル値Ｄ１と温度デジタル値Ｄ２とを比較する。比較器４０は、比較結果が良好である否か、つまり両者が合致するか否かを判断する（ステップＳ４）。比較器４０は、例えば温度デジタル値Ｄ１が示す温度と温度デジタル値Ｄ２が示す温度とが、ほぼ同じ温度である場合は、両者が合致すると判断する。比較器４０は、ステップＳ４で両者が合致しないと判断した場合は、温度センサ２０が異常である旨を示す信号出力し、エラーを通知する（ステップＳ５）。ステップＳ４で両者が合致すると判断された場合、プロセッサは、他の処理を実行する（ステップＳ６）。

［動作例］
図５は、温度センサ２０で計測された温度と、温度センサ３０で計測された温度とを示す。図５において、温度センサ２０の温度計測結果（メイン）は丸印でプロットされ、温度センサ３０の温度計測結果（サブ）はひし形でプロットされている。図５においては、温度センサ３０の誤差範囲が点線で示されている。図５では、温度センサ３０の温度精度が±１０℃であるとし、温度センサ３０で計測された温度を基準に±１０℃の範囲を誤差範囲として示している。

比較器４０は、例えば温度デジタル値Ｄ１が示す温度と温度デジタル値Ｄ２が示す温度との差が、温度センサ３０の温度精度の範囲内であれば、温度センサ２０が正常である旨を示す信号を出力する。別の言い方をすれば、比較器４０は、温度デジタル値Ｄ１が示す温度が、温度デジタル値Ｄ２が示す温度を基準とした温度センサ３０の温度誤差の範囲内に含まれる場合、温度センサ２０が正常である旨を示す信号を出力する。

例えば、図５に示されるある時刻ｔ１１において図４のステップＳ３が実行され、温度センサ２０が出力した温度デジタル値Ｄ１が１０３℃を示し、温度センサ３０が出力した温度デジタル値Ｄ２が９５℃を示したとする。この場合、温度センサ２０の温度計測結果１０３℃は、温度センサ３０の温度計測結果９５℃を基準とした±１０℃の範囲内であるため、比較器４０は、温度センサ２０が正常である旨を示す信号を出力する。

次に、時刻ｔ１２においてステップＳ３が実行され、温度センサ２０が出力した温度デジタル値Ｄ１が１０５℃を示し、温度センサ３０が出力した温度デジタル値Ｄ２が１１１℃を示したとする。この場合も、温度センサ２０の温度計測結果１０５℃は、温度センサ３０の温度計測結果１１１℃を基準とした±１０℃の範囲内であるため、比較器４０は、温度センサ２０が正常である旨を示す信号を出力する。

さらに、時刻ｔ１３においてステップＳ３が実行され、温度センサ２０が出力した温度デジタル値Ｄ１が１０５℃を示し、温度センサ３０が出力した温度デジタル値Ｄ２が１１７℃を示したとする。この場合は、温度センサ２０の温度計測結果１０５℃は、温度センサ３０の温度計測結果１１７℃を基準とした±１０℃の範囲からは外れる。温度センサ３０は、ステップＳ２で実行されたＢＩＳＴによって正常に動作することが確認されており、温度センサ３０の温度計測結果は正しいことが保証されている。従って、温度デジタル値Ｄ１と温度デジタル値Ｄ２とが異なる温度を示す場合、温度センサ２０において正しい温度計測結果が得られていないと判断できる。この場合、比較器４０は、温度センサ２０が異常である旨を示す信号を出力する。

［まとめ］
本実施形態では、温度計測回路１０は、温度センサ２０と温度センサ３０とを有する。温度センサ２０は温度に依存して抵抗値が変化する抵抗素子を用いた温度センサであるのに対し、温度センサ３０は温度に依存した周期で発振するリングオシレータを用いた温度センサである。本実施形態では、温度計測回路１０は、種類の異なる２つの温度センサを含んでおり、双方の温度センサで得られた温度計測結果を比較する。本実施形態では、ヘテロジニアスな多重化システムで温度センサを構成しており、同じ構成の温度センサを複数用いた場合に比べて共通原因に起因する故障は発生しにくい。

本実施形態では、特に、温度センサ２０において温度検知にアナログ回路が用いられ、温度センサ３０において温度検知にデジタル回路が用いられている。温度センサ２０において温度検知部２１をアナログ電源で動作させ、温度センサ３０において温度検知部であるリングオシレータ３１をデジタル電源で動作させることで、共通原因に起因する故障を軽減することが可能である。本実施形態では、共通原因に起因する故障を軽減できるため、実装に時間を要するレイアウト対策などの実施を省略することが可能である。

さらに、本実施形態において、温度センサ３０はデジタル回路で構成されており、温度センサ３０においてＢＩＳＴが可能である。ＢＩＳＴにより、ユーザモード時においても、温度センサ３０が正常に動作していることが確認可能であり、温度センサ３０が計測した温度が正しいことを保証できる。本実施形態では、正しいことが保証された温度センサ３０の温度計測結果と温度センサ２０の温度計測結果とを比較することで、温度センサ２０の温度計測結果が正しいものであるか否かの判断が可能である。

特に、温度センサ２０と温度センサ３０とを半導体集積回路と同じチップ上に実装する場合、１チップの半導体デバイス内で温度計測値を保証することが可能である。温度センサ２０の温度計測値が正しいことが保証されない場合、温度センサ２０が正常に動作しなくなった場合に備えて、半導体デバイスの外部に保護用（多重化用）の外部温度センサを別途配置することも考えられる。しかしながら、その場合、システムでの部品点数が増加する。本実施形態では、１つのチップ内で温度センサ２０の温度計測値が保証されるため、別途外部温度センサを配置する場合に比べて、部品点数を削減できる効果もある。

さらに、本実施形態では、サブ温度センサとして用いられる温度センサ３０は、リングオシレータを含むデジタル回路で構成されており、ＡＤ変換器の搭載が不要である。また、温度センサ３０においては、アナログ電源の回路設計が不要である。このため、温度センサ３０は、メイン温度センサとして用いられる温度センサ２０に比べて、一例として１／４程度の実装面積で実装可能であり、面積削減効果がある。

特許文献１との比較では、特許文献１では温度センサを３個以上必要とするのに対し、本実施形態では温度センサは２つでよい。また、特許文献１では多数決論理が必要であるのに対し、本実施形態では２つの温度センサの温度計測結果を比較すればよく、多数決論理は不要である。従って、本実施形態では、特許文献１に比べて回路規模を縮小できる。

［実施形態２］
図６は、実施形態２に係る温度計測回路を示す。図１に示される実施形態１に係る温度計測回路１０と、本実施形態に係る温度計測回路１０ａとの違いは、温度センサ３０の温度データレジスタ３７が、ＣＰＵデータバス５０にも温度デジタル値Ｄ２を出力する点である。本実施形態では、温度計測回路１０ａが実装される半導体集積回路のＣＰＵは、ＣＰＵデータバス５０を通じて、温度デジタル値Ｄ１に加えて、温度デジタル値Ｄ２を参照できる。

実施形態に１において、ＣＰＵは、例えば温度センサ２０の温度データレジスタ２５から温度デジタル値Ｄ１を取得し、取得した温度に応じて処理を実行する。本実施形態では、ＣＰＵは、温度センサ３０の温度データレジスタ３７から温度デジタル値Ｄ２も取得した、取得した温度に応じて処理を実行できる。このように、本実施形態では、温度デジタル値Ｄ２は、温度センサ２０の正常又は異常の判定のためにだけでなく、ＣＰＵにおける処理のためにも利用できる。

ＣＰＵは、例えば、温度デジタル値Ｄ１が示す温度、及び温度デジタル値Ｄ２が示す温度が、それぞれ所定の温度範囲から外れているか否かをチェックする。より詳細には、ＣＰＵは、温度デジタル値Ｄ１が示す温度、及び温度デジタル値Ｄ２が示す温度が、それぞれ所定温度範囲の下限に対応付けられる温度しきい値以下であるか、又は所定温度範囲の上限に対応付けられる温度しきい値以上であるか否かを判断する。

ＣＰＵは、温度デジタル値Ｄ１が示す温度、及び温度デジタル値Ｄ２が示す温度の少なくとも一方が、所定温度範囲に収まっていない場合、所定の処理を実行する。つまり、ＣＰＵは、温度デジタル値Ｄ１が示す温度、及び温度デジタル値Ｄ２が示す温度の少なくとも一方が、所定温度範囲の上限に対応付けられる温度しきい値以下であるか、又は所定温度範囲の下限に対応付けられる温度しきい値以上である場合、所定の処理を実行する。このように、２つの温度センサ２０及び温度センサ３０の温度計測結果を利用することで、温度センサ２０の温度計測結果のみを用いる場合に比べて、よりロバストなシステムを構築できる。

［動作例］
図７は、温度センサ２０で計測された温度と、温度センサ３０で計測された温度とを示す。図７において、温度センサ２０の温度計測結果（メイン１）は丸印でプロットされ、温度センサ３０の温度計測結果（メイン２）はひし形でプロットされている。また、温度センサ３０の誤差範囲が点線で示されている。図７においても、温度センサ３０の温度精度が±１０℃であるとし、温度センサ３０で計測された温度を基準に±１０℃の範囲を誤差範囲として示している。図７には、温度計測回路１０が実装される半導体集積回路の動作保証温度範囲の上限も示されている。

例えば、図７に示されるある時刻ｔ２１において図４のステップＳ３が実行され、温度センサ２０が出力した温度デジタル値Ｄ１が１４０℃を示し、温度センサ３０が出力した温度デジタル値Ｄ２が１３５℃を示したとする。この場合、温度センサ２０の温度計測結果１４０℃は、温度センサ３０の温度計測結果１３５℃を基準とした±１０℃の範囲内であるため、温度センサ２０は正常である旨を示す信号が出力される。また、温度センサ２０の温度計測結果１４０℃、及び温度センサ３０の温度計測結果１３５℃は、共に動作保証温度範囲の上限である１５０℃よりも低いため、ＣＰＵは、通常の処理を続行する。

次に、時刻ｔ２２においてステップＳ３が実行され、温度センサ２０が出力した温度デジタル値Ｄ１が１４９℃を示し、温度センサ３０が出力した温度デジタル値Ｄ２が１３７℃を示したとする。この場合、双方の温度計測結果は動作保証温度範囲の上限よりも低いものの、温度センサ２０の温度計測結果１４９℃は、温度センサ３０の温度計測結果１３７℃を基準とした±１０℃の範囲からは外れる。この場合は、比較器４０から、温度センサ２０が異常である旨を示す信号が出力され、ＣＰＵは、温度センサ２０が異常であることから、所定の処理、例えばセーフティ処理を実施する。

さらに、時刻ｔ２３においてステップＳ３が実行され、温度センサ２０が出力した温度デジタル値Ｄ１が１４８℃を示し、温度センサ３０が出力した温度デジタル値Ｄ２が１５２℃を示したとする。この場合、温度センサ２０の温度計測結果１４８℃は、温度センサ３０の温度計測結果１５２℃を基準とした±１０℃の範囲内であるため、温度センサ２０は正常である旨を示す信号が出力される。しかしながら、ＣＰＵは、温度センサ３０の温度計測結果１５２℃が動作保証温度範囲の上限を超えていると判定し、この場合も、所定の処理、例えばセーフティ処理を実施する。仮に、ＣＰＵが温度センサ２０の温度計測結果のみを参照するとした場合、その温度計測結果１４９℃は動作保証温度範囲１５０℃よりも低いため、セーフティ処理は実施されない。本実施形態では、ＣＰＵが２つの温度センサの温度計測結果を取得し、少なくとも一方が動作保証温度範囲の上限を超えていた場合にセーフティ処理を実施するように構成することで、よりロバストなシステムを構築できる。

図８は、温度センサ２０で計測された温度と、温度センサ３０で計測された温度との別の例を示す。図７の場合と同様に、図８において、温度センサ２０の温度計測結果（メイン１）は丸印でプロットされ、温度センサ３０の温度計測結果（メイン２）はひし形でプロットされている。また、温度センサ３０の誤差範囲が点線で示されている。図８においても、温度センサ３０の温度精度が±１０℃であるとし、温度センサ３０で計測された温度を基準に±１０℃の範囲を誤差範囲として示している。図８には、温度計測回路１０が実装される半導体集積回路の動作保証温度範囲の下限も示されている。

例えば、図８に示されるある時刻ｔ３１において図４のステップＳ３が実行され、温度センサ２０が出力した温度デジタル値Ｄ１が−３４℃を示し、温度センサ３０が出力した温度デジタル値Ｄ２が−４２℃を示したとする。この場合、温度センサ２０の温度計測結果−３４℃は、温度センサ３０の温度計測結果−４２℃を基準とした±１０℃の範囲内であるため、温度センサ２０は正常である旨を示す信号が出力される。しかしながら、ＣＰＵは、温度センサ３０の温度計測結果−４２℃が動作保証温度範囲の下限よりも低いと判定し、所定の処理、例えばセーフティ処理を実施する。仮に、ＣＰＵが温度センサ２０の温度計測結果のみを参照するとした場合、その温度計測結果−３４℃は動作保証温度範囲−４０℃よりも高いため、セーフティ処理は実施されない。本実施形態では、ＣＰＵが２つの温度センサの温度計測結果を取得し、少なくとも一方が動作保証温度範囲の下限よりも低い場合にセーフティ処理を実施するように構成することで、よりロバストなシステムを構築できる。

次に、時刻ｔ３２においてステップＳ３が実行され、温度センサ２０が出力した温度デジタル値Ｄ１が−２４℃を示し、温度センサ３０が出力した温度デジタル値Ｄ２が−３０℃を示したとする。この場合、温度センサ２０の温度計測結果−２４℃は、温度センサ３０の温度計測結果−３０℃を基準とした±１０℃の範囲内であるため、温度センサ２０は正常である旨を示す信号が出力される。また、温度センサ２０の温度計測結果−２４℃、及び温度センサ３０の温度計測結果−３０℃は、共に動作保証温度範囲の下限である−４０よりも高いため、ＣＰＵは、通常の処理を続行する。

さらに、時刻ｔ２３においてステップＳ３が実行され、温度センサ２０が出力した温度デジタル値Ｄ１が−１４℃を示し、温度センサ３０が出力した温度デジタル値Ｄ２が−２７℃を示したとする。この場合、双方の温度計測結果は動作保証温度範囲の下限よりも高いものの、温度センサ２０の温度計測結果−１４℃は、温度センサ３０の温度計測結果−２７℃を基準とした±１０℃の範囲からは外れる。この場合は、比較器４０から、温度センサ２０が異常である旨を示す信号が出力され、ＣＰＵは、温度センサ２０が異常であることから、所定の処理、例えばセーフティ処理を実施する。

［まとめ］
本実施形態では、温度センサ２０の温度データレジスタ２５と、温度センサ３０の温度データレジスタ３７とがＣＰＵデータバス５０に接続されており、ＣＰＵは、温度センサ２０の温度計測結果と温度センサ３０の温度計測結果の双方を参照できる。このようにすることで、ＣＰＵは、２つの温度センサで計測された温度が、それぞれ所定の範囲に収まっているか否かを判定することができる。本実施形態では、ＣＰＵは、温度センサ２０の温度計測結果と温度センサ３０の温度計測結果の何れか一方が所定の範囲から外れたときに、所定の処理を実行することが可能となり、温度センサ２０の温度計測結果のみを参照する場合に比べて、より確度の高い温度制御を実現できる。

［実施形態３］
図９は、実施形態３に係る温度計測回路を示す。本実施形態に係る温度計測回路１０ｂは、図１に示される実施形態１に係る温度計測回路１０の構成に加えて、タイマ５５を有する。本実施形態は、実施形態２と組み合わせることも可能である。つまり、本実施形態に係る温度計測回路１０ｂが、図６に示される実施形態２に係る温度計測回路１０ａの構成に加えて、タイマ５５を有する構成を採用することも可能である。

タイマ５５は、温度センサ２０のＡＤ変換器２３、及び温度センサ３０の演算回路３５に対して計測トリガを出力する。温度センサ２０及び温度センサ３０は、タイマ５５から出力された計測トリガに応答して温度計測を実施し、その結果をそれぞれ温度データレジスタ２５及び温度データレジスタ３７に格納する。

本実施形態において、温度計測回路１０ｂが実装される半導体集積回路のＣＰＵは、ＣＰＵデータバス５０を通じて、タイマ５５に、温度連続計測モードを通知する。タイマ５５は、温度連続計測モードの通知を受けると、周期的に計測トリガをＡＤ変換器２３及び演算回路３５に出力する。タイマ５５から周期的に計測トリガが出力されることで、温度センサ２０及び温度センサ３０は、周期的に温度計測を実施する。比較器４０は、周期的に得られる温度デジタル値Ｄ１と温度デジタル値Ｄ２とを比較し、比較結果に基づいて、Fail/Safe信号を周期的に出力する。

本実施形態に係る温度計測回路１０ｂは、タイマ５５を有している。本実施形態では、タイマ５５から、周期的、例えば一定の時間間隔で計測トリガを出力することで、ＣＰＵ上で実行されるソフトウェアの介在なく、一定の時間間隔で、温度センサ２０が故障しているか否かの検査が可能である。

［マイクロコンピュータユニット］
ここで、上記各実施形態に係る温度計測回路は、マイクロコンピュータユニットに搭載可能である。図１０は、マイクロコンピュータユニットを示す。マイクロコンピュータユニット１００は、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、入出力ポート１０４、周辺回路１０５、及びＣＰＵバス１０６を含む。マイクロコンピュータユニット１００は、例えば自動車などの車両に搭載される車両搭載用のマイクロコンピュータユニットとして構成される。マイクロコンピュータユニット１００は、車両において、例えばＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System：先進運転支援システム）に用いられる。

ＣＰＵ１０１は、プロセッサであり、マイクロコンピュータユニットにおいて各種処理を実行する。ＣＰＵ１０１は、ＣＰＵバス１０６を介して、ＲＡＭ１０３、入出力ポート１０４、及び周辺回路１０５などに接続される。ＣＰＵバス１０６には、図１などに示されるＣＰＵデータバス５０が含まれる。ＲＯＭ１０２は、例えばフラッシュメモリなどの不揮発性メモリであり、ＣＰＵ１０１によって実行されるプログラムなどを格納する。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２から読み出したプログラムを実行して各種処理を実行する。ＲＡＭ１０３は、各種データを格納する揮発性のメモリである。

入出力ポート１０４は、マイクロコンピュータユニット１００と外部周辺回路１１０及び他デバイス１２０との間で信号の入出力を行う。入出力ポート１０４には、図１に示されるテスト用アナログ電圧入力端子２６、図２に示される外部端子８１、及び図３に示される外部出力端子９５などが含まれる。周辺回路１０５は、マイクロコンピュータユニット１００に内蔵される各種周辺回路を含む。周辺回路１０５には、例えば図１に示される温度センサ２０、温度センサ３０、及び比較器４０などが含まれる。周辺回路１０５は、入出力ポート１０４を通じて他デバイス１２０との間で通信を行うことが可能である。

外部周辺回路１１０は、電源１１１、発振回路１１２、及びリセット回路１１３などを含む。電源１１１は、マイクロコンピュータユニット１００に対して電源供給を行う。電源１１１は、図１に示される領域６０に電源供給を行うためのアナログ用電源と、領域７０に電源供給を行うためのデジタル用電源とを含んでいてもよい。発振回路１１２は、マイクロコンピュータユニット１００にクロック信号などを供給する。リセット回路１１３は、マイクロコンピュータユニット１００をリセットする。リセット回路１１３は、例えば、外部端子８１（図２を参照）から温度センサ２０が異常である旨を示すFail/Safe信号が出力されると、マイクロコンピュータユニット１００をリセットする。

マイクロコンピュータユニット１００の一部として実装される温度計測回路１０において、温度センサ２０の温度計測結果と温度センサ３０の温度計測結果とを一定間隔で比較するシステムを組みことで、マイクロコンピュータユニット１００単体で、ＩＳＯ２６２６２に対応させることが可能となる。また、温度計測回路１０において、温度センサ３０の温度検知部はリングオシレータ３１によるデジタル回路で構成されており、温度検知部のＢＩＳＴを可能とすることで、ＩＳＯ２６２６２のＬａｔｅｎｔ対策としても有効となる。

［変形例］
なお、図４では、半導体集積回路の起動時（電源オン時）にステップＳ２を実行し、温度センサ３０においてＢＩＳＴを行う例を説明したが、これには限定されない。温度センサ３０のＢＩＳＴは、半導体集積回路の処理開始から処理終了までの動作サイクルにおいて、少なくとも１回実行されればよく、その実行タイミングは特に限定されない。例えば、電源オン時にＢＩＳＴを実行するのに代えて、電源オフ時に、半導体集積回路のシャットダウンの処理の中で温度センサ３０のＢＩＳＴを実行することとしてもよい。

上記実施形態では、比較器４０が、温度センサ２０の温度計測結果と温度センサ３０の温度計測結果との差に基づいて、温度センサ２０が正常であるか否かを示す信号を出力する例を説明したが、これには限定されない。例えば、比較器４０において、温度センサ２０の温度計測結果と温度センサ３０の温度計測結果との相関を演算し、相関が取れているか否かに基づいて、温度センサ２０が正常であるか否かを示す信号を出力することとしてもよい。

上記各実施形態では、温度計測回路がマイクロコンピュータユニットに組み込まれる例について説明したが、これには限定されない。温度計測回路は、温度計測機能を有する他の集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）として構成されてもよい。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。

１０：温度計測回路
２０：温度センサ
２１：温度検知部
２２：マルチプレクサ
２３：ＡＤ変換器
２４：ロジック部
２５：温度データレジスタ
２６：テスト用アナログ電圧入力端子
３０：温度センサ
３１：リングオシレータ
３２：タイマモジュール
３３：エッジセレクタ
３４：カウンタ
３５：演算回路
３６：ロジック部
３７：温度データレジスタ
４０：比較器
５０：ＣＰＵデータバス
５５：タイマ
６０、７０：領域
８０：半導体集積回路
８１：外部端子
９０：デジタル回路
９１：ＢＩＳＴ回路
９２：ＦＦ（フリップフロップ）
９３：期待値比較回路
９４：ＣＰＵ
９５：外部出力端子
１００：マイクロコンピュータユニット
１０１：ＣＰＵ
１０２：ＲＯＭ
１０３：ＲＡＭ
１０４：入出力ポート
１０５：周辺回路
１０６：ＣＰＵバス
１１０：外部周辺回路
１１１：電源
１１２：発振回路
１１３：リセット回路
１２０：他デバイス

Claims (17)

1. 温度に応じて抵抗値が変化する抵抗素子を含む温度検知部と、前記抵抗素子の電圧値を第１の温度デジタル値に変換するアナログデジタル変換器とを含む第１の温度センサと、
   温度に依存した周期で発振するリングオシレータを含み、前記リングオシレータが出力する発振信号に基づいて第２の温度デジタル値を生成する第２の温度センサと、
   前記第１の温度デジタル値と前記第２の温度デジタル値とを比較し、該比較の結果に基づいて、前記第１の温度センサが正常であるか異常であるかを示す信号を出力する請求項１に記載の温度計測回路。
2. 前記第１の温度センサの前記温度検知部は第１の電源電圧で動作し、前記第２の温度センサは前記第１の電源電圧を供給する電源とは異なる電源から供給される第２の電源電圧で動作する請求項１に記載の温度計測回路。
3. 前記比較器は、前記第１の温度デジタル値が示す第１の温度と前記第２の温度デジタル値が示す第２の温度との差が所定の値の範囲内である場合、前記第１の温度センサが正常である旨を示す信号を出力する請求項１に記載の温度計測回路。
4. 前記比較器は、前記第１の温度デジタル値が示す第１の温度が、前記第２の温度デジタル値が示す温度を基準とした前記第２の温度センサの温度誤差の範囲内に含まれる場合、前記第１の温度センサが正常である旨を示す信号を出力する請求項１に記載の温度計測回路。
5. 前記第１の温度センサの温度計測精度は、前記第２の温度センサの温度計測精度よりも高い請求項１に記載の温度計測回路。
6. 前記第２の温度センサは、周期が温度に依存しない基準信号を用いて所定期間における前記リングオシレータが出力する発振信号をカウントするカウンタを更に含む請求項１に記載の温度計測回路。
7. 前記第２の温度センサは、ビルトインテスト回路を更に有する請求項１に記載の温度計測回路。
8. プロセッサと、
   前記プロセッサから読み出し可能なメモリと、
   温度に応じて抵抗値が変化する抵抗素子を含む温度検知部と、前記抵抗素子の電圧値を第１の温度デジタル値に変換するアナログデジタル変換器とを含む第１の温度センサと、
   温度に依存した周期で発振するリングオシレータを含み、前記リングオシレータが出力する発振信号に基づいて第２の温度デジタル値を生成する第２の温度センサと、
   前記第１の温度デジタル値と前記第２の温度デジタル値とを比較し、前記第１の温度センサが正常であるか異常であるか否かを示す信号を出力する比較器とを備えるマイクロコンピュータユニット。
9. 前記第１の温度センサは、前記第１の温度デジタル値を格納する第１の温度データレジスタを有するロジック部を更に含み、
   前記プロセッサは、データバスを通じて前記第１の温度データレジスタに格納された前記第１の温度デジタル値を参照する請求項８に記載のマイクロコンピュータユニット。
10. 前記ロジック部はビルトインセルフテスト回路を更に有し、
    前記プロセッサは、前記ビルトインセルフテスト回路を動作させて前記ロジック部においてセルフテストを実行させる請求項９に記載のマイクロコンピュータユニット。
11. 前記第２の温度センサは、前記第２の温度デジタル値を格納する第２の温度データレジスタを更に含み、
    前記プロセッサは、前記データバスを通じて前記第２の温度データレジスタに格納された前記第２の温度デジタル値を参照する請求項８に記載のマイクロコンピュータユニット。
12. 前記プロセッサは、前記第１の温度デジタル値が示す第１の温度、及び前記第２の温度デジタル値が示す第２の温度が、それぞれ所定範囲の下限に対応付けられる第１の温度しきい値以下であるか、又は前記所定範囲の上限に対応付けられる第２の温度しきい値以上であるか否かを判断する請求項１１に記載のマイクロコンピュータユニット。
13. 前記プロセッサは、前記第１の温度デジタル値が示す第１の温度、及び前記第２の温度デジタル値が示す第２の温度の少なくとも一方が、前記第１の温度しきい値以下であるか、又は前記第２の温度しきい値以上である場合、所定の処理を実行する請求項１２に記載のマイクロコンピュータユニット。
14. 前記第２の温度センサはビルトインセルフテスト回路を更に有し、
    前記プロセッサは、前記ビルトインセルフテスト回路を動作させて前記第２の温度センサにおいてセルフテストを実行させる請求項７に記載のマイクロコンピュータユニット。
15. 前記プロセッサは、処理開始から処理終了までの動作サイクルにおいて、少なくとも１回前記第２の温度センサのビルトインセルフテスト回路を動作させる請求項１４に記載のマイクロコンピュータユニット。
16. 前記比較器が出力した前記第１の温度センサが正常であるか異常であるか否かを示す信号は、外部端子を通じて、外部周辺回路に出力される請求項７に記載のマイクロコンピュータユニット。
17. 第１の温度センサに含まれる、温度に応じて抵抗値が変化する抵抗素子の電圧値を第１の温度デジタル値に変換し、
    第２の温度センサに含まれる、温度に依存した周期で発振するリングオシレータが出力する発振信号に基づいて第２の温度デジタル値を生成し、
    前記第１の温度デジタル値と前記第２の温度デジタル値とを比較し、
    前記比較の結果に基づいて、前記第１の温度センサが正常であるか異常であるかを示す信号を出力する温度計測方法。

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