JP4623683B2 - 集積回路装置、集積回路装置の動作制御方法、及び集積回路装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、温度によって起動シーケンスが制御される集積回路装置、前記集積回路装置の動作制御方法、及び前記集積回路装置の製造方法に関するものである。

集積回路装置は、低温から高温条件までの比較的広い温度範囲での動作保証が要求される場合がある。そのため、集積回路装置は、低温から高温条件までの動作を保証できるように設計を行なわないといけない。

これに対しては、少なくとも一部のトランジスタがマトリックス状に配設され、かつ選択されたトランジスタ群に所要の駆動配線が形成れて成るゲートアレイ型またはスタンダードセル型の集積回路装置において、所要の半導体集積回路に関与しないトランジスタのＰＮジャンクションの電圧変化を利用して、装置の温度を計測し、その計測結果に応じて冷却装置、非常運転への切り替えなどへとフィードバックをかけるようにしたものがある（例えば、特許文献１を参照）。
特開平６−２６５５９３号公報

しかしながら、電子機器の小型化により、集積回路装置の大規模化及び高速化が進み、集積回路装置に内蔵されるトランジスタ数は急激に増加しているため、それらの高速動作を低温から高温まで幅広い温度範囲で保証する設計を行なうことが困難になってきている。

本発明は上記の問題に着目してなされたものであり、集積回路装置に要求された動作保証温度範囲を保証する設計が、容易にできるようにすること目的としている。

前記の課題を解決するため、本発明の一態様は、
起動に必要な処理を行なう起動時動作回路と、
前記起動に必要な処理が終了後に通常動作を行なう起動後動作回路とを備えた集積回路装置において、
前記起動後動作回路は、動作保証温度の下限値が、前記起動時動作回路の動作保証温度の下限値よりも高く構成されており、
前記起動後動作回路は、該起動後動作回路の動作保証温度の下限値である閾値温度以下の場合に動作して、前記集積回路装置の温度を上昇させ、前記閾値温度を越えた後に、通常動作を開始し、
前記起動時動作回路は、前記起動後動作回路の温度が前記閾値温度よりも低い場合には、前記起動後動作回路の温度が前記閾値温度に達する前に前記起動後動作回路の通常動作に必要な初期化処理を開始することを特徴とする。

本発明によれば、集積回路装置に要求された動作保証温度範囲を保証する設計が容易になる。

以下、本発明の実施形態に係る集積回路装置ついて図面を参照しながら説明する。以下に説明する各集積回路装置は、起動時は、集積回路装置全体が動作するのではなく、例えば集積回路装置の動作に必要な膨大なプログラムを読み込んだり、内蔵するクロック逓倍回路の動作が安定するのを待つなどの特定の機能のみが動作できる状態にあればよい集積回路装置である。

なお、以下の各実施形態の説明において、一度説明した構成要素と同様の機能を有する構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

《発明の実施形態１》
（集積回路装置１００の構成）
図１は、本発明の実施形態１に係る集積回路装置１００の構成を示すブロック図である。集積回路装置１００は、図１に示すように、起動時動作回路１０１、起動後動作回路１０２、及び温度検知回路１０３を備えている。

起動時動作回路１０１は、起動開始信号が入力されると動作を開始して、集積回路装置１００の起動時に必要な処理を行なうようになっている。起動開始信号は、集積回路装置１００に対して起動を指示する信号である。起動開始信号は、例えば、電源投入などによって集積回路装置１００の外部から入力される。なお、起動に必要な処理とは、例えば、起動開始信号を検知する処理、内部のクロック動作を開始させる処理、システムの初期化処理、外部につながる記憶装置から動作に必要なデータをダウンロードする処理などである。

さらに、起動時動作回路１０１は、温度検知回路１０３の制御も行なう。具体的には、起動時動作回路１０１は、起動開始信号が入力されると、温度検知開始信号を温度検知回路１０３に送信して、温度検知回路１０３が温度検知を開始するように制御する。

起動後動作回路１０２は、起動時動作回路１０１による処理が終了し、かつ動作開始信号が入力された場合に通常動作を開始する。動作開始信号は、温度検知回路１０３が出力する信号である。

上記の起動時動作回路１０１及び起動後動作回路１０２は、起動後動作回路１０２の動作保証温度の下限値が、起動時動作回路１０１の動作保証温度の下限値よりも高くなるように構成する。

具体的には、起動時動作回路１０１は、低温（ある一定の温度（後述）よりも低い温度）から高温まで広い温度範囲で動作保証ができるように設計する。ここで、ある一定の温度とは、例えば、集積回路装置１００が通常動作を行なう場合に必ず達する温度、あるいは集積回路装置１００が使用される地域の周辺温度などである。

また、起動後動作回路１０２は、前記のある一定の温度よりも低い温度での動作保証はせず、前記のある一定の温度以上での動作保証ができるように設計する。すなわち、起動後動作回路１０２の動作保証温度の下限値（以下、閾値温度と呼ぶ）は、前記のある一定の温度である。

上記のような起動時動作回路１０１及び起動後動作回路１０２は、起動時動作回路１０１に対しては、低温（前記のある一定の温度よりも低い温度）から高温まで広い温度範囲で動作保証されているプロセスライブラリを使用し、起動後動作回路１０２に対しては、前記のある一定の温度以上での動作のみが保証されているプロセスライブラリを使用することにより、２種の回路をつくりわける。

温度検知回路１０３は、起動時動作回路１０１が送信した温度検知開始信号を受けて、集積回路装置１００の温度検知を開始するようになっている。温度検知回路１０３は、具体的には、温度検出トランジスタを設けたり、集積回路装置１００に流れる電流値、集積回路装置１００の端子の温度などを測定したりすることにより、集積回路装置１００の温度を検知するように構成する。

この温度検知回路１０３には、閾値温度（起動後動作回路１０２の動作保証温度の下限値）が予め設定されており、検知した温度が閾値温度に達した時点で、起動後動作回路１０２に対して、動作開始信号を送信する。

（集積回路装置１００の動作）
集積回路装置１００では、電源が投入された後に、外部から起動開始信号が入力されると、まず起動時動作回路１０１が動作を開始する。そして、起動時動作回路１０１は、起動時に必要な処理を行なう。さらに起動時動作回路１０１は、温度検知開始信号を温度検知回路１０３に出力する。これにより、温度検知回路１０３は、集積回路装置１００の温度検知を開始する。そして、検知した温度が閾値温度を越えると、温度検知回路１０３は、動作開始信号を起動後動作回路１０２に出力する。起動後動作回路１０２は、動作開始信号が入力されると、通常動作を開始する。以上により、集積回路装置１００全体が動作を開始する。

上記のように、本実施形態の集積回路装置では、起動時に必要な処理を行なう回路と、その処理が終了後に通常動作する回路とで、動作保証する温度範囲が異なるようにした。それゆえ、起動時に必要な処理後に動作を開始すればよい回路部分の動作保証温度範囲を狭めることができ、要求された動作保証温度範囲を保証する集積回路装置の設計が容易になる。また、回路規模の削減による小型化や高集積化、タイミング緩和による歩留向上及び高速化、さらには設計工数の削減が可能になる。

《発明の実施形態２》
図２は、本発明の実施形態２に係る集積回路装置２００の構成を示すブロック図である。集積回路装置２００は、温度検知回路を集積回路装置の外部に設けた例である。

集積回路装置２００は、起動後動作回路１０２と起動時動作回路２０１とを備えており、温度検知回路２１０と接続されている。

起動時動作回路２０１は、集積回路装置２００の起動時に必要な処理を行なうようになっている。起動時動作回路２０１は、起動時動作回路１０１と同様に、低温から高温まで広い温度範囲で動作保証ができるように設計した回路である。起動時動作回路２０１も、起動開始信号が外部から入力されると動作を開始する。起動開始信号は、本実施形態においても、集積回路装置に対して起動を指示する信号であり、例えば、電源投入などによって集積回路装置の外部から入力される。

なお、起動時動作回路２０１は、実施形態１の起動時動作回路１０１のように、温度検知回路を制御する機能は必要ない。

温度検知回路２１０は、起動開始信号を受けて動作を開始し、集積回路装置２００から温度情報を取得するようになっている。温度検知回路２１０には、閾値温度（起動後動作回路１０２の動作保証温度の下限値）が予め設定されており、集積回路装置２００の温度が、閾値温度に達した時点で、動作開始を起動後動作回路１０２に対して指示する信号（動作開始信号）を送信する。

《発明の実施形態３》
図３は、本発明の実施形態３に係る集積回路装置３００の構成を示すブロック図である。集積回路装置３００は、実施形態１の集積回路装置１００にプロセスパラメータ回路３０１を追加し、さらに温度検知回路１０３を温度検知回路３０２に置き換えて構成したものである。

プロセスパラメータ回路３０１は、動作保証温度の下限値が、起動後動作回路１０２よりも少し高い温度となるように設計した回路である。プロセスパラメータ回路３０１は、正常に動作すると、温度検知回路３０２に対して動作ＯＫ信号を出力するようになっている。

温度検知回路３０２は、起動時動作回路１０１が温度検知開始信号を出力すると、集積回路装置３００の温度検知を開始するようになっている。温度検知回路３０２には、閾値温度（起動後動作回路１０２の動作保証温度の下限値）が予め設定されており、検知した温度が閾値温度に達した時点で、動作開始信号を送信する。ただし、温度検知回路３０２は、プロセスパラメータ回路３０１が動作ＯＫ信号を出力すると、検知した温度にかかわらず、動作開始信号を起動後動作回路１０２に送信する。

プロセスパラメータ回路３０１には実際の集積回路装置製造時のプロセスパラメータ値が反映されており、適切な閾値温度が温度検知回路３０２に設定されていなくても集積回路装置３００を正常に起動することが可能になる。そのため、本実施形態では、閾値温度を設定するために、プロセスライブラリのパラメータ値の確認を行なう必要がない。

《発明の実施形態４》
図４は、本発明の実施形態４に係る集積回路装置４００の構成を示すブロック図である。集積回路装置４００は、起動後動作回路が通常動作を開始するまでの時間を短縮する仕組みをいれた例である。

集積回路装置４００は、図４に示すように、起動時動作回路１０１、温度検知回路４０１、及び起動後動作回路４０２を備えている。

温度検知回路４０１は、起動時動作回路１０１が温度検知開始信号を出力すると、集積回路装置４００の温度検知を開始するようになっている。温度検知回路４０１には、閾値温度（起動後動作回路４０２の動作保証温度の下限値）が予め設定されており、検知した温度が設定された閾値温度に達した時点で、動作開始信号を起動後動作回路４０２に送信する。

また、温度検知回路４０１は、集積回路装置４００の温度が、閾値温度に達していないうちは、高負荷動作開始信号を起動後動作回路４０２に送信する。高負荷動作開始信号とは、起動後動作回路４０２に対して、高負荷動作（後述）を指示する信号である。

起動後動作回路４０２は、起動時動作回路１０１による処理が終了した後に通常動作を開始する回路である。

起動後動作回路４０２は、動作保証温度の下限値が、起動時動作回路１０１の動作保証温度の下限値よりも高くなるように設計する。詳しくは、起動後動作回路４０２は、前記のある一定の温度（実施形態１を参照）よりも低温での動作保証はせず、前記のある一定の温度以上での動作のみを保証する。すなわち、起動後動作回路４０２の動作保証温度の下限値（閾値温度）は前記のある一定の温度である。

また、起動後動作回路４０２は、温度検知回路４０１から高負荷動作開始信号が入力されると、高負荷動作を行なうように構成する。

ここで、高負荷動作とは、集積回路装置４００の温度を上昇させることが可能な動作である。具体的には、例えば、内蔵されているスキャン回路やＢＩＳＴ（Ｂｕｉｌｔ Ｉｎ Ｓｅｌｆ Ｔｅｓｔ）回路を動作させることにより、集積回路装置４００を高負荷状態にして温度が上昇するのを早める動作である。

このとき、スキャン回路やＢＩＳＴ回路を動作させるのは、回路のトグル率を高めるためであり、必ずしもスキャン回路やＢＩＳＴ回路は、正しく動作させる必要性はない。すなわち、起動後動作回路４０２は、閾値温度以下での動作を保証する必要はない。

《発明の実施形態５》
図５は、本発明の実施形態５に係る集積回路装置５００の構成を示すブロック図である。集積回路装置５００は、図５に示すように、起動後動作回路１０２と起動時動作回路２０１とを備え、温度検知回路５１０と接続されている。また、集積回路装置５００は、外部から与えられた電圧制御信号に応じて、電源電圧を変更できるように構成されている。

温度検知回路５１０は、起動開始信号を受けて動作を開始し、集積回路装置５００から温度情報を取得するようになっている。集積回路装置５００には、閾値温度（起動後動作回路１０２の動作保証温度の下限値）が予め設定されており、集積回路装置５００の温度が閾値温度に達した時点で、起動後動作回路１０２に対して動作開始信号を送信する。

また、温度検知回路５１０は、集積回路装置５００の温度が、閾値温度に達していないうちは、電圧制御信号を集積回路装置５００に出力して、集積回路装置５００の電源電圧が、通常動作時よりも高くなるように制御する。これにより、集積回路装置５００の温度が閾値温度に達していないうちは、集積回路装置５００の温度の上昇が早まる。

《発明の実施形態６》
図６は、本発明の実施形態６に係る集積回路装置６００の構成を示すブロック図である。集積回路装置６００は、図５に示すように、起動時動作回路１０１、クロック生成回路６０１、起動後動作回路６０２、及び温度検知回路６０３を備えている。

クロック生成回路６０１は、入力されたクロック制御信号に応じた周波数の動作クロックを、起動後動作回路６０２に出力するようになっている。

起動後動作回路６０２は、起動時動作回路１０１による処理が終了した場合に通常動作を開始する回路である。

起動後動作回路６０２は、動作保証温度の下限値を、起動時動作回路１０１の動作保証温度の下限値よりも高くする。詳しくは、起動後動作回路６０２は、前記のある一定の温度（実施形態１を参照）よりも低温での動作保証はせず、前記のある一定の温度以上での動作のみを保証する。すなわち、起動後動作回路４０２の動作保証温度の下限値（閾値温度）は前記のある一定の温度である。

温度検知回路６０３は、起動時動作回路１０１が出力した温度検知開始信号によって動作を開始し、集積回路装置６００の温度を検知するようになっている。温度検知回路６０３には、閾値温度（起動後動作回路６０２の動作保証温度の下限値）が予め設定されている。そして、温度検知回路６０３は、集積回路装置６００の温度が閾値温度に達していないうちは、クロック生成回路６０１に対して、通常動作時よりも動作クロックの周波数を高めるようにクロック制御信号を送る。また、閾値温度に達すると、通常動作時の動作クロックの周波数となるように、クロック制御信号を送る。

すなわち、集積回路装置６００の温度が閾値温度に達していないうちは、起動後動作回路６０２が高速で動作する。これにより、起動後動作回路６０２の温度上昇が早まる。

以上のように、実施形態４〜実施形態６の集積回路装置によれば、起動時に必要な処理が終了してから動作する回路の温度上昇を早めることが可能になる。それゆえ、集積回路装置が通常動作を開始するまでの時間を短縮することが可能になる。

なお、実施形態１、２、４〜６の集積回路装置では、温度検知回路に与える閾値温度は、上記のように予め温度検知回路に設定しておく他に、例えば起動時動作回路によって、設定するようにしてもよい。これにより、集積回路装置製造時のプロセスライブラリのパラメータ値により、起動後動作回路が動作可能な温度を確認することができるため、それぞれの集積回路装置に適した閾値温度を設定して、起動後動作回路の動作開始時間を最速にすることが可能になる。

本発明に係る集積回路装置は、集積回路装置に要求された動作保証温度範囲を保証する設計が容易になるという効果を有し、温度によって起動シーケンスが制御される集積回路装置等として有用である。

図１は、実施形態１に係る集積回路装置１００の構成を示すブロック図である。 図２は、実施形態２に係る集積回路装置２００の構成を示すブロック図である。 図３は、実施形態３に係る集積回路装置３００の構成を示すブロック図である。 図４は、実施形態４に係る集積回路装置４００の構成を示すブロック図である。 図５は、実施形態５に係る集積回路装置５００の構成を示すブロック図である。 図６は、実施形態６に係る集積回路装置６００の構成を示すブロック図である。

１００ 集積回路装置
１０１ 起動時動作回路
１０２ 起動後動作回路
１０３ 温度検知回路
２００ 集積回路装置
２０１ 起動時動作回路
２１０ 温度検知回路
３００ 集積回路装置
３０１ プロセスパラメータ回路
３０２ 温度検知回路
４００ 集積回路装置
４０１ 温度検知回路
４０２ 起動後動作回路
５００ 集積回路装置
５１０ 温度検知回路
６００ 集積回路装置
６０１ クロック生成回路
６０２ 起動後動作回路
６０３ 温度検知回路

Claims (7)

1. 起動に必要な処理を行なう起動時動作回路と、
   前記起動に必要な処理が終了後に通常動作を行なう起動後動作回路とを備えた集積回路装置において、
   前記起動後動作回路は、動作保証温度の下限値が、前記起動時動作回路の動作保証温度の下限値よりも高く構成されており、
   前記起動後動作回路は、該起動後動作回路の動作保証温度の下限値である閾値温度以下の場合に動作して、前記集積回路装置の温度を上昇させ、前記閾値温度を越えた後に、通常動作を開始し、
   前記起動時動作回路は、前記起動後動作回路の温度が前記閾値温度よりも低い場合には、前記起動後動作回路の温度が前記閾値温度に達する前に前記起動後動作回路の通常動作に必要な初期化処理を開始することを特徴とする集積回路装置。
2. 起動に必要な処理を行なう起動時動作回路と前記起動に必要な処理が終了後に通常動作を行なう起動後動作回路とを備え、前記起動後動作回路の動作保証温度の下限値が、前記起動時動作回路の動作保証温度の下限値よりも高く構成されている集積回路装置の動作制御方法であって、
   前記起動後動作回路の動作保証温度の下限値である閾値温度以下の場合に動作して、前記集積回路装置の温度を上昇させるステップと、
   前記起動後動作回路の温度が前記閾値温度よりも低い場合には、前記起動時動作回路を動作させて、前記起動後動作回路の温度が前記閾値温度に達する前に前記起動後動作回路の通常動作に必要な初期化処理を開始させるステップと、
   前記集積回路装置の温度を検出するステップと、
   検出した温度が、前記閾値温度を超えた場合に、前記起動後動作回路に通常動作を開始させるステップと、
   を有することを特徴とする集積回路装置の動作制御方法。
3. 請求項１の集積回路装置であって、
   前記集積回路装置の温度が前記閾値温度を越えるまでは、電源電圧を高めることを特徴とする集積回路装置。
4. 請求項１の集積回路装置であって、
   前記集積回路装置の温度が前記閾値温度を越えるまでは、前記起動後動作回路に与えるクロック信号の周波数を高めることを特徴とする集積回路装置。
5. 請求項１の集積回路装置の製造方法であって、
   前記起動時動作回路用のプロセスライブラリを準備するステップと、
   前記起動後動作回路用のプロセスライブラリを準備するステップと、
   前記起動時動作回路用及び前記起動後動作回路用のプロセスライブラリを用いて、２種の回路をつくりわけるステップと、
   を有することを特徴とする集積回路装置の製造方法。
6. 請求項１の集積回路装置であって、
   前記集積回路装置の温度は、前記集積回路装置の内部又は外部に設けられた温度検知回路によって検知され、
   前記温度検知回路は、前記集積回路装置の温度が前記閾値温度を超えた場合に、動作開始信号を出力し、
   前記起動後動作回路は、前記動作開始信号を受けて、通常動作を開始するように構成されており、
   前記起動時動作回路は、起動時に、前記閾値温度を示す値を前記温度検知回路に設定することを特徴とする集積回路装置。
7. 請求項１の集積回路装置であって、
   動作保証温度の下限値が前記起動後動作回路よりも高いプロセスパラメータ回路をさらに備え、
   前記プロセスパラメータ回路は、正常に動作すると、動作ＯＫ信号を出力するように構成されており、
   前記起動後動作回路は、前記動作ＯＫ信号が出力された後に、通常動作を開始することを特徴とする集積回路装置。

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