TWI619012B - 溫度管理電路、包含該電路的系統晶片以及管理溫度的方法 - Google Patents

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Abstract

一種系統晶片、管理系統晶片中溫度的方法、溫度管理電路以及溫度管理設備。在管理系統晶片(SOC)中的溫度時，使用主要感測器來產生主要溫度信號，其中所述主要溫度信號是具有對應於所述SOC主要溫度的值之信號。使用輔助感測器來產生輔助溫度信號，其中所述輔助溫度信號為脈衝信號，所述脈衝信號具有分別對應於所述SOC中各輔助區塊的輔助溫度之各頻率。基於所述主要溫度信號及所述輔助溫度信號來控制所述SOC的操作。

Description

溫度管理電路、包含該電路的系統晶片以及管理溫度的方法
本發明是關於半導體積體電路，特別是關於溫度管理電路、包含該溫度管理電路的系統晶片(SOC)以及在SOC中管理溫度的方法。
SOC表示一種晶片或是指整合在該晶片中的一種系統。近來，隨著SOC整合度的增加，單一晶片中整合了多種電路，且SOC的操作速度也在不斷增加以滿足用戶需求。隨著SOC的整合度及操作速度的增加，溫度/熱(thermal)管理在SOC溫度變化的監視及控制中成為了重要因素。
根據本發明概念的例示性實施例提供一種管理溫度之方法，用於有效地監視及控制系統晶片中的溫度變化。
根據本發明概念的例示性實施例提供溫度管理電路及包含該溫度管理電路之系統晶片，用於有效地在系統晶片中監視及控制溫度變化。
在一種管理系統晶片(SOC)中的溫度之方法中，使用主要感測器來產生主要溫度信號，其中主要溫度信號是具有對應於SOC主要溫度的值之信號。使用輔助感測器來產生輔助溫度信號，其中輔助溫度信號是脈衝信號，所述脈衝信號具有分別對應於SOC中各輔助區塊的各輔助溫度之各頻率。基於主要溫度信號及輔助溫度信號來控制SOC的操作。
主要感測器及輔助感測器可為晶片上(on-chip)感測 器，該等晶片上感測器整合在與整合SOC相同的半導體基板上。
可基於主要溫度信號及至少一溫度臨界值(threshold)來偵測主要溫度之變化，且可基於輔助溫度信號及所偵測到的主要溫度之變化來控制SOC的整體(overall)操作及各輔助區塊的各自操作中之至少一者。
可週期性地閂鎖(latch)主要溫度信號以儲存先前主要溫度值及當前主要溫度值，且可週期性地對輔助溫度信號的脈衝進行計數以儲存當前輔助溫度計數值。
可基於至少一溫度臨界值、先前主要溫度值及當前主要溫度值來產生中斷信號，且可基於中斷信號及當前輔助溫度計數值來控制各輔助區塊各自的操作速度。
可藉由改變輔助區塊的電源電壓及操作頻率中之至少一者來控制各輔助區塊各自的操作速度。
可藉由回應於中斷信號而比較當前輔助溫度計數值，且藉由基於當前輔助溫度計數值的比較結果來控制各輔助區塊各自的操作速度，對各輔助區塊各自的操作速度進行控制。
當中斷信號指示主要溫度增加時，可減小對應於較高當前輔助溫度計數值之輔助區塊的操作速度；當中斷信號指示主要溫度降低時，可增加對應於較低當前輔助溫度計數值之輔助區塊的操作速度。
可藉由回應於中斷信號而計算當前輔助溫度計數值的分佈值，且藉由基於當前輔助溫度計數值的分佈值來控制各輔助區塊各自的操作速度，對各輔助區塊各自的操作 速度進行控制。
中斷信號可藉由以下操作來產生：當先前主要溫度值小於溫度上升臨界值且當前主要溫度值大於溫度上升臨界值時，啟動溫度上升中斷信號；以及藉由當先前主要溫度值大於溫度下降臨界值且當前主要溫度值小於溫度下降臨界值時，啟動溫度下降中斷信號。
溫度下降臨界值可小於溫度上升臨界值。
可藉由對當前主要溫度值及最大溫度臨界值進行比較，且藉由在當前主要溫度值大於最大溫度臨界值時阻斷提供給SOC之外部電源電壓來控制SOC之操作。
可週期性地對參考時脈信號之週期進行計數，以儲存當前參考計數值，其中參考時脈信號具有無關於溫度之參考頻率。可基於當前輔助溫度計數值、當前參考計數值以及參考頻率來計算當前輔助溫度頻率，其中當前輔助溫度頻率中之每一者與輔助溫度中之每一者成比例。可基於當前輔助溫度頻率來計算各輔助區塊之當前輔助溫度值。
可使用設置在主要感測器附近的附加輔助感測器來產生參考脈衝信號，其中參考脈衝信號具有對應於主要溫度之頻率。可週期性地對參考脈衝信號之脈衝進行計數，以儲存當前參考計數值。可基於當前輔助溫度計數值、當前主要溫度值及當前參考計數值來計算各輔助區塊之當前輔助溫度值。
根據一例示性實施例，系統晶片(SOC)包括多個輔助區塊、處理器、電力管理單元、主要感測器、多個輔助感測器以及溫度管理單元。各輔助區塊根據其自身功能而 劃分，且各輔助區塊是SOC之熱源(heat source)。處理器基於溫度信息來產生溫度管理信號。電力管理單元基於溫度管理信息來控制SOC的電源電壓及操作頻率中之至少一者。主要感測器產生主要溫度信號，其中主要溫度信號是具有對應於SOC主要溫度的值之信號。輔助感測器產生輔助溫度信號，其中輔助溫度信號是脈衝信號，所述脈衝信號具有分別對應於SOC中各輔助區塊的各輔助溫度之各頻率。溫度管理單元基於主要溫度信號及輔助溫度信號來提供溫度信息。
溫度管理單元可包括溫度取樣器、暫存器單元、中斷信號產生器及感測器控制器。溫度取樣器可週期性地對主要溫度信號及輔助溫度信號進行取樣以提供取樣值。暫存器單元可基於取樣值及來自處理器的操作控制信號來儲存溫度信息及操作信息。中斷信號產生器可基於溫度信息來產生中斷信號。感測器控制器可基於操作信息來控制主要感測器及輔助感測器。
溫度取樣器可包括：閂鎖單元，經配置成週期性地閂鎖主要溫度信號以提供主要溫度值；以及多個輔助溫度計數器，經配置成週期性地對輔助溫度信號的脈衝進行計數以提供輔助溫度計數值。
暫存器單元可基於週期性提供的主要溫度值及輔助溫度計數值來儲存先前主要溫度值、當前主要溫度值及當前輔助溫度計數值。中斷信號產生器可基於至少一溫度臨界值、先前主要溫度值及當前主要溫度值來產生中斷信號。
處理器可回應於中斷信號而比較當前輔助溫度計數 值，且基於當前輔助溫度計數值之比較結果來產生溫度管理信號。
處理器可回應於中斷信號而計算當前輔助溫度計數值之分佈值，且基於當前輔助溫度計數值之分佈值來產生溫度管理信號。
中斷信號產生器可對當前主要溫度值及最大溫度臨界值進行比較且在當前主要溫度值大於最大溫度臨界值時產生跳閘(tripping)信號，且該跳閘信號可用於阻斷提供給SOC的外部電源電壓。
溫度取樣器可更包括經配置成週期性地對參考時脈信號的週期進行計數的參考計數器，以提供參考計數值，其中參考時脈信號具有無關於溫度的參考頻率。暫存器單元可基於週期性提供的參考計數值來儲存當前參考計數值。處理器可基於當前輔助溫度計數值、當前參考計數值及參考頻率來計算當前輔助溫度頻率，且當前輔助溫度頻率中之每一者可與輔助溫度中之每一者成比例。處理器可基於當前輔助溫度頻率來計算各輔助區塊之當前輔助溫度值，且基於當前輔助溫度值來產生溫度管理信號。
SOC可更包括可產生參考脈衝信號之附加輔助感測器，所述參考脈衝信號具有對應於主要溫度的頻率。溫度取樣器可更包括經配置成週期性地對參考脈衝信號的脈衝進行計數的附加計數器，以提供參考計數值。暫存器單元可基於週期性提供的參考計數值來儲存當前參考計數值。處理器可基於當前輔助溫度計數值、當前主要溫度值及當前參考計數值來計算各輔助區塊的當前輔助溫度值，且基 於當前輔助溫度值來產生溫度管理信號。
SOC可更包括經配置成將輔助感測器熱耦合至主要感測器的多個熱橋(heat bridge)，且各熱橋具有的導熱性可高於整合SOC的半導體基板的導熱性。
根據一例示性實施例，系統晶片(SOC)之溫度管理電路包括主要感測器、多個輔助感測器及溫度管理單元，其中SOC包括根據本身功能劃分的多個輔助區塊且各輔助區塊是SOC的熱源。主要感測器產生主要溫度信號，其中主要溫度信號是具有對應於SOC主要溫度的值之信號。輔助感測器產生輔助溫度信號，其中輔助溫度信號是脈衝信號，所述脈衝信號具有分別對應於SOC中各輔助區塊的各輔助溫度之各頻率。溫度管理單元基於主要溫度信號及輔助溫度信號來提供SOC的溫度信息。
主要感測器及輔助感測器可為晶片上感測器，其整合在與整合SOC相同的半導體基板上。
輔助感測器中的每一者佔據之區域小於主要感測器佔據之區域。
主要感測器可包括：溫度偵測器，其經配置成輸出與主要溫度成比例的電壓信號及電流信號中之至少一者；以及類比數位(analog-to-digital)轉換器，其經配置成將溫度偵測器的輸出轉換成數位信號，以產生主要溫度信號。各輔助感測器可包括環形振盪器(ring oscillator)，所述環形振盪器的操作速度與每一輔助溫度成比例，以輸出各輔助溫度信號。
根據一例示性實施例，提供一種溫度管理設備，用於 回應於SOC溫度變化而控制SOC。溫度管理設備包括處理器。溫度管理單元耦合至處理器。數位溫度感測器經配置成基於對SOC整體溫度的溫度監視來提供主要溫度信號給溫度管理單元。輔助脈衝感測器經配置成基於對SOC輔助功能系統區塊的溫度監視來提供輔助溫度信號給溫度管理單元。溫度管理單元經配置成對主要溫度信號進行取樣，以確定主要溫度信號的取樣值是否滿足中斷條件，而不論輔助溫度信號的取樣值如何，中斷條件經設置以確定是否發生整體溫度的顯著變化(noticeable variation)。當主要溫度信號不滿足中斷條件時，溫度管理單元經配置成對主要溫度信號及輔助溫度信號進行取樣，以確定是否滿足中斷條件。當滿足中斷條件時，溫度管理單元經配置成產生中斷信號到處理器，使得處理器可控制SOC的操作。
應理解，儘管本發明中可使用術語第一、第二、第三等來描述多個元件，但此等元件不應受到該等術語之限制。該等術語用於區分不同元件。因此，在不脫離本發明概念的教示之情況下，以下論述的第一元件可稱為第二元件。本文所使用的術語“及/或”包括所列相關條目中的一或多個條目的任何以及所有組合。
應理解，當提及一元件“連接”或“耦合”到另一元件時，它可直接連接或耦合至另一元件或可存在中間元件。相比之下，當提及一元件“直接連接”或“直接耦合”到另一元件時，則不存在中間元件。用於描述元件之間的關係之其他單詞亦應以相同方式進行解釋(例如，“在…… 之間”對“直接在……之間”、“與……鄰接”對“直接與……鄰接”等)。
圖1繪示根據例示性實施例的管理SOC中溫度的方法之流程圖。
參考圖1，使用主要感測器產生主要溫度信號，其中主要溫度信號是具有對應於SOC主要溫度的值之信號(區塊S110)。使用輔助感測器來產生輔助溫度信號，其中輔助溫度信號是脈衝信號，該等脈衝信號具有分別對應於SOC中各輔助區塊的各輔助溫度之各頻率(區塊S120)。基於主要溫度信號及輔助溫度信號來控制SOC之操作(區塊S200)。
通常，用於提供數位信號的數位溫度感測器在積體電路中佔據相對較大區域，所述數位信號表示所量測之溫度。由於數位溫度感測器需要大量的介面信號，所以周邊電路須被繞徑以繞開數位溫度感測器。儘管數位感測器提供關於溫度的直接信息，但積體電路中的數位感測器通常佔據大量區域且需要複雜之繞徑(complex routing)。根據一項例示性實施例，在不降低溫度管理的性能之情況下，亦可減小SOC之尺寸且可減輕對繞徑之限制，此可通過以數位感測器來實施一主感測器且以脈衝感測器來實施其他輔助感測器來實現，所述脈衝感測器比數位感測器需要更小的區域及數量更少的信號線路。
圖2繪示根據例示性實施例的在SOC中的溫度管理電路之佈局(layout)之示意圖。
參考圖2，SOC 10中的溫度管理電路包括溫度管理單 元(TMU)100、主要感測器(MS)200以及多個輔助感測器SS1 310、SS2 320、SS3 330、SS4 340。圖2為便於描述圖示了四個輔助感測器，但輔助感測器之數目可根據SOC 10的配置而變化。除溫度管理電路以外，SOC 10中之其他元件被省略。
系統晶片10可包括多個輔助區塊BLKi(i=1、2、3、4)，其可根據自身功能而具有自身特點。例如，輔助區塊BLKi可包括核心區塊，所述核心區塊包括中央處理單元、記憶體控制器、顯示器控制器區塊、文件系統區塊、圖形處理單元區塊、影像信號處理區塊、多格式編碼譯碼器區塊等。輔助區塊可為SOC的重要熱源，且除了監視SOC 10的整體溫度以外，監視及控制各輔助區塊BLKi各自的溫度亦成為必要。
主要感測器200產生主要溫度信號SMT，其中主要溫度信號SMT是具有對應於SOC 10主要溫度的值之數位信號。即，主要感測器200可用數位感測器來實施。輔助感測器310、320、330、340產生輔助溫度信號Spi(i=1、2、3、4)，其中輔助溫度信號是脈衝信號，該等脈衝信號具有分別對應於SOC 10中各輔助區塊BLKi的輔助溫度之各頻率。即，輔助感測器310、320、330、340可用環形振盪器等脈衝感測器來實施。溫度管理單元100基於主要溫度信號SMT及輔助溫度信號SPi來產生SOC 10之溫度信息。以下將描述，溫度信息可儲存在溫度管理單元100中且可提供給SOC 10中之處理器。溫度管理單元100可基於所儲存的溫度信息來產生中斷信號INT，且處理器可回應於 中斷信號INT而執行中斷服務程序(ISR)，以分析溫度信息且控制SOC之操作。
主要感測器200及輔助感測器310、320、330、340可為晶片上感測器(on-chip sensor)，所述晶片上感測器整合在與整合SOC 10相同的半導體基板上。晶片上感測器可產生準確反映待量測的溫度之輸出信號且可減小SOC 10之尺寸。輔助感測器310、320、330、340可整合在輔助區塊BLKi中。
主要感測器200可整合在合適的位置處，以準確反映SOC 10之整體溫度。例如，主要感測器200可設置在這樣的位置，使得從主要感測器200至輔助感測器310、320、330、340的距離之偏差可最小化。當主要感測器200與輔助感測器310、320、330、340之間的中間材料之導熱性(heat conductivity)不同時，可考慮導熱性來確定主要感測器200之位置。當SOC包括散熱器(heat spreader)用於SOC之熱輻射(heat emission)時，主要感測器200可設置在散熱器的附近。
圖3繪示根據例示性實施例的管理SOC中溫度的方法之流程圖。
參考圖2及圖3，可(例如)通過回應於來自SOC中的處理器之控制信號而將溫度管理單元TMU設置為啟用狀態，且將操作信息儲存在溫度管理單元TMU中，初始化溫度管理單元TMU(區塊S100)。當溫度管理單元TMU被初始化時，主要感測器MS及輔助感測器SSi被啟用以產生主要溫度信號SMT及輔助溫度信號SPi。
溫度管理單元TMU可週期性地對主要溫度信號SMT及輔助溫度信號SPi進行取樣(區塊S220)。溫度管理單元TMU可確定主要溫度信號SMT的取樣值是否滿足中斷條件(區塊S240)，而不論輔助溫度信號SPi的取樣值如何。中斷條件可經設置以確定是否發生主要溫度之顯著變化。
當主要溫度信號SMT不滿足中斷條件時(區塊S240：否)，溫度管理單元TMU可對下一取樣循環的主要溫度信號SMT及輔助溫度信號進行取樣(區塊S220)以確定主要溫度信號SMT的下一取樣值是否滿足中斷條件(區塊S240)。
當主要溫度信號SMT滿足中斷條件時(區塊S240：是)，溫度管理單元TMU可產生中斷信號INT(區塊S260)。信號的產生可表示該信號的啟動，即，該信號從未啟動準位(level)躍遷到啟動準位。當產生中斷信號INT時，可基於輔助溫度信號SPi的取樣值來執行中斷服務程序ISR(區塊S280)。中斷服務程序ISR可實施為軟體、硬體或其組合，用於分析輔助區塊BLKi的溫度分佈以採取合適的步驟。例如，中斷服務程序ISR可為由SOC中的處理器執行之程式。
如此則可監視SOC之主要溫度以基於主要溫度信號SMT來產生中斷信號INT，而不論輔助溫度信號SPi如何，只有當產生中斷信號INT時才考慮輔助溫度信號SPi，從而可執行有效快速之溫度管理。
可基於輔助溫度信號SPi的取樣值來如下執行中斷服 務程序ISR。
在以下將描述的一些例示性實施例中，各當前輔助溫度計數值CNTi_C，即輔助溫度信號SPi之取樣值，可回應於中斷信號INT而進行比較，且可基於各當前輔助溫度計數值CNTi_C之比較結果來控制輔助區塊BLKi各自之操作速度。當中斷信號INT指示主要溫度增加時，可首先減小對應於較高當前輔助溫度計數值CNTi_C的輔助區塊BLKi之操作速度；當中斷信號INT指示主要溫度降低時，可首先增加對應於較低當前輔助溫度計數值CNTi_C的輔助區塊BLKi之操作速度。
例如，若發生溫度上升事件，則可減小對應於最大輔助溫度計數值的輔助區塊之電源電壓及/或操作頻率；若發生溫度下降事件，則可增加對應於最小輔助溫度計數值的輔助區塊之電源電壓及/或操作頻率。
在一項例示性實施例中，可回應於中斷信號INT而計算當前輔助溫度計數值CNTi_C之分佈值，且可基於當前輔助溫度計數值CNTi_C之分佈值來控制輔助區塊BLKi各自的操作速度。分佈值可包括當前輔助溫度計數值CNTi_C之平均值M及標準偏差SD。
例如，若發生溫度上升事件，可減小對應於大於M+a1＊SD的當前輔助溫度計數值CNTi_C的輔助區塊之電源電壓及/或操作頻率；若發生溫度下降事件，則可增加對應於小於M-a2＊SD的當前輔助溫度計數值CNTi_C之輔助區塊的電源電壓及/或操作頻率。此處a1及a2為常數，其可在包括溫度管理電路的SOC 10整合之後在實際操作條 件下通過實驗來確定。
圖4繪示根據例示性實施例的SOC的方塊圖。
參考圖4，SOC 20可包括溫度管理單元(TMU)100、主要感測器(MS)200、多個輔助感測器SS1 310、SS2 320、SS3 330、處理器400以及電力管理單元(PMU)500。圖4為便於描述圖示了三個輔助感測器，然而，輔助感測器的數目可根據SOC 20的配置而變化。
處理器400可基於中斷信號INT及溫度信息DTI來產生溫度管理信號TM，以控制SOC 20之操作。請參考圖8的描述，溫度信息DTI可包括當前輔助溫度計數值CNTi_C、當前主要溫度值MT_C及/或先前主要溫度值MT_P。
電力管理單元500可基於溫度管理信號TM來控制SOC 20的電源電壓及操作頻率中之至少一者。電力管理單元500可包括內部電壓調節器及/或內部時脈產生器或可產生信號以控制外部電壓調節器及/或外部時脈產生器。
如上所述，主要感測器200產生主要溫度信號SMT，其為具有對應於SOC 20主要溫度的值之數位信號。輔助感測器310、320、330產生輔助溫度信號SPi(i=1、2、3)，所述輔助溫度信號是脈衝信號，所述脈衝信號具有分別對應於SOC 20中各輔助區塊的各輔助溫度之各頻率。
溫度管理單元100可基於主要溫度信號SMT及輔助溫度信號SPi來提供溫度信息DTI及中斷信號INT。可基於來自處理器400的操作控制信號DOC來對溫度管理單元100進行初始化及控制。在一項例示性實施例中，當滿 足特定條件時，溫度管理單元100可產生跳閘信號TRP，且電力管理單元500可阻斷提供給SOC 20之外部電源電壓。
圖4圖示了一項實施例，其中中斷信號INT直接從溫度管理單元100提供，但SOC可更包括中斷控制器以接收中斷信號INT。中斷控制器可控制包括來自溫度管理單元100之中斷信號的其他中斷信號，且可根據中斷信號的優先權(priority)而將選擇的中斷信號轉移到處理器400。
儘管圖4中未圖示，但溫度管理單元100可接收參考時脈信號RCLK，如將參考圖21、圖22及圖23的描述。在一項例示性實施例中，SOC 20可更包括設置在主要感測器MS附近的附加輔助感測器AS(如將參考圖24、圖25、圖26及圖27描述)，且溫度管理單元100可從附加輔助感測器AS來接收參考脈衝信號SRP。
SOC 20可進一步包括電熔絲式唯讀記憶體(electrical fuse read only memory；EFROM)600。在整合SOC之後，可通過測試操作來獲得用於在實際溫度量測中校正誤差之校準信息DCAL，且所述校準信息DCAL可儲存在EFROM 600中。例如，以下將描述之用於偵測溫度變化的溫度臨界值可基於所述儲存的校準信息來進行校正。
圖5繪示根據例示性實施例的溫度管理電路中之溫度管理單元的方塊圖。
參考圖5，溫度管理單元100可包括感測器控制器120、暫存器單元(register unit)140、溫度取樣器160以及中斷信號產生器180。
溫度取樣器160可週期性地對主要溫度信號SMT及輔助溫度信號SPi進行取樣以提供取樣值LAT、CNTi。例如，可在每一感測循環或取樣循環中提供取樣值LAT、CNTi，所述感測循環或取樣循環可對應於從感測器控制器120提供的感測開始信號SENS與感測完成信號SEND的啟動時序之間的時間間隔。
暫存器單元140可基於來自處理器400的操作控制信號DOC及來自溫度取樣器160的取樣值LAT、CNTi來儲存溫度信息DTI及操作信息。溫度信息DTI可包括當前輔助溫度計數值CNTi_C、當前主要溫度值MT_C及/或先前主要溫度值MT_P，如將參考圖8描述。當產生中斷信號INT時，處理器400可接收溫度信息DTI，以執行上述中斷服務程序ISR。
儲存在暫存器單元140中的操作信息可包括主要感測器200及輔助感測器310、320、330之啟用狀態值、中斷狀態值、感測循環值、至少一溫度臨界值、控制值。例如，感測開始信號SENS與感測完成信號SEND的啟動時序可基於儲存在暫存器單元140中之感測循環值來確定。
中斷信號產生器180可基於儲存在暫存器單元140中之溫度信息DTI來產生中斷信號INT。例如，中斷信號產生器180可接收至少一溫度臨界值TH、當前主要溫度值MT_C及先前主要溫度值MT_P，以偵測主要溫度之變化。當主要溫度的變化對應於溫度臨界值TH時，中斷信號產生器180可產生中斷信號INT，且可將中斷狀態值INT_STS儲存在暫存器單元140中。
處理器400可通過基於輔助溫度信號SPi及所偵測到的主要溫度之變化來執行中斷服務程序ISR，控制SOC 20的整體操作及各輔助區塊BLKi各自的操作中之至少一者。例如，處理器400可基於中斷信號INT及當前輔助溫度計數值CNTi_C來執行中斷服務程序ISR。
感測器控制器120可基於儲存在暫存器單元140中的操作信息來控制主要感測器200及輔助感測器310、320、330。例如，感測器控制器120可用有限狀態機(finite state machine；FSM)來實施，所述有限狀態機(FSM)通過按順序地切換預定狀態來進行操作。
FSM的操作時序可基於儲存在暫存器單元140中的啟用狀態值來確定。FSM通常可處於閒置(idle)狀態，且可在來自處理器400的啟用值儲存在包括於暫存器單元140中的啟用狀態暫存器中時而被啟用。當啟用FSM時，感測啟用信號ENS可被啟動，以啟用主要感測器200及輔助感測器310、320、330。FSM可藉由基於儲存在暫存器單元140中的感測循環值而確定的時序，週期性地啟動感測開始信號SENS與感測完成信號SEND。當來自處理器400的停用值儲存在包括於暫存器單元140中的停用狀態暫存器中時，FSM可被停用且隨後FSM可退出操作，進入閒置狀態。
圖6繪示圖5的溫度管理單元中的溫度取樣器的一項例示性實施例的方塊圖。
參考圖6，溫度取樣器160a可包括閂鎖單元168及多個輔助溫度計數器161、162、163。閂鎖單元168可週期 性地閂鎖主要溫度信號SMT，以在每一感測循環中提供主要溫度值LAT。如上所述，感測循環可基於感測開始信號SENS與感測完成信號SEND之啟動時序來確定。輔助溫度計數器161、162、163可週期性地對輔助溫度信號SP1、SP2、SP3的脈衝進行計數，以在每一感測循環中提供輔助溫度計數值CNT1、CNT2、CNT3。主要溫度值LAT及輔助溫度計數值CNT1、CNT2、CNT3可提供給暫存器單元140。將進一步參考圖8來描述取樣值之儲存。
圖6為便於描述圖示了三個輔助溫度計數器161、162、163，但輔助溫度計數器的數目可根據輔助感測器的數目而變化。
圖7繪示根據例示性實施例的溫度管理單元的操作之時序圖。
參考圖7，當溫度管理單元TMU被初始化時，感測啟用信號ENS在時間t1處被啟動。主要感測器MS及輔助感測器SPi(i=1、2、……、k)回應於感測啟用信號ENS而開始產生主要溫度信號SMT及輔助溫度信號SPi。主要溫度信號SMT表示週期性進行量測的主要溫度之數位值DGT1、DGT2、DGT3。數位值DGT1、DGT2、DGT3的量測循環可根據主要感測器MS的配置及/或感測器控制器120的控制來確定。各輔助溫度信號SPi提供為具有各自的頻率之脈衝信號，所述頻率對應於各輔助區塊BLKi的各輔助溫度。
當感測開始信號SENS在時間t2處啟動時，溫度取樣器160a中的閂鎖電路168及輔助溫度計數器161、162、 163可重設。在重設時間間隔tRS之後，輔助溫度計數器161、162、163可在時間t3處開始計數操作。當在計數循環tCP之後在時間t4處感測完成信號SEND被啟動時，閂鎖單元168可閂鎖主要溫度信號SMT之數位值DGT1且取樣的主要溫度值LAT1被提供給暫存器單元140。在時間t4處，輔助溫度計數器161、162、163之計數操作可完成且取樣的輔助溫度計數值CNTi1被提供給暫存器單元140。
在輸出時間間隔tOUT之後，感測開始信號SENS在時間t5處再次被啟動。上述重設、計數、取樣及輸出操作重複進行且下一主要溫度值LAT2及下一輔助溫度計數值CNTi2可提供給暫存器單元140。
如此則可在每一感測循環tSI中對主要溫度信號SMT及輔助溫度信號SPi進行取樣，且取樣值LAT、CNTi可週期性地提供給暫存器單元140。
圖8繪示圖5的溫度管理單元中之暫存器單元的一項例示性實施例之方塊圖。
圖8圖示了用於基於取樣值LAT、CNT1、CNT2、CNT3來儲存溫度信息之暫存器。用於儲存操作信息等之其他暫存器被省略。
參考圖8，暫存器單元140a可包括第一暫存器RG1 142及第二暫存器RG2 143，用於按順序地儲存週期性提供的主要溫度值LAT，以及第三暫存器RG3 144、第四暫存器RG4 145及第五暫存器RG5 146，用於儲存週期性提供的輔助溫度計數值CNT1、CNT2、CNT3。
在每一感測循環tSI中，第二暫存器RG2的值可用第一暫存器RG1的值進行升級，且第一暫存器RG1的值可用新輸入的主要溫度值LAT進行升級。例如，第一及第二暫存器RG1、RG2可用移位暫存器來實施，以按順序地儲存週期性提供的輸入值。在每一感測循環tSI中，第三、第四及第五暫存器可用新輸入的輔助溫度計數值CNT1、CNT2、CNT3來進行升級。
因此，第一暫存器RG1可儲存及輸出當前主要溫度值MT_C，第二暫存器RG2可儲存及輸出先前主要溫度值MT_P，而第三、第四及第五暫存器RG3、RG4、RG5可分別儲存及輸出當前輔助溫度計數值CNT1_C、CNT2_C、CNT3_C。
圖8圖示了按順序地儲存兩個值的兩個暫存器RG1、RG2，實際上，可串聯地耦合更多暫存器以按順序地儲存更多值。用於儲存及輸出當前輔助溫度計數值CNTi_C的暫存器的數目可根據輔助感測器的數目而變化。
儘管在圖8中未圖示，但暫存器單元140a可更包括用於儲存參考時脈信號RCLK(如將參考圖21、22及23描述)的計數值之暫存器，及/或用於儲存參考脈衝信號SRP(如將參考圖24、圖25、圖26及圖27描述)的計數值之暫存器。
圖9繪示圖5的溫度管理單元中的中斷信號產生器的一項例示性實施例之示意圖。
參考圖9，中斷信號產生器180可從暫存器單元140接收溫度信息中的當前主要溫度值MT_C及先前主要溫度 值MT_P，以及操作信息中的第一溫度上升臨界值TH_R1、第二溫度上升臨界值TH_R2、第三溫度上升臨界值TH_R3、第一溫度下降臨界值TH_F1以及第二溫度下降臨界值TH_F2。中斷信號產生器180可確定是否滿足用於啟動中斷信號INT之中斷條件。第三溫度上升臨界值TH_R3可大於第二溫度上升臨界值TH_R2且第二溫度上升臨界值TH_R2可大於第一溫度上升臨界值TH_R1。第二溫度下降臨界值TH_F2可大於第一溫度下降臨界值TH_F1。
中斷信號產生器180可包括第一至第五比較器181、182、183、184、185，以及第一至第三或(OR)邏輯閘186、187、188。比較器的數目可根據臨界值的數目而變化。
第一比較器181可基於當前主要溫度值MT_C及第三溫度上升臨界值TH_R3(即，最大臨界值)來產生跳閘信號TRP。例如，在當前主要溫度值MT_C大於第三溫度上升臨界值TH_R3時，第一比較器181可啟動跳閘信號TRP至邏輯高準位。如上所述，回應於跳閘信號TRP，電力管理單元500可阻斷提供給SOC 20的外部電源電壓。
第二比較器182可基於當前主要溫度值MT_C、先前主要溫度值MT_P及第二溫度上升臨界值TH_R2來產生第二溫度上升中斷信號INT_R2。例如，在先前主要溫度值MT_P小於第二溫度上升臨界值TH_R2且當前主要溫度值MT_C大於第二溫度上升臨界值TH_R2時，第二比較器182可啟動第二溫度上升中斷信號INT_R2至邏輯高準位。
第三比較器183可基於當前主要溫度值MT_C、先前 主要溫度值MT_P及第一溫度上升臨界值TH_R1來產生第一溫度上升中斷信號INT_R1。例如，在先前主要溫度值MT_P小於第一溫度上升臨界值TH_R1且當前主要溫度值MT_C大於第一溫度上升臨界值TH_R1時，第三比較器183可啟動第一溫度上升中斷信號INT_R1至邏輯高準位。
第四比較器184可基於當前主要溫度值MT_C、先前主要溫度值MT_P及第二溫度下降臨界值TH_F2來產生第二溫度下降中斷信號INT_F2。例如，在先前主要溫度值MT_P大於第二溫度下降臨界值TH_F2且當前主要溫度值MT_C小於第二溫度下降臨界值TH_F2時，第四比較器184可啟動第二溫度下降中斷信號INT_F2至邏輯高準位。第五比較器185可基於當前主要溫度值MT_C、先前主要溫度值MT_P及第一溫度下降臨界值TH_F1來產生第一溫度下降中斷信號INT_F1。例如，在先前主要溫度值MT_P大於第一溫度下降臨界值TH_F1且當前主要溫度值MT_C小於第一溫度下降臨界值TH_F1時，第五比較器185可啟動第一溫度下降中斷信號INT_F1至邏輯高準位。
第一或邏輯閘186可對第一及第二溫度上升中斷信號INT_R1、INT_R2執行或邏輯操作，以產生溫度上升中斷信號INT_R。第二或邏輯閘187可對第一及第二溫度下降中斷信號INT_F1、INT_F2執行或邏輯操作，以產生溫度下降中斷信號INT_F。第三或邏輯閘188可對溫度上升中斷信號INT_R及溫度下降中斷信號INT_F執行或邏輯操作，以產生中斷信號INT。
因此，第一溫度上升中斷信號INT_R1的啟動表示主 要溫度增加到第一溫度上升臨界值TH_R1以上，而第二溫度上升中斷信號INT_R2的啟動表示主要溫度增加到第二溫度上升臨界值TH_R2以上。類似地，第一溫度下降中斷信號INT_F1的啟動表示主要溫度降低到第一溫度下降臨界值TH_F1以下，而第二溫度下降中斷信號INT_F2的啟動表示主要溫度降低到第二溫度下降臨界值TH_F2以下。溫度上升中斷信號INT_R的啟動表示至少一溫度上升事件發生，溫度下降中斷信號INT_F的啟動表示至少一溫度下降事件發生。中斷信號INT的啟動表示溫度上升事件及溫度下降事件中的至少一者發生。
第一及第二溫度上升中斷信號INT_R1、INT_R2以及第一及第二溫度下降中斷信號INT_F1、INT_F2之邏輯準位值可如上述中斷狀態值提供給暫存器單元140並儲存在暫存器單元140中。
在一項例示性實施例中，可能只有中斷信號INT提供給處理器400。當中斷信號INT被啟動時，處理器可參考主要溫度值MT_P、MT_C及/或儲存在暫存器單元140中的中斷狀態值來確定發生的事件之種類。
在一項例示性實施例中，第一及第二溫度上升中斷信號INT_R1、INT_R2以及第一及第二溫度下降中斷信號INT_F1、INT_F2可直接提供給處理器400。在此類情況下，處理器可基於所接收的信號而不參考暫存器單元140中儲存的值來確定發生的事件之種類。
圖10繪示根據例示性實施例的管理SOC中溫度的方法之流程圖。
參考圖4至圖10，可(例如)通過回應於來自SOC 20中的處理器400之操作控制信號DOC而將溫度管理單元TMU設置為啟用狀態，且將操作信息儲存在溫度管理單元TMU中，來初始化溫度管理單元TMU(區塊S101)。當溫度管理單元TMU被初始化時，主要感測器MS及輔助感測器Ssi被啟用以產生主要溫度信號SMT及輔助溫度信號SPi。
溫度管理單元TMU中的溫度取樣器160可週期性地對主要溫度信號SMT及輔助溫度信號SPi進行取樣(區塊S221)，且提供取樣值LAT、CNTi給暫存器單元140。暫存器單元140可儲存先前主要溫度值MT_P、當前主要溫度值MT_C及當前輔助溫度計數值CNTi_C(區塊S231)。中斷信號產生器180可對主要溫度值MT_P、MT_C及臨界值TH_Ri、TH_Fi進行比較，以確定是否滿足中斷條件(區塊S241、S242、S243)。在當前主要溫度值MT_C大於最大溫度臨界值TH_RMAX時(區塊S241：是)，中斷信號產生器180可啟動跳閘信號TRP(區塊S261)。在先前主要溫度值MT_P小於溫度上升臨界值TH_Ri且當前主要溫度值MT_C大於溫度上升臨界值TH_Ri時(區塊S242：是)，中斷信號產生器180可啟動溫度上升中斷信號INT_Ri(區塊S262)。在先前主要溫度值MT_P大於溫度下降臨界值TH_Fi且當前主要溫度值MT_C小於溫度下降臨界值TH_Fi時(區塊S243：是)，中斷信號產生器180可啟動溫度下降中斷信號INT_Fi(區塊S263)。
如上所述，當跳閘信號TRP被啟動時，被供應給SOC 20的外部電源電壓可被阻斷且因此可完成溫度管理。當溫度上升中斷信號INT_Ri或溫度下降中斷信號INT_Fi被啟動時，處理器400可執行上述中斷服務程序ISR(區塊S281)。儘管圖10所示為比較操作(區塊241、242、243)按順序執行，但比較操作可同時執行，例如，使用中斷信號產生器180，如圖9所示。
圖11及圖12為根據例示性實施例的用於描述遲滯方案(hysteresis scheme)的溫度管理之示意圖。
根據例示性實施例的溫度管理方法可使用動態電壓及頻率調節(dynamic voltage & frequency scaling；DVFS)方案來執行。在DVFS方案中，電壓及/或頻率係根據處理器的操作狀態而動態變化。在管理溫度的方法中，SOC及/或各輔助區塊的電源電壓及操作頻率中之至少一者可根據SOC的主要溫度及/或各輔助區塊的各輔助溫度而動態變化。在一些實施例中，處理器的操作狀態及溫度可相互關聯，以便於執行DVFS方案。
參考圖11，在溫度小於溫度下降臨界值TH_Fi時，可將功率準位從相對較低的功率準位L1提高到相對較高的功率準位L2。當溫度變為相對較低值時，可增加操作電壓及/或頻率，以提高SOC及/或各輔助區塊之操作速度或性能。
在溫度大於溫度上升臨界值TH_Ri時，可將功率準位從相對較高的功率準位L2降低到相對較低的功率準位L1。當溫度變為相對較高值時，可減小操作電壓及/或頻率，以防止SOC及/或各輔助區塊的不正確操作或性能降 級。
如圖11所示，在遲滯方案中，溫度下降臨界值TH_Fi(即，用於提高功率準位的參考值)可小於溫度上升臨界值TH_Ri(即，用於降低功率準位的參考值)。隨著溫度下降臨界值TH_Fi與溫度上升臨界值TH_Ri之間的差增加，功率準位可在相對較長時間內維持不變。隨著溫度下降臨界值TH_Fi與溫度上升臨界值TH_Ri之間的差減小，功率準位可較頻繁地變化。即，隨著溫度下降臨界值TH_Fi與溫度上升臨界值TH_Ri之間的差增加，SOC操作的穩定性可增加但功率消耗亦可增加。相反，隨著溫度下降臨界值TH_Fi與溫度上升臨界值TH_Ri之間的差減小，SOC的性能可能相對較差，因為功率準位頻繁發生變化。因此，溫度下降臨界值TH_Fi及溫度上升臨界值TH_Ri可根據SOC的性質而合適地確定。
主要溫度隨著時間變化的一項實例如圖12所示。圖12中的點表示在每一感測循環tSI中取樣的主要溫度值。如參考圖11所描述，遲滯方案的溫度管理可通過以下操作執行：將第一溫度下降臨界值TH_F1設置為小於第一溫度上升臨界值TH_R1且將第二溫度下降臨界值TH_F2設置為小於第二溫度上升臨界值TH_R2。
在時間t1與時間t2之間，主要溫度增加到第一溫度上升臨界值TH_R1以上且因此第一溫度上升中斷信號INT_R1在時間t2處被啟動。在時間t4與時間t5之間以及時間t10與時間t11之間，主要溫度增加到第二溫度上升臨界值TH_R2以上且因此第二溫度上升中斷信號INT_R2 在時間t5及時間t11處被啟動。
由於根據遲滯方案，溫度下降臨界值被設置成小於溫度上升臨界值，所以即使主要溫度降低而回到低於溫度上升臨界值的值，溫度下降中斷信號也未被啟動。例如，即使在時間t5與時間t6之間，主要溫度降低到第二溫度上升臨界值TH_R2以下，溫度下降中斷信號也未被啟動。在時間t8與時間t9之間，主要溫度降低到第二溫度下降臨界值TH_F2以下且因此第二溫度下降中斷信號INT_F2在時間t9處被啟動。
在時間t12與時間t13之間，主要溫度增加到第三溫度上升臨界值TH_R3(即，最大溫度臨界值)以上，且因此跳閘信號TRP被啟動，以阻斷提供給SOC的外部電源電壓。
使用此類DVFS方案及遲滯方案，可執行溫度的有效管理。
圖13繪示根據例示性實施例的溫度管理電路中的主要感測器之示意圖。
參考圖13，主要感測器200可包括溫度偵測器(DET)220及類比數位轉換器(ADC)240。溫度偵測器220可輸出與主要溫度成比例的電壓信號VPTAT及電流信號IPTAT中之至少一者。類比數位轉換器240可將溫度偵測器220之輸出轉換成數位信號，以產生n位元之主要溫度信號SMT。如上所述，主要感測器200可回應於來自感測器控制器120的感測啟用信號ENS而啟用。
通常，類比數位轉換器240可具有相對較複雜的配 置，以執行類比數位轉換。因此，類比數位轉換器240可佔據SOC中相對較大區域。由於類比數位轉換器240須傳送多位元之主要溫度信號SMT，所以信號線路之繞徑可造成對SOC設計之負擔。根據一項例示性實施例，在不降低溫度管理的性能之情況下，亦可減小SOC之尺寸且可減輕對繞徑之限制，此可通過以數位感測器來實施一主要感測器200且以脈衝感測器來實施其他輔助感測器來實現，所述脈衝感測器比數位感測器需要更小的佔據區域及更少的信號線路。
圖14繪示圖13的主要感測器中的溫度偵測器的一項例示性實施例之電路圖。
參考圖14，溫度偵測器222可包括第一及第二PMOS電晶體M1、M2、回饋放大器AMP、電阻R以及第一及第二雙極電晶體B1、B2，該等器件如圖14所示耦合在電源電壓VDD與接地電壓VSS之間。電阻R上之電壓dVBE可根據表達式1獲得。
(表達式1)dVBE=VBE1-VBE2=VT*Ln(Ic1/Is1)-VT*Ln(n*Ic2/Is2)=VT*Ln(n)
在表達式1中，Is1及Is2指示雙極電晶體(bipolar transistor)B1、B2之反向飽和電流(reverse saturation current)，而Ic1及Ic2指示流經雙極電晶體B1、B2之電 流，n為雙極電晶體B1、B2之增益比，而VT指示與溫度偵測器222的絕對溫度成比例之溫度電壓。Ln(n)為恆定值且因此電阻R上電壓dVBE及流經電阻R的電流I2與溫度變化成比例。電壓信號VPTAT及電流信號IPTAT可基於與操作溫度成比例的電壓dVBE及電流I2而輸出。
圖15繪示根據例示性實施例的溫度管理電路中的輔助感測器之示意圖。
根據例示性實施例的溫度管理電路中的輔助感測器中之每一者可具有相同配置。在一項例示性實施例中，輔助感測器310可包括環形振盪器，如圖15所示。環形振盪器具有與相應的輔助區塊的輔助溫度成比例之操作速度，以輸出溫度信號SPi。環形振盪器可包括串接耦合(cascade-coupled)之反及(NAND)邏輯閘311及反相器312、313、314、315。最後一反相器315之輸出可回饋(fed-back)給反及邏輯閘311。環形振盪器可回應於輸入到反及邏輯閘311之感測啟用信號ENS而啟用。
反及邏輯閘311及反相器312、313、314、315具有與溫度成比例之操作速度且因此輔助溫度信號SPi可具有與溫度成比例之頻率。
圖16及圖17繪示圖15的輔助感測器中的反相器的例示性實施例之示意圖。
參考圖16，反相器312a可包括串接耦合在電源電壓VDD與接地電壓VSS之間的第一PMOS電晶體MP1、第一NMOS電晶體MN1及第二NMOS電晶體MN2。先前級(反及邏輯閘或另一反相器)的輸出信號IN被輸入到 第一PMOS電晶體MP1及第一NMOS電晶體的閘極。經反相的信號OUT提供為到下一級之輸入。與溫度成比例之電壓信號VPTAT，施加到第二NMOS電晶體MN2之閘極。隨著溫度增加，由於電壓信號VPTAT的準位與溫度成比例增加，所以流經第二NMOS電晶體NM2的灌電流亦增加。反相器312a之操作速度可隨溫度而增加，且因此使用如圖16的反相器312a等反相器之輔助感測器310可輸出具有與輔助溫度成比例的頻率之輔助溫度信號SPi。
參考圖17，反相器312b可包括從先前級接收輸出信號IN的PMOS電晶體MP3及NMOS電晶體MN3，以輸出經反相的信號OUT至下一級。如圖17所示，反相器312b可通過接收與溫度成比例的電流信號IPTAT(作為拉電流)來執行反相操作。隨著溫度增加，拉電流IPTAT增加且因此反相器312b的操作速度可增加。因此，使用如圖17的反相器312b等反相器的輔助感測器310可輸出具有與輔助溫度成比例的頻率之輔助溫度信號SPi。
通過上述配置，可實施具有相對較小佔據區域之輔助感測器SSi，以產生脈衝信號，即具有與各輔助區塊BLKi的輔助溫度成比例的頻率之輔助溫度信號SPi。
圖18、圖19及圖20繪示用於控制SOC操作的例示性實施例之示意圖。
圖18的電壓調節器700可包括參考電壓產生器VREF 710，用於回應於電壓控制信號VCTRi而產生參考電壓，以及單位增益放大器AMP 712，用於基於參考電壓來控制輸出電壓VDDi。參考電壓的準位可通過控制電壓控制信 號VCTRi的準位來調整，且因此輸出電壓VDDi的準位可得到控制。輸出電壓VDDi可提供為SOC的內部電源電壓及/或相應的輔助區塊之電源電壓。
參考圖19，輔助區塊BLKi 800可通過功率閘電晶體MG而耦合至電源電壓VDD。在此類情況下，提供給輔助區塊BLKi的電壓可通過對施加到功率閘電晶體(power gating transistor)MG的閘極的閘極電壓信號PGi進行調整來控制。
圖20的鎖相迴路(PLL)900可基於時脈控制信號CCTRi來控制輸出時脈信號CLKi之頻率。在一項例示性實施例中，分頻器DIV 910可接收時脈控制信號CCTRi且通過以對應於時脈控制信號CCTRi的劃分比來劃分回饋的時脈信號CLKi以產生經劃分的時脈信號。相位及頻率偵測器P/F 920可通過對經劃分的時脈信號與參考時脈信號RCK進行比較來產生上下信號。電荷泵CP 930可基於上下信號來產生控制電壓信號。環路濾波器LF 940可對控制電壓濾波。電壓控制的振盪器VCO 950可回應於從環路濾波器LF接收之經濾波的控制電壓而產生時脈信號CLKi。如此，操作頻率，即，SOC及/或各輔助區塊的時脈信號CLKi的頻率可得到控制。
圖18、圖19及圖20的控制信號VCTRi、PGi及CCTRi可為作為由圖4的處理器400執行中斷服務程序ISR的結果而產生的溫度管理信號TM。圖18、圖19、圖20圖示了控制SOC及輔助區塊的操作速度之非限制性實例，且操作速度可通過使用各種電壓調節器及/或時脈調節器來控 制。
圖21繪示圖5的溫度管理單元中的溫度取樣器的一項例示性實施例之方塊圖。
參考圖21，溫度取樣器160b可包括閂鎖單元168、多個輔助溫度計數器161、162、163，以及參考計數器167。與圖6的溫度取樣器160a相比，溫度取樣器160可更包括參考計數器167。
閂鎖單元168可週期性地閂鎖主要溫度信號SMT，以在每一感測循環中提供主要溫度值LAT。如上描述，感測循環可基於感測開始信號SENS與感測完成信號SEND的啟動時序來確定。輔助溫度計數器161、162、163可週期性地對輔助溫度信號SP1、SP2、SP3的脈衝進行計數，以在每一感測循環中提供輔助溫度計數值CNT1、CNT2、CNT3。
參考計數器167可週期性地對參考時脈信號RCLK的週期進行計數，以提供參考計數值CNTR，其中參考時脈信號RCLK具有無關於溫度之參考頻率。參考時脈信號RCLK可使用晶體振盪器來產生，所述晶體振盪器可設置在SOC的外部。
主要溫度值LAT、參考計數值CNTR以及輔助溫度計數值CNT1、CNT2、CNT3可提供給暫存器單元140。主要溫度值LAT、參考計數值CNTR以及輔助溫度計數值CNT1、CNT2、CNT3可儲存在暫存器單元140a中，如參考圖8所描述。在此類情況下，暫存器單元140a可更包括用於基於週期性提供的參考計數值CNTR來儲存當前參考 計數值之暫存器。
圖22繪示根據例示性實施例的溫度管理單元的操作之時序圖。圖22圖示了對應於圖21的實施例之操作，其中溫度取樣器160b更包括參考計數器167。
參考圖22，當溫度管理單元TMU被初始化時，感測啟用信號ENS在時間t1處被啟動。主要感測器MS及輔助感測器SPi(i=1、2、……、k)回應於感測啟用信號ENS而開始產生主要溫度信號SMT及輔助溫度信號SPi。主要溫度信號SMT表示週期性進行量測的主要溫度之數位值DGT1、DGT2、DGT3。數位值DGT1、DGT2、DGT3的量測循環可根據主要感測器MS的配置及/或感測器控制器120的控制來確定。輔助溫度信號SPi提供為具有各自頻率之脈衝信號，所述頻率對應於各輔助區塊BLKi的各輔助溫度。參考時脈信號RCLK可使用如上所述的晶體振盪器來產生，以具有獨立於溫度之基本上恆定的頻率。
當感測開始信號SENS在時間t2處啟動時，溫度取樣器160b中的閂鎖電路168、參考計數器167以及輔助溫度計數器161、162、163可重設。在重設時間間隔tRS之後，參考計數器167及輔助溫度計數器161、162、163可在時間t3處開始計數操作。當在計數循環tCP之後在時間t4處啟動感測完成信號SEND時，閂鎖單元168可閂鎖主要溫度信號SMT之數位值DGT1且將取樣的主要溫度值LAT1提供給暫存器單元140。在時間t4處，參考計數器167及輔助溫度計數器161、162、163的計數操作可完成且將取樣的參考計數值CNTR1及取樣的輔助溫度計數值 CNTi1提供給暫存器單元140。
在輸出時間間隔tOUT之後，感測開始信號SENS在時間t5處再次被啟動。上述重設、計數、取樣及輸出操作重複進行且下一主要溫度值LAT2、下一參考計數值CNTR2以及下一輔助溫度計數值CNTi2可提供給暫存器單元140。
如此則可在每一感測循環tSI中對主要溫度信號SMT、參考時脈信號RCLK以及輔助溫度信號SPi進行取樣，且取樣值LAT、CNTR、CNTi可週期性地提供給暫存器單元140。
圖23繪示根據例示性實施例的管理SOC中溫度的方法之流程圖。
參考圖2、圖4、圖22及圖23，可(例如)通過回應於來自SOC中的處理器的控制信號而將溫度管理單元TMU設置為啟用狀態，且將操作信息儲存在溫度管理單元TMU中，來初始化溫度管理單元TMU(區塊S105)。當溫度管理單元TMU被初始化時，主要感測器MS及輔助感測器SSi被啟用以產生主要溫度信號SMT及輔助溫度信號SPi，且可提供參考時脈信號RCLK。
溫度管理單元TMU可週期性地對主要溫度信號SMT、參考時脈信號RCLK以及輔助溫度信號SPi進行取樣(區塊S225)。溫度管理單元TMU可確定主要溫度信號SMT的取樣值是否滿足中斷條件(區塊S245)，而不論輔助溫度信號SPi的取樣值如何。可設置用於確定在SOC中是否發生主要溫度的顯著變化之中斷條件。
當主要溫度信號SMT不滿足中斷條件時(區塊S245：否)，溫度管理單元TMU可對下一取樣循環的主要溫度信號SMT、參考時脈信號RCLK以及輔助溫度信號進行取樣(區塊S225)以確定主要溫度信號SMT的下一取樣值是否滿足中斷條件(區塊S245)。
當主要溫度信號SMT滿足中斷條件時(區塊S245：是)，溫度管理單元TMU可產生中斷信號INT(區塊S265)。當產生中斷信號INT時，可基於參考時脈信號RCLK及輔助溫度信號SPi的取樣值來執行中斷服務程序ISR(區塊S285)。中斷服務程序ISR可實施為軟體、硬體或其組合，用於分析輔助區塊BLKi的溫度分佈以採取合適的步驟。例如，中斷服務程序ISR可為由SOC中的處理器執行之程式。
如此則可監視SOC的主要溫度以基於主要溫度信號SMT來產生中斷信號INT，而不論輔助溫度信號SPi如何，只有當產生中斷信號INT時才考慮輔助溫度信號SPi，從而可執行有效快速的溫度管理。
可基於參考時脈信號RCLK及輔助溫度信號SPi的取樣值而如下執行中斷服務程序ISR。
可基於當前輔助溫度計數值CNTi_C、當前參考計數值CNTR_C及參考頻率來計算當前輔助溫度頻率，其中當前輔助溫度頻率中之每一者與輔助溫度中之每一者成比例。例如，當前輔助溫度頻率可使用表達式2來進行計算。
(表達式2) Fj=(CNTj_C/CNTR_C)＊Fr
在表達式2中，Fj及CNTj_C指示第j輔助溫度信號SPj的頻率及輔助溫度計數值，而Fr及CNTR_C指示參考時脈信號RCLK的參考頻率及當前參考計數值。表達式2的計算是基於假設感測循環即取樣循環相對於參考時脈信號RCLK及輔助溫度信號SPi是相同的。在計算出輔助溫度頻率Fi之後，兩個當前輔助溫度值之間的差Tj-Tk可使用表達式3來計算。
(表達式3)Tj-Tk=b1＊(Fj-Fk)
在表達式3中，Tj及Tk指示第j及第k輔助區塊BLKj、BLKk的當前輔助溫度值，Fj及Fk指示第j及第k輔助區塊BLKj、BLKk之頻率，其可使用表達式2獲得，而b1指示常數值。常數值b1可在包括溫度管理電路的SOC 10整合之後在實際操作條件下通過實驗來確定。
各當前輔助溫度值可使用表達式4來進行計算。
(表達式4)Tj=c1＊Fj+c2
在表達式4中，Tj指示第j輔助區塊BLKj的當前輔助溫度值，Fj指示第j輔助溫度信號SPj的頻率，其可使 用表達式2來計算，而c1及c2指示恆定值。同樣，恆定值c1及c2可在包括溫度管理電路的SOC整合之後在實際操作條件下通過實驗來確定。
表達式3及4的計算是基於假設輔助溫度信號SPi的頻率與輔助溫度成比例。輔助區塊各自的操作速度可基於當前輔助溫度值及/或當前輔助溫度值Tj之間的差Tj-Tk來進行控制。
圖24繪示根據例示性實施例的在SOC中的溫度管理電路的佈局之示意圖。
參考圖24，SOC 30中的溫度管理電路包括溫度管理單元(TMU)100、主要感測器(MS)200、多個輔助感測器SS1 310、SS2 320、SS3 330、SS4 340以及附加輔助感測器(AS)360。為便於描述圖24圖示了四個輔助感測器，但輔助感測器的數目可根據SOC 30的配置而變化。除溫度管理電路以外，SOC 30中的其他元件被省略。
與圖2的溫度管理電路相比，圖24的溫度管理電路可更包括附加輔助感測器360，且不再重複進行描述。
附加輔助感測器360可設置在主要感測器200附近，以產生具有對應於主要溫度的頻率之參考脈衝信號SRP。附加輔助感測器360可具有與其他輔助感測器310、320、330、340相同之配置。
溫度管理單元100可基於主要溫度信號SMT、參考脈衝信號SRP以及輔助溫度信號SPi來產生SOC 30之溫度信息。如將參考圖25及圖26描述，溫度信息可包括當前主要溫度值MT_C、先前主要溫度值MT_P、當前輔助溫 度計數值CNTi_C以及當前參考計數值CNTR_C。溫度信息可儲存在溫度管理單元100中且可提供給SOC 30中之處理器。溫度管理單元100可基於所儲存的溫度信息來產生中斷信號INT，且處理器可回應於中斷信號INT而執行中斷服務程序ISR，以分析溫度信息且控制SOC之操作。
主要感測器200、輔助感測器310、320、330、340以及附加輔助感測器360可為晶片上感測器，其整合在與整合SOC 30相同的半導體基板上。晶片上感測器可產生輸出信號以反映待量測之溫度且可減小SOC 30之尺寸。
圖25繪示圖24的溫度管理單元中的溫度取樣器的一項例示性實施例之方塊圖。
參考圖25，溫度取樣器160c可包括閂鎖單元168、多個輔助溫度計數器161、162、163，以及附加計數器(additional counter)166。與圖6的溫度取樣器160a相比，溫度取樣器160可更包括附加計數器166。
閂鎖單元168可週期性地閂鎖主要溫度信號SMT，以在每一感測循環中提供主要溫度值LAT。如上描述，感測循環可基於感測開始信號SENS與感測完成信號SEND的啟動時序來確定。輔助溫度計數器161、162、163可週期性地對輔助溫度信號SP1、SP2、SP3的脈衝進行計數，以在每一感測循環中提供輔助溫度計數值CNT1、CNT2、CNT3。
附加計數器166可週期性地對參考脈衝信號SRP的脈衝進行計數，以提供參考計數值CNTR。
主要溫度值LAT、參考計數值CNTR以及輔助溫度計 數值CNT1、CNT2、CNT3可提供給暫存器單元140。主要溫度值LAT、參考計數值CNTR以及輔助溫度計數值CNT1、CNT2、CNT3可儲存在暫存器單元140a中，如參考圖8所描述。在此類情況下，暫存器單元140a可更包括用於基於週期性提供的參考計數值CNTR來儲存當前參考計數值之暫存器。
圖26繪示根據例示性實施例之溫度管理單元的操作之時序圖。
參考圖26，當溫度管理單元TMU被初始化時，在時間t1處感測啟用信號ENS被啟動。主要感測器MS及輔助感測器SPi(i=1、2、……、k)回應於感測啟用信號ENS而開始產生主要溫度信號SMT及輔助溫度信號SPi。主要溫度信號SMT表示週期性進行量測的主要溫度之數位值DGT1、DGT2、DGT3。數位值DGT1、DGT2、DGT3的量測循環可根據主要感測器MS的配置及/或感測器控制器120的控制來確定。輔助溫度信號SPi提供為具有各自頻率之脈衝信號，所述頻率對應於各輔助區塊BLKi之各輔助溫度。參考脈衝信號SRP可為具有對應於主要溫度的頻率之脈衝信號。
當在時間t2處感測開始信號SENS被啟動時，溫度取樣器160c中的閂鎖電路168、附加計數器166以及輔助溫度計數器161、162、163可重設。在重設時間間隔tRS之後，附加計數器166及輔助溫度計數器161、162、163可在時間t3處開始計數操作。當在計數循環tCP之後在時間t4處感測完成信號SEND被啟動時，閂鎖單元168可閂鎖 主要溫度信號SMT的數位值DGT1且取樣的主要溫度值LAT1被提供給暫存器單元140。在時間t4處，附加計數器166及輔助溫度計數器161、162、163之計數操作可完成且取樣的參考計數值CNTR1及取樣的輔助溫度計數值CNTi1被提供給暫存器單元140。
在輸出時間間隔tOUT之後，感測開始信號SENS在時間t5處再次被啟動。上述重設、計數、取樣及輸出操作重複進行且下一主要溫度值LAT2、下一參考計數值CNTR2以及下一輔助溫度計數值CNTi2可提供給暫存器單元140。
如此則可在每一感測循環tSI中對主要溫度信號SMT、參考脈衝信號SRP以及輔助溫度信號SPi進行取樣，且取樣值LAT、CNTR、CNTi可週期性地提供給暫存器單元140。
圖27繪示根據例示性實施例之管理SOC中溫度的方法之流程圖。
參考圖4、圖24、圖25及圖26，可(例如)通過回應於來自SOC中的處理器的控制信號而將溫度管理單元TMU設置為啟用狀態，且將操作信息儲存在溫度管理單元TMU中，來初始化溫度管理單元TMU(區塊S107)。當溫度管理單元TMU被初始化時，主要感測器MS、輔助感測器SSi以及附加感測器AS被啟用以產生主要溫度信號SMT、輔助溫度信號SPi以及參考脈衝信號SRP。
溫度管理單元TMU可週期性地對主要溫度信號SMT、輔助溫度信號SPi以及參考脈衝信號SRP進行取樣 (區塊S227)。溫度管理單元TMU可確定主要溫度信號SMT的取樣值是否滿足中斷條件(區塊S247)，而不論輔助溫度信號SPi的取樣值如何。可設置用於確定在SOC中是否發生主要溫度的顯著變化之中斷條件。
當主要溫度信號SMT不滿足中斷條件時(區塊S247：否)，溫度管理單元TMU可對下一取樣循環的主要溫度信號SMT、參考時脈信號RCLK以及輔助溫度信號進行取樣(區塊S227)以確定主要溫度信號SMT的下一取樣值是否滿足中斷條件(區塊S247)。
當主要溫度信號SMT滿足中斷條件時(區塊S247：是)，溫度管理單元TMU可產生中斷信號INT(區塊S267)。當產生中斷信號INT時，可基於輔助溫度信號SPi及參考脈衝信號SRP的取樣值來執行中斷服務程序ISR(區塊S287)。中斷服務程序ISR可實施為軟體、硬體或其組合，用於分析輔助區塊BLKi的溫度分佈以採取合適的步驟。例如，中斷服務程序ISR可為由SOC中的處理器執行之程式。
如此則可監視SOC的主要溫度以基於主要溫度信號SMT來產生中斷信號INT，而不論輔助溫度信號SPi如何，只有當產生中斷信號INT時才考慮輔助溫度信號SPi，從而可執行有效快速的溫度管理。
可基於輔助溫度信號SPi及參考脈衝信號SRP的取樣值來如下執行中斷服務程序ISR。
可基於當前輔助溫度計數值CNTi_C及當前參考計數值CNTR_C來計算各輔助區塊的當前輔助溫度值。例如， 當前輔助溫度值可使用表達式5來進行計算。
(表達式5)Tj=(CNTj_C/CNTR_C)＊MT_C
在表達式5中，Tj指示第j輔助區塊BLKj的當前輔助溫度值，MT_C指示當前主要溫度值，CNTj_C指示第j輔助溫度信號SPj的當前輔助溫度計數值，以及CNTR_C指示當前參考計數值。表達式5的計算是基於假設感測循環即取樣循環相對於參考脈衝信號SRP及輔助溫度信號SPi是相同的，以及假設輔助溫度信號SPi及參考脈衝信號SRP的頻率與各自的溫度成比例。輔助區塊各自的操作速度可基於所獲得的當前輔助溫度值Ti來進行控制。
在一項例示性實施例中，圖4的處理器400可從溫度管理單元100接收溫度信息DTI，而不論中斷信號INT如何。溫度信息DTI可包括輔助溫度信號SPi及參考脈衝信號SRP的取樣值。處理器400可計算輔助區塊BLKi的當前輔助溫度值，例如，使用表達式5。因此，在參考圖24到圖27所描述的實施例的情況下，處理器400可基於可週期性獲得的當前輔助溫度值Ti來控制各輔助區塊BLKi之操作速度，而不論主要溫度信號SMT的變化如何。
圖28繪示根據例示性實施例之在SOC中的溫度管理電路的佈局之示意圖。
參考圖28，SOC 40中的溫度管理電路包括溫度管理單元(TMU)100、主要感測器(MS)200、多個輔助感 測器SS1 310、SS2 320、SS3 330、SS4 340以及多個熱橋35、36、37、38。為便於描述圖28圖示了四個輔助感測器，但輔助感測器的數目可根據SOC 40的配置而變化。除溫度管理電路外，SOC 40中的其他元件被省略。
與圖2的溫度管理電路相比，圖28的溫度管理電路可更包括熱橋35、36、37、38，且不再重複進行描述。
熱橋35、36、37、38具有的導熱性可高於整合SOC 40的半導體基板的導熱性，且熱橋35、36、37、38可分別將輔助感測器310、320、330、340熱耦合至主要感測器200。溫度管理電路的性能可取決於由主要感測器200量測的主要溫度能在多大程度上準確地反映SOC 40的整體溫度。
如參考圖2所描述，主要感測器200可整合在合適的位置處，用於準確反映SOC 40之整體溫度。例如，主要感測器200可設置在恰當位置，使得從主要感測器200到輔助感測器310、320、330、340的距離之偏差可最小化。當主要感測器200與輔助感測器310、320、330、340之間的中間材料之導熱性不同時，可考慮導熱性來確定主要感測器200之位置。熱橋35、36、37、38可具有相對較高之導熱性，且因此有助於減小主要感測器200與各輔助感測器310、320、330、340之間的導熱性之偏差。熱橋35、36、37、38可減小所量測的SOC之主要溫度與整體溫度之間的差異。
如上所述，主要感測器200及輔助感測器310、320、330、340可為晶片上感測器，該等晶片上感測器整合在與整合SOC 40相同的半導體基板上。晶片上感測器可產生 輸出信號以準確反映待量測的溫度且可減小SOC 40之尺寸。
圖29繪示圖28的溫度管理電路中的熱橋之示意圖。
參考圖29，第一輔助感測器310、主要感測器200以及用於熱耦合第一輔助感測器310與主要感測器200之熱橋35可使用半導體基板來整合。圖28中之其他熱橋36、37、38可用與圖29中的熱橋35類似的方式形成。如圖29所示，熱橋35可包括形成於半導體基板的表面部分上之電極351、352，垂直觸點353、354(如通孔)，以及金屬線355。該等電極經形成以佔據設計餘量所允許的儘可能大之區域。金屬線355可在金屬層中圖案化，在所述金屬層中信號線及電壓線被圖案化。
如此通過使用主要感測器200與各輔助感測器310、320、330、340之間的熱橋35、36、37、38(其與半導體基板相比具有相對較高的導熱性)，溫度管理電路及包括溫度管理電路的SOC 40的性能可得到提高。
圖30繪示根據例示性實施例之包括SOC的計算系統之方塊圖。
參考圖30，計算系統1000可包括SOC 1010、記憶體裝置1020、儲存設備1030、輸入/輸出(I/O)裝置1040、電源供應器1050以及影像記憶體1060。儘管圖30中未圖示，但計算系統1000可更包括各埠，用於與視訊卡、音效卡、記憶卡、USB裝置或其他電子裝置進行通信。
如上所述，SOC 1010可包括根據例示性實施例之溫度管理電路，且該溫度管理電路可包括溫度管理單元 TMU、產生數位信號的主要感測器(未圖示)以及產生脈衝信號之輔助感測器(未圖示)。SOC 1010可包括用作SOC 1010中的熱源之多個輔助區塊，且至少一處理器可包括在輔助區塊中。例如，輔助區塊可包括核心塊，所述核心塊包括中央處理單元、記憶體控制器、顯示器控制器區塊、文件系統區塊、圖形處理單元區塊、影像信號處理區塊、多格式編碼譯碼器區塊等。
SOC 1010可通過位址匯流排、控制匯流排及/或資料匯流排等匯流排與記憶體裝置1020、儲存設備1030以及輸入/輸出裝置1040進行通信。在一項例示性實施例中，SOC 1010可耦合至擴展匯流排，例如周邊設備互連(PCI)匯流排。
記憶體裝置1020可儲存用於操作計算系統1000之資料。在一項例示性實施例中，記憶體裝置1020可用動態隨機存取記憶體(DRAM)裝置、行動DRAM裝置、靜態隨機存取記憶體(SRAM)裝置、相位隨機存取記憶體(PRAM)裝置、鐵電隨機存取記憶體(FRAM)裝置、電阻性隨機存取記憶體(RRAM)裝置，及/或磁性隨機存取記憶體(MRAM)裝置來實施。存儲設備1030可包括固態硬盤(SSD)、硬盤驅動器(HDD)、CD-ROM等。輸入/輸出裝置1040可包括輸入裝置(例如，鍵盤、小鍵盤、鼠標等)及輸出裝置(例如，打印機、顯示器裝置等)。電源1050將操作電壓供應給計算系統1000。
圖像感測器1060可通過匯流排或其他通信鏈路而與SOC 1010進行通信。如上所述，影像感測器1060可與SOC 1010整合在-晶片中，或影像感測器1060及SOC 1010可實施為分離的晶片。
計算系統1000中的部件可以各種形式封裝，例如堆疊式封裝(package on package，PoP)、球狀柵格陣列封裝(ball grid arrays，BGA)、晶片尺寸封裝(chip scale packages，CSP)、塑料引腳晶片載體(plastic leaded chip carrier，PLCC)、塑料雙列直插式封裝(plastic dual in-line package，PDIP)、疊片包裝(die in waffle pack)、晶圓形式(die in wafer form)、載晶片板(chip on board，COB)、陶瓷雙列直插式封裝(ceramic dual in-line package，CERDIP)、塑料計量四方扁平封裝(plastic metric quad flat pack，MQFP)、薄四方扁平封裝(thin quad flat pack，TQFP)、小外形積體電路(small outline IC，SOIC)、收縮型小外形封裝(shrink small outline package，SSOP)、薄型小尺寸封裝(thin small outline package，TSOP)、系統封裝(system in package，SIP)、多晶片封裝(multi chip package，MCP)、晶圓級編造包(wafer-level fabricated package，WFP)、或者晶圓級堆疊封裝處理(wafer-level processed stack package，WSP)。
計算系統1000可為包括需要溫度管理的至少一SOC之任何計算系統。例如，計算系統1000可包括數位相機、行動電話、智慧型電話、攜帶型多媒體播放器(PMP)、個人數位助理(PDA)等。
圖31繪示可應用於圖30的計算系統中的介面之方塊圖。
參考圖31，計算系統1100可由使用或支持行動通信行業處理器介面(MIPI)介面的資料處理裝置來實施。計算系統1100可包括呈應用處理器、影像感測器1140、顯示器裝置1150等形式的SOC 1110。SOC可包括根據例示性實施例之溫度管理電路。
如上所述，SOC 1110可包括溫度管理單元TMU 100、電力管理單元PMU 500、產生數位信號之主要感測器(未圖示)以及產生脈衝信號之輔助感測器(未圖示)。SOC 1110之CSI主機1112可通過相機串列介面(CSI)來執行與影像感測器1140的CSI裝置1140的串列通信。在一些實施例中，CSI主機1112可包括串並列轉換器(DES)且CSI裝置1141可包括並串列轉換器(SER)。SOC 1110的DSI主機1111可通過顯示器串列介面(DSI)來執行與顯示器裝置1150的DSI裝置1151的串列通信。
在一項例示性實施例中，DSI主機1111可包括並串列轉換器(SER)，且DSI裝置1151可包括串並列轉換器(DES)。計算系統1100可更包括射頻(RF)晶片1160以執行與SOC 1110進行之通信。計算系統1100的實體層(PHY)1113及RF晶片1160的實體層(PHY)1161可基於MIPI DigRF來執行資料通信。SOC 1110可更包括DigRF MASTER 1114以控制PHY 1161之資料通信。
計算系統1100可更包括全球定位系統(GPS)1120、儲存設備1170、MIC 1180、DRAM裝置1185以及揚聲器1190。此外，計算系統1100可使用超寬頻(UWB)1210、無線區域網路(WLAN)1220、全球互通微波存取(WIMAX) 1230等來執行通信。然而，電氣裝置1000之結構及介面不限於此。
上述內容為例示性實施例之說明，而不應解釋為對其的限制。儘管已描述了一些例示性實施例，但所屬領域的技術人員將容易瞭解到，在本質上不脫離本發明概念的新穎教示及優點之前提下，可對例示性實施例做出許多修改。相應地，所有該等例示性實施例，其修改，以及其他例示性實施例，旨在包括在由以下申請專利範圍所界定的本發明概念之範疇內。
10‧‧‧系統晶片(SOC)
30‧‧‧SOC
35‧‧‧熱橋
36‧‧‧熱橋
37‧‧‧熱橋
38‧‧‧熱橋
40‧‧‧SOC
100‧‧‧溫度管理單元(TMU)
120‧‧‧感測器控制器
140‧‧‧暫存器單元
140a‧‧‧暫存器單元
142‧‧‧第一暫存器
143‧‧‧第二暫存器
144‧‧‧第三暫存器
145‧‧‧第四暫存器
146‧‧‧第五暫存器
160‧‧‧溫度取樣器
160a‧‧‧溫度取樣器
160b‧‧‧溫度取樣器
160c‧‧‧溫度取樣器
161‧‧‧輔助溫度計數器
162‧‧‧輔助溫度計數器
163‧‧‧輔助溫度計數器
166‧‧‧附加計數器
167‧‧‧參考計數器
168‧‧‧閂鎖單元
180‧‧‧中斷信號產生器
181‧‧‧第一比較器
182‧‧‧第二比較器
183‧‧‧第三比較器
184‧‧‧第四比較器
185‧‧‧第五比較器
186‧‧‧第一或邏輯閘
187‧‧‧第二或邏輯閘
188‧‧‧第三或邏輯閘
200‧‧‧主要感測器(MS)
220‧‧‧溫度偵測器(DET)
222‧‧‧溫度偵測器
240‧‧‧類比數位轉換器(ADC)
310‧‧‧輔助感測器
311‧‧‧反及邏輯閘
312‧‧‧反相器
312a‧‧‧反相器
312b‧‧‧反相器
313‧‧‧反相器
314‧‧‧反相器
315‧‧‧反相器
320‧‧‧輔助感測器
330‧‧‧輔助感測器
340‧‧‧輔助感測器
351‧‧‧電極
352‧‧‧電極
353‧‧‧垂直觸點
354‧‧‧垂直觸點
355‧‧‧金屬線
360‧‧‧附加輔助感測器
400‧‧‧處理器
500‧‧‧電力管理單元(PMU)
600‧‧‧電熔絲式唯讀記憶體(EFROM)
700‧‧‧電壓調節器
710‧‧‧參考電壓發生器(VREF)
712‧‧‧單位增益放大器(AMP)
800‧‧‧輔助區塊(BLKi)
900‧‧‧鎖相迴路(PLL)
910‧‧‧分頻器(DIV)
920‧‧‧頻率偵測器P/F
930‧‧‧電荷泵CP
940‧‧‧環路濾波器LF
950‧‧‧電壓控制振盪器VCO
1000‧‧‧計算系統
1010‧‧‧SOC
1020‧‧‧記憶體裝置
1030‧‧‧儲存設備
1040‧‧‧輸入/輸出裝置
1050‧‧‧電源供應器
1060‧‧‧影像記憶體
1100‧‧‧計算系統
1110‧‧‧SOC
1111‧‧‧顯示器串列介面(DSI)主機
1112‧‧‧相機串列介面(CSI)主機
1113‧‧‧實體層(PHY)
1114‧‧‧DigRF MASTER
1120‧‧‧全球定位系統(GPS)
1140‧‧‧影像感測器
1141‧‧‧CSI裝置
1150‧‧‧顯示器裝置
1151‧‧‧DSI裝置
1160‧‧‧RF晶片
1161‧‧‧實體層(PHY)
1170‧‧‧儲存設備
1180‧‧‧麥克風MIC
1185‧‧‧DRAM裝置
1190‧‧‧揚聲器
1210‧‧‧超寬頻(UMB)
1220‧‧‧無線區域網路(WLAN)
1230‧‧‧全球互通微波存取(WIMAX)
S110~S287‧‧‧區塊
BLK1~BLK4‧‧‧輔助區塊
SP1~SP4、SPi、SPi‧‧‧輔助溫度信號
SS1~SS4‧‧‧輔助感測器
TMU‧‧‧溫度管理單元
MS‧‧‧主要感測器
INT‧‧‧中斷信號
DOC‧‧‧操作控制信號
DTI‧‧‧溫度信息
TRP‧‧‧跳閘信號
DCAL‧‧‧校準信息
SMT‧‧‧主要溫度信號
ENS‧‧‧感測啟用信號
SENS‧‧‧感測開始信號
SEND‧‧‧感測完成信號
LAT、CNTi‧‧‧取樣值
TH‧‧‧溫度臨界值
MT_C‧‧‧當前主要溫度值
MT_P‧‧‧先前主要溫度值
INT_STS‧‧‧中斷狀態值
tRS‧‧‧重設時間間隔
tCP‧‧‧計數循環
tOUT‧‧‧輸出時間間隔
DGT1、DGT2、DGT3‧‧‧主要溫度之數位值
LAT1、LAT2‧‧‧主要溫度值
CNTR1‧‧‧參考計數值
tSI‧‧‧感測循環
CNT1~CNTk、CNT11、CNT12、CNTK1、CNTk2‧‧‧輔助溫度計數值
MT_P‧‧‧先前主要溫度值
MT_C‧‧‧當前主要溫度值
CNT1_C、CNT2_C、CNT3_C‧‧‧當前輔助溫度計數值
TH_R1、TH_R2、TH_R3、TH_Ri‧‧‧溫度上升臨界值
TH_F1、TH_F2、TH_Fi‧‧‧溫度下降臨界值
INT_R1‧‧‧第一溫度上升中斷信號
INT_R2‧‧‧第二溫度上升中斷信號
INT_F1‧‧‧第一溫度下降中斷信號
INT_F2‧‧‧第二溫度下降中斷信號
INT_R‧‧‧溫度上升中斷信號
INT_F‧‧‧溫度下降中斷信號
L1、L2‧‧‧功率準位
t1~t13‧‧‧時間
VPTAT‧‧‧電壓信號
IPTAT‧‧‧電流信號
M1、M2、MP1~MP3、MN1~MN3、MG‧‧‧電晶體
AMP‧‧‧回饋放大器
R‧‧‧電阻
B1、B2‧‧‧雙極電晶體
VDD‧‧‧電源電壓
VSS‧‧‧接地電壓
dVBE‧‧‧電壓
I1、I2‧‧‧電流
IN‧‧‧輸入信號
OUT‧‧‧輸出信號
VDDi‧‧‧輸出電壓
VCTRi‧‧‧控制信號
PGi‧‧‧閘極電壓信號
RCK、RCLK、SRP‧‧‧參考時脈信號
CCTRi‧‧‧時脈控制信號
CLKi‧‧‧時脈信號
CNTR、CNTR1~CNTR2‧‧‧參考計數值
圖1繪示根據例示性實施例之管理SOC中溫度的方法之流程圖。
圖2繪示根據例示性實施例之在SOC中的溫度管理電路的佈局之示意圖。
圖3繪示根據例示性實施例之管理SOC中溫度的方法之流程圖。
圖4繪示根據例示性實施例之SOC的方塊圖。
圖5繪示根據例示性實施例之溫度管理電路中的溫度管理單元之方塊圖。
圖6繪示圖5的溫度管理單元中的溫度取樣器之一項例示性實施例的方塊圖。
圖7繪示根據例示性實施例之溫度管理單元的操作之時序圖。
圖8繪示圖5的溫度管理單元中的暫存器單元之一項例示性實施例的方塊圖。
圖9繪示圖5的溫度管理單元中的中斷信號產生器之一項例示性實施例的圖。
圖10繪示根據例示性實施例之管理在SOC中溫度的方法之流程圖。
圖11及圖12為用於描述遲滯方案的溫度管理之示意圖。
圖13繪示根據例示性實施例的溫度管理電路中之主要感測器之示意圖。
圖14繪示圖13的主要感測器中的溫度偵測器之一項例示性實施例的電路圖。
圖15繪示根據例示性實施例的溫度管理電路中的輔助感測器之示意圖。
圖16及圖17繪示圖15的輔助感測器中的反相器的例示性實施例之示意圖。
圖18、圖19及圖20繪示用於控制SOC操作的例示性實施例之示意圖。
圖21繪示圖5的溫度管理單元中的溫度取樣器之一項例示性實施例的方塊圖。
圖22繪示根據例示性實施例之溫度管理單元的操作之時序圖。
圖23繪示根據例示性實施例之管理SOC中溫度的方法之流程圖。
圖24繪示根據例示性實施例之在SOC中的溫度管理電路的佈局之示意圖。
圖25繪示圖24的溫度管理單元中的溫度取樣器之一 項例示性實施例的方塊圖。
圖26繪示根據例示性實施例之溫度管理單元的操作之時序圖。
圖27繪示根據例示性實施例之管理SOC中溫度的方法之流程圖。
圖28繪示根據例示性實施在SOC中的溫度管理電路的佈局之示意圖。
圖29繪示圖28的溫度管理電路中的熱橋之示意圖。
圖30繪示根據例示性實施例之包括SOC的計算系統之方塊圖。
圖31繪示可應用於圖30的計算系統中的介面之方塊圖。

Claims (12)

  1. 一種管理系統晶片(SOC)中的溫度之方法，其包括：使用主要感測器來產生主要溫度信號，該主要溫度信號是具有對應於該SOC主要溫度的值之信號；使用多個輔助感測器來產生輔助溫度信號，該些輔助溫度信號是脈衝信號，該脈衝信號具有分別對應於該SOC中各輔助區塊的輔助溫度之各頻率；基於該主要溫度信號及該些輔助溫度信號來控制該SOC之操作；週期性地閂鎖該主要溫度信號以儲存先前主要溫度值及當前主要溫度值；以及週期性地對該些輔助溫度信號之脈衝進行計數以儲存當前輔助溫度計數值，其中控制該SOC之操作包含：僅基於至少一溫度臨界值、該先前主要溫度值及該當前主要溫度值來產生中斷信號；以及基於該中斷信號的產生以考量該當前輔助溫度計數值來控制該些輔助區塊各自的操作速度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該主要感測器及該些輔助感測器是晶片上感測器，該晶片上感測器整合在與整合該SOC相同之半導體基板上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中控制該SOC之操作包含：基於該主要溫度信號及該至少一溫度臨界值來偵測 該主要溫度之變化；以及基於該些輔助溫度信號及偵測到的該主要溫度之變化來控制該SOC的整體操作及各該輔助區塊的各自操作中之至少一者。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中控制該些輔助區塊之各自的操作速度包含：改變該些輔助區塊的電源電壓及操作頻率中之至少一者。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中控制該些輔助區塊之各自的操作速度包含：回應於該中斷信號而對該當前輔助溫度計數值進行比較；且基於該當前輔助溫度計數值之比較結果來控制該些輔助區塊之各自的操作速度。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中當該中斷信號指示該主要溫度增加時，減小對應於較高當前輔助溫度計數值之該輔助區塊的該操作速度；當該中斷信號指示該主要溫度降低時，增加對應於較低當前輔助溫度計數值之該輔助區塊的該操作速度。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中控制該些輔助區塊之各自的操作速度包含：回應於該中斷信號而計算該當前輔助溫度計數值之分佈值；以及基於該當前輔助溫度計數值的該分佈值來控制該些輔助區塊之各自的操作速度。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中產生該中斷信號包含：當該先前主要溫度值小於溫度上升臨界值且該當前主要溫度值大於該溫度上升臨界值時，啟動溫度上升中斷信號；及當該先前主要溫度值大於溫度下降臨界值且該當前主要溫度值小於該溫度下降臨界值時，啟動溫度下降中斷信號。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中該溫度下降臨界值小於該溫度上升臨界值。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中控制該SOC之操作包含：對該當前主要溫度值及最大溫度臨界值進行比較；以及當該當前主要溫度值大於該最大溫度臨界值時，阻斷提供給該SOC之外部電源電壓。
  11. 一種管理系統晶片(SOC)中的溫度之方法，其包括：使用主要感測器來產生主要溫度信號，該主要溫度信號是具有對應於該SOC的主要溫度值之信號；使用多個輔助感測器來產生輔助溫度信號，該些輔助溫度信號是脈衝信號，該脈衝信號具有分別對應於該SOC中各輔助區塊的輔助溫度之各頻率；基於該主要溫度信號及該些輔助溫度信號來控制該SOC之操作； 週期性地對參考時脈信號的週期進行計數，以儲存當前參考計數值，該參考時脈信號具有無關於溫度之參考頻率；基於該當前輔助溫度計數值、該當前參考計數值以及該參考頻率來計算當前輔助溫度頻率，該當前輔助溫度頻率中之每一者與該輔助溫度中之每一者成比例；以及基於該當前輔助溫度頻率來計算該些輔助區塊之當前輔助溫度值，其中控制該SOC之操作包含：僅基於至少一溫度臨界值、先前的主要溫度值及當前的主要溫度值來產生中斷信號；以及基於該中斷信號的產生以考量該當前輔助溫度計數值來控制該些輔助區塊各自的操作速度。
  12. 一種管理系統晶片(SOC)中的溫度之方法，其包括：使用主要感測器來產生主要溫度信號，該主要溫度信號是具有對應於該SOC的主要溫度值之信號；使用多個輔助感測器來產生輔助溫度信號，該些輔助溫度信號是脈衝信號，該脈衝信號具有分別對應於該SOC中各輔助區塊的輔助溫度之各頻率；基於該主要溫度信號及該些輔助溫度信號來控制該SOC之操作；使用附加輔助感測器來產生參考脈衝信號，該參考脈衝信號具有對應於該主要溫度之頻率；週期性地對該參考脈衝信號的脈衝進行計數，以儲存 當前參考計數值；以及基於該當前輔助溫度計數值、當前的主要溫度值以及該當前參考計數值來計算該些輔助區塊之當前輔助溫度值，其中控制該SOC之操作包含：僅基於至少一溫度臨界值、先前的主要溫度值及當前的主要溫度值來產生中斷信號；以及基於該中斷信號的產生以考量該當前輔助溫度計數值來控制該些輔助區塊各自的操作速度。
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