高精度紧凑型片上温度传感器的制作方法
本文的实施例涉及处理器，并且更具体地涉及片上温度传感器的实现。
背景技术：
高端微处理器芯片的性能已经逐年增加，并且当考虑未来的芯片设计时，它们的性能将继续增加。一般来说，微处理器的性能提升可以与更高的时钟频率(即，更短的时钟周期)和更小型的制造技术相关联，其中更高的时钟频率允许在给定时间段内执行更多的指令，更小型的制造技术允许将更复杂的电路设计到芯片的给定区域(即，更高密度的电路)，从而允许更多的功能。但是，处理器频率和电路密度的这些增加可能包括功耗的增加并且因此可能增加芯片温度和芯片内部的温度变化。
在具有跨芯片温度变化的高温下工作的微处理器可能经历各种问题，诸如例如，性能降级、泄漏功率增加、可靠性降低、功能故障等。因此，可能需要在微处理器芯片设计期间正确地处理热学考虑。获得温度信息的一种方法可以是将热二极管放置在芯片上的多个位置处。但是，这种方法可能需要许多专用于操作二极管的外部引脚，并且还可能需要外部配套芯片来读取由每一个热二极管生成的温度信息。
技术实现要素：
公开了用于温度感测装置的系统和方法的各种实施例。该装置可以包括电压发生器和电路系统。电压发生器可以被配置成取决于工作温度生成第一电压电平和第二电压电平。响应于工作温度的给定改变，第一电压电平和第二电压电平可以分别改变第一量和第二量，其中第二量可以与第一量不同。电压发生器可以被配置成生成第三电压电平，其中响应于工作温度的给定改变，第三电压电平可以改变第三量，并且其中第三量小于第一量和第二量。电路系统可以被配置成测量第一电压电平、第二电压电平和第三电压电平，并且可以被配置成取决于第一电压电平与第二电压电平之间的差和第三电压电平的比率来计算工作温度。
在另一种实施例中，为了测量第一电压电平、第二电压电平和第三电压电平，电路系统可以被配置成测量电容器分别充电到第一电压电平、第二电压电平和第三电压电平中的每一个的时间。在另一种实施例中，为了测量第一电压电平、第二电压电平和第三电压电平，电路系统还可以被配置成一次一个地选择第一电压电平、第二电压电平和第三电压电平中的每一个并且测量所选择的电压电平。
在一种实施例中，电压发生器还可以被配置成随着工作温度的对应改变线性地改变第一电压电平。电压发生器还可以被配置成随着工作温度的对应改变线性地改变第二电压电平。
在另一种实施例中，电路系统还可以被配置成在单一温度下校准电压发生器。电路系统还可以被配置成响应于校准电压发生器来确定校准值。
在还有的实施例中，第一量和第二量可以响应于制造工艺中的变化而改变，并且电路系统还可以被配置成通过使用校准值来对第一量和第二量的改变进行补偿。在另一种实施例中，电路系统还可以被配置成将计算出的工作温度发送到功率管理单元。
附图说明
以下详细描述参考现在将简要描述的附图。
图1是图示微处理器的实施例的框图。
图2a是图示在微处理器的实施例中温度、工作频率和工作电压之间的可能关系的图表。
图2b是图示在温度感测单元的实施例中温度和各种电压电平之间的可能关系的图表。
图3是图示温度感测单元的实施例的框图。
图4是图示温度感测单元的另一种实施例的框图。
图5图示描绘用于操作温度感测单元的方法的实施例的流程图。
虽然本公开容易有各种修改和替代形式，但是其具体实施例在附图中以示例的方式示出并且将在本文中详细描述。但是应当理解的是，附图以及对附图的详细描述不旨在将本公开限制为图示的特定形式，相反，其旨在涵盖属于由所附权利要求限定的本公开的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。本文所使用的标题仅用于组织的目的，并且不意味着用于限制本描述的范围。如贯穿本申请所使用的，词语“可以”用于许可的意义(即，意味着有可能)，而不是强制的意义(即，意味着必须)上使用。类似地，词语“包括”意味着包括，而不是限于。
各种单元、电路或其它部件可以被描述为“被配置成”执行一个或多个任务。在这样的上下文中，“被配置成”是通常意味着“具有”在工作期间执行一个或多个任务的“电路”的结构的广义阐述。因此，即使在单元/电路/部件当前未开启时，单元/电路/部件也可以被配置成执行任务。通常，形成对应于“被配置成”的结构的电路系统可以包括硬件电路。类似地，为了描述的方便，各种单元/电路/部件可以被描述为执行一个或多个任务。这样的描述应当被解释为包括短语“被配置成”。阐述被配置成执行一个或多个任务的单元/电路/部件明确地不旨在对那个单元/电路/部件援引35u.s.c.§112，段(f)的解释。更一般而言，任何元件的阐述都明确地旨在不对那个元件援引35u.s.c.§112，段(f)的解释，除非具体阐述了语言“用于...的装置”或“用于...的步骤”。
具体实施方式
介绍
一般而言，微处理器(也称为“处理器”、“微处理单元”或“mpu”)可以包括一个或多个处理器核。处理器核(或简单地，“核”)可以指的是能够独立于微处理器内的其它处理器核执行程序指令和处理数据，使得若干核可以并发地执行指令的微处理器的单元。处理核的性能可以受到众多因素的影响，所述因素包括微处理器时钟速度、微处理器中的核的数量以及存储器访问的速度。
可能影响性能的另一个因素是微处理器芯片本身的温度。在较高时钟频率和/或较高电源电压下工作时，微处理器芯片的温度会增加，尤其是在可以在现代芯片中使用的高密度设计中。芯片的温度(本文也称为结温)可能增加超过围绕封装芯片的环境温度。在一些实施例中，可以使用外部部件(诸如，散热器和风扇)来提高封装的微处理器的散热，从而更快地冷却芯片并允许微处理器以更高的性能水平运行更长的时间。即使有这些外部部件，微处理器在给定时间量内仍然可能产生比可消散的热量更多的热量。
在其中可以包括两个、四个或甚至32个或更多个处理器核的多核微处理器中，各个核可以在不同的性能水平下工作，这可以导致微处理器芯片上的温度变化。在一些情况下，核的一部分可以在更高的性能水平下工作，并且因此比核的剩余部分产生更多的热量。芯片上的这些温度变化可能引起各种问题，诸如例如，性能降级、泄漏功率增加、可靠性降低、功能故障等。为了解决温度变化，可能需要在整个微处理器芯片的若干位置处进行温度感测，以便调整性能水平以对高工作温度进行补偿。为了最小化管芯尺寸增加和芯片管脚数增加，可能期望具有紧凑设计且不需要外部管脚的温度感测电路。此外，这种温度感测电路的精度可能需要这样一种精度水平：其足以在无需不必要地限制微处理器的性能能力的情况下在发生故障之前做出这样的调整。
本文公开的实施例可以在需要较少的外部管脚的情况下在紧凑电路设计中提供精确的片上温度感测。这些实施例可以测量结温并且将测量的温度转换为数字控制信号，该数字控制信号可以被发送到一个或多个片上功率管理单元以调整在微处理器中工作的核的频率和/或电压。一些实施例可以包括校准能力以对工艺和电源变化进行补偿，这可以在微处理器工作期间产生更准确的温度感测。
多核处理器概述
在各种实施例中，多核处理器可以包括处理核的数个实例以及其它特征。图1中绘出16-核处理器的一个示例。在图示的实施例中，处理器100可以包括被表示为核101a-p并且还被指定为“核0”至“核15”的核的十六个实例。核101a-p可以每一个包括本地l1高速缓存102a-p。核101a-p可以通过交叉开关110耦合到l2高速缓存120a和120b。此外，核101a-p可以通过l2高速缓存120a-b耦合到存储器接口130。存储器接口130可以进一步耦合到l3高速缓存140以及系统存储器150。应当注意的是，在各种实施例中，图1的组织可以表示逻辑组织而不是物理组织，并且还可以采用其它部件。例如，在一些实施例中，核101a-p和l2高速缓存120a-b可以不是直接地连接到交叉开关410，而是可以替代地通过中间逻辑与交叉开关接口连接。l3高速缓存140和系统存储器可以驻留在处理器100的外部。
核101a-p可以被配置成根据特定指令集体系架构(isa)执行指令和处理数据。在一种实施例中，核101a-p可以被配置成实现
l1高速缓存102a-p可以驻留在核101a-p内或者可以驻留在核101a-p和交叉开关110之间。l1高速缓存102a-p可以被配置成高速缓存用于由其各自的核101a-p使用的指令和数据。在一些实施例中，可以使用集合关联或直接映射技术来实现每一个单独的高速缓存102a-p。例如，在一种实施例中，l1高速缓存102a-p可以是13千字节(kb)高速缓存，其中每一个l1高速缓存102a-p是与13-字节线大小相关联的2-路集合，但是其它高速缓存大小和几何形状也是可能的和预期的。
交叉开关110可以被配置成管理核101a-p和共享l2高速缓存120a-b之间的数据流。在一种实施例中，交叉开关110可以包括逻辑(诸如，多路复用器或交换结构)，该逻辑允许任何核101a-p访问l2高速缓存120a-b的任何存储体并且反向地允许数据从l2高速缓存120a-b的任何存储体返回到任何核101a-p。交叉开关110可以被配置成并发地处理从核101a-p到l2高速缓存120a-b的数据请求以及处理从l2高速缓存120a-b到核101a-p的数据响应。在一些实施例中，交叉开关110可以包括用于对数据请求和/或响应进行排队的逻辑，使得请求和响应在等待服务时不会阻塞其它活动。应当注意的是，在各种实施例中，可以使用任何合适类型的互连网络来实现交叉开关110，在一些实施例中，所述互连网络可以对应于物理交叉开关互连。
l2高速缓存120a-b可以被配置成高速缓存用于由核101a-p使用的指令和数据。l2高速缓存120a可以耦合到核101a-h，并且l2高速缓存120b可以类似地耦合到核101i-p。随着核101的数量增加，l2高速缓存120的大小和/或数量也可以增加，以便容纳附加的核101。例如，在包括16个核的实施例中，l2高速缓存120可以被配置为2个高速缓存，每一个高速缓存3mb，每一个高速缓存包括8个单独的384kb的高速缓存存储体，其中每一个存储体可以是与256个集合和13-字节线大小相关联的24-路集合，但是也可以采用任何其它合适的高速缓存大小或几何形状。
存储器接口130可以被配置成响应于例如l2填充请求和数据驱逐来管理在l2高速缓存120a-b或外部系统存储器之间的数据的传送。在一些实施例中，可以实现存储器接口130的若干实例，其中每一个实例被配置成控制外部系统存储器的相应存储体。存储器接口130可以被配置成与任何合适类型的存储器(诸如例如，全缓冲双列直插存储器模块(fb-dimm)、双数据速率或双数据速率2同步动态随机存取存储器(ddr/ddr2sdram)或
核101a-p可以被组织成组，每一个组的核物理上位于一处以共享资源，诸如本地分布的电源信号和时钟信号。在图示的实施例中，核101a-p可以被分段成四个组，使得核的每一个组可以大致占据微处理器芯片的一个象限。每一个象限可以包括一个或多个温度感测单元140a-d。温度感测单元104a-d可以监测相应象限中的结温。监测可以是连续的、周期性的、或者响应于由核101a-p中的给定核所断言的控制信号。将在下面提供温度感测单元的实施例的细节。
除了温度感测单元140a-d之外，功率管理单元(pmu)150a-d中的给定一个可以位于每一个象限中。功率控制电路150a-d可以控制每一个象限内的电源信号和时钟信号的局部分布。功率控制电路150a-d可以控制去往相应象限中核101的一个或多个电源信号的电压电平以及一个或多个时钟信号的频率。可以通过使用电压调节电路或通过经由开关或多路复用器从若干电源信号中选择电源信号来调整电压电平。类似地，可以通过使用本地时钟分频器电路或通过经由开关或多路复用器从若干时钟信号中选择时钟信号来调整时钟信号频率。在一些实施例中，功率控制电路可以从处理器100中的其它部件(诸如，从核101a-p中的一个或从对应的温度感测单元140a-d)接收命令以调整电压电平或时钟频率。在其它实施例中，功率控制电路150a-d可以从对应的温度感测单元140a-d接收温度值，并且确定是否需要调整。
应当注意的是，图1仅仅是多核处理器的示例。在其它实施例中，处理器100可以包括网络和/或外围接口。物理结构可以不由图1表示，因为许多其它物理布置也是可能的并且是预期的。
转到图2，图2图示两个图表。图2a示出的图表图示在微处理器(诸如例如，图1中的处理器100)的实施例中的结温、电源电压和工作频率之间的可能关系。波形201示出电源电压和工作频率的各种组合随时间的示例结温曲线。波形202示出可以被处理器100利用的随时间的工作频率曲线。波形203可以对应于处理器100中的电源的电压电平随时间的曲线。
在时间t0，结温201例如在包括处理器100的系统的电源接通之后可能处于低点。工作频率202可以被设置在高频率用于最大性能，并且电源电压203也可以被设置为高电平以支持高频率。从时间t0到时间t1，结温201可以响应于高频率和高电压电平而上升。在时间t1，结温201可以达到第一阈值水平，其可以对应于最大安全工作温度。响应于达到第一阈值水平，可以降低工作频率202和电压电平203以降低功耗。
随着功耗的降低，可以产生更少的热量，并且包括处理器100的封装器件可以能够消散比所生成的热量更多的热量，这可以导致结温201在时间t1和t2之间下降。在时间t2，结温201可以达到第二阈值水平，第二阈值水平可以对应于远远低于最大安全工作温度的温度，以允许返回到更高的性能设置。可以使用数个标准的任何组合来确定第二阈值温度的设置。响应于达到第二阈值水平，电压电平203可以被升高回到t0的先前水平，同时工作频率202可以被升高，但是可以被设置为低于在时间t0时设置的频率。在时间t2之后，结温201可以开始再次上升，可能以比在时间t0和t1之间更低的速率上升。
图2a的图表突出显示对于将微处理器保持在安全工作范围内来说如何监测微处理器的结温可能是有用的。应当注意的是，图2a的波形仅仅是示例并且被简化以说明所公开的概念。实际波形可能由于各种影响(诸如，工作条件、所使用的制造技术和制造期间的工艺变化)而变化。例如，在一些实施例中，结温201可以在时间t2之后以较慢的速率继续下降，而不是上升。
转移到图2b，其是图示温度感测单元(诸如例如，温度感测单元140a-d中的一个)的实施例中的温度和各种电压电平之间的关系的另一个图表。在该图表中图示四个波形。温度210可以对应于芯片的结温。vref211可以对应于芯片上的参考电压电平。第一温度敏感电路的电压电平可以对应于vbe1212。第二温度敏感电路的电压电平可以对应于vbe15213。
在图2b的示例中，示出相对于温度210的改变vref211是不变的。换句话说，对于芯片的结温的改变，vref211可以是恒定的。在一些实施例中，对于耦合到芯片的电源的电压电平的改变，vref211也可以是恒定的(尽管为了这样电源可能需要高于最小电压)。在其它实施例中，vref211可以与电源的电压电平的改变成比例地改变。可以使用任何合适的电路设计来生成vref211，诸如带隙电压基准或电压调节器的输出。
与vref211相比，vbe1212被示为相对于温度210的改变成反比地改变。当温度210上升时，vbe1212下降，并且当温度210下降时，vbe1212上升。响应于温度210的相应上升和下降，vbe15213可以类似地下降和上升。但是，与vbe1212相比，vbe15213可以具有不同的改变率，即，温度斜率。换句话说，响应于上升的温度210，vbe15213可以比vbe1212更慢地下降，以及响应于温度210下降，vbe15213可以比vbe1212更慢地上升。在一些实施例中，相对于温度的改变，vbe1212和vbe15213可以不是线性地改变，但是相对于温度改变，vbe1212和vbe15213之间的增量可以保持线性。在一些实施例中，vbe15213和vbe1212两者可以都对耦合到芯片的电源的电压电平的改变敏感。因此，可以假定在给定工作电压电平下出现图2b中的波形。在这样的实施例中，vbe15213和vbe1212两者都可以与电压电平的改变成比例地缩放。
可以利用任何合适的电路设计用类似的电路来实现用于生成vbe15213和vbe1212的电压源。例如，在一些实施例中，电压源设计可以包括用相应的双极结点晶体管(bjt)创建的二极管。为了为每一个二极管创建不同的温度斜率，用于生成vbe1212的二极管可以被设计成具有是用于生成vbe15213的二极管的已知倍数的电流密度。例如，vbe1212二极管可以具有比vbe15213二极管的电流密度大15倍的电流密度。
图2b的图表图示出的是通过理解所包括的电压电平的关系可以启用用于测量微处理器的结温的方法。应当注意的是，图2b的波形是用于说明所公开的概念的简化示例。例如，虽然vref211被示为低于vbe15213和vbe1212两者，但是在一些实施例中，在某些温度下，vref211可以高于vbe1212或vbe15213。如图2a，实际波形可能由于各种影响(诸如，工作条件、所使用的制造技术和制造期间的工艺变化)而变化。
现在转到图3，图3呈现了图示温度感测单元的实施例的框图。温度感测单元300可以对应于温度感测单元140a-d的一个实例。温度感测单元300可以包括三个电压发生器304：vref301、vbe1302和vbe15303，它们都耦合到模拟多路复用单元(模拟mux)315的输入。温度感测单元300还可以包括耦合到模拟mux315的控制单元310、电流源313、计数器320、算术逻辑单元(alu)330和晶体管q319。比较器317也可以被包括在温度感测单元300中，耦合到模拟mux315的输出和电容器318。时钟源340可以耦合到计数器320。
vref301可以是提供对应于图2b中的vref211的波形的输出的电压发生器。vref301可以是带隙电压基准或任何其它合适的电路，并且可以具有比vbe1302或vbe15303更小的温度斜率(每摄氏度的温度改变的电压电平改变量)。在一些实施例中，响应于温度改变，vref301可以具有很少的电压电平改变甚至没有电压电平改变。由于其在温度上的稳定性，vref301可以在温度感测单元300中用作vbe1302和vbe15303的参考点。
vbe1302和vbe15303可以是提供对应于图2b中的vbe1212和vbe15213的输出的一对电压发生器。vbe1212和vbe15213可以是具有可预测的温度斜率的任何合适的电压生成电路。vbe1212可以被设计成具有比vbe15213更高的温度斜率。例如，vbe1212和vbe15213两者都可以包括被设计成使得vbe1212的电流密度比vbe15213的电流密度高15倍的温度敏感二极管。在其它实施例中，可以使用15之外的其它因子。
vref301、vbe1302和vbe15303的输出可以全部耦合到模拟mux315的输入。控制单元310可以耦合到模拟mux315的选择输入，并且可以控制模拟mux315以选择三个电压发生器304中的给定一个。模拟mux315的输出可以耦合到比较器317的一个输入。比较器317可以输出具有值的数字信号，该值取决于两个模拟输入信号中哪一个具有更高电压电平。
控制单元310还可以耦合到电流源313以启用或禁用电流源313的输出。电流源313可以在启用时输出恒定电流，而不管输出上存在的电压电平。电流源313的输出可以耦合到c318、q319，以及耦合到比较器317的第二输入。当被控制单元310启用时，电流源313可以对c318充电，而q319被关断。电流源313的恒定电流输出可以引起可重复的电压斜坡在比较器317的第二输入上上升。当比较器317的第二输入上的电压电平等于或大于比较器317的另一个输入上的来自所选择的电压发生器304的电压电平时，比较器317的输出可以转变。比较器317的输出可以耦合到计数器320的输入，使得这种转变禁止计数器320的进一步递增。
在电压斜坡的电压电平已经达到所选择的电压发生器的电压电平之后，控制单元310可以关断电流源313并接通q319。关断电流源313和接通q319可以允许q319将c318上的电压电平放电到大约零伏，即，放电c18。
控制单元310还可以启用、禁用和复位计数器320。例如，当电流源313被禁用时，控制310可以复位计数器320，并且然后在电流源313被接通时，控制单元310在类似的时间启用计数器320。当被启用时，计数器320可以响应于从时钟源340接收到的时钟信号的上升或下降转变而递增计数值。通过在大致相同时间启用电流源313和计数器320两者，计数器320可以在c318上的电压斜坡小于所选择的电压发生器304时递增，并且然后响应于当电压斜坡达到所选择的电压发生器304时的比较器317的转变而停止递增。计数器320的值可以对应于电压斜坡的电平达到所选择的电压发生器304的电压电平的时间。假定电压斜坡维持一致的转换速率并且时钟源340保持一致，那么可以为vref301、vbe1302和vbe15303中的每一个确定对应于三个电压发生器304中的每一个的相对电压电平的计数值。计数器320可以将每一个计数值发送到alu330，该alu330可以响应于来自控制单元310的信号计算对应于在电压发生器304的位置处的温度的温度值。alu330可以利用用于三个电压发生器304中的每一个的计数值来确定温度值。
为了确定温度值，alu330可以被设计成计算用于表示三个电压发生器304的电压电平和电压发生器304的温度之间的关系的等式的结果。为了确定该等式，第一步骤可能需要为电压发生器304中的每一个确定等式。电压发生器304可以被设计成使得用于每一个输出的电压电平的等式可以被表示为用于二极管的电压电平的等式。在等式1中给出用于确定取决于电压和温度的二极管的电流的等式。
io是二极管的反向偏置电流，并且q/η是电荷密度的量度，k是玻尔兹曼常数，并且temp是以开尔文为单位的温度。vbe是跨二极管的电压，并且可以对应于电压发生器304的每一个输出的电压电平。应当注意的是，当vbe≥200mv时，等式1可以是有效的。在一些实施例中，可以在具有不同电流密度的两个二极管上测量vbe。在一些实施例中，vbe1302和vbe15303可以被设计为使得vbe1302产生比vbe15303的电流大近似十五倍的电流。在这样的实施例中，等式1可以用于生成等式2。
可以为等式3中的vbe15和等式4中的vbe1求解等式2。然后，可以通过从等式4的两侧减去vbe15来将等式3和4组合在等式5中。
为了计算温度temp，如上所述测量vbe1302和vbe15303的电压电平以及vref301的电压电平。在等式6、7和8中提供了vbe1302、vbe15303和vref301相对于c318的电容值和时间t的等式。每一个时间t可以对应于将c318充电到每一个电压发生器304的相应电压电平的时间。
可以通过从等式6中减去等式7来将等式6和7组合以创建等式9。可以将等式5代入项(vbe1-vbe15)以产生等式10。
为了从等式10中去除对电容值c的依赖性，可以对等式8求解c并将c代入到等式11中。然后可以对等式11求解temp以产生等式12。
在等式12中，时间t可以被n代替，其中n可以对应于来自计数器320的相应计数值。由于n项出现在分子和分母中，因此n的单位消除，这指示只要时钟340对于用于测量电压发生器304的三个输出的三个计数值是一致的，那么绝对时间就与确定温度不相关。因此，可以使用常数值qvref/kηln15(其可以进行每部分校准)乘以(n1-n15)/nref来确定温度。在等式12中，temp仍然是开尔文度。
在单次校准过程期间，可以在已知温度tc(tc现在是摄氏度)处使用等式13(从等式12导出)来计算常数，并且从计数器320生成用于三个电压发生器304的在tc处的校准计数值(nrefc、n1c和n15c)。
现在可以通过等式14来确定温度值(t现在是摄氏度)。
使用等式14，可以独立于电压发生器304或电容器c318的过程变化来计算结温测量值。可以通过单次校准过程期间的温度测量的精度以及在为给定温度测量生成三个计数值时的时钟340的稳定性来确定结温测量值的精度。换句话说，单次校准过程可以对制造期间的任何工艺变化进行补偿。此外，由于常数取决于vref，因此单次校准过程也可以帮助对电源电压改变引起的改变进行补偿。
应当注意的是，图3仅仅是温度感测单元的示例。在其它实施例中，温度感测单元300可以包括其它部件或者部件可以不同地耦合。物理结构可以不由图3表示，因为许多其它物理布置也是可能的并且是预期的。
现在转到图4，图4图示温度感测单元的另一种实施例。温度感测单元400可以是图1中的温度感测单元140a-d的另一种实施例的替代实施例。在处理器100的一些实施例中，温度感测单元140a-d可以对应于温度感测单元300和温度感测单元400的组合。温度感测单元400的部件可以对应于温度感测单元300的类似部件，并且因此除了如下所述的之外，它们关于图3的描述也可以应用于图4的实施例。
与温度感测单元300相比，温度感测单元400可以不包括模拟多路复用单元(诸如，模拟mux315)，而是可以包括两个附加的比较器，每一个比较器耦合到相应的附加计数器。vref401、vbe1402和vbe15403的输出可以分别耦合到比较器417a、417b和417c的输入。比较器417a-c的输出可以分别耦合到计数器420a-c，使得当c418上的电压斜坡的电压电平上升到高于电压发生器404的相应输出的电压电平时，相应的计数器420a-c可以停止递增其计数值。每一个计数器420a-c可以将其相应的计数值发送到alu430以在结温计算中使用。如对于图3中的alu330所描述的那样，alu430可以确定结温。
通过为每一个电压发生器404包括相应的比较器417和相应的计数器420，温度感测单元400可以能够并行地测量每一个电压发生器404的电压电平。与串行测量每一个电压电平相比，并行测量每一个电压电平可以减少用于确定结温的时间。如本文所使用的，“并行”不旨在暗示精确的重叠，而是指示每一个测量的至少一部分可以在其它测量的至少一部分活动时发生。但是，与温度感测单元300的管芯尺寸相比，添加两个比较器和两个计数器可以增加温度感测单元400的管芯尺寸。
应当注意的是，图4仅仅是温度感测单元的另一个示例。在其它实施例中，温度感测单元400的部件可以不同地耦合，并且可以包括或排除其它部件。物理结构可以不由图4表示，因为许多其它物理布置也是可能的和预期的。
检测温度的方法
现在转到图5，其图示用于操作温度感测单元以确定结温以及用于调整处理器的性能的方法。图5的方法可以适用于温度感测单元(诸如，图3的温度感测单元300或图4的温度感测单元400)并且可以适用于处理器(诸如，图1中的处理器100)。一同参考处理器100、温度感测单元300和图5的流程图，方法可以在方框501中开始。
可以生成第一电压电平、第二电压电平和第三电压电平(方框502)。第一电压电平可以对应于vref301的输出，并且可以具有第一温度斜率，即，每摄氏度温度改变的电压电平改变量。第二电压电平可以对应于vbe1302的输出并且可以具有第二温度斜率，而第三电压电平可以对应于vbe15303的输出并且可以具有第三温度斜率。第二温度斜率可以是最高的，接着是第三温度斜率，并且然后第一温度斜率可以是最低的。在一些实施例中，第一温度斜率可以近似为零，即，响应于结温的改变，电压电平不会显著改变。
可以测量第一电压电平、第二电压电平和第三电压电平(方框503)。可以如关于图3所描述的那样执行第一电压电平、第二电压电平和第三电压电平的测量。即，可以一次一个地选择每一个电压电平，并且可以测量电压斜坡上升到高于所选择的电压电平的时间作为计数器(诸如，计数器320)的计数值。可替代地，可以如关于图4所描述的那样测量三个电压电平。换句话说，每一个电压电平可以具有用于并行测量三个电压电平的对应的比较器和计数器。独立于所使用的测量方法，每一个计数值可以被发送到算术逻辑单元(诸如，alu330)以在温度计算中使用。
可以取决于由算术逻辑单元接收到的三个计数值来计算结温(方框504)。算术逻辑单元(诸如，例如alu330)可以被设计成使用在方框503中接收到的三个计数值来计算结温或在一些实施例中估计结温。alu330可以使用诸如上述等式14的等式。在一些实施例中，等式可以包括可以是设备相关的常数。换句话说，在制造工艺期间的部件到部件的变化会导致每一个部件(即，每一个处理器100)的这个常数不同。因此，可以在工厂测试期间对每一个部分执行单次校准，并且与常数值相关联的值可以存储在或者每一个处理器100内的非易失性存储器中(例如，在熔丝模块中，如果可用的话)或者存储在包括处理器100的系统内可用的以非易失存储器的适当形式位于处理器100外部的非易失性存储器中。计算出的结温可以被发送到对应的功率管理单元(诸如，pmu150a-d中的一个)。
该方法可以取决于结温的值(方框505)。pmu150a-d中的一个可以将结温测量值与阈值进行比较。处理器100可以被设计成在给定的最大结温或低于该给定最大结温下工作。如果结温达到最大值，那么处理器100可能不能可靠地执行，并且在一些实施例中，可能处于被物理损坏的危险中。为了帮助防止这种情况，可以建立低于最大结温值的阈值来提供安全余量，使得如果结温达到阈值，那么pmu150a-d可以改变可以降低结温的处理器100的工作参数。
在一些实施例中，可以包括第二阈值。可以将第二阈值建立为远低于最大结温值。如果结温达到第二阈值，那么处理器100可以在足够低的温度下工作，使得可以反转先前对工作参数做出的降低结温的任何改变，这可以提高处理器100的性能水平。如果结温测量值超过阈值，那么该方法可以移动到方框506以调整工作参数。否则，该方法可以在方框507中结束。
如果结温测量值超过阈值，那么可以调整处理器100的工作参数(方框506)。为了降低结温，处理器100的功耗可能需要被降低到这样一种水平：处理器100的封装的功率耗散能力大于在处理器100内被转换为热量的功率。由于功率取决于电压和频率两者，因此为了降低功耗，可以降低其中之一或两者。在一些实施例中，每一个pmu150a-d可以包括与相应的工作频率设置配对的多个电源电压设置。
每一个pmu150a-d可以开始于可以最大化处理器100中的对应核101的性能的第一电压-频率设置。随后的电压-频率设置可以产生比先前设置更低的功耗，使得每次给定pmu150a-d确定测量的结温已升高到阈值以上时，选择下一个电压-频率设置。这可以继续直到结温测量值下降到阈值以下，在该点，给定pmu150a-d可以通过选择先前的电压-频率设置来增加性能。在一些实施例中，可能需要测量的结温在切换回到先前的电压-频率设置之前保持低于阈值预定量的时间。在其它实施例中，可以使用低于原始阈值的第二阈值，而不是使用预定量的时间。在这样的实施例中，在给定pmu150a-d可以选择先前的电压-频率设置以提高性能之前，结温测量值可能需要低于第二阈值。在诸如处理器100的实施例中，每一个pmu150a-d可以控制用于核101的对应组的电源电压和工作频率设置。如果每一个温度感测单元140a-d测量与核101的每一个组相关联的结温，那么可以针对核101的每一个组独立地控制和监测功耗和结温。该方法可以在方框507中结束。
图5的方法仅仅是示例。虽然图5中的方法中图示的操作被描绘为以顺序方式执行，但是在其它实施例中，操作中的一些或全部可以并行地执行或者以不同的顺序执行。
一旦完全理解了以上公开，许多变化和修改对于本领域技术人员将变得显而易见。旨在将所附权利要求解释为包括所有这样的变化和修改。
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