在扩展环境温度范围内允许最高性能操作的系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种在扩展环境温度范围内允许最高性能操作的系统及方法。提供了相关方法包括：当所述半导体装置处于复位状态的时候，检测外部复位信号的取消；监测所述半导体装置的温度水平；当所述温度水平低于允许所述半导体装置在最高性能水平操作的预定最低操作温度水平的时候，保持所述半导体装置处于所述复位状态；声明所述半导体装置上的至少一个操作参数处于升高的水平，以在所述半导体装置上产生热量；当所述温度水平至少是所述预定最低操作温度水平时，释放所述复位状态。操作参数可以是时钟频率或电源电压电平或两者的组合。不同升高的时钟频率和/或不同最低操作温度水平也被考虑在内。此外，也考虑了在加热过程中关闭外部冷却系统。
【专利说明】在扩展环境温度范围内允许最高性能操作的系统及方法
【技术领域】
[0001]本公开通常涉及在环境温度范围内的系统操作约束，更具体地说，涉及用于在扩展环境温度范围内，包括在极低的环境温度下允许最高性能操作的系统及方法。
[0002]相关技术描述
[0003]半导体装置的常规制造方法往往决定了不同版本的半导体装置根据不同操作规范被设计和制造。例如，设计商品级部件来满足商业标准，而设计军工级部件来满足更严格的军用标准以在恶劣的条件下或在苛刻的环境中允许操作。商品级部件，例如，被指定在只低至相对温和的温度水平，例如o°c处以最高性能水平操作，而军工级部件被指定在扩展的环境温度范围内，例如低至-40°C以最高性能水平操作。
[0004]制造多个版本的相同装置以满足不同规格的效率低而且成本高。而且，很多商业客户已经要求商品级器件符合更严格的标准以允许在苛刻的操作环境中操作，且同时在相同功率范围内，例如扩展的操作温度范围内操作。例如，商用无线网络的基站经常暴露在极端天气条件下。商用飞机在高海拔地区持续暴露在寒冷温度下。而功率范围是处于最高温度(例如，85°C)的最高频率的函数，客户往往期望甚至在当暴露在低于正常环境温度范围以下的温度的时候，部件也在最高频率和/或最高性能水平操作。这些条件使得获得满足操作角两端的足够硅产量具有挑战性。
[0005]外部组件，例如外部加热器或加热垫等等，往往被提供以将电子商业装置加热到预定最低操作水平，以便系统可以以最高性能操作。这样的外部装置是昂贵的，并且在某些情况下，增加了附加的安全性问题。例如，用于加热客机上的电子产品的加热器或加热垫造成了附加的火灾风险。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]本发明通过举例的方式说明并没有被附图所限制，在附图中类似的参考符号表示相同的元素。附图中的元素说明是了简便以及清晰，不一定按比例绘制。
[0007]图1根据一个实施例示出了包含了用于在扩展环境温度范围内允许最高性能操作的冷启动系统以及方法的半导体装置的简化方框图，其中使用时钟频率加热半导体装置；
[0008]图2根据一个实施例示出了说明了图1的半导体装置的序列逻辑块的操作的流程图；
[0009]图3根据一个实施例示出了包含了用于在扩展环境温度范围内允许最高性能操作的冷启动系统以及方法的半导体装置的简化方框图，其中使用升高的电源电压加热半导体装置；
[0010]图4根据一个实施例示出了说明了图3的半导体装置的序列逻辑块的操作的流程图；
[0011]图5根据一个实施例示出了包含了用于在扩展环境温度范围内允许最高性能操作的冷启动系统以及方法的半导体装置的简化方框图，其中使用升高的频率和/或升高的电源电压的选定组合加热半导体装置；
[0012]图6根据一个实施例示出了说明了图5的半导体装置的序列逻辑块的操作的流程图；
[0013]图7根据一个实施例示出了包含了用于在扩展环境温度范围内允许最高性能操作的冷启动系统以及方法的半导体装置的简化方框图，其中包括在加热过程中控制外部冷却系统的操作；
[0014]图8根据一个实施例示出了说明了图7的半导体装置的序列逻辑块的操作的流程图；
[0015]图9根据一个实施例示出了包含了用于在扩展环境温度范围内允许最高性能操作的冷启动系统以及方法的半导体装置的简化方框图，其中具有多个高频率块和相应的时钟信号。
【具体实施方式】
[0016]本发明人已经认识到最高引用频率往往受到环境和/或操作温度的约束。在某些情况下，取决于工艺技术，环境温度越低，就有越受约束的最高操作频率和相应的性能。因此，他已开发出一种系统和方法以提高由于冷启动造成的装置的操作温度，以因此合理地要求跨越扩展环境温度范围的最高性能。例如，他开发了一种系统和方法以提高冷启动造成的装置的操作温度以因此合理地要求跨越扩展环境温度范围的最高频率和/或性能。以这种方式，即使该装置的操作温度范围可能小于扩展温度范围，也可以在扩展环境温度范围内要求最高频率和/或性能。
[0017]图1根据一个实施例示出了包含了用于在扩展环境温度范围内允许最高性能操作的冷启动系统以及方法的半导体装置100(例如集成电路(IC)或半导体芯片等等)的简化方框图。半导体装置100可以被实现为执行任何类型的功能，包括处理功能，例如，包括一个或多个处理器、微控制器和/或微处理器等等。半导体装置100可以是片上系统(SOC)的一部分或被合并到其中，或是嵌入处理系统等等的一部分。
[0018]半导体装置100包括多个输入/输出(I/O)接口，例如端口或引脚等等，以用于接收外部信号或电压等等。如图所示，半导体装置100包括从外部电压调节器102接收调节的电源电压VREG的VDD电源引脚。半导体装置100还包括用于接收外部复位信号RST的复位引脚等等，其中该RST作为外部复位(ER)信号被内部输送到内部序列(SEQ)逻辑104。当被否定或取消的时候，该RST信号可以被认为是外部激活信号。在如本发明进一步描述的，序列逻辑块被提供以执行上电复位(POR)功能。半导体装置100可包括对完整理解本发明不是必要的很多其它子系统和I/O接口，在此不描述这些子系统和I/O接口。
[0019]当RST信号被外部系统或装置(未示出)声明的时候，半导体装置100通常保持在复位状态。VREG可以首先被建立在在调节电平，随后RST被否定或以其它方式取消以给半导体装置100上电以进行操作。当RST被取消的时候，序列逻辑块104被配置为控制半导体装置100的上电，包括提升或启动各个组件以及启动时钟等等。然而，半导体装置100可以位于具有极端温度，例如0°C以下，甚至低至扩展温度范围的最低温度，例如负40度(-400C )的极端或恶劣环境中。在半导体装置100的冷启动期间，一个或多个部分可能低于操作温度范围，从而抑制立即启动。序列逻辑块104是半导体装置100的基础结构逻辑的一部分，所述基础结构逻辑通常包括模拟装置等等或低频率数字组件。以这种方式，序列逻辑块104能够在扩展温度范围内操作，而没有性能限制。在所示的实施例中，半导体装置100还包括至少一个高频率(HF)块106。一旦POR(例如，RST的否定)，序列逻辑块104向HF块106声明内部复位信号(IR)以将其保持在复位状态，直到条件适合于允许HF块106如本发明进一步描述的操作。HF块106表示半导体装置100中的一个或多个高频率功能块，例如任何一个或多个处理器核心、互连、存储器高速缓存等等。
[0020]HF块106可能能够在扩展温度范围的最低温度，例如在_40°C，以有限的性能操作，但可能无法在预定最高性能水平操作。HF块106的性能与其操作频率有关，频率越高，性能水平越高。HF块106还与用于实现其最高性能水平的最低操作温度相关联。在一个实施例中，例如，当其操作温度等于或高于0°C的最低操作温度的时候，HF块106可以在预定最高频率水平操作以实现最高性能。在典型的制造过程中，当处于扩展温度范围的最低温度的时候，很多半导体芯片无法正确地在最高性能操作。
[0021]半导体装置100还包括监测HF块106的温度水平的热监测器108。如图所示，一个或多个温度传感器110被分布在HF块106内，并耦合于热监测器108以用于测量和评估HF块106的温度状况。温度传感器110和热监测器108还能够在整个扩展温度范围内操作。在一个实施例中，热监测器108被配置为转换由温度传感器110提供的值(例如，读数或信号等等)并将这些值转换成一个或多个在预定误差范围内是准确的温度值。在一个实施例中，每个温度传感器值被转换成相应的TEMP值并且一个或多个温度值被产生并通过信号TEMP由热监测器108提供给序列逻辑块104。序列逻辑块104可以算出从热监测器108接收的多个温度值的平均数以计算出平均温度值。平均温度值可以适合于HF块106的某些实现。或者，基于TEMP值中的最小和/或最大值，序列逻辑块104确定HF块106的温度状况。确定最低TEMP值和最高TEMP值允许检测可能以其它方式抑制HF块106的成功操作的“冷点”和/或“热点”。
[0022]热监测器108可以包括计算逻辑等等。在这种情况下，热监测器108可以被配置为将从温度传感器110接收的值平均为被提供给序列逻辑块104的平均温度值。或者，热监测器108可以被配置为评估温度值并将TEMP信号提供作为一个或多个指示了 HF块106的温度状况的评估参数。例如，这样的评估参数可以包括TEMPLO值(平均温度或至少一个温度值低于最低操作温度电平)、TEMPHI值(平均温度或至少一个温度值高于最高操作温度水平)、TEMPOK值(平均温度或所有温度值都位于操作温度范围内)等等。
[0023]半导体装置100还包括锁相环(PLL)块112，其产生至少一个时钟信号CLK。该CLK信号被提供给在HF块106内分布的时钟树114。在所示的实施例中，序列逻辑块104给PLL112提供一个或多个频率控制信号FQ CTL以启动PLL112和/或设置或编程CLK信号的频率。在一个实施例中，序列逻辑块104可以用乘法器等等编程锁相环112以用于建立CLK的频率。当CLK的频率在其编程频率稳定的时候，锁相环112向序列逻辑块104声明LOCK信号。
[0024]图2根据一个实施例示出了说明半导体装置100的序列逻辑块104的操作的流程图。在第一块202，外部复位信号ER被取消(表示RST)，以便期望启动半导体装置100进行操作。内部复位信号IR保持被声明，直到如本发明进一步所描述的被序列逻辑块104取消。在下一块204，查询半导体装置100的温度状况是否适合操作。在所示的实施例中，模拟块和/或低频率功能块(例如，热监测器、序列逻辑块等等)的温度不必受到监测，因为它们被配置为在扩展操作范围内操作。相反，HF块106的温度状况受到热监测器108的监测。当HF块106处于最高性能操作的正常操作温度范围内的时候，值TEMPOK为真，否则为假。
[0025]正如本发明所描述的，正常操作温度范围小于扩展温度范围。但是，当半导体装置100的环境温度位于扩展温度范围内的时候，期望在最高性能水平操作半导体装置100。在一个实施例中，例如，正常操作温度范围的最低温度为0°c，而扩展温度范围的最低温度为-40°c。
[0026]如果TEMPOK为假，则TEMP信号表示HF块106的温度状况处于正常操作温度范围之外，操作进行到块206，其中查询温度是否过高。如图所示，值TEMPHI为真，温度太高，使得太热而不能启动HF块106。如果是这样，操作进行到块208以执行高温过程。例如，一个或多个错误状况可以被声明和/或外部冷却系统702 (图7)可以被激活或其冷却操作被增加(例如，风扇速度增加)以降低高温状况。高温处理的附加说明没有描述，因为超出了本公开的精神。
[0027]如果TEMPHI正如在块206也确定为假，操作进行到块210，其中PLL112被启动和/或以其它方式被编程以升高的频率操作CLK，同时IR保持被声明。在这种情况下，温度低于正常操作温度范围的最低水平(因而太低而不能允许操作)。术语“升高的频率”被定义为指CLK的频率大于最高频率，其中当低于正常操作温度范围的时候，HF块106在该最高频率可以正确地操作。换句话说，HF块106根本不操作或不能在低温和高频正常操作。
[0028]在升高的频率水平操作CLK利用了时钟树114的电阻加热以增加HF块106的温度。可以理解，当处于较高的温度水平的时候，基于硅的装置能够在较高的频率水平操作。半导体工艺技术，包括CMOS工艺技术，继续发展到较小的器件几何图形，包括22纳米(nm)、20nm、14nm等等。由于几何图形的尺寸被减小,漏电流普遍增力口。漏电流可能占功耗的相当大的比例，而由漏电流造成的功率水平通常作为热量被耗散。当被激活或导通并且被时钟信号激励之前，时钟树通常包括产生了显著水平的静态漏电流的大量晶体管器件(例如，NMOS和PMOS晶体管等等)。当时钟信号被应用于时钟树的晶体管器件的时候，附加动态功率产生，从而产生附加的热能。随着应用于时钟树的CLK信号的频率的增加，动态热量产生也增加。
[0029]以这种方式，在升高的频率水平应用于时钟树114的CLK信号增加或以其它方式最大化HF块106的热量产生。该IR信号保持被声明，以便HF块106保持在复位状态，从而无需关心功能故障。升高的频率降低了 HF块106达到或以其它方式超过正常操作温度范围的最低温度水平的温度状况的时间量。注意，即使处于半导体装置100已经下降到扩展温度范围的最低温度水平的冷启动状况下，当CLK处于升高的频率水平的时候，HF块106的温度可以在大约毫秒(ms)量级上升到正常操作温度范围的最低温度水平。
[0030]在一个实施例中，升高的频率水平可以与CLK信号的预定最高频率水平相同，以实现正常操作温度范围的预定最高性能水平。此外或在替代方案中，升高的频率水平可以是能够由PLL112产生的最高频率水平。通常，期望增加或以其它方式最高限度地产生热量以降低或以其它方式最小化实现HF块106的正常操作温度范围的最低温度所需的时间量。
[0031]操作进行到块212，其中查询LOCK信号是否已被提供以及TEMPOK状况是否已得到满足。LOCK信号表明CLK已经在其设置或编程的频率水平稳定。当HF块106的温度水平位于正常操作温度范围内的时候，TEMPOK为真。当这些状况没有得到满足的时候,操作在块212循环。
[0032]当LOCK和TEMPOK都为真的时候，操作进行到块214，其中PLL112被设置或编程以预定最高频率操作CLK以实现最高性能。正如上面指出的那样，升高的频率可以大于HF块106能够操作的最高频率，以便CLK的频率可以在块214被降低。随后，操作进行到块216，并且操作在块216循环，同时PLLl 12稳定CLK的新频率。当LOCK被PLLl 12声明的时候，操作进行到块218，其中序列逻辑块112取消内部复位信号IR以启动半导体装置100的操作。
[0033]虚线220表示升高的频率水平和最高性能的预定最高频率相同时的替代配置。在这种情况下，一旦实现操作温度，就没有必要调整PLLl 12，从而块214和216可以被旁路。在这种情况下，当LOCK和TEMPOK都为真的时候，操作直接进行到块218以启动半导体装置100的操作。而且，如果TEMPOK在块204为真，操作直接进行到块213以在期望的操作水平设定频率，这是由于预加热是不必要的。
[0034]图3根据一个实施例示出了包含用于在扩展环境温度范围内允许最高性能操作的冷启动系统以及方法的半导体装置300的简化方框图。半导体装置300还可以被实施为执行任何类型的功能，包括处理功能，例如，包括一个或多个处理器、微控制器和/或微处理器等等，也可以是片上系统(SOC)的一部分或被合并到其中，或是嵌入处理系统等等的部分。半导体装置300可以包括与半导体装置100类似的组件。如图所示，半导体装置300包括热监测器108和一个或多个温度传感器110。序列逻辑块104被类似的序列逻辑块304所替代。热监测器108以类似的方式给序列逻辑块304提供了 TEMP信号，并且逻辑序列304以类似的方式控制IR信号。
[0035]电压调节器102被示出为给半导体装置300的VDD电源电压输入提供VREG。而且，外部RST信号被提供给复位输入ER，其以类似的方式被提供给序列逻辑块304。半导体装置300还包括电压控制块302，其通过I/O引脚给电压调节器102提供电压识别(VID)值以用于编程或以其它方式调节VREG。该VID值是数字值，包括多个用于设置VREG的电压电平的位。而且，序列逻辑块304向电压控制块302声明电压控制覆写值VHI。
[0036]半导体装置300可能包括或可能不包括高频率逻辑，例如HF块106。IR信号操作以保持半导体装置300处于复位状态，并且可以被提供给高频逻辑(如果提供的话)。温度传感器110被分布在半导体装置300的管芯上，并且可以被包括在高频率逻辑(如果提供的话)中。温度传感器110耦合于热监测器108并且以基本相同的方式操作。通常，当温度以类似于半导体装置100的方式低于正常操作温度范围的最低温度水平的时候，半导体装置300不能在最高性能水平操作。
[0037]图4根据一个实施例示出了说明半导体装置300的序列逻辑块304的操作的流程图。操作块202、204、206和208都被包括在内并且基本上相同，并且没有被进一步描述。当温度如块206确定的过低的时候，操作进行到块410，其中当内部复位信号IR被声明的时候，序列逻辑块304声明VHI覆写。在这种情况下，电压控制块302声明VID值以命令电压调节器102将VREG增加到预定的升高的电压电平。VHI可以被认为是覆写，以在寒冷状况下的上电或复位期间覆写VREG的正常操作电压电平。
[0038]术语“升高的电压”被定义为指VREG的电压电平大于半导体装置300的正常操作电压电平。电源电压可以尽可能增加，而没有高至给内部组件或电路带来压力或以其它方式危害组件或造成损坏。VREG的升高的水平足以增加或以其它方式最大化由电源电压增加造成的热量产生。注意，功率水平的产生和/或耗散基于关系CV2F,其中“C”表示电容，“V”表示电压，以及“F”表示频率。以这种方式，即使是增加了 5%的电源电压，例如从I伏(V)至大约1.05V，也导致功率水平消耗大约增加25%。整体功率水平的大部分作为热量被耗散。
[0039]随后，操作进行到块412，其中半导体装置300的温度状态受到监测以确定何时达到最低操作温度。当TEMPOK为假的时候，操作在块412循环。当TEMPOK为真的时候，操作进行到块318，其中序列逻辑块304取消对正常电压电平的VHI覆写并且取消IR信号以启动半导体装置300的操作。如果TEMPOK在块204已经为真，操作直接进行到块318以启动半导体装置300的操作，而不增加电源电压电平。
[0040]图5根据一个实施例示出了包含了用于在扩展环境温度范围内允许最高性能操作的冷启动系统以及方法的半导体装置500。半导体装置500也可以被实现以执行任何类型的功能，包括处理功能，例如，包括一个或多个处理器、微控制器和/或微处理器等等，并且也可以是片上系统(SOC)的一部分或被合并到其中，或是嵌入处理系统等等的一部分。
[0041]在这种情况下，半导体装置500基本上类似于半导体装置100，并且还包括半导体装置300的附加功能。半导体装置500通过VDD电源电压引脚从电压调节器102接收VREG，通过ER引脚接收RST，并且包括HF块106、热监测器108、温度传感器110、给时钟树114提供CLK的锁相环112、以及给电压调节器102提供VID的电压控制块302。序列逻辑块104被序列逻辑块504所取代，其中序列逻辑块504包含序列逻辑块104和序列逻辑块304的组合功能。序列逻辑块504给PLLl 12提供FQ CTL、接收LOCK、接收ER和TEMP并提供IR。序列逻辑块504还给电压控制块302提供VHI覆写。
[0042]图6根据一个实施例示出了说明了半导体装置500的序列逻辑块504的操作的流程图。操作块202、204、206和208都被包括在内并且基本上相同，并且没有被进一步描述。当温度如块206确定的过低的时候，操作进行到块510，其中当内部复位信号IR被声明的时候，序列逻辑块504启动或以其它方式编程PLL112以在升高的频率操作CLK和/或声明VHI覆写。
[0043]在这种情况下，术语“和/或”旨在指升高的电压和升高的电压技术中的任何或两者可以被采用。因此，在一种情况下，当VHI没有被声明的时候，CLK的频率可以被升高，从而只有高频率加热被应用。或者，当CLK的频率没有升高的时候，VHI可以被声明用于高电压加热。甚至对于高电压加热，PLL112可以仍然控制PLL112在最高性能的预定最高频率设置CLK，而不是在更高的频率升高水平。在POR后没有延迟或附加加热的情况下启动CLK可以是有利的。或者，升高的频率和升高的电压的两种技术可以同时被应用以最大化热量的产生并最小化从RST被取消时的启动延迟。
[0044]操作进行到块212以监测LOCK和TEMPOK并且当两者都为真的时候，操作进行到块214，其中PLL112被设置或编程以在预定最高频率操作CLK以与先前描述的类似的方式实现最高性能。随后，操作以与先前描述的类似的方式前进或在块216循环。随后，操作进行到块318，其中VHI被取消(如果先前被声明)，以便VREG下降到其正常操作水平。由虚线220表示的替代路径表示了升高的频率水平和最高性能的预定最高频率相同时的替代配置，在这种情况下，当LOCK和TEMP都为真的时候，操作直接从块212进行到块318。
[0045]图7根据一个实施例示出了包含用于在扩展环境温度范围内允许最高性能操作的冷启动系统以及方法的半导体装置700。半导体装置700也可以被实现以执行任何类型的功能，包括处理功能，例如，包括一个或多个处理器、微控制器和/或微处理器等等，并且也可以是片上系统(SOC)的一部分或被合并到其中，或是嵌入处理系统等等的一部分。
[0046]在这种情况下，半导体装置700基本上类似于半导体装置100，并且还包括外部冷却系统702。冷却系统702可以以任何适当的方式被实现，例如冷却风扇等等。半导体装置700通过VDD电源电压引脚从电压调节器102接收VREG，通过ER弓丨脚接收RST，并且包括HF块106、热监测器108、温度传感器110、给时钟树114提供CLK的锁相环112。序列逻辑块104被序列逻辑块704所取代，其中序列逻辑块704类似于序列逻辑块104，除了还包括用于声明COOL SYSOFF覆写信号的逻辑。序列逻辑块704给PLLl 12提供FQ CTL、接收LOCK、接收ER和TEMP并提供IR。在这种情况下，热监测器108通过引脚等等耦合到外部冷却系统702并且提供冷却系统控制(COOL SYS CTL)。该冷却系统控制可以是简单的开/关功能，或者热监测器108可以包括用于可变控制的逻辑。在替代实施例中，其它逻辑，例如序列逻辑块704或其它逻辑(未示出)，可以包括冷却系统控制逻辑，而不是热监测器108。
[0047]图8根据一个实施例示出了说明了半导体装置700的序列逻辑块704的操作的流程图。操作块202、204、206和208都被包括在内并且基本上相同，并且没有被进一步描述。当温度如块206确定的过低的时候，操作进行到块810，其中当内部复位信号IR被声明的时候，序列逻辑块704启动或以其它方式编程PLL112以在升高的频率操作CLK并且进一步声明 COOL SYS OFF 覆写。
[0048]在这种情况下，COOL OFF SYS覆写确保了外部冷却系统702在POR期间被关闭。确保外部冷却系统702在POR期间被关闭避免了否则会抵消半导体装置700的预加热的冷却效果。否则操作基本上类似于序列逻辑块104，除了块218被块818所替代，其中块818还包括在已经达到操作温度之后，取消COOL OFF SYS覆写信号。应了解，假定低温，外部冷却系统702可以无论如何不被打开。然而，如果外部冷却系统702可以以较低的速度被激活或其它原因被打开，COOL OFF SYS覆写防止了加热过程中的相反产生冷却的操作。正如先前提到的，覆写只是暂时的，例如只持续几毫秒，以便切断外部冷却系统702是无关紧要的。
[0049]图9根据一个实施例示出了包含了用于在扩展环境温度范围内允许最高性能操作的冷启动系统以及方法的半导体装置900。半导体装置900也可以被实现以执行任何类型的功能，包括处理功能，例如，包括一个或多个处理器、微控制器和/或微处理器等等，并且也可以是片上系统(SOC)的一部分或被合并到其中，或是嵌入处理系统等等的一部分。
[0050]半导体装置900基本上类似于半导体装置100、500和700中的任何一个，并且包括先前描述的类似功能组件。半导体装置900包括序列逻辑块904，其可以以与先前描述的任何时序逻辑块104、504和704基本上类似的方式被实现。在这种情况下，半导体装置900包括多个高频率块106，单独标记为HF1、HF2、HF3等等。任何数量的高频率块106可以被包括在内，并且分别可以是处理器核心、互连、存储器高速缓存等等中的任何一个。每个高频率块106以与先前描述的类似的方式包括一个或多个温度传感器110。温度传感器110以与先前描述的类似的方式耦合于热监测器108。PLL112被PLL912所替代，其中PLL912提供多个时钟信号CLK1、CL2、CLK3等等，每个被分配给高频率块106中的相应高频率块的时钟树114。
[0051 ] 半导体装置900说明了在任何给定配置中，不止一个高频率块可以被包括在内，分别接收相应的具有相同或不同频率的时钟信号。因此，时钟信号CLK1、CL2、CLK3等等，可以具有相同频率，或可以具有不同时钟频率。在这种情况下，当RST被取消并同时IR保持被声明的时候，序列逻辑块904控制PLL912在升高的频率水平声明每个时钟信号CLK1、CL2、CLK3 等等。
[0052]而且，升高的频率可以相同或不同。在任一种情况下，高频率块106的温度状况下可以相对于彼此在初步加热过程中发生变化。而且，高频率块106的最低操作温度可以相对于彼此发生变化，以便当复位状态被否定以开始操作的时候，半导体装置900的不同块或部分可以被升高到相同或不同的预定最低温度水平。例如，HFl可以具有-5°C的最低操作温度，HF2可以具有-10°C的最低操作温度，HF3可以具有-(TC的最低操作温度等等。热监测器108可以被配置为单独报告温度传感器110的单独温度和/或每个高频率块106的单独温度状况，其中序列逻辑块904被配置为确定每个高频率块106在取消IR之前何时达到其最小操作温度。
[0053]在简单处理配置中，当每个温度或温度状况已经达到预定共同最低操作水平的时候，序列逻辑块904取消IR，其中该共同最低操作水平适合于每个高频率块106实现半导体装置900的最高性能水平。
[0054]一种初始化半导体装置操作的方法，包括当所述半导体装置处于复位状态的时候，检测外部复位信号的取消，监测所述半导体装置的温度水平，并且当所述温度水平低于允许所述半导体装置在最高性能水平操作的预定最低操作温度水平的时候，保持所述半导体装置处于所述复位状态；以及声明所述半导体装置上的至少一个操作参数处于升高的水平，以在所述半导体装置上产生热量，以及当所述温度水平至少是所述预定最低操作温度水平的时候，释放所述复位状态。
[0055]很多电子系统包括外部冷却系统，例如风扇等等。所述方法还包括关闭外部冷却系统，直到所述复位状态被释放，以避免在初步加热过程中的相反产生冷却。
[0056]根据一个实施例的半导体装置包括热监测器和序列逻辑块。所述热监测器监测所述半导体装置的温度并且提供表示该温度的温度值。所述序列逻辑块在所述温度值表示所述温度低于预定最低操作温度水平的时候，响应于取消外部复位信号，指令所述半导体装置的至少一个操作参数在升高的水平操作，以在所述半导体装置上产生热量，同时保持内部复位状态。其中当所述温度值表示所述温度是至少所述预定最低操作温度水平的时候，所述序列逻辑块释放所述复位状态以允许所述半导体装置在最高性能水平操作。
[0057]正如本发明所描述的，所述操作参数可以是至少一个时钟信号的频率水平或提供给所述半导体装置的电源电压，或者是两者的组合。升高的频率水平足够高，以便当其温度低于预定最低操作温度水平的时候，所述半导体装置不能够操作。所述升高的频率水平可以与实现最高性能水平的最高频率水平相同。在没有高至给内部组件或电路带来压力或以其它方式危害组件或造成损坏的情况下，升高的电压电平可以尽可能地高。在复位状态期间使用升高的频率和/或电压在所述半导体装置上产生热量，因此它可以快速达到最低操作温度水平以允许操作。
[0058]所述升高的频率可以被提供给包括时钟树的高频率块等，其中当被处于升高的频率的时钟信号激励的时候，所述时钟树产生电阻热量。可以设想多个高频率块，每一个分别以相同或不同频率接收相同或不同的时钟信号，这取决于特定配置。每个高频率块可以具有适合于允许最高性能操作的相同或不同的最低操作温度水平。
[0059]虽然本发明结合几个实施例被描述，本发明不旨在限定于本发明所陈述的特殊形式。相反，旨在涵盖这些替代、修改以及等同物，因为可以合理地被包括在附属权利要求所界定的发明范围内。例如，正逻辑或负逻辑的变体可以被用于各种实施例中，其中本发明不限于特定逻辑极性、装置类型或电压电平等等。
[0060]本发明所用的“一个”或“一种”被定义为一个或多个。并且，在权利要求中所用词语如“至少一个”以及“一个或多个”不应该被解释以暗示通过不定冠词“一个”或“一种”引入的其它权利要求元素限定任何其它特定权利要求。所述特定权利要求包括这些所介绍的对发明的权利元素，所述权利元素不仅仅包括这样的元素。即使当同权利要求中包括介绍性短语“或组多个”或“至少一个”以及不定冠词，例如“一个”或“一种”。使用定冠词也是如此。除非另有说明，使用术语如“第一”以及“第二”是用于任意区分这些术语描述的元素的。因此，这些术语不定表示时间或这些元素的其它优先次序。
【权利要求】
1.一种初始化半导体装置操作的方法，包括: 当所述半导体装置处于复位状态的时候，检测外部复位信号的取消； 监测所述半导体装置的温度水平； 当所述温度水平低于允许所述半导体装置在最高性能水平操作的预定最低操作温度水平的时候， 保持所述半导体装置处于所述复位状态；以及 声明所述半导体装置上的至少一个操作参数处于升高的水平，以在所述半导体装置上产生热量；以及 当所述温度水平至少是所述预定最低操作温度水平的时候，释放所述复位状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述声明所述半导体装置上的至少一个操作参数处于升高的水平包括声明时钟信号处于升高的频率水平。
3.根据权利要求2所述的方法，其中当所述温度水平低于所述预定最低操作温度水平以及所述时钟信号处于所述升高的频率水平的时候，所述时钟信号被提供给不能够在所述最高性能水平操作的所述半导体装置的高频率块。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述声明所述半导体装置上的至少一个操作参数处于升高的水平包括声明时钟信号处于所述半导体装置的频率发生器的最高频率水平。
5.根据权利要求1所述的方法，其中: 所述声明所述半导体装置上的至少一个操作参数处于升高的水平包括声明多个时钟信号中的每一个处于升高的频率水平，其中所述多个时钟信号中的每一个被提供给所述半导体装置的多个高频率块中的相应的高频率块； 其中所述监测所述半导体装置的温度水平包括监测所述多个高频率块中的每一个的温度水平；以及 其中所述释放所述复位状态包括当所述多个高频率块中的每一个的所述温度水平达到多个预定最低操作温度水平中的相应预定最低操作温度水平的时候，释放所述复位状态。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述声明所述半导体装置上的至少一个操作参数处于升高的水平包括将提供给所述半导体装置的电源电压指令为大于预定正常操作电压电平。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述声明所述半导体装置上的至少一个操作参数处于升高的水平包括将提供给所述半导体装置的电源电压指令为声明在所述半导体装置能够容忍的最高电压电平处。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述声明所述半导体装置上的至少一个操作参数处于升高的水平包括声明时钟信号处于升高的频率水平并且将提供给所述半导体装置的电源电压指令为大于预定正常操作电压电平。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述监测温度水平包括测量位于所述半导体装置上的多个位置处的多个温度，并且其中所述释放所述复位状态包括当所述多个温度中的最低温度至少处于所述预定最低操作温度水平的时候，释放所述复位状态。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述监测温度水平包括测量位于所述半导体装置的相应多个位置处的多个温度水平，其中所述半导体装置的所述多个位置中的每一个具有多个最低操作温度水平中的相应的最低操作温度水平，并且其中所述释放所述复位状态包括当所述多个位置中的每一个的温度水平已经达到多个最低操作温度水平中的相应的最低操作温度水平的时候，释放所述复位状态。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括当所述半导体装置处于所述复位状态的时候，指令关闭外部冷却系统。
12.—种半导体装置，包括: 热监测器，监测所述半导体装置的温度并且提供表示该温度的温度值； 序列逻辑块，当所述温度值表示所述温度低于预定最低操作温度水平的时候，响应于取消外部复位信号，指令所述半导体装置的至少一个操作参数在升高的水平操作，以在所述半导体装置上产生热量，同时保持内部复位状态；以及 其中当所述温度值表示所述温度是至少所述预定最低操作温度水平的时候，所述序列逻辑块释放所述复位状态以允许所述半导体装置在最高性能水平操作。
13.根据权利要求12所述的半导体装置，还包括: 频率控制块，声明时钟信号；以及 其中当所述温度值表示所述温度低于预定最低操作温度水平的时候，响应于取消所述外部复位信号，所述序列逻辑块指令所述频率控制块声明所述时钟信号处于升高的频率水平。
14.根据权利要求13所述的半导体装置，其中当所述温度低于所述预定最低操作温度水平以及所述时钟信号处于所述升高的频率水平的时候，所述时钟信号被提供给不能够在所述最高性能水平操作的所述半导体装置的高频率块。
15.根据权利要求12所述的半导体装置，还包括: 频率控制块，声明时钟信号；以及 高频率块，集成产生电阻热量同时接收所述时钟信号的至少一个时钟树；以及其中当所述温度值表示所述温度低于预定最低操作温度水平的时候，响应于取消所述外部复位信号，所述序列逻辑块指令所述频率控制块声明所述时钟信号处于升高的频率水平。
16.根据权利要求12所述的半导体装置，还包括: 至少一个声明多个时钟信号的频率控制块； 多个高频率控制块，其每一个接收所述多个时钟信号中的相应时钟信号； 其中所述热监测器监测所述多个高频率块中的每一个的温度水平；以及其中所述序列逻辑块指令所述至少一个频率控制块以声明所述多个时钟信号中的每一个为至少一个升高的频率水平，并且当所述多个高频率块中的每一个的温度水平已经达到多个最低操作温度水平中的相应最低操作温度水平的时候，所述序列逻辑块释放所述复位状态。
17.根据权利要求16所述的半导体装置，其中所述多个最低操作温度水平中的至少其中两个是不同的。
18.根据权利要求12所述的半导体装置，还包括: 电压控制块，声明电源电压请求信号；以及 其中所述序列逻辑块指令所述电压控制块请求提供给所述半导体装置的电源电压处于升高的电压电平。
19.根据权利要求18所述的半导体装置，还包括: 频率控制块，声明时钟信号；以及 其中所述序列逻辑块指令所述频率控制块声明所述时钟信号处于升高的频率水平。
20.根据权利要求12所述的半导体装置，其中所述热监测器控制外部冷却系统的操作，并且其中当所述温度值表示所述温度低于预定最低操作温度水平的时候，所述序列逻辑块进一步指令所述热监测器关闭所述外部冷却系统。
【文档编号】G05D23/19GK104516372SQ201410445957
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月3日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】J·达斯蒂达尔 申请人:飞思卡尔半导体公司