半导体集成电路的制作方法
【专利摘要】本发明提供了电子装置，其中可以将内置的半导体集成电路的工作电压抑制得低。电子装置（1）包括电源电路（13）、以从电源电路（13）提供的电源电压工作的半导体集成电路（10）和测量半导体集成电路（10）的温度的温度传感器（11）。电源电路（13）对应于所测量的温度的上升降低电源电压。
【专利说明】半导体集成电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及并入CMOS的半导体集成电路和包括该半导体集成电路的电子装置。【背景技术】
[0002]包括CMOS的半导体集成电路，如中央处理单元(CPU)和SOC (系统级芯片)广泛地用作电子装置中的组件(参见例如专利文献I)。
[0003]现有技术文件
[0004]专利文件:
[0005]专利文件1:美国专利第6518823号的说明书
【发明内容】
[0006]近年来，随着CMOS的微型化，不同于常规产品的倾向在它的性能的温度依赖性方面显示出来。然而，根据这种特性有效地使用半导体集成电路的方法并未被充分考虑。
[0007]并且，一般情况下，这种半导体集成电路工作在恒定的工作频率。然而，根据不同的情况，如该半导体集成电路进行内容处理，工作在如此之高的工作频率往往是不必要的。此外，持续工作在高频率会增加半导体集成电路的功耗。因此，出现了可以根据不同的情况动态地改变它自身的工作频率的半导体集成电路。这种半导体集成电路根据情况工作在高工作频率。然而，当工作在高频率是不必要的时候，可以通过降低工作频率来抑制功耗。当半导体集成电路改变工作频率时，由于噪声电流会发生波动。这里，如果提供给半导体集成电路的电源电压具有恰好接近作为工作频率改变之后工作所需的最小电压的下限电压的值，那么由于这种电流波动造成临时电压降低，半导体集成电路的工作电压可能会下降到低于此下限电压。因此，当工作频率改变时，需要向半导体集成电路提供比作为工作频率改变之后工作所需的最小电压的下限电压至少高出可能由于噪声造成的电压下降量的电压。
[0008]鉴于上述实际情况设计了本发明，本发明的目的之一是提供工作电压可以抑制到低电压的半导体集成电路、包括该半导体集成电路的电子装置及其控制方法。
[0009]此外，本发明的另一目的是提供在工作频率改变时应该提供给半导体集成电路的电源电压可以被抑制到低电压的半导体集成电路、其控制方法以及包括该半导体集成电路的电子装置。
[0010]根据本发明的一个方面的电子装置包括电源电路、通过从电源电路提供的电源电压工作的半导体集成电路和测量半导体集成电路的温度的温度传感器，其特征在于，电源电路根据所测量的温度的上升降低电源电压。
[0011]此外，根据本发明的一个方面的电子装置的控制方法是一种电子装置的控制方法，该电子装置包括:电源电路、通过电源电路提供的电源电压工作的半导体集成电路和测量半导体集成电路的温度的温度传感器，该控制方法的特征在于，包括获取所测温度的步骤和根据所测量的温度的上升降低电源电路提供给半导体集成电路的电源电压的步骤。
[0012]此外，根据本发明的另一方面的半导体集成电路是通过从电源电路提供的电源电压工作的半导体集成电路，该半导体集成电路的特征在于，包括测量半导体集成电路的温度的温度传感器，以及请求电源电路根据所测量的温度的上升降低电源电压的请求部分。
[0013]此外，根据本发明的另一方面的半导体集成电路是通过从电源电路提供的电源电压工作的半导体集成电路，该半导体集成电路包括将工作频率从初始频率改变到目标频率的频率改变部分，以及在工作频率发生改变时请求电源电路将电源电压改变为根据目标频率确定的目标电压的电源电压改变部分，其特征在于，频率改变部分以步进方式多次进行从初始频率到目标频率的改变。
[0014]此外，根据本发明的一个方面的半导体集成电路的控制方法是一种通过从电源电路提供的电源电压工作的半导体集成电路的控制方法，该控制方法包括将工作频率从初始频率改变到目标频率的频率改变步骤，以及在工作频率发生改变时请求电源电路将电源电压改变为根据目标频率确定的目标电压的电源电压改变步骤，其特征在于，在频率改变步骤中以步进方式多次进行从初始频率到目标频率的改变。
[0015]此外，根据本发明的另一方面的电子装置是包括电源电路和通过从电源电路提供的电源电压工作的半导体集成电路的电子装置，该电子装置的特征在于，半导体集成电路包括将工作频率从初始频率改变到目标频率的频率改变部分，以及在工作频率发生改变时请求电源电路将电源电压改变为根据目标频率确定的目标电压的电源电压改变部分，电源电路响应于电源电压改变部分的请求将电源电压改变为目标电压，频率改变部分以步进方式多次进行从初始频率到目标频率的改变。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是根据本发明实施例的包括半导体集成电路的电子装置的示意配置图；
[0017]图2A是示意性示出传统示例中工作频率f的时间改变和在工作频率f的改变时的电源电压Vp的图；
[0018]图2B是示意性示出本实施例中工作频率f的时间改变和在工作频率f的改变时的电源电压Vp的图；
[0019]图3是示出工作频率f改变时的改变次数N、该改变所需的时间R和目标电压Vp2之间的关系的曲线图；
[0020]图4是示意性示出工作频率f的下限电压Vl和温度T之间关系的曲线图；
[0021]图5是用于比较进行根据温度的电压控制时和不进行根据温度的电压控制时的功耗的曲线图。
【具体实施方式】
[0022]根据本发明的一个实施例的电子装置，其特征在于，包括:电源电路、通过从电源电路提供的电源电压工作的半导体集成电路和测量半导体集成电路的温度的温度传感器。电源电路根据所测量的温度的上升降低电源电压。
[0023]在该电子装置中，当所测量的温度等于或高于预定阈值时，电源电路可以将电源电压降低预定减小量。
[0024]此外，根据本发明的一个实施例的半导体集成电路是通过从电源电路提供的电源电压工作的半导体集成电路。其特征在于，包括将工作频率从初始频率改变到目标频率的频率改变部分，以及在工作频率改变时请求电源电路将电源电压改变为根据目标频率确定的目标电压的电源电压改变部分。频率改变部分以步进方式多次进行从初始频率到目标频率的改变。
[0025]在半导体集成电路中，通过频率改变部分的工作频率从初始频率到目标频率的改变的改变次数可以根据初始频率和目标频率两者确定。
[0026]此外，在半导体集成电路中，频率改变部分可以通过以步进方式将工作频率改变到根据初始频率和目标频率两者确定的一个或多个中间频率来进行到目标频率的改变。
[0027]下面根据附图详细描述本发明的实施例。
[0028][电子装置的配置]
[0029]图1是示出了包括根据本发明的一个实施例的半导体集成电路10的电子装置I的示意性电路配置的配置图。电子装置I被配置为包括半导体集成电路10、温度传感器11、温度控制器12、电源电路13以及电源控制电路14。
[0030]半导体集成电路10是被配置为包括CMOS (互补金属氧化物半导体)的集成电路，并且可以是例如CPU、SOC等。半导体集成电路10通过从电源电路13提供的电源电压Vp工作。在下文中，半导体集成电路10被认为是根据存储在内置的存储器或外部的存储器中的程序执行各种信息处理的运算设备。半导体集成电路10能够根据其操作内容(这里是要运行的程序的内容)内部地改变其自身的工作频率f。当改变其自身的工作频率f时，半导体集成电路10输出用于根据该改变变更电源电压Vp的指令到电源控制电路14。
[0031]此外，半导体集成电路10中并入温度传感器11。温度传感器11测量半导体集成电路10的温度，并输出指示结果的电信号给温度控制器12。
[0032]温度控制器12接收由温度传感器11输出的信号，并输出表示根据该接收到的信号要求的半导体集成电路10的温度T的信息给电源控制电路14。
[0033]电源电路13被配置为包括例如用作开关稳压器的电源IC等。其将电子装置I外部的电源(例如，商用AC电源或USB主机装置)或并入电子装置I中的电池提供的功率转换成给定的电压，并将其提供给电子装置I中的各个部分。特别地，电源电路13根据从电源控制电路14输入的指令以电源电压Vp提供功率给半导体集成电路10。
[0034]电源控制电路14是控制电源电路13的工作的电路，并通过微计算机等进行配置。在本实施例中，电源控制电路14基于从半导体集成电路10输入的根据工作频率f的改变的指令和/或从温度控制器12输入的表示半导体集成电路10的温度T的信息确定电源电压Vp，并指令电源电路13以该确定的电源电压Vp提供功率给半导体集成电路10。
[0035][工作频率的改变]
[0036]接下来，对当本实施例的半导体集成电路10改变工作频率f时进行的控制进行说明。
[0037]—般情况下，应提供给半导体集成电路10的电源电压Vp的下限值(使半导体集成电路10正常工作所需的最低限度的电压值)根据工作频率f改变。也就是说，工作频率f越高，必需的电源电压Vp的值也越大。因此，为了抑制半导体集成电路10的功耗，理想的是在动态改变工作频率f的情况下，电源电压Vp也与之相关联地改变，在工作频率f改变之前和之后，将尽可能接近下限值的电源电压Vp提供给半导体集成电路10。具体地说，当半导体集成电路10的工作频率f从初始频率fl改变到目标频率f2(>fl)时，电源电压Vp也从与初始频率fl对应的初始电压Vpl改变到与目标频率f2对应的目标电压Vp2 (>Vpl)。在下文中，半导体集成电路10在目标频率f2稳定工作所必需的最低限度的电压下限值被定义为下限电压VI。
[0038]在这里，如果目标电压Vp2的值被设定为几乎等于下限电压VI，那么可能会发生的情况是，半导体集成电路10中流过的电流与工作频率f改变相关联地由于半导体集成电路10中产生的噪声而发生波动，且电源电压Vp下降得低于下限电压VI。因此，电源控制电路14将目标电压Vp2设定为大于下限电压Vl的值。即，需要将目标电压Vp2设定为Vp2=Vl+ α表示的值。这里α的值考虑由于噪声引起的电源电压Vp的波动量来确定。然而，如果以这种方式将高于下限电压Vl的电源电压Vp提供给半导体集成电路10，那么半导体集成电路10的功耗会相应地增加。
[0039]因此，在本实施例中，半导体集成电路10通过将从初始频率fl到目标频率f2的改变划分为的一个或多个中间频率fm (fl〈fm〈f2)以步进方式多次改变工作频率f。这可以减少由噪声引起的电压波动。因此，与一次性进行从初始频率fl到目标频率f2的改变到情形相比，α的值可以减小。
[0040]图2Α和图2Β是对传统示例中的在工作频率f改变时的电压控制和本实施例中的电压控制进行比较的图。图2A示意性地示出了传统示例中工作频率f和电源电压Vp的时间改变，图2B示意性地示出了本实施例中工作频率f和电源电压Vp的时间改变。在这两个图中，横轴表示时间，时间t0表示从初始电压Vpl改变到目标电压Vp2的定时。并且，纵轴表示电源电压Vp和工作频率f的幅度。如图2A所示，如果一次性进行从初始频率fl到目标频率f2的改变，那么电源电压Vp在频率改变后由噪声引起的波动相对较大。因此，目标电压Vp2被设定为一个相对较大的值，从而可以防止电源电压Vp在经历该波动之后下降得低于下限电压VI。与之相对地,如图2B所示,从初始频率fl到目标频率f2的改变划分为三次地进行。具体而言，以步进方式改变工作频率f，首先从初始频率fl到第一中间频率fml，再从第一中间频率fml到第二中间频率fm2，然后从第二中间频率fm2到目标频率f2。通过这种方式，在多次改变的每一次，改变后的频率与改变前的频率之比与频率一次性改变的情形相比相对较小。因此，由噪声引起的电源电压Vp的波动也相应的小。因此，虽然目标电压Vp2被设定为比图2A的示例的更低，但能够防止电源电压Vp下降得在下限电压Vl之下。
[0041]从图2B可以清楚地看出，在本实施例中，首先第一电源电压Vp只改变一次，而这之后工作频率f改变多次。一般情况下，电源电压Vp的改变需要较长的时间，因为这是通过控制半导体集成电路10外部的电源电路13实现的。与之相对地，工作频率f的改变不需要这么长的时间，因为这是通过半导体集成电路10自身内部进行的。在本实施例中，虽然工作频率f改变的次数与传统的示例相比增加了，但电源电压Vp的改变次数是一次，这与传统的示例是一样的。因此，从初始频率fl改变到目标频率f2所需要的时间与传统的示例相比几乎没有不同。如果电源电压Vp的改变不需要这么长的时间，那么也可以结合工作频率f的步进改变以步进方式多次改变电源电压Vp。
[0042]这里，将对当从初始频率Π改变到目标频率f2时，工作频率f的改变应该分为多少次执行以及如何确定一个或多个中间频率fm中的每一个进行说明。
[0043]如果进行从某一初始频率Π到某一目标频率f2的改变时的工作频率f的改变次数定义为N次，那么半导体集成电路10通过N-1个中间频率fm改变工作频率f。在此情况下，中间频率fm应该确定为使得由于每次改变而产生的噪声幅度改变尽可能小。在这里，由于一次改变而产生的噪声幅度根据改变之前和之后工作频率f之间的比率确定。因此，如果工作频率f通过第η轮改变应该设定到的中间频率fm (η为I到N-1的自然数)表示为fm (n)，那么理想情况下的中间频率fm (η)通过以下计算表达式获得。
[0044][表达式I]
【权利要求】
1.一种电子装置，包括: 电源电路； 半导体集成电路，通过从所述电源电路提供的电源电压工作；以及 温度传感器，测量所述半导体集成电路的温度，其特征在于， 所述电源电路根据所测量的温度的上升降低电源电压。
2.如权利要求1所述的电子装置，其特征在于，当所测量的温度等于或高于预定阈值时，所述电源电路将电源电压降低预定的减小量。
3.一种电子装置的控制方法，所述电子装置包括: 电源电路， 半导体集成电路，通过从所述电源电路提供的电源电压工作，以及 温度传感器，测量所述半导体集成电路的温度，所述控制方法的特征在于，包括以下步骤: 获取所测量的温度；以及 根据所测量的温度的上升降低所述电源电路提供给所述半导体集成电路的电源电压。
4.一种通过从电源电路提供的电源电压工作的半导体集成电路，所述半导体集成电路的特征在于，包括: 温度传感器，测量所述半导体`集成电路的温度；以及 请求部分，请求所述电源电路根据所测量的温度的上升降低电源电压。
5.一种通过从电源电路提供的电源电压工作的半导体集成电路，所述半导体集成电路包括: 频率改变部分，将工作频率从初始频率改变到目标频率；以及电源电压改变部分，在工作频率改变时请求所述电源电路将电源电压改变为根据目标频率确定的目标电压，其特征在于， 所述频率改变部分以步进方式多次进行从初始频率到目标频率的改变。
6.如权利要求5所述的半导体集成电路，其特征在于， 所述频率改变部分将工作频率从初始频率改变到目标频率的改变次数根据初始频率和目标频率两者确定。
7.如权利要求6所述的半导体集成电路，其特征在于， 所述频率改变部分通过将工作频率改变到根据初始频率和目标频率两者确定的一个或多个中间频率来以步进方式进行到目标频率的改变。
8.—种通过从电源电路提供的电源电压工作的半导体集成电路的控制方法，所述控制方法包括以下步骤: 频率改变步骤，将工作频率从初始频率改变到目标频率；以及电源电压改变步骤，在工作频率改变时请求所述电源电路将电源电压改变为根据目标频率确定的目标电压，其特征在于， 在所述频率改变步骤中以步进方式多次进行从初始频率到目标频率的改变。
9.一种电子装置，包括电源电路和通过从所述电源电路提供的电源电压工作的半导体集成电路，所述电子装置的特征在于， 所述半导体集成电路包括:频率改变部分，将工作频率从初始频率改变到目标频率，以及电源电压改变部分，在工作频率改变时请求所述电源电路将电源电压改变为根据目标频率确定的目标电压， 所述电源电路响应于所述电源电压改变部分的请求将电源电压改变为目标电压，并且 所述频率改变部分 以步进方式多次进行从初始频率到目标频率的改变。
【文档编号】G06F1/04GK103460159SQ201280016549
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年4月10日 优先权日:2011年4月11日
【发明者】井上武, 高岛伸次 申请人:索尼电脑娱乐公司