專利名稱：帶過熱保護器的半導體集成電路器件和保護方法
技術領域：
本發(fā)明涉及有過熱保護器的半導體集成電路器件及防止半導體集成電路過熱的保護方法，用于防止半導體集成電路板上的半導體集成電路過熱。
諸如LSI電路等半導體集成電路芯片在高速工作時會產(chǎn)生大量的熱。在某些應用場合，芯片發(fā)熱到因自身的熱量而使其損壞的高溫。
通常，半導體集成電路的發(fā)熱量與其電能消耗量密切相關，當它消耗更多的電能時，它就產(chǎn)生更大的熱量。半導體集成電路大致分成雙極型和C-MOS型。近年來發(fā)現(xiàn)，C-MOS半導體集成電路被廣泛地應用，因為它不工作時所需的功率較小。C-MOS半導體集成電路消耗的電能量與其工作頻率成正比。較高工作頻率的C-MOS半導體集成電路所消耗的電能較大。如附圖5所示，C-MOS半導體集成電路產(chǎn)生的熱量與其工作頻率成正比。
裝有半導體集成電路的個人用計算機或其它電子產(chǎn)品一般裝有諸如冷風扇等的冷卻系統(tǒng)，用以保護半導體集成電路和其它零部件不過熱，原因是半導體集成電路能發(fā)熱到很高的溫度。當冷卻系統(tǒng)破壞時，應發(fā)出警報提示用戶采取某些預防措施，以保護半導體集成電路和其它零部件過熱。
諸如商業(yè)用的視頻游戲機的電子設備也裝有各種半導體集成電路，并通常安裝在禁止人們用手直接接觸它們的環(huán)境中，以便工作中進行過熱保護。如果這些電子設備的冷卻系統(tǒng)損壞，由于這種損壞通常檢測不到，常導致電子設備本身被損壞或工作無法控制。
本發(fā)明的目的是，提供有過熱保護器的半導體集成電路器件，以有效地保護安裝在商業(yè)上使用的諸如視頻游戲機的電子設備中的半導體集成電路板上的半導體集成電路不過熱。
本發(fā)明的另一目的是，提供防止安裝在商業(yè)上使用的諸如視頻游戲機的電子設備中的半導體集成電路板過熱的保護方法。
按照本發(fā)明的一個方案，提供有過熱保護器的半導體集成電路器件，它包括時鐘發(fā)生器，它產(chǎn)生控制時鐘信號；半導體集成電路板，它支承半導體集成電路，半導體集成電路與時鐘發(fā)生器產(chǎn)生的控制時鐘信號同步工作；溫度傳感器，它位于半導體集成電路附近，以產(chǎn)生表示半導體集成電路溫度的溫度檢測信號；溫度監(jiān)視裝置，用于根據(jù)溫度傳感器檢測到的溫度信號確定半導體集成電路的溫度，如果所確定的溫度高于第1閾值并小于比第1閾值大的第2閾值，發(fā)出報警信號，若確定的溫度高于第2閾值，發(fā)出時鐘截止信號使時鐘發(fā)生器截止；和過熱抑制裝置，響應溫度監(jiān)視裝置發(fā)出的警報信號抑制半導體集成電路過熱。
如果確定的溫度大于第1閾值并小于第2閾值，則溫度監(jiān)視裝置發(fā)出報警信號，使過熱抑制裝置工作，抑制半導體集成電路過熱。如果過熱抑制裝置沒能使半導體集成電路的溫度降低，而且該溫度變成高于第2閾值，則溫度監(jiān)視裝置發(fā)出時鐘截止信號使時鐘發(fā)生器截止，因此，半導體集成電路停止工作。
溫度傳感器可以包括多個溫度傳感器。半導體集成電路可以包括多個半導體集成電路。各溫度傳感器分別位于各半導體集成電路附近。溫度監(jiān)視裝置可包括根據(jù)各個溫度傳感器來的檢測到的溫度信號確定各個半導體集成電路溫度的裝置，若檢測到的溫度中的最高溫度高于第1閾值并小于第2閾值，此裝置發(fā)出報警信號，如果確定的溫度中的一個最高溫度高于第2閾值，此裝置發(fā)出時鐘截止信號使時鐘發(fā)生器截止。因此，即使半導體集成電路板上安裝有多個半導體集成電路，也可根據(jù)半導體集成電路的最高溫度防止它們過熱。
半導體集成電路可包括圖像處理半導體集成電路，該半導體集成電路器件還可包括控制裝置，用于在圖像處理半導體集成電路上執(zhí)行圖像處理程序。過熱抑制裝置包括該控制裝置，該控制裝置響應報警信號減少由圖像處理半導體集成電路處理的數(shù)據(jù)量。溫度監(jiān)視裝置可包括發(fā)送時鐘截止信號到控制裝置使時鐘發(fā)生器截止的裝置。因此，如果半導體集成電路包括圖像處理半導體集成電路，響應報警信號，控制裝置使由圖像處理半導體集成電路處理的數(shù)據(jù)量減小，因此，圖像處理半導體集成電路消耗的電能量也減小，以防止過熱。當響應來自溫度監(jiān)視裝置的時鐘截止信號而使時鐘發(fā)生器截止時，時鐘發(fā)生器的截止態(tài)指示控制裝置，它能識別出圖像處理半導體集成電路在執(zhí)行圖像處理程序時因時鐘發(fā)生器的截止狀態(tài)而不工作。
過熱抑制裝置可包括冷卻裝置，用于冷卻半導體集成電路；和起動裝置，響應報警信號起動冷卻裝置。響應報警信號，起動裝置起動冷卻裝置冷卻半導體集成電路板。
按照本發(fā)明，還提供防止安裝在半導體集成電路板上并與時鐘發(fā)生器產(chǎn)生的控制時鐘信號同步工作的半導體集成電路過熱的保護方法，它包括下列步驟監(jiān)視半導體集成電路的溫度，若監(jiān)視溫度高于第1閾值并低于比第1閾值大的第2閾值時，發(fā)出報警信號，以抑制半導體集成電路過熱，若監(jiān)視的溫度高于第2閾值，發(fā)出時鐘截止信號使時鐘發(fā)生器截止。
半導體集成電路可包括多個半導體集成電路，溫度監(jiān)視步驟可包括監(jiān)視多個半導體集成電路的各個溫度中最高溫度的步驟。
半導體集成電路可包括圖像處理半導體集成電路，該方法還包括響應報警信號減小由圖像處理半導體集成電路處理的數(shù)據(jù)量的步驟。
半導體集成電路可包括圖像處理半導體集成電路，該方法還包括響應報警信號冷卻圖像處理半導體集成電路的步驟。
該方法還包括下面的步驟在監(jiān)視的溫度大于第2閾值之后，若確定監(jiān)視的溫度又低于第2閾值，發(fā)出時鐘起動信號使時鐘發(fā)生器再次工作。
按照本發(fā)明，還提供帶過熱保護器的半導體集成電路器件，它包括支承半導體集成電路的半導體集成電路板；溫度傳感器，用于產(chǎn)生表示半導體集成電路溫度的檢測溫度信號；和過熱抑制裝置，用于確定由檢測溫度信號指示的溫度是否大于第1閾值和比第1閾值大的第2閾值，若該溫度大于第1閾值并小于第2閾值，抑制半導體集成電路過熱，若該溫度大于第2閾值，暫時停止半導體集成電路的工作。
通過以下參見附圖對本發(fā)明優(yōu)選實施例的說明，本發(fā)明的上述目的，其它目的、特征和優(yōu)點將變得顯而易見。


圖1是本發(fā)明的裝有過熱保護器的半導體集成電路器件的方框圖；圖2是過熱保護器的部分以方框形式的電路圖；圖3是過熱保護器的工作順序流程圖；圖4是說明過熱保護器工作方式的示圖；以及圖5是表示常規(guī)C-MOS半導體集成電路所產(chǎn)生的熱量與其工作頻率成正比的曲線圖。
如圖1所示，本發(fā)明的裝有過熱保護器的半導體集成電路器件包括安裝在諸如商業(yè)用視頻游戲機的電子設備的圖形板1上的圖像處理器2。圖像處理器2包括作為包括圖像處理電路的半導體集成電路的多個LSI電路。LSI電路與時鐘發(fā)生器5產(chǎn)生的高頻控制時鐘信號CK(見圖2)同步工作。由于供給LSI電路的控制時鐘信號CK是高頻，LSI電路工作時會產(chǎn)生高溫，因此，裝有散熱器(未畫出)。
過熱保護器包括多個(圖示的實施例中為4個)由熱敏電阻器等組成的溫度傳感器3a、3b、3c和3d，用于防止組裝在這些LSI電路上的一些散熱器發(fā)熱的溫度高于其它LSI電路的發(fā)熱溫度。各溫度傳感器3a、3b、3c和3d的電阻值與相應散熱器的溫度密切相關，溫度傳感器3a、3b、3c和3d產(chǎn)生溫度檢測信號，它是與散熱器溫度成正比的電信號。
溫度傳感器3a、3b、3c和3d產(chǎn)生的溫度檢測信號傳輸?shù)綔囟缺O(jiān)視微型計算機4，它包括一個單片微型計算機，作為安裝在圖形板1上的溫度監(jiān)視裝置。溫度監(jiān)視微型計算機4包括計算單元，它根據(jù)傳送的溫度信號計算相應的LSI電路的溫度。溫度監(jiān)視微型計算機4包括判斷單元41，它確定計算出的溫度中的最高溫度是否高于相當于警戒電平的第1閾值TH1和相當于危險電平的第2閾值TH2(TH2＞TH1)。第1閾值發(fā)生器(未畫出)產(chǎn)生第1閾值TH1，第2閾值發(fā)生器(未畫出)產(chǎn)生第2閾值TH2。
圖2更詳細地展示出過熱保護器。如圖2所示，溫度監(jiān)視微型計算機4連接到時鐘發(fā)生器5，時鐘發(fā)生器5連接到圖像處理器2。時鐘發(fā)生器5根據(jù)來自石英振蕩器6的信號產(chǎn)生高頻控制時鐘信號CK。溫度監(jiān)視微型計算機4具有連接到主CPU12(見圖1)的主CPU(中心處理單元)通信端口。
如果溫度監(jiān)視微型計算機4的計算單元計算出的最高溫度高于第1閾值TH1并小于第2閾值TH2，則溫度監(jiān)視微型計算機4的信號輸出單元發(fā)出報警信號。若最高溫度高于第2閾值TH2，則溫度監(jiān)視微型計算機4的信號輸出單元發(fā)出時鐘截止信號使時鐘發(fā)生器5停止工作。同時，溫度監(jiān)視微型計算機4的信號輸出單元經(jīng)連到主CPU12的主CPU通信端口發(fā)出信號，指示時鐘發(fā)生器5已停止其工作。
如圖2所示，4個LED(發(fā)光二極管)8a、8b、8c、8d連接到溫度監(jiān)視微型計算機4，用于顯示由各個溫度傳感器3a、3b、3c和3d檢測的各LSI電路的發(fā)熱狀態(tài)。例如，當由溫度監(jiān)視微型計算機4的計算單元計算出相應LSI電路的作為檢測到溫度中的最高溫度大于第1閾值TH1或第2閾值TH2時，LED 8a、8b、8c和8d中的每一個連續(xù)或間歇地接通。
如圖1所示，主CPU板11經(jīng)連接件10連接到圖形板1，并支承用作執(zhí)行圖像處理程序、系統(tǒng)控制程序和過熱抑制程序的控制裝置的主CPU12。當溫度監(jiān)視微型計算機4發(fā)出的報警信號加到主CPU12時，主CPU12經(jīng)I/O邏輯電路13給多個冷風扇14發(fā)出風扇控制信號，起動冷風扇14冷卻圖形板1。主CPU12和冷風扇14共同用作過熱抑制裝置。響應由溫度監(jiān)視微型計算機4發(fā)出的報警信號，主CPU12還執(zhí)行過熱抑制程序，以減小圖像處理器2的LSI電路處理的數(shù)據(jù)量，例如，待處理的幀數(shù)從60幀/秒減小到30幀/秒。存儲器16連接到主CPU12，用于存儲各種數(shù)據(jù)，同時，主CPU12執(zhí)行每個程序。
以下將參見圖3說明圖1和2所示過熱保護器的工作順序。
當視頻游戲機開始放視頻游戲時，在步驟S1中，溫度監(jiān)視微型計算機4的計算單元根據(jù)溫度傳感器3a、3b、3c和3d提供的溫度信號確定LSI電路的溫度。之后，在步驟S2中，溫度監(jiān)視微型計算機4的判斷單元41判斷所確定的溫度中的最高溫度是否高于的第1閾值TH1。若最高溫度不高于第1閾值TH1(在步驟S2中為“否”)，則控制返回到步驟S1。當溫度監(jiān)視微型計算機4回到初始狀態(tài)時，建立第1閾值TH1。但是，第1閾值TH1也可從主CPU12經(jīng)主CPU通信端口送入溫度監(jiān)視微型計算機4。
若最高溫度高于第1閾值TH1(在步驟S2中為“是”)，則在步驟S3中溫度監(jiān)視微型計算機4的判斷單元41判斷最高溫度是否高于比第1閾值TH1高的第2閾值TH2。當溫度監(jiān)視微型計算機4回復到初始狀態(tài)時，建立第2閾值TH2。但是，第2閾值TH2也可經(jīng)主CPU通信端口由主CPU12送到溫度監(jiān)視微型計算機4。如果最高溫度不高于第2閾值TH2(在步驟S3中為“否”)，則在步驟S4中溫度監(jiān)視微型計算機4的判斷單元41確定視頻游戲是否因時鐘發(fā)生器5的截止狀態(tài)而中止。若視頻游戲中斷(在步驟S4中為“是”)，則在步驟S5中溫度監(jiān)視微型計算機4的信號輸出單元給時鐘發(fā)生器5發(fā)出時鐘起動信號使其再開始工作，因此，恢復視頻游戲。當溫度監(jiān)視微型計算機4的信號輸出單元發(fā)出時鐘起動信號時，溫度監(jiān)視微型計算機4指示主CPU12重新起動時鐘發(fā)生器5。若視頻游戲機沒中止(在步驟S4中為“否”)，則控制跳到步驟S6。在步驟S6，溫度監(jiān)視微型計算機4的信號輸出單元給主CPU12發(fā)出報警信號。在步驟S7，響應報警信號，主CPU12發(fā)出風扇控制信號，起動冷風扇14，并執(zhí)行過熱抑制程序，減少由LSI電路處理的數(shù)據(jù)量。
如果最高溫度高于第2閾值TH2(在步驟S3中為“是”)，則在步驟S8，由于最高溫度超過危險值，溫度監(jiān)視微型計算機4的信號輸出單元發(fā)出時鐘截止信號使時鐘發(fā)生器5截止，并給主CPU12發(fā)出指示時鐘發(fā)生器5停止工作的信號。之后，在步驟S9中時鐘發(fā)生器5中斷工作，視頻游戲中斷。
此后，在步驟S10中，溫度監(jiān)視微型計算機4的判斷單元41確定視頻游戲是否已結(jié)束。若視頻游戲未結(jié)束(在步驟S10中為“否”)，則控制返回到步驟S1，由此重復上述工作順序。若視頻游戲已結(jié)束(在步驟S10中為“是”)，則工作順序結(jié)束。
以下將參見圖4說明上述工作順序。當LSI電路的最高溫度增大到超過警戒值的第1閾值TH1時，如圖4中實線曲線所示，溫度監(jiān)視微型計算機4給主CPU12發(fā)出報警信號，它起動冷風扇14并減小待處理的數(shù)據(jù)量，以防止過熱。當LSI電路的最高溫度再升高到超過表示危險值的第2閾值TH2時，溫度監(jiān)視微型計算機4發(fā)出時鐘截止信號，使時鐘發(fā)生器5停止工作，并指示主CPU12中斷時鐘信號發(fā)生器5。
時鐘發(fā)生器5截止后，LSI電路的熱逐漸散去。當LSI電路的最高溫度降到第2閾值TH2以下時，由于LSI電路不再處于危險狀態(tài)但還在警戒狀態(tài)，溫度監(jiān)視微型計算機4給時鐘發(fā)生器5發(fā)出時鐘起動信號，再起動時鐘發(fā)生器5。同時，溫度監(jiān)視微型計算機4給主CPU12發(fā)出報警信號，它起動冷風扇14并減小待處理數(shù)據(jù)量，以防止過熱。當LSI電路的最高溫度降到第1閾值TH1以下時，由于LSI電路脫離了警戒狀態(tài)而處在安全狀態(tài)中，冷風扇14停止，待處理數(shù)據(jù)量增加。
這樣，通常安裝在禁止直接用手接觸的環(huán)境中以防止工作中過熱的商業(yè)用視頻游戲機，被自動控制來抑制LSI電路不希望有的過熱，以保護它不受損壞或無控制地工作，即使在冷風扇不能工作的情況下。
如上所述，當LSI電路的最高溫度高于第1閾值TH1和低于第2閾值TH2時，冷風扇14起動，待處理的數(shù)據(jù)量減小，以防止過熱。當LSI電路的最高溫度大于第2閾值TH2時，時鐘發(fā)生器5中斷，因此，視頻游戲機中止。因為冷風扇14起動且將處理數(shù)據(jù)量減小以防止過熱，所以，雖然最高溫度高于第1閾值TH1而達到報警溫度，時鐘發(fā)生器5也不會立即截止，借此來防止在視頻游戲設備上玩的游戲被頻繁中斷。
多個溫度傳感器3a、3b、3c和3d能精確而可靠地檢測LSI電路的發(fā)熱，因而，能極可靠地檢測LSI電路的不希望的過熱。
當由溫度監(jiān)視微型計算機4發(fā)出的時鐘截止信號使時鐘發(fā)生器5截止時，時鐘發(fā)生器5的截止狀態(tài)被指示給主CPU12。因此，主CPU12能識別出LSI電路在執(zhí)行圖像處理程序時因時鐘發(fā)生器5的截止狀態(tài)而失效。
所示實施例中有4個溫度傳感器3a、3b、3c和3d，由這4個溫度傳感器3a、3b、3c和3d檢測到溫度中的最高溫度與第1和第2閾值TH1和TH2比較。但是，也可以將這些溫度傳感器3a、3b、3c和3d檢測到的溫度平均，用該平均值與第1閾值TH1和第2閾值TH2比較。還可以用多于或少于4個溫度傳感器(如只用一個溫度傳感器)來檢測LSI電路的溫度。
溫度傳感器3a、3b、3c和3d中的每一個均可包括諸如正溫度系數(shù)熱敏電阻器之類的熱敏器件，只要它們能產(chǎn)生指示檢測溫度的電信號。
圖示的實施例中，用冷風扇14冷卻圖形板1。但是，也可采用如Peltier效應裝置的熱電冷卻裝置來冷卻圖形板1。
圖示的實施例中，用主CPU12響應報警信號執(zhí)行過熱抑制程序，以減小要用圖像處理器2的LSI電路處理的數(shù)據(jù)量。然而，在視頻游戲進行當中，對于被顯示的所有運動圖像而言，過熱抑制程序還可用靜止圖像取代肉眼易忽視的顯示屏邊緣區(qū)域內(nèi)的運動圖像。
已示例地說明了本發(fā)明的防止LSI電路過熱的過熱保護器，本發(fā)明也能用于工作時發(fā)熱的其它半導體集成電路。
而且，本發(fā)明的原理也能用于除商業(yè)用視頻游戲機之外的其它電子設備，因此，要被防止過熱的半導體集成電路不限于圖像處理電路。
盡管展示并詳細說明了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但應了解，在不脫離所附權利要求保護的范圍的前提下還會有各種變化和改型。
權利要求
1.帶過熱保護器的半導體集成電路器件，包括時鐘發(fā)生器，用于產(chǎn)生控制時鐘信號；半導體集成電路板，用于支承半導體集成電路，半導體集成電路能與所述時鐘發(fā)生器產(chǎn)生的控制時鐘信號同步工作；溫度傳感器，位于所述半導體集成電路附近，用于產(chǎn)生指示所述半導體集成電路溫度的溫度檢測信號；溫度監(jiān)視裝置，用于根據(jù)由所述溫度傳感器發(fā)出的溫度檢測信號確定所述半導體集成電路的溫度，若確定的溫度大于第1閾值并小于比所述第1閾值大的第2閾值時，發(fā)出報警信號，若確定的溫度高于所述第2閾值時，發(fā)出時鐘截止信號使時鐘發(fā)生器截止；和過熱抑制裝置，用于響應由所述溫度監(jiān)視裝置發(fā)出的報警信號抑制所述半導體集成電路的過熱。
2.按照權利要求1的半導體集成電路器件，其中，所述溫度傳感器包括多個溫度傳感器，所述半導體集成電路包括多個半導體集成電路，所述各溫度傳感器位于所述各半導體集成電路附近，其中所述溫度監(jiān)視裝置包括溫度確定裝置，它分別根據(jù)來自所述溫度傳感器的各溫度檢測信號確定各個所述半導體集成電路的溫度，若確定的溫度中的最高溫度大于所述第1閾值和小于所述第2閾值，發(fā)出所述報警信號，若確定的溫度中的所述最高溫度高于所述第2閾值，發(fā)出時鐘截止信號使時鐘發(fā)生器截止。
3.按照權利要求1的半導體集成電路器件，其中，所述半導體集成電路包括圖像處理半導體集成電路，還包括控制裝置，用于在所述圖像處理半導體集成電路上執(zhí)行圖像處理程序，所述過熱抑制裝置包括所述控制裝置，響應所述報警信號，所述控制裝置減小要用所述圖像處理半導體集成電路處理的數(shù)據(jù)量，其中，所述溫度監(jiān)視裝置包括時鐘截止信號發(fā)生裝置，用于給所述控制裝置發(fā)出所述時鐘截止信號使所述時鐘發(fā)生器截止。
4.按照權利要求1的半導體集成電路器件，其中，所述過熱抑制裝置包括冷卻裝置，用于冷卻所述半導體集成電路板；和起動裝置，用于響應所述報警信號起動所述冷卻裝置。
5.防止安裝在半導體集成電路板上并與時鐘發(fā)生器發(fā)出的控制時鐘信號同步工作的半導體集成電路過熱的保護方法，包括以下步驟監(jiān)視半導體集成電路的溫度；若所監(jiān)視到的溫度高于第1閾值并小于比第1閾值大的第2閾值，發(fā)出報警信號，以抑制所述半導體集成電路過熱；以及若所監(jiān)視的溫度高于所述第2閾值，發(fā)出時鐘截止信號使時鐘發(fā)生器截止。
6.按照權利要求5的方法，其中，所述半導體集成電路包括多個半導體集成電路，所述溫度監(jiān)視步驟包括監(jiān)視所述各個半導體集成電路溫度中的最高溫度的步驟。
7.按照權利要求5的方法，其中，所述半導體集成電路包括圖像處理半導體集成電路，該方法還包括響應所述報警信號減小要由所述圖像處理半導體集成電路處理的數(shù)據(jù)量的步驟。
8.按照權利要求5的方法，其中，所述半導體集成電路包括圖像處理半導體集成電路，該方法還包括響應所述報警信號冷卻所述圖像處理半導體集成電路的步驟。
9.按照權利要求5的方法，還包括步驟若在監(jiān)視的溫度被確定為高于所述第2閾值之后所監(jiān)視的溫度又低于第2閾值，發(fā)出時鐘起動信號，使所述時鐘發(fā)生器再次工作。
10.帶過熱保護器的半導體集成電路器件，包括半導體集成電路板，用于支承半導體集成電路；溫度傳感器，用于產(chǎn)生指示所述半導體集成電路溫度的溫度檢測信號；和過熱抑制裝置，用于確定由溫度檢測信號指示的溫度是否高于第1閾值和比所述第1閾值大的第2閾值，若所述溫度高于所述第1閾值和小于所述第2閾值，抑制所述半導體集成電路過熱，若該溫度高于所述第2閾值，暫時所述半導體集成電路的工作。
全文摘要
一種防止圖形板上LSI圖像處理電路過熱的保護器。LSI電路與時鐘發(fā)生器的時鐘信號同步工作。對發(fā)熱量較高的LSI電路加裝溫度傳感器,將它們檢測的溫度信號提供給溫控單片機,由它確定相應LSI的溫度并判斷其中的最高溫度是否大于表示警戒的第一閾值和表示危險的第二閾值,根據(jù)判斷結(jié)果分別進行抑制LSI電路過熱處理或暫停時鐘發(fā)生器工作。從而緩解LSI電路過熱狀況使其保持正常工作狀態(tài)。
文檔編號H02H5/00GK1178406SQ9711796
公開日1998年4月8日 申請日期1997年7月25日 優(yōu)先權日1996年7月25日
發(fā)明者北野豐文 申請人:科樂美股份有限公司