[发明专利]在扩展环境温度范围内允许最高性能操作的系统及方法

说明书

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。

技术领域

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。

相关技术描述

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0℃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℃以最高性能水平操作。

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℃)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。

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。

附图说明

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。

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；

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；

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；

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；

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；

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；

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；

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；

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。