Una tecnologia innovativa per la misura della temperatura dei chip in tecnologia sub-micron – (TruTherm: a new paradigm for temperature sensing of sub-micron devices)

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Le misure delle temperatura degli odierni dispositivi a semiconduttore è un’operazione sempre più complessa. La progressiva riduzione delle geometrie e la disponibilità di processori sempre più veloci fanno aumentare il rischio che si sviluppino temperature eccessive.

Di solito per misurare la temperatura dei dispositivi a semiconduttore si utilizza un diodo integrato nel die del processore: di fatto si tratta di un transistor con i terminali di base e connettore posti in corto circuito. La misura viene effettuata forzando due correnti attraverso il diodo.

Di recente abbiamo introdotto una tecnologia decisamente innovativa, TruTherm, basata su una tecnica di misura che garantisce una precisione di lettura della temperatura estremamente elevata. Grazie a questa nuova tecnologia è possibile ottenere prestazioni più elevate, aumentare la vita operativa e ridurre il rumore acustico di tutti quei sistemi che utilizzano Cpu e processori grafici, Fpga e altri circuiti integrati sviluppati sfruttando geometrie sub-micrometriche.

La differenza principale tra la tecnologia TruTherm e i metodi tradizionali è rappresentata dal fatto che TruTherm prevede l’utilizzo completo del transistor, il cui terminale di collettore è ora collegato a massa. In questo modo è possibile annullare la variazione di beta (ovvero del guadagno del transistor) legato alle variazioni di processo.

I miglioramenti in termini di precisione sono decisamente notevoli non solo per quel che concerne il sensore (da 1 a 0,75 °C) ma soprattutto a livello di sistema complessivo. Con TruTherm è possibile ottenere precisioni di misura inferiori a 1 °C, mentre con le tecniche tradizionali l’imprecisione poteva essere anche dell’ordine di 6 °C, un valore decisamente inaccettabile.

National Semiconductor sta introducendo una nuova famiglia di sensori di temperatura realizzati sfruttando questa nuova tecnologia: il primo componente, identificato dalla sigla LM95231, è un sensore di temperatura a doppio diodo caratterizzato da elevata precisione e realizzato con un processo Cmos ottimizzato. Questo componente sarà disponibile in volumi a partire dal mese di maggio: successivamente verranno resi disponibili anche sensori a diodo singolo e quadruplo.

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Measuring temperature of current semiconductor devices is a very complex task: with smaller geometries and faster processors, the risk of overheating gets higher. The traditional method uses a diode embedded on the processor die. In actual fact this is a transistor shortened out base-Collector terminals. The measurement is done by forcing two currents through the diode.

National Semiconductor recently has announced TruTherm thermal management technology, which uses a new measuring technique to provide accurate temperature measurement.
By providing an accurate temperature reading, National’s TruTherm technology enables designers to achieve higher levels of performance, extend system life and reduce acoustic noise in systems using central processing unit and graphics processors, field-programmable gate arrays and other integrated circuits developed in 90-nanometer and below processes.

The main difference with respect to traditional method lies in the fact that the full transistor is used and the Collector in now connected to ground. Through this method the variation of beta (gain) can be cancelled out. TruTherm technology provides accuracy improvements both at sensor (from 1°C to 0,75 °C) and at system level. Without TruTherm the variation at system level can be as high as 6 °C while with our new technology the variation will be below 1° C.

We are introducing a family of new temperature sensors featuring TruTherm technology. The first member of this family, the LM95231, is a high-precision, dual remote-diode temperature sensor designed on National’s proprietary, analog-optimized advanced CMOS process. Production quantities will be available in May 2005: in the near future we will introduce parts with single and quad remote diode sensing capability. 
 

Uwe Kopp - DCS marketing manager Europe National Semiconductor

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