专利名称：电源电压监视的制作方法
技术领域：
本发明涉及电源电压监视，尤其涉及CMOS集成电路(互补性 氧化金属半导体)中的电源电压监视。
背景技术：
制造技术的进步可以实现在单一半导体集成电路上放置更大和 更密集的电路。尤其是电路实现为规则或蜂窝结构例如随机访问存储 器的情况。与高密度器件关联的主要问题在于测试。为了保持较高可 靠性，器件测试程序需要对集成电路中发生的可能故障提供良好的覆盖。
一种用于对集成电路进行测试的技术被称作SIST架构(信号完 整性自检架构)。S1ST架构的目的在于对表征集成电路的电气特性 的重要参数进行实时监视。例如，可以提供监视器来检测串扰、电源 噪声、基片噪声、温度、切换活动、时钟占空比等等。SIST架构的 优点在于在测试和调试过程以及使用(在线)期间能够在使用前执 行测试。
这些附图中的图1是示出包括先前考虑的信号完整性自检 (SIST)架构的集成电路的框图。集成电路100包括多个功能核心 或模块200。这些模块可以执行模拟、数字或存储功能。为了简化， 假定所有核心具有相同尺寸。可以容易地明白，这些技术不限于具有 相同尺寸的核心的集成电路。此外，为了清楚已经从图中省去了在不 同功能核心之间执行通信控制的正常的互连和总线。
集成电路100包括监视器控制块400，该监视器控制块400使用 监视器选择总线600与多个监视器(图1中未示出)进行通信。参考 和比较电路800根据来自监视器接收到的信号从输出端IOOO输出自 检信号。监视器经由总线结构1200供给监视器输出信号。监视器被
设计为标准蜂窝，从而它们能够位于每个标准蜂窝块内的任何地方。
这些附图中的图2示出了来自图1的集成电路的功能核心200。 核心200包括连接到解码器1400和总线结构1200的多个监视器 1600。在图2中，为清楚已经省去了与核心的功能有关的功能块。图 2示出了具有四个监视器1600的示例性核心。可以容易地明白，可 以根据要被测量的参数对核心设置任何数目个监视器。如上所述，不 同传感器用于监视不同现象串扰、电源噪声、基片噪声、温度、切 换活动、时钟占空比等等。
SIST架构(图1)允许使用监视器选择总线600对核心中的每 个独立监视器迸行访问，这由监视器控制块400进行控制。监视器控 制块400包括包含通过其能够选择特定核心中的某监视器的特定代 码的存储器。选择的监视器的输出通常转换成DC值或差分信号，该 DC值或差分信号然后连接到总线结构1200。这个总线结构1200或 者可以直接连接到集成电路的焊片IOOO，或者如示出，总线结构1200 可以连接到参考和比较电路800。在一个特定例子中，参考和比较电 路800工作以确定来自监视器的输出信号是否在某允许的范围内。对 于每种监视器，参考和比较块800可以包含参考值。
尽管监视器控制块400可以放置在集成电路上，但是该监视器 控制块400还可以是外部控制器例如软件程序或分析工具。在所有情 况下，必需提供一种在所有监视器1600和监视器控制块400之间进 行通信的装置。
深亚微米CMOS中的特征尺寸的连续减小已经导致先进数字 CMOS电路中的完整性问题。
完整性问题之一与电源、接地回线通道以及基片电势相关联。 己经能够在布局阶段检测到压降。然而，电源的临时下降或者地线和 基片的反弹具有很强的局部特征，并且在测试下的装置中难于进行预 测或确定。因此，"信号完整性自检(SIST)"监视器目的在于测 量和报告这些临时电压波动。
测量电压偏移(诸如下降或摆动)是非常普通的问题，并且存 在可用的多种方案。然而在数字CMOS集成电路的情况下，--些约
束限制了正确测量的可能性将附加的线馈送到关注的点并且在芯片 的外部进行测量是不可能的，这是因为这些导线会拾取不存在于测 量点上的信号并且需要另外的外部管脚。
建立全模拟-数字转换器以提供表示电压测量的数字信号会消 耗大量的IC区域并且会对电路产生另外的电源约束。
因此，本发明的目的在于提供一种用于这种集成电路的改进的 电压测量设备。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种在具有模块的集成电路中 使用的电源电压监视设备。该设备包括控制器和监视电路，其中， 该监视电路包括低通滤波器、数字-模拟转换器、以及比较器，其中， 该低通滤波器被连接以接收作为输入信号的电源电压并且可操作以 输出平均电源电压信号，该数字-模拟转换器被连接以从该低通滤波 器接收该平均电源电压信号，并且可操作以输出模拟输出信号，该比 较器被连接以从该数字-模拟转换器接收该模拟输出信号并且接收测 量电压信号，并且可操作以产生比较信号以提供到该控制器，该比较 信号与该模拟和电源电压信号的比较有关。该监视电路设置在集成电 路的模块中，并且该控制器被连接以控制该监视电路。
这种设备使得能够靠近关注的电源电压点进行测量，同时会减 小由该测量设备占据的集成电路区域。
该设备可以包括位于集成电路的各个模块内的多个监视电路。 在这种例子中，该控制器被连接以依次从各个监视电路接收比较信 号，并且可操作以依次将电源控制信号提供到监视电路，该控制信号 与关联的比较信号有关。
该测量电压信号可以是电源电压信号。该电源电压信号可以直 接或者经由分压器电路或电平变换器电路提供到该比较器。在后者情 况下，本发明的实施例可以提供电源过冲的测量。
测量电压信号可以是基片电压信号，同时，该比较器被连接以 经由电3 二变拘器111路接收该测量电压信号。这种实施例能够提供基片
电压噪声的测量。
本发明的另一个方面提供了包括上述的测量设备的集成电路。 通过下面对优选实施例进行的描述，本发明的这些和其它方面
将变得清楚。
图1是示出集成电路的SIST架构的框图； 图2是示出图1的架构的功能核心的框图； 图3示出实施本发明的电源监视系统的部分； 图4示出图1的系统的操作； 图5示出图3的系统的修改版本以及 图6示出图3的系统的另一种修改版本。
具体实施例方式
本发明的实施例利用分布式方案。测量装置放置在集成电路上的期 望测量点附近。在这些实施例中，比较器放置在测量点附近，用于将当 前电源电压测量值与由滤波器和数字-模拟转换器(DAC)产生的电源 电压的均值进行比较。DAC的控制由远离测量点放置的控制器进行控 讳ij。控制器对多个测量DAC是公共的，并且能够与DAC进行通信。在 一个可行实例中，通信线路将监视电路彼此连接以形成串联。串联中的 第一和最后监视电路连接到控制器。通信线路可以是单一位线路。
图3示出了实施本发明的一个方面的电源监视系统。该系统包括控 制器8以及监视电路1，其中，该监视电路1包括低通滤波器2 (在该 实施例中，示出包括电阻器21和电容器22的RC网络)、连接以接收 低通滤波器2的输出的数字-模拟转换器(DAC) 4、以及比较器6。
低通滤波器2接收作为输入信号的电源电压VDD 10，并且产生平 均VDD信号12 (VDD,av)。平均信号12提供给数字-模拟转换器4， 然后由数字-模拟转换器4产生DAC信号VDAC 14。比较器6接收DAC 信号14并且将该信号与原始电源电压VDD IO进行比较以产生比较输 出信号16。比较信号VCOMP 16提供到控制器8。控制器8操作以使用
控制信号18来控制DAC的设置。DAC使用逐次逼近技术进行操作以 产生VDD平均信号的恰当解析的近似值。
为了清楚，图3示出了与控制器8连接的单一监视电路。容易明白， 集成电路上的每个模块可以设置与控制器8进行通信的监视电路。
在一个特定例子中，多个监视电路链接在一起以形成一串的连接电 路，该串的连接电路中的每个电路能够与其相邻一个电路或多个电路进 行通信。在这个串中的第一和最后电路被连接以与控制器8进行通信。 在这种情况下，由控制器8提供到监视电路的控制信号必须在监视电路 串中进行传送直到其到达目的电路。然后，目的电路能够经由串中的剩 余电路将其比较信号输出到控制器8。
图4示出了 VDD、 VDD平均、VDAC禾卩VCOMP(10，12,14,16)这 些信号。从图4可以看出，当电源电压VDD经历瞬时下降时(A表示)， 比较信号VCOMP改变，从而将这个下降通知控制器。逐次逼近技术使 得能够测量电源电压的下降的幅度。通过使用平均电源电压作为参考 点，比较信号将与电源电压的相对改变有关。这反过来会免除对本机准 确电源电压测量的需求。
在这种情况下，要被测量的量是噪声Vdd。这个电压的绝对值不是 那么重要，然而，该尖峰信号确定了数字电路的可靠性。相对于噪声电 源的均值来测量这个尖峰信号。本机滤波器产生这个值，这里使用简单 的R-C网络，当然其它选择也是可行的。这个电路中的数字-模拟转换 器对这个值进行细分，并且能够由控制机制(逐次逼近环)进行设置。 由于期望的电压精度在10-20mV范围内，所以能够使用R-2R方案。当 滤波电阻器和电容器形成DA转换器的元件时，存在另外的变量。
图5示出了图3的实施例的修改版本，用于测量电源过冲。分压器 30连接在电源线和比较器之间。图5所示的例子是连接在电源线和地面 之间的两个电阻器的串联连接，并且这两个电阻器的中间连接点连接到 比较器的一个输入。或者，可以使用电平变换器来替代分压器。当与图 3电路相比较时对比较器的输入需要进行反相，从而获得相似的判定极 性。或者，应该在比较器的输出之后加入反相器。图5的电路的操作与 图3的电路的操作相同。
图6示出了另一种修改的电路，用于测量基片噪声。图6的电路和 图3的电路之间的差别如下。电源线和比较器之间的连接由经由电平变
换器32对基片的连接进行替代。为了从比较器获得正确输出，第二电 平可以加入在DAC 4的输出之间或者必须进行基片的"安静"测量，从 而允许校正电平变换后的电压。然后，图6的电路的操作与图3所述的 电路的操作相同。
能够将先前描述的用于测量电源下降和尖峰信号以及基片干扰或 者其它偏置或电源线的干扰的模式进行组合。开关组能够对上述每个模 式建立所需的连接。这些开关的控制可由控制器执行。可以经由总线结 构或者经由移位寄存器控制或者通过工程师知道的任何其它方式来传 输从控制器到这些开关的控制信号.
这种监视器的一些实施例的优点在于测量单元尺寸较小，从而它 能够嵌入在数字核心模块中，并且除了可延伸到正和负偏移测量以及用 于电源和地面端子的单线数据总线以外，不再需要另外进行布线。
应该明白，上述实施例仅仅在于示出本发明而非限制本发明，并且 在不脱离由权利要求定义的本发明的范围的情况下，本领域技术人员可 以设计许多其它实施例。在权利要求中，括号内的任何参考标记不应该 解释为对权利要求的限制。单词"包括"和"包含"等等并不排除不同 于任何权利要求或整个说明书中列出的那些元件或步骤的元件或步骤。 元件的单个标号并不排除多个这种元件的标号，反之亦然。可以由包括
几个不同元件的硬件以及进行适当编程的计算机来实现本发明。在列出 几个装置的权利要求中，这些装置中的几个装置可以由同一个硬件来实 现。仅仅某些措施被引用在彼此不同的从属权利要求中的事实并不表示 不能够有利地利用这些措施的组合。
权利要求
1.一种用于具有模块的集成电路中的电源电压监视设备，所述设备包括控制器(8)；以及监视电路(1)，所述监视电路(1)包括低通滤波器(2)，被连接以接收作为输入信号的电源电压并且可操作以输出平均电源电压信号；数字-模拟转换器(4)，被连接以从所述低通滤波器接收平均电源电压信号，并可进行操作以输出模拟输出信号；和比较器(6)，被连接以从所述数字-模拟转换器(4)接收模拟输出信号并且接收测量电压信号，并且可操作以产生比较信号以提供到所述控制器，所述比较信号与所述模拟信号和电源电压信号的比较有关，其中，所述监视电路(1)被设置在所述集成电路的模块中，并且所述控制器被连接以控制所述监视电路。
2. 如权利要求l所述的用于具有多个模块的集成电路中的设备，所述设备包括位于所述集成电路的各个模块中的多个监视电路。
3. 如权利要求2所述的设备，其中，所述控制器(8)被连接 以依次从各个监视电路(1)接收比较信号，并且可操作以依次将控 制信号提供到所述监视电路，所述控制信号与所述关联的比较信号有 关。
4. 如权利要求1到3中的任何一个所述的设备，其中，所述测 量电压信号是电源电压信号。
5. 如权利要求4所述的设备，其中，所述比较器被连接以经由 分压器电路(30)接收所述测量电压信号。
6. 如权利要求4所述的设备，其中，所述比较器被连接以经由 电平变换器电路接收所述测量电压信号。
7. 如权利要求1到3中的任何一个所述的设备，其中，所述测 量电压信号是基片电压信号，并且所述比较器被连接以经由电平变换 器电路(32)接收所述测量电压信号。
8. —种集成电路，包括-多个模块(200);以及 电源电压监视电路，包括.-控制器(8);以及多个监视电路(1)，每个监视电路包括低通滤波器(2)，被连接以接收作为输入信号的电源电压 并且可操作以输出平均电源电压信号；数字到模拟转换器(4),被连接以从所述低通滤波器接收 所述平均电源电压信号，并且可操作以输出模拟输出信号；以及比较器，被连接以从所述数字-模拟转换器(4)接收所述 模拟输出信号并且接收测量电压信号，并且可操作以产生比较信号以 提供到所述控制器，所述比较信号与所述模拟信号和电源电压信号的 比较有关，其中，所述监视电路(1)被设置在所述集成电路的各个模块中， 并且所述控制器被连接以控制所述监视电路。
9. 如权利要求8所述的集成电路，其中，多个监视电路(1) 串行连接在一起，用于在所述串接中的相邻电路之间传送信号，所述 串接中的第一和最后电路被连接以与所述控制器传送信号。
10. 如权利要求9所述的集成电路，其中，所述控制器可操作 以将控制信号发送到所述串接中的第一电路，并且除了所述串接中的 最后电路以外的每个电路可以操作以将那个控制信号接替传送到所 述串接中的下一个电路。
11. 如权利要求IO所述的集成电路，其中，每个电路可操作以 接收控制信号并且确定那个控制信号是否打算用于所述有关电路，并 且如果确定那个控制信号是用于所述有关电路，则将比较信号传送到 所述串接中的所述下一个电路或者传送到所述控制器。
12. 如权利要求9到11中的任何一个所述的集成电路，其中， 所述多个监视电路(1)彼此连接和/或经由单数据位线路与所述控制器(8)进行连接。
13. 如权利要求8到11中的任何一个所述的集成电路，其中， 所述测量电压信号是电源电压信号。
14. 如权利要求12所述的设备，其中，所述比较器被连接以经 由分压器电路(30)接收所述测量电压信号。
15. 如权利要求12所述的设备，其中，所述比较器被连接以经 由电平变换器电路接收所述测量电压信号。
16. 如权利要求8到11中的任何一个所述的设备，其中，所述 测量电压信号是基片电压信号，并且所述比较器被连接以经由电平变 换器电路(32)接收所述测量电压信号。
全文摘要
集成电路设置有分布式电源电压监视系统，在该分布式电源电压监视系统中，单一控制器控制位于集成电路的各个模块中的多个电压监视器。该控制器和每个电路形成逐次逼近模拟-数字转换器。这种系统使得对集成电路的每个模块实现较小尺寸的监视电路。
文档编号G01R19/165GK101185003SQ200680014032
公开日2008年5月21日 申请日期2006年4月20日 优先权日2005年4月25日
发明者亨德里克斯·J·M·韦尔德里克, 比奥莱塔·彼得雷斯库, 马赛尔·佩尔格罗姆 申请人:Nxp股份有限公司