一种测量FPGA芯片内部电压降的方法、装置和系统与流程

本发明属于电路失效分析领域，具体涉及一种测量fpga芯片内部电压降的方法、装置和系统。

背景技术：

1、在集成电路进入深亚微米制造阶段，芯片内部连接线的线宽越来越细，导致连线上的电阻随之上升。这种效应在芯片内部供电电路上累积，使得芯片内部电源网络的供电电压比预期的值偏低，从而拉低了整个电路的性能，严重时，芯片失效。

2、在现代集成电路的设计过程中，预防电压降是设计收敛的一个重要目标。电压降（ir-drop）一般分为两种类型：静态电压降，即晶体管漏电流（leakage）导致的电压降；动态电压降，即由于芯片内部大量晶体管同时开启或闭合，瞬态电流导致的电压降。预防电压降的通用办法中，一种是仿真来模拟实际电路的工作状况，分析电压降的影响；另一种是通过专用软件来分析电压降的风险；再一种是采用特殊的设计规则来设计供电网络（如图1所示的简化供电电路等）。然而，芯片一旦制造完成，所有的金属层都封装在管壳内部，缺乏实际的手段来测量电压降的影响。一旦遇到芯片工作异常，很难排查定位电压降导致的故障。

3、现有技术一般是通过以下方法来排查电压降故障：

4、1.从芯片内部引出电源线到引脚，直接测量；但引出电源线的方法相当昂贵，芯片的引脚是有限的，只能引出有限点位的电源信号；采用打开管壳，通过探针来探测电压的方式，既需要昂贵的设备，也无法在实际工况下测试。

5、2.给芯片抬高或降低外部供电电压，观察芯片的性能变化；但通过抬高或降低电压的方法只能粗略估计电压降的大致影响。

6、3.通过软件仿真来分析电压降的影响；但软件仿真依赖于测试条件的设置，往往无法反映真实的工作状况。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种测量fpga芯片内部电压降的方法、装置和系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、第一方面，本发明实施例提供了一种测量fpga芯片内部电压降的方法，所述方法包括：

3、利用fpga芯片内部的空余资源，构建内部测试电路；

4、改变所述内部测试电路的动态电流大小，测量内部测试电路对应的性能参数以及fpga芯片的平均电流；

5、根据测量结果确定fpga芯片内部电压降的影响。

6、在本发明的一个实施例中，所述利用fpga芯片内部的空余资源，构建内部测试电路，包括：

7、对fpga芯片的电路图进行分析，标记出未使用的内部空余资源；

8、将标记出的未使用的内部空余资源利用链式方法进行连接，以构建类似移位寄存器的方式构建内部测试电路。

9、在本发明的一个实施例中，未使用的内部空余资源，包括：

10、可配置逻辑功能块、可配置块状存储器、可配置数字信号处理单元，以及可配置时钟管理模块。

11、在本发明的一个实施例中，所述利用fpga芯片内部的空余资源，构建内部测试电路，利用预设的测试电路生成软件完成。

12、在本发明的一个实施例中，所述改变所述内部测试电路的动态电流大小，包括：

13、通过改变fpga芯片外部的可调节时钟信号发生器的频率，改变所述内部测试电路的动态电流大小。

14、在本发明的一个实施例中，内部测试电路的性能参数，包括：

15、最高工作频率、延迟。

16、在本发明的一个实施例中，测量fpga芯片的平均电流，利用fpga芯片供电电路上接入的电流计实现。

17、在本发明的一个实施例中，所述根据测量结果确定fpga芯片内部电压降的影响，包括：

18、绘制fpga芯片的平均电流和内部测试电路性能参数的对应曲线，根据所述对应曲线推测fpga芯片内部电压降的数值。

19、第二方面，本发明实施例提供了一种测量fpga芯片内部电压降的装置，所述装置包括：

20、内部测试电路构建模块，用于利用fpga芯片内部的空余资源，构建内部测试电路；

21、测量模块，用于改变所述内部测试电路的动态电流大小，测量内部测试电路对应的性能参数以及fpga芯片的平均电流；

22、电压降影响确定模块，用于根据测量结果确定fpga芯片内部电压降的影响。

23、第三方面，本发明实施例提供了一种测量fpga芯片内部电压降的系统，所述系统包括：

24、fpga芯片、外部供电电源、可调节时钟信号发生器、电流计和测试电路生成软件；其中，所述外部供电电源用于为所述fpga芯片供电；所述可调节时钟信号发生器的输出与所述fpga芯片的特定管脚连接；所述电流计接入在所述fpga芯片的供电电路上；

25、所述系统用于，利用fpga芯片内部的空余资源和所述测试电路生成软件，构建内部测试电路；通过改变所述可调节时钟信号发生器的频率，改变内部测试电路的动态电流大小，测量内部测试电路对应的性能参数，以及利用电流计测量fpga芯片的平均电流；根据测量结果确定fpga芯片内部电压降的影响。

26、本发明的有益效果：

27、本发明实施例所提供的测量fpga芯片内部电压降的方法，利用fpga芯片内部的空余资源，构建内部测试电路；改变所述内部测试电路的动态电流大小，测量内部测试电路对应的性能参数以及fpga芯片的平均电流；根据测量结果确定fpga芯片内部电压降的影响。可见，本发明实施例是利用fpga芯片内部未被使用的资源，在芯片内部实现一个可以调节大小的电流源，通过改变芯片内部电流的大小评估电压降的影响。本发明实施例既不需要芯片提供额外的引脚，也不需要昂贵的测试设备，直接利用内部资源评估fpga内部的电压降，能够在真实工作条件下测量电压降的影响，且提供电压降测量方式的准确性更高，由于这种方法可以直接施加大电流作用在芯片内部供电线路上，而仿真也需要实际测量校正才能保证正确性，因此本方法可以帮助芯片设计人员高效简单地进行问题分析和定位。

技术特征：

1.一种测量fpga芯片内部电压降的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的测量fpga芯片内部电压降的方法，其特征在于，所述利用fpga芯片内部的空余资源，构建内部测试电路，包括：

3.根据权利要求2所述的测量fpga芯片内部电压降的方法，其特征在于，未使用的内部空余资源，包括：

4.根据权利要求3所述的测量fpga芯片内部电压降的方法，其特征在于，所述利用fpga芯片内部的空余资源，构建内部测试电路，利用预设的测试电路生成软件完成。

5.根据权利要求1-4任一项所述的测量fpga芯片内部电压降的方法，其特征在于，所述改变所述内部测试电路的动态电流大小，包括：

6.根据权利要求5所述的测量fpga芯片内部电压降的方法，其特征在于，内部测试电路的性能参数，包括：

7.根据权利要求1所述的测量fpga芯片内部电压降的方法，其特征在于，测量fpga芯片的平均电流，利用fpga芯片供电电路上接入的电流计实现。

8.根据权利要求1所述的测量fpga芯片内部电压降的方法，其特征在于，所述根据测量结果确定fpga芯片内部电压降的影响，包括：

9.一种测量fpga芯片内部电压降的装置，其特征在于，包括：

10.一种测量fpga芯片内部电压降的系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种测量FPGA芯片内部电压降的方法、装置和系统，方法包括：利用FPGA芯片内部的空余资源，构建内部测试电路；改变内部测试电路的动态电流大小，测量内部测试电路对应的性能参数以及FPGA芯片的平均电流；根据测量结果确定FPGA芯片内部电压降的影响。本发明既不需要芯片提供额外的引脚，也不需要昂贵的测试设备，直接利用内部资源评估FPGA内部的电压降，能够在真实工作条件下测量电压降的影响，且提供电压降测量方式的准确性更高，因此可以帮助芯片设计人员高效简单地进行问题分析和定位。

技术研发人员：杨龙,贾弘翊,韦嶔,张红荣
受保护的技术使用者：西安智多晶微电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15