CN101506676A - 基于芯片的电磁发射确定关于芯片内部操作的信息的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于确定集成电路(IC)内部操作的新颖方法，包括测量来自集成电路芯片的电磁(EM)发射以及分析EM发射。在特定的方法中，利用封闭式RF探针测量来自IC的EM发射。在特定的方法中，测量以各种方式配置的IC的电磁发射。在正常操作模式下，在对IC供电并提供任何外部时钟信号时，测量EM发射。在测量正常操作模式下IC的EM发射之后，通过使外部时钟信号对IC无效并重新测量EM发射来重新配置IC。通过对IC断电、使外部时钟信号无效、然后对IC重新供电，使外部时钟信号无效。在另一第三测试模式下，在对IC持续供电时，使外部时钟信号重新有效。可以通过分析在三个测试模式中的一个或多个测试模式下所获得的频谱扫描数据，来确定关于IC内部时钟存在与否和/或操作是否正确的信息。
Description
技术领域
本发明总地涉及集成电路，具体地说，涉及一种用于通过分析电磁发射来确定集成电路内部操作的技术。
背景技术
集成电路(IC)是小型化的电子电路，主要由半导体和无源器件组成。由于它们尺寸相对较小、性能较高并且成本较低，所以当前IC在所制造的几乎每个电子设备中都相当普遍。在大多数情况下，IC的尺寸从仅几个平方毫米到250个平方毫米左右。虽然这么小的尺寸对于封装在电子设备内非常有利，但是这通常使得故障查找和质量控制非常困难。
在制造过程中，通常需要测试IC至少两次：一次是在切成薄片阶段，而另一次是当将各个IC封装进电子设备中时。诸如晶片检测器之类的自动化测试设备(ATE)是用于测试IC的最普通的工具。晶片检测器使用探针板作为电子测试设备与IC之间的接口。晶片检测的问题在于它需要非常精密且昂贵的测试设备，而且非常耗时。此外，该设备也必须被校准，以便在测试过程中不会损坏IC。
为了减少与IC测试相关的时间和成本，IC通常被设计成具有可测性特征。仅对可测性特征进行测试的问题在于，只通过测试所选择的若干特征通常很难确定IC是否确实操作正确。这种类型的测试更多地用于将功能器件从非功能器件中过滤出来。
IC测试中的最大障碍之一是时钟信号的测试。集成电路通常包括一个或多个用于协调两个或更多电路的动作的时钟信号。这些时钟信号以预定的时钟频率(每秒的周期数，以赫兹来计)在高、低状态之间振荡。时钟信号用于使电路的不同部分同步，也用于计算传输中的延迟。随着IC变得更加复杂，特定的IC可能存在许多具有各种不同时钟频率的时钟信号。通过已知的测试过程，通常很难确定时钟频率是否操作正确。
可以理解的是，如果时钟信号可操作，但是不正确或没有正确地被同步，那么IC可能无法正确执行某些功能或计算，从而导致可运行但有缺陷的器件。这种器件通常很难利用已知的测试过程来诊断或识别。
此外，制造商时常可以发现有必要反向分析产品。无论它是自己的IC、竞争者的IC还是供应商的IC，反向分析都是设计、诊断和改善IC的有效工具。直到现在，这一实践已经包括很多先前描述的IC测试过程以及一些剖析型过程。除了需要昂贵的测试设备之外，问题还在于这一过程通常是破坏性的，而且可能需要很多训练有素的专家来解读各个部件的功能。实际上，如果只有一个样本来进行破坏型反向分析，那么这种破坏型反向分析是相当麻烦的。
因此，所需要的是非破坏性系统和方法来用于测试集成电路内部时钟的操作。
发明内容
本发明通过提供非破坏性系统和方法测量电磁发射来测试集成电路内部时钟的操作，从而克服与现有技术相关的问题。本发明通过提供非破坏性工具来测试并识别时钟信号以及通过频谱分析来辅助特定IC的反向分析，使得识别故障IC更加容易。
根据本发明的一个方案，用于确定集成电路(IC)内部操作的方法包括：测量来自集成电路芯片的电磁(EM)发射，并分析EM发射。在特定的方法中，利用封闭式RF探针(close end probe)测量来自IC的EM发射。可以获取关于IC的若干个不同位置处的测量结果。
在特定的方法中，测量以各种方式配置的IC的电磁发射。在正常操作模式下，在对IC供电并提供任何外部时钟信号时，测量EM发射。在测量正常操作模式下IC的发射之后，通过使外部时钟信号对IC无效并重新测量EM发射来重新配置IC。通过对IC断电、使外部时钟信号无效然后对IC重新供电，来使外部时钟信号无效。在另一第三测试模式下，在对IC继续供电时，使外部时钟信号重新有效。
还公开了用于分析EM发射的各种方法。根据一种方法，分析EM发射，以确定它们是否低于一预定的射频干扰(RFI)水平。根据另一特定方法，测量一频率范围内的EM辐射，并且所述分析EM发射的步骤包括识别与大于一预定振幅的振幅对应的频率(例如，识别频谱中的频率波峰)。然后，将识别出的频率与一预定频率组进行比较，以确定IC的时钟是否操作正确。在可替换分析中，将识别出的频率和与已知器件相关的频率组进行比较，以确定是否有任何已知器件嵌入在IC中。在另一可替换分析中，可以将一测试模式下IC的发射中识别出的频率与另一测试模式下同一IC的发射中的进行比较，以确定是否有任何内部时钟与一内部时钟或外部时钟信号同步。
本发明的方法可以利用电子可读介质实现，在电子可读介质中具有用于使电子设备执行和/或利于本发明任一方法的代码。
还描述了用于确定IC内部操作的装置。该装置的一实施例包括探针、频谱捕获器和频谱分析器。探针探测来自IC的EM辐射。频谱捕获器可操作地将探针探测到的EM辐射转换成电子数据。频谱分析器可操作地处理电子数据，以提供关于IC内部操作的信息。
在一实施例中，该装置包括显示器。频谱分析器在显示器上以例如振幅和频率的关系曲线图的形式显示所捕获的频谱数据。在该实施例中，用户可以简单地通过查看显示器上的数据来对数据直接进行解释。
另一实施例包括用于执行代码和处理数据的处理单元以及用于存储数据和代码的存储器。代码包括频谱捕获器例程和频谱分析器例程。频谱捕获器例程捕获电子频谱数据，并存储该数据作为表示由IC发出的EM频谱的记录。可选择地，频谱捕获器例程能控制探针的位置和/或被测试IC的结构。例如，频谱捕获器可以选择性地中断对IC的供电和/或选择性地使外部时钟信号有效/无效。
频谱分析器例程可操作地分析通过频谱捕获器例程捕获的频谱数据。例如，频谱分析器可以对从不同测试模式下IC捕获的频谱数据组进行比较，以确定频谱数据的相关差异。作为另一示例，频谱分析器可以将捕获到的频谱数据与表示已知器件内部时钟的操作正确的频谱数据进行比较。作为又一示例，频谱分析器可以对捕获到的数据和与已知电子设备相关的数据组进行比较，以确定是否有任何已知器件嵌入在IC中。
还公开新的数据结构。
附图说明
参考以下附图对本发明进行描述，其中相同的附图标记代表大致相似的元件。
图1示出根据本发明一实施例的用于测试集成电路的装置；
图2是更详细示出图1中的计算机系统的框图；
图3是示出器件的EM频谱数据的示范性数据结构的图；
图4是示出已知器件数据的示范性数据结构的图；
图5是概括一用于通过来自IC的电磁发射确定集成电路(IC)内部操作的特定方法的流程图；
图6是概括一用于配置和重新配置集成电路以用于EM发射扫描的示范性方法的流程图；
图7是概括一用于配置集成电路以用于没有外部时钟源的EM发射扫描的示范性方法的流程图；
图8是概括一用于测量来自集成电路的EM发射的示范性方法的流程图；
图9是概括一用于分析EM发射以确定已知集成电路内部时钟的操作正确的示范性方法的流程图；
图10是概括一用于分析EM发射以确定未知集成电路内部时钟的特征以及存在与否的示范性方法的流程图；
图11是概括一用于测量EM发射频谱并将相关数据写入频谱档案的示范性方法的流程图；以及
图12示出显示在图1中的计算机显示器上的示范性频谱分析图。
具体实施方式
本发明通过提供用于非破坏性地测试集成电路的时钟信号的系统和方法，来克服与现有技术相关的问题。在以下描述中，为了提供对本发明的全面理解，阐述了大量的具体细节(例如，示范性测试方法)。不过，本领域的技术人员应该意识到，本发明可以脱离这些具体细节来实施。在其它情况下，省略了任何公知电路测试实践(例如，电路连接、测试设备等)的细节，以便不会使本发明不必要地模糊。
图1示出根据本发明一实施例的用于测试集成电路(IC)102的装置100。测试装置100包括通用计算机系统104、机械臂106、电磁发射探测探针108、电源和时钟信号发生器110，以及IC接口112。机械臂106经由电缆114电连接到计算机系统104，并受计算机系统104的控制，而电源和时钟信号发生器110经由电缆116电连接到计算机系统104，并受计算机系统104的控制。电缆114和116代表任何类型的通信电缆，包括但不限于USB电缆、不锈钢中空线电缆(firewire cable)、以太网电缆等等。受控于计算机系统104的机械臂106在测量来自IC 102的EM发射的过程中定位探针108。电源和时钟信号发生器110经由电连接部分118和接口112向IC 102供电并提供时钟信号，以将IC 102设置在若干个不同的测试模式下。
在一种测试模式下，电源和时钟信号发生器110向IC 102供电和提供外部时钟信号，以便IC 102在正常的操作模式下运行。在正常操作过程中，集成电路102中的内部时钟(不可见)将发出电磁辐射120。当机械臂106将探针108移动到集成电路102之上时，探针108就探测EM发射120。探针108探测到的EM发射120被转换成电信号，并经由电缆114传送到计算机系统104，在计算机系统104中，电信号被分析，以识别出关于IC 102中时钟的操作和/或存在与否的信息。电信号可以由运行在计算机104上的软件进行处理，和/或图形化地显示在计算机104的显示器122上。特定测试过程将根据测试目的以及设备的更多细节进行改变，并且具体测试过程将在后面的附图中进行概述。
在特定的实施例中，探针108是带宽为30MHz到1GHz或DC到30MHz的封闭式射频探针，其经由外部25db增益放大器(未示出)连接至带宽能力为DC到7GHz的频谱分析器(在计算机104中)。通过使用封闭式探针108，可以将发射局部化于探针108的尖端，从而消除对使用外部屏幕空间(screen room)的需要，以将发射泄漏局部化于系统组件，同时不会使外部发射危及结果。
图2是更详细示出计算机系统104的框图。计算机系统104包括非易失性数据存储器202、一个或多个处理单元204、内存储器206、用户I/O设备208以及EM探针和测试模式接口210，所有这些都经由内部总线212进行互连通信。非易失性数据存储器202存储即使在计算机系统104断电时也需要保留的数据和代码。非易失性数据存储器的典型示例包括只读存储器(ROM)、硬盘驱动器、光盘驱动器以及其它类型的可移动介质。处理单元204通过处理存储于非易失性数据存储器202和存储器206中的可执行代码将功能给予计算机系统104。内存储器206提供对正由处理单元204处理的数据和代码的临时存储。用户I/O设备208为用户提供了与计算机系统104交互的工具，并通常包括诸如键盘、显示器122、打印机、指示器之类的设备。EM探针接口210是将由电磁探测探针108接收到的EM发射转换成可以由计算机系统104处理(例如，显示、存储、分析等)的数字数据的接口。
为了清楚地说明测试装置100的操作，将计算机系统104的功能代表性地示为存储器206中的代码块。不过，本领域的技术人员应该理解，在计算机系统104的操作过程中所有的代码不需要都保留在存储器206中。实质上，处理单元204通常将部分代码移到存储器206中以及移出存储器206(例如，从非易失性数据存储器202等来/回移动部分代码)，用于在操作过程中如所需要的那样执行。进一步地，尽管存储器206中的功能块被示为物理连接，但是本领域的技术人员应该理解，它们实际上是通过彼此调用进行通信以用于执行的处理过程。
如图2所示，存储器206包括操作系统214、一个或多个应用程序216、器件数据库218、频谱分析器220、频谱捕获例程222、频谱档案224、主控制例程226和校准例程228。操作系统214是其它程序在其上运行的底层程序。应用程序216代表字处理程序、图形程序等，并意在示出计算机系统104是使其它应用程序寄宿的通用计算机系统，所述其它应用程序能提高或扩大测试装置100中计算机104的操作。
器件数据库218包括用于各种集成电路的制造商规范或经验确定的数据的记录。器件数据库218的记录在确定已知器件的正确操作或识别未知器件时，作为用于比较的工具来用于分析测试数据。频谱捕获例程222是用于初始化和终止测试的程序，并控制经由EM探针和测试模式接口210的EM发射数据的采集。频谱分析器220是分析所采集的频谱数据以提供关于正被测试的器件的信息(例如，内部时钟存在和/或操作正确，未知器件的识别等)的程序。频谱档案224是存储在测试扫描过程中采集的数据并将这些数据与被测设备相关联的档案。频谱档案224可以包括但不局限于诸如时钟频率、时钟电路位置、芯片架构之类的数据。此外，频谱档案224可以与器件数据库218记录进行比较，以识别未知器件、证明嵌入式处理器存在，等等。主控制226提供计算机104的测试特征的全面协调和控制，并特别地使机械臂106以及电源和时钟信号发生器110的操作与频谱捕获例程222的操作同步。此外，主控制226经由用户I/O设备208提供数据给用户，并从用户接收命令。总之，主控制226调用存储器206中的各种其它组件，以在整个测试过程中使数据采集、数据显示、数据存储、数据分析等正确同步。校准例程228包括用于校准包含于EM探针和测试模式接口210中的EM探测探针和放大器的例程。
应该注意到，存储器206中的功能和数据组可以不偏离本发明的范围而进行改变。这些示范性的功能和数据组不应该是本发明的限制或必需元件。相反，它们仅作为实施本发明的一个特定模式的图示以及提供对本发明的更全面的理解而被提供。
图3是数据库表300，它图示适用于图2中频谱档案224的数据结构的示例。表300的记录包括被测器件编号(DUT No.)字段302、扫描ID字段304、频率波峰字段306、频率扫描低值字段308、频率扫描高值字段310、波峰搜索字段312以及寄生频率字段314。DUT No.字段302包括指示被测的特定器件的数据。频率波峰字段306包括指示在测试扫描过程中超过预定振幅的EM辐射的特定频率的数据，以便将该特定频率视为频率波峰。频率扫描低值字段308包括指示在扫描过程中所测量到的最低频率的数据。频率扫描高值字段310包括指示在扫描过程中所测量到的最高频率的数据。波峰搜索字段312包括指示用于限定频率波峰的预定振幅的数据。最后，寄生频率字段314包括指示与记录相关的波峰恰好是寄生频率波峰还是IC 102的操作时钟的结果的数据。
图4是数据库表400，它图示用于图2中器件数据库218的数据结构的示例。表400的记录包括制造商名称字段402、制造商的部件编号(No.)字段404、位数字段406、时钟速度字段408、工艺字段410和电能/MHz字段412。制造商名称字段402包括指示与记录相关的器件制造商的数据。制造商的部件No.字段404包括指示由制造商使用的唯一号码以识别器件的数据。位数字段406包括指示器件的位分类的数据。例如，指示器件是32位处理器、64位处理器等。时钟速度字段408包括指示器件操作的时钟速度的数据。工艺字段410包括指示器件的工艺分类的数据。最后，电能/MHz字段412包括指示器件消耗的电能除以器件的操作频率的数据。
图3-4所示的示范性字段以示例但不局限的方式示出。这些字段中的每个都包括可以帮助识别未知器件或证明已知器件存在的数据。不过，应该理解，附加的或可替换类型的数据可以用于这些目的，而不偏离本发明的范围。
图5是概括一用于通过来自集成电路的电磁发射测试集成电路的示范性方法500的流程图。在第一步骤502中，提供集成电路用于测试。然后，在第二步骤504中，配置集成电路用于第一EM发射扫描。接下来，在第三步骤506中，测量来自集成电路的EM发射。接着，在第四步骤508，分析所测量的EM发射，以确定内部时钟的存在与否和/或操作。接下来，在第五步骤510中，确定是否需要额外的测量。如果不需要，方法500结束。否则，方法500返回到第二步骤504，在这一步骤，重新配置集成电路用于下一次EM扫描。
图6是概括一用于执行方法500的第二步骤504(配置/重新配置IC)的示范性方法600的流程图。在第一步骤602，确定是否已经完成IC的第一次扫描。如果不是，那么在第二步骤604，配置IC用于第一次扫描(测试模式1)，并且方法600结束。如果第一次扫描已经完成，那么在第三步骤606，确定是否已经完成IC的第二次扫描。如果不是，那么在第四步骤608，配置IC用于第二次扫描(测试模式2)，并且方法600结束。然而，如果确定第二次扫描已经完成，那么在第五步骤610，配置IC用于第三次扫描，并且方法600结束。
需要注意的是，在示范性方法600中，IC有三种可能的配置，分别称为测试模式1-3。在测试模式1，IC被供电，并被连接到任何需要的外部时钟信号，以便IC如它意在操作在正常操作模式下一样进行正常操作。在测试模式2，使任何提供给IC的外部时钟信号都无效，但是电能仍然对IC供电。IC操作但没有外部时钟信号的帮助。最后，在测试模式3，使无效的外部时钟信号重新有效。在三种测试模式中的每种测试模式下，关于任何内部时钟操作的重要信息可以通过分析来自IC的EM发射来确定，如下文将更详细说明的那样。
简要地返回去参见图1，注意到，IC 102可以在计算机104的控制下，由电源和时钟信号发生器110设置在三种测试模式中的任何测试模式下。这通常是当测试装置100用于对已知器件执行质量控制测试时的情况。不过，当试图确定未知器件中的内部时钟是否存在时，并且IC可能安装在具有其它器件的印刷电路板上，可能有必要配置IC用于手动测试。例如，有必要搜索并物理上中断提供给IC的任何外部时钟信号。
图7是概括一用于执行方法600的第四步骤608(配置用于扫描2)的示范性方法700的流程图。在第一步骤1102中，对集成电路断电。接下来，在第二步骤1104中，通过短路或中断与集成电路的连接，使外部时钟源(例如，振荡器、晶片、陶瓷、时钟电路等)无效。然后，在第三步骤1106中，对集成电路重新供电，并且方法700结束。
图8是概括一个用于执行方法500的第三步骤506(测量来自IC的EM发射)的示范性方法800的流程图。在第一步骤802中，将电磁探测探针定位在待测集成电路上。如前所述，这可以借助机械臂或通过诸如人工手持探针之类的各种其它手段来完成。在第二步骤804中，测量EM发射频谱，并且将数据存储在相关的频谱档案中。然后，在第三步骤806中，确定是否完成测量。如果是，方法800结束。否则，方法800进行到第四步骤708，在该步骤中，重新定位电磁探测探针。然后，方法800返回到第二步骤804，在这一步骤，再次测量EM发射频谱。方法800有利于扫描IC的不同区域，以定位潜在的时钟信号。
图9是概括一用于执行方法500的第四步骤508(分析EM发射)的示范性方法900的流程图。方法900对于证明集成电路内部时钟的操作正确非常有用。在第一步骤902，确定是否在IC的EM发射频谱中探测到任何频率波峰。如果是，那么在第二步骤904，确定测试数据是否匹配操作正确器件的已知数据。如果测试数据匹配已知数据，那么在第三步骤906，可以断定IC的内部时钟操作正确，并且方法900结束。不过，如果在第一步骤902确定没有探测到任何频率波峰，那么方法900就进行到第四步骤908，在这一步骤中，可以断定IC的内部时钟操作不正确，并且方法900结束。类似地，如果在第二步骤904中确定测试数据不匹配操作正确器件的已知数据，那么方法900就进行到第四步骤908。
图10是概括一用于执行方法500的第四步骤508(分析EM发射)的示范性方法1000的流程图。方法1000在确定未知集成电路中的内部时钟的类型以及存在与否方面非常有用。在第一步骤1002中，分析在测试模式1(正常操作模式)下获得的数据D1，以确定是否存在至少一个频率波峰。如果是，那么在第二步骤1004中，分析在测试模式2(外部时钟信号无效)下获得的数据D2，以确定是否存在至少一个频率波峰。如果是，那么在第三步骤1006中，分析数据D2，以确定现存的频率波峰是否是基波频率波峰的谐波。如果不是，那么在第四步骤1008中，分析在测试模式3(外部时钟信号重新有效)下获得的数据D3，以确定现存的频率波峰是否是基波频率波峰的谐波。如果是，那么在第五步骤1010，确定存在与外部时钟信号同步的内部时钟，并且方法1000结束。
如果在第一步骤1002中，确定数据D1没有示出至少一个频率波峰，那么方法1000进行到第六步骤1012，在该步骤中，确定没有内部时钟运行在IC上，并且方法1000结束。如果在第三步骤1006确定数据D2示出现存的频率波峰是基波频率波峰的谐波，那么方法1000进行到第七步骤1014，在该步骤中，确定IC上的内部时钟与一内部时钟同步，并且方法1000结束。如果在第四步骤1008中，确定数据D3没有示出现存的频率波峰是基波频率波峰的谐波，那么方法1000进行到第八步骤1016，在这一步骤中，确定IC包括异步时钟或者频率波峰不是时钟信号。接着，方法1000结束。
图11是概括一用于执行方法800的第二步骤804(测量EM发射频谱)的示范性方法1100的流程图。在第一步骤1002中，初始化频率变量(f)和待采用的样本数变量(n)。然后，在第二步骤1004中，测量最初指定的频率(f)下的来自集成电路的EM发射的振幅。接下来，在第三步骤1006中，确定当前正在扫描的频率是否是频率范围中的最后频率。如果不是，那么在第四步骤1108中，递增频率变量(f)，并且方法1100返回步骤1004，以测量下一频率下的振幅。如果在第三步骤1106中确定已经测量到范围中的最后频率，那么方法1100进行到第五步骤1110，在这一步骤中，确定是否采用了扫描所需的数量。如果不是，那么方法1100进行到第六步骤1112，在这一步骤中，递增样本数变量(n)，并且重新初始化频率变量(f)以便于下一次扫描。重复方法1100的循环，直到在第五步骤1110中确定已经完成扫描所需的数量。然后，在第七步骤1014，写入频谱档案，以存储所测量的数据。
图12示出频率(水平轴1204)对振幅(竖直轴1206)的EM频谱曲线图1200的定性示例，其可以显示在计算机104的显示器122上。频率轴1204包括作为频率扫描执行中的界限的频率扫描低值1208和频率扫描高值1210。曲线图1200示出超过固有噪声电平1222的若干频率波峰1216。这些频率波峰可以表示以波峰发生频率操作的内部时钟。
在图12中，图示出当正在被测试的IC在测试模式1-3下被配置时，关于内部时钟存在与否和/或操作正确的信息可以通过观察曲线图1200以及观察曲线图1200中的变化来获得。例如，曲线图1200中波峰1216近似相等的间距，显示出一波峰1216是主波峰，而其它相等间距的波峰是主波峰的谐波。这表明了以不同频率操作但与主时钟信号同步的多个时钟。
当IC置于测试模式2(外部时钟信号无效)时，查看者可以确定内部时钟是否与一内部时钟或外部时钟信号同步。如果内部时钟与一内部时钟同步，那么当移走外部时钟信号时，曲线图1200应该保持不变。不过，如果波峰偏移(即，频率变得不稳定)，那么这表明内部时钟试图与已经无效的外部时钟信号同步。如果在IC置于测试模式3(外部时钟信号重新有效)时，频率波峰稳定，那么内部时钟信号正在与外部时钟信号同步。这基本上与图10中的方法1000所执行的分析相同，并且可以在IC置于各种测试模式下时通过观察曲线图1200来直接完成。
现在已经完成了对本发明特定实施例的描述。在不偏离本发明范围的情况下，所描述的许多特征都可以进行替换、改变或省略。例如，用于记录EM频谱数据的可替换手段(例如，手动数据获取、可替换的数据结构等)可以替换所示的计算机化的方法和装置。作为另一示例，尽管将本发明示出为用通用计算机上的软件实现，但是应该理解，本发明可以用硬件、固件、软件或它们的任何组合来实现。实际上，如参考图12所述，本发明可以用频谱分析器和EM探测探针手动实现。这些以及所示特定实施例的其它变体对于本领域的技术人员来说是显而易见的，特别是在参考了上述公开的情况下。
优先权申请
本申请要求由同一发明人于2005年11月4日递交的、名称为“Methodfor Determining Information About the Internal Workings of a Chip Based onElectro-Magnetic Emissions Therefrom”的美国临时专利申请No.60/733,397的权益。该优先权申请的实质内容如下。
采用这样的技术，以使用封闭式RF探针追踪集成电路(IC)上的EMI/RFI发射从而测量检验时钟：
在下面的论述中，仅采用示例的方式使用Sonytm微处理器芯片。
记录测量结果，以通过RF发射示出IC器件内部时钟发生的证据。
查看IC器件的整个系统的连接：查看与石英、陶瓷和/或时钟发生IC外部连接的所述IC系统模块。追踪对IC的所有管脚的所有时钟连接。记录对石英、陶瓷和/或时钟发生IC的标记。如果可获得，那么读取IC器件的数据表和时钟组件，以使时钟输入有效和无效。
记录测量结果：为了示出内部时钟产生的证据，具有30Mhz到1Ghz或DC到30Mhz带宽的封闭式RF探针连接至外部25db增益放大器，进而连接至具有DC到7Ghz带宽能力的频谱分析器，该封闭式RF探针从产生于IC器件内部的内部时钟发生源的RF发射中捕获频率尖刺(frequency spur)(或像三角形的波峰)，内部时钟发生源例如向类似于PLL/DLL等设计的控制进给电路进给的外部参考源控制下的可变速率时钟源。
封闭式RF探针确保发射测量局限于探针的尖部。这消除了对使用外部屏幕空间以将发射泄漏局限于系统组件的需要，从而不会使外部发射干扰结果。
Sonytm芯片组器件的正常操作
最初的观察利用来自诸如石英、陶瓷和/或时钟发生IC之类的外部源的使能时钟输入来测量被测IC器件(DUT)上的频率尖刺。
1、标记1、2、3...等示出了产生自内部时钟源的谐波的频率尖刺。
2、绕着IC DUT的管脚和其外部封装移动封闭式RF探针，并且记录来自频谱分析器的结果。
通过利用封闭式RF探针捕获辐射自Sonytm芯片组器件封装的RF发射，以上在Sonytm芯片组器件上的图像示出芯片组在外部参考石英操作的内部时钟的证据。标记1是27Mhz内部时钟，同时各种谐波时钟产生自标记1。
使外部时钟源对IC DUT无效
在执行下列任务项目之前，将电源从具有IC DUT的系统模块上移走。
1、通过移走和/或使诸如石英、陶瓷和/或时钟发生IC器件之类的时钟源短路，来使外部时钟源无效。
2、利用IC DUT管脚或封装上的封闭式RF探针，记录频谱分析器的结果。在观察过程中，外部参考时钟源无效，在整个频谱上频率尖刺随机发生，这是因为内部可变速率时钟源正被捕获，以试图锁定主时钟源。这示出了内部时钟发生源存在于IC DUT内部的证据。
3、如果在频谱分析器上没有观察到频率尖刺的发生，则可以断定IC DUT不具有内部可变速率时钟源。
通过移走外部参考石英并将电能施加给Sonytm芯片组器件，可以看到各种频率频谱(27MHz、48MHz和60Mhz)存在于Sonytm芯片组器件内部，而且没有外部石英连接到Sonytm芯片组器件。这证明内部产生的时钟正在操作，但是由于缺少外部参考所以没有被锁定。因此，断定随意运行(freerunning)的可变时钟设计正在没有外部时钟源地独立操作。石英用于为内部时钟设计提供参考，以锁定内部时钟。
在供电情况下使外部时钟源对IC DUT有效
在电源仍然有效，并且封闭式RF探针仍然原封未动的情况下，设置诸如石英、陶瓷和/或时钟发生IC器件之类的外部时钟源和/或排除外部时钟源的短路。观察频谱分析器上的结果。内部可变速率时钟源将试图锁定参考外部时钟源，以产生IC DUT的主时钟源。这是通过类似于PLL/DLL等电路设计的控制反馈电路完成的。
该图像示出外部石英与电源重新连接，同时电能施加给Sonytm芯片组器件。应用来自石英的外部参考锁定27Mhz的内部时钟，如标记1所示。
不具有内部随意运行的可变时钟设计的IC器件(假定器件封装中没有屏蔽)
以下示出的示例是芯片组器件，其示出没有频谱发射自芯片组器件封装。标记1示出实际的固有噪声电平。
频谱识别、概览：
评述过程以在I/O管脚和IC封装的外围处测量来自集成电路(IC)器件的频谱。通过利用连接至频谱分析器的封闭式RF探针，可以测量I/O管脚和IC封装周围有可能发射的EMI/RFI发射。
观察
具有从1Hz到7Ghz带宽能力并连接至具有30Mhz到1Ghz带宽性能的封闭场式RF探针的频谱分析器，可以观察到下表中的测量结果。
| 频率扫描 | 波峰搜索(dbm) | 中心频率 | 寄生频率 |
| 1Hz到50Mhz | |||
| 51Mhz到500Mhz | |||
| 501Mhz到1Ghz |
时钟传送组件
石英组件
石英器件通常是矩形金属外壳或陶瓷的形状，具有两个外部管脚，有时候是3个(该管脚焊接到金属外壳上)，管脚在外壳的一端上突起，或者管脚位于该石英器件的相反侧。为了确定管脚结构，以确定器件的输出和输入，使用高阻抗示波器探针或数字伏特计来测量管脚上的电压电平。如果在管脚上探测到直流电压电平，那么认为该管脚是石英的驱动连接。如果在管脚上没有探测到电压电平，那么认为管脚是石英的接收连接。
使石英组件无效
无法将管脚一起短路来使器件无效。如果一起短路管脚，那么DUT(被测器件)的输入和输出管脚仍然具有来自内部管脚电容的磁滞现象，这可以将PLL继续保持在操作状态。为了正确地使PLL无效，需要完全断开石英管脚与DUT管脚的连接。将DUT管脚的石英连接的接收管脚连接点尽可能短地连接至板上最接近的接地连接。将DUT管脚的石英连接的驱动管脚连接点尽可能短地连接至最接近的VCC连接，以使DUT管脚的电感和电容负载最小化。
注意：利用石英组件的DUT器件通常是用于DUT的PLL以锁定指定的频率的参考源。否则，没有参考时钟源，PLL将在可变频率范围内继续操作(随意运行)。这种技术称作捕获(hunting)，用于找到正确的参考时钟源以将PLL锁定在指定频率。
振荡器组件
振荡器组件看起来是金属外壳、陶瓷或塑料的方形或有时候是矩形封装，其中在封装的每个角落处均具有一个管脚。用于4个或3个管脚的通常连接如下：VCC、GND、ENABLE(可选)和OUTPUT。
使振荡器组件无效
从因特网站点获得数据表，以确定ENABLE管脚的极性。切断至振荡器组件的使能管脚的轨迹。利用因特网数据表约束振荡器组件的使能管脚，以使振荡器组件的输出无效。如果数据表无法设置该器件，那么使用高阻抗示波器探针来观察来自振荡器组件的3或4个管脚中的一个管脚的方波信号。一旦识别出具有方波信号的管脚，那么就切断振荡器输出管脚和连接至DUT的管脚之间的轨迹。将振荡器组件的输出管脚短路至接地，可能造成对振荡器组件的损坏。
注意：
1)利用振荡器组件的DUT器件通常是主时钟源。PLL和乘法器非常依赖作为初始时钟源的这个主时钟源。
2)DUT器件可具有专用管脚使PLL及其相关内部硬件有效和无效。
系统观察
4.1 在探测模块上的任何IC之前，可视化地用丝网印刷指示器Xx或Yx定位任何外部石英或振荡器。在从模块移除外部电源的情况下，执行下列任务。
4.2 用电阻计追踪振荡器或石英连接，以将管脚触点定位在IC器件上。
4.3 标记IC上的管脚位置，用于振荡器触点的进一步参考。如果石英不直接连到IC管脚，那么确定互连IC器件，其可以提供时钟树以连接到模块上所有IC。
4.4 在时钟报告中记录石英频率标记
测量
使用部分2中的上述列表，以记录三个分离的频率扫描中的频率尖刺。测量部分通过利用频谱分析器来捕获发射自DUT管脚和封装的内部RF源的存在与否，从而观察、测量和记录RF频谱。
时钟频谱测量
该部分通过使用频谱分析器来测量发射自DUT管脚和封装的RF频谱，描述可视化记录时钟频谱的存在与否的步骤和过程。
5.1.1 将电能施加给被测模块(MUT)
5.1.2 将RF探针竖直地设置在被测IC器件(DUT)的管脚上
5.1.3 将RF探针保持在竖直位置，同时从左到右水平地移动探针
5.1.4 在水平移动探针的同时，观察频谱分析器上大于频谱分析器的固有噪声电平的频率尖刺，并将其记录在时钟报告中
注意：如果在频谱分析器屏幕上没有频率尖刺，那么外部石英是DUT的主时钟源。因此，在DUT中没有内部时钟发生电路。
5.1.5 对MUT断电
5.1.6 移走或使石英振荡器的外部管脚短路
5.1.7 接通提供给MUT的电源
5.1.8 重复部分4.2至4.4，并将结果记录于时钟报告“没有石英标题”下
注意：频率尖刺应该在频谱分析器上随机移动。这表示PLL/DLL正试着捕获，以试图锁定实际的时钟频率。
5.1.9 利用DUT管脚上的RF探针，连接和/或排除石英振荡器管脚的短路，并将结果记录在时钟报告中的“基波时钟”标题下
注意：随机频率尖刺将锁定所述的图样。诸如外部石英之类的外部参考源正为PLL/DLL提供参考源。
CPU频谱观察
这一子部分的目的是记录落入用在业界中的嵌入式CPU的可观察到的特定范围中的RF频谱。
5.2.1 接通提供给MUT的电源
5.2.2 记录频谱分析器上的RF尖峰，并将测量结果与下表中的范围进行比较：
| 公司 | 名称 | 位数 | 时钟速度(Mhz) | 工艺 | 电能/Mhz |
| MIPS | |||||
| M4K | 32 | 90-225 | .13um | .12-.14mW | |
| M24K | 32 | 400-625 | .13um | .58mW | |
| 5K | 64 | 166-239 | .13um | .31-.45mW | |
| 20K | 64 | 533-600 | .13um | 1.37W(est-ttl) | |
| Pro系列 | 32/64 | ||||
| ARM | |||||
| ARM7 | 32/16 | 80-100 | .18um | .28mW | |
| 32/16 | 146 | .13um | .11mW | ||
| ARM9 | 32/16 | 272 | .13um | ||
| ARM10E | 64/32/16 | 318 | .13um | ||
| ARM11 | 64/32/16 | 672 | .13um | .6mW | |
| Hitachi | |||||
| SH77 | 32 | 200 | |||
| SH-4A | |||||
| SuperH | |||||
| H8 | |||||
| Toshiba | |||||
| PS3 | 64/32 | 530Mhz | .13um | ||
| TX | 64/32 | 200-600Mhz | .13um | ||
| Fujitsu | |||||
| F2MC | |||||
| FR | |||||
| NEC | |||||
| Nr | K1 | 8/16/32 | 16 | ||
| Matsushita | |||||
| Mitsubishi | |||||
5.2.3 在浏览了所测量的RF尖峰和上表以后，记录匹配测量结果的CPU。
注意：通过观察落入上表中的频率范围的RF尖峰，可以断定嵌入式CPU存在于DUT中。
设备校准
在执行任何测量之前，利用频谱分析器的内部50Mhz参考输出信号，执行频谱分析器的自校准。
6.1 将适当的电缆和连接器从50Mhz输出源连接至频谱分析器的输入，并证实所述源等于-20dbm。
注意：如果源输出电平不匹配测量源，那么做适当的排列，以使频谱分析器在使用前校准和/或修理。
6.2 移走输出源和频谱分析器的输入连接之间的电缆连接
6.3 在将电源从封闭式RF探针外部放大器移走的情况下，将外部放大器输入连接端连接至封闭式RF探针，从而使探针的频率带宽匹配放大器的频率带宽连接
6.4 利用适当的电缆和连接，将放大器的输出连接端连接至频谱分析器的输入端
6.5 接通外部探针放大器的电源
6.6 观察频谱分析器上的固有噪声电平，并将其记录在时钟报告中。
Claims (33)
1、一种用于确定集成电路内部操作的方法，包括：
测量来自所述集成电路的电磁发射；并且
分析所述电磁发射。
2、根据权利要求1所述的方法，其中所述测量来自所述集成电路的电磁发射的步骤包括：利用RF探针测量来自所述集成电路的电磁发射。
3、根据权利要求2所述的方法，其中所述测量来自所述集成电路的电磁发射的步骤包括：利用封闭式RF探针测量来自所述集成电路的电磁发射。
4、根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在测量来自所述集成电路的电磁发射的步骤之前，配置所述集成电路。
5、根据权利要求4所述的方法，其中所述配置集成电路的步骤包括：将所述集成电路设置在其正常操作模式下。
6、根据权利要求5所述的方法，其中所述将所述集成电路芯片设置在其正常操作模式下的步骤包括：对所述集成电路供电并提供任何外部时钟信号。
7、根据权利要求4所述的方法，进一步包括：
在测量所述电磁发射的步骤之前，配置所述集成电路；
在测量所述电磁发射的步骤之后，重新配置所述集成电路；并且
在重新配置所述集成电路的步骤之后，重新测量来自所述集成电路的电磁发射。
8、根据权利要求4所述的方法，其中所述配置集成电路的步骤包括：
对所述集成电路供电；并且
使任何外部时钟信号均对所述集成电路无效。
9、根据权利要求8所述的方法，其中所述使任何外部时钟信号对所述集成电路无效的步骤包括：
对所述集成电路断电；
使任何外部时钟信号均对所述集成电路无效；并且
对所述集成电路重新供电。
10、根据权利要求4所述的方法，其中所述配置集成电路的步骤包括：在对所述集成电路供电时，使对所述集成电路无效的外部时钟信号重新有效。
11、根据权利要求4所述的方法，进一步包括：
在测量所述电磁发射的步骤之前，通过对所述集成电路供电并提供任何外部时钟信号来配置所述集成电路；
在测量所述电磁发射的步骤之后，通过对所述集成电路断电、使任何外部时钟信号均对所述集成电路无效以及对所述集成电路重新供电，来重新配置所述集成电路；并且
在重新配置所述集成电路的步骤之后，重新测量来自所述集成电路的电磁发射。
12、根据权利要求11所述的方法，进一步包括：
紧接着重新测量所述电磁发射的步骤，将所述任何外部时钟信号与所述集成电路重新连接；并且
在重新连接所述任何外部时钟信号的步骤之后，重新测量来自所述集成电路的电磁发射。
13、根据权利要求1所述的方法，其中所述分析电磁发射的步骤包括：确定所述电磁发射是否低于一预定RFI水平。
14、根据权利要求1所述的方法，其中：
所述测量电磁发射的步骤包括：测量在一频率范围内的所述电磁发射的振幅；并且
所述分析电磁发射的步骤包括：识别与大于一预定振幅的振幅对应的频率。
15、根据权利要求14所述的方法，其中所述分析电磁发射的步骤包括：将所识别出的频率和一预定频率组进行比较，以确定所述集成电路的一或多个时钟是否操作正确。
16、根据权利要求1所述的方法，其中所述分析电磁发射的步骤包括：将所识别出的频率和与已知器件相关的频率组进行比较，以确定是否有任何所述已知器件嵌入在所述集成电路中。
17、根据权利要求14所述的方法，进一步包括：
在测量来自所述集成电路的电磁发射的步骤之后，使任何外部时钟信号均对所述集成电路无效；
在所述外部时钟信号被无效时，重新测量来自所述集成电路的电磁发射；
识别所述重新测量的电磁发射中与大于所述预定振幅的振幅对应的频率；并且
将所述测量的电磁发射中的所识别出的频率与所述重新测量的电磁发射中的所识别出的频率进行比较。
18、根据权利要求1所述的方法，其中所述测量电磁发射的步骤包括：测量所述集成电路的若干不同位置处的电磁发射。
19、一种电子可读介质，其中具有用于使电子设备执行权利要求1所述方法的代码。
20、一种用于确定集成电路内部操作的装置，包括：
探针，用于探测来自所述集成电路的电磁辐射；
频谱捕获器，用于可操作地将由所述探针探测到的电磁辐射转换成电子数据；和
频谱分析器，用于可操作地处理所述电子数据，以提供关于所述集成电路内部操作的信息。
21、根据权利要求20所述的装置，进一步包括：用于呈现来自所述频谱分析器的数据的显示器。
22、根据权利要求21所述的装置，其中所述频谱分析器可操作地在所述显示器上以振幅和频率的关系曲线图的形式呈现所述数据。
23、根据权利要求20所述的装置，进一步包括：
用于执行代码和处理数据的处理单元；和
用于存储所述代码的存储器，所述代码包括所述频谱捕获例程和所述频谱分析器。
24、根据权利要求23所述的装置，其中所述频谱捕获器进一步可操作地控制所述探针的位置。
25、根据权利要求20所述的装置，其中所述频谱捕获器进一步可操作地选择性中断对所述集成电路的供电。
26、根据权利要求20所述的装置，其中所述频谱捕获器进一步可操作地选择性使外部时钟信号对所述集成电路有效和无效。
27、根据权利要求20所述的装置，其中所述频谱捕获器可操作地存储表示由所述集成电路发出的电磁频谱的记录作为所述电子数据。
28、根据权利要求20所述的装置，其中：
所述频谱捕获器可操作地捕获来自所述集成电路的第一组频谱数据和来自所述集成电路的第二组频谱数据；以及
所述频谱分析器可操作地将所述第一组频谱数据和所述第二组频谱数据进行比较，以识别至少一个预定差异。
29、根据权利要求28所述的装置，其中所述频谱捕获器在捕获所述第一组频谱数据和所述第二组频谱数据中的一组频谱数据的过程中，可操作地选择性性使外部时钟信号对所述集成电路无效。
30、根据权利要求20所述的装置，其中所述频谱分析器可操作地将所述电子数据和表示所述集成电路内部时钟操作正确的电子数据进行比较。
31、根据权利要求20所述的装置，其中所述频谱分析器可操作将所述电子数据和与已知电子设备相关的电子数据组进行比较，以确定是否有一个或多个所述已知电子设备嵌入在所述集成电路中。
32、一种用于确定集成电路内部操作的装置，包括：
探针，用于探测来自所述集成电路的电磁辐射；
频谱捕获器，用于可操作地将由所述探针探测到的电磁辐射转换成电子数据；和
用于分析所述数据以获得关于所述集成电路内部操作的信息的装置。
33、一种计算机可读介质，其中存储有数据结构，所述数据结构包括：
第一字段，其包括表示一特定电子设备的数据；和
第二字段，其包括表示来自所述特定电子设备的电磁发射的数据。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20090812 |