CN105021972A - 老化侦测电路及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露一种老化侦测电路及其方法。老化侦测电路设置于一芯片上，包含测试电路以及老化信号产生电路。测试电路耦接至老化信号产生电路。测试电路产生输出信号。老化信号产生电路包含信号产生电路及选择电路。信号产生电路产生具有不同频率的多个输入信号，选择电路选择性输出输入信号其中一者作为老化信号至测试电路的输入端，或是将测试电路产生的输出信号回授至测试电路的输入端。

Description

老化侦测电路及其方法
技术领域
本发明是有关于一种老化侦测电路，且特别是有关于一种设置于芯片上的老化侦测电路。
背景技术
近年来，电子产品的汰换速率逐渐增加，一方面是软体不断更新造成原电子产品的硬件资源无法支援庞大的运算量，另一方面则是电子产品内的电路老化使得电子产品的操作速度大幅下降。
一般而言，不同的操作环境将造成电路不同的老化程度，像是操作时间、操作电压或操作温度均会影响电路的老化程度，进而改变电路中晶体管的特性。举例来说，老化晶体管的阈值电压将不同于全新晶体管的阈值电压，亦即老化晶体管的阈值电压的绝对值将大于全新晶体管的阈值电压的绝对值。换句话说，于一相同的操作电压下，老化晶体管比全新晶体管更不易导通，且流经老化晶体管的电流也变小，进而造成老化电路的操作速度变慢，更严重可能造成老化电路无法正常运作。
传统上，为克服晶体管的老化问题，通常会提升电路的操作电压使得电路可运作于正常速度，而提升电路的操作电压通常会依据电路的老化程度。检测老化程度的传统作法通常会检测晶体管的阈值电压或电路的操作速度以作为判断电路老化程度的依据。
然而，若欲在电路中自行检测其老化程度，现今技术仍无法有效地检测出本身电路的老化程度，若要准确地得到贴近电路的老化程度，通常需要外接硬件资源以辅助检测，但其硬件成本过高且不切实际。
发明内容
因此，本发明提供一种相关的老化侦测电路及其方法，借以更准确地侦测电路的老化程度。
本发明的一方面是关于一种老化侦测电路。老化侦测电路设置于一芯片上，包含测试电路以及老化信号产生电路。测试电路耦接至老化信号产生电路。测试电路产生输出信号。老化信号产生电路包含信号产生电路及选择电路。信号产生电路产生具有不同频率的多个输入信号，选择电路选择性输出输入信号其中一者作为老化信号至测试电路的输入端，或是将测试电路产生的输出信号回授至测试电路的输入端。
在一实施例中，选择电路包含多个输入端、一选择端及一输出端。输入端接收输入信号以及测试电路产生的输出信号；选择端接收选择信号；输出端根据选择信号输出输入信号其中一者作为老化信号，或是输出测试电路产生的输出信号至测试电路的输入端。
在另一实施例中，当测试电路产生的输出信号回授至测试电路的输入端时，测试电路将振荡使得输出信号为振荡信号。
在次一实施例中，老化电路还包含计数器，计数器接收振荡信号，并于一时间内计数振荡信号的时脉周期数量。
在又一实施例中，信号产生电路还接收参考时脉信号，并根据参考时脉信号产生输入信号。
在一实施例中，信号产生电路为除频器、降频器或变频器。
本发明的另一方面是关于一种老化侦测方法，用于测试电路侦测周围电路的老化程度。老化侦测方法包含自第一时间点起，将测试电路产生的第一输出信号回授至测试电路；于第一时间点后的第二时间点起，产生具有不同频率的多个输入信号，并选择性输出所述输入信号其中一者作为老化信号至测试电路的输入端；于第二时间点后的第三时间点起，将测试电路产生的第二输出信号回授至测试电路；以及比较第一输出信号及第二输出信号。
在一实施例中，老化侦测方法还包含计数第一输出信号于一时间内的第一时脉周期数量；以及计数第二输出信号于所述时间内的第二时脉周期数量。
在另一实施例中，比较第一输出信号及第二输出信号的步骤包含比较第一输出信号的第一时脉周期数量及第二输出信号的第二时脉周期数量。
在次一实施例中，产生输入信号的步骤包含根据参考时脉信号产生输入信号，其中输入信号的频率为参考时脉信号的频率的不同倍数。
附图说明
为让本发明能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1是绘示本发明一实施例的老化侦测系统的示意图；
图2是绘示本发明一实施例的老化侦测电路的功能方块图；
图3是绘示本发明一实施例的老化侦测电路的电路图；
图4是绘示本发明一实施例的老化信号产生电路的电路图；以及
图5是绘示本发明一实施例的老化检测方法的流程图。
具体实施方式
本发明将在本说明书中利用随附附图的参考更充分地陈述，其中随附附图绘有本发明的实施方式。然而本发明以许多不同形式实现而不应受限于本说明书陈述的实施方式。这些实施方式的提出令本说明书详尽且完整，而将充分表达本发明范围予本发明所属技术领域的通常知识者。本文中相同的参考编号意指相同的元件。
参照图1，图1是绘示本发明一实施例的老化侦测系统100的示意图，老化侦测系统100设置于芯片上，包含九个老化侦测电路121～129、记忆体140以及芯片监控电路160。于图1的实施例中，老化侦测电路121～129耦接至记忆体140以及芯片监控电路160，芯片监控电路160耦接至记忆体140。而芯片上设置有许多待测的内部电路130(例如可包含运算单元、暂存器、主动元件、被动元件等)用以执行至少一种功能，如驱动显示器、通讯基频信号处理及其他应用。老化侦测电路121～129可选择性地侦测内部电路130的效能或是执行不同模式的老化模拟。
在一些实施例中，老化侦测电路121～129在芯片上的数目不限于9个。
在一些实例中，若内部电路130的关键路径(critical path)主要位于部分内部电路131里，则可利用相对应的老化侦测电路122进行监控，其中，关键路径定义为时序相对较紧或具特殊代表性的电路路径。另一方面，若内部电路130的关键路径主要经由部分内部电路131及部分内部电路132时，则可利用相对应的老化侦测电路122、123进行监控。
为说明老化侦测电路121～129的功能，一并参照图2，图2是绘示本发明一实施例的老化侦测电路200的功能方块图。图1的老化侦测电路121～129与图2所绘示的老化侦测电路200具相同的架构。
如图2所示，老化侦测电路200包含老化信号产生电路220及测试电路240，其中，老化信号产生电路220耦接至测试电路240，且老化信号产生电路220产生测试信号TS至测试电路240。测试电路240的输出端产生输出信号RO并回授至选择电路224。
老化信号产生电路220包含信号产生电路222及选择电路224，信号产生电路222产生具不同频率的多个输入信号I1～I4至选择电路224，选择电路224将选择性地输出输入信号I1～I4其中一者，或者是将测试电路240输出的输出信号RO回授至测试电路240。
当选择电路224输出所述输入信号I1～I4其中一者时，测试电路240可作为老化模拟电路，由于输入信号I1～I4分别具不同频率，选择电路224可于输入信号I1～I4中选择性地输出具特定频率的输入信号作为测试信号TS。在本发明一些实施例中，测试信号TS可称为老化信号(aging signal)。
在一些实施例中，具特定频率的测试信号TS为输入信号I1～I4中最接近老化侦测电路200的周遭侦测目标电路的操作频率，据此，老化侦测电路200可更准确地模拟周遭侦测目标电路的老化程度。举例来说，如图1所示，若欲选择老化侦测电路122的输入信号，则根据老化侦测电路122周遭侦测目标的部分具代表性内部电路131的操作频率，于输入信号I1～I4中选择具有最接近所述操作频率的输入信号作为老化信号。
当选择电路224将测试电路240的输出信号RO回授至测试电路240时，测试电路240可作为振荡电路，产生的输出信号RO可作为振荡信号。其中，振荡信号的频率为效能指标。举例来说，当测试电路240于一使用时间内持续接收具特定频率的老化信号，内部晶体管的电性特性将改变，使得测试电路240的振荡信号的频率下滑。进一步来说，测试电路240的老化将造成内部晶体管的阈值电压飘移，使得测试电路240无法操作于未老化状态时的振荡频率。因此，老化侦测电路200同时具有老化模拟及效能侦测的功能。
回到图1，芯片监控电路160监控内部电路130的操作环境，举例来说，芯片监控电路160将监测内部电路130的操作频率、温度及电源状态等。芯片监控电路160另可将操作环境写入记忆体140中，特别是当内部电路130初次运作时，芯片监控电路160将设定老化侦测电路121～129的选择电路222以回授测试电路240的输出信号RO至测试电路240的输入端，使得老化侦测电路121～129的测试电路240产生振荡信号，接着，芯片监控电路160计算振荡信号的频率并分别写入至记忆体140中。
为进一步说明老化侦测电路200的实作方式，一并参照图3，图3是绘示本发明一实施例的老化侦测电路300的电路图；老化侦测电路300包含老化信号产生电路320、测试电路340及计数器360。老化信号产生电路320包含信号产生电路322及选择电路324。测试电路340包含NAND逻辑门342及延迟电路344。老化信号产生电路320电性连接至测试电路340，测试电路340电性连接至计数器360。
信号产生电路322接收参考时脉信号REFCLK，并根据参考时脉信号REFCLK的频率产生具不同频率的输入信号I1～I4至选择电路324。
在一些实施例中，信号产生电路322为如图4所示的除频器422，图4是绘示本发明一实施例的老化信号产生电路400的电路图。其中，除频器422包含D型正反器(d-type flip flop)402、404、406、408。D型正反器402具输入端clk、D及输出端Q、Q’，其中输出端Q’为Q的反向，举例来说，当Q具高电位时，Q’为一低电位。D型正反器402的输出端Q’连接至输入端D，输出端Q连接至选择电路324并产生输入信号I4。D型正反器404、406、408与D型正反器402具相同的输入/输出端以及上述的连接关系。再者，D型正反器402的输入端CLK接收参考时脉信号REFCLK，输出端Q则电性连接至下一D型正反器404的输入端clk。而D型正反器404与406间、406与408间的连接关系同于D型正反器402与404的连接关系。因此，D型正反器(flip flop)404、406、408将分别产生具递减频率的输入信号I3、I2、I1，即输入信号I3的频率为输入信号I4的一半，以此类推。
在一些实施例中，信号产生电路322可为变频器或降频器。
选择电路324还接收测试电路340的输出电压RO，且选择电路324根据选择信号MOD输出输入信号I1～I4其中一者或测试电路340回授的输出信号RO作为测试信号TS。
回到图3，NAND逻辑门342的两端分别接收选择电路324输出的测试信号TS及致能信号EN。其中在一电源正常供应的情况下，致能信号EN为低电位时。NAND逻辑门342的输出将永远保持高电位，使得测试电路340不会振荡，亦不会接收输入信号I1～I4任何一者；致能信号EN为高电位时，测试电路340的功能则正常运作。
当选择电路324将测试电路340的输出信号RO输出至测试电路340时，延迟电路344连同NAND逻辑门342将成为一环型振荡器，延迟电路的输出信号RO可视为振荡信号，而记数器360将于一时间周期内记数输出信号RO的时脉周期次数(number of clock cycles)COUNT并传送至图1所示的芯片监控电路160，借以由芯片监控电路160计算出输出信号RO的振荡频率。
在一些实施例中，延迟电路344包含n个串联的反相器，其中n为偶数。
在一些实施例中，NAND逻辑门342可由反相器所取代，其中反相器仅接收选择电路324的测试信号TS。
再者，为说明老化侦测方法的完整流程，一并参照图3及图5，图5是绘示本发明一实施例的老化检测方法的流程图，用于老化侦测电路200侦测周围电路的老化程度。
首先，于老化侦测电路的测试电路340初次作动时，将测试电路340产生的输出信号RO回授至测试电路340的输入端，并计数输出信号RO的初始时脉周期数量(步骤S502)；接着由信号产生电路322产生具有不同频率的输入信号I1～I4，并由选择电路324选择性输出输入信号I1～I4其中一者作为测试信号TS至测试电路340(步骤S504)；并于一段时间后，通过选择电路324将测试电路340产生的输出信号RO再次回授至测试电路340的输入端，并计数输出信号RO的老化时脉周期数量(步骤S506)；最后，比较初始时脉周期数量与老化时脉周期数量以得到周围电路的老化程度(步骤S508)，据以调整周围电路的操作电压。
在一些实施例中，图1所示的芯片监控电路160可将初始时脉周期数量或根据初始时脉周期数量计算的结果写入至图1所示的记忆体140中。
在前述相关的实施例中，记忆体140可为一次性可编程记忆体、只读记忆体、快闪记忆体等具储存功能的非挥发性记忆体。
在前述相关的实施例中，选择电路224、324可为多工器。
功效依据前述实施例可知，应用本发明的老化侦测电路，不仅不需外接其他硬件资源来侦测芯片的老化程度，且测试电路接收的老化信号更具不同频率成分，借此，测试电路的老化状态将更贴近实际状态，使得老化程度能更有效地被侦测。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种老化侦测电路，其特征在于，设置于一芯片上，该老化侦测电路包含：
一测试电路，用以产生一输出信号；
一老化信号产生电路，耦接至该测试电路，该老化信号产生电路包含：一信号产生电路，用以产生具有不同频率的多个输入信号；以及一选择电路，用以选择性输出所述输入信号其中一者作为一老化信号至该测试电路的一输入端，或是将该测试电路产生的该输出信号回授至该测试电路的该输入端。
2.根据权利要求1所述的老化侦测电路，其特征在于，该选择电路包含：
多个输入端，用以接收所述输入信号以及该测试电路产生的该输出信号；
一选择端，用以接收一选择信号；以及
一输出端，用以根据该选择信号输出所述输入信号其中一者作为该老化信号，或是输出测试电路产生的该输出信号至测试电路的该输入端。
3.根据权利要求1所述的老化侦测电路，其特征在于，当该测试电路产生的该输出信号回授至该测试电路的该输入端时，该测试电路具振荡器的功能，使得该输出信号为一振荡信号。
4.根据权利要求3所述的老化侦测电路，其特征在于，该老化电路还包含一计数器，用以接收该振荡信号，并于一时间内计数该振荡信号的一时脉周期数量。
5.根据权利要求1所述的老化侦测电路，其特征在于，该信号产生电路还用以接收一参考时脉信号，并根据该参考时脉信号产生所述输入信号。
6.根据权利要求5所述的老化侦测电路，其特征在于，该信号产生电路为一除频器、一降频器或一变频器。
7.一种老化侦测方法，其特征在于，用于一测试电路侦测周围电路的老化程度，该方法包含：
自一第一时间点起，将该测试电路产生的一第一输出信号回授至该测试电路；
于该第一时间点后的一第二时间点起，产生具有不同频率的多个输入信号，并选择性输出所述输入信号其中一者作为一老化信号至该测试电路的一输入端；
于该第二时间点后的一第三时间点起，将该测试电路产生的一第二输出信号回授至该测试电路；以及
比较该第一输出信号及该第二输出信号。
8.根据权利要求7所述的老化侦测方法，其特征在于，该老化侦测方法还包含：
计数该第一输出信号于一时间内的一第一时脉周期数量；以及
计数该第二输出信号于该时间内的一第二时脉周期数量。
9.根据权利要求8所述的老化侦测方法，其特征在于，比较该第一输出信号及该第二输出信号的步骤包含比较该第一输出信号的该第一时脉周期数量及该第二输出信号的该第二时脉周期数量。
10.根据权利要求7所述的老化侦测方法，其特征在于，产生所述输入信号的步骤包含：
根据一参考时脉信号产生所述输入信号，其中所述输入信号的频率为参考时脉信号的频率的不同倍数。
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