CN106093555A - 监控电路 - Google Patents

Abstract

提供了一种监控电路，用来监控一个待检测电路CUT，监控电路包含电压切换器以及电流计。该电压切换器耦接在供电电压与该待检测电路之间。电流计与电压切换器并联，用来侦测流经该待检测电路的电流。

Description

监控电路

优先权声明

本申请主张在2015年4月29日提出申请的美国临时专利申请第62/154,366号的权利，且上述美国专利申请以引用方式并入本文中。

技术领域

本发明与监控电路(monitor circuit)有关，具体来说，有关于一种用于监控待检测电路(Circuit Under Test，以下简称为CUT)的功率消耗的监控电路。

背景技术

为了避免芯片过热的问题，在半导体芯片的设计中，功率消耗的监控是一个不可回避的程序。然而，一个集成电路通常包含多个片上芯片SOC(Systems On the Chip)。由于这些SOC通常属于相同的电源域(即它们由相同的电源电压供电)，因此难以决定芯片中的哪一个SOC消耗最多的功率。因此，需要一种新型的监控电路的设计来弥补传统的监控电路以及监控程序的缺陷。

发明内容

本发明的一个实施例提供一种监控电路，用来监控一个待检测电路。该监控电路包含电压切换器以及电流计。电压切换器，耦接在供电电压与该待检测电路之间。电流计，与该电压切换器并联，用来侦测流经该待检测电路的电流。

本发明的另一实施例提供一种监控待检测电路的方法。该方法包含：提供电压切换器以及电流计，其中该电压切换器耦接在供电电压与该待检测电路之间，并且该电流计与该电压切换器并联；以及通过该电流计侦测流经该待检测电路的电流。

附图说明

图1是依据本发明的实施例的监控电路示意图；

图2是依据本发明的实施例的监控电路示意图；

图3是依据本发明的实施例的监控电路示意图；

图4是依据本发明的实施例的监控电路示意图；

图5是依据本发明的实施例的监控电路示意图；

图6依据本发明的实施例的用于监控CUT的流程图。

具体实施方式

如下所述的内容仅仅为了举例说明本发明的精神，而并非是本发明的限制条件。本发明的范围需参考权利要求书来决定。

图1是依据本发明的实施例的监控电路100示意图。监控电路100可应用至移动装置中的集成电路，例如智慧型手机、平板电脑、手提电脑等。监控电路100用于监控CUT110的实时功率消耗。CUT110是一个SOC，例如相机模组、编码器模组、或者解码器模组，但并不限于此。如图1所示，监控电路100至少包含电压切换器120以及电流计130。电压切换器120耦接于供电电压VDD与CUT110之间。电流计130与电压切换器120并联，并且用于侦测流经CUT110的电流I1。具体来说，电压切换器120具有耦接至供电电压VDD的第一端，以及耦接至CUT110的第二端；并且电流计130具有耦接至电压切换器120的第一端的第一端，以及耦接至电压切换器120的第二端的第二端。电流计130可产生相对于电流I1的一个输出信号，并且其他电路(例如处理器)能够通过分析来自电流计130的输出信号来估计CUT110的功率消耗。通过上述设计，CUT 110的实时电流与功率消耗被监控电路100持续性地监控，以解决在操作过程中的集成电路过热的问题。

电压切换器120与电流计130的具体结构将在以下的实施例中详细说明。这些实施例仅用于举例说明，而并非本发明的限制。

图2是依据本发明的实施例的监控电路200的示意图。监控电路200用于监控CUT110，包含电压切换器220以及电流计230。图2与图1相似。在图2所示的实施例中，电压切换器220包含PMOS晶体管(P-type Metal Oxide Semiconductor Field Effect Trans istor)MP，其具有接收控制信号SC1的控制端，耦接至供电电压VDD的第一端，以及耦接至CUT110的第二端。PMOS晶体管MP具有一个相对大的晶体管尺寸(例如闸极长度可以是24nm或者更大)，并且它依据控制信号SC1来关闭或者打开。为了选择PMOS晶体管MP的尺寸，在一个实施例中，条件是：I1*RSW<0.03*VDD(即I1与RSW的乘积小于0.03与VDD的乘积)。如果PMOS晶体管MP是关闭的，则具有闭合的电阻RSW；如果PMOS晶体管MP是打开的，则具有开放的电阻，其接近无限大。换言之，PMOS晶体管MP用来选择性地阻挡(block)或者导通电流I1至CUT110。在图2这个实施例中，电流计230包含电压表(vol tmeter)231与除法器(divider)232。电压表231与电压切换器220并联，用来侦测电压切换器220的第一端与第二端的电压差ΔV。通常来说，电压表231具有一个很大的电阻，并且它的存在并不影响流经CUT110的电流I1。即流经电压切换器220的电流基本上等于流经CUT 110的电流I1。除法器232耦接至电压表231。流经除法器232的电流十分小并且是负的。当电压切换器220是关闭时，除法器232用来用电压切换器220的合闸电阻RSW除电压差ΔV，因此来估计流经CUT110的电流I 1。具体来说，电流I1能够通过以下的等式(1)被电流计230的除法器232计算：

$I1=\frac{\mathrm{\&Delta;}V}{RSW}\mathrm{...}\left(1\right)$

其中“I1”代表流经CUT110(或者电压切换器220)的电流I1，“ΔV”代表电压切换器220的第一端与第二端的电压差，并且“RSW”代表电压切换器220的合闸电阻RSW。

电流计230的除法器232能够进一步产生一个相对于电流I1的输出信号，并且其他电路能够通过分析电流计230的输出信号来估计CUT110的功率消耗。在一些实施例中，输出信号代表一个数字二进制值(可转换为十进制值)，并且正比于电压差ΔV。电流I1可以通过用合闸电压RSW除以电压差ΔV来计算。功率消耗是通过将电流I1的平方与合闸电阻RSW相乘来获得。图2的监控电路200的其他特征与图1的监控电路100相似。因此，这两个实施例能够达到相似的效果。

图3是依据本申请的实施例的监控电路300的示意图。监控电路300用来监控CUT110，包含电压切换器220以及电流计330。图3与图2相似。在图3所示的实施例中，电压切换器220包含PMOS晶体管MP，电流计330包含第一模拟至数字转换器(Analog-to-DigitalConverter，ADC)340，第二模拟至数字转换器350以及减法器360。电流计330与电压切换器220并联。第一模拟至数字转换器340用来转换电压切换器220的第一端的第一电压V1为第一数字信号SD1。第二模拟至数字转换器350用来转换电压切换器220的第二端的第二电压V2至第二数字信号SD2。减法器360用来从第一数字信号SD1减去第二数字信号SD2，从而产生一个数字输出信号SOUT(即SOUT＝SD1-SD2)。如图2所示的实施例所示，流经CUT110的电流I1能够通过电压差ΔV(即ΔV＝V1-V2)除以合闸电阻RSW来计算。由于合闸电阻RSW通常看做一个固定值，流经CUT 110的电流I1正比电压切换器220的第一端与第二端之间的电压差ΔV。电流计330的减法器360能够产生相对于电压差ΔV的数字输出信号SOUT，并且其他电路可通过分析来自电流计330的数字输出信号SOUT来估计CUT110的功率消耗。图3的监控电路的其他特征与图2的监控电路200相似。因此，这两个实施例能够达到相似的效果。

在一些实施例中，第一模拟至数字转换器340包含第一电压频率转换器(Voltage-to-Frequency Converter，以下简称为VFC)341以及第一频率数字转换器(Frequency-to-Digital Converter，以下简称为FDC)342，以及第二模拟至数字转换器350包含第二VFC351与第二FDC352。举例来说，第一VFC341与第二VFC351可以是压控振荡器(Voltage-Controlled Oscillators，以下简称为VCO)，来响应于输入电压输出可调整的频率信号，并且第一FDC342与第二FDC352可以是频率计数器来计数在一个特定时间周期中的频率信号，但并不局限于此。第一VFC341用来转换电压切换器220的第一端的第一电压V1至第一频率信号SF1，这是一个模拟信号。第一FDC342用来转换第一频率信号SF1至第一数字信号SD1。第二VFC351用来转换电压切换器220的第二端的第二电压V2至第二频率信号SF2，这是另一个模拟信号。第二FDC352是用来转换第二频率信号SF2至第二数字信号SD2。相似地，减法器360用来从第一数字信号SD1减去第二数字信号SD2，来产生数字输出信号SOUT。

图4是依据本发明的实施例的监控电路400的示意图。监控电路400用来监控多个CUT110、410、440，包含多个电压切换器120、420与450，以及多个电流计130、430与460。图4与图1相似。在图4的实施例中，功率切换120、420与450中的每一个耦接于供电电压VDD与各自对应的CUT110、410与440之间。更进一步，每一个电流计130、430与460与各自对应的电压切换器120、420与450并联。即，监控电路400可包含多个电压切换器与多个电流计来分别监控流经多个CUT的多个电流。因此，每一CUT的功率消耗能够被估计。尽管图4所示的电路中包含3个电压切换器与3个电流计，但监控电路400可包含更多的电压切换器与更多的电流计。图4的监控电路400的其他特征与图1的监控电路100相似。因此，这两个实施例能够达到相似的效果。

图5是依据本发明的实施例的监控电路500的示意图。用于监控CUT110的监控电路500包含多个电压切换器120、520、…与590，以及一个电流计130。图5与图1相似。在图5的实施例中，电压切换器120、520、…与590耦接于供电电压VDD与CUT110之间。更进一步，电流计130与一个电压切换器120并联。因此，监控电路500能够仅仅监控流经电压切换器120的电流，而并非流经其他的电压切换器520、…590的电流。在通常的制造程序中，电压切换器120、520、…与590具有相似的晶体管尺寸以及合闸电阻。假设电压切换器120、520…与590当闭合时，产生相同的电流。因此，流经CUT110的总电流能够通过简单地将流经电压切换器120的电流与电压切换器120、520…与590的数目相乘而获得。可了解的是，监控电路500可包含更多个电压切换器以及更多的电流计，尽管在图5所示的附图中仅仅包含3个电压切换器以及1个电流计。图5的监控电路500的其他特征与图1的监控电路100相似。因此，这两个实施例能够达到相似的效果。

图6是依据本发明的实施例的监控CUT的方法的流程图。这个方法包含以下步骤：在步骤S610，提供一个电压切换器以及一个电流计，电压切换器耦接于供电电压与CUT之间，电流计与电压切换器并联。在步骤S620中，通过电流计侦测流经CUT的电流。可理解图1-5所示的实施例可应用图6的方法。

本发明提供了一种新型的监控电路，来监控集成电路中的每一CUT(例如SOC)的功率消耗。在所提出的监控电路中，至少一个电流计与一个或者多个电压切换器并联，并且因此流经对应的CUT的电流以及功率消耗可以被估计。在一些情况下，如果在集成电路中有过多的电压切换器，所提出的监控电路能够采样流经至少一个电压切换器的电流，并且依据简单的乘法原则估计总电流以及总功率消耗。依照实际测量，电压切换器的合闸电阻在变化的制作过程中基本相同。举例来说，即使半导体使用不同的制造程序，电压切换器，例如PMOS晶体管，具有基本固定的合闸电阻0.4Ω。换言之，所提出的监控电路使用的简化与相乘方法并不十分影响所估计的功率消耗的正确性。这样的简化方法能应用至较大的电路的设计，并且将显著减少电流计的制造成本。

上述电压、电流以及电阻仅仅用来举例说明，而并非本发明的限制。本领域具有通常知识者可依照不同的需求来调整这些设定。需注意的是，所提出的监控电路与监控方法并非仅仅限于图1-6的配置。本发明可仅仅包含图1-6的一个或者多个实施例的一个或者多个特征。换言之，本发明所提出的监控电路与方法可不实施所提出的所有的技术特征。

在权利要求中所使用的序列用词，例如“第一”、“第二”、“第三”等等，用来修正一个所请求保护的元件，并非表明其本身的所请求保护的元件相对于其他元件在所执行的方法中具有任何优先、前置或者顺序，而仅仅起标识作用，使一个所请求保护的元件与其他具有相同名字的元件区分开来。

本发明通过上述实施例进行举例说明，本发明并非局限于上述举例说明。本发明应理解为涵盖本领域技术人员可了解的多种变型的实施方式与相似的安排。因此，本发明的权利要求书应该理解为涵盖本领域技术人员可了解的多种变型的实施方式与相似的安排的较广范围。

Claims (22)

1.一种监控电路，用来监控一个待检测电路，包含：

电压切换器，耦接在供电电压与该待检测电路之间；以及

电流计，与该电压切换器并联，用来侦测流经该待检测电路的电流。

2.根据权利要求1所述的监控电路，其特征在于，该电压切换器具有耦接至该供电电压的第一端，以及耦接至该待检测电路的第二端，其中该电流计的第一端耦接至该电压切换器的第一端，以及该电流计的第二端耦接至该电压切换器的第二端。

3.根据权利要求2所述的监控电路，其特征在于，该电流计包含电压表以及除法器。

4.根据权利要求3所述的监控电路，其特征在于，该电压表侦测该电压切换器的第一端与第二端的电压差，并且该除法器将该电压差除以该电压切换器的合闸电阻，从而估计流经该待检测电路的电流。

5.根据权利要求1所述的监控电路，其特征在于，该电压切换器包含PMOS晶体管。

6.根据权利要求2所述的监控电路，其特征在于，该电流计依据流经该待检测电路的电流产生数字输出信号。

7.根据权利要求6所述的监控电路，其特征在于，该电流计包含第一模拟至数字转换器，第二模拟至数字转换器以及一个减法器。

8.根据权利要求7所述的监控电路，其特征在于，该第一模拟至数字转换器转换该电压切换器的第一端的第一电压至第一数字信号，该第二模拟至数字转换器转换该电压切换器的第二端的第二电压至第二数字信号，并且该减法器从该第一数字信号减去该第二数字信号，以产生该数字输出信号。

9.根据权利要求8所述的监控电路，其特征在于，该第一模拟至数字转换器包含第一电压频率转换器以及第一频率数字转换器，以及该第二模拟至数字转换器包含第二电压频率转换器以及第二频率数字转换器。

10.根据权利要求9所述的监控电路，其特征在于，该第一电压频率转换器转换该第一电压至第一频率信号，该第一频率数字转换器转换该第一频率信号至该第一数字信号，该第二电压频率转换器转换该第二电压至第二频率信号，该第二频率数字转换器转换该第二频率信号至该第二数字信号。

11.根据权利要求1所述的监控电路，其特征在于，具有多个该电压切换器以及至少一个该电流计，至少一个该电流计侦测流经至少一个对应的电压切换器的电流，并且该流经该待检测电路的电流通过该流经该电压切换器的电流与该电压切换器的数目相乘来获得。

12.一种监控待检测电路的方法，包含：

提供电压切换器以及电流计，其中该电压切换器耦接在供电电压与该待检测电路之间，并且该电流计与该电压切换器并联；以及

通过该电流计侦测流经该待检测电路的电流。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，该电压切换器具有耦接至该供电电压的第一端，以及耦接至该待检测电路的第二端，该电流计具有耦接至该电压切换器的第一端的第一端，以及耦接至该电压切换器的第二端的第二端。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，该电流计包含电压表以及除法器。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，进一步包含：

通过该电压表侦测该电压切换器的第一端与第二端的电压差；以及

通过该除法器将该电压差除以该电压切换器的合闸电阻，从而估计流经该待检测电路的电流。

16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，该电压切换器包含PMOS晶体管。

17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包含：

通过该电流计依据流经该待检测电路的电流产生数字输出信号。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，该电流计包含第一模拟至数字转换器，第二模拟至数字转换器以及一个减法器。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，进一步包含：

通过该第一模拟至数字转换器转换该电压切换器的第一端的第一电压至第一数字信号；

通过该第二模拟至数字转换器转换该电压切换器的第二端的第二电压至第二数字信号；以及

通过该减法器从该第一数字信号减去该第二数字信号，以产生该数字输出信号。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，该第一模拟至数字转换器包含第一电压频率转换器以及第一频率数字转换器，以及该第二模拟至数字转换器包含第二电压频率转换器以及第二频率数字转换器。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，包含：

通过该第一电压频率转换器转换该第一电压至第一频率信号；

通过该第一频率数字转换器转换该第一频率信号至该第一数字信号；

通过该第二电压频率转换器转换该第二电压至第二频率信号；以及

通过该第二频率数字转换器转换该第二频率信号至该第二数字信号。

22.根据权利要求12所述的监控方法，其特征在于，该电压切换器数目是多个，该电流计的数目是至少一个，至少一个该电流计侦测流经至少一个对应的电压切换器的电流，并且该流经该待检测电路的电流通过该流经该电压切换器的电流与该电压切换器的数目相乘来获得。