CN106249036B

CN106249036B - 对供电电压的偏差的测量

Info

Publication number: CN106249036B
Application number: CN201610371781.4A
Authority: CN
Inventors: Y·巴彻; N·弗洛伊德瓦奥克斯
Original assignee: STMicroelectronics Rousset SAS
Current assignee: STMicroelectronics Rousset SAS
Priority date: 2015-06-08
Filing date: 2016-05-30
Publication date: 2020-04-14
Anticipated expiration: 2036-05-30
Also published as: EP3159707A1; CN205941679U; EP3159707B1; FR3037148A1; US20160356828A1; CN106249036A; US9638728B2; FR3037148B1

Abstract

本公开的各个实施例涉及对供电电压的偏差的测量。一种电路，具有：供电线路；参考线路；以及电路装置，其耦合在该供电线路与该参考线路之间。该电路装置输出稳定电压和测量电压。模数转换器(ADC)基于该稳定电压和该测量电压，生成指示在该供电线路与该参考线路之间的电位差的偏差的数字信号。生成的该数字信号可以用于控制该电路。

Description

对供电电压的偏差的测量

技术领域

本公开总体上涉及电子电路，并且更具体地涉及用于监测集成电路的供电电压的电路。

背景技术

在许多应用中，期望在集成电路的操作过程中对其供电电压的偏差(variation)进行测量。实际上，该供电电压的偏差可能引起电路操作中的问题，以及/或者反映电路功耗，从而引起电路活动性的偏差，以及/或者反映经受应力(例如，可能是有意的干扰，例如，攻击；或者偶然的干扰，例如，静电放电)的电路的行为。

例如，出于测试的需要，经由应用于电路的不同位置并且连接至测量设备的探针，而对供电电压进行测量。从而，该测量对于由于导电探针的使用而产生的电磁干扰特别地敏感。进一步地，这种测量与在电路的应用环境下在其操作期间的实时测量不一致。

已经提供了在电路内部的用于对其供电电压的偏差进行测量的解决方案。然而，这种解决方案不能允许对非周期的偏差进行测量，并且测量的精度取决于供电电压的实际值，内部电路对供电的干扰(该干扰通常在电路的外部)敏感。进一步地，这种测量不能允许对大于技术上所能承受的电压进行测量。

发明内容

在一个实施例中，电路包括：供电线路；参考线路；电路装置，耦合在该供电线路与该参考线路之间，该电路装置在操作中输出稳定电压和测量电压；以及模数转换器(ADC)，该ADC在操作中基于该稳定电压和该测量电压，生成指示在该供电线路与该参考线路之间的电位差的偏差的数字信号。在一个实施例中，该电路包括：延迟电路装置，耦合至该ADC，该延迟电路装置在操作中基于生成的该数字信号，生成延迟的数字信号。在一个实施例中，该电路包括：存储器，该存储器在操作中存储生成的该数字信号。在一个实施例中，该该电路装置包括稳压器，该稳压器在操作中将在该供电线路与该参考线路之间的电压钳位，从而生成该稳定电压。在一个实施例中，该电路装置包括电压电平移位器(shifter)，该电压电平移位器在操作中将在该供电线路与该参考线路之间的电压移位，从而生成该测量电压。在一个实施例中，该电路装置包括：一个或多个第一二极管，串联耦合在该参考线路与第一中间结点之间；以及一个或多个第一电阻器，串联耦合在该第一中间结点与该供电线路之间，其中该电路装置在操作中在该第一中间结点处输出该稳定电压。在一个实施例中，该电路装置包括：一个或多个第二二极管，串联耦合在该供电线路与第二中间结点之间；以及一个或多个第二电阻器，串联耦合在该第二中间结点与该参考线路之间，其中该电路装置在操作中在该第二中间结点处输出该测量电压。在一个实施例中，该一个或多个第一二极管的数量小于或等于该一个或多个第二二极管的数量。在一个实施例中，该ADC包括：稳定电压线路，耦合至该第一中间结点，该稳定电压线路在操作中接收该稳定电压；多个电阻器，串联耦合在该稳定电压线路与该参考线路之间；以及多个比较器，其中每个比较器具有：第一输入，耦合至该第二中间结点，该第一输入在操作中接收该测量电压；以及第二输入，耦合至该多个电阻器中的电阻器对的相应接合点，其中该多个比较器输出该数字信号的比特。在一个实施例中，该ADC包括：稳定电压线路，耦合至该电路装置，该稳定电压线路在操作中接收该稳定电压；多个电阻器，串联耦合在该稳定电压线路与该参考线路之间；以及多个比较器，其中每个比较器具有：第一输入，耦合至该电路装置，其中该第一输入在操作中接收该测量电压；以及第二输入，耦合至该多个电阻器中的电阻器对的相应接合点，其中该多个比较器输出该数字信号的比特。在一个实施例中，该电路包括：控制器，该控制器在操作中基于生成的该数字信号，生成控制信号。

在一个实施例中，一种系统包括：供电线路；参考线路；电压测量电路装置，包括：稳压器，耦合在该供电线路与该参考线路之间，该稳压器在操作中输出该稳定电压；电压电平移位器，耦合在该供电线路与该参考线路之间，该电压电平移位器在操作中输出该测量电压；以及模数转换器(ADC)，耦合至该稳压器和该电压电平移位器，并且该ADC在操作中基于该稳定电压和该测量电压，生成指示在该供电线路上的电压的偏差的数字信号。在一个实施例中，该系统包括延迟电路装置，耦合至该ADC，该延迟电路装置在操作中基于生成的该数字信号，生成延迟的数字信号。在一个实施例中，该系统包括存储器，该存储器在操作中存储生成的该数字信号。在一个实施例中，该系统包括控制器，该控制器在操作中基于生成的该数字信号，生成控制信号。

在一个实施例中，一种方法包括：由电路接收供电电压；由该电路基于该供电电压，生成稳定电压；由该电路基于该供电电压，生成测量电压；由该电路基于该稳定电压和该测量电压，生成指示该供电电压的偏差的数字信号；以及基于生成的该数字信号，控制该电路。在一个实施例中，该方法包括：由该电路基于生成的该数字信号，生成延迟的数字信号，其中该控制基于该延迟的数字信号。在一个实施例中，该方法包括：由该电路存储生成的该数字信号，其中该控制基于存储的该数字信号。在一个实施例中，生成该稳定电压包括，将在该电路的供电线路与参考线路之间的电压钳位。在一个实施例中，生成该测量电压包括，将在该电路的供电线路与参考线路之间的电压的电平移位。

一个实施例，有助于处理通常的电路的所有或部分缺点，以便测量集成电路的供电电压。

在一个实施例中，测量在该电路内部进行，并且由该电路进行。

在一个实施例中，存储该测量的结果。

一个实施例有助于该供电电压的非周期的偏差的测量。

一个实施例设置用于测量电子电路的供电电压的偏差的电路，该电路包括在基于该供电电压的值与参考值之间的差的模数转换器。

在一个实施例中，该模数转换器的输出提供至少一个第一结果。

根据一个实施例，该第一信号由至少一个延迟元件处理，该至少一个延迟元件具有提供第二结果的输出。

根据一个实施例，该参考电平对应于供电电压的经钳位的值。

附图说明

图1示意性地示出了用于对集成电路的供电电压的偏差进行测量的电路的一个实施例；

图2示出了图1的测量电路的钳位器的一个简化实施例；

图3是适合图1的测量电路的转换器的一个实施例；

图4是示出了电压VDD的偏差的一个示例并且图示了图3的电路的静态行为的图表；以及

图5是示出了电压VDD的偏差的多个示例并且图示了图3的电路的动态行为的定时图。

具体实施方式

在下文中，提供大量的特定的细节，以尽量有助于理解作为示例提供的实施例。各个实施例可以通过采用或不采用特定细节来实施，也可以通过采用其他方法、部件材料等来实施。在其他情况下，公知的结构、材料或操作没有详细示出或说明，以便使实施例的各个方面不会含混不清。在本说明中提及“一个实施例”，意指与在至少一个实施例中所包括的实施例相关的给定的特征、结构或特性。因此，同理可知，在本说明的各处的用词，诸如，“在一个实施例中”，不一定意指一个相同的实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以以方便的方式组合这些特征、结构或特性。

此处提供的附图标记仅出于方便读者的目的，并且并不限制实施例的含义的范围。

在不同的附图中，相同的要素被给予相同的附图标记，除非上下文另外指出。具体地，在不同的实施例中的相同的结构和/或功能要素可以被给予相同的附图标记，并且可以具有相同的结构、尺寸和材料特征。出于清楚起见，仅仅示出并且详细说明那些对理解所描述的实施例有帮助的步骤。具体地，在所说明的实施例与通常的应用一致的情况下，在其供电电压被监测的集成电路中的元件没有被详细说明。当涉及术语“约”、“大约”或“在……的数量级”时，意指在10％以内，并且在一些实施例中，意指在5％以内。

图1示意性地示出了用于对电子电路供电电压的偏差进行测量的电路的一个实施例。

仅仅用形成对电子电路1的供电电压的偏差进行内部测量的电路的元件，部分地示出了电子电路1。电路1的其余部分取决于应用。

电路1被供应有电压VDD，该电压VDD被施加在施加电位VDD的端子或线路12与限定了参考电位(通常为接地GND)的端子或线路14之间。电压VDD是期望对其偏差进行测量的供电电压。

根据一个实施例，设置了稳压器22，也称为快速电压限制器(CLIP)，即，具有与需要测量的偏差的持续时间相比为低的时间常数的限制器。更具体地，因为本说明书所针对的应用有助于对供电电压中的波峰的检测，所以限制器并不意在使提供于输出23的电压Vreg平滑，而是意在限制所提供的电压的偏移，即，在确定该电压被钳位时限制该电压的偏移。

电压Vreg用于对模数转换器24(ADC)供电，该模数转换器24具有接收基于需要测量的电压VDD的电压的(转换)输入。电压Vreg也用作用于生成转换器24的测量电压的参考。转换器24输出代表被测量的电压的瞬时值的n比特数字字RESULT。该结果可以被直接解释。

在一个实施例中，输出比特RESULT被输出至延迟电路(DELAY)26(延迟线路)。延迟电路传输信号DRESULT，该信号DRESULT使得电路的其余部分或外部设备能够将对该测量的采用延期。在存在干扰时，读取该结果的电路或设备有很高的风险会自身被扰乱。使对测量的采用延期，有助于降低该风险，从而提供可靠的测量。实际上，尽管信号DRESULT包含该扰乱，但是该扰乱在提供该信号时已经消失了。因此，在其内部的或外部的该测量解释电路，可以确定该扰乱。

如图1所示，电路1包括控制电路装置，该控制电路装置包括处理电路装置P、一个或多个存储器M以及分立电路装置DC。处理电路装置P、该一个或多个存储器M以及分立电路装置DC，可以单独地或以各种组合地，执行电路1的一个或多个功能，诸如，生成数据和控制信号、生成故障信号(例如，基于信号RESULT和/或信号DRESULT)、响应于故障信号(例如，生成用于对电路1进行重置的信号)等等。

图2示出了图1的稳压器22以及用于修改转换器24的测量电平的电路232的一个实施例。在图2的示例中，延迟电路26提供6比特的数字信号(16BITS OUTPPUT)。

图3示出了说明转换器24的实施例的、与电压限制器和阻抗匹配相关联的、更详细的实施例。

稳压器22此处由与一个或多个二极管(例如，三个)DR串联的一个或多个电阻器RR形成，该二极管被定向为其阴极向着端子14。电阻器RR与二极管DR的结点23传输钳位的电压Vreg。电压Vreg因此在接地(在电路启动，电压VDD增加之时)与由二极管DR的正向压降之和设定的最大电平之间变化。在图3的示例中，替代图2中的两个电阻器RR，示出了单个电阻器RR。

在转换器24之侧，电压Vreg用作测量参考，用于转换器比特的不同权重。从而，假设，如图3所示，4比特的4个比较器242(Cmp0)、244(Cmp1)、246(Cmp2)和248(Cmp3)的转换器，输出二进制字的4个状态B0、B1、B2、B3。比较器242、244、246和248的参考输入(例如，反相的)分别连接至，在端子23与接地14之间的电阻器R0、R1、R2、R3的串联关联的结点222、224、226、228。比较器242、244、246和248的第二输入(例如，非反相的)接收基于电压VDD的信息Vmeas。例如，这些输入连接至二极管DM组的与一个或多个电阻器RM的结点。在一个实施例中，二极管DR的数量小于或等于二极管DM的数量。例如，二极管DM的数目对应于二极管DR的数量，而电阻器RM的值(或者串联的电阻器RM的合并值)大致对应于电阻器RR的值。从而，一旦电压VDD达到了至少由串联的二极管DR设定的值Vreg，转换器就开始测量电压VDD的偏差。

图4是示出了电压VDD的偏差的一个示例并且图示了图3的电路的静态行为的图表。

图4在以伏特为单位的电压标尺上(电压(V))，图示了电压VDD从零值的的增长、以及电压Vreg的、电压Vmeas的以及转换器24的二进制输出0至15(B0)的对应的偏差。在图4的示例中，假设是16比特的转换器24。

只要电压VDD还没有达到值Vreg，所有比特B0至B15就处于状态0。当电压VDD达到电平Vreg时，比特B0切换至状态1。如图1所示，假设电压VDD线性增长，那么比特B1至B15一个接一个地切换，直到电压Vmeas达到(大约)电压Vreg。

由此，转换器24的输出RESULT传送根据电压VDD的二进制值。输出DRESULT传输相同的但是延迟的二进制值。

图5是示出了电压VDD的偏差的以伏特(电压(V))为单位的图表，并且其图示了图3的电路的动态行为。

图5图示了与电压Vreg相比较的可变速的电压VDD的波峰的三个示例、以及对应的转换器24的比特的切换。在图5的示例中，假设是8比特的转换器24。考虑了相同幅度但是时间比例尺(时间(s))上的纳秒(N)的不同延迟的三个波峰。

如图5所示，波峰的快度由转换器输出的可变速的切换来反映。波峰越快，发生时间上输出的切换越接近。类似地，波峰越快，比特返回至静态越快。

具有(多比特的)数字输出的事实，有助于存储测量的结果。对所获得的值的存储的频率取决于应用，并且并不取决于实际的测量。

一个实施例通过减少具有可能的电磁干扰的影响，有助于对集成电路的供电电压的随时间的偏差进行评价。在一个实施例中，可以区分供电电压的慢速变化和快速变化。

在一个实施例中，测量关于电压Vreg差分地执行，并且独立于电压VDD的值。

在一个实施例中，测量电路装置集成于实际电路，该实际电路有助于在很广范围的可用应用中的使用。例如，测量电路可以用于通过修改其供电电压来检测对于集成电路的可能的冲击，或者用于检测静电放电型的外部干扰。然后，集成电路可以进行必要的保护测量。例如，可以对集成电路进行重置，可以执行故障处理，等等。

已经描述了各种实施例。本领域技术人员可以得知各种更改例、修改例和改进例。具体地，转换器的比特数取决于应用，并且取决于电压值的评价的期望精度。进一步地，可以也根据期望被测量的行为来调试转换速度。进一步地，检测阈值的选择可以也取决于应用。根据另一变化例，电路能够测量负的电压波峰。最后，基于上文的功能指示，本领域技术人员有能力实际地实施上述实施例。

这种更改例、修改例和改进例意在作为本公开的一部分，并且意在属于本公开的精神和范围之内。因此，本说明的上文仅作为示例，并且并不意在限制。本公开仅如所附权利要求及其等同物所限定的而被限制。

一些实施例可以采用计算机程序产品的形式，或者包括计算机程序产品。例如，根据一个实施例，提供了包括计算机程序的计算机可读介质，该计算机程序适用于执行上述的一个或多个方法或功能。该介质可以是物理存储介质，诸如例如，通过适当的驱动或经由适当的连接读取的只读存储器(ROM)芯片、或者光盘(诸如，数字通用光盘(DVD-ROM)、压缩光盘(CD-ROM))、硬盘、存储器、网络、或者便携介质制品，包括有被编码成一个或多个条形码、或者存储在一个或多个这种计算机可读介质中并且可以通过适当的读取设备读取的其他相关的代码。

此外，在一些实施例中，一些系统和/或模块和/或电路和/或块可以按其他方式实施或设置，诸如，至少部分地实施为固件和/或硬件，包括但不限于，一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器、分立电路装置、逻辑门、标准集成电路、状态机、查找表、控制器(例如，通过执行适当的指令实施，并且包括微控制器和/或嵌入式控制器)、现场可编程门阵列(FPGA)、复杂的可编程逻辑器件(CPLD)等等、以及采用RFID技术的器件、及其各种组合。

上述各种实施例可以被组合，以提供另外的实施例。如果必要，实施例的各个方面可以被修改，以利用各种专利、应用和出版物的概念，以提供更多的实施例。

根据上文详述的说明，可以对实施例作出这些和其他改变。总体上，在所附权利要求中，所使用的术语不应被解释为将权利要求限制于说明和权利要求中所公开的特定的实施例，而是应被解释为包括所有可能的实施例以及这种权利要求要求权利的等同物的完整范围。

Claims

1.一种用于测量供电电压的偏差的电路，包括：

供电线路；

参考线路；

电路装置，耦合在所述供电线路与所述参考线路之间，所述电路装置在操作中输出稳定电压和测量电压；以及

模数转换器ADC，所述ADC在操作中基于所述稳定电压和所述测量电压，生成指示在所述供电线路与所述参考线路之间的电位差的偏差的数字信号，其中所述电路装置包括：

一个或多个第一二极管，串联耦合在所述参考线路与第一中间结点之间；以及

一个或多个第一电阻器，串联耦合在所述第一中间结点与所述供电线路之间，其中所述电路装置在操作中在所述第一中间结点处输出所述稳定电压。

2.根据权利要求1所述的电路，包括：

延迟电路装置，耦合至所述ADC，所述延迟电路装置在操作中基于生成的所述数字信号，生成延迟的数字信号。

3.根据权利要求1所述的电路，包括：

存储器，所述存储器在操作中存储生成的所述数字信号。

4.根据权利要求1所述的电路，其中

所述电路装置包括

稳压器，所述稳压器在操作中将在所述供电线路与所述参考线路之间的电压钳位，从而生成所述稳定电压。

5.根据权利要求1所述的电路，其中

所述电路装置包括

电压电平移位器，所述电压电平移位器在操作中将在所述供电线路与所述参考线路之间的电压移位，从而生成所述测量电压。

6.根据权利要求1所述的电路，其中

所述电路装置包括：

一个或多个第二二极管，串联耦合在所述供电线路与第二中间结点之间；以及

一个或多个第二电阻器，串联耦合在所述第二中间结点与所述参考线路之间，其中所述电路装置在操作中在所述第二中间结点处输出所述测量电压。

7.根据权利要求6所述的电路，其中

所述一个或多个第一二极管的数量小于或等于所述一个或多个第二二极管的数量。

8.根据权利要求6所述的电路，其中

所述ADC包括：

稳定电压线路，耦合至所述第一中间结点，所述稳定电压线路在操作中接收所述稳定电压；

多个电阻器，串联耦合在所述稳定电压线路与所述参考线路之间；以及

多个比较器，其中每个比较器具有：

第一输入，耦合至所述第二中间结点，所述第一输入在操作中接收所述测量电压；以及

第二输入，耦合至所述多个电阻器中的电阻器对的相应接合点，其中所述多个比较器输出所述数字信号的比特。

9.根据权利要求1所述的电路，其中

所述ADC包括：

稳定电压线路，耦合至所述电路装置，所述稳定电压线路在操作中接收所述稳定电压；

多个比较器，其中每个比较器具有：

第一输入，耦合至所述电路装置，其中所述第一输入在操作中接收所述测量电压；以及

10.根据权利要求1所述的电路，包括：

控制器，所述控制器在操作中基于生成的所述数字信号，生成控制信号。

11.一种用于测量供电电压的偏差的系统，包括：

供电线路；

参考线路；

电压测量电路装置，包括：

稳压器，耦合在所述供电线路与所述参考线路之间，所述稳压器在操作中输出稳定电压；

电压电平移位器，耦合在所述供电线路与所述参考线路之间，所述电压电平移位器在操作中输出测量电压；以及

模数转换器ADC，耦合至所述稳压器和所述电压电平移位器，并且所述ADC在操作中基于所述稳定电压和所述测量电压，生成指示在所述供电线路上的电压的偏差的数字信号，其中所述稳压器包括：

一个或多个第一电阻器，串联耦合在所述第一中间结点与所述供电线路之间，其中所述稳压器在操作中在所述第一中间结点处输出所述稳定电压。

12.根据权利要求11所述的系统，包括

13.根据权利要求11所述的系统，包括

存储器，所述存储器在操作中存储生成的所述数字信号。

14.根据权利要求11所述的系统，包括

15.一种用于测量供电电压的偏差的方法，包括：

由电路接收供电电压；

由所述电路基于所述供电电压，生成稳定电压；

由所述电路基于所述供电电压，生成测量电压；

由所述电路基于所述稳定电压和所述测量电压，生成指示所述供电电压的偏差的数字信号；以及

基于生成的所述数字信号，控制所述电路，其中所述电路包括：

一个或多个第一二极管，串联耦合在参考线路与第一中间结点之间；以及

一个或多个第一电阻器，串联耦合在所述第一中间结点与供电线路之间，其中所述电路在操作中在所述第一中间结点处输出所述稳定电压。

16.根据权利要求15所述的方法，包括：

由所述电路基于生成的所述数字信号，生成延迟的数字信号，其中所述控制基于所述延迟的数字信号。

17.根据权利要求15所述的方法，包括：

由所述电路存储生成的所述数字信号，其中所述控制基于存储的所述数字信号。

18.根据权利要求15所述的方法，其中

生成所述稳定电压包括，将在所述电路的供电线路与参考线路之间的电压钳位。

19.根据权利要求15所述的方法，其中

生成所述测量电压包括，将在所述电路的供电线路与参考线路之间的电压的电平移位。