CN108763642A - 参数监视器及监视集成电路上的被动元件的参数的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种参数监视器及监视集成电路上的被动元件的参数的方法。其中该参数监视器用于监视集成电路上的被动元件的参数，并且包括：至少一个计数器，用于测量具有该被动元件的振荡电路的振荡的第一时间周期，以产生第一数字计数值，以及测量不具有该被动元件的该振荡电路的振荡的第二时间周期，以产生第二数字计数值；以及代码产生电路，用于根据该第一数字计数值与该第二数字计数值，产生代码来指示该被动元件的值或者该被动元件的值的变化。本发明实施例，能够提高系统的准确性。

Description

参数监视器及监视集成电路上的被动元件的参数的方法
技术领域
本发明涉及参数监视领域，尤其涉及一种参数监视器及监视集成电路上的被动元件的参数的方法。
背景技术
参数监视器(parameter monitor)用于集成电路中，以监视被动电路元件的工艺变异(process variation)。参数监视器旨在监视基本的工艺参数以确保其值的准确性。
发明内容
本发明实施例提供了一种参数监视器及监视集成电路上的被动元件的参数的方法。
本发明实施例提供了一种参数监视器，用于监视集成电路上的被动元件的参数，该参数监视器包括：至少一个计数器，用于测量具有该被动元件的振荡电路的振荡的第一时间周期，以产生第一数字计数值，以及测量不具有该被动元件的该振荡电路的振荡的第二时间周期，以产生第二数字计数值；以及代码产生电路，用于根据该第一数字计数值与该第二数字计数值，产生代码来指示该被动元件的值或者该被动元件的值的变化。
其中，进一步包括：控制电路，用于控制该至少一个计数器，以及/或，控制该振荡电路。
其中，该振荡电路包括：第一振荡器，具有该被动元件；以及第二振荡器，不具有该被动元件。
其中，该至少一个计数器分别对该第一振荡器和该第二振荡器进行测量以得到该第一时间周期和该第二时间周期。
其中，该至少一个计数器包括：计数器，用于测量该第一时间周期与该第二时间周期。
其中，该至少一个计数器包括：第一计数器，用于测量该第一时间周期，以及第二计数器，用于测量该第二时间周期。
其中，该振荡电路包括：振荡器和至少一个开关，该至少一个开关用于将该被动元件包含在该振荡器中或者从该振荡器中移除该被动元件。
其中，该被动元件的值是基于该代码而被补偿。
其中，该被动元件的值是基于该代码与期望的代码值之间的差而被补偿。
本发明实施例提供了一种参数监视器，用于监视集成电路上的被动元件的参数，该参数监视器包括：振荡电路；以及电路，用于：测量具有该被动元件的振荡电路的振荡的第一时间周期，以产生第一数字计数值；测量不具有该被动元件的该振荡电路的振荡的第二时间周期，以产生第二数字计数值；以及根据该第一数字计数值与该第二数字计数值，产生代码来指示该被动元件的值或者该被动元件的值的变化。
其中，该振荡电路包括：第一振荡器，具有该被动元件；以及第二振荡器，不具有该被动元件；
其中，该被动元件的值是基于该代码而被补偿。
其中，该被动元件的值是基于该代码与期望的代码值之间的差而被补偿。
本发明实施例提供了一种监视集成电路上的被动元件的参数的方法，该方法包括：测量具有该被动元件的振荡电路的振荡的第一时间周期，以产生第一数字计数值；测量不具有该被动元件的该振荡电路的振荡的第二时间周期，以产生第二数字计数值；以及根据该第一数字计数值与该第二数字计数值产生指示该被动元件的值或者该被动元件的值的变化的代码。
其中，进一步包括：基于该代码与期望的代码值之间的差补偿该被动元件的值。
其中，通过确定该第一数字计数值与该第二数字计数值之间的差来产生该代码。
其中，该振荡电路包括：振荡器，该方法进一步包括：将该被动元件添加至该振荡器中或者将该被动元件从该振荡器中移除。
其中，通过对时钟脉冲进行计数来统计该第一和第二时间周期。
本发明实施例的有益效果是：
本发明实施例，通过利用参数监视器，可以提高系统的准确性。
附图说明
在附图中，采用相似的附图标记来表示在各图中示出的每个相同或几乎相同的元件。为了清楚起见，并非每个元件都标注在每张图中。附图不一定按比例绘制，重点在于示出本文描述的技术和设备的各个方面。其中：
图1示出了连接至集成被动电路元件的参数监视器的示例；
图2A示出了参数监视器的实施例；
图2B示出了参数监视器的操作方法；
图3示出了具有两个定时分支(timing branch)的参数监视器的实施例；
图4示出了具有一个定时分支的参数监视器的实施例；
图5示出了具有和不具有参数监视器的仿真结果的示例。
具体实施方式
在许多现代的电路系统中，存在积极的工艺缩放和小型化的趋势。随着半导体工艺依赖越来越小的制造节点，重要的工艺变异以多种方式变得有影响力。随着制造节点的尺寸减小，诸如电阻、电容和电感之类的集成被动电路元件的值相对于期望的设计值具有越来越大的误差。误差的增加可能导致制造者接受更高的成品率损失以维持性能，质量保证工程师花费更多的时间和资金来校准和测试被动元件，及/或，设计者过度工程化设计以容忍更宽范围的值。
被动元件的值的误差可能叠加并且降低整个系统的准确性。例如，一些系统在整个系统中利用基于带隙电压的缩放的参考电压。如果用来缩放带隙电压并得到参考电压的电阻具有不准确的值，那么参考电压会不正确并且系统的准确性或操作都将退化。在另一例子中，一些系统使用横跨参考电压的电阻来产生参考电流。流过电阻的参考电流等于参考电压除以电阻的阻值。如果电阻具有不准确的值，则参考电流具有不准确的值并且系统的准确性或操作都会退化。
为了克服这些问题，一些系统使用精确的外部被动元件与比较器来克服被动元件不准确的问题。但是，现有的解决方案可能会导致使用昂贵的外部元件和额外的测试时间。一些系统使用带隙电压参考，这可能会导致实施额外的模拟至数字转换器，这些转换器使用额外的空间并且产生成本。一些系统使用电压域分析以导出工艺参数，这会导致使用额外的元件来进行电压缩放和参考以及使用模拟至数字转换器来产生用于补偿的控制代码，这会使用额外的空间和成本。
发明者意识到需要改善的参数监视器。在一些实施例中，参数监视器可以监视与含有一个或者多个被动元件的电路相关的时间参数(temporal parameter)，诸如时间常数。通过测量该时间参数，可以导出该电路中的一个或者多个被动元件的元件值。
在一些实施例中，基于该测量调整该被动元件的元件值。例如，测量的时间参数可以映射为指示被动元件的值或其与标称值的偏差的数字代码。基于该数字代码，调整被动元件的元件值，如下面进一步讨论的。
图1示出了包括参数监视器110和应用电路130的系统100的实施例。该应用电路130包括：电路元件120。如上所述，该应用电路130可以为易受工艺、电压或温度变化影响的集成电路，其中该电路元件120具有期望被校正的变化的值。该电路元件120显示为图1中的电阻，但是其可以为任何的被动元件，如电阻、电容、或电感。通过测量含有电路元件120的电路的时间常数或者其他时间参数来监视电路元件120的值。参数监视器110可以为能够监视电路元件120的值并且产生代码来调整电路元件120的值的电路系统，将会在下面更加详细地描述。参数监视器110可以调整电路元件120的值以克服工艺、电压或温度变化的影响，从而使电路元件120的值更接近期望值。期望值在制造期间设置，或者可以在应用电路130的操作期间改变。参数监视器110示出在应用电路130的外部，但是可以理解的是，参数监视器110可以为应用电路130的一部分。
图2A示出了参数监视器200的实施例。该参数监视器200用于监视并调整电路元件120的值。虽然电路元件120所示为电阻，但是可以理解的是，任意的被动元件或被动元件的组合均可以被监视及/或调整。参数监视器200可以包括：控制电路210，计数器220以及代码产生电路230。控制电路210可以包括：任意合适的电路，诸如逻辑电路，控制器，等等。控制电路210可以控制振荡电路140形成包含电路元件120的振荡器和不包含电路元件120的振荡器。振荡电路140可以与参数监视器的其他元件位于相同的集成电路上。控制电路210控制计数器220测量振荡电路140的时间参数。例如，计数器220可以测量振荡的周期或半周期，或者振荡的另一合适的时间周期特征。计数器220接收时钟信号Clock并统计振荡周期内的时钟信号的脉冲数。时钟信号Clock可以来自集成电路上的元件，诸如，片上振荡器，或者来自外部元件，如晶体钟。计数器220可以确定两个计数值Count1和Count2。Count1表示包含电路元件120的振荡器的定时。Count2表示不包含电路元件120的振荡器的定时。例如，Count1和Count2可以为数字代码，用来表示振荡周期/半周期中的时钟周期的数量，或者振荡的另一合适的周期特征。可以同时或依次提供Count1和Count2。代码产生电路230接收Count1和Count2并且确定电路元件120的元件值的代码表示。例如，代码产生电路230可以包括：电路，用于从Count1中减去Count2以确定该代码。Count1和Count2之间的差表示电路中具有电路元件120的振荡期间与电路中不具有电路元件120的振荡期间之间的差。由于振荡周期取决于振荡器中的被动元件的值，因此代码是电路元件120的值的指示。代码可以用来调整电路元件120的值，使其接近其期望值。例如，电路元件120可以为可变电阻器，该可变电阻器具有基于接收的代码而设置的阻值。例如，如果参数监视器确定电路元件120的当前值对应代码9(即，具有4位的数字码1001)，并且电路元件120的期望值对应代码12(即，具有四位的数字码1100)，则可以通过对应该差的量来调整电路元件120。
图2B示出了根据本发明一些实施例的参数监视器的操作方法240。该方法240可以在步骤242开始，在步骤242处，参数监视器测量没有连接至电路元件的振荡器的定时。振荡器可以是此中描述的任何合适的振荡器，并且该定时例如可以对应振荡器的振荡周期、半振荡周期、或者振荡周期/半振荡周期的任意整数倍。参数监视器通过对时间周期内的振荡信号的振荡数目进行计数，从而测量振荡器的定时。在步骤244中，参数监视器测量连接至电路元件的振荡器的定时。如果电路元件能够可切换地连接至振荡器，则步骤244中的振荡器与步骤242中的振荡器可以是同一个振荡器；或者，使用连接至电路元件的单独的振荡器。参数监视器通过统计时间周期内的振荡信号的振荡数目来测量振荡器的定时。在步骤246中，参数监视器可以基于上述两个定时测量，产生代码。该代码对应两个测量之间的差。如此，代码对应用于电路元件的值。在步骤248中，基于代码修改电路元件的值。例如，该代码可以与指示电路元件的期望值的代码相比较，并且比较结果可以用来调整电路元件的值。
图3示出了参数监视器300的实施例，该参数监视器300使用具有两个单独的振荡器的振荡电路140a，其中该两个单独的振荡器包括：第一振荡器310，不具有被测量的电路元件；以及第二振荡器320，含有被测量的电路元件。参数监视器300可以包括：第一计数器330，第二计数器340以及代码产生电路350。该第一振荡器310具有N个环形振荡配置的反相器，其中N为大于1的奇数。N个反相器至少包括：第一反相器312，第二反相器314和第N(Nth)反相器316。第一振荡器310的阻抗可以为N个反相器的等效阻抗。第二振荡器320也可以具有N个反相器，至少包括：第一反相器322，第二反相器326和第N反相器329。第二振荡器320还包括：第一振荡器310中不包含的电路元件。在图3中，电路元件120为电阻324和328。电阻324和328的阻值对应电路元件120(未示出)的阻值。可以理解的是，虽然图3所示为电阻，但是可以使用任何的被动元件，诸如电容或电感，或者他们的任意组合。第二振荡器320中的电路元件12所包含的内容引起第二振荡器320的周期长于第一振荡器310的周期。例如，如果第二振荡器320具有类似于第一振荡器310的阻抗rds以及电容Ci，那么包含电阻参数R(本例子中作为电路元件120的值)的内容将使得第二振荡器320的时间常数为(rds+R)*Ci。计数器330测量振荡器310特有的时间周期，作为Count1。计数器430测量振荡器320特有的时间周期，作为Count2。如上所讨论的，代码产生电路350可以包括：电路，通过将Count1和Count2相减来产生代码。可以使用任何合适的数字减法电路。
在一些实施例中，参数监视器可以仅具有一个振荡器。通过一个或更多的开关，该被监视的电路元件可以切换至振荡器中或者振荡器外。通过使用单个振荡器，通过在两个定时测量中均使用相同的反相器可以更加准确地测量电路元件的值，更可靠地除去反相器的影响。
图4示出了参数监视器400的另一实施例，该参数监视器400使用具有单个振荡器410的振荡电路140b。振荡器410可以包括：N个反相器，至少包括：反相器412，418和419。被测电路元件的阻抗可以表示为电阻R。开关414允许短路被测的电路元件。当开关414闭合时，被测的电路元件短路，并且对振荡器410的振荡周期没有影响，类似在振荡器310中(图3)。当开关410打开时，被测的电路元件被连接并且由于额外的阻抗降低了振荡器410的振荡周期。当开关414打开时，振荡器410起类似于振荡器320(图3)的功能。控制电路210(图2A)可以控制开关414打开或者闭合以对具有和不具有被测的电路元件的振荡器依次进行定时测量。该测量可以采用任何合适的顺序执行。例如，在图2B的方法中，步骤242可以包括：控制开关414闭合以从电路中移除被测的电路元件，以及计数器420可以测量振荡的特有时间周期(Count2)。在步骤244中，开关414可以打开以连接被测的电路元件至电路中并且计数器420测量振荡的特有时间周期(Count1)。计数器420可以存储Count1及/或Count2，并且提供他们至代码产生电路350。可选地，步骤242和244的顺序可以相反。其中在图4中，代码1大致等于tp～n.rds.Ci，代码2大致等于trp～n.(rds+R).Ci，其中tp～n/trp～n表示n级反相器的传播延迟，“.”表示相乘，rds表示晶体管(反相器可以由晶体管组成)等效电阻(equivalent transistor resistance)，Ci表示本征电容(intrinsic capacitance)。另外在图4中，R.Ci主要受R的控制，因此代码产生电路350产生的代码可以用来估计R的值。
图5示出了根据本发明一个实施例的具有和不具有参数监视器时的参数值的变化的附图说明500。附图说明500表示x轴上的Rcode和y轴上的操作范围。仿真结果显示不具有参数监视器时，参数值具有21％的变化。具有参数监视器并且对应地调整电路元件的值时，参数值的变化可以约束在9％内，这表示系统的准确性明显地增加。
此中描述的设备和技术的各个方面可以单独使用，组合使用或者在前面描述的实施例中没有具体讨论的各种布置中使用，因此其应用不限于前面的描述或在附图中示出的元件集合的细节和布置。例如，一个实施例中描述的方面可以以任何方式与其他实施例中描述的方面组合。
在权利要求中使用诸如“第一”，“第二”，“第三”等顺序术语来修饰声称要素本身并不意味着一个声称的要素相对于另一要素，具有任何的优先权，优先顺序，或者执行方法的动作的顺序，这些顺序术语仅被用作标签以将具有特定名称的一个声称的要素与具有相同名称的另一要素(但是使用了顺序术语)区分。
而且，此中使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应该被认为是限制性的。本文中“包括”，“包含”或“具有”，“含有”，“涉及”及其变体的使用意在涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加项目。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种参数监视器，用于监视集成电路上的被动元件的参数，其特征在于，该参数监视器包括：
至少一个计数器，用于测量具有该被动元件的振荡电路的振荡的第一时间周期，以产生第一数字计数值，以及测量不具有该被动元件的该振荡电路的振荡的第二时间周期，以产生第二数字计数值；以及
代码产生电路，用于根据该第一数字计数值与该第二数字计数值，产生代码来指示该被动元件的值或者该被动元件的值的变化。
2.如权利要求1所述的参数监视器，其特征在于，进一步包括：控制电路，用于控制该至少一个计数器，及/或，控制该振荡电路。
3.如权利要求1所述的参数监视器，其特征在于，该振荡电路包括：第一振荡器，具有该被动元件；以及第二振荡器，不具有该被动元件；
其中，该至少一个计数器分别对该第一振荡器和该第二振荡器进行测量以得到该第一时间周期和该第二时间周期。
4.如权利要求1所述的参数监视器，其特征在于，该至少一个计数器包括：计数器，用于测量该第一时间周期与该第二时间周期；
或者，该至少一个计数器包括：第一计数器，用于测量该第一时间周期，以及第二计数器，用于测量该第二时间周期。
5.如权利要求1所述的参数监视器，其特征在于，该振荡电路包括：振荡器和至少一个开关，该至少一个开关用于将该被动元件包含在该振荡器中或者从该振荡器中移除该被动元件。
6.如权利要求1所述的参数监视器，其特征在于，该被动元件的值是基于该代码而被补偿。
7.如权利要求6所述的参数监视器，其特征在于，该被动元件的值是基于该代码与期望的代码值之间的差而被补偿。
8.一种参数监视器，用于监视集成电路上的被动元件的参数，其特征在于，该参数监视器包括：
振荡电路；以及
电路，用于：
测量具有该被动元件的振荡电路的振荡的第一时间周期，以产生第一数字计数值；
测量不具有该被动元件的该振荡电路的振荡的第二时间周期，以产生第二数字计数值；以及
根据该第一数字计数值与该第二数字计数值，产生代码来指示该被动元件的值或者该被动元件的值的变化。
9.如权利要求8所述的参数监视器，其特征在于，该振荡电路包括：第一振荡器，具有该被动元件；以及第二振荡器，不具有该被动元件；
10.如权利要求8所述的参数监视器，其特征在于，基于该代码来补偿该被动元件的值。
11.如权利要求10所述的参数监视器，其特征在于，基于该代码与期望的代码值之间的差来补偿该被动元件的值。
12.一种监视集成电路上的被动元件的参数的方法，其特征在于，该方法包括：
测量具有该被动元件的振荡电路的振荡的第一时间周期，以产生第一数字计数值；
测量不具有该被动元件的该振荡电路的振荡的第二时间周期，以产生第二数字计数值；以及
根据该第一数字计数值与该第二数字计数值产生指示该被动元件的值或者该被动元件的值的变化的代码。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括：基于该代码与期望的代码值之间的差补偿该被动元件的值。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，通过确定该第一数字计数值与该第二数字计数值之间的差来产生该代码。
15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，该振荡电路包括：振荡器，该方法进一步包括：将该被动元件添加至该振荡器中或者将该被动元件从该振荡器中移除。
16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，通过对时钟脉冲进行计数来统计该第一和第二时间周期。
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