CN110907807B - 芯片电路功耗测量电路及方法、芯片 - Google Patents

Abstract

一种芯片功耗测量电路、芯片功耗测量方法及芯片。该芯片功耗测量电路包括：电压检测电路，包括第一电压检测器，被配置为根据第一输入电压产生第一输入电压检测值；单位电流获得电路，包括电流数值查找表，被配置为获取第一输入电压检测值及基于第一输入电压检测值利用电流数值查找表获得单位电流；倍乘系数获取电路，被配置为产生倍乘系数；以及芯片功耗计算电路，被配置为获得倍乘系数、单位电流、第一输入电压检测值，并使用倍乘系数、单位电流、第一输入电压检测值进行计算以用于得到功耗。该测量电路可以设置在芯片内，在芯片内测量各功能电路的功耗。

Description

芯片电路功耗测量电路及方法、芯片

技术领域

本公开的实施例涉及一种芯片电路功耗测量电路及方法、芯片。

背景技术

随着集成电路技术的飞速发展与广泛应用，由功耗引发的能源消耗、封装成本以及高集成度芯片散热等问题日益凸显。

发明内容

本公开的实施例提供一种本公开至少一个实施例提供了一种芯片功耗测量电路，包括：电压检测电路，包括第一电压检测器，被配置为根据第一输入电压产生所述第一输入电压检测值；单位电流获得电路，包括电流数值查找表，被配置为获取所述第一输入电压检测值及基于所述第一输入电压检测值利用所述电流数值查找表获得单位电流；倍乘系数获取电路，被配置为产生倍乘系数；以及芯片功耗计算电路，被配置为获得所述倍乘系数、所述单位电流、所述第一输入电压检测值，并使用所述倍乘系数、所述单位电流、所述第一输入电压检测值进行计算以用于得到功耗；其中，所述第一输入电压为所述芯片中对被检测功能电路施加的驱动电压，所述电流数值查找表包括多个输入电压查找项以及与所述多个输入电压查找项一一对应的单位电流查找项，所述倍乘系数为所述被检测功能电路在被施加所述第一输入电压时产生的工作电流相对于所述单位电流的倍数。

例如，本公开至少一个实施例提供的测量电路还包括环境温度测试电路，其中，所述环境温度测试电路被配置为检测环境温度值，并根据所述环境温度值产生温度检测值；所述单位电流获得电路还被配置为获取所述温度检测值，及基于所述第一输入电压检测值和所述温度检测值利用所述电流数值查找表获得所述单位电流。

例如，在本公开至少一个实施例提供的测量电路中，所述电流数值查找表还包括所述多个输入电压查找项及多个环境温度查找项，以及与所述多个输入电压查找项及所述多个环境温度查找项一一对应的所述单位电流查找项。

例如，在本公开至少一个实施例提供的测量电路中，所述电压检测电路还包括第二电压检测器，被配置为根据第一输出电压产生第一输出电压检测值；所述单位电流获得电路还被配置为获取所述第一输出电压检测值，及基于所述第一输入电压检测值和所述第一输出电压检测值利用所述电流数值查找表获得所述单位电流。

例如，在本公开至少一个实施例提供的测量电路中，所述电流数值查找表还包括多个所述输入电压查找项及多个输出电压查找项，以及与所述多个输入电压查找项及多个输出电压查找项一一对应的所述单位电流查找项。

例如，在本公开至少一个实施例提供的测量电路中，所述电压检测电路还包括第二电压检测器，被配置为根据第一输出电压产生第一输出电压检测值；所述单位电流获得电路还被配置为获取所述第一输出电压检测值，及基于所述第一输入电压检测值、所述温度检测值和所述第一输出电压检测值利用所述电流数值查找表获得所述单位电流。

例如，在本公开至少一个实施例提供的测量电路中，所述电流数值查找表还包括多个所述输入电压查找项、多个输出电压查找项和多个环境温度查找项，以及与所述多个输入电压查找项、所述多个输出电压查找项和所述多个环境温度查找项一一对应的所述单位电流查找项。

例如，在本公开至少一个实施例提供的测量电路中，所述单位电流获得电路还被配置为利用内插值法或数值拟合方法，基于所述电流数值查找表中的数值关系获得所述单位电流。

例如，本公开至少一个实施例提供的测量电路还包括数字电压稳差电路，与所述倍乘系数获取电路连接，以提供检测电压信号，所述倍乘系数获取电路还被配置为基于所述检测电压信号获取所述倍乘系数，所述检测电压信号对应于所述被检测功能电路在被施加所述第一输入电压时产生的工作电流相对于所述单位电流的倍数，所述检测电压信号为数字信号。

例如，在本公开至少一个实施例提供的测量电路中，所述数字电压稳压电路包括多个开关阵列以及负反馈电路，所述多个开关阵列的每个包括多个晶体管，所述多个晶体管的第一极被配置为获取所述第一输入电压，所述多个晶体管的第二极被配置为输出第一输出电压，所述负反馈电路的两端分别与所述多个晶体管的第二极以及栅极连接，并被配置为获取所述第一输出电压并产生所述检测电压信号，所述检测电压信号用于控制所述多个开关阵列中的所述多个晶体管的导通数量。

例如，在本公开至少一个实施例提供的测量电路中，所述检测电压信号为多位二进制信号，所述多位二进制信号的每一位控制的晶体管的导通数量之和为每个开关阵列的所述多个晶体管的导通数量。

例如，在本公开至少一个实施例提供的测量电路中，单个所述多个晶体管的导通电流等于所述单位电流。

例如，在本公开至少一个实施例提供的测量电路中，所述负反馈电路包括第三电压检测器、电压误差获取器以及比例积分控制器，其中，所述第三电压检测器被配置为获取所述第一输出电压并产生第二输出电压检测值，所述电压误差获取器被配置为与所述第三电压检测器连接并获取所述第二输出电压检测值，根据所述第二输出电压检测值以及预设目标电压值得到输出电压误差值；所述比例积分控制器被配置为与所述电压误差获取器连接，并获取所述输出电压误差值，比例积分控制器根据所述输出电压误差值产生所述检测电压信号。

例如，在本公开至少一个实施例提供的测量电路中，所述倍乘系数获取电路被配置为对所述检测电压信号取反以获取所述倍乘系数。

例如，在本公开至少一个实施例提供的测量电路中，所述功耗计算电路包括乘法器，与所述倍乘系数获得电路、所述单位电流获得电路以及所述电压检测电路连接，被配置为获得所述倍乘系数、所述单位电流、所述第一输入电压检测值，并使用所述倍乘系数、所述单位电流、所述第一输入电压检测值通过计算得到功耗。

例如，在本公开至少一个实施例提供的测量电路中，其中，所述倍乘系数获取电路包括低通滤波器，最小数字比较器和最大数字比较器，其中，所述低通滤波器被配置为根据所述倍乘系数产生平均倍乘系数，所述最小数字比较器被配置为根据所述倍乘系数产生最小倍乘系数，所述最大数字比较器被配置为根据所述倍乘系数产生最大倍乘系数。

例如，在本公开至少一个实施例提供的测量电路中，所述功耗计算电路被配置为利用所述平均倍乘系数、所述单位电流、所述第一输入电压检测值通过计算得到平均功耗，利用所述最小倍乘系数、所述单位电流、所述第一输入电压检测值通过计算得到最小功耗，利用所述最大倍乘系数、所述单位电流、所述第一输入电压检测值通过计算得到最大功耗。

本公开的实施例还提供一种本公开至少一个实施例提供了一种芯片功耗测量方法，包括：根据第一输入电压产生所述第一输入电压检测值；获取所述第一输入电压检测值，并基于所述第一输入电压检测值利用所述电流数值查找表获得单位电流；产生倍乘系数；以及使用所述倍乘系数、所述单位电流、所述第一输入电压检测值进行计算以用于得到功耗；其中，所述第一输入电压为所述芯片中对被检测功能电路施加的驱动电压，所述电流数值查找表包括多个输入电压查找项以及与所述多个输入电压查找项一一对应的单位电流查找项，所述倍乘系数为所述被检测功能电路在被施加所述第一输入电压时产生的工作电流相对于所述单位电流的倍数。

例如，在本公开至少一个实施例提供的测量方法中，所述电流数值查找表利用内插值法或数值拟合方法，根据所述第一输入电压检测值，基于所述电流数值表中的数值关系获得所述单位电流。

本公开的实施例还提供一种本公开至少一个实施例提供了一种芯片，包括：功能电路；上述任一芯片功耗测量电路。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。

图1为本公开一实施例提供的一种芯片功耗测量电路的框图；

图2为本公开另一实施例提供的一种芯片功耗测量电路的框图；

图3为本公开又一实施例提供的一种芯片功耗测量电路的框图；

图4为开关阵列中单位电流与第一输入电压、第一输出电压关系图；

图5为开关阵列中单位电流与温度关系图；

图6为本公开一实施例提供的一种芯片功耗测量电路中的负反馈电路的示意图；

图7为本公开一实施例提供的一种芯片功耗测量电路中的倍乘系数获取电路的示意图；

图8为本公开一实施例提供的一种芯片功耗测量方法流程图；以及

图9为本公开一实施例提供的一种芯片的框图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同。

随着SOC(System On Chip，系统级芯片)集成规模越来越高，包括越来越多的功能电路，相应地芯片功耗也越来越大。芯片内部各功能电路的电源分布及管理变得格外重要。准确测量芯片内部各功能电路电源的功耗，有助于准确估算片功耗，并可以在TDC(ThermalDesign Current，散热设计电流)约束条件下，优化芯片性能。

目前常用的芯片功耗测量方法有片外串联电阻法和模拟LDO(low dropoutregulator，低压差稳压器)测量法。在片外串联电阻法中，对芯片内部功能电路的电源功耗进行测量时，将电阻串联至待测功能电路中，通过电压采样芯片得到电阻两端的电压差，由电阻两端的电压差及电阻阻值计算得到流经电阻的电流值，即，总电流值，由总电流值与电源电压值计算得到功能电路的电源功耗。为使总电流值测量准确，串联电阻应采用阻值很小的精密电阻。而且，片外串联电阻法需要额外的电压采样芯片，成本较高且采样频率较低(基本在1MHz左右)，并且该方法难以在大功率SOC中实现。在模拟LDO测量法中，通过模拟LDO可以得到待测功能电路的镜像电流，通过ADC(Analog to Digital Converter，模数转换器)采样得到实际电流值，由实际电流值电源电压值计算得到功能电路的电源功耗。但是，模拟LDO测量法的采样频率由ADC的采样频率决定，高采样频率的ADC会使成本大大增加。

本公开至少一实施例提供了一种芯片功耗测量电路。该芯片功耗测量电路包括：电压检测电路，包括第一电压检测器，被配置为根据第一输入电压产生第一输入电压检测值；单位电流获得电路，包括电流数值查找表，被配置为获取第一输入电压检测值及基于第一输入电压检测值利用电流数值查找表获得单位电流；倍乘系数获取电路，被配置为产生倍乘系数；以及芯片功耗计算电路，被配置为获得倍乘系数、单位电流、第一输入电压检测值，并使用倍乘系数、单位电流、第一输入电压检测值进行计算以用于得到功耗；其中，第一输入电压为芯片中对被检测功能电路施加的驱动电压，电流数值查找表包括多个输入电压查找项以及与多个输入电压查找项一一对应的单位电流查找项，倍乘系数为被检测功能电路在被施加第一输入电压时产生的工作电流相对于单位电流的倍数。

本公开上述实施例提供的测量电路，通过利用单位电流获得电路中的电流数值查找表，可以快速准确地获取单位电流，进而得到被检测功能电路的总电流。该测量电路可以设置在芯片内，在芯片内测量各功能电路的功耗，并且在至少一个示例中，本公开实施例的测量电路适用于大功率SOC。

本公开至少一些实施例还提供了一种芯片功耗测量方法，以及提供一种包括上述测量电路的芯片。

下面结合附图对本公开的实施例及其示例进行详细说明。

本公开至少一实施例提供了一种芯片功耗测量电路100，图1为本公开一实施例提供的一种芯片功耗测量电路100的示意性框图。

如图1所示，根据本公开至少一实施例提供的芯片功耗测量电路100用于对芯片的功能电路进行检测，并且包括电压检测电路110、单位电流获得电路120、倍乘系数获取电路130以及芯片功耗计算电路140。电压检测电路110包括第一电压检测器111，单位电流获得电路120包括电流数值查找表121。

例如，在一些示例中，功能电路可以是CPU(Central Processing Unit，中央处理器)中的逻辑运算单元。本公开的实施例对于芯片的功能电路的具体类型不作限定。

第一输入电压为芯片中对被检测功能电路施加的驱动电压，该驱动电压驱动被检测功能电路工作以实现相应的功能，电压检测电路110的第一电压检测器111将输入的第一输入电压转换为数字信号。电压检测电路110与单位电流获得电路120相连，并输出转换为数字信号的第一输入电压(即第一输入电压检测值Vin1)至单位电流获得电路120。

单位电流获得电路120与电压检测电路110以及芯片功耗计算电路140相连。电流数值查找表121中包括多个输入电压查找项以及与多个输入电压查找项一一对应的单位电流Iunit查找项。多个输入电压查找项与多个单位电流Iunit查找项为预存值，即，在芯片正式使用前，先对被检测功能电路进行测量，得到多组一一对应的多个输入电压查找项与多个单位电流Iunit查找项，并将其存储于电流数值查找表121。当电压检测电路110输出第一输入电压检测值Vin1至单位电流获得电路120时，单位电流获得电路120根据第一输入电压检测值Vin1，基于电流数值表121中的数值关系获得单位电流Iunit，并将单位电流Iunit输出至芯片功耗计算电路140。例如，单位电流获得电路120从电流数值查找表121读取数据；例如，在一个示例中，单位电流获得电路120包括电流数值查找表121。

芯片功耗计算电路140与电压检测电路110、单位电流获得电路120及倍乘系数获取电路130相连。倍乘系数获取电路130获取被检测功能电路在被施加第一输入电压时产生的工作电流相对于单位电流Iunit的倍数，即倍乘系数。芯片功耗计算电路140获得电压检测电路110输出的第一输入电压检测值Vin1、单位电流获得电路120输出的单位电流Iunit以及倍乘系数获取电路130输出的倍乘系数，通过第一输入电压检测值Vin1、单位电流Iunit以及倍乘系数计算得到功耗，该计算结果为数字信号，且可以被其他装置读取。

例如，在本公开至少一个实施例提供的测量电路中，单位电流获得电路120被配置为利用内插值法或数值拟合方法，根据电压检测电路110输出的第一输入电压检测值Vin1，基于电流数值查找表121中的数值关系，得到单位电流Iunit。在实际测量中，可根据应用场景和实际需求，选择内插值法或数值拟合方法或内插值法和数值拟合方法结合的方法获取单位电流Iunit。

本公开至少一实施例提供了一种芯片功耗测量电路200，图2为本公开一实施例提供的一种芯片功耗测量电路200的示意性框图。

例如，如图2所示，相比于图1所示的实施例，芯片功耗测量电路200还包括环境温度测试电路250，环境温度测试电路250与单位电流获得电路220连接。环境温度测试电路250检测环境温度值，根据环境温度值产生温度检测值T，温度检测值T为数字信号。

例如，在一些示例中，单位电流获得电路220还被配置为获取温度检测值T。单位电流获得电路220中的电流数值查找表221中还包括多个输入电压查找项及多个环境温度查找项以及与多个输入电压查找项及多个环境温度查找项一一对应的单位电流Iunit查找项。多个输入电压查找项、多个环境温度查找项与多个单位电流Iunit查找项为预存值，即，在芯片正式使用前，先对被检测功能电路进行测量，得到多组一一对应的多个输入电压查找项、多个环境温度查找项与多个单位电流Iunit查找项，并将其存储于电流数值查找表221。当电压检测电路210输出第一输入电压检测值Vin1至单位电流获得电路220、环境温度测试电路250输出温度检测值T至单位电流获得电路220时，单位电流获得电路220根据第一输入电压检测值Vin1与温度检测值T，基于电流数值表221中的数值关系获得单位电流Iunit，并将单位电流Iunit输出至芯片功耗计算电路240。

例如，如图2所示，芯片功耗测量电路200中的电压检测电路210还包括第二电压检测器212。第二电压检测器212将输入的第一输出电压转换为数字信号。电压检测电路210与单位电流获得电路220相连，并输出转换为数字信号的第一输出电压(即第一输出电压检测值Vout1)至单位电流获得电路220，该第一输出电压为对应于单位电流的检测基准电压。

例如，在一些示例中，单位电流获得电路220还被配置为获取第一输出电压检测值Vout1。单位电流获得电路220中的电流数值查找表221中还包括多个输入电压查找项及多个输出电压查找项以及与多个输入电压查找项及多个输出电压查找项一一对应的单位电流Iunit查找项。多个输入电压查找项、多个输出电压查找项与多个单位电流Iunit查找项为预存值，即，在芯片正式使用前，先对被检测功能电路进行测量，得到多组一一对应的多个输入电压查找项、多个输出电压查找项与多个单位电流Iunit查找项，并将其存储于电流数值查找表221。当电压检测电路210输出第一输入电压检测值Vin1与第一输出电压检测值Vout1至单位电流获得电路220时，单位电流获得电路220根据第一输入电压检测值Vin1与第一输出电压检测值Vout1，基于电流数值表221中的数值关系获得单位电流Iunit，并将单位电流Iunit输出至芯片功耗计算电路240。

例如，在一些示例中，芯片功耗测量电路200同时包括第二电压检测器212与环境温度测试电路250。单位电流获得电路220被配置为获取第一输入电压检测值Vin1、第一输出电压检测值Vout1及温度检测值T。单位电流获得电路220中的电流数值查找表221中还包括多个输入电压查找项、多个输出电压查找项和多个环境温度查找项以及与多个输入电压查找项、多个输出电压查找项和多个环境温度查找项一一对应的单位电流Iunit查找项。多个输入电压查找项、多个输出电压查找项和多个环境温度查找项与多个单位电流Iunit查找项为预存值，即，在芯片正式使用前，先对被检测功能电路进行测量，得到多组一一对应的多个输入电压查找项、多个输出电压查找项、多个环境温度查找项与多个单位电流Iunit查找项，并将其存储于电流数值查找表221。当电压检测电路210输出第一输入电压检测值Vin1与第一输出电压检测值Vout1至单位电流获得电路220、环境温度测试电路250输出温度检测值T至单位电流获得电路220时，单位电流获得电路220根据第一输入电压检测值Vin1、第一输出电压检测值Vout1及温度检测值T，基于电流数值表221中的数值关系获得单位电流Iunit，并将单位电流Iunit输出至芯片功耗计算电路240。

例如，在本公开至少一个实施例提供的测量电路中，单位电流获得电路220被配置为利用内插值法或数值拟合方法，根据第一输入电压检测值Vin1与温度检测值T，或根据第一输入电压检测值Vin1与第一输出电压检测值Vout1，或根据第一输入电压检测值Vin1、温度检测值T与第一输出电压检测值Vout1，基于电流数值查找表221中的数值关系，得到单位电流Iunit。在实际测量中，可根据应用场景和实际需求，选择内插值法或数值拟合方法或内插值法和数值拟合方法结合的方法获取单位电流Iunit。

例如，在一些示例中，电流数值查找表221中的多个输入电压查找项、多个输出电压查找项和多个环境温度查找项为数字信号，基于电流数值查找表221中的数值关系得到的单位电流Iunit为数字信号。

例如，在一些示例中，电流数值查找表221可通过存储在存储器中实现，存储器可以为半导体存储器等，用于存储对被检测功能电路进行测量得到的多组一一对应的多个输入电压查找项、多个输出电压查找项、多个环境温度查找项与多个单位电流Iunit查找项。本公开的实施例对于电流数值查找表221的具体格式不作限定。

例如，如图2所示，在至少一个示例中，芯片功耗测量电路200还包括数字电压稳差电路260，数字电压稳差电路260与倍乘系数获取电路230连接。数字电压稳差电路260产生检测电压信号WakeX，该检测电压信号WakeX为数字信号，对应于被检测功能电路在被施加第一输入电压时产生的工作电流相对于单位电流的倍数。倍乘系数获取电路230获取检测电压信号WakeX，并基于检测电压信号WakeX获取倍乘系数。

例如，如图2所示，芯片功耗测量电路200中的芯片功耗计算电路240包括乘法器241。乘法器241与倍乘系数获取电路230、单位电流获得电路220以及电压检测电路210连接，获得电压检测电路210输出的第一输入电压检测值Vin1、单位电流获得电路220输出的单位电流Iunit以及倍乘系数获取电路230输出的倍乘系数，通过第一输入电压检测值Vin1、单位电流Iunit以及倍乘系数计算得到功耗。

在上述示例中，芯片功耗测量电路200通过增加第二电压检测器212，或增加环境温度测试电路250，或同时增加第二电压检测器212和环境温度测试电路250，在单位电流获得电路220获得单位电流Iunit的过程中引入了第一输出电压检测值Vout1，或引入了温度检测值T，或同时引入了第一输出电压检测值Vout1和温度检测值T。一方面，增加的第一输出电压检测值Vout1或温度检测值T或第一输出电压检测值Vout1和温度检测值T令内插值法或数值拟合得到的单位电流Iunit更加准确，另一方面，通过引入温度检测值T，使该测量电路对处于不同温度环境的电路的功耗测量更为准确。

在上述示例中，芯片功耗测量电路200增加了数字电压稳差电路260，芯片功耗测量电路200的采样频率取决于数字电压稳差电路260的采样频率。例如，数字电压稳差电路260的采样频率为500MHz，则芯片功耗测量电路200的采样频率为500MHz，在这种情况下，相比于现有的片外串联电阻(基于采用频率为1MHz左右的电压采样芯片)方法，采样频率极大提高，测量准确性也获得极大提高。

本公开至少一实施例提供了一种芯片功耗测量电路300，图3为本公开一实施例提供的一种芯片功耗测量电路300的示意性框图。

例如，如图3所示，芯片功耗测量电路300中的数字电压稳压电路360包括一个或多个开关阵列361、负反馈电路362。多个开关阵列361的个数为N，每个开关阵列包括一个或多个晶体管，例如由2^M-1个相同的PMOS晶体管组成，这里N和M为大于等于2的整数。每个PMOS晶体管的漏极获取第一输入电压，每个PMOS晶体管的源极输出第一输出电压(即第一输出电压为源极处的电压)，由此多个开关阵列361的多个PMOS晶体管的漏极彼此电连接，而这些PMOS晶体管的源极也彼此电连接。这些PMOS晶体管的规格相同，具有基本相同的电学性能，例如当这些PMOS晶体管被制备在晶圆上时彼此相邻制备，由此可以减小制备工艺的波动对于所制备的PMOS晶体管的性能的影响。负反馈电路362一端与每个PMOS晶体管的源极连接，另一端与每个PMOS晶体管的栅极连接，并被配置为获取第一输出电压并产生检测电压信号WakeX，检测电压信号WakeX用于控制多个开关阵列361中的晶体管的导通数量，不同数量的晶体管被导通由此导致不同的导通电流。

例如，在一些示例中，如图3所示，数字电压稳压电路360还包括负载电路366，负载电路366与一个或多个开关阵列361连接，包括电容C1，被施加第一输出电压Vout并产生电流I_L。负载电路366保证了数字电压稳压电路360的环路稳定性，在实际应用中，可根据场景与需求选择不同的负载电路。本公开的实施例对于负载电路366的具体形式不作限定。

例如，在一些示例中，检测电压信号WakeX为二进制信号，该二进制信号共有M位，M位二进制信号中的第L位二进制信号控制每个开关阵列中的2^L-1个晶体管(L是大于0的正整数)，例如，M位二进制信号中的第一位二进制信号控制每个开关阵列中的第一个晶体管，M位二进制信号中的第二位二进制信号控制每个开关阵列中的第二个晶体管和第三个晶体管……。对PMOS晶体管，二进制信号0为其导通信号；对NMOS晶体管，二进制信号1为其导通信号。M位二进制信号的每一位控制的晶体管的导通数量之和为每个开关阵列的晶体管的导通数量。

例如，在一些示例中，数字电压稳压电路360还包括控制器，可以用控制器与负反馈电路362以及多个开关阵列361通信，将负反馈电路362产生的M位二进制信号转换为导通控制信号，以实现利用M位二进制信号对多个开关阵列361中晶体管的控制。例如，在一些示例中，单个晶体管的导通电流等于单位电流Iunit。在开关阵列中，单个晶体管的导通电流，即单位电流Iunit理论公式如下：

Iunit＝β(T)×(Vin-Vth(T))×(Vin-Vout) (1)

其中Vin为第一电压输入值，Vout为第一电压输出值，Vth(T)和β(T)为工艺参数，仅与晶体管的制造工艺和环境温度相关。当温度固定时，单位电流Iunit与第一电压输入值Vin、第一电压输出值Vout的关系如图4所示，单位电流Iunit随(Vin-Vout)的增加而线性增加，在(Vin-Vout)相同的条件下，单位电流Iunit随第一电压输入值Vin的增加而增加。第一电压输入值Vin与第一电压输出值Vout固定时，单位电流Iunit与环境温度T的关系如图5所示，单位电流Iunit随温度T的增加而线性减小。

例如，如图3所示，负反馈电路362包括第三电压检测器363、电压误差获取器364及比例积分控制器365，比例积分控制器365的电路结构如图6所示。第三电压检测器363配置为获取多个开关阵列361输出的第一输出电压并产生第二输出电压检测值Vout2；电压误差获取器364与第三电压检测器363连接，获取第二输出电压检测值Vout2，根据第二输出电压检测值Vout2以及预设目标电压得到输出电压误差值；比例积分控制器365与电压误差获取器364连接获取输出电压误差值，并根据输出电压误差值，通过比例环节与积分环节，产生检测电压信号WakeX，并将检测电压信号WakeX分别输出至多个开关阵列361与倍乘系数获取电路。其中，预设目标电压为根据实际测量需求预先施加于电压误差获取器364的数字电压。

例如，在一些示例中，开关阵列由PMOS晶体管组成，倍乘系数获取电路340对二进制的M位检测电压信号WakeX取反，以获取每个开关阵列导通的晶体管的个数Wake。

例如，在一些示例中，开关阵列由NMOS晶体管组成，倍乘系数获取电路340由二进制的M位检测电压信号WakeX直接获取每个开关阵列导通的晶体管的个数Wake。

N个开关阵列导通的晶体管总个数即为倍乘系数。由于每个开关阵列中晶体管的导通数量相同，N个开关阵列中晶体管的总导通数量为Wake×N，倍乘系数为Wake×N。

例如，如图3所示，芯片功耗测量电路300中的倍乘系数获取电路430包括低通滤波器331、最小数字比较器332以及最大数字比较器333，低通滤波器331、最小数字比较器332以及最大数字比较器333的电路如图7所示。将Wake输入至低通滤波器331，该低通滤波器的传输函数如下：

其中，Z为输入的Wake的信号频率，A为增益，通过调整A的大小可以改变低通滤波器的带宽。低通滤波器331输出每个开关阵列中晶体管的平均导通个数Avg，N个开关阵列中晶体管的总导通数量为Avg×N，即平均倍乘系数为Avg×N。

将Wake输入至最小数字比较器332，将每一个测试步骤输入的Wake与前一个测试步骤输入的Wake比较，将较小的Wake值作为每个开关阵列中晶体管的最小导通个数Min输出，则最小倍乘系数为Min×N。

将Wake输入至最大数字比较器333，将每一个测试步骤输入的Wake与前一个测试步骤输入的Wake比较，将较大的Wake值作为每个开关阵列中晶体管的最大导通个数Max输出，则最大倍乘系数为Max×N。

例如，如图3所示，芯片功耗计算电路340与电压检测电路310、单位电流获得电路320及倍乘系数获取电路330连接，被配置为获取单位电流Iunit、第一输入电压Vin1、平均倍乘系数Avg×N、最小倍乘系数Min×N及最大倍乘系数Max×N，利用单位电流Iunit、第一输入电压检测值Vin1、平均倍乘系数Avg×N、最小倍乘系数Min×N及最大倍乘系数Max×N计算被测功能电路的平均功耗、最小功耗与最大功耗，计算公式如下：

其中，Pavg为平均功耗，Pmin为最小功耗，Pmax为最大功耗。

例如，在一些示例中，电流数值查找表321的获取，可通过在待测芯片中复制(即设置)与多个开关阵列361中的开关阵列相同的一个或多个开关阵列，在芯片正式使用前，先对该一个或多个开关阵列进行测试，得到多个输入电压查找项、多个输出电压查找项、多个环境温度查找项以及与多个输入电压查找项、多个输出电压查找项、多个环境温度查找项一一对应的多个单位电流查找项，并存入电流数值查找表321中。

例如，在一些示例中，也可在待测芯片外部复制与多个开关阵列361中的开关阵列相同的一个或多个开关阵列，并在待测芯片外部对该一个或多个开关阵列进行单独测试，得到多个输入电压查找项、多个输出电压查找项、多个环境温度查找项以及与多个输入电压查找项、多个输出电压查找项、多个环境温度查找项一一对应的多个单位电流查找项，并存入电流数值查找表321中。

例如，在温度为T1时，假设最大第一输入电压Vin为1.2V，最大第一输出电压Vout为1.1V，单位电流Iunit与第一输入电压Vin、第一输出电压Vout的一一对应关系如表1所示。若改变环境温度，在多个温度条件下测量，可得到多组单位电流Iunit与第一输入电压Vin、第一输出电压Vout的一一对应关系，从而得到电流数值查找表321。

表1：单位电流Iunit与第一输入电压Vin、第一输出电压Vout的关系

Vin	Vout	Iunit
			1.2V	1.1V	I1_T1
1.2V	1.0V	I2_T1
			1.2V	0.9V	I3_T1
1.1V	1.0V	I4_T1
			1.1V	0.9V	I5_T1
1.0V	0.9V	I6_T1

例如，在本示例中，多个开关阵列361中的晶体管为PMOS型晶体管，在其他示例中，可根据应用场景与实际需求选用不同类型的晶体管，例如，NMOS型晶体管，来组成多个开关阵列。需要注意的是，若采用其他类型的晶体管组成多个开关阵列，数字电压稳差电路360中的电路连接方式应相应作出调整。

例如，在一些示例中，负反馈电路可由其他负反馈控制方法实现，例如，

本公开至少一实施例提供了一种芯片功耗测量方法。图9为本公开一实施例提供的一种芯片功耗测量方法的流程图。

如图8所示该测量方法包括步骤S101～步骤S104。

步骤S101：根据第一输入电压Vin产生第一输入电压检测值Vin1；

在本示例中，第一输入电压指芯片中对被检测功能电路施加的驱动电压，第一输入电压检测值Vin1为第一输入电压Vin经过数字转换后得到的数字电压，该转换过程可通过电压检测器完成。

步骤S102：获取第一输入电压检测值Vin1，并基于第一输入电压检测值Vin1利用电流数值查找表获得单位电流Iunit；

电流数值查找表中包括多个输入电压查找项以及与多个输入电压查找项一一对应的单位电流Iunit查找项，多个输入电压查找项与多个单位电流Iunit查找项为预存值，即，在芯片正式使用前，先对被检测功能电路进行测量，得到多组一一对应的多个输入电压查找项与多个单位电流Iunit查找项，并将其存储于电流数值查找表，电流数值查找表获取第一输入电压检测值Vin1，并根据第一输入电压检测值Vin1，基于电流数值表中的数值关系获得单位电流Iunit。

例如，在一些示例中，可利用内插值法或数值拟合方法，第一输入电压检测值Vin1，基于电流数值查找表中的数值关系，得到单位电流Iunit。在实际测量中，可根据应用场景和实际需求，选择内插值法或数值拟合方法或内插值法和数值拟合方法结合的方法获取单位电流Iunit。

步骤S103：产生倍乘系数；

倍乘系数为被检测功能电路在被施加第一输入电压Vin时产生的工作电流相对于单位电流Iunit的倍数。

步骤S104：使用倍乘系数、单位电流Iunit、第一输入电压检测值Vin1进行计算以用于得到功耗。

例如，在一些示例中，该测量方法还包括根据环境温度值产生温度检测值T，此时，电流查找表中还包括温度查找项。

例如，在一些示例中，该方法还包括根据第一输出电压产生第一输出电压检测值Vout1，此时，电流查找表中还包括第一输出电压查找项。

例如，在一些示例中，该方法同时包括根据环境温度值产生温度检测值与根据第一输出电压产生第一输出电压检测值，此时电流查找表中包括第一输入电压查找项、第一输出电压查找项、温度查找项及与第一输入电压查找项、第一输出电压查找项、温度查找项一一对应的单位电流查找项。

本公开至少一实施例提供了一种芯片10。图9为本公开一实施例提供的一种芯片10的示意性框图。芯片10包括芯片功耗测量电路100及功能电路200，例如制备在半导体衬底，例如硅衬底上。

芯片功耗测量电路100配置为接收功能电路200施加的电压，并将该电压作为第一输入电压Vin进行功耗计算。

例如，在一些示例中，该芯片为SOC芯片；在一些示例中，该芯片可以适用于各种用途，例如中央处理单元(CPU)、图像处理单元(GPU)、基带芯片等。

需要说明的是，为表示清楚、简洁，本公开实施例并没有给出该测试装置10的全部组成单元。为实现检测装置10的必要功能，本领域技术人员可以根据具体需要提供、设置其他未示出的组成单元，本公开的实施例对此不作限制。

有以下几点需要说明：

(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。

(2)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (19)

1.一种芯片功耗测量电路，包括：

电压检测电路，包括第一电压检测器，被配置为根据第一输入电压产生所述第一输入电压检测值；

单位电流获得电路，包括电流数值查找表，被配置为获取所述第一输入电压检测值及基于所述第一输入电压检测值利用所述电流数值查找表获得单位电流；

倍乘系数获取电路，被配置为产生倍乘系数；以及

芯片功耗计算电路，被配置为获得所述倍乘系数、所述单位电流、所述第一输入电压检测值，并使用所述倍乘系数、所述单位电流、所述第一输入电压检测值进行计算以用于得到功耗；

其中，所述第一输入电压为所述芯片中对被检测功能电路施加的驱动电压，所述电流数值查找表包括多个输入电压查找项以及与所述多个输入电压查找项一一对应的单位电流查找项，所述倍乘系数为所述被检测功能电路在被施加所述第一输入电压时产生的工作电流相对于所述单位电流的倍数；

所述芯片功耗测量电路还包括数字电压稳差电路，其中，所述数字电压稳差电路与所述倍乘系数获取电路连接，以提供检测电压信号；

所述倍乘系数获取电路还被配置为基于所述检测电压信号获取所述倍乘系数，所述检测电压信号对应于所述被检测功能电路在被施加所述第一输入电压时产生的工作电流相对于所述单位电流的倍数，所述检测电压信号为数字信号。

2.根据权利要求1所述的芯片功耗测量电路，还包括环境温度测试电路，其中，所述环境温度测试电路被配置为检测环境温度值，并根据所述环境温度值产生温度检测值；

所述单位电流获得电路还被配置为获取所述温度检测值，及基于所述第一输入电压检测值和所述温度检测值利用所述电流数值查找表获得所述单位电流。

3.根据权利要求2所述的芯片功耗测量电路，其中，所述电流数值查找表还包括所述多个输入电压查找项及多个环境温度查找项，以及与所述多个输入电压查找项及所述多个环境温度查找项一一对应的所述单位电流查找项。

4.根据权利要求1所述的芯片功耗测量电路，其中，所述电压检测电路还包括第二电压检测器，被配置为根据第一输出电压产生第一输出电压检测值；

所述单位电流获得电路还被配置为获取所述第一输出电压检测值，及基于所述第一输入电压检测值和所述第一输出电压检测值利用所述电流数值查找表获得所述单位电流。

5.根据权利要求4所述的芯片功耗测量电路，其中，所述电流数值查找表还包括多个所述输入电压查找项及多个输出电压查找项，以及与所述多个输入电压查找项及多个输出电压查找项一一对应的所述单位电流查找项。

6.根据权利要求2所述的芯片功耗测量电路，其中，所述电压检测电路还包括第二电压检测器，被配置为根据第一输出电压产生第一输出电压检测值；

所述单位电流获得电路还被配置为获取所述第一输出电压检测值，及基于所述第一输入电压检测值、所述温度检测值和所述第一输出电压检测值利用所述电流数值查找表获得所述单位电流。

7.根据权利要求6所述的芯片功耗测量电路，其中，所述电流数值查找表还包括多个所述输入电压查找项、多个输出电压查找项和多个环境温度查找项，以及与所述多个输入电压查找项、所述多个输出电压查找项和所述多个环境温度查找项一一对应的所述单位电流查找项。

8.根据权利要求1-7任一所述的芯片功耗测量电路，其中，所述单位电流获得电路还被配置为利用内插值法或数值拟合方法，基于所述电流数值查找表中的数值关系获得所述单位电流。

9.根据权利要求1所述的芯片功耗测量电路，其中，所述数字电压稳压电路包括多个开关阵列以及负反馈电路，

所述多个开关阵列的每个包括多个晶体管，所述多个晶体管的第一极被配置为获取所述第一输入电压，所述多个晶体管的第二极被配置为输出第一输出电压，所述负反馈电路的两端分别与所述多个晶体管的第二极以及栅极连接，并被配置为获取所述第一输出电压并产生所述检测电压信号，

所述检测电压信号用于控制所述多个开关阵列中的所述多个晶体管的导通数量。

10.根据权利要求9所述的芯片功耗测量电路，其中，所述检测电压信号为多位二进制信号，所述多位二进制信号的每一位控制的晶体管的导通数量之和为每个开关阵列的所述多个晶体管的导通数量。

11.根据权利要求9所述的芯片功耗测量电路，其中，单个所述多个晶体管的导通电流等于所述单位电流。

12.根据权利要求9所述的芯片功耗测量电路，其中，所述负反馈电路包括第三电压检测器、电压误差获取器以及比例积分控制器，

其中，所述第三电压检测器被配置为获取所述第一输出电压并产生第二输出电压检测值，

所述电压误差获取器被配置为与所述第三电压检测器连接并获取所述第二输出电压检测值，根据所述第二输出电压检测值以及预设目标电压值得到输出电压误差值；

所述比例积分控制器被配置为与所述电压误差获取器连接，并获取所述输出电压误差值，比例积分控制器根据所述输出电压误差值产生所述检测电压信号。

13.根据权利要求1所述的芯片功耗测量电路，其中，所述倍乘系数获取电路被配置为对所述检测电压信号取反以获取所述倍乘系数。

14.根据权利要求1-7任一所述的芯片功耗测量电路，其中，所述功耗计算电路包括乘法器，与所述倍乘系数获取电路、所述单位电流获得电路以及所述电压检测电路连接，被配置为获得所述倍乘系数、所述单位电流、所述第一输入电压检测值，并使用所述倍乘系数、所述单位电流、所述第一输入电压检测值通过计算得到功耗。

15.根据权利要求1-7任一所述的芯片功耗测量电路，其中，所述倍乘系数获取电路包括低通滤波器，最小数字比较器和最大数字比较器，其中，

所述低通滤波器被配置为根据所述倍乘系数产生平均倍乘系数，

所述最小数字比较器被配置为根据所述倍乘系数产生最小倍乘系数，

所述最大数字比较器被配置为根据所述倍乘系数产生最大倍乘系数。

16.根据权利要求15所述的芯片功耗测量电路，其中，所述功耗计算电路被配置为利用所述平均倍乘系数、所述单位电流、所述第一输入电压检测值通过计算得到平均功耗，

利用所述最小倍乘系数、所述单位电流、所述第一输入电压检测值通过计算得到最小功耗，

利用所述最大倍乘系数、所述单位电流、所述第一输入电压检测值通过计算得到最大功耗。

17.一种芯片功耗测量方法，包括：

根据第一输入电压产生所述第一输入电压检测值；

获取所述第一输入电压检测值，并基于所述第一输入电压检测值利用电流数值查找表获得单位电流；

产生倍乘系数；以及

使用所述倍乘系数、所述单位电流、所述第一输入电压检测值进行计算以用于得到功耗；

其中，所述第一输入电压为所述芯片中对被检测功能电路施加的驱动电压，所述电流数值查找表包括多个输入电压查找项以及与所述多个输入电压查找项一一对应的单位电流查找项，所述倍乘系数为所述被检测功能电路在被施加所述第一输入电压时产生的工作电流相对于所述单位电流的倍数，

其中，产生倍乘系数包括：获取检测电压信号；基于所述检测电压信号获取所述倍乘系数，所述检测电压信号对应于所述被检测功能电路在被施加所述第一输入电压时产生的工作电流相对于所述单位电流的倍数，所述检测电压信号为数字信号。

18.根据权利要求17所述的芯片功耗测量方法，其中，所述电流数值查找表利用内插值法或数值拟合方法，根据所述第一输入电压检测值，基于所述电流数值表中的数值关系获得所述单位电流。

19.一种芯片，包括：

功能电路；

如权利要求1-16任一所述的芯片功耗测量电路。

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