CN112304455A - 温度测试系统 - Google Patents

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Abstract

一种温度测试系统，包括核心内温度感测组件以及核心外判读装置。核心外判读装置分时提供多个电流至核心内温度感测组件再至核心内地端。对应于上述多个电流，核心内温度感测组件产生多个电位并交由耦接核心外地端的核心外判读装置进行差值运算，以估算温度数据。

Description

温度测试系统
技术领域
本申请涉及对核心内部温度进行测试的温度测试系统。
背景技术
核心内部温度将明显影响核心运算效能。核心温度监控极为重要。核心温度若过高，运算单元通常需要降频以确保运算可靠度。为了及时监测温度变化，芯片核心需要设置温度测试系统。
随着半导体技术发展，芯片可能包括多个核心。若每个核心都设置温度测试系统，芯片尺寸将相当可观，绕线也非常复杂。
因而小尺寸、且低绕线复杂度的温度测试系统为本技术领域亟需发展的项目。
发明内容
根据本申请的一种实施方式所实现的一种温度测试系统器包括核心内温度感测组件以及核心外判读装置。核心内温度感测组件分时自核心外接收多个电流，对应产生多个电位，其中核心内温度感测组件将上述多个电流导入核心内地端。核心外判读装置耦接核心内温度感测组件以提供上述多个电流，并接收上述多个电位以进行差值运算，再据以估算温度数据。核心外判读装置耦接核心外地端。如此设计下，核心外判读装置供应给核心内温度感测组件的电流无须导出核心，电路走线简洁。至于核心内地端与核心外地端存在电位差的问题，则可以经上述差值运算解决。
一种实施方式中，温度测试系统包括一条电路走线，将核心外判读装置供应的上述多个电流导至核心内温度感测组件。核心外判读装置包括模拟数字转换器，模拟数字转换器耦接电路走线以经电路走线接收上述多个电位，并对上述多个电位进行模拟数字转换。
使用上述单一条电路走线的一例子中，核心外判读装置分时供应第一电流以及第二电流至核心内温度感测组件。第二电流为第一电流的N倍，N为大于1的数值。对应第一电流，模拟数字转换器产生第一数字电位。对应第二电流，模拟数字转换器产生第二数字电位。核心外判读装置根据第二数字电位与第一数字电位的电位差以及该数值N，估算上述温度数据。
使用上述单一条电路走线的另一例子中，该核心外判读装置分时供应第一电流、第二电流以及第三电流至该核心内温度感测组件。第二电流为第一电流的N倍，第三电流为第二电流的N倍，N为大于1的数值。对应第一电流，模拟数字转换器产生第一数字电位。对应第二电流，模拟数字转换器产生第二数字电位。对应第三电流，模拟数字转换器产生第三数字电位。核心外判读装置将第二数字电位与第一数字电位的第一电位差减去第三数字电位与第二数字电位的第二电位差，以产生第三电位差，模拟数字转换器根据第三电位差以及数值N，估算上述温度数据。
另一种实施方式中，温度测试系统还包括第一电路走线，将上述多个电流导入该核心内温度感测组件；以及第二电路走线以及第三电路走线，分别链接该核心内温度感测组件的第一端、以及第二端，以对应上述多个电流将上述多个电位提供至核心外判读装置。该核心外判读装置包括模拟数字转换器，耦接该第二电路走线、以及该第三电路走线以获得上述多个电位，并对上述多个电位进行模拟数字转换。
三条电路走线的一例子中，该核心外判读装置分时供应第一电流以及第二电流至该核心内温度感测组件，第二电流为第一电流的N倍，N为大于1的数值。对应第一电流，该模拟数字转换器产生第一数字电位以及第二数字电位。对应第二电流，该模拟数字转换器产生第三数字电位以及第四数字电位。核心外判读装置将第三数字电位与该第四数字电位的第二电位差减去该第一数字电位与该第二数字电位的第一电位差，以产生第三电位差，并根据该第三电位差以及数值N，估算上述温度数据。
下文特举实施例，并配合附图，详细说明本发明内容。
附图说明
图1为本申请一实施例所述的温度测试系统100的示意图；
图2为本申请一实施例所述的温度测试系统200的示意图；
图3为本申请一实施例所述的温度测试系统300的示意图；以及
图4为本申请一实施例所述的温度测试系统400的示意图。
具体实施方式
以下叙述列举本发明的多种实施例。以下叙述是为介绍本发明的基本概念，且并非意图限制本发明内容。实际发明范围应以权利要求书的界定为准。
图1为本申请一实施例所述的温度测试系统100的示意图。温度测试系统100包括运算单元104、核心内温度感测组件106、核心外判读装置108以及喂电/感测电路走线114。温度测试系统100用于测试核心102的温度，运算单元104、核心内温度感测组件106包括于核心102。核心内温度感测组件106与运算单元104耦接核心内地端G_core。读取核心内温度感测组件106的电位是由核心外判读装置108负责。核心外判读装置108包括电流源电路110以及差值运算与温度估算单元112，其中，电流源电路110用于产生多个电流。核心外判读装置108耦接核心外地端G_uncore，核心外地端G_uncore不同于核心内地端G_core。核心外判读装置108以及核心内温度感测组件106通过喂电/感测电路走线114相耦接。其中，喂电/感测电路走线114无须将核心内温度感测组件106接地，但须将电流源电路110产生的多个电流经该核心内温度感测组件106导至核心内地端G_core。其中，核心102与核心外判读装置108可以设置于同一芯片，也可以设置于不同的芯片。
喂电/感测电路走线114除了将电流源电路110分时供应的多个电流导入核心内温度感测组件106，也负责将核心内温度感测组件106响应于这些电流而产生的多个电位传送给核心外判读装置108，由差值运算与温度估算单元112进行差值运算以产生温度数据。喂电/感测电路走线114包括至少一条电路走线。以下将列举多种电路实施细节。
图2为本申请一实施例所述的温度测试系统200的示意图，温度测试系统200采用一条电路走线214作为喂电/感测电路走线，以进行喂电及感测操作。核心202的运算单元204是自核心内电源VDD_core吃电，并耦接核心内地端G_core。此实施例是以二极管206实现核心内温度感测组件。二极管206是从核心外判读装置208吃电，但同时耦接核心内地端G_core。特别是，二极管206只需一根电路走线214与核心外判读装置208链接。
流经二极管206的电流路径的走线电阻包括Rs_i和Rs_o。核心外判读装置208分时将两个电流I1(＝I)以及I2(＝N·I)经电路走线214导入二极管206。核心外判读装置208还包括模拟数字转换器210以及运算逻辑电路212，模拟数字转换器210以及运算逻辑电路212由核心外电源VDD_uncore以及核心外地端G_uncore供电。模拟数字转换器210耦接电路走线214，以自电路走线214感测电位、并对感测的电位进行模拟至数字的转换。对应分时提供的电流I1(＝I)、I2(＝N·I)，该模拟数字转换器210分时转换出数字电位V1、V2。运算逻辑电路212根据数字电位V1、V2的差值(V2-V1)、以及数值N估算出温度数据T，其中，N为大于1的数值。运算可以消除核心内地端G_core以及核心外地端G_uncore之间的电位差ΔVg。
图2是以电流源电路包括两个电流源，以提供电流I1(＝I)以及I2(＝N·I)为例。另一种实施方式中，为了使得电流I2(＝N·I)准确，该核心外判读装置208可改采用多个相同的电流源，该多个电流源各自产生相同大小的电流I，并利用动态组件匹配(dynamicelement matching)产生电流I1(＝I)、以及电流I2(＝N·I)。一种实施方式是随机挑选电流源组合出电流I和N·I，缓和电流源间的失配问题。
一种实施方式中，对应于以二极管206实施的核心内温度感测组件，运算逻辑电路212以量化的阳极-阴极压差的变化量ΔVbe估算温度数据T。通常而言，二极管206是以一PNP三极管实现，以该三极管的发射极作为二极管206的阳极，以短接的该三极管的基极和集电极作为二极管206的阴极，运算逻辑电路212依据以下算式对温度数据T进行估算：
Figure BDA0002710435710000041
其中，Vbe1为电流I1流过二极管206产生的正向导通压降。Vbe2为电流I2流过二极管206产生的正向导通压降。寄生串联电阻RS为走线电阻RS_i与Rs_o之和。ΔVg为核心内地端G_core以及核心外地端G_uncore之间的电位差。q为电子电荷。Nf为近似于1的理想因子。K为波兹曼常数。N为电流I2与电流I1的比值。一般而言，若忽略寄生串联电阻RS的影响，温度数据T可以表达如下。
Figure BDA0002710435710000042
但实际工程应用中，由于电流源电路精度的限制和模拟数字转换器分辨率的限制，寄生串联电阻RS的影响并不能被忽略，寄生串联电阻RS将对上述表达式所列的温度数据T产生温度误差TERROR，温度误差TERROR可以表示为：
Figure BDA0002710435710000051
若以电流I1＝25uA，N＝8为例，则温度误差TERROR可以表示为：
TERROR≈0.9757·RS
由此可知，电路走线214越长，则寄生串联电阻Rs越大，温度数据T的误差也就越大。
图3为本申请一实施例所述的温度测试系统300的示意图。温度测试系统300将二极管306的喂电路径以及电位回传路径分开。温度测试系统300的喂电/感测电路走线包括三条电路走线314_1、314_2以及314_3。电路走线314_1将电流I1(＝I)以及I2(＝N·I)分时导入二极管306。电路走线314_2、以及电路走线314_3分别连结该二极管306的阳极“+”、以及阴极“-”。模拟数字转换器310耦接电路走线314_2以及314_3。对应电流I1(＝I)，该模拟数字转换器310转换出阳极数字电位VP1、以及阴极数字电位VN1。对应电流I2(＝N·I)，该模拟数字转换器310转换出阳极数字电位VP2、以及阴极数字电位VN2。运算逻辑电路312根据VP1以及VN1的差值(VP1-VN1)、VP2以及VN2的差值(VP2-VN2)求出差值(VP2-VN2)-(VP1-VN1)，搭配数值N，估算出温度数据T。运算中不只消除核心内地端G_core以及核心外地端G_uncore之间的电位差ΔVg，更消除喂电路径314_1的走线电阻RS带来的温度误差TERROR。另外，模拟数字转换器310的输入端被设置为高阻，因而电路走线314_2以及314_3的电压降(IR drop)可视为零，不会带来温度误差。
对应二极管306实施的核心内温度感测组件，运算逻辑电路312是以量化的阳极-阴极压差的变化量ΔVbe估算温度数据T。通常而言，二极管306是以一PNP三极管实现，是以该三极管的发射极作为二极管306的阳极，以短接的该三极管的基极和集电极作为二极管306的阴极，温度数据T表达式可以推导如下：
Figure BDA0002710435710000052
另外，图3的产生电流I1(＝I)以及I2(＝N·I)的电流源也可改成多个相同的电流源，这些相同的电流源各自产生电流I，以动态组件匹配(dynamic element matching)的方式产生电流I1(＝I)、以及电流I2(＝N·I)。
然而，三条电路走线314_1、314_2、以及314_3将使绕线复杂度增加，且对二极管306阴阳级的采样存在延时问题。
图4为本申请一实施例所述的温度测试系统400的示意图。温度测试系统400采用单一电路走线414，但也可消除走线误差TERROR。相较温度测试系统200，分时喂入二极管406的电流包括电流I1(＝I)、I2(＝N·I)以及I3(＝N2·I)，该些电流是由动态组件匹配(dynamic element matching)装置DEM组合多个相同的电流源的输出而产生，这些相同的电流源各自产生相同的电流I，以避免电流源间失配的问题。模拟数字转换器410耦接电路走线414。对应分时提供的电流I1(＝I)、I2(＝N·I)以及I3(＝N2·I)，该模拟数字转换器410转换出数字电位V1、V2以及V3。运算逻辑电路412根据V2与V1的差值(V2-V1)、以及V3与V2的差值(V3-V2)，算出差值(V2-V1)-(V3-V2)，搭配数值N，估算出温度数据T。运算中使温度数据T不再与核心内地端G_core以及核心外地端G_uncore之间的电位差ΔVg相关，更可使温度误差TERROR不再与走线电阻RS相关。
对应于以二极管406实施的核心内温度感测组件，运算逻辑电路412以量化的阳极-阳极压差的变化量变异ΔVbe估算温度数据T。通常而言，二极管406是以一PNP三极管实现，是以该三极管的发射极作为二极管406的阳极，以短接的该三极管的基极和集电极作为二极管406的阴极，温度数据T的估算式可以推导如下：
Figure BDA0002710435710000061
Figure BDA0002710435710000062
Figure BDA0002710435710000063
Figure BDA0002710435710000064
Figure BDA0002710435710000071
其中，Vbe1为电流I1流过二极管406产生的正向导通压降。Vbe2为电流I2流过二极管406产生的正向导通压降。Vbe3为电流I3流过二极管406产生的正向导通压降。走线电阻RS为走线电阻RS_i与Rs_o之和。ΔVg为核心内地端G_core以及核心外地端G_uncore之间的电位差。q为电子电荷。Nf为近似于1的理想因子。K为波兹曼常数。N为电流I2与电流I1的比值。根据上述表达式，可以推知，温度数据T为：
Figure BDA0002710435710000072
若N为2，则运算逻辑电路412估算出的温度数据T为：
Figure BDA0002710435710000073
运算逻辑电路412所执行的上述温度数据T估算是对电流I3(＝N2·I)以及电流I1(＝I)在二极管406的产生的正向导通压降取差。I3(＝N2·I)与电流I1(＝I)间显著的差距使得模拟数字转换器410无须过度追求精度，大幅降低芯片制作成本。运算逻辑电路412只需提供简易运算，成本极低。
上述各种设计都以简易电路实现核心内温度感测。包括多个核心的芯片可在至少一个核心安装专属于该核心的核心内温度感测组件106，精准且个别地监控某个、某些或全部核心的温度。
另外，核心内温度感测组件106并不限定以二极管或三极管实现，也可以是温敏电阻或其他。
一种实施方式中，核心102模块以及核心外判读装置108之间只单纯有走线相连彼此脚位。核心内温度感测组件106是安装在核心102的模块内。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定者为准。

Claims (13)

1.一种温度测试系统，包括：
核心内温度感测组件，分时自核心外接收多个电流，对应产生多个电位，该核心内温度感测组件将上述多个电流导至核心内地端；以及
核心外判读装置，耦接该核心内温度感测组件以为该核心内温度感测组件提供上述多个电流，并接收上述多个电位以计算一电位差，再根据该电位差估算温度数据，其中该核心外判读装置耦接核心外地端。
2.如权利要求1所述的温度测试系统，还包括：
电路走线，将该核心外判读装置供应的上述多个电流导至该核心内温度感测组件。
3.如权利要求2所述的温度测试系统，其中该核心外判读装置包括：
模拟数字转换器，耦接该电路走线，经该电路走线接收上述多个电位，并对上述多个电位进行模拟数字转换。
4.如权利要求3所述的温度测试系统，其中：
该核心外判读装置分时供应第一电流、第二电流至该核心内温度感测组件，该第二电流为该第一电流的N倍，N为大于1的数值；
对应该第一电流，该模拟数字转换器产生第一数字电位；
对应该第二电流，该模拟数字转换器产生第二数字电位；以及
该核心外判读装置以该第二数字电位减去该第一数字电位，产生该电位差，该核心外判读装置根据该电位差以及该数值N，估算上述温度数据，
其中，该多个电流包括该第一电流以及该第二电流。
5.如权利要求4所述的温度测试系统，其中：
该核心外判读装置包括多个相同的电流源，以动态组件匹配操作产生该第一电流以及该第二电流。
6.如权利要求3所述的温度测试系统，其中：
该核心外判读装置分时供应第一电流、第二电流以及第三电流至该核心内温度感测组件，该第二电流为该第一电流的N倍，该第三电流为该第二电流的N倍，N为大于1的数值；
对应该第一电流，该模拟数字转换器产生第一数字电位；
对应该第二电流，该模拟数字转换器产生第二数字电位；
对应该第三电流，该模拟数字转换器产生第三数字电位；以及
该核心外判读装置将该第二数字电位与该第一数字电位的第一电位差减去该第三数字电位与该第二数字电位的第二电位差，以产生该电位差，该核心外判读装置根据该电位差以及该数值N，估算上述温度数据，
其中，该多个电流包括该第一电流、该第二电流以及该第三电流。
7.如权利要求6所述的温度测试系统，其中该核心内温度感测组件为二极管，该核心外判读装置估算该温度数据为：
Figure FDA0002710435700000021
其中，V1、V2以及V3分别为该第一数字电位、该第二数字电位以及该第三数字电位；
q为电子电荷；
Nf为理想因子；以及
K为波兹曼常数。
8.如权利要求6所述的温度测试系统，其中：
该核心外判读装置包括多个相同的电流源，以动态组件匹配操作提供该第一电流、该第二电流以及该第三电流。
9.如权利要求1所述的温度测试系统，还包括：
第一电路走线，将上述多个电流导入该核心内温度感测组件；
第二电路走线，耦接该核心内温度感测组件的第一端；以及
第三电路走线，耦该核心内温度感测组件的第二端，
其中，该第二电路走线以及该第三电路走线对应上述多个电流供应上述多个电位至该核心外判读装置。
10.如权利要求9所述的温度测试系统，其中该核心外判读装置包括：
模拟数字转换器，耦接该第二电路走线以及该第三电路走线以获得上述多个电位，并对上述多个电位进行模拟数字转换。
11.如权利要求10所述的温度测试系统，其中：
该核心外判读装置分时供应第一电流以及第二电流至该核心内温度感测组件，该第二电流为该第一电流的N倍，N为大于1的数值；
对应该第一电流，该模拟数字转换器产生第一数字电位以及第二数字电位；
对应该第二电流，该模拟数字转换器转换出第三数字电位以及第四数字电位；
该核心外判读装置将该第三数字电位与该第四数字电位的第二电位差减去该第一数字电位与该第二数字电位的第一电位差，以产生该电位差，以及根据该电位差以及该数值N，估算上述温度数据，
其中，该多个电流包括该第一电流以及该第二电流。
12.如权利要求11所述的温度测试系统，其中该核心内温度感测组件为二极管，且该核心外判读装置估算该温度数据为：
Figure FDA0002710435700000031
其中，VP1以及VP2分别为该第一数字电位以及该第三数字电位；
VN1以及VN2分别为该第二数字电位以及该第四数字电位；
q为电子电荷；
Nf为理想因子；以及
K为波兹曼常数。
13.如权利要求11所述的温度测试系统，其中：
该核心外判读装置包括多个相同的电流源，以动态组件匹配操作提供该第一电流以及该第二电流。
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