CN112666379A - 在线电源电流监测 - Google Patents

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CN112666379A CN202011019311.4A CN202011019311A CN112666379A CN 112666379 A CN112666379 A CN 112666379A CN 202011019311 A CN202011019311 A CN 202011019311A CN 112666379 A CN112666379 A CN 112666379A
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艾德温·沙彭顿克
马金·尼古拉斯·范东恩
马切伊·斯克罗巴基
沃特·范德海登
皮特鲁斯·A·T·马瑞努斯·费尔梅伦
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Abstract

一种集成电路，集成电路包括：负载电路，负载电路具有多个功能模块；第一电压调节器，第一电压调节器被配置成向多个功能模块提供电源电压；以及电源电流监测电路，电源电流监测电路包括第二电压调节器和电流监测器，第二电压调节器被配置成提供测试电源电压。开关矩阵互连在第一电压调节器、电源电流监测电路和功能模块之间。呈连续顺序的功能模块中的每一个是被测模块，并且开关矩阵被配置成将第一电压调节器与被测模块断开连接，并将电源电流监测电路连接到被测模块，以使得第二电压调节器向被测模块提供测试电源电压，并且电流监测器响应于测试电源电压而测量被测模块的电源电流。

Description

在线电源电流监测
技术领域
本发明大体上涉及集成电路。更具体地，本发明涉及操作期间集成电路的功能模块的在线电源电流监测。
背景技术
随着集成电路(IC)的功能组件的尺寸减小，集成到IC上的功能数量相应地增加。这些功能可以被分成功能单元或功能模块，所述功能单元或功能模块中的每一个可以用于不同目的。这些功能模块可以是数字、模拟或混合信号。另外，一些IC可以在与功能模块相同的管芯上实施电压调节器以给功能模块供电。
一些IC需要满足对功能安全的严格要求。举例来说，对于如果组件或系统故障得不到缓解就会造成损害的系统(例如，在汽车领域中的安全关键应用中)来说，安全是至关重要的目标。因此，功能安全越来越需要在不干扰IC的正常功能性的情况下对安全关键应用中的模拟和混合信号电路进行持续监测。在数字IC测试中，例如扫描测试和内置自测试等一些结构化测试方法已经成为常见做法。然而，在操作期间持续监测模拟和混合信号电路的功能安全面临若干挑战。具体地，很难在不干扰IC的正常功能性的情况下检测到模拟电路的缺陷和老化效应。
发明内容
所附权利要求书中定义了本公开的各方面。
在第一方面，提供一种集成电路，所述集成电路包括：负载电路，所述负载电路具有多个功能模块；第一电压调节器，所述第一电压调节器被配置成向所述多个功能模块提供电源电压；电源电流监测电路，所述电源电流监测电路包括第二电压调节器和电流监测器，所述第二电压调节器被配置成提供测试电源电压；以及开关矩阵，所述开关矩阵互连在所述第一电压调节器、所述电源电流监测电路和所述功能模块之间，其中呈连续顺序的所述功能模块中的每一个是被测模块，并且针对所述被测模块，所述开关矩阵被配置成将所述第一电压调节器与所述被测模块断开连接，并将所述电源电流监测电路连接到所述被测模块，以使得所述第二电压调节器向所述被测模块提供所述测试电源电压，并且所述电流监测器响应于所述测试电源电压而测量所述被测模块的电源电流。
根据一个或多个实施例，呈连续顺序的所述功能模块中的每一个是所述被测模块。
根据一个或多个实施例，所述测试电源电压等同于所述电源电压。
根据一个或多个实施例，所述开关矩阵另外被配置成实现所述第一电压调节器的持续连接，以在所述被测模块连接到所述电源电流监测电路时向所述多个功能模块中的其余功能模块提供所述电源电压。
根据一个或多个实施例，所述开关矩阵另外被配置成在所述第一电压调节器连接到所述被测模块并提供所述电源电压时将所述电源电流监测电路连接到所述被测模块，并且所述开关矩阵另外被配置成在所述第二电压调节器开始提供所述测试电源电压后将所述第一电压调节器与所述被测模块断开连接。
根据一个或多个实施例，所述电源电流监测电路另外包括存储器元件，所述存储器元件被配置成存储与所述被测模块相关联的基准电流值，并且所述电源电流监测电路另外被配置成将所述电源电流与所述基准电流值进行比较。
根据一个或多个实施例，所述电源电流监测电路另外包括指示电路，所述指示电路被配置成提供所述电源电流与所述基准电流值之间的差值的指示，其中当所述差值超出阈值范围时指示所述被测模块发生功能故障。
根据一个或多个实施例，该集成电路另外包括具有第一输出和第二输出的调节器系统，其中所述第一和第二电压调节器组合在所述调节器系统中，经由所述第一输出向所述多个功能模块提供所述电源电压并经由所述第二输出向所述被测模块提供所述测试电源电压。
根据一个或多个实施例，所述多个功能模块中的每一个包括：
用于连接到所述第一电压调节器的所述开关矩阵的第一开关；
用于连接到所述电源电流监测电路的所述开关矩阵的第二开关；
以及
功能电路系统，所述功能电路系统能经由所述第一和第二开关选择性地连接到所述第一电压调节器和所述电源电流监测电路。
根据一个或多个实施例，所述多个功能模块中的第一功能模块具有高于所述电流监测器的电流测量范围的标称总电源电流，所述第一功能模块被划分成多个功能子域，所述多个功能子域中的每一个被配置成具有在所述电流监测器的所述电流测量范围内的子域电源电流；并且
所述开关矩阵包括：
多个电源开关，所述多个电源开关用于所述第一电压调节器与所述第一功能模块的所述功能子域中的对应功能子域之间的连接，以向所述第一功能模块的所述多个功能子域提供所述电源电压；以及
多个测试开关，所述多个测试开关用于所述电源电流监测电路与所述多个功能子域的所述对应功能子域之间的连接，其中当所述第一功能模块是所述被测模块时，针对呈连续顺序的所述第一功能模块的所述功能子域中的每一个，所述开关矩阵被配置成经由所述多个电源开关之一将所述第一电压调节器与所述功能子域断开连接，并经由所述多个测试开关之一将所述电源电流监测电路连接到所述功能子域，以使得所述第二电压调节器向所述功能子域提供所述测试电源电压，并且所述电流监测器响应于所述测试电源电压而测量所述功能子域的电源电流。
根据一个或多个实施例，所述多个功能模块中的第一功能模块具有低于所述电流监测器的电流测量范围的标称总电源电流；
所述集成电路另外包括与所述第一功能模块相关联的电流源；并且
所述开关矩阵包括：
第一开关，所述第一开关用于所述第一电压调节器与所述第一功能模块之间的连接，以向所述第一功能模块提供所述电源电压；
第二开关，所述第二开关用于所述电源电流监测电路与所述第一功能模块之间的连接；以及
第三开关，所述第三开关用于所述电源电流监测电路与所述电流源之间的连接，其中当所述第一功能模块是所述被测模块时，所述开关矩阵被配置成经由所述第一开关将所述第一电压调节器与所述第一功能模块断开连接，经由所述第二开关将所述电源电流监测电路连接到所述第一功能模块，并经由所述第三开关将所述电源电流监测电路连接到所述电流源，以使得所述第二电压调节器向所述第一功能模块提供所述测试电源电压，所述第一功能模块响应于所述测试电源电压而产生所述电源电流，来自所述电流源的转储电流被添加到所述电源电流以得到在所述电流监测器的所述电流测量范围内的总电流，并且所述电流监测器响应于所述测试电源电压而测量所述第一功能模块的所述总电流。
在第二方面，提供一种方法，所述方法包括：在功能模式下从第一电压调节器向集成电路的负载电路的多个功能模块提供电源电压；以及测试所述功能模块中的每一个，其中进行测试的所述功能模块是被测模块，且所述测试包括：将所述第一电压调节器与所述被测模块断开连接；将电源电流监测电路连接到所述被测模块；从所述电源电流监测电路的第二电压调节器提供测试电源电压；以及响应于提供所述测试电源电压，在所述电源电流监测电路的电流监测器处测量所述被测模块的电源电流。
根据一个或多个实施例，所述测试电源电压等同于所述被测模块所需的所述电源电压。
根据一个或多个实施例，所述方法另外包括继续向未进行所述测试的其余功能模块提供所述电源电压。
根据一个或多个实施例，在第一时刻执行所述连接所述电源电流监测电路，在所述第一时刻期间所述第一电压调节器向所述被测模块提供所述电源电压；并且在所述第一时刻后的第二时刻执行所述将所述第一电压调节器与所述被测模块断开连接。
根据一个或多个实施例，另外包括：在所述第一和第二时刻期间执行所述提供所述测试电源电压；并且在所述断开连接所述第一电压调节器后执行所述测量所述电源电流。
根据一个或多个实施例，所述测试另外包括：将所述电源电流与和所述被测模块相关联的基准电流值进行比较；并且响应于所述比较而确定所述被测模块的功能性。
在第三方面，提供一种集成电路，所述集成电路包括：负载电路，所述负载电路具有多个功能模块；第一电压调节器，所述第一电压调节器被配置成向所述多个功能模块提供电源电压；电源电流监测电路，所述电源电流监测电路包括第二电压调节器和电流监测器，所述第二电压调节器被配置成提供测试电源电压；以及开关矩阵，所述开关矩阵互连在所述第一电压调节器、所述电源电流监测电路和所述功能模块之间，其中呈连续顺序的所述功能模块中的每一个是被测模块，并且针对所述被测模块，所述开关矩阵被配置成将所述电源电流监测电路连接到所述被测模块，以使得所述第二电压调节器向所述被测模块提供所述测试电源电压，并且所述电流监测器响应于所述测试电源电压而测量所述被测模块的电源电流，所述开关矩阵另外被配置成在所述电源电流监测电路的所述第二电压调节器开始向所述被测模块提供所述测试电源电压后将所述第一电压调节器与所述被测模块断开连接，并且所述开关矩阵另外被配置成实现所述第一电压调节器到所述多个功能模块中的其余功能模块的持续连接，以在所述被测模块连接到所述电源电流监测电路时向所述多个功能模块中的所述其余功能模块提供所述电源电压。
根据一个或多个实施例，所述电源电流监测电路另外包括：存储器元件，所述存储器元件被配置成存储与所述被测模块相关联的基准电流值；以及指示电路，所述指示电路被配置成提供所述电源电流与所述基准电流值之间的差值的指示，其中当所述差值超出阈值范围时指示所述被测模块发生功能故障。
根据一个或多个实施例，所述多个功能模块中的每一个包括：用于连接到所述第一电压调节器的所述开关矩阵的第一开关；用于连接到所述电源电流监测电路的所述开关矩阵的第二开关；以及功能电路系统，所述功能电路系统能经由所述第一和第二开关选择性地连接到所述第一电压调节器和所述电源电流监测电路。
附图说明
附图用于进一步示出各种实施例并解释根据本发明的所有各种原理和优点，在附图中类似的附图标记贯穿不同的视图指代相同的或功能类似的元件，各图不一定按比例绘制，并且附图与下文的具体实施方式一起并入本说明书并且形成本说明书的部分。
图1示出根据实施例的集成电路(IC)的框图；
图2示出在IC的正常操作期间的IC的简化框图；
图3示出在开始测试功能模块之一时图2的框图；
图4示出在测试特定功能模块期间图3的框图；
图5示出具有电流监测器的电源电流监测电路的输出级的框图；
图6示出根据另一实施例的在线电源电流监测过程的流程图；
图7示出根据另一实施例的实施电源电流监测电路的集成电路(IC)的一部分的框图；
图8示出根据另一实施例的实施电源电流监测电路的集成电路(IC)的一部分的框图；并且
图9示出根据又一实施例的实施电源电流监测电路的集成电路(IC)的一部分的框图。
具体实施方式
概括地说，本公开涉及用于集成电路(IC)的功能模块的在线电流监测的系统和方法。更具体地，所述系统和方法能在不干扰IC的正常功能状态的情况下实现对IC内的模拟、混合信号和/或数字电路(也可以在本文中可替换地被称作电路系统域)的电源电流的持续监测。对于模拟电路，多个故障会导致特定功能模块的电源电流发生变化。例如，栅极氧化物中的缺陷可能损害一个或多个分支的偏压状况，从而改变电源电流。然而，与IC内的单个功能模块的故障相关联的电源电流变化可能太小而无法在监测IC的总电源电流时可靠地检测到。因此，实施例涉及分别测量每个功能模块的电源电流以检测电源电流的微小变化。因此，可以实施此技术以检测IC内的特定模拟功能电路的缺陷和/或老化效应。另外，由于分别测试每个功能模块，因此有可能检测出IC的哪个特定功能模块发生故障。随后可以停用发生故障的功能模块和/或甚至用冗余功能模块替换发生故障的功能模块以维持IC的整体功能性。
提供本公开以用实现方式进一步解释根据本发明的至少一个实施例。另外提供本公开以加强对本发明的创造性原理和优点的理解和了解，而不是以任何方式限制本发明。本发明仅由所附权利要求书限定，包括在本申请未决期间做出的任何修正和所发布的那些权利要求的所有等效物。应理解，例如第一和第二、顶部和底部等关系术语(如果存在的话)的使用仅用于区分实体或动作，而不必要求或意指在此类实体或动作之间的任何实际此种关系或顺序。
许多发明功能性和许多发明原理最好用集成电路(IC)实施或在集成电路中实施，所述集成电路可能包括专用IC(ASIC)或具有集成处理或控制或其它结构的IC。希望本领域的普通技术人员在受本文公开的概念和原理指导时，尽管可能花费大量的精力和由例如可用时间、当前技术和经济考量促动而有许多设计选项，也将能够容易通过最少的实验产生此类IC和结构。因此，为了简化和最小化混淆根据本发明的原理和概念的任何风险，对这类结构和IC的进一步论述(如果存在的话)将限于关于各种实施例的原理和概念的要点。
参考图1，图1示出根据实施例的集成电路(IC)20的框图。一般来说，IC 20包括具有多个功能模块24、26、28的负载电路22，以及被配置成调节和向功能模块24、26、28提供电源电压32 Vdd的第一电压调节器30。在此例子中，功能模块24是第一功能模块，由数字“1”表示。功能模块26是第二功能模块，由数字“2”表示。并且，功能模块28是第N功能模块，由字母“N”表示。功能模块26与28之间的省略号表示负载电路22可以包括任何数目个功能模块。在所示的实施例中，第一电压调节器30可以被配置成向功能模块24、26、28中的每一个提供仅单个电源电压。然而，在可替换的实施例中，第一电压调节器30可以被适当地配置成提供多个不同的电源电压。
功能模块24、26、28中的每一个被配置成执行IC 20的负载电路22的功能之一。一般来说，功能模块24、26、28可以是任何类型的电路系统，并且可以是模拟、数字和/或混合信号。因此，功能模块24、26、28可以可替换地被视为电路系统域。根据本文中所描述的实施例，IC 20另外包括电源电流监测电路34，所述电源电流监测电路34用于对模拟或混合信号域中的功能模块24、26、28中的任一个进行电流测试(有时被称作ICCQ测试)，和/或用于对数字域中的功能模块24、26、28中的任一个进行电流测试(有时被称作IDDQ测试)。此外，在IC 20处于功能模式时(例如，在IC 20可操作时)进行测试。这种测试在本文中被称作在线电源电流监测。本领域的技术人员将理解，数字功能模块也可以通过实施扫描测试、内置自测试和/或等等来进行在线测试。
根据实施例，电源电流监测电路34包括具有电流监测器38的第二电压调节器36。第二电压调节器36被配置成提供测试电源电压40，其中测试电源电压40等同于电源电压32。在一些实施例中，电源电流监测电路34可以包括指示电路42和存储器元件44，所述存储器元件44被配置成存储与对应的第一、第二和第N功能模块24、26、28相关联的基准电流值46(IREF(1))、48(IREF(2))、50(IREF(N))。基准电流值46可能已经例如在生产测试期间测得并随后存储在存储器元件44中。IC 20另外包括互连在第一电压调节器30、电源电流监测电路34和负载电路22的功能模块24、26、28之间的开关矩阵52。
如下文将更详细地说明的，针对呈连续顺序(在本文中也可以被称作按序列各个地、按随机顺序各个地、一次一个地或逐个地)的功能模块24、26、28中的每一个，开关矩阵52被配置成将第一电压调节器30与要进行测试的功能模块24、26、28之一(在本文中被称作被测模块)断开连接，并将电源电流监测电路34连接到被测模块，以使得第二电压调节器36向被测模块提供测试电源电压40，并且电流监测器38响应于测试电源电压40而测量被测模块的负载电流54IL(M)(也被称作电源电流)。在一些实施例中，电源电流监测电路34被配置成将测得的负载电流54与存储在存储器元件44中的对应基准电流值46、48、50进行比较。在一些实施例中，指示电路42被配置成提供负载电流54与对应基准电流值46、48、50之间的差值的指示。当所述差值超出预定阈值范围时可以指示被测模块发生功能故障。尽管本文中未示出，但在线电源监测电路34可以包括呈硬件、软件或硬件与软件的组合形式的控制电路系统，用于控制被测模块的选择、控制开关矩阵并执行测量和比较操作。
图2示出在IC 20的正常操作期间的IC 20的简化框图。如上文所提及，功能模块24、26、28将逐个地连接到电源电流监测电路34的第二电压调节器36，并经由开关矩阵52与第一电压调节器30断开连接。在功能模块24、26、28之一(例如，被测模块)连接到第二电压调节器36之后，可以测量其负载电流54(图1)。应该从第一电压调节器30切换到第二电压调节器36，再切换回到第一电压调节器30，以使得被测模块的功能性不受影响。这可以通过不重叠的开关来实现(例如，断开连接第一电压调节器30，并且随后连接第二电压调节器36)。然而，不重叠的开关技术可能需要呈例如去耦电容器形式的内部缓冲。
根据一些实施例，实施重叠的开关(例如，连接第二电压调节器36，并在第一电压调节器30断开连接之前提供测试电源电压40)。图2和后续的图3-4展示重叠的开关技术。为简单起见，未在图2-4中描绘指示电路42(图1)和存储器44(图1)。然而，在图2-4中以扩展形式描绘了开关矩阵52，以更清楚地展示根据一些实施例进行的重叠的开关。
在图2中，第一电压调节器30以在线或可操作模式连接到所有功能模块24、26、28，在所述在线或可操作模式期间负载电路22的功能模块24、26、28可以执行其预期功能。在此例子中，开关矩阵52的第一、第二和第三开关56、58、60全部闭合，以将第一电压调节器30连接到功能模块24、26、28。相反地，开关矩阵52的第四、第五和第六开关62、64、66全部断开，以使电源电流监测电路34的第二电压调节器36与功能模块24、26、28断开连接。因此，功能模块24、26、28全都具有电源电压32。将电源电压32作为输入电压68、70、72提供给功能模块24、26、28。在此例子中，输入电压68、70、72由不同的指示符(例如，Vdd1、Vdd2、VddN)表示以与功能模块24、26、28相对应。然而，输入电压68、70、72可以各自具有与电源电压32相同的量值。
图3示出在开始测试功能模块之一时图2的框图。在此例子中，第一功能模块24将进行测试，且因此是被测模块。因此，在重叠的开关模型中，第二电压调节器36与第一功能模块24之间的第四开关62在第一时刻闭合，在此期间第一电压调节器30与第一功能模块24之间的第一开关56也闭合。因此，在第一时刻，开关矩阵52被配置成将电源电流监测电路34的第二电压调节器36连接到第一功能模块24，在此期间第一电压调节器30仍连接到第一功能模块24。因此，在图3中所展示的时刻，第一和第二电压调节器30、36并联地操作以向第一功能模块24提供电压32、40。第四开关62(以及类似地，第五和第六开关64、66)应具有足够的电阻，以使其余功能模块26、28也不由第二电压调节器36供应电力。
图4示出在测试特定功能模块期间图3的框图。继续图3的配置，其中第一和第四开关56、62两者都闭合，开关矩阵52另外被配置成在第一时刻后的第二时刻将第一电压调节器30与第一功能模块24(例如，被测模块)断开连接。也就是说，开关矩阵52的第一开关56断开，以使第一功能模块24仅由第二电压调节器36供应测试电源电压40。然而，开关矩阵52被配置成在第一功能模块24连接到电源电流监测电路34的第二电压调节器36时实现第一电压调节器30到其余功能模块26、28的持续连接。
图4的配置实现负载电路22的所有功能模块24、26、28的持续功能操作。然而，来自第二电压调节器36的测试电源电压40现在被提供给第一功能模块24，以代替来自第一电压调节器30的电源电压32作为输入电压68(参见图2)。由于第二电压调节器36仅向功能模块之一(例如，在此例子中的第一功能模块24)供应电力，因此可以相对于第一电压调节器30输出电流的能力而按比例缩小第二电压调节器36输出电流的能力。在第一电压调节器30与第一功能模块24断开连接后，可以通过电流监测器38测量第一功能模块24的电源电流(例如，负载电流54)。
结合图4参考图5，图5示出具有电流监测器38的电源电流监测电路34的输出级74的框图。例如负载电流54的电源电流还流过感测电阻器76RSENSE，因此感测电阻器76两端的电压与第一功能模块24的负载电流54成比例。电流监测器38可以将负载电流54与可能存储在存储器元件44中的预定限值进行比较。可替换的是，还可以在电流域中用电流比较器执行所述比较。
因此，图2-5表示其中第一功能模块24正在进行在线电源电流测试的情形。应理解，可以类似地测试其余功能模块26、28。例如，通过闭合第一开关56来将第一电压调节器30重新连接到第一功能模块24，并通过断开第四开关62来将第二电压调节器36与第一功能模块24断开连接。此后，根据上文所论述的重叠的开关技术，可以通过断开第二开关58来将第一电压调节器30与第二功能模块26断开连接，且可以通过闭合第五开关64来将第二电压调节器36连接到第二功能模块26。接下来，根据上文所论述的重叠的开关技术，可以通过断开第三开关60来将第一电压调节器30与第N功能模块28断开连接，且可以通过闭合第六开关66来将第二电压调节器36连接到第N功能模块28。
图1-6提供其中集成电路包括单个电源电流监测电路的示例配置。一些实施例可以包括多个电源电流监测电路，所述多个电源电流监测电路中的每一个对集成电路内的功能模块的不同子集进行电源电流测试。多个电源电流监测电路可以同时运行以进行电源电流测试，从而实现更快的吞吐时间和/或更快的误差检测。
图6示出根据另一实施例的在线电源电流监测过程80的流程图。可以利用结合图1-5所论述的电源电流监测电路34来执行过程80。因此，可以结合在线电源电流监测过程80的功能框的以下描述来参考图1-5。也可以通过被配置成执行各种过程步骤所要求的功能的电路/硬件配置来执行过程80。
在框82，将负载电路20置于功能模式下。具体地，从第一电压调节器30向IC 20的负载电路22的功能模块24、26、28提供作为输入电压68、70、72的电源电压32，如图2中所展示。在框84，选择下一功能模块用于电流测试。当然，在过程80的第一迭代期间，“下一”功能模块可以是最初被选择用于测试的任何功能模块。出于说明的目的，在下文的描述中，“下一”功能模块(例如，被测模块)将是第一功能模块24。
在框86，将电源电流监测电路34连接到所选功能模块。更具体地，可以通过闭合第四开关62来将电源电流监测电路34的第二电压调节器36连接到第一功能模块24，如图3中所展示。另外，在框86，从电源电流监测电路34的第二电压调节器36向所选第一功能模块24提供测试电源电压40。因而，在框86，同时向第一功能模块24提供电压68和40。此外，测试电源电压40可以等同于输入电压68Vdd1。同时，继续向当前不进行测试的其余功能模块26、28提供电源电压32作为输入电压70、72。在框88，通过断开第一开关56来将第一电压调节器30与所选第一功能模块24断开连接，以使第一功能模块24仅接收测试电源电压40，如图4中所展示。
在框90，在将第一电压调节器30与第一功能模块24断开连接后，响应于提供测试电源电压40而在电源电流监测电路34的电流监测器38处测量负载电流54 IL(M)。可以在输出级74的感测电阻器76处复制(且可能按比例调整)负载电流54，如图5中所展示。可替换的是，可以直接从第二电压调节器36中的节点分接负载电流54。随后可以产生第一功能模块24的负载电流54的指示。所述指示可以是第一功能模块24所需的电流，所述电流可以反映第一功能模块24所消耗的电流。
在询问框92，指示电路42将测得的电源电流与和被测模块相关联的基准电流进行比较。举例来说，指示电路42可以提供针对第一功能模块24测得的负载电流54与对应的基准电流值46 IREF(1)之间的差值的指示。在一些实施例中，指示电路42可以确定负载电流54是否在基准电流值46的阈值范围内。例如，阈值范围可以在基准电流值46的±5％内。当然，可以设想其它阈值和/或范围。当确定测得的负载电流54不在基准电流值46的阈值范围内时，过程控制在框94继续。在框94，电源电流监测电路34可以向负载电路22、向功能安全监测电路(未示出)或任何其它控制电路提供所选第一功能模块24可能发生功能故障的指示符、值或某一类型的通知。由于被测模块与其余功能模块被分开测试，因此有可能检测到发生故障的特定模块。除了提供故障指示以外，随后还可以停用发生故障的功能模块和/或甚至用冗余功能模块替换发生故障的功能模块以维持IC的整体功能性。
在框94之后或在框92确定所选第一功能模块24在基准电流值46的阈值范围内时，在询问框96确定是否继续进行在线电源电流监测过程80。如果不继续进行过程80(例如，IC20断电，可能发生的功能故障严重，等等)，则过程80结束。然而，当要继续执行在线电源电流监测过程80时，过程控制以框98继续。在框98，将被测模块再次连接到第一电压调节器30，且在框99，将电源电流监测电路34与被测模块断开连接。
此后，过程控制循环回到框84，以经由执行过程框86、88、90、92、94、96、98和99来选择用于电流测试的“下一”功能模块作为被测模块(例如，第二功能模块26)。因而，在不干扰IC 20的正常功能状态的情况下，可以按连续顺序(例如，按序列各个地、按随机顺序各个地、一次一个地或逐个地)测试每个功能模块24、26、28。此外，可以在IC 20的操作期间持续进行电流监测，从而满足功能安全要求。再者，通过一次一个地测试功能模块，可以检测到与单个功能模块的故障相关联的较小电流变化，否则在监测负载电路22的总电源电流时，所述电流变化可能会因为太小而无法可靠地检测到。因此，将电源电流监测电路34和开关矩阵52包括在IC 20中可以产生用于IC 20的有效安全机制。
图6的流程图展示重叠的开关技术。然而，可替换的实施例可以实施不重叠的开关技术，如上文所提及。在不重叠的开关配置中，功能框86和88的顺序可以反过来。也就是说，先将第一电压调节器与所选模块断开连接(框88)，随后将电源电流监测电路连接到所选模块并提供测试电源电压(框86)。类似地，功能框98和99的顺序可以反过来，使得将电源电流监测电路与所选模块断开连接(框99)，随后将第一电压调节器连接到所选模块(框98)。
图7示出根据另一实施例的实施电源电流监测电路34的集成电路(IC)100的一部分的框图。在图7的配置中，IC 100包括调节器系统102，所述调节器系统102具有第一输出104和第二输出106。电源电流监测电路34的第一电压调节器30和第二电压调节器36组合在调节器系统102中。经由第一输出104提供电源电压32 Vdd，并经由第二输出106提供测试电源电压40。通过在调节器系统102中组合第一和第二电压调节器30、36，可以共享基准，从而帮助确保电源电压32和测试电源电压40两者是等同的。
另外，在IC电路100中，IC 100的开关矩阵108内的所有开关都在围绕模拟功能模块的壳体中实施。例如，IC 100包括功能模块110。功能模块110包括开关矩阵108的第一开关112 SW1、开关矩阵108的第二开关114 SW2以及功能电路系统116。一般来说，根据上文所描述的方法，第一开关112被配置成将第一电压调节器30连接到功能电路系统116，且第二开关114被配置成将第二电压调节器36连接到功能电路系统116。功能电路系统116表示被配置成执行IC 100的负载电路118的功能之一的组件。省略号指示IC 100可以包括任何数目个功能模块，所述功能模块中的每一个包括在围绕每个模拟功能模块的壳体中实施的开关矩阵108的开关。
通过在围绕每个模拟功能模块的壳体中实施开关矩阵108的开关，可以在无需改变电压调节器或开关矩阵的情况下添加或移除功能模块。因此，可以避免每当添加或移除模拟模块时都必须调整大开关矩阵的实施方案，从而简化IC 100的配置。
为简单起见，IC 100示出为其中调节器系统和开关矩阵的开关都在围绕每个功能模块的壳体中实施。然而，一些实施例可以仅包括调节器系统与开关矩阵，如图1-4中所示。可替换的是，一些实施例可以仅包括在围绕每个功能模块的壳体中实施的开关矩阵的开关以及没有组合在调节器系统中的单独的电压调节器。
图8示出根据另一实施例的实施电源电流监测电路34的集成电路(IC)120的一部分的框图。集成电路内的所有功能模块的负载(电源)电流54不一定相同。代替地，一些功能模块可能需要相对较大的负载(电源)电流(例如，在mA范围内)，而其它功能模块可能需要明显较低的负载(电源)电流(例如，在μA范围内)。这种情况可能会给第二电压调节器36的电流监测器38中的动态电流测量范围设定高要求。如果功能模块具有相同数量级的负载(电源)电流，则可以放宽对宽动态电流测量范围的要求。例如，如果到功能模块的总电源电流大于预定的测试上限，则可以确定负载/电源电流将被分开。因此，在一些实施例中，具有大负载/电源电流要求的功能模块可以将负载/电源电流分成多个功能子域，所述功能子域可以按连续顺序各自连接到第一电压调节器30和第二电压调节器36。功能子域中的每一个可以被配置成具有在电流监测器的电流测量范围内的子域电源电流。
因此，IC 120包括负载电路122，所述负载电路122包括具有高于电流监测器38的电流测量范围的标称总电源电流的第一功能模块124。省略号指示IC 120可以包括任何数目个功能模块(为简单起见未示出)。这些额外的功能模块的标称总电源电流可能会或可能不会超出电流监测器38的电流测量范围。
类似于功能模块110(图7)，IC 120的开关矩阵126内的开关在围绕负载电路122的模拟功能模块的壳体中实施，所述模拟功能模块包括第一功能模块124。根据一些实施例，第一功能模块124包括被划分成多个功能子域128、130、132的功能电路系统。尽管在此例子中功能电路系统被划分成三个子域，但是其它实施例可以具有两个子域或超过三个子域。开关矩阵126包括多个电源线134、136、138，所述电源线可以经由电源开关140、142、144(标记为SW1、SW2、SW3)选择性地连接在第一电压调节器30与功能子域128、130、132中的对应功能子域之间。另外，开关矩阵126包括多个测试线146、148、150，所述测试线可以经由测试开关152、154、156(标记为SW4、SW5、SW6)选择性地连接在电源电流监测电路34的第二电压调节器36与功能子域128、130、132中的对应功能子域之间。
一般来说，针对呈连续顺序(即，一次一个地)的第一功能模块124的功能子域128、130、132中的每一个，开关矩阵126被配置成通过断开电源线134、136、138之一的电源开关140、142、144之一来将第一电压调节器30与功能子域断开连接，并通过闭合测试线146、148、150之一的测试开关152、154、156之一来将电源电流监测电路34的第二电压调节器36连接到功能子域，以使得第二电压调节器36向功能域提供测试电源电压40，并且电流监测器38响应于测试电源电压40而测量功能子域的负载电流54。可以使用上文所描述的重叠的或不重叠的开关技术中的任一种来进行电压调节器30、36的断开连接和连接。因此，每个功能子域128、130、132可以分别进行电流测试。另外，每个功能子域128、130、132的子域电源电流可以更适当地落入电流监测器38的电流测量范围内。
图9示出根据又一实施例的实施电源电流监测电路34的集成电路(IC)160的一部分的框图。如上文所提及，集成电路内的所有功能模块的负载(电源)电流54不一定相同。然而，如果功能模块具有相同数量级的负载(电源)电流，则可以放宽对宽动态电流测量范围的要求。例如，如果到功能模块(或到功能模块的功能子域)的总电源电流小于预定的测试下限，则可以确定应该添加转储电流。因此，在一些实施例中，具有低负载/电源电流要求的功能模块可以包括用于添加转储电流的电流源。
因此，IC 160包括负载电路162，所述负载电路162包括具有低于电流监测器38的电流测量范围的标称总电源电流的第一功能模块164。省略号指示IC 160可以包括任何数目个功能模块(为简单起见未示出)。这些额外的功能模块的标称总电源电流可能会或可能不会小于电流监测器38的电流测量范围。
类似于功能模块110(图7)和124(图8)，IC 160的开关矩阵166内的开关在围绕负载电路162的模拟功能模块的壳体中实施，所述模拟功能模块包括第一功能模块164。根据一些实施例，IC 160包括与第一功能模块164相关联的电流源168。开关矩阵166包括可经由第一开关172 SW1选择性地连接在第一电压调节器30与第一功能模块164之间的电源线170。开关矩阵166另外包括第一测试线174和第二测试线178，所述第一测试线174可经由第二开关176 SW2选择性地连接在电源电流监测电路34的第二电压调节器36与第一功能模块164之间，所述第二测试线178可经由第三开关180 SW3选择性地连接在电源电流监测器34的第二电压调节器36与第一功能模块164之间。
一般来说，开关矩阵166被配置成经由电源线170的第一开关172将第一电压调节器30与第一功能模块164断开连接，经由第一测试线174的第二开关176将电源电流监测电路34的第二电压调节器36连接到第一功能模块164，并且经由第二测试线178的第三开关180将电源电流监测电路34的第二电压调节器36连接到电流源168。可以使用上文所描述的重叠的或不重叠的开关技术中的任一种来进行电压调节器30、36与电流源168的断开连接和连接。因此，第二电压调节器36向第一功能模块164提供测试电源电压40，第一功能模块164响应于测试电源电压40而产生电源电流，来自电流源168的转储电流182被添加到负载电流54以得到在电流监测器38的电流测量范围内的总电流，并且电流监测器38响应于测试电源电压40而测量第一功能模块164的总电流。可以从测得的第一功能模块164的总电流中减去转储电流182的值以复制第一功能模块164的负载电流54。
因此，本文中所描述的各种结构配置使得能够对模拟或混合信号域中的功能模块的子域中的功能模块进行ICCQ测试，并对数字域中的任何功能模块进行IDDQ测试。许多变化及修改对于本领域的技术人员将变得显而易见。例如，单个集成电路可以包括多种功能模块和开关矩阵配置，例如图1、7、8和9中所示的那些功能模块和开关矩阵配置。
本文中所公开的实施例涉及用于集成电路(IC)的功能模块的在线电流监测的系统和方法。更具体地说，所述系统和方法能在不干扰IC的正常功能状态的情况下实现对IC内的模拟电路的模拟电源电流的持续监测。实施例涉及分别测量每个功能模块或功能模块的子域的电源电流以检测电源电流的微小变化。可以实施此技术以检测IC内的特定模拟功能电路的缺陷和/或老化效应。
本公开旨在解释如何设计和使用根据本发明的各种实施例，而非限制本发明的真实、既定和公平的范围和精神。以上描述并不旨在是详尽的或将本发明限于所公开的确切形式。鉴于以上教示，可能有许多修改或变更。选择和描述一个或多个实施例是为了提供对本发明的原理和本发明的实际应用的最佳说明，并且使本领域的普通技术人员能够以各种实施例并用适合于所预期特定用途的各种修改来利用本发明。当根据公平、合法且公正地赋予的广度来解释时，所有此类修改和变更及其所有等效物均处于如由所附权利要求书所确定的本发明的范围内，并且在本专利申请未决期间可以进行修正。

Claims (10)

1.一种集成电路，其特征在于，包括：
负载电路，所述负载电路具有多个功能模块；
第一电压调节器，所述第一电压调节器被配置成向所述多个功能模块提供电源电压；
电源电流监测电路，所述电源电流监测电路包括第二电压调节器和电流监测器，所述第二电压调节器被配置成提供测试电源电压；以及
开关矩阵，所述开关矩阵在所述第一电压调节器、所述电源电流监测电路和所述功能模块之间互连，其中呈连续顺序的所述功能模块中的每一个是被测模块，并且对于所述被测模块，所述开关矩阵被配置成将所述第一电压调节器与所述被测模块断开连接，并将所述电源电流监测电路连接到所述被测模块，以使得所述第二电压调节器向所述被测模块提供所述测试电源电压，并且所述电流监测器响应于所述测试电源电压而测量所述被测模块的电源电流。
2.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，呈连续顺序的所述功能模块中的每一个是所述被测模块。
3.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述测试电源电压等同于所述电源电压。
4.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述开关矩阵另外被配置成实现所述第一电压调节器的持续连接，以在所述被测模块连接到所述电源电流监测电路时向所述多个功能模块中的其余功能模块提供所述电源电压。
5.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述开关矩阵另外被配置成在所述第一电压调节器连接到所述被测模块并提供所述电源电压时将所述电源电流监测电路连接到所述被测模块，并且所述开关矩阵另外被配置成在所述第二电压调节器开始提供所述测试电源电压后将所述第一电压调节器与所述被测模块断开连接。
6.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述电源电流监测电路另外包括存储器元件，所述存储器元件被配置成存储与所述被测模块相关联的基准电流值，并且所述电源电流监测电路另外被配置成将所述电源电流与所述基准电流值进行比较。
7.根据权利要求6所述的集成电路，其特征在于，所述电源电流监测电路另外包括指示电路，所述指示电路被配置成提供所述电源电流与所述基准电流值之间的差值的指示，其中当所述差值超出阈值范围时指示所述被测模块发生功能故障。
8.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，另外包括具有第一输出和第二输出的调节器系统，其中所述第一和第二电压调节器组合在所述调节器系统中，经由所述第一输出向所述多个功能模块提供所述电源电压并经由所述第二输出向所述被测模块提供所述测试电源电压。
9.一种方法，其特征在于，包括：
在功能模式下从第一电压调节器向集成电路的负载电路的多个功能模块提供电源电压；以及
测试所述功能模块中的每一个，其中进行测试的所述功能模块是被测模块，且所述测试包括：
将所述第一电压调节器与所述被测模块断开连接；
将电源电流监测电路连接到所述被测模块；
从所述电源电流监测电路的第二电压调节器提供测试电源电压；以及
响应于提供所述测试电源电压，在所述电源电流监测电路的电流监测器处测量所述被测模块的电源电流。
10.一种集成电路，其特征在于，包括：
负载电路，所述负载电路具有多个功能模块；
第一电压调节器，所述第一电压调节器被配置成向所述多个功能模块提供电源电压；
电源电流监测电路，所述电源电流监测电路包括第二电压调节器和电流监测器，所述第二电压调节器被配置成提供测试电源电压；以及
开关矩阵，所述开关矩阵互连在所述第一电压调节器、所述电源电流监测电路和所述功能模块之间，其中呈连续顺序的所述功能模块中的每一个是被测模块，并且针对所述被测模块，所述开关矩阵被配置成将所述电源电流监测电路连接到所述被测模块，以使得所述第二电压调节器向所述被测模块提供所述测试电源电压，并且所述电流监测器响应于所述测试电源电压而测量所述被测模块的电源电流，所述开关矩阵另外被配置成在所述电源电流监测电路的所述第二电压调节器开始向所述被测模块提供所述测试电源电压后将所述第一电压调节器与所述被测模块断开连接，并且所述开关矩阵另外被配置成实现所述第一电压调节器到所述多个功能模块中的其余功能模块的持续连接，以在所述被测模块连接到所述电源电流监测电路时向所述多个功能模块中的所述其余功能模块提供所述电源电压。
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