CN117783837B - 一种多核锁步soc内部状态侦测电路及侦测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多核锁步SOC内部状态侦测电路及侦测方法，其中，该侦测电路包括：检测信号发生器Tx、滤波器模块和Rx模块；其中，所述检测信号发生器Tx的输出线通过对应的滤波器模块连接在待检测端的信号线路上，用于根据检测产生不同频率的检测信号；所述Rx模块的信号输入线路布置在所有待检测端的信号线路的外周，用于实现对检测信号的耦合；所述Rx模块的信号输出线路输出被检测的电压信号。该电路简单，易于实现；只占用一个输入通道和一个输出通道；可解决现有技术中电压检测，内部连线太多、容易引发信号间的串扰问题。
Description
技术领域
本发明涉及芯片内部多电压信号检测技术领域，更具体的说是涉及一种多核锁步SOC内部状态侦测电路及侦测方法。
背景技术
现在的CPU或SOC基本都是在单芯片中集成多个CPU核心，形成通常所说的4核、8核或更多核的CPU或SOC芯片。在SOC芯片设计中，内部电压检测是确保芯片稳定运行的关键环节之一。每个信号线占用一个独立的检测通道，这在一定程度上确保了对每条线路电压的准确监测。然而，在现代集成电路中，内部线路数量庞大，每一条线路都需要一个专用的检测通道，这导致了通道资源的巨大消耗。这不仅使得设计变得复杂，而且也容易引发信号间的串扰问题，进而影响芯片的性能和可靠性。
如图1所示，为传统电压检测电路，每个信号线占用一个检测通道，其容易引起信号间的串扰，内部线非常多。图1中A1~An：表示待检测信号一端，B1~Bn是待检测信号另一端。C1~Cn：连接到电压检测端的信号。
因此，随着集成度的提高和芯片规模的扩大，如何有效地进行内部电压检测，且无需占用过多的检测通道，线路布局合理，成为一个迫切需要解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种多核锁步SOC内部状态侦测电路及侦测方法，可解决现有技术中电压检测，内部连线太多、容易引发信号间的串扰问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种多核锁步SOC内部状态侦测电路，包括：检测信号发生器Tx、滤波器模块和Rx模块；
其中，所述检测信号发生器Tx的输出线通过对应的滤波器模块连接在待检测端的信号线路上，用于根据检测产生不同频率的检测信号；
所述Rx模块的信号输入线路布置在所有待检测端的信号线路的外周，用于实现对检测信号的耦合；所述Rx模块的信号输出线路输出被检测的电压信号。
进一步地，所述Rx模块的信号输入线路为单向蛇形排列布置或直接环绕在待检测端的信号线路上。
进一步地，所述检测信号发生器Tx，包括：Tx控制模块以及与Tx控制模块分别连接的OSC振荡器、分频模块和MUX模块；
所述OSC振荡器、分频模块和MUX模块依次顺序连接；所述MUX模块具有地信号接线端，且与所述输出线连接；
其中，所述Tx控制模块控制所述OSC振荡器输出原始时钟Clk_in信号到所述分频模块；所述分频模块将原始时钟Clk_in信号分频为Clk<n:0>信号；
所述Tx控制模块输出Sel<m:0>信号到所述MUX模块，控制所述MUX模块从Clk<n:0>信号和地信号之间选择一个输出到所述输出线上。
进一步地，所述OSC振荡器工作频率为1MHZ-150MHZ；工作电压为1.8V~5V。
进一步地，所述分频模块为电子分频器或电容电感分频器，工作频率为0.5GHz～20GHz。
进一步地，所述滤波器模块为带通滤波器。
进一步地，所述滤波器模块，包括：输入端、电容C0、电阻R1、电阻R2、电容C1和输出端；
其中，所述输入端、电阻R2、电容C1和输出端依次顺序连接；
所述电阻R2与输入端之间的线路与电容C0的一端连接，所述电容C0的另一端接地；
所述电阻R2与电容C1之间的线路与电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端接地。
进一步地，所述Rx模块，包括：Rx控制模块以及与Rx控制模块连接的DAC模块和CMP比较器；
所述DAC模块与CMP比较器的第一输入端连接；所述信号输入线路与所述CMP比较器的第二输入端连接；所述CMP比较器的输出端作为所述Rx模块的信号输出线路；
其中，所述Rx控制模块输出Tx_trim<h:0>信号，控制DAC模块输出参考电压给所述CMP比较器，并开启所述CMP比较器；
当接收到所述Rx模块的信号输出线路的Rx信号，通过利用所述DAC模块与CMP比较器组成的电压检测模块，实现对电压信号的检测。
进一步地，还包括温度补偿模块；
所述温度补偿模块与检测信号发生器Tx、Rx模块和滤波器模块连接，用于实现在不同温度条件下对电路的精确电压监测。
第二方面，本发明实施例提供一种多核锁步SOC内部状态侦测方法，使用如第一方面任一项所述的一种多核锁步SOC内部状态侦测电路，对待检测信号线路的电压进行检测；该方法，包括以下步骤：
（1）选择待检测端的信号线路；
（2）根据所述待检测端的信号线路，检测信号发生器Tx发送相应频率的检测信号；
（3）通过相应的滤波器模块耦合所述检测信号到所述待检测端的信号线路，形成经过滤波的耦合信号；
（4）利用Rx模块对所述耦合信号进行分时检测，获取所述待检测端的信号线路的电压参数。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种多核锁步SOC内部状态侦测电路，包括：检测信号发生器Tx、 滤波器模块和Rx模块；其中，所述检测信号发生器Tx的输出线通过对应的滤波器模块连接在待检测端的信号线路上，用于根据检测产生不同频率的检测信号；所述Rx模块的信号输入线路布置在所有待检测端的信号线路的外周，用于实现对检测信号的耦合；所述Rx模块的信号输出线路输出被检测的电压信号。该电路简单，易于实现；只占用一个输入通道和一个输出通道；可解决现有技术中电压检测，内部连线太多、容易引发信号间的串扰问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为传统电压检测电路图。
图2a为本发明实施例提供的一种多核锁步SOC内部状态侦测电路的结构图。
图2b为本发明实施例提供的另一种多核锁步SOC内部状态侦测电路的结构图。
图3为本发明实施例提供的检测信号发生器Tx的结构图。
图4为本发明实施例提供的滤波器模块的结构图。
图5为本发明实施例提供的Rx模块的结构图。
图6为本发明实施例提供的测量A1线路电压的仿真波形图。
图7为本发明实施例提供的测量A2线路电压的仿真波形图。
图8为本发明实施例提供的分时测量A1、A2线路电压仿真波形图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本发明实施例公开了一种多核锁步SOC内部状态侦测电路，参照图2a和图2b所示，包括：检测信号发生器Tx、 滤波器模块和Rx模块；根据被检测信号的数量可配置对应数量的滤波器模块（F1、F2、…Fn）；
检测信号发生器Tx的输出线通过对应的滤波器模块连接在待检测端的信号线路上，用于根据检测产生不同频率的检测信号T1~Tn；该滤波器模块，把Tx信号（即不同频率的检测信号）耦合到不同的检测端信号上。
如图2a所示，Rx模块的信号输入线路为单向蛇形排列，且布置在所有待检测端的信号线路A1~An的外周，用于实现对检测信号的耦合；如图2b所示，也可以直接环绕在待检测端的信号线路上A1~An，用于实现对检测信号的耦合；Rx模块的信号输出线路输出被检测的电压信号R1~Rn。
其中，A1~An为待检测端的信号;R1~Rn为经过滤波器模块（F1~Fn）耦合Tx信号后的信号。Rx模块分时检测通过连线与待检测信号（R1~Rn）耦合后的信号。
VDec为Rx模块的工作电源。
该电路简单，易于实现；只占用一个输入通道（检测信号发生器Tx的输出线）和一个输出通道（Rx模块的信号输出线路）。通过该电路在实现对多个待检测端信号的同时、有效监测，避免传统电路中占用大量通道的问题。可减小信号间的串扰，有助于提高芯片性能和可靠性。
参照图3所示，为检测信号发生器Tx的结构图；包括：Tx控制模块以及与Tx控制模块分别连接的OSC振荡器、分频模块和MUX模块；
OSC振荡器、分频模块和MUX模块依次顺序连接；该MUX模块具有地信号接线端，且与上述输出线连接，用于根据检测输出不同的信号T1~Tn；
其中，Tx控制模块控制开启OSC振荡器并输出原始时钟Clk_in信号到分频模块；分频模块将原始时钟Clk_in信号分频为Clk<n:0>信号，其中n，表示信号的数量；分频模块可以采用DFF的架构或计数器的方式实现。
Tx控制模块输出Sel<m:0>信号到MUX模块（其中，m是对应信号的数量），控制MUX模块从Clk<n:0>信号和地信号之间选择一个输出到输出线上。该Clk<n:0>是根据检测信号不同选择的；当不检测的时候，选择接地信号。
OSC振荡器作为有源晶振，其不需要数字信号处理DSP的内部振荡器，信号质量好，稳定高。工作频率为1MHZ-150MHZ；工作电压为1.8V~5V。
分频模块为电子分频器或电容电感分频器，工作频率为0.5GHz～20GHz，可根据信号的数量，采用比如2分频、4分频或10分频等。
上述滤波器模块为带通滤波器，用于选择特定频率范围内的检测信号并传递给待检测端的信号线路，从而提高检测的准确性和抗干扰能力。
参照图4所示，为滤波器模块（Filter模块）的结构图，包括：输入端IN、电容C0、电阻R1、电阻R2、电容C1和输出端OUT；
其中，输入端IN、电阻R2、电容C1和输出端依次顺序连接；电阻R2与输入端IN之间的线路与电容C0的一端连接，电容C0的另一端接地；电阻R2与电容C1之间的线路与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端接地。
电容C1为耦合电容，用于将检测信号发生器Tx产生的检测信号耦合到待检测端信号线。电容C0和电阻R2、电阻R1组成滤波网络，具有可调的滤波带宽，以避免信号耦合到多个待检测信号端。滤波器模块的结构应用于本发明，其具体作用是实现选择性的信号耦合和滤波，以匹配不同待检测端信号的特定频率。
参照图5所示，Rx模块，包括：Rx控制模块以及与Rx控制模块连接的DAC模块和CMP比较器；DAC模块与CMP比较器的第一输入端（比如负输入端-IN）连接；Rx模块的信号输入线路（EN）与CMP比较器的第二输入端（比如正输入端+IN）连接；CMP比较器的输出端（OUT）作为Rx模块的信号输出线路；
其中，Rx控制模块输出Tx_trim<h:0>信号，控制DAC模块输出参考电压给CMP比较器，并开启CMP比较器；当接收到Rx模块的信号输出线路的R1 ~Rn中的某一个信号，通过利用DAC模块与CMP比较器组成的电压检测模块，实现对电压信号的检测。这个DAC模块可以通过外部信号（Tx_trim<h:0>）调整参考电压的大小，以适应不同待检测端信号的电压范围。通过CMP比较器检测Rx模块接收到的信号，实现对待检测端信号的电压监测。
另外，该侦测电路，还包括温度补偿模块（图中未示意）；温度补偿模块与检测信号发生器Tx、Rx模块和滤波器模块连接，用于实现在不同温度条件下对电路的精确电压监测。
该温度补偿模块可包括温度传感器和与之关联的补偿电路，用于监测电路工作环境的温度变化。根据温度传感器的反馈，补偿电路可以调整检测信号发生器Tx和Rx模块的工作参数，以确保在不同温度下仍能精准监测待检测端的电压，提高电路的稳定性和准确性。
举例来说，参照图2a~2b所示。例如：检测A1信号，检测信号发生器Tx发送10M的检测信号，由于滤波器模块F1选通作用，只有A1耦合这个检测信号，通过耦合接收Rx模块上的信号，耦合为信号R1，就可以检测A1的电压；该检测的仿真波形如图6所示。其中，VDD为待检测线路的信号A1 的电源，A1为待检测线路的信号；T1为检测信号发生器Tx产生的激励信号；R1为耦合后的信号；横轴为时间，纵轴为电压；t11、t12，代表不同时刻的测试同一个信号，t11代表待测电压比较低的时刻，t12代表待测电压比较高的时刻。
同理，例如：检测A2信号，检测信号发生器Tx发送5M的检测信号，由于滤波器模块F2选通作用，只有A2耦合这个检测信号，通过耦合接收Rx模块上的信号，耦合为信号R2，就可以检测A2的电压。该检测的仿真波形如图7所示。其中，VDD为待检测线路的信号A2的电源，A2为待检测线路的信号；T2为检测信号发生器Tx产生的激励信号；R2为耦合后的信号；横轴为时间，纵轴为电压；t21、t22，代表不同时刻的测试同一个信号，t21代表待测电压比较低的时刻，t22代表待测电压比较高的时刻。
在上述两个检测中，T1、T2激励信号频率不同，通过不同滤波器模块耦合到不同的待检测信号端A1、A2，最后2路信号耦合信号R1、R2波形不同。通过检测R1、R2，实现对2路电压信号的检测。
而图8是电压检测的分时工作波形，比如对A1、A2线路进行的分时检测，通过分析控制产生不同频率的信号，实现多个信号的分时检测。t11、t12、t21、t22，代表不同时刻测试A1、A2线路的电压。t11代表对A1线路测电压比较低的时刻，t12代表对A1线路测电压比较高的时刻；t21代表对A2线路测电压比较低的时刻，t22代表对A2线路测电压比较高的时刻。
实施例2：
本发明实施例还提供一种多核锁步SOC内部状态侦测方法，使用如实施例1的多核锁步SOC内部状态侦测电路，对待检测信号线路的电压进行检测；该方法，包括以下步骤：
（1）选择待检测端的信号线路；可以根据不同滤波器，不同的带宽，自动选择。
（2）根据所述待检测端的信号线路，检测信号发生器Tx发送相应频率的检测信号；
（3）通过相应的滤波器模块耦合所述检测信号到所述待检测端的信号线路，形成经过滤波的耦合信号；
（4）利用Rx模块对所述耦合信号进行分时检测，获取所述待检测端的信号线路的电压参数。
该方法通过引入滤波器模块，实现了对不同待检测信号的选择性耦合，使得整个电压监控电路只需要一个输入通道和一个输出通道。相比传统方法，这显著减小了通道资源的占用，提高了资源的高效利用。另外，滤波器模块的引入不仅用于耦合检测信号，还具有滤波功能。不同滤波器模块的滤波带宽不同，可以有效隔离不同待检测信号，避免信号间的串扰问题。这有助于提高信号的纯净度，降低电压噪声，从而提高电压检测的准确性。
检测信号发生器Tx的设计允许根据检测需求生成不同频率的检测信号，而Rx模块可以通过外部信号调整参考电压的大小。这使得整个电路具有一定的灵活性和可调性，适用于不同待检测信号的电压范围和频率需求。可实现对多路信号的分时监测；由于电路结构相对简单，易于实现。通过优化设计，有效减小了电路复杂度，使得该电压监控电路在实际应用中更易于制造和维护。
该侦测电路，可应用于集成电路内部电压检测，通过该电路实现对多个待检测端信号的分时、有效监测，避免传统电路中占用大量通道的问题。
可应用于大规模集成电路中，通过优化资源消耗，减小信号间的串扰，提高芯片性能和可靠性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种多核锁步SOC内部状态的侦测电路，其特征在于，包括：检测信号发生器Tx、滤波器模块和Rx模块；
其中，所述检测信号发生器Tx的输出线通过对应的滤波器模块连接在待检测端的信号线路上，用于根据不同的信号线路产生不同频率的检测信号T1～Tn；所述滤波器模块把Tx信号耦合到不同的待检测端的信号线路上；所述Tx信号为不同频率的检测信号T1～Tn；
所述Rx模块的信号输入线路布置在所有待检测端的信号线路的外周，用于实现对检测信号的耦合；所述Rx模块的信号输出线路输出被检测的电压信号；
所述Rx模块，包括：Rx控制模块以及与Rx控制模块连接的DAC模块和CMP比较器；
所述DAC模块与CMP比较器的第一输入端连接；所述信号输入线路与所述CMP比较器的第二输入端连接；所述CMP比较器的输出端作为所述Rx模块的信号输出线路；
其中，所述Rx控制模块输出Tx_trim<h:0>信号，控制DAC模块输出参考电压给所述CMP比较器，并开启所述CMP比较器；
利用所述DAC模块与CMP比较器组成的电压检测模块，信号输出线路输出Rx信号；所述Rx信号用于对电压信号的检测。
2.根据权利要求1所述的一种多核锁步SOC内部状态的侦测电路，其特征在于，所述Rx模块的信号输入线路为单向蛇形排列布置或直接环绕在待检测端的信号线路上。
3.根据权利要求1所述的一种多核锁步SOC内部状态的侦测电路，其特征在于，所述检测信号发生器Tx，包括：Tx控制模块以及与Tx控制模块分别连接的OSC振荡器、分频模块和MUX模块；
所述OSC振荡器、分频模块和MUX模块依次顺序连接；所述MUX模块具有地信号接线端，且与所述输出线连接；
其中，所述Tx控制模块控制所述OSC振荡器输出原始时钟clk_in信号到所述分频模块；所述分频模块将原始时钟clk_in信号分频为clk<n:0>信号；
所述Tx控制模块输出sle<m:0>信号到所述MUX模块，控制所述MUX模块从clk<n:0>信号和地信号之间选择一个输出到所述输出线上。
4.根据权利要求3所述的一种多核锁步SOC内部状态的侦测电路，其特征在于，所述OSC振荡器工作频率为1MHZ-150MHZ；工作电压为1.8V～5V。
5.根据权利要求3所述的一种多核锁步SOC内部状态的侦测电路，其特征在于，所述分频模块为电子分频器或电容电感分频器，工作频率为0.5GHz～20GHz。
6.根据权利要求1所述的一种多核锁步SOC内部状态的侦测电路，其特征在于，所述滤波器模块为带通滤波器。
7.根据权利要求1所述的一种多核锁步SOC内部状态的侦测电路，其特征在于，所述滤波器模块，包括：输入端、电容C0、电阻R1、电阻R2、电容C1和输出端；
其中，所述输入端、电阻R2、电容C1和输出端依次顺序连接；
所述电阻R2与输入端之间的线路与电容C0的一端连接，所述电容C0的另一端接地；
所述电阻R2与电容C1之间的线路与电阻R1的一端连接，所述电阻R1的另一端接地。
8.根据权利要求1所述的一种多核锁步SOC内部状态的侦测电路，其特征在于，还包括温度补偿模块；
所述温度补偿模块与检测信号发生器Tx、Rx模块和滤波器模块连接，用于实现在不同温度条件下对电路的精确电压监测。
9.一种多核锁步SOC内部状态的侦测方法，其特征在于，使用如权利要求1-8任一项所述的一种多核锁步SOC内部状态的侦测电路，对待检测端的信号线路的电压进行检测；该方法，包括以下步骤：
(1)选择待检测端的信号线路；
(2)根据所述待检测端的信号线路，检测信号发生器Tx发送相应频率的检测信号；
(3)通过相应的滤波器模块耦合所述检测信号到所述待检测端的信号线路，形成经过滤波的耦合信号；
(4)利用Rx模块对所述耦合信号进行分时检测，获取所述待检测端的信号线路的电压参数。
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