DE60301718T2 - Messung von niedrigen Impedanzen - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet von elektronischen Schaltungen und insbesondere auf ein System und ein Verfahren zum Messen von niedrigen Impedanzen.
  • Mehrere Faktoren bei der Entwicklung von Computersystemen und elektronischen Schaltungen, wie z. B. Mikroprozessorchips, gedruckte Schaltungsplatinen und elektronisches Gehäuse, tragen zu dem Bedarf an niedrigeren Impedanzen über eine breite Bandbreite bei den Leistungsverteilungsnetzwerken dieser Systeme bei. Abnehmende Leistungsversorgungspegel, Signalübergangszeiten und Chipgrößen und die stetige Zunahme von Leistungsversorgungsströmen und Taktgeschwindigkeiten erfordern alle, dass das Leistungsverteilungsnetzwerk sehr niedrige Impedanzpegel aufweist. Die typische Zielimpedanz für Computersysteme hat alle zwei Jahre um einen Faktor fünf abgenommen. Eine niedrige Impedanz in dem Milliohm- und Untermilliohm-Bereich ist erwünscht, um eine Rauscherzeugung, elektromagnetische Strahlung und Störung zu minimieren.
  • Während Techniken, um eine Signalintegrität von Hochgeschwindigkeitssignalen zu prüfen, bereits weit verbreitet sind, bleibt der Bedarf, sehr niedrige Impedanzen in den Milliohm- und Untermilliohm-Bereichen bei hohen Frequenzen genau zu messen, unerfüllt. Zeitbereichsreflektometrieinstrumente werden verwendet, um Leistungsverteilungsnetzwerkimpedanzen zu messen. Zeitbereichsreflektometriemessungen sind jedoch aufgrund des Rauschens und der Nicht-Linearität des Oszilloskops, das bei diesem Verfahren verwendet wird, nicht zum Messen von Milliohmbereichsimpedanzen geeignet. RLC-(Widerstand, Induktivität und Kapazität)Messgeräte können Unterohmimpedanzen bei Frequenzen von Hunderten von Megahertz nicht messen. Vektornetzwerkanalysatoren werden ebenfalls verwendet, um Schaltungspara meter zu messen, dieselben können jedoch nur auf äußere Punkte eines Halbleiterchips zugreifen und können nicht innere Impedanzen messen. Außerdem messen Vektornetzwerkanalysatoren Impedanz durch ein Liefern und Treiben eines Stromes in das System, der Strom kann jedoch nicht gleichmäßig durch die Schaltung getrieben werden und zufriedenstellende Messungen erreichen. Ein allgemeiner Nachteil dieser herkömmlichen Methodiken umfasst auch die Unfähigkeit, eine chipinterne Impedanzmessung während Systemoperationen zu erhalten.
  • Der Artikel: Taylor G., Deutschle C., Arabi T., Owens B., „An approach to measuring power supply impedance of microprocessors", IEEE 10th Topical meeting on Electrical Performance of Electronic Packaging, Cambridge, MA, USA, 29.–31. Okt. 2001, S. 211–214, offenbart die Messung der Leistungsversorgungsimpedanz von Mikroprozessoren durch Spannungsmessungen mit mehreren Taktraten und ein Skalieren durch das Verhältnis der Taktraten, um eine Impedanz-über-Frequenz-Kurve zu bestimmen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Messen einer Impedanz in einem System, das einen Mikroprozessor aufweist, ein Halten des Mikroprozessors in einem Rücksetzmodus und ein Liefern eines Taktes mit einer Frequenz FCLK an den Mikroprozessor, während ein erster Strompegel gemessen wird, ein Liefern des Taktes mit einer Frequenz FCLK/N und ein Messen eines zweiten Strompegels auf. Während der Mikroprozessor in Rücksetzung gehalten wird und die Taktfrequenz zwischen FCLK und FCLK/N umgeschaltet wird und ein periodischer Strom-Signalverlauf erzeugt wird, Messen der Spannung an zumindest einem Tor in dem System eine Mehrzahl von Malen, um eine Mehrzahl von Sätzen von Spannungsmessungen zu erhalten. Die Mehrzahl von Sätzen von Spannungsmessungen wird gemittelt. Das Verfahren weist ferner ein Variieren von FCLK und ein Bestimmen einer Fourier-Komponente der gemittelten Spannungsmessungen, um taktfrequenzabhängige Rauscherscheinungen zu bestimmen, und ein Entfernen der taktfrequenzabhängigen Rauscherscheinungen, um eine gefilterte mittlere Spannung zu erzeugen, und ein Bestimmen einer Impedanz durch ein Teilen einer Fourier-Komponente der gefilterten mittleren Spannung durch eine Fourier-Komponente des periodischen Strom-Signalverlaufs, der abwechselnde erste und zweite Strompegel aufweist, auf.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist ein Verfahren zum Bestimmen einer Impedanz in einem System, das einen Mikroprozessor aufweist, ein Erzeugen eines Stufensignalverlaufs in dem Mikroprozessor durch ein Halten des Mikroprozessors in einem Rücksetzmodus und ein Liefern eines Taktes zuerst mit einer Frequenz FCLK an den Mikroprozessor, während ein erster Strompegel gemessen wird, und ein Liefern des Taktes mit FCLK/N, während ein zweiter Strompegel gemessen wird, auf. Das Verfahren weist ferner ein Halten des Mikroprozessors in einem Rücksetzmodus, ein Umschalten der Taktfrequenz zwischen FCLK und FCLK/N, während die Spannung an einer Mehrzahl von Toren in dem System gemessen wird, um eine Mehrzahl von Sätzen von Spannungsmessungen zu erhalten, und ein Mitteln der Mehrzahl von Sätzen von Spannungsmessungen auf. Das Verfahren weist ein Variieren von FCLK und ein Bestimmen von taktfrequenzabhängigen Rauscherscheinungen und ein Entfernen der taktfrequenzabhängigen Rauscherscheinungen, um eine gefilterte mittlere Spannung zu erzeugen, und ein Bestimmen einer Impedanz in Abhängigkeit der Frequenz durch ein Teilen einer Fourier-Komponente der gefilterten mittleren Spannung durch eine Fourier-Komponente des periodischen Strom-Signalverlaufs, der abwechselnde erste und zweite Strompegel aufweist, auf.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist ein System eine Einrichtung zum Halten des Mikroprozessors in einem Rücksetzmodus und Messen eines ersten Strompegels, während dem Mikroprozessor ein Takt mit einer Frequenz FCLK geliefert wird, und Messen eines zweiten Strompegels, während der Takt mit einer Frequenz FCLK/N geliefert wird, eine Einrichtung zum Erzeugen eines periodischen Strom-Signalverlaufs und Messen der Spannung an zumindest einem Tor in dem System eine Mehrzahl von Malen, um zumindest einen Satz von Spannungsmessungen zu erhalten, während der Mikroprozessor in dem Rücksetzmodus gehalten wird und die Taktfrequenz zwischen FCLK und FCLK/N umgeschaltet wird, und eine Einrichtung zum Mitteln der Mehrzahl von Sätzen von Spannungsmessungen auf. Das System weist ferner eine Einrichtung zum Variieren von FCLK und Bestimmen einer Fourier-Komponente der gemittelten Spannungsmessungen, um taktfrequenzabhängige Rauscherscheinungen zu bestimmen, und Entfernen der taktfrequenzabhängigen Rauscherscheinungen, um eine gefilterte mittlere Spannung zu erzeugen, und eine Einrichtung zum Bestimmen einer Impedanz durch ein Teilen einer Fourier-Komponente der gefilterten mittleren Spannung durch eine Fourier-Komponente des periodischen Strom-Signalverlaufs, der abwechselnde erste und zweite Strompegel aufweist, auf.
  • Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung, der Aufgaben und Vorteile derselben wird nun Bezug genommen auf die folgenden Beschreibungen zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen. Es zeigen:
  • 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Systems einer Niederimpedanzmessung gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Niederimpedanzmessung gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung;
  • 3 ein schematisches Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Systems einer Niederimpedanzmessung gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung;
  • 4 ein Flussdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Niederimpedanzmessung gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung;
  • 5 eine graphische Darstellung von Spannung und vorhergesagten Strom- und Spannungs-Signalverläufen, die durch ein Ausführungsbeispiel der KALT-, HEISS- und PULSIER-Algorithmen gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung erzeugt werden; und
  • 6 eine graphische Darstellung von Impedanzberechnungen, die durch Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erzeugt werden.
  • Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und ihre Vorteile werden am Besten durch eine Bezugnahme auf die 16 der Zeichnungen verstanden, wobei gleiche Bezugszeichen für gleiche und entsprechende Teile der verschiedenen Zeichnungen verwendet werden.
  • 1 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Systems zum Messen einer niedrigen Impedanz gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Zu Veranschaulichungszwecken zeigt 1 eine Anwendung eines Systems und eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung bei einer gedruckten Computerverarbeitungseinheits-(CPU)Schaltungsplatine 10, einem Halbleiterchipgehäuse 12, das sich auf der gedruckten Schaltungsplatine 10 befindet, und einem Halbleiterchip 14 in dem Gehäuse 12. Das Ohmsche Gesetz, das durch das Folgende ausgedrückt ist, wird zum Lösen nach Impedanz (Z) in Abhängigkeit der Frequenz verwendet:
    Figure 00050001
    wobei Ff(g(t)) die Fourier-Komponente einer Funktion g(t) bei einer Frequenz f ist, V die Spannung ist, I der Strom ist, und t die Zeit ist. Spannung in Abhängigkeit von Zeit kann genau gemessen werden, es ist jedoch sehr schwierig, gleichzeitig Stromschwankungen zu messen. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erfüllen diese Aufgabe durch ein Erzeugen eines Stromes mit steuerbaren und bekannten Merkmalen innerhalb des interessierenden Frequenzbereichs. Der erzeugte Strom weist einen einfachen Signalverlauf auf, um ein Einführen von zusätzlichem Rauschen in die Messungen zu vermeiden.
  • Drei Computeralgorithmen, die einsetzbar sind, um einen periodischen Strom während Mikroprozessoroperationen zu erzeugen, sind zur Verwendung während Impedanzmessungen bereitgestellt. Der Strom weist einen einfachen Signalverlauf, wie z. B. einen Stufen- oder trapezförmigen Signalverlauf, auf. Die Computeralgorithmen weisen jeder eine Reihe von Computeranweisungen auf. Der erste Algorithmus ist der HEISS-Code, der eine vorbestimmte Anzahl von Computeranweisungen, z. B. vier Ganzzahladditionsassemblersprachenanweisungen, aufweist, um eine hohe Leistung zu erzeugen. Andere Computeranweisungen, wie z. B. eine Ganzzahlsubtraktion, und logische Operationen, wie z. B. UND, ODER, NOR, XOR usw. können ebenfalls verwendet werden. Der zweite Algorithmus ist der KALT-Code, der eine vorbestimmte Anzahl von Computeroperationen, wie z. B. vier Ganzzahl-no-op-Assemblersprachenanweisungen, aufweist, um eine niedrige Leistung zu erzeugen. Der HEISS- und der KALT-Code erzeugen zwei unterschiedliche konstante Strompegel, wenn dieselben ausgeführt werden, wobei der HEISS-Code einen höheren Strom als der KALT-Code erzeugt. Der HEISS- und der KALT-Code können alternativ und kontinuierlich kombiniert werden, um einen PULSIER-Code zu erzeugen. Die Übergangsbreite zwischen HEISS und KALT bestimmt die Hochfrequenzgrenze einer gemessenen Impedanz. Bevorzugt befinden sich der HEISS- und der KALT-Code in dem Anweisungscache des Mikroprozessors bereit zur sofortigen Ausführung, um ein Blockieren zu vermeiden, das durch ein Abrufen von Anweisungen eingeführt wird. Ferner ist es erwünscht, eine ausreichend lange Dauer von HEISS und dann ausreichend lange abwechselnde KALT-Perioden zu haben, um die Niederfrequenzgrenze zu verringern. Dies kann durch ein Einführen von Schleifen in den Code erreicht werden.
  • Unter Bezugnahme auf 2 für ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Prozesses zum Messen einer niedrigen Impedanz 20 gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung wird der HEISS-Code ausgeführt, um einen gleichbleibenden Leistungspegel zu erzeugen, so dass Idd (HEISS) gemessen werden kann, und wird der KALT-Code ausgeführt, um einen gleichbleibenden Minimalleistungspegel zu erzeugen, so dass Idd (KALT) gemessen werden kann, wie es in 2 bei Block 22 gezeigt ist. Idd (HEISS) und Idd (KALT) können durch ein Verwenden eines Voltmeters 23 bestimmt werden, das mit einem Erfassungswiderstand 24 eines Spannungsreglermoduls (VRM) 25 gekoppelt ist, das an der gedruckten Schaltungsplatine 10 angeordnet ist, um den Spannungsabfall über den Widerstand 24 zu messen. Bei den Blöcken 26 und 27 wird dann ein PULSIER-Code ausgeführt, der vorbestimmte Längen von HEISS- und KALT-Perioden abwechselt, und eine Mehrzahl von Spannungsmessungen V1(t), V2(t), ... Vn(t) zwischen Vdd- und Vss-(Leistungs- und Masse-)Anschlussflächen 2832, die an dem Halbleiterchip 14, dem Chipgehäuse 12 und der gedruckten Schaltungsplatine 10 angeordnet sind. V1(t), V2(t), ... Vn(t) werden im Folgenden auch als gemessener Spannungsabfall an Toren 1–Tor n bezeichnet. Eine Spannung V1(t) an Tor 1 ist eine Messung eines chipinternen Spannungsabfalls und wird durch ein Verwenden von eigens vorgesehenen Testanschlussflächen gemessen, die speziell chipintern für eine Vdd–Vss-Erfassung bereitgestellt sind. Diese Testanschlussflächen sind einsetzbar, um eine Verbindung mit einem Instrument herzustellen, wie z. B. einer Hochimpedanzaktivdifferenzsonde 34. Die Spannungsmessungen werden mit einem Oszilloskop 36, das z. B. mit der Differenzsonde 34 gekoppelt ist, vorgenommen.
  • Um kurz auf 5 Bezug zu nehmen, ist ein exemplarischer Signalverlauf 37 für V1(t) gezeigt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel liefert der PULSIER-Code einen HEISS- und KALT-Signalverlauf 38 bei einem 50%-Lastzyklus und einer Periode von etwa 20 Mikrosekunden (μs), wie es in 5 gezeigt ist. Eine mathematische Langzeitmittlungsfunktion, die durch das Oszilloskop 36 geliefert wird, wird verwendet, um eine große Anzahl von Messungen zu mitteln, um weißes Rauschen zu verringern, wie es bei Block 40 gezeigt ist. Ein exemplarischer gemittelter Spannungssignalverlauf 42, das Ergebnis eines Mittelns von über 25.000 Oszilloskopdurchläufen, ist in 5 gezeigt. Weißes Rauschen geht normalerweise von Quellen in der Betriebsumgebung des Systems aus und ist normalerweise willkürlich und aperiodisch.
  • Um zu 2 zurückzukehren, werden bei Block 44 der HEISS-, der KALT- und der PULSIER-Code kontinuierlich bei unterschiedlichen Taktfrequenzen ausgeführt, wie es bei den Blöcken 2240 gezeigt ist, um die Ströme und Spannungen bei diesen Taktfrequenzen zu messen. Durch ein Anwenden einer schnellen Fourier-Transformation (FFT), um die Fourier-Komponente des gemessenen Spannungssignalverlaufs zu erhalten, kann das periodische Rauschen, das mit sich verändernden Taktfrequenzen variiert, isoliert werden. Dieses taktabhängige Rauschen wird dann aus den gemittelten Spannungsmessungen gefiltert, wie es in Block 46 gezeigt ist. Die kleinen periodischen Spitzen in dem Signalverlauf werden durch Schleifenverzweigung in dem Code verursacht. Ein exemplarischer gefilterter mittlerer Spannungssignalverlauf 48 ist in 5 gezeigt. Bei Block 50 von 2 wird die Impedanz ZIi (wobei I = 1 bis n) bestimmt durch:
    Figure 00080001
    wobei Ff die Fourier-Komponente der Spannung oder des Stromes ist, und Z11 die Impedanz der Leistungsversorgungsschleife des Mikroprozessors ist, Z12 die Übertragungsimpedanz für Tor 2 an einem elektronischen Gehäuse ist, während der Strom für Tor 1 vorhergesagt wird, Z13 die Übertragungsimpedanz für Tor 3 an einem elektronischen Gehäuse ist, während der Strom für Tor 1 vorhergesagt wird, usw. Ein exemplarischer Impedanzsignalverlauf 52, der unter Verwendung von HEISS-, KALT- und PULSIER-Codes über einem interessierenden Frequenzbereich erhalten wird, ist in 6 gezeigt.
  • Es wird bevorzugt, eine Anzahl von unterschiedlichen PULSIER-Codes mit unterschiedlichen Perioden zu liefern, um einen breiten Frequenzbereich abzudecken. Ein Stufen- oder trapezförmiger Signalverlauf größerer Perioden verbessert eine Messgenauigkeit bei niedrigeren Frequenzen, und kleinere Perioden verbessern eine Genauigkeit bei höheren Frequenzen.
  • 3 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Systems einer Niederimpedanzmessung gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung zeigt. Anstatt Computercodes HEISS, KALT und PULSIEREN zu verwenden, um einen trapezförmigen periodischen Strom-Signalverlauf zu erzeugen, wird der eingebaute „Durch-N-Teilen-"Betriebsmodus des Mikroprozessorchips verwendet, um den erforderlichen Signalverlauf zu erzeugen. Der Mikroprozessor wird durch ein Niedrighalten seiner Rücksetzleitung (Reset_L) 52 in Rücksetzmodus gesetzt, während die Taktfrequenz mit FCLK oder FCLK/N geliefert wird, wobei FCLK von dem Betriebsbereich des Mikroprozessors abhängt, und N eine positive Ganzzahl ist. Der Durch-N-Teilen-Betriebsmodus ist durch ein Verwenden des chipinternen Phasenregelschleife-(PLL)Testmodus zugänglich, der normalerweise während der Systemhochfahrsequenz auftritt. Die Periode des trapezför migen Strom-Signalverlaufs wird bevorzugt durch ein Verwenden eines externen Pulsgenerators 54 gesteuert, der einen Signalverlauf bei einem vorbestimmten Lastzyklus, wie z. B. 50%, liefert.
  • Unter Bezugnahme auf 4 für ein Flussdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Niederimpedanzmessprozesses 56 gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung wird das System bei den Blöcken 57 und 58 bei Rücksetzung gehalten, und die Taktfrequenz wird auf FCLK gesetzt, während der Idd-Strom gemessen wird. Das System wird erneut bei Rücksetzung gehalten, aber die Taktfrequenz wird auf FCLK/N gesetzt, während erneut der Idd gemessen wird, wie es bei den Blöcken 59 und 60 gezeigt ist. Bei Block 62 wird das System erneut bei Rücksetzung gehalten, während die Taktfrequenz zwischen FCLK und FCLK/N umgeschaltet wird. Unter Verwendung des Oszilloskops 36 wird eine Mehrzahl von Spannungen V1–Vn von verschiedenen Testanschlussflächen 2832 an dem Halbleiterchip 14, dem Gehäuse 12 und der gedruckten Schaltungsplatine 10 gemessen, wie es bei Block 63 gezeigt ist. Die Idd-Ströme bei FCLK und FCLK/N und die Anstiegs- und Abfallzeiten bestimmen den Strom-Signalverlauf über der Zeit, I(t). Die Anstiegszeit des periodischen Strom-Signalverlaufs kann durch die Fourier-Transformation der Spannungsantwort auf den Strom, der bei dem Durch-N-Teilen-Modus erzeugt wird, bestimmt werden, und die inverse Anstiegszeit oder die Abfallzeit entspricht der Frequenz des Minimums der Fourier-Transformation.
  • Eine mathematische Langzeitmittlungsfunktion, die durch das Oszilloskop 36 geliefert wird, wird dann verwendet, um weißes Rauschen zu verringern, wie es bei Block 64 gezeigt ist. Um weißes Rauschen ordnungsgemäß herauszufiltern, wird eine große Anzahl von Oszilloskopdurchläufen bei der Mittlungsfunktion verwendet. Weißes Rauschen geht normalerweise von Quellen in der Betriebsumgebung des Systems aus und ist willkürlich und aperiodisch.
  • Danach werden bei Block 65 die Spannungsmessungen bei unterschiedlichen Taktfrequenzen erhalten. Durch ein Anwenden einer schnellen Fourier-Transformation (FFT), um die Fourier-Komponente der gemessenen Spannungssignalverläufe bei verschiedenen Taktfrequenzen zu erhalten, kann das periodische Rauschen, das mit der Taktfrequenz variiert, isoliert werden. Zum Beispiel kann die Taktfrequenz von 1 Megahertz (MHz) bis zu 1 Gigahertz (GHz) variiert werden. Das taktabhängige Rauschen wird aus dem gemittelten Spannungssignalverlauf gefiltert. Bei Block 66 wird die Impedanz ZIi (wobei I 0 1 bis n) bestimmt durch:
    Figure 00110001
    wobei Ff die Fourier-Komponente der Spannung oder des Stromes ist, und Z11 die Impedanz der Leistungsversorgungsschleife des Mikroprozessors ist, Z12 die Übertragungsimpedanz für Tor 2 an einem elektronischen Gehäuse ist, während der Strom für Tor 1 vorhergesagt wird, Z13 die Übertragungsimpedanz für Tor 3 an einem elektronischen Gehäuse ist, während der Strom für Tor 1 vorhergesagt wird, usw. Ein exemplarischer Impedanzsignalverlauf 70, der unter Verwendung der Frequenz-geteilt-durch-N-Methodik über einem interessierenden Frequenzbereich erhalten wird, ist in 6 gezeigt.
  • Ein Vorteil einer Stromerregung unter Verwendung der Durch-N-Teilen-Methodik über die Computercodes umfasst die Beseitigung von zusätzlichem Rauschen bei den Messungen. Fachleute werden erkennen, dass Rauscherscheinungen durch das zugrundeliegende Betriebssystem oder andere Teilkomponenten des Systems eingeführt werden, wenn der Mikroprozessor arbeitet. Ferner führen die Computercodes selbst zusätzliches Rauschen ein, das die Form des Strom-Signalverlaufs verzerren kann. Um weißes Rauschen, das dem Takt, dem Betriebssystem oder dem Messinstrument zugeordnet ist, zu vermeiden, ist eine Langzeitmittlung des Spannungssignalverlaufs unter Verwendung des Oszilloskops erwünscht, die an den scharfen Flanken des trapezförmigen Signalverlaufs auslöst.
  • Die verschiedenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, die hier beschrieben sind, liefern Systeme und Verfahren zum Messen sehr niedriger Impedanzen von Leistungsversorgungsschleifen über einen breiten Frequenzbereich an verschiedenen Punkten an einem Halbleiterchip, in einem elektronischen Chipgehäuse und an einer gedruckten Schaltungsplatine.

Claims (6)

  1. Ein Verfahren (56) zum Messen einer Impedanz in einem System, das einen Mikroprozessor (14) aufweist, das folgende Schritte aufweist: Halten des Mikroprozessors (14) in einem Rücksetzmodus und Messen eines ersten Strompegels, während dem Mikroprozessor ein Takt mit einer Frequenz FCLK (57, 58) geliefert wird, und Messen eines zweiten Strompegels, während der Takt mit einer Frequenz FCLK/N (59, 60) geliefert wird; während der Mikroprozessor in dem Rücksetzmodus gehalten wird und die Taktfrequenz zwischen FCLK und FCLK/N umgeschaltet wird, Erzeugen eines periodischen Strom-Signalverlaufs und Messen der Spannung an zumindest einem Tor in dem System eine Mehrzahl von Malen, um zumindest einen Satz von Spannungsmessungen zu erhalten, und Mitteln der Mehrzahl von Sätzen von Spannungsmessungen (61, 62, 63); Variieren von FCLK und Bestimmen einer Fourier-Komponente der gemittelten Spannungsmessungen, um taktfrequenzabhängige Rauscherscheinungen zu bestimmen, und Entfernen der taktfrequenzabhängigen Rauscherscheinungen, um eine gefilterte mittlere Spannung (64) zu erzeugen; und Bestimmen einer Impedanz durch ein Teilen einer Fourier-Komponente der gefilterten mittleren Spannung durch eine Fourier-Komponente des periodischen Strom-Signalverlaufs, der abwechselnde erste und zweite Strompegel (65) aufweist.
  2. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Messen des ersten und des zweiten Strompegels ein Messen jeweiliger Spannungsabfälle an einem Erfassungswiderstand (24) in einem Spannungsregler (25) in dem System aufweist.
  3. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Messen der Spannung an zumindest einem Tor ein Messen von Spannung an Leistungs- und Masseanschlussflächen (2832) aufweist, die an einem Halbleiterchip (14) des Mikroprozessors, einem Gehäuse (12) des Mikroprozessors und einer gedruckten Schaltungsplatine (10) des Systems angeordnet sind.
  4. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Bestimmen einer Impedanz ein Bestimmen der Impedanz unter Verwendung des Folgenden aufweist:
    Figure 00140001
    wobei Ff(g(t)) die Fourier-Komponente einer Funktion g(t) bei einer Frequenz f ist, V die Spannung ist, I der Strom ist, und t die Zeit ist.
  5. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Erzeugen eines periodischen Strom-Signalverlaufs ein Erzeugen eines Stufensignalverlaufs (61) aufweist.
  6. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Erzeugen eines periodischen Strom-Signalverlaufs ein Erzeugen eines trapezförmigen Signalverlaufs (61) aufweist.
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Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6911827B2 (en) * 2002-10-21 2005-06-28 Hewlett-Packard Development Company, L.P. System and method of measuring low impedances
US20050058457A1 (en) * 2003-09-15 2005-03-17 Macdougall Trevor Method and apparatus for optical noise cancellation
US7138815B1 (en) * 2003-12-24 2006-11-21 Xilinx, Inc. Power distribution system built-in self test using on-chip data converter
US7599299B2 (en) * 2004-04-30 2009-10-06 Xilinx, Inc. Dynamic reconfiguration of a system monitor (DRPORT)
US20070011544A1 (en) * 2005-06-15 2007-01-11 Hsiu-Huan Shen Reprogramming of tester resource assignments
GB2429301B (en) * 2005-08-19 2007-08-01 Megger Ltd Testing loop impedence in an RCCB electrical test circuit
US7614737B2 (en) * 2005-12-16 2009-11-10 Lexmark International Inc. Method for identifying an installed cartridge
US7203608B1 (en) * 2006-06-16 2007-04-10 International Business Machines Corporation Impedane measurement of chip, package, and board power supply system using pseudo impulse response
US7818595B2 (en) * 2006-06-30 2010-10-19 Intel Corporation Method, system, and apparatus for dynamic clock adjustment
US20090088625A1 (en) * 2007-10-01 2009-04-02 Kenneth Oosting Photonic Based Non-Invasive Surgery System That Includes Automated Cell Control and Eradication Via Pre-Calculated Feed-Forward Control Plus Image Feedback Control For Targeted Energy Delivery
TWI400454B (zh) * 2008-08-01 2013-07-01 Tony Sheng Lin 泛用式安全加固型無限儲存交流阻抗量測登錄裝置
TWI384233B (zh) * 2009-03-27 2013-02-01 Chroma Ate Inc 輸出阻抗量測方法及裝置
US8519720B2 (en) 2010-07-14 2013-08-27 International Business Machines Corporation Method and system for impedance measurement in an integrated Circuit
US8659310B2 (en) 2010-07-14 2014-02-25 International Business Machines Corporation Method and system for performing self-tests in an electronic system
US9709625B2 (en) * 2010-11-19 2017-07-18 International Business Machines Corporation Measuring power consumption in an integrated circuit
DE102012006195A1 (de) 2012-03-27 2013-10-02 Rosenberger Hochfrequenztechnik Gmbh & Co. Kg Vektorieller Netzwerkanalysator
US20140074449A1 (en) * 2012-09-07 2014-03-13 Lsi Corporation Scalable power model calibration
US10242290B2 (en) 2012-11-09 2019-03-26 Kla-Tencor Corporation Method, system, and user interface for metrology target characterization
WO2018109726A1 (en) * 2016-12-14 2018-06-21 Sendyne Corporation Compensating for the skin effect in a current shunt
CN108982968B (zh) * 2018-08-06 2019-09-20 浙江大学 一种接触电阻的在线测量系统及测量方法
US11498442B2 (en) * 2019-09-17 2022-11-15 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Systems and methods for noise cancellation in protective earth resistance check of vehicle onboard battery charger
US11740272B2 (en) 2020-05-28 2023-08-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Integrated impedance measurement device and impedance measurement method thereof
TWI801878B (zh) * 2020-05-28 2023-05-11 台灣積體電路製造股份有限公司 阻抗測量裝置以及決定待測裝置的阻抗之系統和方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4196475A (en) 1976-09-02 1980-04-01 Genrad, Inc. Method of and apparatus for automatic measurement of impedance or other parameters with microprocessor calculation techniques
US4811345A (en) 1986-12-16 1989-03-07 Advanced Micro Devices, Inc. Methods and apparatus for providing a user oriented microprocessor test interface for a complex, single chip, general purpose central processing unit
US5203000A (en) * 1988-12-09 1993-04-13 Dallas Semiconductor Corp. Power-up reset conditioned on direction of voltage change
US5828822A (en) * 1995-04-21 1998-10-27 Nighthawk Systems, Inc. Watchdog circuit for carbon monoxide monitors
US5627476A (en) 1995-06-27 1997-05-06 Seagate Technology, Inc. Milliohm impedance measurement
US5963023A (en) * 1998-03-21 1999-10-05 Advanced Micro Devices, Inc. Power surge management for high performance integrated circuit
KR100395516B1 (ko) 1998-11-19 2003-12-18 금호석유화학 주식회사 비선형등가회로모형을이용한축전장치의특성인자수치화방법및장치
KR100317598B1 (ko) 1999-03-13 2001-12-22 박찬구 라플라스 변환 임피던스 측정방법 및 측정장치

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