KR101768035B1 - 링 오실레이터 쌍을 이용한 노화감지장치 - Google Patents

링 오실레이터 쌍을 이용한 노화감지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 링 오실레이터 (RO:Ring Oscillator)쌍에서 보다 높은 주파수 특성을 갖는 제1 링 오실레이터에 대해 에이징을 가한 후, 일정 기간 경과후의 각 링 오실레이터의 출력특성을 비교하여 주파수특성이 변화하는 것을 근거로 노화상태를 분석하도록 함으로써, 외부 환경에 대해 보다 강인하게 노화 상태를 판단할 수 있도록 해 주는 링 오실레이터 쌍을 이용한 노화감지장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 링 오실레이터 쌍을 이용한 노화감지장치는 동일 구조를 갖는 제1 및 제2 링 오실레이터를 포함하여 구성되고, 노화감지 제어수단으로부터 제공되는 제어신호를 근거로 일정 기간 어느 하나의 링 오실레이터만 활성화되는 에이징모드 동작과, 기 설정된 주기로 제1 및 제2 링 오실레이터가 활성화되는 측정모드 동작을 수행함과 더불어, 상기 측정모드 동작시 제1 및 제2 링 오실레이터로부터 출력되는 펄스신호의 펄스폭에 대응되는 노화상태정보를 노화감지 제어수단으로 제공하는 노화감지센서와, 상기 노화감지 센서의 제1 및 제2 링 오실레이터를 모두 활성화상태로 설정하여 보다 작은 펄스폭을 갖는 링 오실레이터를 에이징모드에서 활성화시키도록 설정함과 더불어, 일정 주기 단위로 상기 노화감지센서를 측정모드로 설정하여 노화감지 센서로부터 제공되는 노화상태정보를 근거로 노화상태를 분석하는 노화감지 제어수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

링 오실레이터 쌍을 이용한 노화감지장치{DEVICE FOR AGING DETECTING USING A PAIR RING OSCILLATOR}
본 발명은 한 쌍의 링 오실레이터를 이용하여 노화상태를 측정하되, 에이징을 가한 링 오실레이터의 출력특성과 에이징을 가하지 않은 링 오실레이터의 출력특성을 비교하여 시간 경과에 따른 노화상태를 판단하도록 함으로써, 외부 환경에 대해 보다 강인한 노화상태를 측정할 수 있도록 해 주는 링 오실레이터 쌍을 이용한 노화감지장치에 관한 것이다.
최신의 데이터 처리 시스템에서는 데이터 처리회로의 개별 부품이 점점 더 작아지고 있다. 프로세스 형상이 축소됨에 따라, 개별 회로 부품의 특정한 물리 특성의 변동이 더욱 더 현저하게 되어, 이들 변동을 판정할 수 있도록 하기 위한 기술이 요구되고 있다. 회로 부품들 사이에서 상당히 변화될지도 모르는 물리 특성을 노화 효과(aging effect)라 불리며, 이 부품들 사이에서의 노화 효과의 변동은 시간의 경과에 따른 개별 트랜지스터의 성능 열화의 변동에 기인한다.
트랜지스터의 노화 현상에 의한 회로 고장 예측은 크게 래플리카 회로를 이용하여 간접적인 노화 현상을 센싱하는 방법과, 실제 회로의 노화를 직접 센싱하는 방법으로 나눌 수 있다.
래플리카 회로를 이용하여 노화를 센싱하는 방법은 회로의 노화에 의해서 증가하는 문턱전압의 크기를 주파수로 변환하여 노화를 예측하는 것으로, 증가하는 문턱전압과 센서 회로에 의해서 발생하는 주파수와의 비례 관계가 외부 환경 등의 원인에 의해선 일정하게 유지되지 않을 수도 있다는 단점이 있다. 또한, 이는 실제 회로의 최장 임계 경로를 모방하여 지연 시간을 일치시킨 래플리카 회로를 최악의 노화 스트레스 환경조건에서 노화를 측정하기 때문에 실제 회로의 노화 상태와 비교적 많은 오차범위를 갖게 된다.
상기 실제 회로의 노화를 직접 센싱하는 방법은 회로가 사용되고 있는 동안 지연되는 신호와 기준 신호를 실시간으로 비교하여 그 지연정도에 따라 노화상태를 판단하도록 된 것으로, 인위적으로 구성하는 지연회로로부터 출력되는 지연신호와 발진회로를 통해 제공되는 기준신호를 비교하는 경우 외부 환경에 의해 지연회로와 발진회로에서 받게 되는 영향이 다르기 때문에 정확한 노화상태 판단이 어렵게 되는 문제가 발생될 수 있다.
1. 한국등록특허 제0955045호 (발명의 명칭: 패널 노화 측정 및 보상 장치와 그 방법) 2. 한국공개특허 제2013-0054143호 (발명의 명칭: 회로의 소정의 물리 특성의 변동을 판정하는 장치 및 방법)
이에, 본 발명은 동일 구조의 링 오실레이터 (RO:Ring Oscillator)쌍에서 보다 높은 주파수 특성을 갖는 제1 링 오실레이터에 대해 에이징을 가한 후, 일정 기간 경과후의 각 링 오실레이터의 출력특성을 비교하여 상호 주파수특성이 변화하는 것을 근거로 노화상태를 분석하도록 함으로써, 노화 측정시 외부 환경변화에 대해 동일한 특성변화를 받게 되므로 외부 환경에 대해 보다 강인한 노화상태 측정이 가능하도록 해 주는 링 오실레이터 쌍을 이용한 노화감지장치를 제공함에 그 기술적 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 동일 구조를 갖는 제1 및 제2 링 오실레이터를 포함하여 구성되고, 노화감지 제어수단으로부터 제공되는 제어신호를 근거로 일정 기간 어느 하나의 링 오실레이터만 활성화되는 에이징모드 동작과, 기 설정된 주기로 제1 및 제2 링 오실레이터 모두가 활성화되는 측정모드 동작을 수행함과 더불어, 상기 측정모드 동작시 제1 및 제2 링 오실레이터로부터 출력되는 펄스신호의 펄스폭 비교결과에 대응되는 노화상태정보를 노화감지 제어수단으로 제공하는 다수의 노화감지센서와, 상기 노화감지 센서의 제1 및 제2 링 오실레이터를 모두 활성화한 상태에서 보다 작은 펄스폭을 갖는 링 오실레이터를 에이징모드에서 활성화 대상으로 설정하여 구동제어함과 더불어, 일정 주기 단위로 상기 노화감지센서를 측정모드로 설정하여 노화감지 센서로부터 제공되는 노화상태정보를 근거로 노화상태를 분석하는 노화감지 제어수단을 포함하여 구성되되, 상기 노화감지센서는 제1 및 제2 링오실레이터로 출력되는 펄스 수를 각각 카운트하여 그 펄스 카운트값을 비교하고, 비교 결과 에이징모드에서 활성화 대상으로 설정된 링 오실레이터의 펄스카운트값이 다른 링 오실레이터의 펄스카운트값 이상인 경우에는 제1 상태정보를 출력하며, 에이징모드에서 활성화되는 링 오실레이터의 펄스카운트값이 다른 링 오실레이터의 펄스카운트값 미만인 경우에는 제2 상태정보를 출력하도록 구성되고, 상기 노화감지제어수단은 상기노화감지센서로부터 제공되는 제1 및 제2 상태정보의 총 상태정보 수를 근거로 이용시간을 산출함과 더불어, 일정 수 이상의 노화감시센서로부터 상기 제2 상태정보가 수신되는 시점을 노화시점으로 판단하고, 수신된 제2 상태정보 수를 근거로 노화정도를 판단하도록 구성되며, 상기 노화감지센서는 디멀티플렉서와, 이 디멀티플렉서의 출력단에 결합되는 제1 및 제2 OR게이트로 구성되는 모드 설정부를 포함하여 구성되고, 상기 디멀티플렉서는 상기 노화감지 제어수단으로부터 제공되는 에이징선택신호를 근거로 에이징모드에서 활성화 동작되는 링 오실레이터와 결합되는 제1 또는 제2 OR 게이트로 "HIGH" 신호를 출력하도록 구성되며, 상기 제1 OR게이트는 입력단으로 디멀티플렉서의 출력신호 및 상기 노화감지 제어수단으로부터 제공되는 센서 인에이블 신호가 인가되고, 그 출력단은 상기 제1 링 오실레이터와 결합되도록 구성되어, 센서 인에이블 신호가 "HIGH" 인 경우에는 디멀티플렉서의 출력신호 신호에 상관없이 "HIGH"신호를 상기 제1 링 오실레이터로 제공하여 활성화 동작되도록 설정하고, 상기 제2 OR게이트는 입력단으로 디멀티플렉서의 출력신호 및 상기 노화감지 제어수단으로부터 제공되는 센서 인에이블 신호가 인가되고, 그 출력단은 상기 제2 링 오실레이터와 결합되도록 구성되어, 센서 인에이블 신호가 "HIGH" 인 경우에는 디멀티플렉서의 출력신호에 상관없이 "HIGH"신호를 상기 제2 링 오실레이터로 제공하여 활성화되도록 설정하는 것을 특징으로 하는 링 오실레이터 쌍을 이용한 노화감지장치가 제공된다.
또한, 상기 제1 및 제2 링 오실레이터는 파워 게이팅 회로로 구현되는 전원부와 각각 결합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 링 오실레이터 쌍을 이용한 이용한 노화감지장치가 제공된다.
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또한, 노화감지장치는 노화상태를 측정하기 위한 노화감지 대상 디바이스의 일측에 설치되도록 구성되고, 상기 노화감지 제어수단은 상기 디바이스의 클럭신호를 근거로 상기 노화감지센서의 동작모드 주기를 설정하되, 노화감지센서의 측정모드는 일정 주기 단위로 이루어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 링 오실레이터 쌍을 이용한 노화감지장치가 제공된다.
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본 발명에 의하면 동일 조건하에서 에이징을 가한 링 오실레이터의 출력특성과 에이징을 가하지 않은 링 오실레이터의 출력특성을 비교하여 시간 경과에 따른 노화상태를 판단하도록 함으로써, 노화 측정시 외부 환경변화에 대해 동일한 특성변화를 받게 되므로 외부 환경에 대해 보다 강인한 노화상태 측정이 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 의하면 일정 주기 동안의 클럭신호 수와 한 쌍의 링 오실레이터 출력 특성을 비교결과 정보의 누적 수를 근거로 해당 디바이스에 대한 현재까지의 이용시간을 측정하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 의하면 한 쌍의 링 오실레이터 출력 특성을 비교결과 정보를 "HIGH" 또는 "LOW"의 1 비트 데이터로 제공함으로써, 환경적 요인에 의한 오류를 최소화할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면 한 쌍의 링 오실레이터를 포함하여 구성되는 다수의 노화감지센서를 이용하여 보다 정밀한 노화 측정을 수행할 수 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 링 오실레이터 쌍을 이용한 노화감지장치의 개략적인 구성을 도시한 도면.
도2는 도1에 도시된 링 오실레이터 쌍을 이용한 노화감지장치의 사용 상태를 예시한 도면.
도3은 도1에 도시된 노화감지센서(100)의 내부구성을 기능적으로 분리하여 나타낸 도면.
도4는 도3에 도시된 링 오실레이터(121B,122B)의 출력 펄스를 예시한 도면.
도5는 도1에 도시된 링 오실레이터 쌍을 이용한 노화감지장치의 동작을 설명하기 위한 흐름도.
도6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 링 오실레이터 쌍을 이용한 노화감지장치의 개략적인 구성을 도시한 도면.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 링 오실레이터 쌍을 이용한 노화감지장치 및 이를 이용한 노화감지방법에 대해 설명한다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 링 오실레이터 쌍을 이용한 노화감지장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 링 오실레이터 쌍을 이용한 노화감지장치는 노화감지 제어수단(200)과 노화감지센서(100)를 포함하여 구성된다. 이때, 본 발명에 따른 링 오실레이터 쌍을 이용한 노화감지장치는 도2에 도시된 바와 같이 노화측정 대상 디바이스(1)에 결합되어 사용되어진다.
상기 노화감지 제어수단(200)은 상기 노화감지 센서(100)의 동작을 전반적으로 제어하여 상기 노화감지 센서(100)로부터 제공되는 노화상태정보를 근거로 해당 디바이스(1)에 대한 노화상태를 판단한다. 즉, 상기 노화감지 제어수단(200)은 상기 노화감지 센서(100)를 에이징모드로 설정하여 일정 기간 동안 구동제어함과 더불어, 에이징 모드가 실행된 이후 일정 시간 동안 노화감지 센서(100)를 노화측정모드로 설정하여 노화감지센서(100)로부터 생성된 노화상태정보를 제공받는다. 또한, 상기 제어수단(200)은 노화감지센서(100)로부터 제공되는 노화상태정보를 근거로 해당 디바이스(1)에 대한 노화상태를 분석한다. 이때, 상기 노화감지 제어수단(200)은 노화감지센서(100)를 구성하는 제1 및 제2 링 오실레이터 중 초기 출력펄스가 빠른 링 오실레이터를 에이징모드에서 에이징 활성화 대상으로 설정하여 구동제어하고, 노화측정모드에서 제1 및 제2 링 오실레이터를 모두 활성화하여 그 출력특성에 따른 노화상태정보를 제공받게 된다.
또한, 상기 노화감지 제어수단(200)은 도2에 도시된 바와 같이 노화측정 디바이스(1)의 제어수단(2)으로부터 제공되는 일정 주기의 클럭신호(CLK)를 근거로 상기 노화감지센서(100)를 구동제어한다. 즉, 상기 노화감지 제어수단(200)은 디바이스(1)의 클럭신호(CLK) 100,000 회 동안 노화감지센서(100)를 에이징모드로 설정하여 구동하도록 제어하고, 이후 클럭신호(CLK) 50 회 동안 노화감지센서(100)를 측정모드로 설정하여 구동하도록 제어한다. 이때, 상기 노화감지 제어수단(200)은 일정 주기 동안의 클럭신호 수에 대응되는 스텝 시그널(Step Signal)을 생성하여 이를 근거로 노화감지센서(100)를 구동제어할 수 있다. 또한, 상기 노화감지 제어수단(200)은 일정 주기 동안의 클럭신호 수 또는 스텝 시그널과 노화감지센서(100)로부터 수신된 노화상태정보의 누적 수를 근거로 해당 디바이스에 대한 현재까지의 이용시간을 산출한다.
한편, 상기 노화감지센서(100)는 동일 구조를 갖는 제1 및 제2 링 오실레이터를 포함하여 구성되고, 상기 노화감지 제어수단(200)으로부터 제공되는 제어신호를 근거로 일정 기간 어느 하나의 링 오실레이터만 활성화되는 에이징모드 동작과, 기 설정된 주기로 제1 및 제2 링 오실레이터가 활성화되는 측정모드 동작을 수행함과 더불어, 상기 측정모드 동작시 제1 및 제2 링 오실레이터로부터 출력되는 펄스신호의 펄스폭에 대응되는 노화상태정보를 노화감지 제어수단(200)으로 제공한다.
이때, 상기 제1 및 제2 링 오실레이터는 공정 변이에 IC마다 각기 다른 출력값을 갖는 특정 회로로서, CMOS 회로로 이루어지는 인버터를 이용하여 구성된다. 즉, 노화감지센서(100)는 상기 노화감지 제어수단(200)으로부터 제공되는 제어신호에 따라 에이징모드에서 상기 제1 및 제2 링 오실레이터 중 하나는 에이징을 가하여 CMOS 회로를 노화시키도록 동작되고, 다른 하나의 링 오실레이터는 에이징이 가해지지 않는 비 활성화상태로 동작된다. 또한, 상기 노화감지센서(100)는 상기 노화감지 제어수단(200)으로부터 제공되는 제어신호에 따라 노화측정모드에서 제1 및 제2 링 오실레이터 모두에 에이징을 가하여 각 링 오실레이터로부터 제공되는 각각의 출력펄스 신호의 비교결과를 노화상태정보로써 상기 노화감지 제어수단(200)으로 제공한다.
도3은 도1에 도시된 노화감지센서(100)의 내부구성을 도시한 도면이다.
도3에 도시된 바와 같이 노화감지센서(100)는 모드설정수단(110)과, 동일한 구조로 구성되는 제1 및 제2 에이징처리부(121,122) 및, 노화상태정보 생성수단(130)을 포함하여 구성된다.
상기 모드설정수단(110)은 디멀티플렉서(111)와, 상기 제1 링 오실레이터(121)와 결합되는 제1 OR게이트(OR1) 및, 상기 제2 링 오실레이터(122)와 결합되는 제2 OR 게이트(OR2)를 구비하여 구성된다.
상기 디멀티플렉서(111)는 노화감지 제어수단(200)으로부터 제공되는 에이징 선택신호(Aging Selection: AS)를 "0"에서 "1"로 변화되는 스텝 시그널(SS : Step Signal)에 따라 상기 제1 및 제2 OR게이트(OR1,OR2)로 각각 제공한다. 이때, 상기 스텝 시그널(SS)은 노화측정 디바이스(1)의 제어수단(2)으로부터 제공되는 클럭신호(CLK)를 이용하여 생성될 수 있으며, 이는 상기 노화감지 제어수단(200)으로부터 제공된다. 또한, 상기 에이징 선택신호(AS)는 제1 링 오실레이터(121) 또는 제2 링 오실레이터(122) 중 하나를 에이징 활성모드로 설정하기 위한 신호이다. 예컨대, 상기 에이징 선택신호(AS)는 제1 링 오실레이터(121)를 활성화시키기 위해서는 "LOW"신호를, 제2 링 오실레이터(122)를 활성화시키기 위해서는 "HIGH"신호로 설정되어 질 수 있다. 즉, 상기 디멀티플렉서(111)는 "LOW" 에이징 선택신호(AS)가 인가되는 경우 활성화 신호, 예컨대 "HIGH"신호를 제1 OR게이트(OR1)로 제공하고, 제2 OR게이트(OR2)로는 "LOW"신호를 제공한다.
상기 제1 및 제2 OR게이트(OR1,OR2)는 제1 입력단으로 상기 디멀티플렉서(111)로 제공되는 에이징 선택신호가 인가되고, 제2 입력단으로는 외부로부터 제공되는 센서 인에이블(sensor enable) 신호가 인가되며, 이 에이징 선택신호(AS)와 센서 인에이블신호(SE)의 OR 연산결과를 제1 및 제2 링 오실레이터(121,122)로 제공하도록 구성된다. 이때 상기 제1 OR게이트(OR1)의 출력단은 제1 링 오실레이터(121)와 결합되고, 제2 OR게이트(OR2)의 출력단은 제2 링 오실레이터(122)와 결합된다. 또한, 상기 센서 인에이블 신호(SE)는 상기 디멀티플렉서(111)에 의해 선택된 링 오실레이터만을 활성화 동작시킬 것인지 또는 두 개의 링 오실레이터 모두를 활성화 동작시킬 것인지를 결정하기 위한 신호이다. 예컨대, 상기 센서 인에이블 신호(SE)가 "HIGH"인 경우에는 제1 및 제2 OR게이트(OR1,OR2)의 입력으로 "HIGH"가 입력되므로, 에이징 선택신호(AS)에 상관없이 제1 및 제2 링 오실레이터(121,122)로 모두 "HIGH"신호가 출력되어 모두 활성화 동작상태가 되고, 상기 센서 인에이블 신호(SE)가 "LOW"인 경우에는 제1 및 제2 OR게이트(OR1,OR2)의 입력으로 "LOW"가 인가되므로, 제1 및 제2 링 오실레이터(121,122)의 나머지 입력단으로 인가되는 에이징 선택신호(AS)가 "HIGH"인 링 오실레이터, 즉, 에이징모드에서 활성화 설정된 링 오실레이터로만 "HIGH"신호가 출력되어 해당 링 오실레이터만 활성화 동작된다.
상기 제1 및 제2 링 오실레이터(121,122)는 동작전원을 공급하는 전원부(121A,122A)와 결합되어 구성된다. 이때, 상기 전원부(121A,122A)는 전원 스위칭에 따른 노화가 최소화되는 파워 게이팅 회로(Power gating circuit)로 구현된다.
상기 링 오실레이터(121,122)는 NAND게이트(NAND)와, 이 NAND게이트(NAND)의 출력단에 CMOS 회로로 이루어지는 다수의 인버터(NOT)가 순차로 직렬결합됨과 더불어, 마지막 인버터(NOT)의 출력단이 상기 NAND게이트(NAND)의 입력단과 결합되고, 상기 NAND게이트(NAND)의 또 다른 입력단은 상기 모드설정수단(110)으로부터 제공되는 출력신호가 입력되도록 구성된다. 이때, 상기 인버터(NOT)는 짝수개로 구성되고, 디바이스의 노화특성에 따라 그 수가 적절히 설정될 수 있다.
즉, 상기 링 오실레이터(121,122)는 상기 모드설정수단(110)으로부터 NAND 게이트(NAND)로 "HIGH"가 인가되는 경우 출력단, 다시말해 인버터(NOT)로 "HIGH"를 출력함으로써, 활성화 동작된다. 또한, 링 오실레이터(121,122)는 활성화 동작시 상기 노화상태정보 생성수단(130)으로 도4의 (A)에 도시된 바와 같이 일정 펄스폭(D)의 펄스신호를 출력하게 된다. 이때, 에이징모드에서 활성화되는 링 오실레이터가 노화됨에 따라 도4의 (B)에 도시된 바와 같이 해당 링 오실레이터로부터 노화상태정보 생성수단(130)으로 출력되는 펄스신호의 펄스폭(D')은 노화 정도에 대응하여 초기 펄스신호(도4의 (A))에 비해 커지게 된다.
한편, 상기 노화상태정보 생성수단(130)은 상기 제1 링 오실레이터(121)로부터 제공되는 출력 펄스를 카운트하는 제1 카운터(131)와, 상기 제2 링 오실레이터(122)로부터 제공되는 출력 펄스를 카운트하는 제2 카운터(132) 및, 상기 제1 및 제2 카운터(131,132)의 펄스 카운트값을 비교하여 그 비교결과에 대응되는 노화상태정보를 출력하는 비교기(133)를 포함하여 구성된다.
상기 제1 및 2 카운터(131,132)는 링 오실레이터(121,122)를 구성하는 마지막 인버터의 출력단에 결합된다.
상기 비교기(133)는 에이징모드에서 활성화되는 링 오실레이터의 펄스카운트값이 다른 링 오실레이터의 펄스카운트값 이상인 경우에는 제1 상태정보, 예컨대 "HIGH"를 출력하고, 에이징모드에서 활성화되는 링 오실레이터의 펄스카운트값이 다른 링 오실레이터의 펄스카운트값 미만인 경우에는 제2 상태정보, 예컨대 "LOW"를 출력하도록 구성된다. 즉, 상기 비교기(133)는 현재 노화상태정보를 "HIGH" 또는 "LOW"의 1비트 데이터로 출력한다.
이어, 상기한 구성으로 된 노화감지장치의 동작을 도5에 도시된 흐름도를 참조하여 설명한다.
즉, 본 발명에 따른 노화감지방법은 초기화 설정단계(ST100)와, 에이징 단계(ST200), 상태 측정단계(ST300) 및, 노화 분석단계(ST400)를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 상태 측정단계(ST300)는 일정 기간 동안 노화 테스트 단계(ST200)를 수행한 후 이루어진다. 예컨대, 1만회 클럭신호 주기동안 에이징 단계(ST200)을 수행한 후, 50 회 클럭신호 주기 동안 상태 측정단계(ST300)를 수행한다.
초기화 설정단계(ST100)
초기화 설정단계(ST100)는 노화감지장치가 노화측정 대상 디바이스에 설치된 초기 상태에서, 제1 및 제2 링 오실레이터(121,122)를 모두 활성화하여 보다 빠른 주파수특성을 갖는 링 오실레이터를 에이징 활성화 대상으로 설정하는 동작을 수행한다.
보다 상세히 설명하면, 먼저 상기 노화감지 제어수단(200)은 노화감지센서(100)를 초기화 모드로 설정한다.
초기화 모드에서 상기 노화감지 제어수단(200)은 상기 노화감지센서(100)의 제1 및 제2 링 오실레이터(121,122)를 모두 동작시키기 위해 제1 센서 인에이블신호(SE)로서 "HIGH"를 제1 및 제2 OR게이트(OR1,OR2)로 제2 입력신호로 제공한다. 이때, 제1 및 제2 OR게이트(OR1,OR2)의 제1 입력신호로 제공되는 디멀티플렉서(111)의 출력신호는 의미가 없게 된다.
이에 따라 제1 및 제2 OR게이트(OR1,OR2)는 모두 "HIGH" 를 제1 및 제2 링 오실레이터(121,122)로 제공한다.
상기 제1 및 제2 링 오실레이터(121,122)는 모두 활성화 상태가 되어 해당 링 오실레이터를 구성하는 CMOS 회로 특성에 대응되는 출력 펄스를 제1 및 제2 카운터(131,132)로 각각 출력하게 된다.
제1 카운터(131)는 제1 링 오실레이터(121)로부터 출력되는 펄스를 카운트하고, 제2 카운터(132)는 제2 링 오실레이터(122)로부터 출력되는 펄스를 카운트한다.
일정 시간 경과 후, 다시 말해 일정 클럭신호가 공급된 이후 제1 및 제2 카운터(131,132)는 상기 노화감지 제어수단(200)의 제어에 따라 해당 카운터값을 비교기(133)로 제공한다.
비교기(133)는 제1 및 제2 카운터(131,132)로부터 제공되는 카운터값을 비교하여, 예컨대, 제1 카운터(131)로부터 제공되는 카운터값이 제2 카운터(132)로부터 제공되는 카운터값보다 큰 경우 "HIGH" 출력값, 작은 경우 "LOW" 출력값을 노화감지 제어수단(200)으로 제공한다.
상기 노화감지 제어수단(200)은 동일한 에이징 수행에 대해 보다 큰 카운트값을 갖는 링 오실레이터, 다시 말해 빠른 주파수특성을 갖는 에이징처리부를 에이징 활성화 대상으로 설정한다. 즉, 상기 노화감지 제어수단(200)은 비교기(133)로부터 "HIGH"가 인가된 경우에는 카운터값이 보다 큰 제1 링 오실레이터(121)를 에이징 활성화 대상로 설정한다. 이후 상기 노화감지 제어수단(200)은 제1 링 오실레이터(121)를 에이징모드에서 활성화 동작시키기 위한 에이징 선택신호(AS) "LOW"를 디멀티플렉서(111)로 제공하게 된다.
에이징 단계(ST200)
에이징 단계(ST200)는 상기 초기화단계(ST100)에서 설정된 에이징 활성화 대상 링 오실레이터만 활성화시켜 일정 기간동안 에이징을 가하는 동작을 수행한다. 이하에서는 초기화단계(ST100)에서 에이징 활성화 대상이 제1 링 오실레이터(121)로 설정된 경우에 대해 설명한다.
보다 상세히 설명하면, 먼저 상기 노화감지 제어수단(200)은 노화감지센서(100)로 에이징 모드에 대응되는 에이징 선택신호(AS)와 센서 인에이블신호(SE)를 제공한다. 즉, 상기 노화감지 제어수단(200)은 제1 링 오실레이터(121)를 활성화시키기 위한 "LOW" 에이징 선택신호(AS)를 디멀티플렉서(111)로 제공함과 더불어, 제1 및 제2 OR게이트(OR1,OR2)로 "LOW" 인에이블신호(SE)를 제공한다. 이때, 디멀티플렉서(111)는 제1 OR게이트(OR1)로 "HIGH"를 출력하고, 제2 OR게이트(OR2)로 "LOW"를 출력한다.
이에 따라 제1 OR게이트(OR1)를 통해 "HIGH" 가 출력되고 제2 OR게이트(OR2)를 통해 "LOW"가 출력되는 바, 상기 제1 OR게이트(OR1)와 결합되는 제1 링 오실레이터(121)는 활성화 상태가 되고, 상기 제2 OR게이트(OR2)와 결합되는 제2 링 오실레이터(122)는 비활성화 상태가 된다.
즉, 에이징모드에서 활성화 상태로 동작되는 제1 링 오실레이터(121)는 제1 OR게이트(OR1)로부터 "HIGH" 가 NAND 게이트(NAND)로 인가됨과 더불어 최종단 인버터의 출력신호가 궤환입력된다. 이때, 최종단 인버터(NOT)로부터 NAND 게이트(NAND)로 "HIGH"와 "LOW"가 반복 입력됨에 따라 링 오실레이팅 기능이 수행된다.
이에 반하여 에이징모드에서 비활성화상태로 동작되는 제2 링 오실레이터(300)는 제2 OR게이트(OR2)로부터 "LOW"가 NAND 게이트(NAND)로 인가됨과 더불어, 최종단 인버터의 최초 출력신호 "LOW"가 궤환입력됨으로 인해 자동으로 비활성화상태가 된다.
이때, 상기 노화감지 제어수단(200)은 에이징 모드에서 제1 카운터(131) 및 제2 카운터(132)를 비활성화상태로 설정하여 제1 및 제2 링 오실레이터(121,122)로부터 출력되는 펄스신호에 대한 카운팅 동작을 수행하지 않도록 설정할 수 있다.
또한, 상기 노화감지 제어수단(200)은 일정 기간, 예컨대 10만번의 클럭신호 제공 기간동안 노화감지센서를 에이징모드로 동작하도록 제어한다.
노화 측정단계(ST300)
노화 측정단계(ST300)는 상기 에이징 단계(ST200) 수행 후 제1 및 제2 링 오실레이터(121,122)를 모두 활성화시켜 일정 시간 동안 에이징을 가하는 동작을 수행한다.
보다 상세히 설명하면, 먼저, 상기 노화감지 제어수단(200)은 노화감지센서(100)로 상태측정 모드에 대응되는 "HIGH" 센서 인에이블신호(SE)를 제공한다. 즉, 상기 노화감지 제어수단(200)은 제1 및 제2 OR게이트(OR1,OR2)로 "HIGH" 센서 인에이블신호(SE)를 제공하는 바, 이에 따라 제1 및 제2 OR게이트(OR1,OR2)는 디멀티플렉서(111)로부터 인가되는 신호에 상관없이 모두 "HIGH"를 출력하게 된다.
상기 제1 및 제2 OR게이트(OR1,OR2)로부터 모두 "HIGH"가 출력됨에 따라 상기 제1 OR게이트(OR1)와 결합되는 제1 링 오실레이터(121)와, 상기 제2 OR게이트(OR2)와 결합되는 제2 링 오실레이터(122)는 모두 활성화 상태가 된다.
이때, 상기 제1 및 제2 링 오실레이터(121,122)는 전원부(121A,122A)로부터 전원이 공급되는 상태에서 일정 폭을 갖는 펄스신호를 출력한다. 여기서, 링 오실레이터(121,122)를 구성하는 인버터(NOT)의 CMOS 회로의 노화정도에 따라 출력되는 펄스신호의 펄스폭도 커지게 된다(도4 참조).
또한, 상태측정 모드에서 상기 노화감지 제어수단(200)은 제1 및 제2 카운터(131,132)로 인에블신호를 제공하여 활성화상태로 설정하고, 이에 따라 제1 및 제2 카운터(131,132)는 제1 링 오실레이터(121) 및 제2 링 오실레이터(122)로부터 제공되는 펄스를 각각 카운트하여 비교기(133)로 제공한다.
예컨대, 초기화 모드에서 에이징 활성화 대상으로 동작되는 제1 링 오실레이터(121)에서 일정 시간 동안 출력되는 펄스신호의 카운터값이 "500"인 경우, 일정 기간(1년) 경과 후 제1 링 오실레이터(121)로부터 일정 시간동안 출력되는 펄스신호의 카운터값은 펄스폭이 커짐에 따라 "470"으로 감소하게 된다.
이에 반하여, 초기화 모드에서 에이징 활성화 대상으로 설정되지 않은 제2 링 오실레이터(122)로부터 일정 시간동안 출력되는 펄스신호의 카운터값이 "480"인 경우, 일정 기간(1년) 경과 후 제2 링 오실레이터(122)로부터 일정 시간동안 출력되는 펄스신호의 카운터값은 펄스폭의 변화가 거의 없으므로 "480"을 유지하게 된다.
비교기(133)는 제1 및 제2 카운터(131,132)로부터 제공되는 카운터값을 비교하여, 예컨대, 제1 카운터(131)로부터 제공되는 카운터값이 제2 카운터(132)로부터 제공되는 카운터값보다 큰 경우 "HIGH" 신호를 노화상태정보로서 노화감지 제어수단(200)으로 제공한다.
노화 분석단계(ST400)
노화 분석단계(ST400)는 상기 노화 측정단계(ST300)로부터 제공되는 노화상태정보를 근거로 해당 디바이스에 대응되는 노화상태를 분석한다.
보다 상세히 설명하면, 상기 노화감지 제어수단(200)은 상기 비교기(133)로부터 제공되는 노화상태정보를 저장함과 더불어, 이를 근거로 해당 디바이스에 대한 현재 노화상태를 분석한다.
즉, 상기 노화감지 제어수단(200)은 상기 비교기(133)로부터 제공되는 출력값의 수를 근거로 해당 디바이스의 사용 기간을 산출함은 물론, 노화상태정보의 변동시점 및 변동된 노화상태정보의 누적 수를 근거로 현재 노화상태를 판단한다. 예컨대, 1주일 동안 노화감지센서(100)에 대한 에이징 동작을 수행한 후, 일정 시간 동안노화측정 동작을 수행하여 현재 저장된 노화상태정보의 누적 저장 수가 "54"개인 경우, 해당 디바이스 사용기간이 1년 소요되었음으로 분석한다. 또한, 변동된 노화상태정보가 수신되는 시점을 노화시점으로 판단하고, 변동된 노화상태정보의 누적 수가 일정 수, 예컨대 "50" 이상인 경우, 노화 경고신호를 출력할 수 있다.
한편, 상기 실시예에 있어서는 한 쌍의 링 오실레이터를 포함하여 구성되는 하나의 노화감지센서(100)를 통해 해당 디바이스의 노화상태를 측정하도록 실시하였으나, 도6에 도시된 바와 같이 다수의 노화감지센서(100)를 구비하여 이를 통해 해당 디바이스의 노화상태를 측정하도록 구성하는 것도 가능하다.
즉, 노화감지 제어수단(200)에 대해 동일한 구조의 노화감지센서(100)가 다수개 결합되어 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 노화감지센서(100)는 최대 64개가 결합될 수 있다.
이때, 상기 노화감지 제어수단(200)은 노화측정모드 수행에 따라 각 노화감지센서(100)로부터 제공되는 노화상태정보를 근거로 해당 디바이스의 노화상태를 판단한다. 예컨대, 16개의 노화감지센서(100)로부터 16개의 노화상태정보를 수신하는 경우, 8개 이상의 노화상태변동시점을 노화시점으로 판단함과 더불어, 16개 노화감지센서(100) 모두에 대해 변동된 노화상태정보가 일정 수 이상 누적되는 경우, 노화 경고신호를 출력할 수 있다.
즉, 많은 수의 노화감지센서(100)를 구비하여 구성되는 경우, 노화감지 제어수단(200)을 통해 보다 정확한 노화상태의 판단이 가능하게 된다. 그러나, 이 경우 노화감지장치의 구성이 커지게 됨은 물론, 이를 구동하기 위한 전원의 소비가 많아지게 되므로, 디바이스에 따라 노화감지센서의 수를 적절하게 조절하여 구성하는 것이 바람직하다.
100 : 노화감지센서, 200 : 노화감지 제어수단,
110 : 모드설정수단, 121, 122 : 제1, 제2 링 오실레이터,
130 : 노화상태정보 생성수단, 111 : 디멀티플렉서,
131,132 : 제1,제2 카운터, 133 : 비교기,
121A,122A : 전원부.

Claims (13)

  1. 동일 구조를 갖는 제1 및 제2 링 오실레이터를 포함하여 구성되고, 노화감지 제어수단으로부터 제공되는 제어신호를 근거로 일정 기간 어느 하나의 링 오실레이터만 활성화되는 에이징모드 동작과, 기 설정된 주기로 제1 및 제2 링 오실레이터 모두가 활성화되는 측정모드 동작을 수행함과 더불어, 상기 측정모드 동작시 제1 및 제2 링 오실레이터로부터 출력되는 펄스신호의 펄스폭 비교결과에 대응되는 노화상태정보를 노화감지 제어수단으로 제공하는 다수의 노화감지센서와,
    상기 노화감지 센서의 제1 및 제2 링 오실레이터를 모두 활성화한 상태에서 보다 작은 펄스폭을 갖는 링 오실레이터를 에이징모드에서 활성화 대상으로 설정하여 구동제어함과 더불어, 일정 주기 단위로 상기 노화감지센서를 측정모드로 설정하여 노화감지 센서로부터 제공되는 노화상태정보를 근거로 노화상태를 분석하는 노화감지 제어수단을 포함하여 구성되되,
    상기 노화감지센서는 제1 및 제2 링오실레이터로 출력되는 펄스 수를 각각 카운트하여 그 펄스 카운트값을 비교하고, 비교 결과 에이징모드에서 활성화 대상으로 설정된 링 오실레이터의 펄스카운트값이 다른 링 오실레이터의 펄스카운트값 이상인 경우에는 제1 상태정보를 출력하며, 에이징모드에서 활성화되는 링 오실레이터의 펄스카운트값이 다른 링 오실레이터의 펄스카운트값 미만인 경우에는 제2 상태정보를 출력하도록 구성되고,
    상기 노화감지제어수단은 상기노화감지센서로부터 제공되는 제1 및 제2 상태정보의 총 상태정보 수를 근거로 이용시간을 산출함과 더불어, 일정 수 이상의 노화감시센서로부터 상기 제2 상태정보가 수신되는 시점을 노화시점으로 판단하고, 수신된 제2 상태정보 수를 근거로 노화정도를 판단하도록 구성되며,
    상기 노화감지센서는 디멀티플렉서와, 이 디멀티플렉서의 출력단에 결합되는 제1 및 제2 OR게이트로 구성되는 모드 설정부를 포함하여 구성되고, 상기 디멀티플렉서는 상기 노화감지 제어수단으로부터 제공되는 에이징선택신호를 근거로 에이징모드에서 활성화 동작되는 링 오실레이터와 결합되는 제1 또는 제2 OR 게이트로 "HIGH" 신호를 출력하도록 구성되며, 상기 제1 OR게이트는 입력단으로 디멀티플렉서의 출력신호 및 상기 노화감지 제어수단으로부터 제공되는 센서 인에이블 신호가 인가되고, 그 출력단은 상기 제1 링 오실레이터와 결합되도록 구성되어, 센서 인에이블 신호가 "HIGH" 인 경우에는 디멀티플렉서의 출력신호에 상관없이 "HIGH"신호를 상기 제1 링 오실레이터로 제공하여 활성화 동작되도록 설정하고, 상기 제2 OR게이트는 입력단으로 디멀티플렉서의 출력신호 및 상기 노화감지 제어수단으로부터 제공되는 센서 인에이블 신호가 인가되고, 그 출력단은 상기 제2 링 오실레이터와 결합되도록 구성되어, 센서 인에이블 신호가 "HIGH" 인 경우에는 디멀티플렉서의 출력신호에 상관없이 "HIGH"신호를 상기 제2 링 오실레이터로 제공하여 활성화되도록 설정하는 것을 특징으로 하는 링 오실레이터 쌍을 이용한 노화감지장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 링 오실레이터는 파워 게이팅 회로로 구현되는 전원부와 각각 결합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 링 오실레이터 쌍을 이용한 이용한 노화감지장치.
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  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    노화감지장치는 노화상태를 측정하기 위한 노화감지 대상 디바이스의 일측에 설치되고,
    상기 노화감지 제어수단은 상기 노화감지 대상 디바이스의 클럭신호를 근거로 상기 노화감지센서의 동작모드 주기를 설정하되, 노화감지센서의 측정모드는 일정 주기 단위로 이루어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 링 오실레이터 쌍을 이용한 노화감지장치.
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