KR102179316B1

KR102179316B1 - 계측 시스템을 위한 기준 회로

Info

Publication number: KR102179316B1
Application number: KR1020207001964A
Authority: KR
Inventors: 다니엘 제이. 프리치맨; 자파르 사보즈
Original assignee: 애플 인크.
Priority date: 2016-01-08
Filing date: 2017-01-04
Publication date: 2020-11-16
Also published as: JP2019502935A; US20200217729A1; KR20180095658A; US11022503B2; CN113358999A; JP6676188B2; WO2017120242A1; CN108474820A; US10527503B2; CN108474820B; EP3400453A1; US20170199089A1; KR20200011558A; KR102070675B1

Abstract

계측 시스템용 기준 센터 회로가 개시된다. 일 실시예에서, 회로는 IC 전체에 걸쳐서 다수의 센서들과 동일한 토폴로지 및 특성을 갖는 기준 센서를 포함한다. 기준 센서 및 IC 상의 센서들 양측 모두는 전압 및 온도 측정을 수행하는 데 사용될 수 있다. 기준 센서는 정밀 전압 공급장치로부터 전압을 수신할 수 있고, 다른 센서들을 교정하기 위한 기초를 제공하는 센서로서도 사용될 수 있다. 그 후, 다른 센서들로부터 획득된 온도 판독물들은 향상된 정확도를 위해 기준 센서에 의해 획득된 판독물들과 상관될 수 있다. 기준 센터 회로는 또한 아날로그 프로세스 모니터링 회로를 포함하는데, 이 회로는, IC 상에 구현되는 트랜지스터들 전부는 아니더라도 일부에 커플링될 수 있다.

Description

계측 시스템을 위한 기준 회로{REFERENCE CIRCUIT FOR METROLOGY SYSTEM}

본 발명은 집적회로들에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 집적회로의 동작 동안의 온도 및 전압과 같은 파라미터들을 모니터링하기 위해 사용되는 계측 시스템을 위한 기준 회로에 관한 것이다.

특징부 크기가 감소함에 따라, 집적회로(IC) 상의 트랜지스터의 개수는 그에 따라 증가했다. 단위 면적 당 트랜지스터의 개수의 증가로 인해 IC의 열 출력이 대응하여 증가하게 되었다. 더욱이, 단위 면적 당 트랜지스터의 개수의 증가는 또한 IC 상의 다양한 기능성 회로에 제공되는 공급 전압의 감소에 대응하게 되었다. 이는 결과적으로 IC들의 성능, 전력 소비, 및 열 출력의 균형을 맞추는 데 있어서 상당한 과제를 야기하였다. 이를 위해, 많은 IC들이, IC의 다양한 메트릭들(예컨대, 온도, 전압, 전압 약화(voltage droop))을 모니터링하고 수신된 측정치들에 기초하여 성능을 조절하는 서브시스템들을 구현한다. 예를 들어, 제어 서브시스템은 사전정의된 임계치를 초과하는 온도 판독에 응답하여 클록 주파수, 공급 전압, 또는 양측 모두를 감소시킬 수 있다. 이는, 명시된 열적 한도 내에서 IC의 동작을 유지하도록 도울 수 있다. 그러한 제어 시스템들은, 또한, 측정된 메트릭들이 한도 내에 잘 있는 경우에 소정의 기능성 회로들의 성능을 증대시킬 수 있다.

시스템 메트릭들에 기초하여 성능을 제어하는 데 사용되는 IC 서브시스템들은, 전형적으로, 하나 이상의 센서들 및 적어도 하나의 제어 시스템을 포함한다. 프로세스, 전압, 및 온도 변화와 같은 요인들로 인해, 그러한 서브시스템의 센서들 중 적어도 일부는 IC 내의 기능성 회로에 전력을 공급하는 데 사용되는 것과는 상이한 공급장치(supply)로부터 전력을 수신하도록 커플링될 수 있다.

계측 시스템용 기준 센터 회로가 개시된다. 일 실시예에서, 회로는 IC 전체에 걸쳐서 다수의 센서들과 동일한 토폴로지 및 특성을 갖는 기준 센서를 포함한다. 기준 센서 및 IC 상의 센서들 양측 모두는 전압 및 온도 측정을 수행하는 데 사용될 수 있다. 기준 센서는 정밀 전압 공급장치로부터 전압을 수신할 수 있고, 다른 센서들을 교정하기 위한 기초를 제공하는 센서로서도 사용될 수 있다. 그 후, 다른 센서들로부터 획득된 온도 판독물들은 향상된 정확도를 위해 기준 센서에 의해 획득된 판독물들과 상관될 수 있다. 기준 센터 회로는 또한 아날로그 프로세스 모니터링 회로를 포함하는데, 이 회로는, IC 상에 구현되는 트랜지스터들 전부는 아니더라도 일부에 커플링될 수 있다. 아날로그 프로세스 모니터링 회로는 IC 상의 트랜지스터들의 아날로그 특성의 특성화를 위한 메커니즘을 제공할 수 있다. 아날로그 테스트 센터는 기준 온도 센서(전술된 기준 센서와는 별개이지만 그와 연동하여 사용됨)로부터의 신호들을 추출하고 디지털화하기 위한 허브, 아날로그 프로세스 모니터, 및 아날로그 버스를 통해 수신된 다른 아날로그 측정 신호들을 제공할 수 있다. 생성된 디지털 정보는 사후 프로세싱 및 분석을 위해 다른 회로, 온-칩 또는 오프-칩에 제공될 수 있다.

일 실시예에서, 기준 센서는 정밀 전압 공급장치 및 정밀 온도 센서와 연관된다. 기준 센서뿐 아니라 다른 센서들이 링 오실레이터(ring oscillator)들로 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 센서들 각각은 서로 상이한 특성들을 갖는 2개의 링 오실레이터들을 포함한다. 링 오실레이터들에 의해 생성된 각자의 주파수들에 기초하여, 감지된 전압 및 온도가 교정 절차 동안에 도출된 특성 다항식들에 기초하여 구해질 수 있다. 기준 센서는 정밀 입력 전압을 수신할 수 있고, 기준 온도 센서에 매우 근접해서 위치된다. 따라서, 공지된 값들의 온도 및 전압이 기준 센서 내로 입력될 수 있고, 대응하는 특성 다항식이 그 결과로 생성될 수 있다. 기준 센서가 다른 센서들과 동일한 토폴로지 및 실질적으로 동일한 특성을 가지므로, 그로부터 수신된 판독물들은 기준 센서 특성과 상관될 수 있다. 기준 센서로의 온도 및 전압 입력들은 저속으로 그리고 고분해능으로 동작하도록 배열된 높은 정확도의 아날로그-디지털 컨버터에 의해 디지털화될 수 있다. 추가 정확도를 위해, 자동 테스트 장비가 기준 온도 및 기준 센서로의 입력 전압을 교정하는 데 사용될 수 있다. 기준 전압 및 기준 온도로부터의 데이터의 디지털화 및 기준 센서로부터의 판독은 아날로그 비선형성의 디지털 정정을 수행하는 데 이용될 수 있다.

하기의 상세한 설명은 첨부 도면들을 참조하며, 이제 도면들이 간단히 설명된다.
도 1은 IC의 일 실시예의 블록 다이어그램이다.
도 2는 다수의 센서들을 갖는 기능성 회로 블록의 일 실시예의 블록 다이어그램이다.
도 3은 2개의 링 오실레이터들을 채용한 센서의 실시예에 대한 동작 개념을 예시한 블록 다이어그램이다.
도 4는 2개의 링 오실레이터들을 갖는 센서의 일 실시예의 블록 다이어그램이다.
도 5는 단일 링 오실레이터를 갖는 센서의 일 실시예의 블록 다이어그램이다.
도 6은 링 오실레이터를 구현하는 데 사용되는 회로의 일 실시예의 개략도이다.
도 7은 IC 상의 센서들을 교정하기 위한 방법의 일 실시예의 흐름도이다.
도 8은 2개의 링 오실레이터들을 사용하는 센서에 의해 표시되는 전압 및 온도를 판정하기 위한 방법의 일 실시예의 흐름도이다.
도 9는 단일 링 오실레이터를 사용하는 센서에 의해 표시되는 전압 및 온도를 판정하기 위한 방법의 일 실시예의 흐름도이다.
도 10은 계측 골든(golden) 기준 센터를 포함하는 IC의 일 실시예의 블록 다이어그램이다.
도 11은 계측 골든 기준 센터의 일 실시예를 예시한 블록 다이어그램이다.
도 12는 IC 상에 구현되는 아날로그 프로세스 모니터의 일 실시예를 예시한 블록 다이어그램이다.
도 13은 IC 상에 구현되는 아날로그 테스트 센터의 일 실시예를 예시한 블록 다이어그램이다.
도 14는 온도 감지 회로의 일 실시예를 예시한 블록 다이어그램이다.
도 15는 예시적인 시스템의 일 실시예의 블록 다이어그램이다.
개시되는 주제는 다양한 수정예들 및 대안 형태들이 가능하지만, 그들의 특정 실시예들은 도면들에서 예시로 도시되고, 본 명세서에서 상세하게 기술될 것이다. 그러나, 도면들 및 그들에 대한 상세한 설명은 그 주제를 개시된 특정 형태로 제한하도록 의도되는 것이 아니며, 반대로, 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 바와 같은 개시되는 주제의 사상 및 범주 내에 속하는 모든 수정예들, 등가예들 및 대안예들을 포괄하려는 것이 의도임을 이해하여야 한다. 본 명세서에서 사용되는 표제들은 오직 구성을 위한 것이며 설명의 범주를 제한하기 위해 사용되는 것으로 의도되지 않는다. 본 출원 전반에 걸쳐 사용되는 바와 같이, "일 수 있다(may)"라는 단어는 의무적인 의미(즉, "이어야만 한다(must)"를 의미)라기보다 오히려 허용의 의미(즉, "~에 대해 가능성을 갖는다"는 의미)로 사용된다. 유사하게, "포함하다(include, includes)" 및 "포함하는(including)"이라는 단어는, 포함하지만 이로 제한되지 않음을 의미한다.
다양한 유닛들, 회로들 또는 기타 컴포넌트들이 태스크 또는 태스크들을 수행하도록 "구성되는 것"으로 설명될 수 있다. 그러한 맥락에서, "~하도록 구성된"은 동작 동안에 태스크 또는 태스크들을 수행하는 "회로를 갖는"을 일반적으로 의미하는 구조의 광의의 설명이다. 이와 같이, 유닛/회로/컴포넌트는 유닛/회로/컴포넌트가 현재 온(on) 상태가 아닐 시에도 태스크를 수행하도록 구성될 수 있다. 일반적으로, "~하도록 구성된"에 대응하는 구조를 형성하는 회로는 동작을 구현하기 위하여 실행가능한 프로그램 명령어들을 저장하는 하드웨어 회로들 및/또는 메모리를 포함할 수 있다. 메모리는 정적 또는 동적 랜덤 액세스 메모리와 같은 휘발성 메모리 및/또는 비휘발성 메모리, 예컨대 광 또는 자기 디스크 저장장치, 플래시 메모리, 프로그래밍가능한 판독 전용 메모리(programmable read-only memory) 등을 포함할 수 있다. 유사하게, 다양한 유닛들/회로들/컴포넌트들은 설명의 편의를 위해 태스크 또는 태스크들을 수행하는 것으로 설명될 수 있다. 그러한 설명은 "~하도록 구성된"이라는 문구를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 하나 이상의 태스크를 수행하도록 구성된 유닛/회로/컴포넌트를 언급하는 것은 그 유닛/회로/컴포넌트에 대해 35 U.S.C. § 112, (f)항(또는 pre-AIA의 6항)의 해석을 적용하지 않고자 명확히 의도된다.

이제 도 1을 참조하면, IC의 일 실시예의 블록 다이어그램이 도시되어 있다. 도시된 실시예에서, IC(10)는 2개의 기능성 회로 블록들, 즉 프로세싱 유닛(PU)(130), 및 PU(140)를 포함한다. 다양한 실시예들에서, PU(130)의 추가 인스턴스들을 포함하는 다른 기능성 회로 블록들이 포함될 수 있다. 따라서, PU(130) 및 PU(140)는 본 명세서에서 예시적인 기능성 회로 블록들로서 도시되지만, 본 발명의 범주를 제한하도록 의도되지 않는다. PU(130, 140)는 각각 범용 프로세서 코어, 그래픽 프로세싱 유닛, 디지털 신호 프로세싱 유닛, 또는 프로세싱 기능을 수행하도록 구성된 사실상 임의의 다른 종류의 기능성 유닛일 수 있다. 본 발명의 범주는 이러한 타입의 기능성 회로 블록들 중 임의의 것뿐만 아니라, 본 명세서에 명시적으로 언급되지 않은 다른 것들에도 적용될 수 있다. 본 명세서에 도시된 기능성 회로 블록들의 개수가 또한 예시적인데, 이는 본 발명이 어떠한 특정 개수로 제한되지 않기 때문이다.

도시된 실시예의 PU(130)는 명령어 세트의 명령어들을 실행하도록 그리고 범용 프로세싱 동작들을 수행하도록 구성된 범용 프로세서 코어이다. 따라서, PU(130)의 기능성 회로(131)는 다양한 타입(정수, 부동소수 등)의 실행 유닛, 레지스터 파일, 스케줄러, 명령어 페치 유닛, 다양한 레벨의 캐시 메모리, 및 프로세서 코어에 구현될 수 있는 기타 회로와 같은 다양한 타입의 회로를 포함할 수 있다. PU(130), 및 그 안의 모든 회로는 이 실시예에서 공급 전압(Vdd1)을 수신하도록 커플링된다. 그러나, 다수의 전력 도메인들, 및 그에 따른 다수의 공급 전압들이 PU(130)의 다양한 실시예들 내에 구현될 수 있다는 것에 유의한다. 더욱이, PU(130)에 제공되는 공급 전압들은 전력 관리 회로(도시되지 않음)의 제어 하에 가변적일 수 있다. 전력 관리 회로는 성능 레벨, 열 출력, 및 전력 소비를 제어하는 것과 같은 다양한 이유들로 전압을 조절한다.

도시된 실시예의 GPU(140)는 기능성 회로(141)를 포함하는데, 이는 다양한 타입의 그래픽 프로세싱 회로를 구현할 수 있다. 이는 그래픽 프로세싱 코어, 다양한 타입의 메모리 및 레지스터 등을 포함할 수 있다. 도시된 실시예의 GPU(140)는 PU(130)에 의해 수신된 바와 같은 Vdd1과는 별개인 제2 공급 전압(Vdd2)을 수신하도록 커플링된다.

PU(130) 및 PU(140)는 양측 모두 다수의 센서들(120)을 포함한다. 본 명세서에 도시된 센서들의 특정 개수는 예시적이며, 실제 실시예들에서는 더 많거나, 더 적거나, 또는 같을 수 있다. 센서들(120)은 하나 이상의 성능 메트릭들, 또는 파라미터들을 감지하도록 구성될 수 있다. 이러한 특정 실시예에서, 센서들은 전압 및 온도 값들을 감지하도록 구성된다. 감지된 전압 및 온도 값들은, 결과적으로 내부에 구현된 회로가 한도 내에서 동작하고 있고/있거나 더 높은 성능을 낼 수 있는지 여부를 판정하는 데 사용될 수 있다.

도시된 실시예의 각각의 센서들(120)은 기능성 회로 블록들 중 그의 각자의 기능성 회로 블록 내의 기능성 회로와 동일한 전압 공급장치에 커플링된다. 즉, PU(130) 내의 각각의 센서(120)는 공급 전압(Vdd1)을 수신하도록 커플링되는 반면, GPU(140) 내의 각각의 센서는 Vdd2를 수신하도록 커플링된다. 종래 기술의 실시예들에서, 그러한 센서들은, 전형적으로, 센서들이 구현된 위치 근처에 있는 기능성 회로의 공급장치와는 별개인 공급장치로부터 전력을 수신하도록 커플링된다. 이는 다른 전압 공급장치에 대한 연결 경로를 만들어야 하기 때문에 그것들의 IC/기능성 회로 블록 내의 배치가 제한적일 수 있다. 더욱이, 종래 기술 실시예의 센서들은 전형적으로 본 명세서에서 논의되는 실시예에서 사용되는 것들보다 더 클 수 있는데, 이는 그것들의 개수 및 배치에 추가적으로 제한을 둘 수 있다. 대조적으로, 본 명세서에서 구현되는 센서들(120)은 단순화된 센서일 수 있다. 따라서, 센서들(120)은 종래 기술 센서들보다 작을 수 있다. 이는 결과적으로 더 많은 센서들이 IC 상에 배치되게 할 수 있다. 더욱이, 센서들은 더 작은 영역에 배치되어, 그것들을 구현하는 다양성을 증가시킬 수 있다. 일 실시예에서, 센서들(120)은 하나 이상의 링 오실레이터를 이용하여 구현될 수 있다. 그러나, 링 오실레이터에 의해 생성되는 주파수는 프로세스, 전압, 및 온도 변화에 상당한 의존성을 보일 수 있기 때문에, 링 오실레이터들은 이러한 종속성이 그것들의 정확도에 악영향을 주지 않도록 교정될 수 있다. 다양한 교정 및 동작 방법론들이 아래에 더 상세하게 논의되고 있다. 주의할 점은 각각의 센서에 대한 초기 교정(및 특성화)이 알려진 전압 및 온도에서 자동 테스트 장비(ATE)를 사용하는 테스트 동안 수행될 수 있다는 것이다. IC(10)가 구현된 시스템의 시동 및/또는 동작 동안 후속 교정이 수행될 수 있다.

도시된 실시예의 IC(10)는 계측 제어 회로(metrology control circuitry, MCC)(105)를 포함한다. MCC(105)는 IC(10)의 다양한 기능성 회로 블록들 내의 센서들(120)의 동작과 관련된 다양한 동작들을 수행할 수 있다. 도시된 실시예에서, MCC(105)는 계측 버스(13)를 통해 각각의 센서들(120)에 커플링된다. IC(10)의 동작 동안, 각각의 센서들(120)은, 예컨대, 그들의 각자의 링 오실레이터(들)의 주파수의 판독들을 수행하고, 주파수 판독물을 디지털 포맷으로 변환하고, 그 정보를 MCC(105)로 송신할 수 있다. 이 실시예에서, MCC(105)는 직렬 버스이고, 정보는 스캔 체인의 동작과 유사한 동작으로 버스 상에서 시프트될 수 있다. 그러나, 센서들과의 통신을 위한 상이한 메커니즘들을 활용하는 실시예들이 가능하고 고려된다.

MCC(105)는 각각의 센서들로부터 계측 버스(13)의 상응하게 커플링되는 인스턴스들을 통해 주파수 정보를 수신할 수 있다. 주파수 정보를 이용하여, MCC(105)는 각각의 센서들(120)에 의해 감지된 전압 및 온도를 판정할 수 있다. 도시된 실시예에서, MCC(105)는 서비스 프로세서(111) 및 메모리(112)를 포함한다. 서비스 프로세서(111)는 각각의 센서들(120)로부터 수신된 주파수 정보에 기초하여 전압 및 온도 값을 계산하는 소프트웨어 루틴의 명령어들을 실행할 수 있다. 전용 회로가 소프트웨어 명령어들의 실행 대신에 이러한 태스크를 수행하는 실시예들이 또한 가능하고 고려된다. 메모리(112)는 서비스 프로세서에 의해 사용되어, 센서들로부터 수신된 주파수 정보, 판정된 전압 및 온도 정보, 및 계산의 수행 동안에 생성된 중간 정보를 포함하는 다양한 정보를 저장할 수 있다. 메모리(112)는, 또한, 센서들 및 그 내부의 회로(예컨대, 링 오실레이터들)를 특성화하는 정보를 저장할 수 있다. 메모리(112)는 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 이들의 조합을 사용하여 구현될 수 있다.

MCC(105)는, 또한, 기준 회로(107) 내에 구현되는 센서(120)의 인스턴스를 포함한다. MCC(105)의 센서(120)는 공급 전압(AVdd)을 수신하도록 커플링된다. 더욱이, 센서(120)는 IC(10) 상에 구현되는 센서(120)의 다른 인스턴스들에 따라 구성될 수 있다. 센서(120)의 이러한 특정 인스턴스는 시스템 내의 다른 센서들(120)의 특성을 판정하기 위한 기초로서 사용되는 판독물들을 제공할 수 있다. 도 1에 명시적으로 도시되지는 않았지만, "골든" 온도 센서가 MCC(105)의 센서(120) 근처에 구현될 수 있다. 이러한 온도 센서는 고도로 정확하도록 설계될 수 있다. 유사하게, Avdd를 제공하는 전력 공급장치는 엄격하게 제어되는 전압을 갖는 정밀 전력 공급장치이다. 따라서, MCC(105)의 센서(120)를 사용하여 판정되는 전압 및 온도의 임의의 오차가 높은 정밀도로 계산될 수 있다. 이어서, 이러한 오차들은 시스템 전반에 걸쳐서 구현되는 다른 센서들(120)의 교정 및 특성화 시에 이용될 수 있다. 더욱이, MCC(105)의 센서(120)로부터 획득된 판독물들은 다른 센서들(120)의 재교정이 필요할 수 있는지 여부와 그 시기를 판정하는 데 이용될 수 있다.

도 2는 다수의 센서들(120)을 갖는 기능성 회로 블록의 일 실시예의 블록 다이어그램이다. 도시된 실시예에서, 기능성 회로 블록(FCB)(211)은 IC 상에 구현되는 사실상 임의의 타입의 기능성 회로일 수 있다. 기능성 회로(211)에는 디지털 회로, 아날로그 회로, 및 혼합 신호 회로가 포함될 수 있다. FCB(211)의 센서들(120)은 기능성 회로(211) 내의 그리고 그 주위의 다양한 위치에 구현된다. 그들의 상대적으로 작은 입지 면적으로 인해, 적어도 일부 센서들(120)은 기능성 회로(211)에 의해 다른 방식으로 점유되는 영역 내에 구현될 수 있는 반면, 다른 센서들은 그 영역 근처에 또는 부분적으로 그 안에 구현될 수 있다. 이 실시예의 센서들(120)은 계측 버스(13)에 의해 직렬 구성으로 커플링되고, 이를 통해 데이터(예컨대, 링 오실레이터들에 대한 주파수 데이터)가 시프트될 수 있다. 도시된 실시예의 각각의 센서들(120)은 기능성 회로(211)에 의해 수신되는 것과 동일한 공급 전압(Vdd)을 수신하도록 커플링된다.

도 3은 2개의 링 오실레이터들을 채용하는 센서의 실시예에 대한 동작 개념을 예시하는 블록 다이어그램이다. 일부 실시예에서, 각각의 센서는 서로 상이한 특성을 갖도록 설계된 2개의 링 오실레이터를 포함했다. 2개의 링 오실레이터는 ㅎ서로에 대하여 매우 근접하게 구현될 수 있고, 따라서 실질적으로 동일한 전압 및 온도 조건 하에서 동작할 수 있다. 그러나, 그것들의 특성이 서로 상이하기 때문에, 2개의 링 오실레이터는 동일한 전압 및 온도 조건 하에서 상이한 주파수로 동작할 수 있다. 이 원리는 각각의 링 오실레이터로부터의 주파수 판독물들을 이용하여 센서에서 전압 및 온도의 판정을 가능하게 할 수 있다.

도시된 예에서, 2개의 링 오실레이터(RO1, RO2)는 각각 카운터 1 및 카운터 2에 커플링되어 있다. 판독 시, 각각의 링 오실레이터는 그의 각자 커플링된 카운터를 사전결정된 길이의 시간 동안 토글링하도록 허용될 수 있다. 사전결정된 시간이 경과한 이후에, 카운터들은 정지되고 그것들의 카운트 값은 주파수를 나타내도록 제공될 수 있다.

링 오실레이터들은 각각 다항식에 의해 특성화될 수 있다. 더 구체적으로는, 각각의 링 오실레이터에 의해 출력된 주파수는 전압 및 온도의 비선형 함수에 의해 방정식 1에 도시된 바와 같이 주어진 형식으로 특성화될 수 있다:

f_RO = Σα _ijTⁱV^j(1)

따라서, RO1의 주파수는 다음과 같이 특성화될 수 있고:

f_RO1 = Σα _ijTⁱV^j (2),

반면 RO2의 주파수는 다음과 같이 특성화될 수 있다:

f_RO2 = Σ β_ijTⁱV^j (3).

위 방정식의 'f' 항은 주파수를 표현할 수 있거나, 또는 대안으로, 기준 주파수에 대한 발진 주파수와 위상의 개수의 곱의 비율을 표현할 수 있다. 주어진 링 오실레이터에 대응하는 이 수식에서 항의 개수의 결정은 그의 특성에 따라 달라진다. 일반적으로, 비선형 항의 개수가 많을수록 다항식을 이용하여 링 오실레이터 주파수를 표현하는 정확도는 증가한다.

출력 주파수(또는 위에서 언급한 곱)는 비선형 방정식 계산기에 제공될 수 있다. 링 오실레이터들을 특성화하는 다항식들을 이용하면, 센서에 의해 검출된 바와 같은 전압 및 온도 양측 모두에 대한 연립방정식들의 해를 구할 수 있다. 일 실시예에서, 비선형 방정식 계산기는 서비스 프로세서(111)(도 1) 및 그것에 의해 실행되는 소프트웨어 명령어를 이용하여 구현될 수 있다. 더 일반적으로, 비선형 방정식 계산기는 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 및 이들의 임의의 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서 비선형 방정식의 계산은 대응하는 기능성 회로 블록들에서 바로 수행될 수 있음이 가능하고 고려된다.

위 방정식들의 계수는 주어진 전압 및 온도 값들의 세트에 대한 실제 링 오실레이터 주파수에 기초하여 계산될 수 있다. 9항 함수를 이용하여 주파수가 정의되는 링 오실레이터의 모델을, 링 오실레이터 특성을 계산하는 데 사용되는 24 데이터 포인트들(전압, 온도, 및 출력 주파수)의 세트로 간주한다. 더 많은 수의 데이터 포인트가 계수들을 결정하는 데 사용되는 경우, 생성되는 함수는 대응하는 링 오실레이터를 더 잘 특성화할 수 있다. 이 기법은 링 오실레이터 특성의 표면 근사로 지칭될 수 있고, 수치해석 기법을 이용하여 큰 데이터 포인트들의 세트를 다항식으로 맵핑할 수 있다.

일례로서, 링 오실레이터의 주파수가 다음의 수학식에 의해 정의되는 것으로 고려해보자:

(4)

링 오실레이터 주파수의 측정이

에서 발생하는 경우,

다음의 메트릭들이 형성될 수 있다:

(5)

(6)

여기서

(7).

따라서, 주파수(F)는 F = AX (8)로서 정의될 수 있다. 최소 자승 추정을 이용하여 A 항을 풀어, 원시 표면 근사의 모든 계수들을 연산할 수 있다.

이 개념은 상이한 특성들의 세트를 갖는 2개의 링 오실레이터에 위에서 설명한 바와 같이 각각을 특성화함으로써 확장될 수 있다. 따라서, 서로 매우 근접하게 배치되어, 동일한 공급 전압을 수신하고, 실질적으로 동일한 로컬 온도에서 동작하는 2개의 링 오실레이터는 다음 2개의 수학식으로 특성화될 수 있다:

(9).

위에서 2개의 링 오실레이터는 길이가 동일한 다항식들로 특성화되는 것으로 가정하지만, 이것이 모든 인스턴스들에 반드시 요구되는 것은 아니다.

위 연립방정식 계산의 복잡성은 부분 선형(piecewise linear, PWL) 기법을 이용하여 간소화될 수 있다. 이 기법을 이용하면, 링 오실레이터의 출력 주파수에 대한 2차원 비선형 표면이 PWL 함수들의 세트를 이용하여 기술될 수 있다. 전체 전압 및 온도에 대한 작업의 표면은 다수의 삼각형 영역들로 분할될 수 있고, 삼각형 영역마다 대응하는 특성들이 전압 및 온도의 선형 함수를 이용하여 기술될 수 있다. 따라서, 전체 표면은 정수 n개의 PWL 영역들로 쪼개져, 다음과 같이 기술될 수 있다:

(10).

PWL 함수들 각각에 대한 계수들은 임의의 주어진 영역을 기술하는 삼각형의 3개의 꼭지점에서의 출력 주파수들을 이용하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 축 상의 온도(T1, T2)와 제2 축 상의 전압(V1, V2) 사이에서 연장되는 삼각형을 기술하는 PWL 함수에 대하여, (T ₁, V ₁), (T ₁, V ₂), 및 (T ₂, V ₁)에서 측정되는 주파수가 각각 f ₁, f ₂, 및 f ₃으로 주어지고, PWL에 대한 인덱스가 i로 주어지는 경우, 그 영역의 대응하는 PWL 함수에 대한 계수들을 연산하기 위하여 다음의 방정식들의 세트의 해를 구할 수 있다:

(11).

이는 모든 영역에 대하여 반복되어 그것의 PWL 특성을 판정함으로써, 링 오실레이터에 대한 동작의 표면을 판정할 수 있다.

일단 링 오실레이터들 양측 모두가 PWL 함수의 세트로 특성화되었다면, 비선형 방정식들의 세트를 푸는 것은 PWL 방정식들의 세트를 푸는 것으로 간소화될 수 있다. 각각의 PWL 연산에 대하여 해를 구할 방정식들은 일반적으로 다음과 같이 기술될 수 있다:

(12).

온도(T), 및 전압(V)에 대하여 이들 두 방정식을 풀면, 결과는 다음과 같다:

(13), (14)

이전에 언급했던 바와 같이, 본 명세서에서 논의되는 계산은 MCC(105), 및 구체적으로는 서비스 프로세서(111)에서 수행될 수 있다. 이는 각각의 센서(120)가 작은 면적에서 구현되고 그의 전력 소비를 제한하게 할 수 있는데, 그 이유는 주파수에서 전압 및/또는 온도로 어떠한 변환도 수행할 필요가 없기 때문이다. 더 일반적으로, 주파수 측정을 위하여 사용되는 특징부들은 각각의 센서(120) 내에 구현될 수 있는 반면, PWL 연산, 프로세스 변화에 대한 교정, 반복, 및 정확도를 위하여 사용되는 그들 특징부는 MCC(105) 내에 구현될 수 있다.

각각의 링 오실레이터의 표면 근사(및 그에 따른 그의 각자의 PWL 표시)는 프로세스 코너마다 변경될 수 있고 또한 로컬 온다이(on-die) 변화를 겪을 수 있다. 또한, 주어진 링 오실레이터의 정확도는 노화와 같은 영향으로 인해 감소될 수 있다. 따라서, 그러한 링 오실레이터들에 사용되는 교정 기법은 각각의 특성들을 업데이트할 수 있다. 이 특성들은 각각의 링 오실레이터로부터 한정된 정확한 측정들의 세트에 기초하여 업데이트될 수 있다. 주어진 링 오실레이터에 대한 원시(그러나 정확하지 않음) 모델이 다음과 같은 경우

(15),

실제 측정들의 세트를 수행함으로써 계수들을 업데이트하여 링 오실레이터의 더 정확한 모델이 다음과 같이 되게 한다:

(16).

이 교정은 원시 모델 및 교정 포인트들의 세트 양측 모두를 고려한다. 포인트의 개수가 증가함에 따라, 정확도는 그에 따라 증가한다. 반대로, 교정 알고리즘의 효율성은 최소 개수의 데이터 포인트에 기초한 사후교정 모델의 정확도에 의해 판정될 수 있다.

일 실시예에서, 본 발명에 따른 교정 알고리즘은 임의의 교정 포인트에서 오차 신호의 스케일링된 값을 이용하여 계수들을 업데이트하는 것을 포함한다. 교정 포인트들 중 임의의 것에 대하여, 오차 신호(e)는 실제 측정치와 모델에 의해 예측된 값 사이의 차이로서 정의될 수 있다. 그것은 ∀k∈{1,2,…,m}를 의미한다:

(17).

원시 모델(αij)의 계수들이 A ₀으로 주어진 벡터에 통합되는 경우, 모든 단일 교정 포인트에 대하여 벡터가 업데이트되는 순환 접근법이 활용될 수 있다:

(18).

일 실시예에서, G 벡터는 순환 최소 자승(RLS) 기법을 이용하여 결정될 수 있다. 이는 결과적으로, 제한된 교정 데이터의 세트에 기초하여 최종 원하는 값들에 상대적으로 빠르게 수렴될 수 있다. RLS 기법을 이용하는 경우, G 벡터는 각각의 단계 동안 순환적으로 업데이트된다. RLS 기법은 다음과 같은 링 오실레이터의 대안의 특성화를 활용할 수 있다:

(19),

여기서 U는 (i +1)(j + 1) 항의 벡터인데, 즉:

(20).

이로부터, 대각선 행렬이 형성될 수 있다:

(21).

임의의 교정 포인트에 대하여, 다음의 연산들의 세트가 수행될 수 있다:

(22),

여기서 λ는 망각 인자이고, e는 오차이다.

따라서, 위에서 설명한 바와 같은 순환 최소 자승 알고리즘을 이용하여, 링 오실레이터를 특성화하는 다항식에 대한 계수들이 교정 절차 동안 업데이트될 수 있다. 그러한 교정은 다양한 시간에, 예컨대 시스템 시동 시에, 시스템/IC의 수명 동안의 선택된 시간에, MCC(105) 내의 기준 센서(107) 및 센서(120)의 큰 변화에 응답하여, 등등에서 수행될 수 있다. 그와 같이, 전압 및 온도는, 링 오실레이터 주파수에 기초하여, 작은 입지 면적을 갖는 간단한 센서들의 사용을 가능하게 하면서 시스템의 수명에 걸쳐 합리적인 수준의 정확도로 판정될 수 있다.

도 4는 2개의 링 오실레이터를 이용하는 센서의 일 실시예를 예시하는 다이어그램이다. 도시된 실시예에서, 센서(140)는 링 오실레이터들(141, 142)을 포함하고, 이들은 서로에 대하여 상이한 특성을 가질 수 있다. 이 특정 실시예에서, 링 오실레이터(141)는 직렬 커플링된 인버터들을 사용하여 구현되는 반면, 링 오실레이터(142)는 직렬 커플링된 NAND 게이트들을 사용하여 구현된다. 두 링 오실레이터들(141, 142)은 동일한 공급 전압(Vdd)(로컬)을 수신하도록 커플링되고, 서로에 매우 근접하게 배치된다. 그러나, 상이한 회로 구현방식으로 인해, 링 오실레이터들(141, 142)은 동일한 동작 조건에서 상이한 주파수로 발진할 수 있다. 위 논의에 따라, 이는 링 오실레이터들(141, 142)에 의해 생성된 각자의 주파수들이 센서(140)의 전압 및 온도를 푸는 기초가 되도록 할 수 있다.

링 오실레이터들(141, 142)은 카운터들(143, 144)에 각각 커플링된다. 이 카운터들은 그들의 각자 커플링된 링 오실레이터 내의 하나 이상의 탭 포인트에 커플링될 수 있다. 측정을 수행하는 동안, 카운터들(143, 144)은 결과적으로 링 오실레이터들(141, 142)에 의해 생성된 주파수를 나타낼 수 있는 하나 이상의 카운트 값을 각각 추적할 수 있다. 일부 실시예들에서, 카운터들(143, 144)은 각각 카운터가 측정 동안 카운트를 누적하게 하기 위해 실행 시간을 추적하는 각자의 타이머를 포함할 수 있다. 카운터들 양측 모두에 커플링되는 별개의 타이머가 제공된 다른 실시예들이 가능하고 고려된다.

카운터들(143, 144)은 각각 레지스터(144)에 커플링된다. 레지스터(144)를 사용하면, MCC(105)(도 1)는 정보를 카운터에 입력할 수 있고, 또한 그로부터 정보를 수신할 수 있다. 예를 들어, 카운터가 상응하게 커플링된 링 오실레이터의 발진에 의해 생성된 카운트 값을 추적하는 실행 시간을 나타내는 정보는 MCC(105)로부터, 레지스터(145)를 통해 카운터 내로 입력될 수 있다. 시작 표시는 또한 레지스터(145)를 통해 입력될 수 있다. 카운터들(143, 144)로부터, 레지스터(145)는 실제 측정 동안 생성된 카운트 값들을 수신할 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에 따라, 이 값들은 전압 값 및 온도 값을 연산하는 데 사용하기 위하여 계측 버스(13)를 통해 MCC(105)로 직렬로 시프트될 수 있다. 레지스터(145)가 MCC(105)의 구현예에 직접 커플링되는 실시예들이 또한 가능하고 고려된다.

도 5는 단일 링 오실레이터를 이용하는 센서의 일 실시예를 예시하는 다이어그램이다. 이러한 타입의 센서를 이용하면, 전압 및 온도는 상이한 입력 전압에서 측정이 수행되는 단일 링 오실레이터를 이용하여 측정을 진행하는 다중 감지 기법을 이용하여 판정될 수 있다. 이 특정 실시예에서 링 오실레이터(151)는 바이어스 전압(V_Bias), 및 선택형 입력 전압(V_in)을 수신하도록 커플링된다. 바이어스 전압은 그와 같은 전압을 생성하기 위한 임의의 적합한 회로에 의해 생성될 수 있고, 모든 측정들에 대하여 실질적으로 동일할 수 있다. 바이어스 전압을 생성하기 위한 회로는 센서에 대하여 국부적일 수 있거나, 또는 광역적으로 생성되어 센서들 각각에 분배될 수 있다. 입력 전압(V_in)은 선택 회로(155)를 통해 입력된 전압 중 어느 하나일 수 있다. 일 실시예에서 이 전압들의 생성은 도 6을 참조하여 아래에서 추가로 설명된다. 이 전압들을 선택하기 위한 선택 신호의 제어는 MCC(105)에 의해 수행될 수 있다.

도시된 실시예의 링 오실레이터(151)는 하나 이상의 탭 포인트를 통해 카운터(152)에 커플링되어, 동작 시 카운터가 토글링되도록 할 수 있다. 따라서 카운터(152)는 카운트 값을 추적할 수 있고, 사전결정된 기간이 끝나면, 카운팅을 중단하고 카운트 값을 레지스터(153)에 제공할 수 있다. 이어서 카운트 값은 전압 및 온도 연산을 위하여 MCC(105)에 전달될 수 있다. 유사하게, 카운터(152)는 MCC(105)로부터, 레지스터(153)를 통해, 도 4의 실시예를 참조하여 위에서 설명한 것과 유사한 방식으로 정보를 수신할 수 있다.

링 오실레이터(151)는 도 3을 참조하여 위에서 설명한 것과 유사한 방식으로 다항식에 의해 특성화될 수 있다. 상기 기법은 다수의 전압 및 주파수에서 이루어지는 다수의 주파수 측정에 대한 표면 근사 기법을 수반할 수 있다. 즉, 링 오실레이터(151)의 주파수 응답은, 전압 및 온도의 관점에서, 위 방정식(1) 및 방정식(4)에 따라 특성화될 수 있다.

전압 및 온도 측정을 수행하기 위하여, 주파수 측정은 선택기(155)를 통해 제공되는 4개의 상이한 입력 전압들에서 이루어질 수 있다. 다음 주파수 측정이 이루어질 수 있다:

V _in = V _GS1인 경우, f ₁ = f ₀ + K _VCO(V _GS1 - V ₀) (23),

V _in = V _GS2인 경우, f ₂ = f ₀ + K _VCO(V _GS2 - V ₀) (24),

V _in = a₁ V 인 경우, f ₃ = f ₀+K _VCO(a₁ V-V ₀) (25), 그리고

V _in = a₂ V 인 경우, f ₄ = f ₀+K _VCO(a₂ V-V ₀) (26).

위 방정식들의 세트는 링 오실레이터의 동일한 선형화된 모델(즉, K_VCO, V₀, 및 f₀)이 그것들 모두에 사용될 수 있도록 a₁V 및 a₂V가 V_GS1 및 V_GS2에 가깝게 선택됨을 가정한다.

위 측정으로부터, 다음 방정식이 도출될 수 있다:

(f ₄ - f ₃) / (f ₂ - f ₁) = (a ₂ - a ₁)V / (V _GS1 - V _GS2) (27).

임계치 미만 영역에서 V_TlnN, 및 V_T는 kT/q로 다시 쓸 수 있다. 따라서, 방정식 25는 다음과 같이 재작성될 수 있다:

(f ₄ - f ₃) / (f ₂ - f ₁) = (a ₂ - a ₁)V / (kT/q)lnN (28).

이로부터, 링 오실레이터 특성화는 다음과 같이 간소화할 수 있다:

f_RO = Σβ _ijTⁱT^j (29).

방정식(27)을 이용하여, 온도(T)을 계산한 뒤, 전압(V)을 계산하기 위하여 다항식 특성화에 다시 대입할 수 있다.

ATE를 이용하는 교정에 대하여, 주파수는 2개의 온도들 및 2개의 공급 전압들에서 판정될 수 있다. 다른 측정된 주파수에 선형 보간법이 이용될 수 있다. 추가 주파수 측정이 표면 근사를 개선할 수 있다. 동작 시, 추가 측정이 이루어질 수 있고, 결과값들은 바람직한 개수가 대체될 때까지 보간된 값들을 대체하는 데 사용된다. 이는 결과적으로 정상 동작 시 이루어지는 측정들의 정확도를 개선할 수 있다.

도 6은 센서(150) 내에서 그와 함께 사용되는 회로 소자들의 개략도를 포함한다. 도시된 실시예에서, 링 오실레이터(151)는 다수의 직렬 커플링된 인버터들(161)을 포함한다. 각각의 인버터(161)는 2개의 PMOS(p-채널 금속 산화물 반도체) 및 2개의 NMOS(n-채널 금속 산화물 반도체) 트랜지스터의 스택을 포함한다. PMOS 스택은 P1 및 P2를 포함하고, NMOS 스택은 N1 및 N2를 포함한다. 동작 동안, P1의 게이트 단자는 도 5를 참조하여 위에서 논의된 입력 전압들 중 하나를 수신한다. 유사하게, N1은 그의 각자의 게이트 단자 상에서 바이어스 전압(V_Bias)을 수신한다. P2 및 N2는 각각 입력 노드에 커플링되는 각자의 게이트 단자들 및 출력 노드에 커플링되는 각자의 드레인 단자들을 갖는다. 따라서, P2 및 N2는 실제 인버터 기능을 수행하도록 동작한다. N1은 인버터의 특성을 설정하도록 동작하지만, P1은 상이한 V_in의 값들을 통해, 인버터의 특성이 달라지도록 동작한다. 링 오실레이터(151)의 각각의 인버터(161)는 이러한 방식으로 구성될 수 있다. 인버터들(161) 각각의 P1에 제공되는 입력 전압을 다르게 함으로써, 링 오실레이터(151)의 특성 및 그에 따라 링 오실레이터(151)에 의해 출력되는 주파수가 달라질 수 있다. 이는 결과적으로 각각의 센서에 의해 검출되는 온도 및 전압(즉, 공급 전압)을 판정하기 위한 교정 및 측정이 수행되도록 할 수 있다.

도시된 실시예의 기준 회로(162)는 각각의 인버터(161)의 P1에 대한 V_in으로서 제공될 수 있는 다양한 전압들을 생성하도록 구성된다. 회로는 PMOS 트랜지스터들(P3, P4, P5), 및 NMOS 트랜지스터들(N3, N4)을 포함한다. 트랜지스터(P3)는 Vdd(로컬) 및 저항기(R1) 사이에 커플링되는데, 저항기(R1)는 상대적으로 큰 저항 값을 갖는다. 이 저항기는 P3, P4, 및 P5의 게이트 전압을 설정한다. 전압들(V_GS1, V_GS2)은 P4 및 P5의 드레인 단자들로부터 각각 취해진다. P4 대 P5의 상대적 크기는 1 : N이고, 따라서 전압들(V_GS1, V_GS2)은 상이하다(이는 또한 방정식(26)의 'N' 항의 소스임). R1에 큰 저항 값을 이용함으로써 N3 및 N4를 통해 흐르는 전류가 매우 작아지고 따라서 소자들은 임계치 미만 영역에서 동작하도록 보장하게 된다. 이는 V_GS1과 V_GS2의 차이가 절대 온도 비례(proportional to absolute temperature, PTAT) 전압인 것을 보장한다. 다른 두 전압들(a₁V, a₂V)은 저항 사다리(163) 상의 탭 포인트로부터 생성된다.

기준 회로(162)는 다양한 방식들로 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 센서는 전용 기준 회로(162)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 각각의 기능성 회로 블록은 각각의 센서의 링 오실레이터(151)에 이 전압들을 제공하는 기준 회로(162)를 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 각각 상이한 전압 공급장치(또는 전압 레일)는 기준 회로(162)와 연관될 수 있는데, 이는 동일한 소스로부터 공급 전압을 수신하는 각각의 링 오실레이터(151)에 다양한 전압들을 분배한다.

도 7은 IC 내의 링 오실레이터들을 사용하는 센서 또는 센서들의 교정을 수행하기 위한 방법의 일 실시예의 흐름도이다. 방법(700)은 위에서 논의한 다양한 회로 실시예들 중 임의의 것뿐만 아니라 그와 연관된 소프트웨어 및/또는 펌웨어를 이용하여 수행될 수 있다. 본 명세서에 명백히 논의되지 않았지만 방법(700)을 또한 수행할 수 있는 다른 하드웨어/소프트웨어/펌웨어 실시예들이 가능하고 고려된다.

방법(700)은 V 및 T의 알려진 값들을 이용하여 ATE 상에서 초기 센서 교정이 수행되는 것으로 시작한다(블록(705)). 일 실시예에서, 각각의 링 오실레이터는 적어도 2개의 상이한 포인트들 V 및 T를 사용하여 교정될 수 있다. 이러한 포인트들 사이의 보간은 각각의 링 오실레이터에 대한 초기 특성화를 완료하는 데 이용될 수 있다. 원한다면, 추가 포인트들이 또한 사용될 수 있다. 교정의 이 부분에서 각각 사용되는 포인트들의 개수는 원하는 정확도, IC의 각각의 유닛에 대한 ATE 상의 허용 시간, 이용가능한 프로세싱 능력 및 이용가능한 메모리 능력에 기초하여 달라질 수 있다. 일반적으로, 사용되는 포인트들의 개수가 많을수록, 초기 교정이 더 정확해지지만, 이는 전형적으로 ATE 상의 IC의 각각의 유닛에 대하여 더 많은 시간을 들이게 된다.

추가로 주의할 점은 본 명세서에서 수행되는 교정이 위에서 논의한 다양한 수학적 방법론들의 수행을 포함할 수 있다는 것이다. 그러나, 다항식 또는 기타 수학적 함수를 이용하는 링 오실레이터의 특성화를 포함하는 다른 방법론들이 또한 가능하고 고려된다.

ATE 교정에 사용되는 포인트들에 기초하여, 각각의 링 오실레이터는 링 오실레이터의 동작의 주파수를 전압 및 온도의 함수로서 표현하는 다항식을 이용하여 특성화될 수 있다(블록(710)). 이 다항식은 후속 교정에 대한 시작 포인트를 제공할 수 있고, 그에 응답하여 업데이트될 수 있다.

센서들이 구현되는 IC를 포함하는 시스템의 후속 시동 시에 다음 교정이 수행될 수 있다(블록(715)). 이 후속 교정들에 응답하여, 각각의 링 오실레이터를 특성화하는 다항식들이 업데이트될 수 있다(블록(720)). 각각의 후속 차기 시동에서(블록 725), 방법은 블록(715)으로 되돌아갈 수 있고, 교정된 링 오실레이터에 대응하는 각각의 다항식의 다른 업데이트를 이용하여 다른 교정이 수행된다.

교정의 수행은 위에서 논의한 인스턴스들에 한정되지 않는다. 예를 들어, 일 실시예에서 교정은 또한 동작 시 주기적으로 수행된다. 다른 실시예에서, MCC(105)(또는 등가 회로/유닛) 내의 센서 및 더 정확한 기준 센서에 의해 검출되는 V 값 및 T 값이 모니터링될 수 있다. 센서(기능성 회로 블록 내의 것으로서 구성됨) 및 기준 센서에 의해 검출되는 V 및 T의 값들이 사전결정된 값 이상으로 상이한 경우, 이에 응답하여 교정이 수행될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 센서 및 기준 센서에 의해 검출된 V 값 및 T 값의 차이가 급격한 속도, 또는 사전결정된 속도 이상으로 변하는 경우, 교정이 수행될 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 논의된 방법론은 그의 범주 내에 그와 같은 실시예들을 포함하는 것으로 해석될 수 있다.

도 8은 2개의 링 오실레이터들을 사용하는 센서에 의해 표시되는 전압 및 온도를 판정하기 위한 방법의 일 실시예의 흐름도이다. 본 명세서에서 논의되는 방법(800)의 실시예는 센서들이 상이한 특성을 갖는 2개의 링 오실레이터들을 활용하는 실시예들 중 임의의 것을 이용하여 수행될 수 있다. 링 오실레이터들의 구성은 위에서 명백히 논의한 것뿐만 아니라, 본 명세서에서 명백히 논의하지 않은 것을 포함할 수 있다. 위에서 논의한 다양한 수학적 방법론들은 특정 실시예에 사용되는 링 오실레이터들을 특성화하는 데 사용될 수 있다. 본 명세서에서 명시적으로 논의되지 않은 추가 수학적 방법론들이 또한 본 발명의 범주 내에서 활용될 수 있다.

방법(800)은 제1 및 제2 링 오실레이터들로부터 주파수 값들 f1 및 f2를 각각 획득하는 것으로 시작된다(블록(805)). 이 주파수 값들은 그것들이 생성된 각자의 링 오실레이터를 특성화하는 다항식 수식들에 대입될 수 있다. 링 오실레이터들은 서로 매우 근접하게 배치되어 실질적으로 동일한 전압 및 온도 조건에서 동작할 수 있기 때문에, 그것들을 특성화하는 대응하는 다항식들은 연립방정식으로 간주될 수 있다. 따라서, 표시되는 f1 및 f2의 값에 기초하여 전압 및 온도에 대하여 연립방정식들의 해를 구할 수 있다(블록(810)).

도 9는 단일 링 오실레이터를 사용하는 센서에 의해 표시되는 전압 및 온도를 판정하기 위한 방법의 일 실시예의 흐름도이다. 본 명세서에서 논의된 바와 같은 방법(900)은 위에서 논의한 바와 같은 단일 링 오실레이터를 갖는 센서들을 포함하는 다양한 실시예를 이용하여 수행될 수 있다. 다른 하드웨어 실시예들뿐만 아니라, 본 명세서에서 명백히 논의되지 않은 지원 소프트웨어 및/또는 펌웨어 실시예들도 또한 방법(900)을 수행할 수 있고, 본 발명의 범주 내에 포함되는 것으로 고려된다.

방법(900)은 출력 주파수가 전압 및 온도의 함수인 다항식 함수로서 링 오실레이터를 특성화하는 단계를 포함한다(블록(905)). 특성화가 수행된 이후에, 상이한 V_in의 값들을 이용하여 다중 감지를 수행하고, 주파수들(f1 내지 f4)을 측정한다(블록(910)). 판정된 주파수 값들을 이용하여, 위에서 논의한 방정식(26)에 기초하여 계산이 이루어진다(블록(915)). 이로부터, 링 오실레이터 특성은 위에서 논의한 방정식(27)으로 간소화될 수 있으며, 전압 항들 중 하나는 온도 항으로 대체된다(블록(920)). 전압 항들 중 하나를 온도 항으로 대체하면, 방정식(27)은 온도(T)를 계산할 수 있고, 이에 기초하여, 전압(V)을 계산할 수 있다(블록(925)).

도 10은 MCC(105)의 인스턴스에 구현되는 기준 회로(107)뿐 아니라 개시되는 계측 시스템에 대한 그의 관계의 일 실시예를 전체로서 예시한 블록 다이어그램이다. 도시된 실시예에서, 기준 회로(107)(계측 골든 기준 센터로도 지칭될 수 있음)는 기능성 회로(211) 내의 다수의 센서들(120)에 커플링된다. 기능성 회로(211)는 중앙 프로세싱 유닛(CPU), 그래픽 프로세싱 유닛(GPU), 또는 시스템-온-칩(SoC; GPU, 및 CPU의 하나 이상의 인스턴스들을 포함할 수 있음)을 포함할 수 있다. 또한, 적어도 일부 실시예들에서, 센서들(120)은 계측 골든 기준 센터가 구현되는 IC 외부의 IC들에 구현될 수 있다는 것에 유의한다. 골든 기준 센터는 MCC(105)를 통해 센서들에 커플링된다.

도시된 실시예의 골든 기준 센터는 IC 전체에 걸쳐서 분포된 센서들과 실질적으로 동일한 센서(121)를 포함한다. 센서(121)의 이러한 인스턴스는 이후에 기준 센서로 지칭될 것이다. 기준 센서(121)는 시스템 내의 다른 센서들(120)과 정확히 동일한 토폴로지 및 그들과 실질적으로 동일한 특성을 가지며, 이에 따라, 동등한 동작 조건들에 대해 다른 센서들과 실질적으로 동일하게 응답할 수 있다. 기준 센서(121)는 본 명세서에서 Avdd로 도시된 고정밀 전압원으로부터 그의 공급 전압을 수신하도록 커플링되는데, 이러한 전압원은 골든 공급장치로도 지칭될 수 있다. 유사하게, 골든 온도 센서(127)가 기준 센서 근처에 구현된다. 골든 온도 센서(127)는 다양한 회로 토폴로지들 및 다른 온도 감지 메커니즘들을 이용하여 구현될 수 있는 높은 정확도의 온도 센서이다. 전체로서 시스템의 온도 센서들의 모델링은 기준 센서(121), 골든 온도 센서(127), 및 골든 공급장치에 의해 제공되는 전압의 동작에 기초할 수 있다. 기준 센서(121)로부터 획득된 데이터는 골든 공급장치의 전압 및 골든 온도 센서(127)로부터 수신된 온도와 상관될 수 있다. 기준 센서(121)는 이들 상관성에 기초하여 교정될 수 있다. 그 후, 기준 센서(121)로부터 획득된 데이터는 시스템 내의 다른 센서들(120)과 상관되어, 그들을 교정하고 각자의 다항식 특성(polynomial characteristic)을 형성하게 할 수 있다.

기준 회로(107)는 또한 아날로그 프로세스 모니터(125) 및 아날로그 테스트 센터(126)를 포함한다. 이러한 2개의 유닛들 내의 회로들은 IC 상에서 추가 계측 기능들을 위해 사용될 수 있고, 그렇게 접속되어 있는 경우, IC 외부의 다른 회로들을 위해 사용될 수 있다. 아래에서 논의되는 바와 같이, 아날로그 프로세스 모니터(125)는 IC/시스템 전체에 걸쳐서 분포된 다양한 디바이스들(예컨대, 트랜지스터들)의 특성을 획득하는 데 사용될 수 있다. 아날로그 테스트 센터(126)는 전압, 전류, 임피던스/저항, 및 커패시턴스와 같은 다양한 회로 파라미터들을 측정하기 위한 메커니즘을 제공하기 위해 IC/시스템의 다양한 부분들로부터 데이터를 수신할 수 있다. 아날로그 테스트 센터(126)는 이러한 값들을 IC의 다른 부분들에 의한 또는 그의 외부의 엔티티들에 의한 보내기(export) 및 분석을 위해 디지털화하도록 추가로 구성될 수 있다. 그러한 엔티티들은, 센서들(120/121)의 초기 교정 시에 사용되는 자동 테스트 장비(ATE)뿐 아니라 IC와 연동하여 사용될 수 있는 다른 타입의 테스트 장비를 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 아날로그 프로세스 모니터(125) 및 아날로그 테스트 센터(126) 양측 모두는 하기에서 더 상세히 논의될 것이다.

도 11은 MCC(105)의 일 실시예를 추가로 예시한 블록 다이어그램으로, 이는 기준 셀(300), 기준 센서(121), 및 골든 온도 센서(127)를 포함한다. 기준 셀(300)에는 기준 센서(121)에 제공될 고도로 정확한 전압을 생성하기 위한 회로가 포함된다. 도시된 실시예에서, 전압 기준 디지털-아날로그 컨버터(VREF DAC)(304)는 멀티플렉서(302) 및 DAC(306)를 포함한다. DAC(306)는, 멀티플렉서(302)를 통해, 계측 기준 전압 및/또는 밴드갭(band-gap) 회로(303)로부터의 출력을 수신하도록 커플링된다. 멀티플렉서(302)는 밴드갭 회로(303) 및 외부 기준 전압원과 같은 다양한 타입의 회로들에 커플링될 수 있다. 이러한 예에서, 기준 전압원은 자동 테스트 장비/전력 관리 유닛(ATE/PMU)(317)이다. 다른 전압원들은, 또한, 입력들을 멀티플렉서(302)에 제공하도록 커플링될 수 있다. 이러한 전압원들 각각은 멀티플렉서(302)를 통해 DAC(306)에 제공될 전압(또는 원하는 전압)을 표현하는 디지털 값을 출력하는 회로를 포함할 수 있다. 일부 경우에 있어서, 전압들은 본래 아날로그 값들로서 생성될 수 있고, 후속으로 VREF DAC(304)로의 송신을 위해 디지털로 변환될 수 있다. 다른 경우에 있어서, 전압들은 VREF DAC로 송신되는 디지털 값들로서 유래할 수 있다. (예컨대, 본 명세서에 도시되지 않은 다른 제어 회로로부터의 선택 신호로 인한) 멀티플렉서(302)에 의한 입력의 선택 후, DAC(306)는 선택된 디지털 값을 아날로그 전압으로 변환할 수 있다.

VREF DAC(304)의 출력은 낮은 드롭아웃(low dropout, LDO) 전압 조절기(307)에 제공될 수 있다. VREF DAC(304) 및 LDO 전압 조절기(307)의 조합을 사용하면, 기준 센서(121)에 제공되는 전압은 특성화를 위해 원하는 값으로 정확하게 구동될 수 있다. 더욱이, 그 회로는 넓은 범위 내의 전압들을 IC 상에서 사용되는 다양한 전압들에 대응하도록 구동시킬 수 있다. 예를 들어, 일 실시예는 3.25 ㎷의 정밀도로 0.5 볼트 내지 1.1 볼트의 값으로 LDO 전압 조절기(307)로부터의 전압을 구동할 수 있다. 그러나, 이러한 값들은 예시적이며, 본 발명의 범주에 대해 제한적인 것으로 의도되지 않는다는 것에 유의한다. LDO 전압 조절기(307)로부터 출력된 전압은 또한 아날로그 프로세스 모니터(APM)(125)에 제공될 수 있는데, 이 모니터는 이어서 멀티플렉서(329)의 입력에 커플링된다. LDO 전압 조절기(307)에 대한 전압 출력의 표현이 APM(125)으로부터 멀티플렉서(329)의 각자에 커플링된 입력으로 전달될 수 있다. 멀티플렉서(329)의 출력은 정밀 아날로그-디지털 컨버터(ADC)(311)에 커플링된다. 이러한 특정 실시예에서, ADC(311)는 시그마-델타(또는 ΣΔ ADC)이지만, 원한다면, 다른 타입의 고정밀 ADC들이 사용될 수 있다. 일반적으로, 사용되는 ADC는 저속의 고정밀 ADC일 수 있다. 멀티플렉서(329)의 다른 입력은 아날로그 버스에 커플링되고, 기준 셀(300) 외부의 소스들로부터 아날로그 테스트 신호들을 수신할 수 있다. 소스는 동일한 IC 상에 있을 수 있거나, 또는 그 외부의 회로로부터의 것일 수 있다. 아날로그 버스를 통해 수신된 아날로그 테스트 신호들은 IC의 노화의 특성, 프로세스, 디바이스 특성 등을 나타내는 정보를 포함할 수 있다. 따라서, 이는 효과적으로 MCC(105)를, 다수의 상이한 소스들로부터 미처리의 아날로그 데이터를 수신하기 위한 그리고 추가 프로세싱 및/또는 분석을 위해 대응하는 디지털 데이터를 제공하기 위한 허브가 되게 할 수 있다. 이는 광범위한 디버그 및 테스팅이 IC(또는 아날로그 버스를 통해 정보를 제공하는 외부 회로들) 상에서 수행될 수 있게 할 수 있다.

정밀 ADC(311)는 멀티플렉서에 의해 수신된 신호들 중 임의의 것을 디지털 포맷으로 변환할 수 있고, 이들을 계측 골든 기준 센터 외부의 목적지로 출력할 수 있다. 목적지는 온-칩(예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 서비스 프로세서(111)), 오프-칩(예컨대, ATE), 또는 양측 모두일 수 있다.

기준 셀(300)은 또한 온도 프론트엔드(temperature front end, TFE) 회로(309)를 포함한다. TFE 회로(309)는 고도로 정확한 온도 측정물을 생성하도록 구성된 아날로그 회로이다. 이러한 예에 도시된 토폴로지는 온도에 따라 출력을 변화시킬 수 있는 전류원, 및 다이오드를 포함한다. 그럼에도 불구하고, 실제로, 정밀 온도 판독물들을 생성할 수 있는 임의의 타입의 회로가 본 발명의 범주 내에 속할 수 있다. TFE 회로(309)에 의해 생성된 판독물들은 멀티플렉서(329)를 통해 정밀 ADC(311) 내로 입력될 수 있고, 디지털 포맷으로 변환될 수 있다. 생성된 데이터는 교정 및 그의 다항식 특성화 시의 사용을 위해 기준 센서(121)에 의해 획득된 온도 데이터와 상관될 수 있다.

아날로그 신호들을 ACD의 입력에 제공하는 것에 더하여, 멀티플렉서는, 또한, 아날로그 신호들을 외부 장비에 커플링시키는 데 적합한 인터페이스로 제공할 수 있다. 예를 들어, 멀티플렉서로부터 출력된 아날로그 신호들은 자동 테스트 장비 또는 다른 랩 장비로 제공될 수 있다. 이는 ADC로부터 출력된 디지털 값들과 그들이 생성되게 된 대응하는 아날로그 신호들 사이의 비교를 위한 유용한 기준 및 기초를 제공할 수 있다. 이러한 특정 예에서, 멀티플렉서(329)로부터 출력된 전압은 외부 아날로그 전압 측정 유닛(323)에 제공된다. 아날로그 전압 측정 유닛에 의해 취해진 측정물들은 정밀 ADC(311)로부터 디지털 방식으로 출력된 것들의 정확도를 확인하기 위해 이들과 비교될 수 있다.

도 12는 IC 상에 구현된 바와 같은 APM(125)의 일 실시예를 예시한 블록 다이어그램이다. 이러한 특정 실시예는, 또한, 도 11을 참조하여 전술된 실시예에 대해 DAC(306) 및 LDO 전압 조절기(307)의 별개의 인스턴스들을 도시한다. 그러나, 도 11의 실시예에 도시된 DAC(306) 및 LDO 전압 조절기(307)의 인스턴스들을 활용하는 실시예들이 가능하고 고려된다.

APM(125)은, 또한, 본 명세서에서 DAC(336)로 라벨링된 별개의 DAC를 포함한다. DAC(336)는 상응하게 커플링된 트랜지스터 상으로 구동될 원하는 게이트 전압에 대응하는 디지털 입력을 수신할 수 있다. 트랜지스터는 본 명세서에서 DUT(device under test)(331)로서 도시되어 있다. DUT(331)로서 선택가능한 트랜지스터들은, 특정 실시예에 따라, IC 상의 트랜지스터들 중 사실상 임의의 것(또는 전부)을 포함할 수 있다. 일반적으로 말하자면, 적어도 IC 상에 구현된 것들의 서브세트를 포함하는 다수의 트랜지스터들은 DUT(331)로서 선택가능할 수 있다(간소성을 위해, 선택 회로는 본 명세서에 도시되어 있지 않지만, 그의 존재가 암시된다). 트랜지스터들 중 하나의 특정 트랜지스터가 다른 트랜지스터들을 제외하고 DUT(331)인 것으로 선택될 수 있다. 이러한 배열은 정밀한 전압이 본 명세서에서 또한 가변 저항기(327)에 커플링된 것으로 도시된 DUT(331)의 게이트 상에 배치되게 할 수 있다. 이러한 배열물에서, DUT(331)가 되도록 선택된 트랜지스터를 통한 드레인-소스 전류가 저항기(327)의 가변 저항에 걸친 전압을 통해 측정될 수 있다. 이는, 이어서, 게이트 전압의 함수로서 소스-드레인 전류의 측정을 가능하게 할 수 있다. 이러한 값을 사용하면, 트랜스컨덕턴스, 출력 임피던스 등과 같은, DUT(331)에 관한 다른 값들이 도출될 수 있다. 이러한 값들은 (게이트에 인가되는 전압의 관점에서) 가변 저항기(327)에 걸친 전압에 반영될 수 있다. 저항기에 걸친 전압은 정밀 ADC(311)(이는, 일 실시예에서, 전술된 바와 같이, 저속 고분해능 ΣΔ ADC일 수 있음) 내로 입력되고, 추가 프로세싱 및 분석을 위해 디지털 출력으로서 제공된다. 도시된 배열물은 APM(125)이 그에 접속될 수 있는 임의의 트랜지스터의 아날로그 특성을 매우 적은 추가 오버헤드로 생성하게 한다. 따라서, APM(125)이 선택된 개별 디바이스들 상에서 동작하도록 구성되므로, 그 디바이스에 대한 각자의 특성이 획득될 수 있다. 이는, IC의 개별 디바이스들뿐 아니라 전체 프로세스, 전압, 및 온도 변화를 노화와 같은 다른 요인과 함께 분석할 때 상당한 정도의 입도를 제공할 수 있다. 더욱이, 이러한 배열물은 IC 상의 개별 회로들에 대한 파라미터들의 교정을 또한 높은 정도의 입도와 함께 허용할 수 있다.

이제, 도 13을 참조하면, IC 상에 구현된 아날로그 테스트 센터(126)의 일 실시예를 예시한 블록 다이어그램이 도시되어 있다. 도시된 실시예에서, 아날로그 테스트 센터(126)는 3개의 입력들을 갖는 멀티플렉서(329)를 포함한다. 제1 입력은 온도 감지 프론트엔드(TFE) 회로(309)로부터의 것이다. TFE 회로(309)는 임의의 적합한 회로 토폴로지와 함께 구현될 수 있는 매우 높은 정확도의 온도 센서이다. 제2 입력은 도 12를 참조하여 전술된 것과 같은 APM(125)의 실시예로부터의 것이다. 제3 입력은 시스템 전체에 걸쳐서 다른 아날로그 측정 시스템 유닛들(동일한 IC 상에, 그 외부의 회로들 상에, 또는 이들의 일부 조합에 구현될 수 있음)로부터의 아날로그 테스트 신호들을 전달하도록 커플링된 아날로그 버스로부터의 것이다. 멀티플렉서의 출력은 전술된 ΣΔ ADC와 같은 저속 고분해능 ADC(311)에 커플링된다. 따라서, (TFE 회로(309)로부터의) 온도 데이터, (APM(125)으로부터의) 개별 트랜지스터 데이터, 또는 다른 아날로그 측정 신호들은 디지털 포맷으로 변환될 수 있고, 추가 프로세싱 및 분석을 위해 다른 디지털 회로들로 출력될 수 있다. ADC(311)의 분해능 및 (온도 감지 프론트엔드와 같은) 아날로그 회로의 정밀도로 인해, 고도로 정확한 데이터가 제공될 수 있다. 이는, 이어서, 전체에 걸쳐서 분포된 센서들 및 개별 트랜지스터들을 포함한 IC의 다양한 컴포넌트들의 더 양호한 특성화를 가능하게 할 수 있다.

일반적으로, ATC(126)는 아날로그 신호들을 집합 및 라우팅하기 위한 그리고 대응하는 디지털 정보를 생성하기 위한 허브를 제공할 수 있다. APM(125) 및 다른 아날로그 측정 신호들을 통해, 데이터는 IC의 사실상 임의의 부분으로부터, 그리고 일부 실시예들에서는 그의 외부의 회로들로부터 제공될 수 있다. 따라서, ATC(126)는 칩 및/또는 외부 회로들의 동작에 관한 상당한 양의 정보가 추출될 수 있게 되는 포트로서 효과적으로 작용할 수 있다.

도 14는 MCC(105)의 실시예에서 사용되는 골든 온도 센서(127) 내의 온도 감지 회로의 일 실시예를 도시한 다이어그램이다. 도시된 실시예에서, TFE(309)는 감지된 온도를 아날로그 전압으로 변환하는 회로 토폴로지를 구현한다. 이러한 특정 예에서, 2개의 전류원들 및 2개의 각자 커플링된 다이오드들이 온도에 대응하는 전압 차이를 생성하는 데 사용된다. 그러나, 이러한 토폴로지는 예시적이고, 높은 정확도의 판독물들을 제공하는 데 적합한 임의의 온도 감지 회로가 구현될 수 있다. 차동 전압이 선택적 ADC 인터페이스(337)에, 그리고, 그 후, ADC(341)에(또는, 대안으로, 전술된 바와 같은 ADC(311)에) 제공될 수 있다. ADC(341)는 아날로그 전압 차이를 디지털 백엔드(347)에 제공되는 디지털 신호로 변환하도록 배열된다. 선택적 디지털 사전교정 회로(343)가 본 명세서에 도시되어 있으며, 디지털 도메인에서 임의의 원하는 사전교정 동작을 수행할 수 있다. 이어서, 출력이, 감지된 온도에 대한 출력 온도 판독물을 교정하기 위한 디지털 교정 엔진(345)에 제공된다. 디지털 교정 엔진으로부터의 출력은 외부 목적지, 즉 온-칩 또는 오프-칩 중 어느 하나(예컨대, 자동 테스트 장비(399))에 제공되는 N-비트 출력일 수 있다. 자동 테스트 장비(399)(또는 다른 외부 목적지)는, 또한, 디지털 교정 엔진(345)에 피드백을 제공하여, 더 큰 정확도를 갖는 폐루프 교정 프로세스를 가능하게 할 수 있다. 감지된 온도의 디지털 표현은 생성된 아날로그 전압을 온도의 함수로서 정의하는 다항식 특성화를 형성하는 데 사용될 수 있다.

본 명세서에서, 온도 감지 동작의 아날로그 부분과 디지털 부분 사이의 기능의 분할은 예시적이고, 본 발명의 범주 내에 속하는 모든 실시예들에 반드시 적용되는 것은 아니라는 것에 유의한다. 일반적으로, 일부 실시예들은 회로의 아날로그 부분에 대해 더 많은 주안점을 둘 수 있는 반면, 다른 실시예들은 회로의 디지털 부분에 대해 더 많은 주안점을 둘 수 있다.

전술된 다양한 시스템들 및 회로들은 회로들을 설계하고 특성화시키며 동작시키는 데 있어서 다수의 이점들을 제공할 수 있다. 전형적인 종래 기술의 회로에서, 아날로그 설계의 내재적 단점들은 대개 보상에 대한 과설계(overdesign)를 초래한다. 이는, 결과적으로, 증가된 IC 면적 소비, 전력 소비, 또는 양측 모두를 초래할 수 있다. 전술된 회로들은 아날로그 단점들의 근원을 드러내는 정보를 제공함으로써 과설계할 필요성을 감소시키거나 제거할 수 있다. 단점들의 근원에 대한 이해에 기초하여, 과설계할 필요성을 적어도 부분적으로 제거하여, 원하는 성능 목표를 달성하면서 전력 및 면적의 더 효율적인 축소를 허용하는 측정 및 대응하는 정정이 수행될 수 있다.

다음, 도 15를 참조하면, 시스템(150)의 일 실시예의 블록 다이어그램이 도시되어 있다. 예시된 실시예에서, 시스템(150)은 외부 메모리(158)에 커플링된 집적회로(10)의 적어도 하나의 인스턴스를 포함한다. 집적회로(10)는 외부 메모리(158)에 커플링되는 메모리 제어기를 포함할 수 있다. 집적회로(10)는 하나 이상의 주변장치들(154) 및 외부 메모리(158)에 커플링된다. 또한, 집적회로(10)에 공급 전압을 공급할 뿐만 아니라, 메모리(158) 및/또는 주변장치들(154)에 하나 이상의 공급 전압들을 공급하는 전력 공급장치(156)가 제공된다. 일부 실시예들에서, 집적회로(10)의 인스턴스가 둘 이상 포함될 수 있다(그리고 둘 이상의 외부 메모리(158)도 포함될 수 있다).

주변장치들(154)은 시스템(150)의 타입에 따라 임의의 원하는 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 시스템(150)은 모바일 디바이스(예컨대, 개인 휴대 정보 단말기(personal digital assistant, PDA), 스마트 폰 등)일 수 있고, 주변장치들(154)은 WiFi, 블루투스(Bluetooth), 셀룰러, 글로벌 포지셔닝 시스템 등과 같은 다양한 타입의 무선 통신용 디바이스들을 포함할 수 있다. 주변장치들(154)은, 또한, RAM 저장 장치, 솔리드 스테이트 저장장치(solid state storage) 또는 디스크 저장장치를 비롯한 추가 저장장치를 포함할 수 있다. 주변장치들(154)은 터치 디스플레이 스크린 또는 멀티터치 디스플레이 스크린을 비롯한 디스플레이 스크린과 같은 사용자 인터페이스 디바이스들, 키보드 또는 다른 입력 디바이스들, 마이크로폰, 스피커 등을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 시스템(150)은 임의의 타입의 컴퓨팅 시스템(예를 들어, 데스크톱 개인용 컴퓨터, 랩톱, 워크스테이션, 태블릿 등)일 수 있다.

외부 메모리(158)는 임의의 타입의 메모리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 외부 메모리(158)는 SRAM, DRAM(dynamic RAM), 예컨대 SDRAM(synchronous DRAM), 2배속(DDR, DDR2, DDR3, LPDDR1, LPDDR2 등) SDRAM, RAMBUS DRAM 등일 수 있다. 외부 메모리(158)는 메모리 디바이스들이 실장되는 하나 이상의 메모리 모듈들, 예컨대 SIMM(single inline memory module), DIMM(dual inline memory module) 등을 포함할 수 있다.

상기 논의가 센서들(120) 및 기준 센서(121)에 관한 것이었다는 것에 유의하지만, 본 발명은 본 명세서에서 논의되지 않은 다른 타입의 센서들을 포함하는 것으로부터 IC 또는 시스템을 배제하는 것으로 의도되지 않는다는 것에 유의한다. 따라서, "복수의 센서들"에 관한 청구항의 언어는 기준 센서와 동일한 회로 토폴로지 및 동작 특성을 갖는 그러한 센서들을 포괄하도록 의도되지만, 동일한 IC 상에 또는 동일한 시스템 내에 또한 구현될 수 있는 다른 타입의 센서들을 배제하도록 의도되지는 않는다.

상기의 개시내용이 완전히 이해된다면, 당업자에게는 다수의 변형들 및 수정예들이 명백해질 것이다. 다음의 청구범위는 모든 그러한 변형들 및 수정예들을 망라하는 것으로 해석되도록 의도된다.

Claims

집적회로로서,
하나 이상의 기능성 회로 블록들 중 대응하는 회로 블록들 내에 구현되는 복수의 센서들;
계측 제어 회로 - 상기 계측 제어 회로는,
상기 복수의 센서들 각각과 동일한 회로 토폴로지를 갖는 기준 센서;
상기 계측 제어 회로 내의 회로에만 공지의 전압 값을 제공하도록 구성된, 상기 기준 센서를 포함하는 전압 생성 회로;
상기 기준 센서에 근접해 있는 온도 감지 회로; 및
상기 기준 센서로부터 수신된 판독물들과, 상기 전압 생성 회로로부터 그리고 상기 온도 감지 회로로부터 수신된 판독물들과의 상관성에 기초하여 상기 복수의 센서들 각각을 교정하도록 구성된 프로세싱 회로
를 포함함 -; 및
상기 계측 제어 회로와 상기 복수의 센서들 사이에 결합된 버스
를 포함하고, 상기 계측 제어 회로는 상기 버스를 통해 상기 복수의 센서들 각각으로부터 정보를 수신하도록 구성되고, 상기 프로세싱 회로는 상기 버스를 통해 수신된 정보에 기초하여 상기 복수의 센서들 각각에 대한 전압 및 온도를 결정하도록 더 구성되는, 집적회로.
제1항에 있어서, 상기 프로세싱 회로는 상기 기준 센서의 하나 이상의 링 오실레이터들로부터 수신된 주파수 정보를 상기 전압 생성 회로 및 상기 온도 감지 회로로부터 수신된 판독물들과 상관시키도록 구성된, 집적회로.
제2항에 있어서, 상기 프로세싱 회로는 상기 복수의 센서들 각각에 대해, 상기 기준 센서의 상기 하나 이상의 링 오실레이터들로부터 수신된 주파수 정보와 상기 전압 생성 회로 및 상기 온도 감지 회로로부터 수신된 상기 판독물들을 상관시키는 것에 기초하여 동작의 수학 모델을 개발하도록 구성된, 집적회로.
제1항에 있어서, 구현된 상기 복수의 센서들 각각은 상기 기능성 회로 블록들 중 그의 대응하는 하나의 회로 블록에 구현되는 기능성 회로에 제공되는 로컬 공급 전압을 수신하도록 커플링되는, 집적회로.
제1항에 있어서, 상기 전압 생성 회로는 원하는 아날로그 전압을 표현하는 디지털 값을 수신하도록 커플링되는 디지털-아날로그 컨버터(DAC)를 포함하는, 집적회로.
제5항에 있어서, 상기 전압 생성 회로는 상기 DAC로부터 아날로그 전압을 수신하도록 커플링되는 낮은 드롭아웃(LDO) 전압 조절기를 추가로 포함하고, 상기 LDO 전압 조절기는 상기 공지의 전압을 상기 기준 센서에 제공하도록 커플링되는, 집적회로.
제5항에 있어서, 상기 DAC는 멀티플렉서로부터 상기 디지털 값을 수신하도록 커플링되고, 상기 멀티플렉서는 상기 계측 제어 회로에 구현된 밴드갭 회로로부터 제1 디지털 값을, 그리고 상기 집적회로 외부의 소스로부터 제2 디지털 값을 수신하도록 커플링되는, 집적회로.
제1항에 있어서, 상기 계측 제어 회로는, 상기 집적회로 상에 구현된 적어도 일 서브세트의 복수의 트랜지스터들 각각의 동작 특성을 판정하도록 구성된 아날로그 프로세스 모니터링 회로를 추가로 포함하고, 상기 아날로그 프로세스 모니터링 회로는 상기 전압 생성 회로로부터 입력 전압을 수신하도록 커플링되는, 집적회로.
제8항에 있어서, 상기 아날로그 프로세스 모니터링 회로는 디지털 입력 값에 기초하여 선택된 트랜지스터의 게이트 단자에 원하는 전압을 제공하도록 구성된 디지털-아날로그 컨버터(DAC)를 포함하는, 집적회로.
제9항에 있어서, 상기 아날로그 프로세스 모니터링 회로는 상기 선택된 트랜지스터의 단자 상에 존재하는 제1 전압을 조절하도록 구성된 가변 저항기를 포함하고, 상기 가변 저항기는 제1 시그마-델타 아날로그-디지털 컨버터(ΣΔ ADC)에 커플링되어, 상기 가변 저항기에 걸쳐서 생성된 제2 전압이 상기 제1 ΣΔ ADC 내로 입력되게 하고, 상기 제2 전압은 상기 선택된 트랜지스터를 통과하는 드레인-소스 전류에 비례하는, 집적회로.
제8항에 있어서, 상기 아날로그 프로세스 모니터링 회로로부터 제1 아날로그 전압을 수신하도록 커플링되는 제1 입력, 온도 프론트엔드 회로로부터 제2 아날로그 전압을 수신하도록 커플링되는 제2 입력, 및 상기 계측 제어 회로 외부의 하나 이상의 대응하는 소스들로부터 각자의 아날로그 신호들을 수신하도록 커플링되는 하나 이상의 추가 입력들을 갖는 멀티플렉서를 추가로 포함하는, 집적회로.
제11항에 있어서, 상기 멀티플렉서로부터 선택된 아날로그 신호를 수신하도록 그리고 상기 멀티플렉서의 선택된 입력의 특성을 나타내는 대응하는 디지털 신호를 생성하도록 커플링되는 제2 ΣΔ ADC 회로를 추가로 포함하는, 집적회로.
방법으로서,
전압 생성 회로를 사용하여 공지의 전압을 생성하는 단계;
집적회로 상에 구현된 계측 제어 회로 내의 회로에만 상기 공지의 전압을 제공하는 단계;
상기 공지의 전압을 상기 계측 제어 회로 내에 구현된 기준 센서에 제공하는 단계 - 상기 기준 센서는 하나 이상의 링 오실레이터들을 포함함 -;
상기 기준 센서에 근접해 있는 상기 계측 제어 회로 내에 구현된 온도 감지 회로를 사용하여 온도를 판정하는 단계;
프로세싱 회로를 사용하여, 상기 기준 센서의 상기 하나 이상의 링 오실레이터들 각각으로부터 획득된 주파수들을 상기 공지의 전압 및 상기 온도 감지 회로로부터 획득된 하나 이상의 판독물들과 상관시키는 단계;
상기 상관시키는 단계에 기초하여, 상기 집적회로 상에 구현된 복수의 센서들을 교정하는 단계 - 상기 복수의 센서들 각각은 상기 기준 센서의 회로 토폴로지와 동일한 회로 토폴로지를 가짐 -;
상기 복수의 센서들 각각으로부터 버스를 통해 상기 계측 제어 회로에 정보를 제공하는 단계; 및
상기 버스를 통해 수신된 정보에 기초하여 상기 복수의 센서들 각각에 의해 감지되는 각각의 전압 및 온도를 결정하는 단계
를 포함하는, 방법.
제13항에 있어서, 상기 프로세싱 회로가, 상기 복수의 센서들 각각에 대해, 상기 상관시키는 단계에 기초하여 동작의 수학 모델을 개발하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제13항에 있어서, 상기 전압 생성 회로는 디지털-아날로그 컨버터(DAC)를 포함하고, 상기 방법은,
디지털 값을 상기 DAC에 제공하는 단계 - 상기 디지털 값은 상기 공지의 전압의 원하는 값을 나타냄 -; 및
상기 디지털 값을 상기 공지의 전압으로 변환하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
시스템으로서,
하나 이상의 기능성 회로 블록들 중 대응하는 회로 블록들 내에 구현되는 복수의 센서들 - 상기 복수의 센서들 각각은 하나 이상의 링 오실레이터들을 포함함 -;
계측 제어 회로 - 상기 계측 제어 회로는,
상기 복수의 센서들 각각의 동일한 회로 토폴로지를 사용하여 구현되는 기준 센서;
상기 기준 센서에 근접해서 구현되는 기준 온도 센서;
상기 계측 제어 회로 내의 회로에만 기준 전압을 제공하도록 커플링되는, 상기 기준 센서를 포함하는 기준 전압 발생기; 및
상기 기준 센서의 상기 링 오실레이터들로부터 획득된 주파수 판독물들, 상기 기준 전압, 및 상기 기준 온도 센서에 의해 판정된 기준 온도를 상관시킨 것에 기초하여 상기 기준 센서의 동작의 수학 모델을 생성하도록 구성된 프로세싱 회로
를 포함함 -; 및
상기 계측 제어 회로와 상기 복수의 센서들 사이에 결합된 버스
를 포함하고, 상기 계측 제어 회로는 상기 버스를 통해 상기 복수의 센서들 각각으로부터 정보를 수신하도록 구성되고, 상기 프로세싱 회로는 상기 버스를 통해 수신된 정보에 기초하여 상기 복수의 센서들 각각에 대한 전압 및 온도를 결정하도록 더 구성되는, 시스템.
제16항에 있어서, 상기 프로세싱 회로는 상기 상관시킨 것에 기초하여 상기 복수의 센서들 각각을 교정하도록 추가로 구성된, 시스템.
제16항에 있어서, 상기 계측 제어 회로는 집적회로 상에 구현된 적어도 일 서브세트의 복수의 트랜지스터들 각각의 동작 특성을 판정하도록 구성된 아날로그 프로세스 모니터링 회로를 추가로 포함하는, 시스템.
제18항에 있어서, 상기 아날로그 프로세스 모니터링 회로는 상기 선택된 트랜지스터의 단자 상에 존재하는 제1 전압을 조절하도록 구성된 가변 저항기를 포함하고, 상기 가변 저항기는 시그마-델타 아날로그-디지털 컨버터(ΣΔ ADC)에 커플링되어, 상기 가변 저항기에 걸쳐서 생성된 제2 전압이 상기 ΣΔ ADC 내로 입력되게 하고, 상기 제2 전압은 상기 선택된 트랜지스터를 통과하는 드레인-소스 전류를 나타내는, 시스템.
제18항에 있어서, 온도 감지 회로, 상기 아날로그 프로세스 모니터링 회로, 및 하나 이상의 아날로그 측정 신호들 중 선택된 하나로부터 수신된 아날로그 신호들에 대응하는 디지털 신호들을 인터페이스에 제공하도록 구성된 아날로그 테스트 센터 회로를 추가로 포함하는, 시스템.