KR20180034528A - 온칩 파라미터 측정 - Google Patents

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Abstract

온칩 파라미터 측정을 수행하기 위한 장치 및 방법이 개시된다. 일 실시예에서, IC는 다수의 기능성 회로 블록을 포함하며, 이들은 각각 전압 및 온도와 같은 파라미터들을 측정하기 위한 하나 이상의 센서를 갖는다. 각각의 기능성 블록들은 로컬 공급 전압 노드로부터 전력을 수신하도록 결합된 회로부를 포함한다. 유사하게, 각각의 센서들의 회로부는 또한 대응하는 로컬 공급 전압 노드로부터 전력을 수신하도록 결합된다. 각각의 센서들은 공정, 전압, 및 온도 변이를 보상하기 위하여 보정될 수 있다. 센서들의 특성에 기초하는 다양한 방법들을 이용하여 보정을 수행할 수 있다.

Description

온칩 파라미터 측정
본 개시내용은 집적회로에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 집적회로의 동작 시 온도 및 전압과 같은 파라미터들을 모니터하는 것에 관한 것이다.
특징부 크기가 감소함에 따라, 집적회로(IC) 상의 트랜지스터의 수는 그에 따라 증가했다. 단위 면적 당 트랜지스터의 수의 증가로 인해 IC의 열 출력이 대응하여 증가하게 되었다. 더욱이, 단위 면적 당 트랜지스터의 수의 증가는 또한 IC 상의 다양한 기능성 회로부에 제공되는 공급 전압의 감소에 대응하게 되었다. 이는 결과적으로 IC의 성능, 전력 소비, 및 열 출력의 균형의 맞추는 데 있어서 어려운 과제를 야기하였다. 이를 위해, 많은 IC들은 IC의 다양한 메트릭들(예컨대, 온도, 전압, 전압 저하)를 모니터하고 수신된 측정치에 기초하여 성능을 조정하는 서브시스템들을 구현한다. 예를 들어, 제어 서브시스템은 사전정의된 임계치를 초과하는 온도 판독에 응답하여 클록 주파수, 공급 전압, 또는 둘 모두를 감소시킬 수 있다. 이는, 명시된 열적 한계 내에서 IC의 동작을 유지하도록 도울 수 있다. 그러한 제어 시스템들은 측정된 메트릭들이 제한 내에 유지될 때 소정의 기능성 회로들의 성능을 또한 부스트할 수 있다.
시스템 메트릭들에 기초하여 성능을 제어하는 데 사용되는 IC 서브시스템들은 전형적으로 하나 이상의 센서 및 적어도 하나의 제어 시스템을 포함한다. 공정, 전압, 및 온도 변이와 같은 요인들로 인해, 적어도 그러한 서브시스템의 센서들은 IC 내의 기능성 회로부에 전력을 공급하는 데 사용되는 것과 상이한 공급원으로부터 전력을 수신하도록 결합될 수 있다. 예를 들어, 일부 IC들은 기능성 회로부에 전력을 제공하는 데 사용되는 공급장치들과 별개인 아날로그 전력 공급장치를 이용한다. 이는 IC 상의 기능성 회로부에 전력을 제공하는 공급장치들에 야기되는 변동들로부터 일정 정도 격리되는 센서들을 제공할 수 있다.
온칩 파라미터 측정을 수행하기 위한 장치 및 방법이 개시된다. 일 실시예에서, IC는 다수의 기능성 회로 블록을 포함하며, 이들은 각각 전압 및 온도와 같은 파라미터들을 측정하기 위한 하나 이상의 센서를 갖는다. 각각의 기능성 블록들은 로컬 공급 전압 노드로부터 전력을 수신하도록 결합된 회로부를 포함한다. 유사하게, 각각의 센서들의 회로부는 또한 대응하는 로컬 공급 전압 노드로부터 전력을 수신하도록 결합된다. 각각의 센서들은 공정, 전압, 및 온도 변이를 보상하기 위하여 보정될 수 있다. 센서들의 특성에 기초하는 다양한 방법들을 이용하여 보정을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 방법은 IC의 다양한 기능성 회로 블록들에서 구현된 센서들을 포함한다. 센서들은 그의 대응하는 기능성 회로 블록에서 구현된 회로부와 동일한 로컬 공급 전압을 수신하도록 결합된다. 센서들은 초기에 자동 시험 장비(ATE) 상에서 알려진 전압 및 온도로 보정될 수 있다. 후속 보정은 IC의 동작 시, 예컨대, IC가 구현되는 시스템을 시동하는 동안 수행될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 센서들은 링 오실레이터를 이용하여 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 센서는 상이한 특성을 갖는, 별개인 2개의 링 오실레이터를 포함할 수 있다. 두 링 오실레이터로부터 주파수가 획득될 수 있고, 주파수에 기초하여 전압 및 온도를 계산할 수 있다. 다른 실시예에서, 단일 링 오실레이터는 가변 입력 및 바이어스 전압을 수신할 수 있는 특수 구성 인버터를 이용하여 구현될 수 있다. 전압 및 온도는 다중 감지 기술을 이용하여 결정될 수 있다. 다양한 수학적 기법들, 예컨대 부분 선형 근사(piecewise linear fitting), 순환 최소 자승 알고리즘(recursive least squares algorithm), 및 다양한 표면 근사 기법(surface fitting technique)들이 링 오실레이터를 보정하고 특성을 기술하는 데 사용될 수 있다.
하기의 상세한 설명은 첨부 도면들을 참조하며, 이제 도면들이 간단히 설명된다.
도 1은 IC의 일 실시예의 블록도이다.
도 2는 다수의 센서들을 갖는 기능성 회로 블록의 일 실시예의 블록도이다.
도 3은 2개의 링 오실레이터를 이용하는 센서의 실시예에 대한 동작 개념을 예시하는 블록도이다.
도 4는 2개의 링 오실레이터를 갖는 센서의 일 실시예의 블록도이다.
도 5는 단일 링 오실레이터를 갖는 센서의 일 실시예의 블록도이다.
도 6은 링 오실레이터를 구현하는 데 사용되는 회로부의 일 실시예의 개략도이다.
도 7은 IC 상의 센서들을 보정하기 위한 방법의 일 실시예의 흐름도이다.
도 8은 2개의 링 오실레이터를 이용하는 센서에 의해 표시되는 전압 및 온도를 결정하기 위한 방법의 일 실시예의 흐름도이다.
도 9는 단일 링 오실레이터를 이용하는 센서에 의해 표시되는 전압 및 온도를 결정하기 위한 방법의 일 실시예의 흐름도이다.
도 10은 예시적인 시스템의 일 실시예의 블록도이다.
개시되는 발명 대상은 다양한 수정들 및 대안적인 형태들이 가능하지만, 그의 특정 실시예들은 도면들에서 예시로 도시되고, 본 명세서에서 상세하게 기술될 것이다. 그러나, 도면들 및 이에 대한 상세한 설명은 발명 대상을 개시된 특정 형태로 제한하도록 의도되는 것이 아니며, 반대로, 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 바와 같은 기술된 발명 대상의 사상 및 범주 내에 속하는 모든 수정들, 등가물들 및 대안들을 포괄하려는 의도로 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, 예를 들어 광 또는 자기 디스크 저장장치, 플래시 메모리, 프로그래밍 가능한 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 블록도가 도시된다. 도시된 실시예에서, IC(10)는 2개의 기능성 회로 블록, 프로세싱 유닛(PU)(130), 및 PU(140)를 포함한다. 다양한 실시예들에서, PU(130)의 추가적인 인스턴스들을 포함하는 다른 기능성 회로 블록들이 포함될 수 있다. 따라서 PU(130) 및 PU(140)는 본 명세서에서 예시적인 기능성 회로 블록들로서 도시되지만, 본 개시내용의 범주를 한정하도록 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 개시내용의 범주는 이러한 유형의 기능성 회로 블록들 중 임의의 것뿐만 아니라, 본 명세서에 명백히 언급되지 않은 다른 것들에도 적용될 수 있다. 본 명세서에 도시된 기능성 회로 블록들의 갯수는 예시적일 뿐만 아니라, 본 개시내용은 어떠한 특정 갯수에도 한정되지 않는다.
도시된 실시예의 PU(130)는 명령어 세트의 명령어들을 실행하고 범용 프로세싱 동작들을 수행하도록 구성된 범용 프로세서 코어이다. 따라서 PU(130)의 기능성 회로부(131)는 다양한 유형(정수, 부동소수 등)의 실행 유닛들, 레지스터 파일, 스케줄러, 명령어 페치 유닛, 다양한 레벨의 캐시 메모리와 같은 다양한 유형의 회로부, 및 프로세서 코어에서 구현될 수 있는 기타 회로부를 포함할 수 있다. PU(130), 및 PU(130) 내의 모든 회로부는 이 실시예에서 공급 전압(Vdd1)을 수신하도록 결합된다. 그러나 주의할 점은 다중 전력 도메인, 즉 다중 공급 전압이 PU(130)의 다양한 실시예들에서 구현될 수 있다는 것이다. 더욱이, PU(130)에 제공되는 공급 전압은 전력 관리 회로부(도시되지 않음)의 제어하에 달라질 수 있다. 전력 관리 회로부는 성능 레벨, 열 출력, 및 전력 소비를 제어하는 것과 같은 다양한 이유들로 인해 전압을 조정한다.
도시된 실시예의 GPU(140)는 기능성 회로부(141)를 포함하고, 이는 다양한 유형의 그래픽 프로세싱 회로부를 구현할 수 있다. 이는 그래픽 프로세싱 코어, 다양한 유형의 메모리 및 레지스터 등을 포함할 수 있다. 도시된 실시예의 GPU(140)는 PU(130)에 의해 수신되는 바와 같이, Vdd1과 별개인 제2 공급 전압(Vdd2)을 수신하도록 결합된다.
PU(130) 및 PU(140)는 둘 모두 다수의 센서들(120)을 포함한다. 본 명세서에 도시된 특정 갯수의 센서들은 예시적인 것이고, 실제 실시예들에서는 더 많거나, 더 적거나 또는 같을 수 있다. 센서들(120)은 하나 이상의 성능 메트릭, 또는 파라미터를 감지하도록 구성될 수 있다. 이 특정 실시예에서, 센서들은 전압 및 온도 값을 감지하도록 구성된다. 감지된 전압 및 온도 값은 결과적으로 내부에 구현되는 회로부가 한계 내에서 동작하고 있고/있거나 더 높은 성능을 낼 수 있는지 결정하는 데 사용될 수 있다.
도시된 실시예의 각각의 센서들(120)은 기능성 회로 블록들의 그의 각각의 기능성 회로 블록 내의 기능성 회로부와 동일한 전압 공급장치에 결합된다. 즉, PU(130) 내의 각각의 센서(120)는 공급 전압(Vdd1)을 수신하도록 결합되는 반면, GPU(140) 내의 각각의 센서는 Vdd2를 수신하도록 결합된다. 종래 기술의 실시예들에서, 그러한 센서들은 전형적으로 센서들이 구현된 위치 근처에 있는 기능성 회로부의 공급장치와 별개인 공급장치로부터 전력을 수신하도록 결합된다. 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 갯수 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 센서들은 IC 상에 배치될 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 공정, 전압, 및 온도 변이에 현저한 의존성을 보일 수 있기 때문에, 링 오실레이터들은 이러한 종속성이 그것들의 정확도에 악영향을 주지 않도록 보정될 수 있다. 다양한 보정 및 동작 방법론들이 아래에 더 상세하게 논의되고 있다. 주의할 점은 각각의 센서에 대한 초기 보정(및 특성)은 알려진 전압 및 온도에서 자동 시험 장비(ATE)를 사용하는 시험 동안 수행될 수 있다는 것이다. IC(10)가 구현된 시스템의 시동 및/또는 동작 동안 후속 보정이 수행될 수 있다.
도시된 실시예의 IC(10)는 계측 제어 회로부(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 결합된다. IC(10)의 동작 동안, 각각의 센서들(120)은, 예컨대, 그것들의 각자의 링 오실레이터(들)의 주파수의 판독을 수행하고, 주파수 판독 결과를 디지털 포맷으로 변환하고, 그 정보를 MCC(105)에 전송할 수 있다. 이 실시예에서, MCC(105)는 직렬 버스이고, 정보는 스캔 체인의 동작과 유사한 동작으로 버스 상에서 시프트될 수 있다. 그러나, 센서와 통신을 위한 상이한 메커니즘을 활용하는 실시예들이 가능하고 고려된다.
MCC(105)는 각각의 센서들로부터 그것들의 해당 결합된 계측 버스(13)의 인스턴스들을 통해 주파수 정보를 수신할 수 있다. 주파수 정보를 이용하여, MCC(105)는 각각의 센서들(120)에 의해 감지된 전압 및 온도를 결정할 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 회로부가 소프트웨어 명령어들의 실행 대신에 이러한 태스크를 수행하는 실시예들이 또한 가능하고 고려된다. 메모리(112)는 서비스 프로세서에 의해 다양한 정보, 예컨대, 센서들로부터 수신된 주파수 정보, 결정된 전압 및 온도 정보, 및 계산의 수행 중간에 생성되는 중간 정보를 저장하는 데 사용된다. 메모리(112)는 또한 센서 및 회로부(예컨대, 링 오실레이터)의 특성을 표현하는 정보를 내부에 저장할 수 있다. 메모리(112)는 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 이들의 조합을 이용하여 구현될 수 있다.
MCC(105)는 또한 센서(120)의 인스턴스뿐만 아니라, 기준 센서(107)를 포함한다. MCC(105)의 센서(120)는 (서비스 프로세서(111) 및 메모리(112)와 같이) 공급 전압(Vdd3)을 수신하도록 결합된다. 더욱이, 센서(120)는 IC(10) 상에 구현되는 센서(120)의 다른 인스턴스들에 따라 구성될 수 있다. 기준 센서(107)는 아날로그 전압 공급장치(AVdd)로부터 그의 공급 전압을 수신할 수 있다. 도시된 실시예의 기준 센서(107)는 공정, 전압, 및 온도 변이에 덜 예민한 고정밀 센서일 수 있다. 기준 센서(107)로부터의 온도 판독 결과는 보정 시 기준으로서 사용될 수 있거나, 또는 재보정이 필요한 시기를 결정하는 데 사용될 수 있다.
도 2는 다수의 센서들(120)을 갖는 기능성 회로 블록의 일 실시예의 블록도이다. 도시된 실시예에서, 기능성 회로 블록(FCB)(211)은 IC 상에서 구현되는 사실상 임의의 유형의 기능성 회로부일 수 있다. 기능성 회로부(211)에는 디지털 회로, 아날로그 회로, 및 혼합 신호 회로가 포함될 수 있다. FCB(211)의 센서들(120)은 기능성 회로부(211) 둘레의 다양한 위치에서 구현된다. 그것들의 상대적으로 작은 입지 면적으로 인해, 적어도 일부 센서들(120)은 기능성 회로(211)에 의해 다른 방법으로 점유되는 영역 내에서 구현될 수 있는 반면, 다른 센서들은 그 영역에 가까이 또는 부분적으로 그 안에 구현될 수 있다. 이 실시예의 센서들(120)은 계측 버스(13)에 의해 직렬 구성으로 결합되고, 이를 통해 데이터(예컨대, 링 오실레이터에 대한 주파수 데이터)가 시프트될 수 있다. 도시된 실시예의 각각의 센서들(120)은 기능성 회로부(211)에 의해 수신되는 것과 동일한 공급 전압(Vdd)을 수신하도록 결합된다.
도 3은 2개의 링 오실레이터를 이용하는 센서의 실시예에 대한 동작 개념을 예시하는 블록도이다. 일부 실시예에서, 각각의 센서는 서로 상이한 특성을 갖도록 설계된 2개의 링 오실레이터를 포함한다. 2개의 링 오실레이터는 서로에 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 판독결과를 이용하여 센서에서 전압 및 온도의 결정을 가능하게 할 수 있다.
도시된 예에서, 2개의 링 오실레이터(RO1, RO2)는 각각 카운터 1 및 카운터 2에 결합되어 있다. 판독 시, 각각의 링 오실레이터는 그의 각자 결합된 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 특성을 나타낼 수 있다. 더 구체적으로는, 각각의 링 오실레이터에 의해 출력된 주파수는 전압 및 온도의 비선형 함수에 의해 방정식 1에 도시된 바와 같이 주어진 형식으로 특성을 나타낼 수 있다:
Figure pct00001
따라서, RO1의 주파수는 다음과 같이 특성을 나타낼 수 있고:
Figure pct00002
,
반면 RO2의 주파수는 다음과 같이 특성을 나타낼 수 있다:
Figure pct00003
.
위 방정식의 'f' 항은 주파수를 표현할 수 있거나, 또는 대안적으로, 기준 주파수에 대한 발진 주파수와 위상의 갯수의 곱의 비율을 표현할 수 있다. 주어진 링 오실레이터에 대응하는 이 수식에서 항의 갯수의 결정은 그의 특성에 따라 달라진다. 일반적으로, 비선형 항의 갯수가 많을수록 다항식을 이용하여 링 오실레이터 주파수를 표현하는 정확도는 증가한다.
출력 주파수(또는 위에서 언급한 곱)는 비선형 방정식 계산기에 제공될 수 있다. 링 오실레이터들의 특성을 나타내는 다항식들을 이용하여, 센서에 의해 검출된 바와 같이 전압 및 온도 둘 모두에 대한 연립방정식의 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. 9항의 함수 및 링 오실레이터 특성을 계산하는 데 사용되는 24 데이터 포인트의 세트(전압, 온도, 및 출력 주파수)를 이용하여 주파수가 정의되는 링 오실레이터의 모델을 고려해보자. 더 많은 수의 데이터 포인트가 계수들을 결정하는 데 사용되는 경우, 생성되는 함수는 대응하는 링 오실레이터의 특성을 더 잘 나타낼 수 있다. 이 기법은 링 오실레이터 특성의 표면 근사로 지칭될 수 있고, 수치해석 기법을 이용하여 큰 데이터 포인트들의 세트를 다항식으로 맵핑할 수 있다.
예를 들어, 링 오실레이터의 주파수가 다음의 수식에 의해 정의되는 것으로 고려해보자:
Figure pct00004
링 오실레이터 주파수의 측정이
Figure pct00005
에서 이루어지는 경우,
다음의 행렬들이 형성될 수 있다:
Figure pct00006
Figure pct00007
Figure pct00008
,
여기서 .
따라서, 주파수(F)는 F = AX로서 정의될 수 있다 (8). 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 각각의 특성을 나타냄으로써 확장될 수 있다. 따라서, 서로 매우 근접하게 배치되어, 동일한 공급 전압을 수신하고, 실질적으로 동일한 로컬 온도에서 동작하는 2개의 링 오실레이터는 다음 두 수식으로 특성을 나타낼 수 있다:
Figure pct00010
.
위에서 2개의 링 오실레이터는 길이가 동일한 다항식들로 특성을 나타내는 것으로 가정하지만, 이것이 모든 인스턴스들에 반드시 요구되는 것은 아니다.
위 연립방정식 계산의 복잡성은 부분 선형(PWL) 기법을 이용하여 간소화될 수 있다. 이 기법을 이용하여, 링 오실레이터의 출력 주파수에 대한 2차원 비선형 표면은 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:
Figure pct00011
.
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 측정된 주파수가 각각 f 1, f 2, 및 f 3에 주어지고, PWL에 대한 인덱스가 i로 주어지는 경우, 그 영역의 대응하는 PWL 함수에 대한 계수들을 연산하기 위하여 다음의 방정식들의 세트의 해를 구할 수 있다:
Figure pct00012
.
이는 모든 영역에 대하여 반복되어 그것의 PWL 특성을 결정함으로써, 링 오실레이터에 대한 동작의 표면을 결정할 수 있다.
2개의 링 오실레이터가 PWL 함수의 세트를 이용하여 특성을 나타내게 되면, 비선형 방정식들의 세트를 푸는 것은 PWL 방정식들의 세트를 푸는 것으로 경감될 수 있다. 각각의 PWL 연산에 대하여 해를 구할 방정식들은 일반적으로 다음과 같이 기술될 수 있다:
Figure pct00013
.
온도(T), 및 전압(V)에 대하여 두 방정식을 풀면, 결과는 다음과 같다:
Figure pct00014
이전에 언급했던 바와 같이, 본 명세서에서 논의되는 계산은 MCC(105), 구체적으로는 서비스 프로세서(111)에서 수행될 수 있다. 이는 각각의 센서(120)가 작은 면적에서 구현되고 그것의 전력 소비를 한정할 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, 공정 변동, 반복, 및 정확도에 대한 보정에 사용되는 특징부들은 MCC(105) 내에 구현될 수 있다.
각각의 링 오실레이터의 표면 근사(및 그에 따른 그의 각자의 PWL 표시)는 공정 코너마다 변경될 수 있고 또한 로컬 온다이(on-die) 변이를 겪을 수 있다. 또한, 주어진 링 오실레이터의 정확도는 에이징과 같은 영향으로 인해 감소될 수 있다. 따라서, 그러한 링 오실레이터들에 사용되는 보정 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
Figure pct00015
,
실제 측정들의 세트를 수행함으로써 계수들을 업데이트하여 링 오실레이터의 더 정확한 모델은 다음과 같다:
Figure pct00016
.
이 보정은 원시 모델 및 보정 포인트들의 세트 둘 모두를 고려한다. 포인트의 갯수가 증가함에 따라, 정확도는 그에 따라 증가한다. 반대로, 보정 알고리즘의 효율성은 최소 갯수의 데이터 포인트에 기초한 사후보정 모델의 정확도에 의해 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 본 개시내용에 따른 보정 알고리즘은 임의의 보정 포인트에서 오차 신호의 스케일링된 값을 이용하여 계수들을 업데이트하는 것을 포함한다. 보정 포인트들 중 임의의 것에 대하여, 오차 신호(e)는 실제 측정치와 모델에 의해 예측된 값 사이의 차이로서 정의될 수 있다. 이는 다음을 의미한다 : ∀k∈{1, 2, …, m},
Figure pct00017
.
원시 모델(αij)의 계수들이 A 0으로 주어진 벡터에 통합되는 경우, 모든 단일 보정 포인트에 대하여 벡터가 업데이트되는 순환 기법이 활용될 수 있다:
Figure pct00018
.
일 실시예에서, G 벡터는 순환 최소 자승(RLS) 기법을 이용하여 결정될 수 있다. 이는 결과적으로, 제한된 보정 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 대안적인 특성을 활용할 수 있다:
Figure pct00019
,
여기서 U는 (i +1)(j + 1) 항의 벡터인데, 즉:
Figure pct00020
.
이로부터, 대각 행렬이 형성될 수 있다:
Figure pct00021
.
임의의 보정 포인트에 대하여, 다음의 연산들의 세트가 수행될 수 있다:
Figure pct00022
,
여기서 λ는 망각 인자이고, e는 오차이다.
따라서, 위에서 설명한 바와 같은 순환 최소 자승 알고리즘을 이용하여, 링 오실레이터의 특성을 나타내는 다항식에 대한 계수들은 보정 과정 동안 업데이트될 수 있다. 그와 같은 보정들은 다양한 시간에, 예컨대, 시스템 시동 시에, 시스템/IC의 수명 동안 선택된 시간에, MCC(105) 내의 기준 센서(107) 및 센서(120) 등의 큰 변동에 응답하여 수행될 수 있다. 그와 같이, 전압 및 온도는, 링 오실레이터 주파수에 기초하여 작은 입지 면적을 갖는 간단한 센서들을 이용하면서 시스템의 수명에 걸쳐 합리적인 수준의 정확도로 결정될 수 있다.
도 4는 2개의 링 오실레이터를 이용하는 센서의 일 실시예를 예시하는 도면이다. 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 결합된 인버터들을 이용하여 구현되는 반면, 링 오실레이터(142)는 직렬 결합된 NAND 게이트들을 이용하여 구현된다. 두 링 오실레이터들(141, 142)은 동일한 공급 전압(Vdd)(로컬)을 수신하도록 결합되고, 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 결합된다. 이 카운터들은 그것들의 각자 결합된 링 오실레이터 내의 하나 이상의 탭 포인트에 결합될 수 있다. 측정을 수행하는 동안, 카운터들(143, 144)은 결과적으로 링 오실레이터들(141, 142)에 의해 생성된 주파수를 나타내는 하나 이상의 카운트 값을 각각 추적할 수 있다. 일부 실시예들에서, 카운터들(143, 144)은 각각 카운터가 측정 동안 카운트를 누적하는 실행 시간을 추적하는 각자의 타이머를 포함할 수 있다. 두 카운터에 결합되는 별개의 타이머가 제공되는 다른 실시예들이 가능하고 고려된다.
카운터들(143, 144)은 각각 레지스터(144)에 결합된다. 레지스터(144)를 이용하여, MCC(105)(도 1)는 정보를 카운터에 입력할 수 있고, 또한 그로부터 정보를 수신할 수 있다. 예를 들어, 카운터가 해당 결합된 링 오실레이터의 발진에 의해 생성된 카운트 값을 추적하는 실행 시간을 나타내는 정보는 MCC(105)로부터, 레지스터(145)를 통해 카운터 안으로 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 결합되는 실시예들이 또한 가능하고 고려된다.
도 5는 단일 링 오실레이터를 이용하는 센서의 일 실시예를 예시하는 도면이다. 이 유형의 센서를 이용하여, 전압 및 온도는 상이한 입력 전압에서 측정이 수행되는 단일 링 오실레이터를 이용하여 측정을 진행하는 다중 감지 기법을 이용하여 결정될 수 있다. 이 특정 실시예에서 링 오실레이터(151)는 바이어스 전압(VBias), 및 선택형 입력 전압(Vin)을 수신하도록 결합된다. 바이어스 전압은 그와 같은 전압을 생성하기 위한 임의의 적합한 회로부에 의해 생성될 수 있고, 모든 측정들에 대하여 실질적으로 동일할 수 있다. 바이어스 전압을 생성하기 위한 회로부는 센서에 대하여 국부적일 수 있거나, 또는 광역적으로 생성되어 센서들 각각에 분배될 수 있다. 입력 전압(Vin)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 결합되어, 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 특성을 나타낼 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 특성을 나타낼 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), 및
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 KVCO, V0, 및 f0)이 그것들 모두에 사용될 수 있도록 a1V 및 a2V가 VGS1 및 VGS2에 가깝게 선택됨을 가정한다.
위 측정으로부터, 다음 방정식이 도출될 수 있다:
Figure pct00023
.
임계치 미만 영역에서 VTlnN, 및 VT는 kT/q로 다시 쓸 수 있다. 따라서, 방정식(25)은 다음과 같이 다시 쓸 수 있다:
Figure pct00024
.
이로부터, 링 오실레이터 특성은 다음과 같이 간소화할 수 있다:
Figure pct00025
.
방정식(27)을 이용하여, 온도(T)을 계산한 뒤, 전압(V)을 계산하기 위하여 다항식 특성에 다시 대입할 수 있다.
ATE를 이용하는 보정에 대하여, 주파수는 두 온도 및 두 공급 전압에서 결정될 수 있다. 다른 측정된 주파수에 선형 보간법이 사용될 수 있다. 추가 주파수 측정이 표면 근사를 개선할 수 있다. 동작 시, 추가 측정이 이루어질 수 있고, 결과값들은 바람직한 갯수가 대체될 때까지 보간된 값들을 대체하는 데 사용된다. 이는 결과적으로 정상 동작 시 이루어지는 측정들의 정확도를 개선할 수 있다.
도 6은 센서(150) 내에 사용되는 회로 소자들의 개략도를 포함한다. 도시된 실시예에서, 링 오실레이터(151)는 다수의 직렬 결합된 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 시, P1의 게이트 단자는 도 5를 참조하여 위에서 논의된 입력 전압들 중 하나를 수신한다. 유사하게, N1은 그의 각자의 게이트 단자 상에서 바이어스 전압(VBias)을 수신한다. P2 및 N2는 각각 입력 노드에 결합된 각자의 게이트 단자들 및 출력 노드에 결합된 각자의 드레인 단자들을 갖는다. 따라서, P2 및 N2는 실제 인버터 기능을 수행하도록 동작한다. N1은 인버터의 특성을 설정하도록 동작하지만, P1은 상이한 Vin의 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 결정하기 위한 보정 및 측정이 수행되도록 할 수 있다.
도시된 실시예의 기준 회로(162)는 각각의 인버터(161)의 P1에 대한 Vin으로서 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 결합되는데, 저항기(R1)는 상대적으로 큰 저항 값을 갖는다. 이 저항기는 P3, P4, 및 P5의 게이트 전압을 설정한다. 전압들(VGS1, VGS2)은 P4 및 P5의 드레인 단자들로부터 각각 취해진다. P4와 P5의 상대적인 크기는 1 : N이고, 따라서 전압들(VGS1, VGS2)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 VGS1과 VGS2의 차이가 절대 온도(PTAT) 전압에 비례하도록 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 공급원으로부터 공급 전압을 수신하는 각각의 링 오실레이터(151)에 다양한 전압들을 분배한다.
도 7은 IC 내의 링 오실레이터들을 사용하는 센서 또는 센서들의 보정을 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 보정이 수행되는 것으로 시작한다(블록(705)). 일 실시예에서, 각각의 링 오실레이터는 적어도 두 상이한 포인트의 V 및 T를 이용하여 보정될 수 있다. 이 포인트들 사이의 보간을 이용하여 각각의 링 오실레이터에 대한 초기 특성을 완성한다. 원하는 경우, 추가적인 포인트들도 사용될 수 있다. 보정의 이 부분에서 각각 사용되는 포인트들의 갯수는 원하는 정확도, IC의 각각의 유닛에 대한 ATE 상의 허용 시간, 이용가능한 프로세싱 역량 및 이용가능한 메모리 역량에 기초하여 달라질 수 있다. 일반적으로, 사용되는 포인트들의 갯수가 많을수록, 초기 보정이 더 정확해지지만, 이는 전형적으로 ATE 상의 IC의 각각의 유닛에 대하여 더 많은 시간을 들이게 된다.
추가로 주의할 점은 본 명세서에서 수행되는 보정은 위에서 논의한 다양한 수학적 방법론들의 수행을 포함할 수 있다는 것이다. 그러나, 다항식 또는 기타 수학적 함수를 이용하는 링 오실레이터의 특성을 포함하는 다른 방법론들은 또한 가능하고 고려된다.
ATE 보정에 사용되는 포인트들에 기초하여, 각각의 링 오실레이터는 링 오실레이터의 동작의 주파수를 전압 및 온도의 함수로서 표현하는 다항식을 이용하여 특성을 나타낼 수 있다(블록(710)). 이 다항식은 후속 보정에 대한 시작 포인트를 제공할 수 있고, 그에 응답하여 업데이트할 수 있다.
센서들이 구현되는 IC를 포함하는 시스템의 후속 시동 시에 다음 보정이 수행될 수 있다(블록(715)). 이 후속 보정들에 응답하여, 각각의 링 오실레이터의 특성을 나타내는 다항식들이 업데이트될 수 있다(블록(720)). 각각의 후속 차기 시동에서(블록 725), 방법은 블록(715)으로 되돌아갈 수 있고, 보정된 링 오실레이터에 대응하는 각각의 다항식의 다른 업데이트를 이용하여 다른 보정이 수행된다.
보정의 수행은 위에서 논의한 인스턴스들에 한정되지 않는다. 예를 들어, 일 실시예에서 보정은 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 모니터될 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 보정이 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, 보정이 수행될 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 논의된 방법론은 그의 범주 내에 그와 같은 실시예들을 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
도 8은 2개의 링 오실레이터를 이용하는 센서에 의해 표시되는 전압 및 온도를 결정하기 위한 방법의 일 실시예의 흐름도이다. 본 명세서에서 논의된 방법(800)의 실시예는 센서들이 상이한 특성을 갖는 2개의 링 오실레이터를 이용하는 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 오실레이터들의 특성을 나타내는 데 사용될 수 있다. 본 명세서에서 명백히 논의되지 않은 추가적인 수학적 방법론들도 본 개시내용의 범주 내에서 이용될 수 있다.
방법(800)은 제1 링 오실레이터 및 제2 링 오실레이터로부터 각각 주파수 값들(f1, f2)을 획득하는 것으로 시작한다(블록(805)). 이 주파수 값들은 그것들이 생성된 각자의 링 오실레이터의 특성을 나타내는 다항식 수식들에 대입될 수 있다. 링 오실레이터들은 서로 매우 근접하게 배치되어 실질적으로 동일한 전압 및 온도 조건에서 동작할 수 있기 때문에, 그것들의 특성을 나타내는 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 이용하는 센서에 의해 표시되는 전압 및 온도를 결정하기 위한 방법의 일 실시예의 흐름도이다. 방법(900)은 본 명세서에서 논의된 바와 같이 위에서 논의한 바와 같은 단일 링 오실레이터를 갖는 센서들을 포함하는 다양한 실시예를 이용하여 수행될 수 있다. 본 명세서에서 명백히 논의되지 않은 다른 하드웨어 실시예들뿐만 아니라, 지원 소프트웨어 및/또는 펌웨어 실시예들도 방법(900)을 수행할 수 있고, 본 개시내용의 범주에 포함되는 것으로 고려된다.
방법(900)은 출력 주파수가 전압 및 온도의 함수인 다항식 함수로서 링 오실레이터의 특성을 나타내는 단계를 갖는다(블록(905)). 특성화가 수행된 이후에, 상이한 Vin의 값들을 이용하여 다중 감지를 수행하고, 주파수들(f1 내지 f4)을 측정한다(블록(910)). 결정된 주파수 값들을 이용하여, 위에서 논의한 방정식(26)에 기초하여 계산이 이루어진다(블록(915)). 이로부터, 링 오실레이터 특성은 위에서 논의한 방정식(27)으로 간소화되며, 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)).
다음으로 도 10을 참조하면, 시스템(150)의 일 실시예의 블록도가 도시된다. 예시된 실시예에서, 시스템(150)은 외부 메모리(158)에 결합된 집적회로(10)의 적어도 하나의 인스턴스를 포함한다. 집적회로(10)는 외부 메모리(158)에 결합되는 메모리 제어기를 포함할 수 있다. 집적회로(10)는 하나 이상의 주변장치들(154) 및 외부 메모리(158)에 결합된다. 또한 집적회로(10)에 공급 전압을 공급할 뿐만 아니라, 메모리(158) 및/또는 주변장치들(154)에 하나 이상의 공급 전압을 공급하는 전원 공급장치(156)가 제공된다. 일부 실시예들에서, 집적회로(10)의 인스턴스가 둘 이상 포함될 수 있다(둘 이상의 외부 메모리(158)도 포함될 수 있음).
주변장치들(154)은 시스템(150)의 유형에 따라 임의의 원하는 회로부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 시스템(150)은 모바일 디바이스(예를 들어, 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 유형의 무선 통신용 디바이스들을 포함할 수 있다. 또한, 주변장치들(154)은 RAM 저장 장치, 솔리드 스테이트 저장 장치(solid state storage) 또는 디스크 저장 장치를 비롯한 추가 저장 장치를 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 유형의 컴퓨팅 시스템(예를 들어, 데스크톱 개인용 컴퓨터, 랩톱, 워크스테이션, 태블릿 등)일 수 있다.
외부 메모리(158)는 임의의 유형의 메모리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 외부 메모리(158)는 SRAM, DRAM(dynamic RAM), 예컨대, SDRAM(synchronous DRAM), 더블 데이터 레이트(DDR, DDR2, DDR3, LPDDR1, LPDDR2 등) SDRAM, RAMBUS DRAM 등일 수 있다. 외부 메모리(158)는 메모리 디바이스들이 장착되는 하나 이상의 메모리 모듈, 예컨대 단일 인라인 메모리 모듈(single inline memory module, SIMM), 듀얼 인라인 메모리 모듈(dual inline memory module, DIMM) 등을 포함할 수 있다.
상기의 개시내용이 완전히 이해된다면, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 다수의 변형들 및 수정들이 명백해질 것이다. 다음의 청구범위는 모든 그러한 변형들 및 수정들을 망라하는 것으로 해석되는 것으로 의도된다.

Claims (15)

  1. 집적회로로서,
    하나 이상의 로컬 공급 전압 노드;
    각각 기능성 회로부를 포함하는 복수의 기능성 회로 블록 - 상기 복수의 기능성 회로 블록은 각각 상기 하나 이상의 로컬 공급 전압 노드 중 적어도 하나로부터 대응하는 로컬 공급 전압을 수신하도록 결합됨 -; 및
    복수의 센서를 포함하고,
    상기 복수의 기능성 회로 블록은 상기 복수의 센서 중 적어도 하나를 포함하고;
    상기 복수의 센서는 각각 상기 기능성 회로 블록들 중 그의 대응하는 기능성 회로 블록에서 구현되는 상기 기능성 회로부에 제공되는 로컬 공급 전압을 수신하도록 결합되고;
    상기 복수의 센서는 각각 시스템 파라미터를 측정하고 그에 대한 표시들을 제공하도록 구성되고;
    상기 센서들은 각각 공정, 전압, 및 온도 의존성을 보상하기 위하여 보정되는, 집적회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 센서는 각각 적어도 2개의 링 오실레이터를 포함하며, 상기 링 오실레이터들은 각각 상기 기능성 회로 블록들 중 그의 대응하는 기능성 회로 블록에서 구현되는 상기 기능성 회로부에 제공되는 상기 로컬 공급 전압을 수신하도록 결합되고, 상기 링 오실레이터들은 각각 서로에 대하여 상이한 특성을 갖는, 집적회로.
  3. 제2항에 있어서, 상기 복수의 센서 각각의 상기 링 오실레이터들은 각각 상기 링 오실레이터의 특성의 표면 근사의 기법(technique of surface fitting)을 이용하여 공정, 전압, 및 온도 의존성을 보상하기 위하여 보정되는, 집적회로.
  4. 제2항에 있어서, 상기 복수의 센서 각각의 상기 링 오실레이터들은 부분 선형 기법(piecewise linear technique)을 이용하여 공정, 전압, 및 온도 의존성을 보상하기 위하여 보정되는, 집적회로.
  5. 제2항에 있어서, 상기 복수의 센서 각각의 상기 링 오실레이터들은 각각 다항식에 의해 특성을 나타낼 수 있고, 상기 IC의 동작 시, 상기 복수의 센서 중 주어진 센서에 의해 결정되는 전압 및 온도는 상기 링 오실레이터들 각각으로부터 판독된 각자의 주파수 및 상기 링 오실레이터들 각각의 특성을 나타내는 상기 다항식을 이용하여 전압 및 온도를 해결함으로써 결정되는, 집적회로.
  6. 제1항에 있어서, 상기 복수의 센서는 각각 제어 회로에 결합되고, 상기 제어 회로는 대응하는 보정 다항식의 순환 최소 자승 알고리즘(recursive least squares algorithm)을 이용하여 상기 복수의 센서 각각의 보정이 수행되게 하도록 구성된, 집적회로.
  7. 제1항에 있어서, 상기 복수의 센서와 별개인 온도 센서를 추가로 포함하며, 상기 온도 센서는 상기 복수의 기능성 회로 블록 각각에 제공되는 상기 로컬 공급 전압과 별개인 아날로그 공급 전압을 수신하도록 결합되는, 집적회로.
  8. 방법으로서,
    집적회로에서 구현되는 복수의 센서를 보정하는 단계 - 상기 집적회로는 복수의 기능성 회로 블록을 포함하고, 상기 복수의 센서 중 하나 이상은 상기 복수의 회로 블록 각각에서 구현되고, 상기 복수의 센서는 각각 상기 기능성 회로 블록들 중 그의 대응하는 기능성 회로 블록 내의 기능성 회로부에 의해 또한 수신되는 로컬 공급 전압을 수신하도록 결합되고, 상기 복수의 센서 각각을 보정하는 단계는 공정, 전압, 및 온도 의존성을 보상하는 단계를 포함함 -; 및
    상기 복수의 센서 각각에 의해 수행되는 측정에 기초하여, 하나 이상의 시스템 파라미터를 나타내는 표시들을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 복수의 센서는 각각 제1 링 오실레이터 및 제2 링 오실레이터를 포함하고, 상기 제1 링 오실레이터 및 제2 링 오실레이터는 각각 상기 복수의 기능성 회로 블록 중 그의 대응하는 기능성 회로 블록 내의 상기 기능성 회로부에 의해 수신되는 상기 로컬 공급 전압을 수신하도록 결합되고, 상기 방법은 각자의 고유 다항식을 이용하여 상기 제1 링 오실레이터 및 제2 링 오실레이터 각각의 특성을 나타내는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    전압 및 온도의 함수인 각자의 출력 주파수를 나타내는 고유 다항식에 의해 상기 제1 링 오실레이터 및 제2 링 오실레이터 각각의 특성을 초기에 나타내는 단계;
    상기 제1 링 오실레이터 및 제2 링 오실레이터 각각에 대한 주파수, 전압, 및 온도의 값들을 표면에 맵핑하는 단계;
    복수의 전압 및 온도 값에 대하여 상기 제1 링 오실레이터 및 제2 링 오실레이터 각각에 의해 출력된 주파수의 측정을 수행하는 단계; 및
    표면 근사 기법을 이용하여 상기 제1 링 오실레이터 및 제2 링 오실레이터 각각에 대하여 상기 고유 다항식을 업데이트하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  11. 제9항에 있어서, 부분 선형 기법을 이용하여 상기 제1 링 오실레이터 및 제2 링 오실레이터 각각을 보정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제1 링 오실레이터가 제1 카운터를 토글링하는 단계;
    상기 제2 링 오실레이터가 제2 카운터를 토글링하는 단계; 및
    상기 제1 링 오실레이터 및 제2 링 오실레이터에 의해 생성된 각자의 카운트에 기초하여 상기 제1 링 오실레이터 및 제2 링 오실레이터의 출력 주파수를 결정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 링 오실레이터 및 제2 링 오실레이터의 특성을 나타내는 상기 각자의 다항식 및 상기 제1 카운터 및 제2 카운터에 의해 표시되는 각자의 주파수를 이용하여 전압 및 온도를 해결함으로써 상기 센서에 의해 표시되는 전압 및 온도를 결정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  14. 제8항에 있어서, 제어 회로가 순환 최소 자승 알고리즘을 이용하여 상기 복수의 센서를 보정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  15. 장치로서,
    하나 이상의 기능성 회로 블록 - 상기 기능성 회로 블록들은 각각 각자의 로컬 공급 전압을 수신하도록 결합된 기능성 회로부를 포함함 -; 및
    복수의 센서를 포함하고,
    상기 하나 이상의 기능성 회로 블록은 각각 상기 복수의 센서 중 하나 이상을 포함하고;
    상기 센서들은 각각 하나 이상의 링 오실레이터를 포함하며, 상기 링 오실레이터들은 각각 그의 대응하는 기능성 회로 블록의 상기 각자의 로컬 공급 전압을 수신하도록 결합되고;
    상기 복수의 센서는 각각 그의 대응하는 링 오실레이터의 발진 주파수에 기초하여 로컬 전압 및 로컬 온도를 결정하도록 구성되고;
    상기 복수의 센서 각각의 링 오실레이터는 각각 공정, 전압 및 온도 의존성을 보상하기 위하여 보정되고, 상기 복수의 센서는 각각 제1 다항식에 의해 특성을 나타내는 제1 링 오실레이터, 및 제2 다항식에 의해 특성을 나타내는 제2 링 오실레이터를 포함하는, 장치.
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