TW201708835A - 電子電路監測系統及電子電路監測方法 - Google Patents

電子電路監測系統及電子電路監測方法 Download PDF

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傅華政
李驊軒
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Abstract

一種電子電路監測系統用以監測電子電路的電路參數。電子電路監測系統包括觀測點監測電路、系統控制電路以及訊號量測電路。觀測點監測電路包括陣列方式排列的多個感測器電路。此些感測器電路分別感測電子電路當中的多個觀測點的電路參數。系統控制電路從此些感測器電路當中選擇至少一者來感測電路參數。所選擇的此些感測器電路中一者輸出感測訊號。訊號量測電路接收感測訊號，並且分析感測訊號的電氣特性，以取得電路參數的監測結果。另外，一種電子電路監測方法亦被提出。

Description

電子電路監測系統及電子電路監測方法
本發明是有關於一種電子電路監測系統及電子電路監測方法。
由於電子電路的效能及其可靠度與電源網絡中的電源電壓落差息息相關，有鑑於此，現有技術利用大量的線上電源電壓落差感應器來驗證電子電路內部的電源網絡，並且在電子電路無法正常工作的情況下提供驗證的資訊。在現有技術中，電源電壓落差感應器有些是僅能提供靜態的電源電壓落差資訊(即偵測一段很長週期時間內的平均電源電壓落差)，有些則是可以動態的追蹤到即時的電源電壓落差的情形。然而，在工作頻率較高的電子電路中，由於電子電路的時脈週期較短，只要突然發生無預警的電源突波，都可能會造成整個電路運作發生錯誤。
除此之外，對於先進製程以及三維電子電路中，由於電子電路愈做愈小，電路元件及電晶體也愈來愈緊密，所以監控電子電路運作時的散熱情況以及是否有過熱的情況發生也變成一個重要的課題。另外，三維電子電路中可能包含了上百條傳遞電源用的穿矽連接孔，若是這些傳遞電源用的穿矽連接孔在製造過程中有毀損，則可能直接地影響到供應內部電路的電源品質，進而影響到電子電路整體的效能以及可靠度。
本發明提供一種電子電路監測系統及電子電路監測方法，用以監測電子電路的一至多種電路參數，以提升電子電路的效能以及可靠度。
本發明的電子電路監測系統用以監測電子電路的一至多種電路參數。電子電路監測系統包括觀測點監測電路、系統控制電路以及訊號量測電路。觀測點監測電路包括陣列方式排列的多個感測器電路。此些感測器電路分別用以感測電子電路當中的多個觀測點的電路參數。系統控制電路耦接至觀測點監測電路。系統控制電路用以從此些感測器電路當中選擇至少一者來感測電路參數。所選擇的此些感測器電路中一者輸出感測訊號。訊號量測電路耦接至觀測點監測電路。訊號量測電路用以接收感測訊號，並且分析感測訊號的電氣特性，以取得電路參數的監測結果。
本發明的電子電路監測方法用以監測電子電路的一至多種電路參數。所述電子電路監測方法包括：利用以陣列方式排列的多個感測器電路，分別來感測電子電路當中的多個觀測點的電路參數；從此些感測器電路當中選擇至少一者來感測電路參數；以及分析所選擇的感測器電路輸出的感測訊號的電氣特性，以取得電路參數的監測結果。
基於上述，在本發明的範例實施例中，電子電路監測系統及其方法利用陣列方式排列的感測器電路來感測電路參數，並且分析感測訊號的電氣特性，以取得電路參數的監測結果，從而提升電子電路的效能以及可靠度。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
在本發明全文(包括申請專利範圍)中所使用的「耦接」一詞可指任何直接或間接的連接手段。舉例而言，若文中描述第一裝置耦接於第二裝置，則應該被解釋成該第一裝置可以直接連接於該第二裝置，或者該第一裝置可以透過其他裝置或某種連接手段而間接地連接至該第二裝置。此外，「訊號」一詞可指至少一電流、電壓、電荷、溫度、資料、電磁波或任何其他一或多個訊號。
本發明提出一種電子電路監測系統及電子電路監測方法，其可用以監測電子電路的一至多種電路參數，例如包括但不限於電源電壓、操作溫度以及製程變異等電路參數。本發明的電子電路監測方法主要透過在電子電路中(例如為一晶片)植入大量的感測器電路，並且透過訊號量測電路來將感測訊號的電氣特性量化。接著，針對量化的電氣特性，本發明的電子電路監測方法透過三維模型的分析來消除製程變異的因素，以依據所監測到電氣特性來推估對應的電源電壓及操作溫度，從而在電子電路的操作期間監測其中的電源電壓及操作溫度。以下提出多個實施例來說明本發明，然而本發明不僅限於所例示的多個實施例。又實施例之間也允許有適當的結合。
圖1繪示本發明一範例實施例之感測器電路及訊號量測電路的概要示意圖。圖2繪示圖1實施例之感測訊號的訊號波形圖。請參考圖1及圖2，本範例實施例之感測器電路100包括環型振盪器110。環型振盪器110在系統的監測期間內所振盪出來的訊號週期會隨著當下電子電路的參數來改變。例如，環型振盪器110所輸出的振盪訊號RO_osc係作為感測訊號，其振盪週期會隨著電源電壓、操作溫度或製程變異而變大或變小。在本範例實施例中，訊號量測電路116分析振盪訊號RO_osc的振盪週期，以取得此些電路參數的監測結果。
在本範例實施例中，訊號量測電路116記錄在監測期間內振盪訊號RO_osc的最大振盪週期Tmax，並將其轉換為數位碼作為分析結果輸出。因此，此數位碼包括感測器電路100在此監測期間內所感測到的最大電源電壓落差的訊息。除此之外，在本範例實施例中，訊號量測電路116也會記錄振盪訊號RO_osc的平均振盪週期的資訊，以將此資訊轉換為另一數位碼輸出。因此，在本範例實施例中，振盪週期的分析結果包括振盪訊號RO_osc的最大振盪週期以及平均振盪週期兩者當中至少一者。電子電路監測系統會同時顯示出在監測期間內的振盪週期之平均值及最大值的訊息。
在本範例實施例中，環型振盪器110是以包括多個串接的反及閘(NAND gate)的振盪器為例，但本發明並不限於此。在一範例實施例中，感測器電路100也可用其他類型的振盪器作為感測器。此外，在本範例實施例中，訊號量測電路116分析的對象是振盪訊號RO_osc的振盪週期，但本發明並不限於此。在一範例實施例中，訊號量測電路116所分析者也可以是其他種類的感測訊號的電氣特性，本發明並不加以限制。
圖3繪示本發明一範例實施例之電子電路監測系統的概要方塊圖。圖4繪示圖3實施例之電子電路監測裝置的概要方塊圖。圖5繪示圖3實施例之觀測點監測電路的概要電路圖。請參考圖3至圖5，本範例實施例之電子電路監測系統300用以監測電子電路400的一至多種電路參數，例如包括但不限於電源電壓、操作溫度以及製程變異等電路參數。在本範例實施例中，電子電路監測系統300包括電子電路監測裝置310以及電子裝置320。電子電路監測裝置310包括觀測點監測電路312、系統控制電路314、訊號量測電路316以及鎖相迴路電路318。
在本範例實施例中，觀測點監測電路312用以利用多個感測器電路500來感測電子電路400當中的各觀測點的電路參數。系統控制電路314用以從多個感測器電路500當中選擇至少一者來感測對應的觀測點的電路參數。在一範例實施例中，系統控制電路314例如從多個感測器電路500當中選擇一者來感測對應的觀測點的電路參數。在此例中，所選擇的感測器電路500輸出感測訊號RO_clk。在一範例實施例中，系統控制電路314也可從多個感測器電路500當中一次選擇多者來感測對應的觀測點的電路參數。在此例中，所選擇的多個感測器電路500中一者輸出感測訊號RO_clk。訊號量測電路316用以接收感測器電路500所輸出的感測訊號RO_clk，並且分析感測訊號RO_clk的電氣特性，以輸出分析結果至電子裝置320。接著，電子裝置320再依據電氣特性的分析結果來取得電路參數的監測結果。在本範例實施例中，電路參數的監測結果包括電子電路400的監控當時的最大電源電壓落差、操作溫度以及製程變異，惟本發明並不加以限制。
具體而言，請參考圖5，在本範例實施例中，觀測點監測電路312包括以陣列方式排列的多個感測器電路500。此些感測器電路500係植入於電子電路400之中，以分別感測其中的各觀測點的電路參數。在本範例實施例中，系統控制電路314輸出第一掃描訊號Scan_row至觀測點監測電路312，以從陣列中選擇一列的感測器電路500來感測一至多種電路參數。感測訊號RO_clk從所選擇的列來輸出。系統控制電路314更輸出第二掃描訊號Scan_col至觀測點監測電路312，以從列中選擇一感測器電路來感測其所對應的觀測點的一至多種電路參數。具體而言，系統控制電路314分別輸出第一掃描訊號Scan_row以及第二掃描訊號Scan_col至觀測點監測電路312，以從多個感測器電路500當中選擇一者來感測電路參數。舉例而言，系統控制電路314先利用第一掃描訊號Scan_row，從陣列中選擇一列，接著再利用第二掃描訊號Scan_col從所選擇的列中選擇一感測器電路500來感測其所對應的觀測點的電路參數。在本範例實施例中，系統控制電路314可隨機或依序從陣列中選擇任一感測器電路500來進行感測，本發明並不加以限制。
因此，在本範例實施例中，觀測點監測電路312係透過選擇器電路530_col、530_row所形成的二階式掃描鍊將陣列中的感測器電路500串起。感測器電路500分布成二維陣列的形式。系統控制電路314利用不同方向的掃描鍊610、620來選擇此二維陣列之中要進行監測的感測器電路500，並將其感測訊號RO_clk傳到訊號量測電路316。在本範例實施例中，列方向的掃描鍊610串起在同一列中感測器電路500的暫存器電路(例如圖6的暫存器電路520)。在監測期間內，在同一列中的多個感測器電路500當中的一個暫存器電路所儲存的值維持在數位值”1”，對應此暫存器電路者為正在進行感測的感測器電路500。每當監測位置掃瞄到其中一列的最後一個行位置時，在下一個監測期間時，掃描鍊610的數位值”1”會傳遞至下一個列的第一個行位置。此外，另一條掃描鍊620是控制選擇傳遞感測訊號RO_clk到訊號量測電路316的行位置掃描鍊。每當監測位置掃瞄到其中一列的最後一個行位置時，掃描練620就會掃描一次，即關閉原本的水平傳輸路徑，並且開啟下一條的水平傳輸路徑讓感測訊號RO_clk傳遞至訊號量測電路316。舉例而言，在圖5中，當監測位置掃瞄到第一列的最後一個行位置時，掃描練620就會掃描一次，關閉第一列的水平傳輸路徑，並且開啟第二列的水平傳輸路徑讓感測訊號RO_clk傳遞至訊號量測電路316。因此，在此例中，與第二列連接的選擇器電路530_row，其選擇訊號標示為數位值”1”，表示第二列的水平傳輸路徑被開啟，以傳遞感測訊號RO_clk至訊號量測電路316。
圖6繪示圖3實施例之感測器電路的概要電路圖。請參考圖3至圖6，本範例實施例的感測器電路500包括振盪器電路510、暫存器電路520以及選擇器電路530_col。在本範例實施例中，所選擇的感測器電路500的振盪器電路510輸出振盪訊號RO_osc作為感測訊號RO_clk。在本範例實施例中，當暫存器電路520從其輸入端D接收到掃描鍊610所傳遞的數位值”1”時，暫存器電路520從其輸出端Q輸出動作訊號ACT給振盪器電路510，其數位值為”1”，以控制振盪器電路510來產生振盪訊號RO_osc作為感測訊號RO_clk。此外，暫存器電路520輸出的動作訊號ACT亦經由其輸出端Q傳遞至下一級感測器電路的暫存器電路。在本範例實施例中，暫存器電路520依據上一級感測器電路所輸出的動作訊號以及掃描時脈訊號Scan_clk來產生動作訊號ACT給振盪器電路510。在振盪器電路510接收到數位值”1”的動作訊號ACT之後，振盪器電路510開始振盪，以產生振盪訊號RO_osc。此時，選擇器電路530_col依據動作訊號ACT輸出振盪訊號RO_osc給訊號量測電路316。在本範例實施例中，當暫存器電路520從其輸出端Q輸出數位值”0”的動作訊號ACT時，選擇器電路530_col所輸出者是傳遞上一級正在進行感測的感測器電路所產生的振盪訊號RO_osc’。也就是說，在本範例實施例中，當動作訊號ACT=1時，觀測點監測電路312所輸出的感測訊號RO_clk即是振盪器電路510本級所輸出的振盪訊號RO_osc。當動作訊號ACT=0時，觀測點監測電路312所輸出的感測訊號RO_clk即是振盪器電路510上一級振盪器電路所輸出的振盪訊號RO_osc’。
因此，在本範例實施例中，選擇器電路530_col依據動作訊號ACT從振盪器電路510所產生的振盪訊號RO_osc以及上一級的感測器電路所輸出的振盪訊號RO_osc’兩者當中選擇一者輸出至下一級的感測器電路以及訊號量測電路316。此外，在本範例實施例中，振盪器電路510包括反向器電路512，耦接在振盪器電路510的輸出端，以讓各感測器電路的振盪器電路510在振盪時其輸出端的等效負載相同，以減少不同觀測點的振盪器電路510因負載不同造成的振盪週期的誤差。
在本範例實施例中，感測器電路500的內部電路結構係用以例示說明，本發明並不加以限制。此外，在本範例實施例中，訊號量測電路316分析的對象是振盪訊號RO_osc的振盪週期，但本發明並不限於此。在一範例實施例中，訊號量測電路316所分析者也可以是其他種類的感測訊號的電氣特性，本發明並不加以限制。
請繼續參考圖3及圖4。在本範例實施例中，振盪訊號RO_osc傳遞至訊號量測電路316。訊號量測電路316包括量化器電路311以及計數器電路313。量化器電路311接收振盪訊號RO_osc，用以分析振盪訊號RO_osc的振盪週期，以取得振盪訊號RO_osc的最大振盪週期。接著，量化器電路311將振盪訊號RO_osc的最大振盪週期轉換為第一輸出數位碼C1，以輸出至電子裝置320。因此，在本範例實施例中，振盪週期的分析結果包括第一輸出數位碼C1。在不同的監測期間，系統控制電路314利用重置訊號S4來重置量化器電路311的操作。在本範例實施例中，鎖相迴路電路318用以輸出多個校正訊號至量化器電路311，以產生多個校正數位碼。舉例而言，鎖相迴路電路318輸出第一校正訊號S1以及第二校正訊號S2給量化器電路311。量化器電路311以據此來產生校正數位碼π1、π2。接著，量化器電路311輸出校正數位碼π1、π2至電子裝置320，從而電子裝置320依據校正數位碼π1、π2來計算振盪訊號RO_osc的最大振盪週期。
舉例而言，當量化器電路311將振盪訊號RO_osc的最大振盪週期轉換為第一輸出數位碼C1後，電子裝置320會依據第一輸出數位碼C1來計算其所對應的最大振盪週期。在本範例實施例中，量化器電路311係經由第一校正訊號S1以及第二校正訊號S2來加以校正，以讓電子裝置320取得計算最大振盪週期的依據。在本範例實施例中，輸入量化器電路311的振盪訊號RO_osc，其振盪週期的寬度與轉換所得的第一輸出數位碼C1具有預設的線性關係。因此，鎖相迴路電路318分別產生具有第一週期的第一校正訊號S1以及具有第二週期的第二校正訊號S2，並且輸出至量化器電路311，以產生校正用的校正數位碼π1、π2。在本範例實施例中，第一週期及第二週期分別是1000皮秒(picoseconds)及2000皮秒，本發明並不加以限制。接著，在電子裝置320接收到第一輸出數位碼C1之後，利用線性內插法或線性外插法來計算第一輸出數位碼C1所對應的最大振盪週期，其計算公式例示如下：
其中，Tmax(C1)是第一輸出數位碼C1所對應的最大振盪週期，其單位係皮秒。在本範例實施例中，上述計算公式以及第一週期及第二週期的數值是用以例示說明，本發明並不加以限制。系統控制電路314輸出校正控制訊號S3至鎖相迴路電路318，以調整鎖相迴路電路318所輸出的第一校正訊號S1以及第二校正訊號S2的訊號週期，即第一週期及第二週期的數值。
另一方面，在本範例實施例中，計數器電路313接收振盪訊號RO_osc，用以分析振盪訊號RO_osc的振盪週期，以取得振盪訊號RO_osc的平均振盪週期。並且，計數器電路313將振盪訊號RO_osc的平均振盪週期轉換為第二輸出數位碼C2，以輸出至電子裝置320。因此，在本範例實施例中，振盪週期的分析結果包括第二輸出數位碼C2。在本範例實施例中，電子裝置320將每個觀測點的監測時間除以計數器電路313所計數的次數，可得到此段監測時間內振盪訊號RO_osc的平均振盪週期。在本範例實施例中，系統控制電路314利用重置訊號S5來重置計數器電路313的操作。電子裝置320依據校正數位碼π1、π2來計算振盪訊號RO_osc的平均振盪週期的方式可參照上述計算最大振盪週期的實施例，在此不再贅述。
在本範例實施例中，系統控制電路314包括中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)、微處理器(Microprocessor)、數位訊號處理器(Digital Signal Processor，DSP)、可程式化控制器、可程式化邏輯裝置(Programmable Logic Device，PLD)或其他類似裝置或這些裝置的組合，本發明並不加以限制。在本範例實施例中，量化器電路311、計數器電路313以及鎖相迴路電路318可分別由所屬技術領域的任一種量化器電路、計數器電路以及鎖相迴路電路的電路結構來加以實施，本發明並不加以限制。因此，量化器電路311、計數器電路313以及鎖相迴路電路318，其內部電路結構及其實施方式可以由所屬技術領域的通常知識獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。
圖7繪示本發明一範例實施例之電子電路及其監測系統的操作方法的概要示意圖，包括閒置模式與工作模式的切換。請參考圖3及圖7，在本範例實施例中，電子電路監測系統300利用多重模式的監測來將電子電路400內部觀測點的電路參數之效應分離出來。舉例而言，本範例實施例之電子電路400在監控期間內依序操作在閒置模式及工作模式。在閒置模式中，由於此時電源電壓並未提供至電子電路400，因此在此期間，電子電路監測裝置310監測電子電路400所得的監測結果包括製程變異或操作溫度對電子電路400所造成的影響。在工作模式中，由於此時電源電壓提供至電子電路400，因此在此期間，電子電路監測裝置310監測電子電路400所得的監測結果包括電源電壓對電子電路400所造成的影響。
具體而言，在本範例實施例中，觀測點監測電路312是依據模式控制訊號S6來決定操作在第一監測模式或第二監測模式。在本範例實施例中，模式控制訊號S6是由電子電路400當中的電路元件輸出給觀測點監測電路312，或者是由電子裝置320依據電子電路400的操作模式來輸出給觀測點監測電路312。在本範例實施例中，當電子電路400處於閒置模式時，觀測點監測電路312操作在第一監測模式710、730、750，此時，訊號量測電路316分析振盪訊號RO_osc的振盪週期來取得製程變異或操作溫度的監測結果。因此，在本範例實施例中，觀測點監測電路312操作在第一監測模式時，訊號量測電路316分析感測訊號RO_clk的電氣特性，以取得電子電路400的操作溫度或製程變異的監測結果。舉例而言，當觀測點監測電路312第一次操作在第一監測模式710時，代表電子電路400的電源電壓剛啟動並且為閒置模式尚未開始運作的情形。因此，在第一監測模式710中，訊號量測電路分析振盪訊號RO_osc的振盪週期所得的第一數位碼C1，其所受電源電壓的影響可以忽略，並且此時所監測到的操作溫度為已知，例如為室溫。因此，此時，訊號量測電路316分析振盪訊號RO_osc的振盪週期所取得監測結果係有關製程變異對電子電路400的影響。因此，在本範例實施例中，在電子電路400處於閒置模式一預設的時間長度之後，在觀測點監測電路312第一次操作在第一監測模式時，訊號量測電路316分析感測訊號RO_clk的電氣特性，以取得電子電路400的操作溫度或製程變異的監測結果。
接著，當觀測點監測電路312操作在第一監測模式730時，電子電路400係已運作一段時間後再度回到閒置模式。在第一監測模式730中，訊號量測電路316分析振盪訊號RO_osc的振盪週期所得的第一數位碼C1，其所受電源電壓的影響可以忽略，並且依據在第一監測模式710的監測結果有關製程變異對電子電路400的影響為已知。因此，訊號量測電路316分析振盪訊號RO_osc的振盪週期所取得監測結果係有關操作溫度對電子電路400的影響，並且也可計算出此時電子電路400的操作溫度。類似地，觀測點監測電路312操作在第一監測模式750時的監測方式也可以此類推，在此不再贅述。
接著，當電子電路400處於工作模式時，電源電壓提供至電子電路400，觀測點監測電路312操作在第二監測模式720、740、760，此時，訊號量測電路316分析振盪訊號RO_osc的振盪週期來取得電源電壓的監測結果。因此，在本範例實施例中，觀測點監測電路312操作在第二監測模式時，訊號量測電路316分析感測訊號RO_clk的電氣特性，以取得電子電路400的電源電壓的監測結果。舉例而言，觀測點監測電路312操作在第二監測模式720時，依據在第一監測模式710的監測結果有關製程變異對電子電路400的影響為已知，並且此時所監測到的操作溫度為已知，例如與第一監測模式710相同，係室溫。因此，訊號量測電路316分析振盪訊號RO_osc的振盪週期所取得監測結果係有關電源電壓對電子電路400的影響，並且也可計算出此時最大的電源電壓落差。類似地，觀測點監測電路312操作在第二監測模式740時，其操作溫度預設與在第一監測模式730計算所得者相同，因此，製程變異以及操作溫度為已知，訊號量測電路316分析振盪訊號RO_osc的振盪週期所取得監測結果係有關電源電壓對電子電路400的影響，並且也可計算出此時最大的電源電壓落差。觀測點監測電路312操作在第二監測模式760時的監測方式也可以此類推，在此不再贅述。
因此，依據上述多重模式的監測方式，對應電子電路400的運作狀態，電子電路監測系統300操作在不同的監測模式中，以將電子電路400內部觀測點的製程變異、操作溫度以及電源電壓等電路參數之效應分離出來，從而個別監控之。
以下說明電子裝置如何依據振盪週期的分析結果來取得電源電壓、操作溫度以及振盪週期等電路參數的監測結果。
圖8繪示本發明一範例實施例之預先建立的三維模型的概要示意圖。請參考圖3及圖8，本範例實施例的電子裝置320依據電子電路400的製程變異、操作溫度及電源電壓等電路參數，以模擬或量測方式來預先建立如圖8的三維模型。因此，三維模型係依據電子電路的製程變異、電源電壓以及操作溫度以模擬或量測方式預先來建立。此三維模型包括電子電路400的電源電壓、操作溫度以及振盪週期三者之間的對應關係。並且在圖8中，此三維模型由上而下分別顯示了此些電路參數在不同製程參數下所模擬或量測的參數點，在本範例實施例中以SS、TT、FF三種製程參數為例。在本範例實施例中，訊號量測電路316將振盪週期的分析結果輸出至電子裝置320。電子裝置320依據三維模型以及振盪週期的分析結果來取得一至多種電路參數的監測結果。具體而言，訊號量測電路316將振盪週期的分析結果(例如包括第一輸出數位碼C1及第二輸出數位碼C2)輸出至電子裝置320，從而電子裝置320依據此預先建立的三維模型以及振盪週期的分析結果來取得製程變異、操作溫度及電源電壓等電路參數的監測結果。在本範例實施例中，電子裝置320是具有數值運算功能或數值映射功能等類似功能的主機系統，本發明對電子裝置320的型態並不加以限制。
在本範例實施例中，在電子電路監測裝置310對電子電路400的電源電壓及操作溫度進行監測之前，電子裝置320會先依據製程變異的監測結果來重新建立圖8的三維模型。圖9繪示本發明一範例實施例之重新建立的三維模型的概要示意圖。請參照圖7至圖9，在本範例實施例中，當觀測點監測電路312第一次操作在第一監測模式710時，以第一數位碼C1為例，其所受電源電壓的影響可以忽略(假設為理想電壓)，並且此時所監測到的操作溫度例如為室溫。因此，此時，電子裝置320所取得監測結果在圖9中是對應到校正點B。接著，電子裝置320再從圖8預先建立的三維模型之中，取得對應校正點B具有相同電源電壓及操作溫度的另兩參數點A、C，其中參數點A、C分別是SS、FF模式下模擬或量測所得的參數點。電子裝置320依據校正點B及參數點A、C來計算出製程變異的比例係數γ。在本範例實施例中，電子裝置320計算比例係數的方式之一，是以參數點C為基準，計算校正點B與參數點C的週期差值TB-TC以及參數點A與參數點C的週期差值TA-TC，此兩差值的比例即為製程變異的比例係數γ，其計算公式例示如下：
其中，γ是比例係數，TA、TB及TC分別是參數點A、校正點B與參數點C對應的振盪週期。接著，電子裝置320依據比例係數γ來重新建立三維模型。因此，在本範例實施例中，三維模型更依據監測所得的電子電路的製程變異的監測結果來加以重建。圖9所示者即電子裝置320依據比例係數γ以及SS、FF模式的各參數點來重新建立的三維模型。在圖9中，其TT模式的各參數點已依據比例係數γ以及SS、FF模式來重建。電子裝置320依據比例係數γ以及SS、FF模式的各參數點來重建對應TT模式的各參數點的方式之一，是依比例係數γ以及SS、FF模式的各參數點來線性內插出對應TT模式的各參數點，其線性內插公式例示如下：
其中，γ是比例係數，TSS及TFF分別是SS、FF模式的各參數點對應的振盪週期，TTT是對應TT模式中各參數點線性內插所得的振盪週期。接著，電子裝置320再依據此重新建立的三維模型以及振盪週期的分析結果來取得操作溫度及電源電壓等電路參數的監測結果。
圖10繪示本發明一範例實施例之依據重新建立的三維模型來取得電源電壓的監測結果的概要示意圖。請參考圖3、圖7及圖10，圖10係例示電源電壓預測的範例實施例。以第二監測模式720為例，其製程變異及操作溫度對電子電路400的影響為已知，其中操作溫度例如為室溫(假設為25℃)。因此，電子裝置320在取得第一數位碼C1或第二數位碼C2之後，計算出其所對應的最大振盪週期或平均振盪週期。接著，電子裝置320再依據最大振盪週期或平均振盪週期，從圖10中對應操作溫度25℃的多個參數點中，映射出最大振盪週期或平均振盪週期所對應的電源電壓，從而可取得最大電源電壓落差的監測結果。此外，第二監測模式740、760的監測結果可依此類推，在此不再贅述。
圖11繪示本發明一範例實施例之依據重新建立的三維模型來取得電源電壓的監測結果的概要示意圖。請參考圖3、圖7及圖11，圖11係例示操作溫度預測的範例實施例。以第一監測模式730為例，其製程變異及電源電壓對電子電路400的影響為已知，其中電源電壓假設為理想電壓，亦即此時的電源電壓並未提供給電子電路400。因此，電子裝置320在取得第一數位碼C1或第二數位碼C2之後，計算出其所對應的最大振盪週期或平均振盪週期。接著，電子裝置320再依據最大振盪週期或平均振盪週期，從圖10中對應理想電壓的多個參數點中，映射出最大振盪週期或平均振盪週期所對應的操作溫度，從而可取得操作溫度的監測結果。此外，第一監測模式750的監測結果可依此類推，在此不再贅述。
圖12繪示本發明一範例實施例之電子電路監測方法的步驟流程圖。請參考圖3至圖6及圖12，本範例實施例之電子電路監測方法至少適用於圖3至圖6之電子電路監測系統，惟本發明並不加以限制。所述電子電路監測方法至少包括如下步驟。在步驟S200中，電子電路監測系統300利用以陣列方式排列的多個感測器電路500，分別來感測電子電路400當中的多個觀測點的電路參數。接著，在步驟S210中，電子電路監測系統300從感測器電路500當中選擇至少一者來感測電路參數。之後，在步驟S220中，電子電路監測系統300分析所選擇的感測器電路500輸出的感測訊號RO_clk的電氣特性，以取得電路參數的監測結果。
另外，本發明範例實施例的電子電路監測方法可以由圖1至圖11實施例之敘述中獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。
圖13繪示本發明另一範例實施例之電子電路監測方法的步驟流程圖。請參考圖3至圖6及圖13，本範例實施例之電子電路監測方法至少適用於圖3至圖6之電子電路監測系統，惟本發明並不加以限制。所述電子電路監測方法至少包括如下步驟。在步驟S300中，電子電路監測系統300依據電子電路400的製程變異、電源電壓以及操作溫度等電路參數以模擬或量測方式預先來建立三維模型。接著，在步驟S310中，電子電路監測系統300依據第一次操作在第一監測模式監測所得的電子電路400的製程變異之監測結果來重建三維模型。
另一方面，在步驟S400中，電子電路監測系統300利用以陣列方式排列的多個感測器電路500，分別來感測電子電路400當中的多個觀測點的電路參數。接著，在步驟S410中，電子電路監測系統300依據第一掃描訊號S1從陣列中選擇一列，並且依據第二掃描訊號從所選擇的列中選擇一感測器電路500來感測其所對應的觀測點的電路參數。之後，在步驟S420中，電子電路監測系統300分析振盪訊號RO_osc的振盪週期，以取得最大振盪週期以及平均振盪週期，並且將最大振盪週期以及平均振盪週期分別轉換為第一輸出數位碼C1及第二輸出數位碼C2。此外，在步驟S430中，電子電路監測系統300分別依據多個校正訊號S1、S2來產生多個校正數位碼π1、π2。
因此，在本範例實施例中，在分析感測訊號的電氣特性，以取得電路參數的監測結果的步驟中，係分析振盪訊號的振盪週期，以取得電路參數的監測結果。在本範例實施例中，振盪週期的分析結果包括振盪訊號的最大振盪週期以及平均振盪週期兩者當中至少一者。在本範例實施例中，分析感測訊號的電氣特性，以取得電路參數的監測結果的步驟包括：分析振盪訊號的振盪週期，以取得振盪訊號的最大振盪週期；以及將振盪訊號的最大振盪週期轉換為第一輸出數位碼。在本範例實施例中，分析振盪訊號的振盪週期，以取得振盪訊號的最大振盪週期的步驟包括：分別依據多個校正訊號來產生多個校正數位碼；以及依據校正數位碼來計算振盪訊號的最大振盪週期。在本範例實施例中，上述分析感測訊號的電氣特性，以取得電路參數的監測結果的步驟包括：分析振盪訊號的振盪週期，以取得振盪訊號的平均振盪週期；以及將振盪訊號的平均振盪週期轉換為第二輸出數位碼。此外，在一實施例中，電子電路監測方法更包括調整校正訊號的訊號週期。
在步驟S320中，電子電路監測系統300依據校正數位碼π1、π2以及第一輸出數位碼C1及第二輸出數位碼C2來計算振盪訊號RO_osc的最大振盪週期以及平均振盪週期。接著，在步驟S330中，電子電路監測系統300確認其監測模式係第一監測模式或第二監測模式。在步驟S340中，電子電路監測系統300第一次操作在第一監測模式，電子電路監測系統300依據重建的三維模型以及振盪訊號RO_osc的最大振盪週期或平均振盪週期來取得電子電路400的製程變異的監測結果。在步驟S350中，電子電路監測系統300操作在第一監測模式，電子電路監測系統300依據重建的三維模型以及振盪訊號RO_osc的最大振盪週期或平均振盪週期來取得電子電路400的操作溫度的監測結果。在步驟S360中，電子電路監測系統300在第二監測模式，電子電路監測系統300依據重建的三維模型以及振盪訊號RO_osc的最大振盪週期或平均振盪週期來取得電子電路400的電源電壓的監測結果。
因此，在本範例實施例中，電子電路監測方法包括：依據三維模型以及振盪週期的分析結果來取得電路參數的監測結果。在本範例實施例中，電子電路監測方法包括：依據電子電路的製程變異、電源電壓以及操作溫度以模擬或量測方式預先來建立三維模型。在本範例實施例中，電子電路監測方法包括：依據監測所得的電子電路的製程變異的監測結果來重建三維模型。在本範例實施例中，從感測器電路當中選擇一者來感測電路參數的步驟包括：依據第一掃描訊號，從陣列中選擇一列的感測器電路來感測電路參數。感測訊號從所選擇的列來輸出。在本範例實施例中，從感測器電路當中選擇一者來感測電路參數的步驟包括：依據第二掃描訊號，從所選擇的列中選擇一個感測器電路來感測其所對應的觀測點的電路參數。在本範例實施例中，分析感測訊號的電氣特性，以取得電路參數的監測結果的步驟包括：在第一監測模式時，分析感測訊號的電氣特性，以取得電子電路的操作溫度或製程變異的監測結果；以及在第二監測模式時，分析感測訊號的電氣特性，以取得電子電路的電源電壓的監測結果。在本範例實施例中，在電子電路處於閒置模式預設的時間長度之後，電子電路監測方法第一次操作在第一監測模式。在第一監測模式時，分析感測訊號的電氣特性，以取得電子電路的操作溫度或製程變異的監測結果的步驟包括：在電子電路監測方法第一次操作在第一監測模式時，分析感測訊號的電氣特性，以取得電子電路的製程變異的監測結果。在本範例實施例中，電子電路監測方法係依據模式控制訊號來決定操作在第一監測模式或第二監測模式。在本範例實施例中，在電子電路處於閒置模式時，電子電路監測方法操作在第一監測模式。在電子電路處於工作模式時，電子電路監測方法操作在第二監測模式。
另外，本發明範例實施例的電子電路監測方法可以由圖1至圖12實施例之敘述中獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。
綜上所述，在本發明範例實施例中，電子電路監測系統及其方法透過在電子電路中植入感測器電路，並且透過訊號量測電路來將感測訊號的電氣特性量化。接著，電子電路監測系統及其方法針對量化的電氣特性，透過三維模型的分析來消除製程變異的因素，以依據所監測到電氣特性來推估對應的電源電壓及操作溫度，從而在電子電路的操作期間監測其中的電源電壓及操作溫度。因此，本發明範例實施例的電子電路監測系統及其方法可提升電子電路的效能以及可靠度。
雖然本發明已以實施例發明如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100、500‧‧‧感測器電路
110‧‧‧環型振盪器
116、316‧‧‧訊號量測電路
300‧‧‧電子電路監測系統
310‧‧‧電子電路監測裝置
311‧‧‧量化器電路
312‧‧‧觀測點監測電路
313‧‧‧計數器電路
314‧‧‧系統控制電路
318‧‧‧鎖相迴路電路
320‧‧‧電子裝置
400‧‧‧電子電路
510‧‧‧振盪器電路
512‧‧‧反向器電路
520‧‧‧暫存器電路
530_col、530_row‧‧‧選擇器電路
610、620‧‧‧掃描鍊
710、730、750‧‧‧第一監測模式
720、740、760‧‧‧第二監測模式
RO_clk‧‧‧感測訊號
RO_osc、RO_osc’‧‧‧振盪訊號
Tmax‧‧‧最大振盪週期
ACT‧‧‧動作訊號
”1”‧‧‧數位值
S1‧‧‧第一校正訊號
S2‧‧‧第二校正訊號
S3‧‧‧校正控制訊號
S4、S5‧‧‧重置訊號
S6‧‧‧模式控制訊號
π1、π2‧‧‧校正數位碼
C1‧‧‧第一輸出數位碼
C2‧‧‧第二輸出數位碼
Scan_row‧‧‧第一掃描訊號
Scan_col‧‧‧第二掃描訊號
Scan_clk‧‧‧掃描時脈訊號
Q‧‧‧暫存器電路的輸出端
D‧‧‧暫存器電路的輸入端
A、C‧‧‧參數點
B‧‧‧校正點
SS、TT、FF‧‧‧製程模擬模式
S200、S210、S220、S300、S310、S320、S330、S340、S350、S360、S400、S410、S420‧‧‧電子電路監測方法的步驟
圖1繪示本發明一範例實施例之感測器電路及訊號量測電路的概要示意圖。 圖2繪示圖1實施例之感測訊號的訊號波形圖。 圖3繪示本發明一範例實施例之電子電路監測系統的概要方塊圖。 圖4繪示圖3實施例之電子電路監測裝置的概要方塊圖。 圖5繪示圖3實施例之觀測點監測電路的概要電路圖。 圖6繪示圖3實施例之感測器電路的概要電路圖。 圖7繪示本發明一範例實施例之電子電路及其監測系統的操作方法的概要示意圖。 圖8繪示本發明一範例實施例之預先建立的三維模型的概要示意圖。 圖9繪示本發明一範例實施例之重新建立的三維模型的概要示意圖。 圖10繪示本發明一範例實施例之依據重新建立的三維模型來取得電源電壓的監測結果的概要示意圖。 圖11繪示本發明一範例實施例之依據重新建立的三維模型來取得電源電壓的監測結果的概要示意圖。 圖12繪示本發明一範例實施例之電子電路監測方法的步驟流程圖。 圖13繪示本發明另一範例實施例之電子電路監測方法的步驟流程圖。
310‧‧‧電子電路監測裝置
311‧‧‧量化器電路
312‧‧‧觀測點監測電路
313‧‧‧計數器電路
314‧‧‧系統控制電路
316‧‧‧訊號量測電路
318‧‧‧鎖相迴路電路
RO_clk‧‧‧感測訊號
S1‧‧‧第一校正訊號
S2‧‧‧第二校正訊號
S3‧‧‧校正控制訊號
S4、S5‧‧‧重置訊號
S6‧‧‧模式控制訊號
π 1、π 2‧‧‧校正數位碼
C1‧‧‧第一輸出數位碼
C2‧‧‧第二輸出數位碼
Scan_row‧‧‧第一掃描訊號
Scan_col‧‧‧第二掃描訊號

Claims (32)

  1. 一種電子電路監測系統，用以監測一電子電路的一至多種電路參數，該電子電路監測系統包括： 一觀測點監測電路，包括以一陣列方式排列的多個感測器電路，分別用以感測該電子電路當中的多個觀測點的該一至多種電路參數； 一系統控制電路，耦接至該觀測點監測電路，用以從該些感測器電路當中選擇至少一者來感測該一至多種電路參數，其中所選擇的該些感測器電路中一者輸出一感測訊號；以及 一訊號量測電路，耦接至該觀測點監測電路，用以接收該感測訊號，並且分析該感測訊號的一電氣特性，以取得該一至多種電路參數的監測結果。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電子電路監測系統，其中各該些感測器電路更包括一振盪器電路，所選擇的該些感測器電路中一者的該振盪器電路輸出一振盪訊號作為該感測訊號，以及該訊號量測電路分析該振盪訊號的振盪週期，以取得該一至多種電路參數的監測結果。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的電子電路監測系統，其中各該些感測器電路更包括： 一暫存器電路，耦接至該振盪器電路，用以輸出的一動作訊號，來控制該振盪器電路產生該振盪訊號，其中該暫存器電路依據一上一級的感測器電路所輸出的動作訊號以及一掃描時脈訊號來產生該動作訊號；以及 一選擇器電路，耦接至該振盪器電路、該暫存器電路以及該上一級的感測器電路，用以依據該動作訊號從該振盪器電路所產生的該振盪訊號以及該上一級的感測器電路所輸出的振盪訊號兩者當中選擇一者輸出至一下一級的感測器電路以及該訊號量測電路。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的電子電路監測系統，其中該振盪週期的分析結果包括該振盪訊號的最大振盪週期以及平均振盪週期兩者當中至少一者。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的電子電路監測系統，更包括一電子裝置，其中該訊號量測電路更包括： 一量化器電路，耦接至該觀測點監測電路，用以分析該振盪訊號的振盪週期，以取得該振盪訊號的最大振盪週期，並且將該振盪訊號的最大振盪週期轉換為一第一輸出數位碼，以輸出至該電子裝置，其中該振盪週期的分析結果包括該第一輸出數位碼。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的電子電路監測系統，更包括： 一鎖相迴路電路，耦接至該系統控制電路，用以輸出多個校正訊號至該量化器電路，其中該量化器電路分別依據該些校正訊號來產生多個校正數位碼，並且輸出該些校正數位碼至該電子裝置，以及該電子裝置依據該些校正數位碼來計算該振盪訊號的最大振盪週期。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的電子電路監測系統，其中該系統控制電路輸出一校正控制訊號至該鎖相迴路電路，以調整該鎖相迴路電路所輸出的該些校正訊號的訊號週期。
  8. 如申請專利範圍第4項所述的電子電路監測系統，其中該訊號量測電路更包括： 一計數器電路，耦接至該觀測點監測電路，用以分析該振盪訊號的振盪週期，以取得該振盪訊號的平均振盪週期，並且將該振盪訊號的平均振盪週期轉換為一第二輸出數位碼，以輸出至該電子裝置，其中該振盪週期的分析結果包括該第二輸出數位碼。
  9. 如申請專利範圍第2項所述的電子電路監測系統，更包括一電子裝置，其中該訊號量測電路將該振盪週期的分析結果輸出至該電子裝置，該電子裝置依據一三維模型以及該振盪週期的分析結果來取得該一至多種電路參數的監測結果，以及該三維模型包括該電子電路的電源電壓、操作溫度以及該振盪週期三者之間的對應關係。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的電子電路監測系統，其中該三維模型係依據該電子電路的製程變異、電源電壓以及操作溫度以模擬或量測方式預先來建立。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的電子電路監測系統，其中該三維模型更依據監測所得的該電子電路的製程變異的監測結果來加以重建。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的電子電路監測系統，其中該系統控制電路輸出一第一掃描訊號至該觀測點監測電路，以從該陣列中選擇一列的該些感測器電路來感測該一至多種電路參數，其中該感測訊號從所選擇的該列來輸出。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的電子電路監測系統，其中該系統控制電路更輸出一第二掃描訊號至該觀測點監測電路，以從該列中選擇一感測器電路來感測其所對應的觀測點的該一至多種電路參數。
  14. 如申請專利範圍第1項所述的電子電路監測系統，其中該觀測點監測電路依據一模式控制訊號來決定操作在一第一監測模式或一第二監測模式，該電子電路處於一閒置模式時，該觀測點監測電路操作在該第一監測模式，以及該電子電路處於一工作模式時，該觀測點監測電路操作在該第二監測模式。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的電子電路監測系統，其中該一至多種電路參數包括該電子電路的電源電壓、操作溫度以及製程變異，該觀測點監測電路操作在該第一監測模式時，該訊號量測電路分析該感測訊號的該電氣特性，以取得該電子電路的操作溫度或製程變異的監測結果，以及該觀測點監測電路操作在該第二監測模式時，該訊號量測電路分析該感測訊號的該電氣特性，以取得該電子電路的電源電壓的監測結果。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的電子電路監測系統，其中在該電子電路處於該閒置模式一預設的時間長度之後，在該觀測點監測電路第一次操作在該第一監測模式時，該訊號量測電路分析該感測訊號的該電氣特性，以取得該電子電路的製程變異的監測結果。
  17. 一種電子電路監測方法，用以監測一電子電路的一至多種電路參數，該電子電路監測方法包括： 利用以一陣列方式排列的多個感測器電路，分別來感測該電子電路當中的多個觀測點的該一至多種電路參數； 從該些感測器電路當中選擇至少一者來感測該一至多種電路參數，其中所選擇的該些感測器電路中一者輸出一感測訊號；以及 分析該感測訊號的一電氣特性，以取得該一至多種電路參數的監測結果。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的電子電路監測方法，其中各該些感測器電路更包括一振盪器電路，所選擇的該些感測器電路中一者的該振盪器電路輸出一振盪訊號作為該感測訊號，以及在分析該感測訊號的該電氣特性，以取得該一至多種電路參數的監測結果的步驟中，係分析該振盪訊號的振盪週期，以取得該一至多種電路參數的監測結果。
  19. 如申請專利範圍第18項所述的電子電路監測方法，其中該振盪週期的分析結果包括該振盪訊號的最大振盪週期以及平均振盪週期兩者當中至少一者。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的電子電路監測方法，其中分析該感測訊號的該電氣特性，以取得該一至多種電路參數的監測結果的步驟更包括： 分析該振盪訊號的振盪週期，以取得該振盪訊號的最大振盪週期；以及 將該振盪訊號的最大振盪週期轉換為一第一輸出數位碼，其中該振盪週期的分析結果包括該第一輸出數位碼。
  21. 如申請專利範圍第20項所述的電子電路監測方法，其中分析該振盪訊號的振盪週期，以取得該振盪訊號的最大振盪週期的步驟更包括： 分別依據多個校正訊號來產生多個校正數位碼；以及 依據該些校正數位碼來計算該振盪訊號的最大振盪週期。
  22. 如申請專利範圍第21項所述的電子電路監測方法，更包括調整該些校正訊號的訊號週期。
  23. 如申請專利範圍第19項所述的電子電路監測方法，其中分析該感測訊號的該電氣特性，以取得該一至多種電路參數的監測結果的步驟更包括： 分析該振盪訊號的振盪週期，以取得該振盪訊號的平均振盪週期；以及 將該振盪訊號的平均振盪週期轉換為一第二輸出數位碼，其中該振盪週期的分析結果包括該第二輸出數位碼。
  24. 如申請專利範圍第18項所述的電子電路監測方法，更包括： 依據一三維模型以及該振盪週期的分析結果來取得該一至多種電路參數的監測結果，其中該三維模型包括該電子電路的電源電壓、操作溫度以及該振盪週期三者之間的對應關係。
  25. 如申請專利範圍第24項所述的電子電路監測方法，更包括： 依據該電子電路的製程變異、電源電壓以及操作溫度以模擬或量測方式預先來建立該三維模型。
  26. 如申請專利範圍第25項所述的電子電路監測方法，更包括： 依據監測所得的該電子電路的製程變異的監測結果來重建該三維模型。
  27. 如申請專利範圍第17項所述的電子電路監測方法，其中從該些感測器電路當中選擇至少一者來感測該一至多種電路參數的步驟更包括： 依據一第一掃描訊號，從該陣列中選擇一列的該些感測器電路來感測該一至多種電路參數，其中該感測訊號從所選擇的該列來輸出。
  28. 如申請專利範圍第27項所述的電子電路監測方法，其中從該些感測器電路當中選擇至少一者來感測該一至多種電路參數的步驟更包括： 依據一第二掃描訊號，從該列中選擇一感測器電路來感測其所對應的觀測點的該一至多種電路參數。
  29. 如申請專利範圍第17項所述的電子電路監測方法，其中該一至多種電路參數包括該電子電路的電源電壓、操作溫度以及製程變異，以及分析該感測訊號的該電氣特性，以取得該一至多種電路參數的監測結果的步驟更包括： 在一第一監測模式時，分析該感測訊號的該電氣特性，以取得該電子電路的操作溫度或製程變異的監測結果；以及 在一第二監測模式時，分析該感測訊號的該電氣特性，以取得該電子電路的電源電壓的監測結果。
  30. 如申請專利範圍第29項所述的電子電路監測方法，其中在該電子電路處於一閒置模式一預設的時間長度之後，該電子電路監測方法第一次操作在該第一監測模式，以及在該第一監測模式時，分析該感測訊號的該電氣特性，以取得該電子電路的操作溫度或製程變異的監測結果的步驟更包括： 在該電子電路監測方法第一次操作在該第一監測模式時，分析該感測訊號的該電氣特性，以取得該電子電路的製程變異的監測結果。
  31. 如申請專利範圍第30項所述的電子電路監測方法，其中該電子電路監測方法係依據一模式控制訊號來決定操作在該第一監測模式或該第二監測模式。
  32. 如申請專利範圍第31項所述的電子電路監測方法，其中在該電子電路處於該閒置模式時，該電子電路監測方法操作在該第一監測模式，以及在該電子電路處於一工作模式時，該電子電路監測方法操作在該第二監測模式。
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