TWI537576B - 用於功率瞬變偵測之積體電路及方法 - Google Patents

Description

用於功率瞬變偵測之積體電路及方法

本發明係針對積體電路，且更特定言之，係針對偵測積體電路內的功率瞬變。

積體電路(IC)通常係在製造程序之末尾受到測試，以便核對其正確的操作且識別有故障的零件。另外，IC可在設計階段期間進行測試，以便找到在設計投入矽製造之前不明顯的設計瑕疵。

許多不同的故障機制可使得IC之特定例項不能通過測試。在一些狀況下，故障可為硬故障。硬故障之實例包括有故障或不起作用之電晶體、無意的短路、無意的斷路，等等。在其他狀況下，故障可為軟故障。軟故障可定義為即使組件自身並非有故障卻仍發生在電路之操作中的故障。

軟故障之一來源為供電電壓節點上的瞬變。舉例而言，同時切換大量電路可引起供電電壓之瞬時下降(有時被稱為下降(droop)、突波，或di/dt事件)。作為供電電壓之瞬時下降的結果，一些電晶體可能不當地切換狀態，而其他電晶體可能即使在預期進行切換時仍不切換狀態。因此，即使IC之實際電晶體滿足規格，供電電壓中之突波仍可能使得IC不能通過測試或以其他方式進入IC無法恢復之不起作用狀態。

揭示用於IC中之功率突波偵測之方法及設備。在一實施例中，一方法包括IC中之偵測電壓瞬變的偵測電路，在電壓瞬變中供電電壓之值已至少瞬時降低至參考電壓值以下。回應於此，偵測電路可使得邏輯值儲存於暫存器中，該邏輯值指示偵測電路已偵測到供電電壓降低至參考電壓以下。IC可包括耦接至暫存器之數個偵測電路，其中每一者可提供偵測到供電電壓降低至參考電壓以下的相應指示。偵測電路可置放於不同的位置處，且由此讀取暫存器可得出指示此等電壓瞬變發生於之位置(若有)的資訊。

偵測電路可使用電壓比較器及正反器來實施。電壓比較器可在一輸入端上接收供電電壓，且在另一輸入端上接收參考電壓。參考電壓可為可變電壓。比較器之輸出端可耦接至正反器之時脈輸入端。正反器之資料輸入端可耦接至固定電壓值。若比較器偵測到供電電壓已降低至參考電壓以下，則其可觸發其相應輸出信號之狀態的改變。回應於偵測到其時脈輸入端上之輸出信號之狀態的改變，正反器可相應地改變其輸出信號的狀態。此結果可接著寫入至暫存器。由於正反器之資料輸入端耦接至固定電壓，因此其可不管供電電壓之後續改變而維持其輸出狀態，直至自其外部之電源發生重設為止。

儘管本發明易受各種修改及替代形式影響，但在圖式中藉由實例展示其特定實施例且將在本文中對其進行詳細描述。然而，應理解，圖式及其詳細描述不欲將本發明限於所揭示之特定形式，而相反，本發明意欲涵蓋屬於如藉由所附申請專利範圍所界定的本發明之精神及範疇的所有修改、等效物及替代。本文所使用之標題僅為達成組織性目的，且並不意謂用以限制描述之範疇。如遍及本申請案所使用，詞「可」係在准許性意義(亦即，意謂有可能)而非強制性意義(亦即，意謂必須)上使用。類似地，詞「包括」意謂包括但不限於。

各種單元、電路或其他組件可描述為「經組態以」執行任務。在此等情形下，「經組態以」為對結構之廣泛敍述，其大體上意謂「具有在操作期間執行該(等)任務之電路」。因而，單元/電路/組件可經組態以甚至在此單元/電路/組件當前未接通時仍執行任務。一般而言，形成對應於「經組態以」之結構的電路可包括硬體電路。類似地，為便於描述，各種單元/電路/組件可被描述為執行任務。此等描述應解譯為包括片語「經組態以」。敍述經組態以執行一或多個任務之單元/電路/組件明確地不欲援引35 U.S.C.§ 112第六段針對彼單元/電路/組件的解譯。

10‧‧‧積體電路(IC)

15‧‧‧暫存器

16‧‧‧計數器單元

20‧‧‧偵測電路

22‧‧‧選擇電路

24‧‧‧比較器

26‧‧‧正反器

27‧‧‧電壓調節器

150‧‧‧系統

154‧‧‧周邊裝置

156‧‧‧電源供應器

158‧‧‧外部記憶體

400‧‧‧方法

500‧‧‧方法

以下詳細描述參看現簡要描述之隨附圖式。

圖1為IC之一實施例的方塊圖。

圖2為偵測電路之一實施例的示意圖。

圖3為供電電壓突波之偵測的圖形說明。

圖4為說明用於偵測供電電壓突波之方法之一實施例的流程圖。

圖5為說明判定IC中的供電電壓突波之位置之一實施例的流程圖。

圖6為例示性系統之一實施例的方塊圖。

現轉至圖1，展示了IC之一實施例的方塊圖。在所示實施例中，IC 10包括數個偵測電路20，其中每一者耦接至暫存器15。應注意，IC 10可包括其他電路，諸如經組態以執行IC之動作功能的一或多個功能區塊。為簡單性起見，未在此處展示此等區塊。

所示實施例中之偵測電路20中的每一者經組態以偵測供電電壓Vdd中之突波。如本文所使用，突波可定義為使得供電電壓降低至某一電壓臨限值(本文中被稱為參考電壓)以下之供電電壓瞬變。突波之 起因可在例項間不同。舉例而言，突波可由同時切換雜訊(亦即，當數個電路實質上同時切換時)引起，藉此引起自供電電壓節點汲取之電流量的大改變。突波之結果可為電路之錯誤操作，且在一些狀況下，可使得電路(若非整個IC)變得不起作用。

供電突波之另一態樣在於其可被區域化。舉例而言，突波可出現在IC中靠近最近已切換狀態之數個電路的位置處，而在IC之足夠遠離出現突波之位置的另一位置，供電電壓可保持實質上穩定。因而，在IC 10上於不同的位置處實施偵測電路20。儘管應注意在此處展示了偵測電路20之五個例項，但在屬於本發明之範疇的IC之各種實施例中，可實施偵測電路20之任何數目個例項。

所示實施例中之偵測電路20中的每一者經耦接以接收兩個供電電壓Vdd及AVdd(「類比Vdd」)。第一供電電壓Vdd為用以對偵測電路20附近之電路(例如，附近的邏輯電路)供電的供電電壓，且為與參考電壓作比較的電壓，如下文進一步詳細解釋。AVdd電壓與Vdd分離，且作為供電電壓提供至每一偵測電路20內之某些組件以不管Vdd中之任何突波而確保該等組件之正確操作。

每一偵測電路20經組態以在偵測到突波的情況下確證相應的突波信號(例如，「突波0」、「突波1」等)。由給定偵測電路20確證之突波信號可由暫存器15接收。回應於給定偵測電路對突波信號之確證，暫存器15可記錄且儲存該情形。可經由「Reg_Out」輸出端自IC 10外部之實體讀取暫存器15之內容，「Reg_Out」輸出端可為串列或並列輸出路徑。對自暫存器15讀取之內容的分析可提供關於供電電壓突波之位置的資訊。可在開發階段期間的矽製造後(post-silicon)測試期間、在製造測試期間，及/或在IC 10在現場發生後續故障之後的故障分析期間獲得此資訊。此資訊可用以改進及改良IC 10之設計。

在所示實施例中，IC 10亦包括計數器單元16。計數器單元16可 包括數個個別計數器，每一計數器對應於偵測電路20中之一者。計數器單元16內之計數器可追蹤自其相應的偵測電路出現之突波的數目。舉例而言，可在IC測試系統上執行對IC 10之數個測試，其中計數器單元16之計數器判定由每一偵測電路20偵測之突波的數目。為了促進此測試，每一偵測電路20可為可重設的。尤其在分析突波誘發之故障及判定出現突波之條件時，計數資訊可為有用的。

圖2為偵測電路之一實施例的示意圖。在所示實施例中，偵測電路20包括比較器24，比較器24經耦接以在其輸入端上接收供電電壓Vdd及參考電壓Vref。比較器24亦經耦接以接收AVdd作為其操作電壓。可經由選擇電路22接收參考電壓，且在此特定實例中參考電壓可為電壓V1、V2或V3中之任一者。電壓V1、V2及V3可彼此不同。因此，參考電壓可變化，此情形在Vdd亦可變的實施例中(例如，在使用動態電壓及頻率按比例縮放或針對不同的操作點以其他方式調整供電電壓的實施例中)可為有用的。此外，電壓V1、V2及V3中之每一者本身可為可變的。在此特定實例中，電壓V1係自電壓調節器27接收，電壓調節器27為可變電壓調節器。自其作為電壓V1輸出之電壓可根據「SetV」信號變化，「SetV」信號可自內部或外部的另一來源(此處未展示)接收。

在此處未說明之替代實施例中，可免除選擇電路22，其中Vref耦接至電壓調節器/產生器以提供參考電壓。在Vdd不隨操作狀態改變之實施例中，Vref可作為實質上固定的電壓供應至比較器。如本文所使用，術語「固定電壓」可定義為意欲在電路之全部操作中保持於預定義位準(在指定範圍內，例如，5%)的電壓。因此，如本文所使用之術語「固定電壓」將排除某些信號，諸如電壓受到改變以指示狀態之改變的邏輯信號(例如，其中邏輯0為0伏特，而邏輯1處於Vdd)。

所示實施例中之比較器24的輸出端耦接至正反器26之時脈輸入 端。此實施例中之正反器26為D型正反器，其中「Q」輸出之狀態跟隨「D」輸入的狀態。在操作之開頭，正反器26之「Q」輸出(「突波」)可為低位準的。當在所示實施例中供電電壓Vdd大於參考電壓Vref時，比較器24之輸出可為低位準的(例如，處於0伏特，或接地)。若突波使得Vdd降低至Vref以下，則比較器24之輸出可轉變為高位準(例如，至AVdd)。當在正反器26之時脈輸入端上偵測到此改變時，其輸出「突波」歸因於「D」輸入端硬連線至V_Fix而轉變為高位準。轉變為高位準由暫存器偵測到，該暫存器記錄且儲存該突波情形。歸因於正反器26之組態，「突波」信號可保持為高位準，直至自另一來源(未圖示)接收到處於確證狀態下的「重設(Reset)」信號為止。在要(例如)使用不同的參考電壓執行數個不同測試之情形中，重設正反器26之能力可為有用的。

在Vref可變之實施例中，判定突波之量值或其合理的近似值可為可能的。舉例而言，考慮在某一測試期間偵測到突波之製造測試環境，其中V1提供作為Vref。在測試已完成之後，正反器26可經重設，且可在V2提供作為Vref之情況下再次進行測試，其中V2小於V1。若未在V2提供作為Vref之情況下偵測到突波，則可判定突波之量值使得Vdd落在V1與V2之間的某處。另一方面，若在V2提供作為Vref時偵測到突波，則正反器26可經重設且可在V3提供作為Vref之情況下再次重複測試。若突波並未出現，則可判定量值使得Vdd落在V2與V3之間的某處。否則，若突波再次出現，則可判定其量值使得Vdd落在V3以下。判定突波之量值的眾多其他實例係可能的且被預期(例如，藉由使自電壓調節器27輸出之V1的電壓變化)，且可取決於偵測電路20及IC 10之特定實施的能力而變化。

圖3包括偵測電路20之操作的圖形說明。在上部曲線圖中，Vdd瞬時降低，但不足以降低至Vref以下。因此，並未出現突波，且偵測 電路20未觸發突波信號。在下部圖中，Vdd已瞬時降低至Vref以下，且由此突波已出現。大約在Vdd降低至Vref以下之時刻，突波信號經觸發，且在此實例之剩餘部分中保持如此。

現移至圖4，其為說明用於偵測供電電壓突波之方法之一實施例的流程圖。可使用如上文所示之偵測電路20及IC 10來執行方法400。然而，此處所揭示之方法不限於彼等硬體實施例。對比而言，藉由廣泛多種硬體實施例來執行方法400係可能的且被預期。

方法400始於比較供電電壓與參考電壓(區塊405)。若電壓突波尚未出現(區塊410，否)，則此方法返回至區塊405。若電壓突波確實出現(區塊410，是)，則比較器可確證其輸出信號(區塊415)。可由正反器(例如，在其時脈輸入端處，如圖2中所示)接收輸出信號，藉此使得該正反器確證其輸出信號(區塊420)。此情形亦可引起對暫存器之寫入，以記錄且儲存突波之出現的指示。可將正反器信號保持於經確證狀態，直至發生重設為止(區塊425)。

圖5為說明判定IC中的供電電壓突波之位置之一實施例的流程圖。如同方法400，方法500之執行可包括使用圖1及圖2中所揭示以及上文所論述之硬體，但不限於彼等實施例。

方法500始於IC在數個不同的位置(使用數個相應的偵測電路)判定供電電壓是否已出現一或多個突波(區塊505)。此判定可在包括各種偵測電路之IC的測試(例如，製造測試)期間進行，但亦可在突波使得IC變得不起作用且由此要求在其相應系統中進行替換時在現場的正常操作期間發生。

針對出現之每一突波，可確證指示、將其寫入且儲存至包括用於儲存此資訊之位置的暫存器中(區塊510)。在此後之某點處，讀取暫存器之內容(區塊515)。根據所讀取之暫存器內容，可進行關於出現供電突波之位置的判定(區塊520)。當暫存器位置與在IC中實施之 偵測電路的特定位置相關聯時，此情形可為可能的。

接下來轉至圖6，展示系統150之一實施例的方塊圖。在所說明之實施例中，系統150包括耦接至外部記憶體158之積體電路10的至少一例項。積體電路10耦接至一或多個周邊裝置154及外部記憶體158。亦提供電源供應器156，電源供應器156將供電電壓供應至積體電路10以及將一或多個供電電壓供應至記憶體158及/或周邊裝置154。在一些實施例中，可包括積體電路10之一個以上例項(且亦可包括一個以上外部記憶體158)。

周邊裝置154可包括任何所要之電路，此取決於系統150之類型。舉例而言，在一實施例中，系統150可為行動裝置(例如，個人數位助理(PDA)、智慧型電話等)，且周邊裝置154可包括用於各種類型之無線通信(諸如，WiFi、藍芽、蜂巢式、全球定位系統等)的裝置。周邊裝置154亦可包括額外儲存器，包括RAM儲存器、固態儲存器，或磁碟儲存器。周邊裝置154可包括諸如顯示螢幕之使用者介面裝置，其包括觸控式顯示螢幕或多點觸控式顯示螢幕、鍵盤或其他輸入裝置、麥克風、揚聲器等。在其他實施例中，系統150可為任何類型之計算系統(例如，桌上型個人電腦、膝上型電腦、工作站、平板電腦等)。

外部記憶體158可包括任何類型之記憶體。舉例而言，外部記憶體158可為SRAM、動態RAM(DRAM)(諸如，同步DRAM(SDRAM))、雙資料速率(DDR、DDR2、DDR3、LPDDR1、LPDDR2等)SDRAM、RAMBUS DRAM等。外部記憶體158可包括安裝有記憶體裝置之一或多個記憶體模組，諸如單列直插式記憶體模組(SIMM)、雙列直插式記憶體模組(DIMM)等。

對於熟習此項技術者而言，一旦已完全瞭解以上揭示內容，則眾多變化及修改將變得顯而易見。希望將以下申請專利範圍解譯為包 含所有此等變化及修改。

10‧‧‧積體電路(IC)

15‧‧‧暫存器

16‧‧‧計數器單元

20‧‧‧偵測電路

Claims (17)

1. 一種用於偵測功率瞬變之方法，其包含：自一第一比較器之一輸出端處提供一邏輯信號至一第一正反器之一時脈輸入端；在一暫存器中儲存藉由該第一正反器所輸出之一邏輯值；比較一參考電壓之一第一值與一供電電壓之一值，其中該比較係藉由該第一比較器執行；回應於判定該供電電壓之該值小於該參考電壓的該第一值而改變藉由該比較器所輸出之該邏輯信號的一狀態；及回應於該比較器改變該邏輯信號之該狀態而將藉由該正反器所輸出的該邏輯值自一第二邏輯值改變為一第一邏輯值；判定該供電電壓之該值大於該參考電壓之該第一值；將該參考電壓改變為一第二值；及在將該參考電壓改變為該第二值之後重複該比較。
2. 如請求項1之方法，其進一步包含：回應於判定該供電電壓之該值小於該參考電壓的該第二值而改變藉由該比較器所輸出之該邏輯信號的一狀態；及回應於該比較器改變該邏輯信號之該狀態而將藉由該正反器所輸出的該邏輯值自一第二邏輯值改變為一第一邏輯值。
3. 如請求項1之方法，其進一步包含在該比較器回應於偵測到該供電電壓小於該參考電壓之該第一值而改變該邏輯信號的該狀態之後，不管藉由該比較器所輸出之該邏輯信號的該狀態而將藉由該第一正反器所輸出之該邏輯值維持於該第一邏輯值。
4. 如請求項1之方法，其進一步包含：在複數個比較器中之每一者中執行該比較，其中該複數個比 較器包括該第一比較器；及自偵測到該供電電壓之該值小於參考電壓的該第一值的該複數個比較器中之任一者提供各別邏輯信號，其中該等各別邏輯信號提供至複數個正反器中之相應耦接者，該複數個正反器包括該第一正反器。
5. 如請求項2之方法，其進一步包含：在該暫存器中儲存藉由該複數個正反器中之每一者所輸出之邏輯值；讀取該暫存器以判定該複數個正反器中之哪一者已輸出具有該第一邏輯狀態的一邏輯值；及基於該讀取判定在積體電路中之該供電電壓已降低至該參考電壓的該第一值以下的位置，若有的話。
6. 如請求項3之方法，其進一步包含：將該參考電壓改變為一第二值；及在將該參考電壓改變為該第二值之後針對該複數個比較器中之每一者重複該比較。
7. 如請求項1之方法，其進一步包含：針對該參考電壓之複數個值中的每一者執行該比較；針對該參考電壓之該複數個值中的每一者判定該供電電壓降低至該參考電壓以下；及記錄該供電電壓降低至該參考電壓以下的任何情況。
8. 如請求項6之方法，其進一步包含：基於該記錄判定該供電電壓中之暫時下降的一量值。
9. 如請求項1之方法，其進一步包含：重設該第一正反器以輸出該第二邏輯值；將該參考電壓改變為一第二值；及 在將該參考電壓改變為該第二值之後重複該比較。
10. 一種積體電路，其包含：複數個偵測電路，其各自經組態以偵測在一供電電壓節點上的電壓瞬變，在該等電壓瞬變中一供電電壓暫時降低至一參考電壓以下，其中該等偵測電路中之每一者包括：一比較器，其經組態以比較一供電電壓之一值與一參考電壓的一值，且經組態以回應於判定該供電電壓小於該參考電壓而改變一輸出信號之一狀態；及一正反器，其具有經耦接以自該比較器接收該輸出信號之一時脈輸入端及耦接至一固定電壓的一資料輸入端，其中該正反器經組態以回應於該比較器改變其輸出信號之該狀態而將自該正反器輸出的一邏輯值自一第二狀態改變為一第一狀態；一選擇電路，該選擇電路經組態以將複數個電壓中之一所選擇電壓作為該參考電壓輸送至該比較器；及一暫存器，其經耦接以自該複數個偵測電路中之每一者的每一該正反器接收且儲存一邏輯值。
11. 如請求項10之積體電路，其中該複數個偵測電路中之每一者的該正反器經組態以在自該第二值改變之後不管自其相應耦接之比較器輸出的該信號的一狀態而將自其輸出的該邏輯值維持於該第一值。
12. 如請求項11之積體電路，其中該複數個偵測電路中之每一者的該正反器包括一非同步重設輸入端，其中該複數個偵測電路中之每一者的該正反器經組態以回應於其非同步重設輸入端上之一重設信號的確證而將自其輸出之該邏輯值自該第一值改變為該第二值。
13. 一種用於偵測功率瞬變之方法，其包含：在一積體電路中之複數個偵測電路中的一或多者中判定在一供電電壓節點上的一瞬變的一出現使得一供電電壓之一值暫時降低至一參考電壓的一值以下；及識別該複數個偵測電路中之該一或多者中的哪些偵測到該供電電壓節點上的該瞬變；判定該積體電路內之一或多個位置，在該一或多個位置處，該瞬變出現在該供電電壓節點上；使用一比較器比較該供電電壓之該值與該參考電壓的該值；及回應於該比較器判定該供電電壓之該值已降低至該參考電壓的該值以下而自該比較器之一輸出端將一指示提供至一正反器的一時脈輸入端。
14. 如請求項13之方法，其進一步包含自偵測到該供電電壓節點上之該瞬變的該複數個偵測電路中之每一者將偵測到該瞬變的一指示寫入至一暫存器。
15. 如請求項14之方法，其中該判定一或多個位置包含讀取該暫存器。
16. 如請求項13之方法，其進一步包含在一積體電路中之該複數個偵測電路中的一或多者中針對該參考電壓之兩個或兩個以上值判定在一供電電壓節點上出現一瞬變。
17. 如請求項16之方法，其進一步包含判定該供電電壓節點上之該電壓瞬變的一量值，其中該瞬變之該量值為該供電電壓自一指定值之降低的量。