片上参数测量制造技术

本发明专利技术公开了一种用于执行片上参数测量的设备和方法。在一个实施方案中，IC包括多个功能电路块，每个功能电路块具有用于测量诸如电压和温度的参数的一个或多个传感器。所述功能块中的每一者包括被耦合以从局部供电电压节点接收电力的电路。类似地，所述传感器中的每一者中的电路也被耦合以从所述对应的局部供电电压节点接收电力。可校准所述传感器中每一者以补偿工艺、电压和温度变化。可使用基于传感器的特性的各种方法来执行校准。

On chip parameter measurement

The invention discloses an apparatus and a method for performing on-chip parameter measurement. In an implementation, the IC includes a plurality of functional circuit blocks with each functional circuit block having one or more sensors for measuring parameters such as voltage and temperature. Each of the functional blocks includes a circuit coupled to receive power from a local supply voltage node. Similarly, the circuit in each of the sensors is coupled to receive electricity from the corresponding local supply voltage node. Each sensor in the sensor can be calibrated to compensate for changes in process, voltage and temperature. Calibration methods can be implemented using various methods based on sensor characteristics.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】片上参数测量
技术介绍

本公开涉及集成电路，并且更具体地涉及在集成电路的操作期间监测诸如温度和电压的参数。
技术介绍
集成电路(IC)上的晶体管数量随着特征部尺寸的减小而相应地增加。每单位面积晶体管数量的增加导致IC的热输出相应地增加。此外，每单位面积晶体管数量的增加也对应于提供给IC上各种功能电路的供电电压的降低。这继而为平衡IC的性能、功率消耗和热输出带来了重大挑战。为此，许多IC实现了监测IC的各种度量(例如，温度、电压、电压衰减)的子系统，并且基于接收到的测量结果来调整性能。例如，控制子系统可响应于超过预定义阈值的温度读数来减小时钟频率、供电电压或两者。这可有助于使IC的操作保持在指定的发热限制范围内。此类控制系统也可在所测得的度量完全在限制范围内时提高某些功能电路的性能。用于基于系统度量来控制性能的IC子系统通常包括一个或多个传感器和至少一个控制系统。由于诸如工艺、电压和温度变化等因素，此类子系统的至少这些传感器可被耦合以从与用于为IC中的功能电路供电的电源不同的电源接收电力。例如，某些IC使用与用于为功能电路供电的那些电源分开的模拟电源。这可使传感器在一定程度上不受为IC上的功能电路供电的电源中引起的变化的影响。
技术实现思路
本专利技术公开了一种用于执行片上参数测量的设备和方法。在一个实施方案中，IC包括多个功能电路块，每个功能电路块具有用于测量诸如电压和温度的参数的一个或多个传感器。这些功能块中的每一者包括被耦合以从局部供电电压节点接收电力的电路。类似地，这些传感器中的每一者中的电路也被耦合以从该对应的局部供电电压节点接收电力。可校准这些传感器中的每一者以补偿工艺、电压和温度变化。可使用基于传感器的特性的各种方法来执行校准。在一个实施方案中，一种方法包括在IC的各种功能电路块中实现传感器。如在其对应的功能电路块中实现的电路一样，这些传感器被耦合以接收相同的局部供电电压。这些传感器最初可在已知电压和温度下在自动测试设备(ATE)上进行校准。随后的校准可在IC操作期间执行，例如，在实现IC的系统的启动期间。在各种实施方案中，这些传感器可使用环形振荡器来实现。在一个实施方案中，每个传感器可包括两个独立的具有不同特性的环形振荡器。可从两个环形振荡器获得频率，并且可基于该频率求解电压和温度。在另一个实施方案中，单个环形振荡器可用能够接收可变输入电压和偏置电压的专门配置的反相器来实现。可使用多种感测技术来确定电压和温度。可使用各种数学技术(包括分段线性拟合、递归最小二乘算法和各种表面拟合技术)来校准和表征环形振荡器。附图说明现在对附图进行简要说明，下面的具体说明将参照附图进行描述。图1是IC的一个实施方案的框图。图2是具有多个传感器的功能电路块的一个实施方案的框图。图3是示出了用于采用两个环形振荡器的传感器的实施方案的操作概念的框图。图4是具有两个环形振荡器的传感器的一个实施方案的框图。图5是具有单个环形振荡器的传感器的一个实施方案的框图。图6是用于实现环形振荡器的电路的一个实施方案的示意图。图7是用于校准IC上的传感器的方法的一个实施方案的流程图。图8是用于确定由使用两个环形振荡器的传感器所指示的电压和温度的方法的一个实施方案的流程图。图9是用于确定由使用单个环形振荡器的传感器所指示的电压和温度的方法的一个实施方案的流程图。图10是例示性系统的一个实施方案的框图。尽管所公开的主题易受各种修改形式和替代形式的影响，但其具体实施方案在附图中以举例的方式示出并且将在本文中详细描述。然而，应当理解，附图及对附图的详细描述并非旨在将所公开的主题限制于所公开的特定形式，而正相反，其目的在于覆盖落在由所附权利要求书所限定的所公开主题的实质和范围内的所有修改形式、等同形式和替代形式。本文所使用的标题仅用于组织目的，并不旨在用于限制说明书的范围。如在整个本申请中所使用的那样，以允许的意义(即，意味着具有可能性)而非强制的意义(即，意味着必须)使用“可能”一词。类似地，字词“包括”(“include”，“including”，和“includes”)是指包括但不限于。各种单元、电路或其他部件可被描述为“被配置为”执行一个或多个任务。在此类上下文中，“被配置为”为通常表示“具有”在操作期间执行一个或多个任务的“电路”的结构的宽泛表述。如此，即使在单元/电路/部件当前未接通时，单元/电路/部件也可被配置为执行任务。一般来讲，形成与“被配置为”对应的结构的电路可包括硬件电路和/或存储可执行以实现该操作的程序指令的存储器。该存储器可包括易失性存储器(诸如静态随机存取存储器或动态随机存取存储器)和/或非易失性存储器(诸如光盘或磁盘存储装置、闪存存储器、可编程只读存储器等)。类似地，为了描述中的方便，可将各种单元/电路/部件描述为执行一项或多项任务。此类描述应当被解释为包括短语“被配置为”。详述被配置为执行一项或多项任务的单元/电流/组件意在明确地不援引35U.S.C.§112，段落(f)(或pre-AIA第六段)对该单元/电路/部件的解释。具体实施方式现在转向图1，其示出了IC的一个实施方案的框图。在所示实施方案中，IC10包括两个功能电路块、处理单元(PU)130和PU140。在各种实施方案中，可包括其他功能电路块，包括PU130的另外实例。因此，本文示出了PU130和PU140作为示例性功能电路块，但并非旨在限制本公开的范围。PU130和PU140中的每一者可以是通用处理器内核、图形处理单元、数字信号处理单元或实质上被配置为执行处理功能的任何其他类型的功能单元。本公开的范围可适用于这些类型的功能电路块中的任一者以及本文中未明确提及的其他功能电路块。本文示出的功能电路块的数量也是示例性的，因为本公开不限于任何特定的数量。所示实施方案中的PU130是被配置为执行指令集的指令并执行通用处理操作的通用处理器内核。因此，PU130的功能电路131可包括各种类型的电路，诸如各种类型(整数、浮点等)的执行单元、寄存器文件、调度器、指令取出单元、各种级别的高速缓存存储器以及其他可在处理器内核中实现的电路。在该实施方案中，PU130以及其中的所有电路被耦合以接收供电电压Vdd1。然而需注意，可在PU130的各种实施方案中实现多个电源域，并且因此实现多个供电电压。此外，提供给PU130的供电电压在电源管理电路(未示出)的控制下可以是可变的。电源管理电路出于各种原因调整电压，诸如控制性能水平、热输出和功率消耗。所示实施方案中的GPU140包括可实现各种类型的图形处理电路的功能电路141。这可包括图形处理内核、各种类型的存储器和寄存器等。所示实施方案中的GPU140被耦合以接收与PU130所接收的Vdd1分开的第二供电电压Vdd2。PU130和PU140均包括多个传感器120。本文示出的传感器的具体数量是示例性的，并且在实际的实施方案中可更大、更小或者相等。传感器120可被配置为感测一个或多个性能度量或参数。在该特定实施方案中，这些传感器被配置为感测电压和温度值。所感测的电压和温度值可进而用于确定其中实现的电路是否在限制范围内操作和/或是否能够具有更高的性能。所示实施方案中的传感器120中的每一者都耦合到与功能电路块中的其相应一者中的功能电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成电路，包括：一个或多个局部供电电压节点；多个功能电路块，每个功能电路块包括功能电路，其中所述多个功能电路块中的每一者被耦合以从所述一个或多个局部供电电压节点中的至少一者接收对应的局部供电电压；以及多个传感器，其中：所述多个功能电路块包括所述多个传感器中的至少一者；所述多个传感器中的每一者被耦合以接收提供给在所述功能电路块中的其对应一者中实现的所述功能电路的局部供电电压；所述多个传感器中的每一者被配置为测量和提供系统参数的指示；并且校准所述传感器中的每一者以补偿工艺、电压和温度依赖性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.29 US 14/868,9541.一种集成电路，包括：一个或多个局部供电电压节点；多个功能电路块，每个功能电路块包括功能电路，其中所述多个功能电路块中的每一者被耦合以从所述一个或多个局部供电电压节点中的至少一者接收对应的局部供电电压；以及多个传感器，其中：所述多个功能电路块包括所述多个传感器中的至少一者；所述多个传感器中的每一者被耦合以接收提供给在所述功能电路块中的其对应一者中实现的所述功能电路的局部供电电压；所述多个传感器中的每一者被配置为测量和提供系统参数的指示；并且校准所述传感器中的每一者以补偿工艺、电压和温度依赖性。2.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述多个传感器中的每一者包括至少两个环形振荡器，每个环形振荡器被耦合以接收提供给在所述功能电路块中的其对应一者中实现的所述功能电路的所述局部供电电压，其中所述环形振荡器相对于彼此各自具有不同的特性。3.根据权利要求2所述的集成电路，其中校准所述多个传感器中的每一者中的所述环形振荡器中的每一者以使用所述环形振荡器的特性的表面拟合技术来补偿工艺、电压和温度依赖性。4.根据权利要求2所述的集成电路，其中校准所述多个传感器中的每一者中的所述环形振荡器以使用分段线性技术来补偿工艺、电压和温度依赖性。5.根据权利要求2所述的集成电路，其中所述环形振荡器中的至少一者使用多个串联耦合的与非门来实现。6.根据权利要求2所述的集成电路，其中所述环形振荡器中的至少一者使用多个串联耦合的反相器来实现。7.根据权利要求2所述的集成电路，其中所述多个传感器中的每一者还包括耦合到其相应环形振荡器的计数电路。8.根据权利要求2所述的集成电路，其中所述多个传感器中的每一者的所述环形振荡器中的每一者通过多项式来表征，其中在所述IC的操作期间，由所述多个传感器中的给定一者确定的电压和温度通过使用从所述环形振荡器中的每一者读取的相应频率和表征所述环形振荡器中的每一者的所述多项式求解电压和温度来确定。9.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述多个传感器中的每一者包括环形振荡器，所述环形振荡器被耦合以接收提供给在所述功能电路块中的其对应一者中实现的所述功能电路的所述局部供电电压，其中所述环形振荡器使用多个串联耦合的反相器来实现。10.根据权利要求9所述的集成电路，其中所述串联耦合的反相器中的每一者包括第一晶体管和第二晶体管，每个晶体管具有耦合到反相器输入端的相应栅极端子和耦合到反相器输出端的相应漏极端子，其中所述串联耦合的反相器中的每一者包括耦合在所述第一晶体管和局部电压供应节点之间的第三晶体管以及耦合在所述第二晶体管和参考节点之间的第四晶体管。11.根据权利要求10所述的集成电路，其中所述第三晶体管包括被耦合以接收可变输入电压的相应栅极端子，并且其中所述第四晶体管包括被耦合以接收可变偏置电压的相应栅极端子。12.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述多个传感器中的每一者耦合到控制电路，并且其中所述控制电路被配置为使用对应的校准多项式的递归最小二乘算法来执行所述多个传感器中的每一者的校准。13.根据权利要求1所述的集成电路，还包括与所述多个传感器分开的温度传感器，其中所述温度传感器被耦合以接收与提供所述多个功能电路块中的每一者的局部供电电压分开的模拟供电电压。14.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述集成电路是具有至少一个处理单元的片上系统。15.根据权利要求1所述的集成电路，其中所述多个传感器中的每一者被配置为提供以下指示中的至少一者：温度；以及电压。16.一种方法，包括：校准在集成电路中实现的多个传感器，其中所述集成电路包括多个功能电路块，并且其中所述多个传感器中的一者或多者被实现在所述多个电路块中的每一者中，并且其中所述多个传感器中的每一者被耦合以接收局部供电电压，所述局部供电电压也被在所述功能电路块中的其对应一者中的功能电路接收，并且其中校准所述多个传感器中的每一者包括补偿工艺、电压和温度依赖性；以及基于由所述多个传感器中的每一者执行的测量，提供一个或多个系统参数的指示。17.根据权利要求16所述的方法，其中所述多个传感器中的每一者包括第一环形振荡器和第二环形振荡器，每个环形振荡器被耦合以接收由所述多个功能电路块中的其对应一者中的所述功能电路接收的所述局部供电电压，并且其中所述方法还包括用相应的唯一多项式来表征所述第一环形振荡器和所述第二环形振荡器中的每一者。18.根据权利要求17所述的方法，还包括：通过指示作为电压和温度的函数的相应输出频率的唯一多项式来初始表征第一环形振荡器和第二环形振荡器中的每一者；将所述第一环形振荡器和所述第二环形振荡器中的每一者的频率、电压和温度的值映射到表面；针对多个电压和温度值，执行由所述第一环形振荡器和所述第二环形振荡器中的每一者输出的频率的测量；以及使用表面拟合技术更新所述第一环形振荡器和所述第二环形振荡器中的每一者的所述唯一多项式。19.根据权利要求17所述的方法，还包括使用分段线性技术来校准所述第一环形振荡器和所述第二环形振荡器中的每一者。20.根据权利要求17所述的方法，其中所述第一环形振荡器和所述第二环形振荡...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·萨沃杰，B·S·雷柏沃茨，E·S·芳，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：美国,US