面向处理器的片上高速高精度电压骤变监测电路制造技术

本发明专利技术公开了面向处理器的片上高速高精度电压骤变监测电路，具体是针对处理器供电网络的监测技术，属于电子电路技术领域。本发明专利技术提供的电压监测电路，使用数字标准单元搭建了包含时间

【技术实现步骤摘要】
面向处理器的片上高速高精度电压骤变监测电路


[0001]本专利技术属于电子电路
，尤其涉及面向处理器的片上高速高精度电压骤变监测电路。

技术介绍

[0002]随着电子设备的广泛应用和互联网的快速发展，集成电路技术也在不断推陈出新，给处理器带来了更为复杂多变的任务。这些任务往往变化非常剧烈，不仅需要处理器快速地响应，而且需要时刻监测供电网络的稳定性。由于处理器任务的变化会直接影响供电电流的变化，进而引起电压骤变现象。
[0003]电压骤变包括电压骤降和电压骤增，电压骤降是指在处理器任务负载变重时，供电网络无法及时地提供足够的电力支持，导致电路中的电压瞬间下降，该现象在大型处理器中经常出现。电压骤降可能会导致时序余量不足，甚至无法满足最低需求，进而导致计算错误。这种计算错误可能会对电子设备的正常运行和数据的准确性产生严重影响，甚至会给人们的生命财产安全带来威胁。电压骤增一般是在处理器任务负载变轻时，由于供电网络的瞬间过充而导致供电电压瞬间上升。电压骤增可能会导致电路的超额击穿和寿命降低，从而缩短电子设备的使用寿命。
[0004]为了提高处理器的工作效率和鲁棒性，首先需要快速准确地监测供电电压的情况。目前，电压监测电路往往难以同时保证速度、精度和监测范围，因此我们需要一种高速高精度的电压监测电路。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种面向处理器的片上高速高精度电压骤变监测电路,使用数字标准单元搭建了包含时间
‑
数字转换模块、气泡抑制和译码模块、可调延迟模块和H型时钟树模块的监测电路，电路代价小，易于部署，同时支持针对电压骤降和电压骤增的监测，实现了片上供电电压的实时精确网格化监测。本专利技术通过镜像采样时钟单元提高了监测精度和鲁棒性，通过气泡抑制和译码模块进一步提高了监测精度，通过多级延迟可调单元提高了电压的监测范围以解决常规电压监测电路难以同时保证速度、精度和监测范围的技术问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的具体技术方案如下：
[0007]一种面向处理器的片上高速高精度电压骤变监测电路，包括时间
‑
数字转换模块、气泡抑制和译码模块、可调延迟模块和H型时钟树模块；
[0008]时间
‑
数字转换模块用于对芯片的供电电压进行编码，形成数字码值；时间
‑
数字转换模块包括度量单元和采样单元；度量单元用于接收输入测量信号，包括若干个反相器组成的反相器链，输入测量信号会在反相器链中逐个翻转，通过电压对反相器延迟的影响，将电压的变化映射到反相器链延迟的变化上，即可通过信号在一个时钟周期内成功传递的反相器个数反映芯片的当前供电电压；采样单元用于统计成功传递的反相器个数，通过在
时钟的上升沿对度量单元中所有反相器的输出端进行采样，形成一组数字码值；
[0009]气泡抑制和译码模块用于消除由于触发器亚稳态采样而导致的气泡问题，形成译码值；气泡抑制和译码模块包括气泡抑制单元和译码单元；气泡抑制单元用于接收时间
‑
数字转换模块的数字码值，通过气泡后移的方式消除由于触发器亚稳态采样而导致的气泡问题，形成一组抑制气泡的码值；译码单元用于接收气泡抑制单元的输出码值，使用前导一检测器对码值进行译码，形成译码值，即输入信号成功传递的反相器个数；
[0010]可调延迟模块支持多级可调，用于调整输入信号的相位，形成时间
‑
数字转换模块的输入测量信号，也用于补偿电压骤变对H型时钟树模块造成的影响，从而降低电压骤变对度量单元和采样单元两者之间同步性的影响；可调延迟模块包括镜像采样时钟单元和多级延迟可调单元；镜像采样时钟单元用于补偿电压骤变对H型时钟树模块造成的影响，从而降低电压骤变对度量单元和采样单元两者之间同步性的影响；多级延迟可调单元包括延迟粗调电路和延迟细调电路，硅前利用延迟粗调电路调整时间
‑
数字转换模块的量程，硅后根据工艺、温度调整延迟细调电路使得时间
‑
数字转换模块覆盖待测电压范围；
[0011]H型时钟树模块用于降低时钟偏移，形成时间
‑
数字转换模块的输入时钟信号。
[0012]优选的，H型时钟树模块包括若干个时钟缓冲器，采用1个时钟缓冲器推动4个时钟缓冲器的方式，形成采样单元的输入时钟。
[0013]优选的，采样单元包括：若干个上升沿触发的触发器和若干个反相器；触发器在每个时钟的上升沿对度量单元中反相器链的输出端进行采样，触发器的输出端每间隔1个接入反相器，从而将输出码值转化为温度计码，该温度计码即代表1个时钟周期内输入测量信号在度量单元中成功传递的反相器个数。
[0014]优选的，对于触发器亚稳态采样导致气泡问题的处理方法，包括如下步骤：
[0015]步骤101：读取采样模块的输出码值，自左向右扫描是否存在
‘
01
’
码值，若存在则进入步骤102，否则进入步骤103；
[0016]步骤102：将
‘
01
’
码值替换为
‘
10
’
码值，进入步骤101；
[0017]步骤103：使用前导一检测器自右往左寻找码值首个
‘1’
出现的位置，即为输入测量信号在度量单元中成功传递的反相器个数。
[0018]优选的，镜像采样时钟单元包括：镜像H型时钟树电路和镜像采样电路；其中镜像H型时钟树电路与H型时钟树模块的电路一致，镜像采样电路与采样单元的电路一致；将镜像H型时钟树电路末端的第一个输出信号，即镜像采样电路第一个触发器的时钟作为多级延迟可调单元的输入信号。
[0019]优选的，延迟细调电路包括：若干个4选1多路选择器和若干个反相器；首先，镜像采样时钟单元的输出信号通过2
×
3＝6个反相器；第一个4选1多路选择器的第一个输入端直接连接镜像采样时钟单元的输出信号，第二个输入端连接通过2个反相器之后的输出信号，第三个输入端连接通过4个反相器之后的输出信号，第四个输入端连接通过6个反相器之后的输出信号；接着，第一个4选1多路选择器的输出信号再通过4
×2×
3＝24个反相器；第二个4选1多路选择器的第一个输入端直接连接第一个4选1多路选择器的输出信号，第二个输入端连接通过8个反相器之后的输出信号，第三个输入端连接通过16个反相器之后的输出信号，第四个输入端连接通过24个反相器之后的输出信号；接着，第二个4选1多路选择器的输出信号再通过42×2×
3＝96个反相器；第三个4选1多路选择器的第一个输入端直接
连接第二个4选1多路选择器的输出信号，第二个输入端连接通过32个反相器之后的输出信号，第三个输入端连接通过64个反相器之后的输出信号，第四个输入端连接通过96个反相器之后的输出信号；以此类推，即第n个4选1多路选择器的输出信号再通过4
n
×2×
3个反相器；根据所需的调节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向处理器的片上高速高精度电压骤变监测电路，其特征在于，包括时间
‑
数字转换模块、气泡抑制和译码模块、可调延迟模块和H型时钟树模块；所述的时间
‑
数字转换模块用于对芯片的供电电压进行编码，形成数字码值；所述时间
‑
数字转换模块包括度量单元和采样单元；所述度量单元用于接收输入测量信号，包括若干个反相器组成的反相器链，输入测量信号会在反相器链中逐个翻转，通过电压对反相器延迟的影响，将电压的变化映射到反相器链延迟的变化上，即可通过信号在一个时钟周期内成功传递的反相器个数反映芯片的当前供电电压；所述采样单元用于统计成功传递的反相器个数，通过在时钟的上升沿对度量单元中所有反相器的输出端进行采样，形成一组数字码值；所述的气泡抑制和译码模块用于消除由于触发器亚稳态采样而导致的气泡问题，形成译码值；气泡抑制和译码模块包括气泡抑制单元和译码单元；所述气泡抑制单元用于接收时间
‑
数字转换模块的数字码值，通过气泡后移的方式消除由于触发器亚稳态采样而导致的气泡问题，形成一组抑制气泡的码值；所述译码单元用于接收气泡抑制单元的输出码值，使用前导一检测器对码值进行译码，形成译码值，即输入信号成功传递的反相器个数；所述的可调延迟模块支持多级可调，用于调整输入信号的相位，形成时间
‑
数字转换模块的输入测量信号，也用于补偿电压骤变对H型时钟树模块造成的影响，从而降低电压骤变对度量单元和采样单元两者之间同步性的影响；所述可调延迟模块包括镜像采样时钟单元和多级延迟可调单元；所述镜像采样时钟单元用于补偿电压骤变对H型时钟树模块造成的影响，从而降低电压骤变对度量单元和采样单元两者之间同步性的影响；所述多级延迟可调单元包括延迟粗调电路和延迟细调电路，硅前利用延迟粗调电路调整时间
‑
数字转换模块的量程，硅后根据工艺、温度调整延迟细调电路使得时间
‑
数字转换模块覆盖待测电压范围；所述的H型时钟树模块用于降低时钟偏移，形成时间
‑
数字转换模块的输入时钟信号。2.根据权利要求1所述的面向处理器的片上高速高精度电压骤变监测电路，其特征在于，所述H型时钟树模块包括若干个时钟缓冲器，采用1个时钟缓冲器推动4个时钟缓冲器的方式，形成采样单元的输入时钟。3.根据权利要求1所述的面向处理器的片上高速高精度电压骤变监测电路，其特征在于，所述采样单元包括：若干个上升沿触发的触发器和若干个反相器；触发器在每个时钟的上升沿对度量单元中反相器链的输出端进行采样，触发器的输出端每间隔1个接入反相器，从而将输出码值转化为温度计码，该温度计码即代表1个时钟周期内输入测量信号在度量单元中成功传递的反相器个数。4.根据权利要求1所述的面向处理器的片上高速高精度电压骤变监测电路，其特征在于，对...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱俊逸，沈正国，李才，杨凯悦，单伟伟，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：