片上系统中用于电压调节器的电流监测电路技术方案

本公开涉及片上系统中用于电压调节器的电流监测电路。本公开描述一种片上系统(SoC),其包含内置自测试(BIST)块、具有通道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的低压差(LDO)电压调节器，以及具有感测MOSFET、调谐MOSFET、感测电阻器和调谐电阻器的电流监测电路。在本文中，所述通道MOSFET和所述感测MOSFET两者都接收输入电压，并且所述通道MOSFET的栅极耦合到所述感测MOSFET的栅极。所述感测MOSFET、所述调谐MOSFET和所述感测电阻器串联连接在所述输入电压与接地之间，并且所述调谐电阻器耦合在所述调谐MOSFET的栅极与接地之间。所述BIST块被配置成调谐通过所述调谐电阻器的电流，以便调整所述感测MOSFET和所述调谐MOSFET的连接点处的电压。的连接点处的电压。的连接点处的电压。

【技术实现步骤摘要】
片上系统中用于电压调节器的电流监测电路
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2021年12月14日提交的第63/289,321号临时专利申请的权益，所述临时专利申请的公开内容由此以全文引用的方式并入本文中。


[0003]本公开的技术涉及一种能够在片上系统(SoC)的内置自测试(BIST)块中实现电压调节器的高准确性负载电流测量的改进的电流监测电路。

技术介绍

[0004]现代片上系统(SoC)的一个重要特征是内置自测试(BIST)。所述BIST是指将生产测试功能性添加到SoC自身并利用该芯片中已经可用的计算能力。现代BIST功能包含多路复用许多不同的测试节点、感测电压和强制电流，它们用于测量关键电路操作，例如测量电源电压。然后，可以使用机载微处理器来启用校准例程。利用这些内部功能可节省生产测试时间和资源。随着SoC的可用计算能力随过程节点的改进而增加，BIST成为更有价值的特征。
[0005]为了启用BIST，要求与测量相关的电路具有严格的准确性。例如，要求用于估计由LDO供应到底层电路块的负载电流的用于低压差(LDO)电压调节器的电流监测电路产生大小缩小的准确的复制负载电流。通常，整个SoC中使用许多LDO电压调节器以用于块到块隔离。由于这种频繁的实例化，电流监测电路的面积或静止电流的小幅增加将引起整个芯片上的大幅增加。
[0006]一种用于LDO电压调节器的常规电流监测电路通常使用简单的电流镜结构。然而，当请求LDO电压调节器在小漏极
‑
源极电压下(即，在低LDO输入电压下)操作时，简单的电流镜结构无法向BIST提供准确的缩放结果，并且还引入饱和区不准确性。此外，简单的电流镜结构还可能限制BIST中可测量的最大电流范围。实施电流监测电路的另一常规解决方案为使用电流传送器结构，所述电流传送器结构可以减小/消除饱和区不准确性。然而，电流传送器结构必须良好匹配以维持准确性，从而导致使用更大的装置和更多的芯片面积。另外，电流传送器结构也在较低的LDO输入电压下运行困难，并且在缩放时引入更多不准确性。
[0007]因此，仍需要能够在SoC的BIST块中实现LDO电压调节器的高准确性负载电流测量的改进的电流监测电路设计。此外，还需要保持最终产品的高密度、成本效益和易于实施。

技术实现思路

[0008]本公开描述了一种片上系统(SoC),其包含能够在内置自测试(BIST)块中实现低压差(LDO)电压调节器的高准确性负载电流测量的电流监测电路。所公开的SoC包含BIST块、具有通道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的LDO电压调节器，以及具有感测MOSFET、调谐MOSFET、感测电阻器和调谐电阻器的电流监测电路。在本文中，所述通道MOSFET和所述感测MOSFET两者都接收输入电压，并且所述通道MOSFET的栅极耦合到所述感
测MOSFET的栅极。所述感测MOSFET、所述调谐MOSFET和所述感测电阻器串联连接在所述输入电压与接地之间，并且所述调谐电阻器耦合在所述调谐MOSFET的栅极与接地之间。所述BIST块被配置成调谐通过所述调谐电阻器的电流，以便调整所述感测MOSFET和所述调谐MOSFET的连接点处的电压。
[0009]在SoC的一个实施例中，通道MOSFET的第一端子接收输入电压，通道MOSFET的第二端子具有LDO电压调节器的输出电压，并且通道MOSFET的栅极为通道MOSFET的第三端子。感测MOSFET的第一端子接收输入电压，感测MOSFET的第二端子耦合到调谐MOSFET的第一端子，并且感测MOSFET的栅极为感测MOSFET的第三端子。调谐MOSFET的第二端子经由感测电阻器耦合到接地，并且调谐MOSFET的栅极为调谐MOSFET的第三端子。
[0010]在SoC的一个实施例中，LDO电压调节器进一步包含误差放大器，所述误差放大器被配置成接收LDO电压调节器的输出电压和基准电压，并且被配置成基于LDO电压调节器的输出电压与基准电压的比较而驱动通道MOSFET的栅极和感测MOSFET的栅极。
[0011]在SoC的一个实施例中，BIST块被配置成调谐通过调谐电阻器的电流，以便将感测MOSFET和调谐MOSFET的连接点处的电压朝向LDO电压调节器的输出电压调整。
[0012]在SoC的一个实施例中，BIST块被配置成感测LDO电压调节器的输出电压，被配置成感测感测MOSFET和调谐MOSFET的连接点处的电压，被配置成计算LDO电压调节器的输出电压与感测MOSFET和调谐MOSFET的连接点处的电压之间的电压差，并且被配置成基于LDO电压调节器的输出电压与感测MOSFET和调谐MOSFET的连接点处的电压之间的电压差而调谐通过调谐电阻器的电流。
[0013]在SoC的一个实施例中，通道MOSFET和感测MOSFET中的每一个是P沟道MOSFET(PMOS)。通道MOSFET的第一端子为通道MOSFET的源极，并且通道MOSFET的第二端子为通道MOSFET的漏极。感测MOSFET的第一端子为感测MOSFET的源极，并且感测MOSFET的第二端子为感测MOSFET的漏极。
[0014]在SoC的一个实施例中，调谐MOSFET是PMOS。调谐MOSFET的第一端子为调谐MOSFET的源极，并且调谐MOSFET的第二端子为调谐MOSFET的漏极。感测MOSFET和调谐MOSFET的连接点处的电压为V
GS
+(I
TUNE
*R
TUNE
)，其中：V
GS
为调谐MOSFET的栅极
‑
源极电压，I
TUNE
为通过调谐电阻器的电流；并且R
TUNE
为调谐电阻器的电阻。
[0015]在SoC的一个实施例中，LDO电压调节器被配置成将负载电流从通道MOSFET的第二端子提供到接地。通道MOSFET的宽度与长度(W/L)比为感测MOSFET的W/L比的N倍，其中N为正数。感测电阻器的最大值为(V
OUT
‑
V
DS_SAT
)/I
LOAD_MAX
的N倍，其中:V
OUT
为LDO电压调节器的输出电压，V
DS_SAT
为调谐MOSFET的漏极
‑
源极电压的饱和值，并且I
LOAD_MAX
为由LDO电压调节器提供的负载电流的最大值。
[0016]在SoC的一个实施例中，调谐MOSFET是N沟道MOSFET(NMOS)。调谐MOSFET的第一端子为调谐MOSFET的漏极，并且调谐MOSFET的第二端子为调谐MOSFET的源极。感测MOSFET和调谐MOSFET的连接点处的电压为V
GD
+(I
TUNE
*R
TUNE
)，其中：V
GD
为调谐MOSFET的栅极
‑
漏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种设备，包括：
●
低压差LDO电压调节器，包含通道金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET；
●
电流监测电路，包含感测MOSFET、调谐MOSFET、感测电阻器和调谐电阻器，其中：
●
所述通道MOSFET和所述感测MOSFET中的每一个接收相同输入电压；
●
所述通道MOSFET的栅极和所述感测MOSFET的栅极耦合在一起；
●
所述感测MOSFET、所述调谐MOSFET和所述感测电阻器串联连接在所述输入电压与接地之间；并且
●
所述调谐电阻器耦合在所述调谐MOSFET的栅极与接地之间；以及
●
内置自测试BIST块，被配置成调谐通过所述调谐电阻器的电流，以便调整所述感测MOSFET和所述调谐MOSFET的连接点处的电压。2.根据权利要求1所述的设备，其中：
●
所述通道MOSFET的第一端子接收所述输入电压，所述通道MOSFET的第二端子具有所述LDO电压调节器的输出电压，并且所述通道MOSFET的栅极为所述通道MOSFET的第三端子；
●
所述感测MOSFET的第一端子接收所述输入电压，所述感测MOSFET的第二端子耦合到所述调谐MOSFET的第一端子，并且所述感测MOSFET的栅极为所述感测MOSFET的第三端子；并且
●
所述调谐MOSFET的第二端子经由所述感测电阻器耦合到接地，并且所述调谐MOSFET的栅极为所述调谐MOSFET的第三端子。3.根据权利要求2所述的设备，其中所述LDO电压调节器进一步包含误差放大器，所述误差放大器被配置成接收所述LDO电压调节器的输出电压和基准电压，并且被配置成基于所述LDO电压调节器的输出电压与所述基准电压的比较而驱动所述通道MOSFET的栅极和所述感测MOSFET的栅极。4.根据权利要求2所述的设备，其中所述BIST块被配置成调谐通过所述调谐电阻器的电流，以便将所述感测MOSFET和所述调谐MOSFET的所述连接点处的电压朝向所述LDO电压调节器的输出电压调整。5.根据权利要求4所述的设备，其中：
●
所述BIST块被配置成感测所述LDO电压调节器的输出电压；
●
所述BIST块被配置成感测所述感测MOSFET和所述调谐MOSFET的所述连接点处的电压；
●
所述BIST块被配置成计算所述LDO电压调节器的输出电压与所述感测MOSFET和所述调谐MOSFET的所述连接点处的电压之间的电压差；并且
●
所述BIST块被配置成基于所述LDO电压调节器的输出电压与所述感测MOSFET和所述调谐MOSFET的所述连接点处的电压之间的所述电压差而调谐通过所述调谐电阻器的电流。6.根据权利要求1所述的设备，其中所述通道MOSFET和所述感测MOSFET中的每一个是P沟道MOSFET(PMOS)。7.根据权利要求6所述的设备，其中：
●
所述通道MOSFET的第一端子为所述通道MOSFET的源极，并且所述通道MOSFET的第二端子为所述通道MOSFET的漏极；并且
●
所述感测MOSFET的第一端子为所述感测MOSFET的源极，并且所述感测MOSFET的第二
端子为所述感测MOSFET的漏极。8.根据权利要求6所述的设备，其中所述调谐MOSFET是PMOS。9.根据权利要求8所述的设备，其中：
●
所述调谐MOSFET的第一端子为所述调谐MOSFET的源极，并且所述调谐MOSFET的第二端子为所述调谐MOSFET的漏极；并且
●
所述感测MOSFET和所述调谐MOSFET的所述连接点处的电压为V
GS
+(I
TUNE*
R
TUNE
)，其中：
●
V
GS
为所述调谐MOSFET的栅极
‑
源极电压；
●
I
TUNE
为通过所述调谐电阻器的电流；并且
●
R
TUNE
为所述调谐电阻器的电阻。10.根据权利要求9所述的设备，其中：
●
所述LDO电压调节器被配置成将负载电流从所述通道MOSFET的第二端子提供到接地；
●
所述通道MOSFET的宽度与长度(W/L...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：QORVO美国公司，
类型：发明
国别省市：