片上电容测量方法和设备技术

提供一种片上电容测量方法以及相关联的系统和装置。本文描述的实施例依赖于在片上弛张振荡器配置中使用受测试电容器，所述电容器的充电/放电电流、电源电压和输出频率在测量块中单独测量。弛张振荡的电压阈值基于电路元件和测得的电源电压计算。由于所述弛张振荡器的振荡频率是所述受测试电容、所述充电/放电电流和所述电源电压(通过电压阈值)的函数，因此所述受测试电容可使用其它量的测得值来计算。本文中所描述的实施例提供能够以高准确度测量电容的准确、低功率、小面积片上系统。还提供了将上述方法和设备用于调谐晶体振荡器的算法。还公开了片上测量系统中使用的相关电路实施方案。实施方案。实施方案。

【技术实现步骤摘要】
片上电容测量方法和设备
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2022年5月27日提交的第63/346,558号美国临时专利申请的权益，其公开内容特此以全文引用的方式并入本文中。


[0003]本公开涉及例如振荡器电路等集成电路的测试、校准和调谐。

技术介绍

[0004]集成电路中的现代时钟电路需要具有快速接通、小输出噪声和小功耗的稳定频率参考(例如，振荡器)。由于严格的频率稳定性要求，具有高品质因子的外部谐振器(例如石英晶体)通常与集成电路中的有源组件结合使用以产生参考振荡。
[0005]此外，尽管可在正常操作期间进行电容负载调整以精细地改变振荡频率，但通常必须为谐振器提供准确的电容负载，以防止在不存在其它调整的情况下发生过度频率偏差。尽管存在向谐振器提供集成可调整电容的手段，但以良好的准确度来指定此电容的值是个挑战，因为相关电容必须根据已知标准来测量。适当的激励和/或电路系统的应用在例如集成收发器等复杂系统中的不可用性以及有源装置(例如晶体管)必须以小的净空电压操作的低电源电压环境带来了额外挑战。
[0006]可在现有技术中标识出与准确测量片上电容相关联的若干缺点。图1A是基于瞬变电流的测量的先前提出的电容测量方法的电路图。此类瞬态电流可受比较器的不理想性影响，例如有限增益和延迟，这可能导致电容过充电和过放电以及振荡沉降。另外，电容从测得平均电流推断而来，所述测得平均电流需要急电流脉冲的滤波并且因此依赖于较大的片上电容，从而产生相对长的稳定时间。为了最小化比较器误差贡献，可将注入的测量频率设置为低值，从而进一步增加所需的平均片上电容和测量时间。
[0007]图1B是基于测量正弦信号的振幅的另一先前提出的电容测量方法的电路图。此方法本质上是不准确的，并且在集成系统中难以执行。
[0008]图1C是另一种先前提出的电容测量方法的电路图。在这种方法下，也有必要测量平均电流，伴有滤波电容器大小的固有负担和由于稳定而导致的长测量时间。
[0009]图1D是另一种先前提出的电容测量方法的电路图。此方法具有图1C中方法的相同缺点。另外，图1C和1D中的CMOS晶体管和驱动器必须能够在充电和放电期间处理相对大的电流尖峰，这增加了芯片面积。

技术实现思路

[0010]提供一种片上电容测量方法以及相关联的系统和装置。本文描述的实施例依赖于在片上弛张振荡器配置中使用受测试电容器，所述电容器的充电/放电电流、电源电压和输出频率在测量块中单独测量。弛张振荡的电压阈值基于电路元件和测得的电源电压计算。由于所述弛张振荡器的振荡频率是所述受测试电容、所述充电/放电电流和所述电源电压
(通过电压阈值)的函数，因此所述受测试电容可使用其它量的测得值来计算。
[0011]通过使用数控开关和其它专用电路系统，通常与其它电路(例如晶体振荡器)相关联的电容器可通过将其中使用所述电容器的主电路置于高阻抗(高Z)模式并将电容器连接到弛张振荡器以进行测量来测试。完成测量后，将电容器与弛张振荡器断开，并使主电路返回到正常模式。这可针对与给定电路相关联的多个电容器完成，并且还可用于通过在必须将高度准确的电容呈现给谐振器以确保在指定频率下的振荡的情况下调整数字可编程电容负载的控制码来进行调谐。
[0012]本文中所描述的实施例提供能够以高准确度测量电容的准确、低功率、小面积片上系统。还提供了将上述方法和设备用于调谐晶体振荡器的算法。还公开了片上测量系统中使用的相关电路实施方案。
[0013]示例性实施例提供了一种用于测量片上电容的方法。所述方法包含将目标电容与集成电路的主电路断开，并将目标电容连接到集成电路上的弛张振荡器。所述方法还包含测量弛张振荡器的输出，以及基于测得的输出来测量目标电容。
[0014]另一示例性实施例提供一种集成电路。所述集成电路包含主电路、弛张振荡器和切换电路系统，所述切换电路系统被配置成选择性地将目标电容连接到主电路或弛张振荡器。所述集成电路还包含测量块，所述测量块被配置成基于所述弛张振荡器的输出来测量目标电容。
[0015]另一示例性实施例提供一种调谐电路。所述调谐电路包含弛张振荡器和切换电路系统，所述切换电路系统被配置成选择性地将目标电容与主电路断开并将目标电容连接到弛张振荡器。所述调谐电路还包含被配置成基于弛张振荡器的输出而测量目标电容的值的测量块以及被配置成基于测量值而调整目标电容的调谐块。
[0016]本领域的技术人员将在结合附图阅读优选实施例的以下详细描述之后了解本公开的范围并且认识到本公开的另外的方面。
附图说明
[0017]并入本说明书中并形成本说明书的一部分的附图说明了本公开的几个方面，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
[0018]图1A是基于瞬变电流的测量的先前提出的电容测量方法的电路图。
[0019]图1B是基于测量正弦信号的振幅的另一先前提出的电容测量方法的电路图。
[0020]图1C是另一种先前提出的电容测量方法的电路图。
[0021]图1D是另一种先前提出的电容测量方法的电路图。
[0022]图2是根据本公开的具有测量电路的集成电路的示意性框图。
[0023]图3A是图2的测量电路的示例性实施例的示意图。
[0024]图3B是图3A的测量电路的示例性数控电容器组的示意图。
[0025]图4是图2的集成电路的示例性调谐电路的示意图。
[0026]图5是图2的集成电路的示例性弛张振荡器的示意图。
[0027]图6是图5的弛张振荡器的示例性波形的图形表示。
[0028]图7是图5的弛张振荡器的示例性比较器的示意图。
[0029]图8是图2的测量电路的另一示例性实施例的示意图。
[0030]图9是图2的测量电路的另一示例性实施例的示意图。
[0031]图10是图4的调谐电路的调谐算法的流程图。
[0032]图11是用于测量片上电容的过程的流程图。
[0033]图12是根据本文公开的实施例的适于实施片上电容测量和/或调谐的计算机系统的框图。
具体实施方式
[0034]下文阐述的实施例表示使本领域技术人员能够实践实施例并且说明实践实施例的最佳模式所必需的信息。在根据附图阅读以下描述时，本领域技术人员将理解本公开的概念，并将认识到这些概念在此未特别述及的应用。应理解，这些概念和应用落入本公开和所附权利要求的范围内。
[0035]应理解，尽管术语第一、第二等在本文中可以用于描述各种元件，但这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。如本文所用，术语“和/或”包含相关联所列项目中的一个或多个项目的任何和所有组合。
[0036]应当理解，当例如层、区域或基板的元件被称为“在另一元件上”或“延伸到”另一元件上时，其可以直接在另一元件上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于测量片上电容的方法，所述方法包括：将目标电容与集成电路的主电路断开；将所述目标电容连接到所述集成电路上的弛张振荡器；测量所述弛张振荡器的输出；以及基于测得的输出来测量所述目标电容。2.根据权利要求1所述的方法，另外包括将所述目标电容与所述主电路断开的同时将所述目标电容连接到所述弛张振荡器。3.根据权利要求1所述的方法，另外包括基于测得的目标电容来调谐所述目标电容。4.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述弛张振荡器的输出频率来测量所述目标电容。5.根据权利要求4所述的方法，其中还基于所述弛张振荡器的测得电压和测得电流来测量所述目标电容。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述目标电容包括与晶体振荡器相关联的第一电容器和第二电容器。7.根据权利要求6所述的方法，其中断开所述目标电容包括将所述晶体振荡器的晶体振荡器核心与所述主电路断开。8.根据权利要求6所述的方法，另外包括基于所述弛张振荡器的所述输出来测量所述第二电容器的第二电容。9.根据权利要求8所述的方法，另外包括基于测得的第二电容和所述弛张振荡器的另一输出来测量所述第一电容器的第一电容。10.根据权利要求9所述的方法，其中测量所述目标电容包括基于所述第一电容确定第一目标电容。11.根据权利要求10所述的方法，另外包括将所述第一电容器调谐到所述第一目标电容。12.一种集成电路，包括：主电路；弛张振荡器；切换电路系统，其被配置成选择性地将目标电容连接到所述主电路或所述弛张振荡器；以及测量块，其被配置成基于所述弛张...

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