本发明专利技术涉及用于测量集成电路中的功耗的方法和系统。提供了一种用于确定集成电路(10)内的功率域(12)的功耗的方法(100)。在第一步骤(110)中，确定这个功率域(12)的局部电源阻抗剖面(Z(f))。随后，在功率域(12)中执行良定义的周期性活动(50)的同时测量局部时间分辨电源电压(U(t))(步骤120)。因此累积一组时域测量的电压数据(U(t))并把其变换到频域以产生电压谱(U(f))(步骤130)。通过使用这个功率域(12)的电源阻抗剖面(Z(f))，按照I(t)＝Ff-1{U(f)/Z(f)}从该电压剖面(U(f))计算电流谱I(t)(步骤140)。最后，从测量的电压谱(U(t))和计算的电流谱(I(t))确定时间分辨功耗谱P(t)(步骤150)。可以把该功耗(P(t))与基准(Pref(t))进行比较(步骤160)以验证功率域(12)内的功耗是否符合预期。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术一般地涉及集成电路，更具体地讲，涉及一种用于测量集成电路中的局部电功耗的方法和系统。该方法可用于电子电路设计中以及用于执行集成电路芯片中的自测试ο
技术介绍
在电子系统的设计中以及在电子系统的工作期间，功耗是要考虑的重要参数一方面，“绿色IT”要求电子系统的总能耗最小化。另一方面，如果要避免过热以及因此导致的系统故障，则电子系统内的局部功耗是要考虑的关键因素。为了确保可靠的功能，必须评定系统内的局部功耗，从而在局部和全局都能够应用足够的冷却。在高端集成电路(IC)中尤其如此，在高端IC中，电子部件紧密封装并且可在工作期间消耗大量电功率；这些类型的电子器件要求冷却功能，该冷却功能需要根据系统在典型活动期间的预期局部功耗进行仔细设计、定位和确定尺寸。功耗在高端VLSI (超大规模集成)芯片设计中是尤其重要的参数，因为所有部件必须以能够在系统工作期间的任何时间为它们提供足够的局部冷却的方式进行放置和分隔。因此，例如对于优化封装密度、能量效率等而言，基于(局部)功率耗散和/或局部温度的故障分析变得越来越重要。在确保所考虑的IC将会按照所希望的方式工作的努力中， 合成IC内的(局部)功率耗散的模型，并且将这些模型用于建模以确定IC内的实际功率分布及其冷却是否足以满足特定的设计要求。这些模型的有效性需要通过在设计内采用实际功率耗散的真实世界(即，物理)测量来验证。因此，希望能够准确地测量包括集成电路的电子系统中的局部功耗以及在系统设计的早期阶段(优选地，在集成电路设计期间)估计预期功耗。与芯片的特定活动和负载情况关联的功耗的验证需要为作为整体或者一部分的各VLSI (超大规模集成)芯片/电路产生可靠的功率数据的测量技术。这些数据可随后用于验证期望的系统功率和冷却要求以及验证特定系统负载情况的各个功耗的“模型到硬件”。测量在下面的意义上必须准确并且与活动相关测量应该提供关于在系统环境中的特定硬件活动的实际功率需求的信息。已知测量电子系统的功耗的多种方法。例如，可使用片上热传感器估计IC芯片内的局部功耗。这些传感器测量芯片内的温度并因此能够检测功耗升高的区域(所谓的“热点”)。然而，热传感器的测量值代表芯片的实际功耗的时间和位置平均值，因此仅产生间接反馈而不能提供活动特定的时间分辨数据。通过同时测量电子电路的一部分内的时域电压U和电流I并计算P = UXI，能够直接测量电子电路的该部分的功耗。特别地，基于稳定状态系统环境中特定硬件工作期间的平均电压和平均电流的测量值，能够求得平均功耗。然而，这种准静态方法仅产生功耗的时间平均值而不能提供用于验证建模和仿真的时域功耗谱所需的时间分辨数据。如果需要功耗的时间分辨测量，则必须以适当的时间分辨率确定电流和电压。尽管时间分辨片上电压测量是芯片工作期间的现有技术并且产生可靠结果，但片上电源电流测量(如果可以有它们的话)系统性地影响供电路径并且因此固有地易于出错。作为例子， 基于霍尔(Hall)效应的电流测量(即，使用GMR传感器的磁场的测量)将会产生通常比所考虑的特定芯片区域的空间范围大得多的规模的空间平均值。US 7，138，815描述了一种能够在电流中断期间测量片上测试点之间的电压的片上自测试系统。通过打开第一可配置逻辑块并随后在选择的时间段之后打开第二可配置逻辑块以产生电流波形，可产生电流中断。得到的电压和电流数据可用于求得芯片的阻抗剖面(impedance profile)。在US 6，768，952中描述了用于在芯片中的不同位置确定阻抗剖面的不同方法。在该方法中，通过当执行时产生恒定电流水平的不同代码激活芯片。随后， 切换时钟频率，由此产生周期性电流波形，并且测量得到的电压。通过测量的电压的傅里叶变换和周期性电流波形的傅里叶变换，计算阻抗剖面。尽管存在用于确定集成电路芯片的阻抗剖面的片上测量方法，但这些方法不提供关于芯片的局部功耗的数据。因此，需要一种用于结合电子电路的特定区域中执行的特定活动来确定时间分辨功耗的准确方法。该方法应该适用于电子电路设计期间的“模型到硬件”验证，因此应该产生定量结果并提供对特定改进的指导。该方法能够适于用作电子电路内的自测试机制的一部分，因此能够实现快速且廉价的制造测试以及提供工作期间的功率完好性检查。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种用于准确确定集成电路内的特定功率域中的时间分辨功耗的方法和系统。特别地，该方法应该能够实现直至高频的局部功耗剖面的快速且准确的评定。这些目的是通过独立权利要求的特征实现的。其它权利要求、附图和说明书公开了本专利技术的有益实施例。根据本专利技术的第一方面，提供了一种确定集成电路内的功率域中的时间分辨功耗的方法。该方法包括下述步骤(1)确定所述功率域的局部电源阻抗剖面，(2)在执行特定于所述功率域的周期性活动的同时测量局部时间分辨电源电压，( 求得所测量的局部电源电压的频谱，(4)从所述电压剖面和所述阻抗剖面计算关联的电流谱，以及( 从所述电流谱和测量的电压谱确定功耗谱。根据本专利技术的第二方面，提供了一种用于确定集成电路内的功率域中的功耗的系统。该系统包括(1)用于存储所述功率域的局部电源阻抗剖面的装置；(2)活动激励系统， 用于执行特定于所述功率域的周期性活动；(3)电压测量系统，用于测量所述功率域的局部电源电压；(4)傅里叶变换系统，用于求得电源电压剖面以及从所述阻抗剖面和所述电压剖面计算电流谱；以及(5)功率求值系统，用于确定功耗谱。在该上下文中，术语“功率域”将用于表示芯片内或电子电路内的这样的区域该区域在电源方面独立，从而它的电源电压VDD和GND可以与该电子电路内的其它区域的电源电压分离。附图说明根据下面对实施例的详细描述可以最好地理解本专利技术以及上述和其它目的和优点，但本专利技术不限于这些实施例，在附图中图Ia是集成电路芯片和用于评估这个芯片内的特定功率域中与特定活动关联的功耗的系统的示意性平面图；图Ib是具有用于评估该芯片内的局部功耗的片上系统的集成电路芯片的示意性平面图；图加是用于确定在图Ia或Ib的集成电路芯片中的特定活动的局部功耗剖面的方法的示意性流程图；图2b是图加的方法的优选实施例的示意性流程图；图3a是用于确定图1中显示的功率域的局部电源阻抗剖面的方法的示意性流程图；图北是由于对称地接通和断开的时钟活动导致的局部电流消耗的示意图。在附图中，相同元件由相同标号表示。附图仅是示意性的表示，而不是要描述本专利技术的具体参数。此外，附图只是要描述本专利技术的典型实施例，因此不应被视为限制本专利技术的范围。具体实施例方式图1显示包括功率域12的集成电路(IC)芯片10的示意性平面图，将要求得功率域12的作为时间的函数(P(t))的功耗特性。在下文，术语“功率域12”用于表示在电源电压方面独立的芯片10的区域；这意味着，这个特定功率域12的电源电压VDD和GND在物理上与其它功率域12’、12”的电源电压VDD和GND分离。在高性能芯片设计中，通常把芯片 10划分成具有各自电源VDD、GND的多个功率域12、12’、12”，每当各功率域不使用时，能够关闭它们各自的电源，由此在芯片10中节省功耗并减少热量产生。不同的功率域12、12’、 12”可工作于不同的功率水平，由此能够把多种多样的功能集成在单本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
2010.11.19 EP 10191823.31.一种用于确定集成电路(10)内的功率域(12)的功耗的方法(100，100’)，包括下述步骤-确定所述功率域(12)的局部电源阻抗剖面(Z(f))(步骤110、110，)， -在执行特定于所述功率域(1 的周期性活动的同时测量局部电源电压(U(t))(步骤 120,120')；-求得所测量的局部电源电压(U(t))的电压谱(U(f))(步骤130、130’)； -从所述阻抗剖面(Z(f))和所述电压谱(U(f))计算关联的电源电流(I(t))(步骤 140,140')；以及-从所述电源电流(I(t))和测量的电源电压(U(t))确定功耗谱(P(t))(步骤150、 150，)。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述功率域(12)的所述局部电源阻抗剖面的步骤(110)包括下述步骤-在所述功率域(12)中应用重复的活动(步骤111)； -评估由所述重复的活动引起的电流消耗(Ici(O)的时间行为(步骤112)； -计算对应的电流消耗谱(I。(f))(步骤113)； -测量由所述重复的活动引起的局部电源电压(U。(t))(步骤114)； -求得所测量的局部电源电压(UQ(t))的电压谱(UQ(f))(步骤115)；以及 -从所述电压谱和电流谱仉⑴，I0(f))计算所述局部电源阻抗剖面(Z(f))(步骤 116)。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，应用重复的活动的步骤(111)包括周期性地接通和断开系统时钟树。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，评估电流消耗(IJt))的时间行为...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·埃科特，R·弗莱驰，C·赛维尔罗，O·A·托雷特，TM·温克尔，J·萨珀，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：
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