[发明专利]一种适用于高速集成电路的片上纳秒级电源噪声瞬态波形测量系统及其测量方法

摘要

本发明公开了一种适用于高速集成电路的片上纳秒级电源噪声瞬态波形测量系统，该系统是基于千兆赫兹下的环形振荡器并且全部由纯数字电路元件构成，通过环形振荡器振荡、边缘检测器采样、纹波计数器计数等过程，来实时测量集成电路芯片上具有较大电源噪声的区域的电源噪声峰值及宽度，并在一个时钟周期内恢复出电源噪声瞬态波形。其测量方法有十一个步骤。本发明设计的电源噪声瞬态波形测量系统测量精度较高、易集成、生产测试成本低、对芯片影响较小，因而可以单独用作芯片监测或者测试使用，降低电源噪声对芯片的干扰。

主权项

一种适用于高速集成电路的片上纳秒级电源噪声瞬态波形测量系统，其特征在于：该电源噪声瞬态波形测量系统由控制寄存器、判断逻辑模块和电源噪声瞬态波形测量模块组成；其中，在上述集成电路芯片上的N个区域放置N个电源噪声瞬态波形测量模块，这N个电源噪声瞬态波形测量模块共用一个控制寄存器和判断逻辑模块；所述控制寄存器，在测量开始前，一些基本的配置参数通过串行或并行的方式写入控制寄存器中；这些配置参数包括测量开始时间、噪声边缘检测器参数、快速环形振荡器中反相器个数以及调节阈值；在测量开始后，这些配置参数将传递到判断逻辑模块和电源噪声瞬态波形测量模块中；所述判断逻辑模块，一方面是用来通过比较差分模块的输出数值与在控制寄存器中写入的电压调节阈值，判断是否开启调节模式，一旦小于调节阈值，将输出高电平并进行调节；另一方面，还用来完成电源噪声瞬态波形测量模块中边缘检测器的校准工作；针对A区域设置的电源噪声峰值测量模块记为第一个电源噪声瞬态波形测量模块2A；针对B区域设置的电源噪声峰值测量模块记为第二个电源噪声瞬态波形测量模块2B；针对N区域设置的电源噪声峰值测量模块记为第N个电源噪声瞬态波形测量模块2N；所述的电源噪声瞬态波形测量模块2A、2B、……和2N的结构是相同的；即：该电源噪声瞬态波形测量模块由快速环形振荡器20D、噪声边缘检测器20E、纹波计数器20A、差分模块20B和定时模块20C构成；该噪声边缘检测器20E，通过2～3个缓冲器将整个测量时间窗分成多个采样间隔，并在每个采样间隔内显示出二进制逻辑0或1，检测到电源噪声的下降沿和上升沿的出现时间，从而实时获得电源噪声的宽度；在获得的二进制数字串中，逻辑1意味着此采样间隔内电源噪声一直存在，逻辑0意味着此采样间隔内没有电源噪声；该快速环形振荡器20D，其振荡频率对电源电压值十分敏感，因此用来检测一段时间内电源噪声的平均水平；为了减小频率测量的误差，环形振荡器的振荡频率越高越好；该环形振荡器的振荡时间由定时器给出的测量时间窗长度决定；该纹波计数器20A，由N个触发器和N个反相器组成，配合快速振荡器一切使用，用来计出在一段时间内，快速环形振荡器的振荡个数；同时，整个测量时间窗又被分成几个调节时间窗，每经过一个调节时间窗，纹波计数器的计数值被传递到差分模块的寄存器中；该差分模块20B，连接在纹波计数器20A和判断逻辑模块之间，用来比较在一个调节时间窗内，振荡个数与调节阈值的大小关系；该模块是一个二阶差分模块，由寄存器、减法器和比较器组成，将前后两个调节时间窗内的纹波计数器数值输入到减法器中做差，差值输入到判断逻辑模块中，一旦小于设定好的调节阈值，则开启调节模式；该定时模块20C，通过系统时钟产生各模块所需的时钟信号。