監(jiān)控電路的制作方法
【專利摘要】提供了一種監(jiān)控電路，用來監(jiān)控一個待檢測電路CUT，監(jiān)控電路包含電壓切換器以及電流計。該電壓切換器耦接在供電電壓與該待檢測電路之間。電流計與電壓切換器并聯(lián)，用來偵測流經(jīng)該待檢測電路的電流。
【專利說明】
監(jiān)控電路
[0001 ] 優(yōu)先權(quán)聲明
[0002] 本申請主張在2015年4月29日提出申請的美國臨時專利申請第62/154,366號的權(quán) 利，且上述美國專利申請以引用方式并入本文中。
技術領域
[0003] 本發(fā)明與監(jiān)控電路(monitor circuit)有關，具體來說，有關于一種用于監(jiān)控待檢 測電路(Circuit Under Test，以下簡稱為CUT)的功率消耗的監(jiān)控電路。
【背景技術】
[0004] 為了避免芯片過熱的問題，在半導體芯片的設計中，功率消耗的監(jiān)控是一個不可 回避的程序。然而，一個集成電路通常包含多個片上芯片S0C(Systems On the Chip)。由于 這些SOC通常屬于相同的電源域（即它們由相同的電源電壓供電），因此難以決定芯片中的 哪一個S0C消耗最多的功率。因此，需要一種新型的監(jiān)控電路的設計來彌補傳統(tǒng)的監(jiān)控電路 以及監(jiān)控程序的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的一個實施例提供一種監(jiān)控電路，用來監(jiān)控一個待檢測電路。該監(jiān)控電路 包含電壓切換器以及電流計。電壓切換器，耦接在供電電壓與該待檢測電路之間。電流計， 與該電壓切換器并聯(lián)，用來偵測流經(jīng)該待檢測電路的電流。
[0006] 本發(fā)明的另一實施例提供一種監(jiān)控待檢測電路的方法。該方法包含:提供電壓切 換器以及電流計，其中該電壓切換器耦接在供電電壓與該待檢測電路之間，并且該電流計 與該電壓切換器并聯(lián);以及通過該電流計偵測流經(jīng)該待檢測電路的電流。
【附圖說明】
[0007] 圖1是依據(jù)本發(fā)明的實施例的監(jiān)控電路示意圖；
[0008] 圖2是依據(jù)本發(fā)明的實施例的監(jiān)控電路示意圖；
[0009] 圖3是依據(jù)本發(fā)明的實施例的監(jiān)控電路示意圖；
[0010] 圖4是依據(jù)本發(fā)明的實施例的監(jiān)控電路示意圖；
[0011] 圖5是依據(jù)本發(fā)明的實施例的監(jiān)控電路示意圖；
[0012] 圖6依據(jù)本發(fā)明的實施例的用于監(jiān)控⑶T的流程圖。
【具體實施方式】
[0013] 如下所述的內(nèi)容僅僅為了舉例說明本發(fā)明的精神，而并非是本發(fā)明的限制條件。 本發(fā)明的范圍需參考權(quán)利要求書來決定。
[0014] 圖1是依據(jù)本發(fā)明的實施例的監(jiān)控電路100示意圖。監(jiān)控電路100可應用至移動裝 置中的集成電路，例如智慧型手機、平板電腦、手提電腦等。監(jiān)控電路100用于監(jiān)控CUT110的 實時功率消耗。CUT110是一個SOC，例如相機模組、編碼器模組、或者解碼器模組，但并不限 于此。如圖1所示，監(jiān)控電路100至少包含電壓切換器120以及電流計130。電壓切換器120耦 接于供電電壓VDD與⑶T110之間。電流計130與電壓切換器120并聯(lián)，并且用于偵測流經(jīng) ⑶T110的電流II。具體來說，電壓切換器120具有耦接至供電電壓VDD的第一端，以及耦接至 ⑶T110的第二端;并且電流計130具有耦接至電壓切換器120的第一端的第一端，以及耦接 至電壓切換器120的第二端的第二端。電流計130可產(chǎn)生相對于電流II的一個輸出信號，并 且其他電路(例如處理器)能夠通過分析來自電流計130的輸出信號來估計CUT110的功率消 耗。通過上述設計，CUT 110的實時電流與功率消耗被監(jiān)控電路100持續(xù)性地監(jiān)控，以解決在 操作過程中的集成電路過熱的問題。
[0015] 電壓切換器120與電流計130的具體結(jié)構(gòu)將在以下的實施例中詳細說明。這些實施 例僅用于舉例說明，而并非本發(fā)明的限制。
[0016] 圖2是依據(jù)本發(fā)明的實施例的監(jiān)控電路200的示意圖。監(jiān)控電路200用于監(jiān)控 CUT110,包含電壓切換器220以及電流計230。圖2與圖1相似。在圖2所示的實施例中，電壓切 換器220包含PM0S晶體管（P-type Metal Oxide Semiconductor Field Effect Trans istor)MP，其具有接收控制信號SCI的控制端，耦接至供電電壓VDD的第一端，以及耦接至 CUT 110的第二端。PM0S晶體管MP具有一個相對大的晶體管尺寸（例如閘極長度可以是24nm 或者更大），并且它依據(jù)控制信號SCI來關閉或者打開。為了選擇PM0S晶體管MP的尺寸，在一 個實施例中，條件是：I1*RSW〈0.03*VDD( 即11與RSW的乘積小于0.03與VDD的乘積）。如果 PM0S晶體管MP是關閉的，則具有閉合的電阻RSW;如果PM0S晶體管MP是打開的，則具有開放 的電阻，其接近無限大。換言之，PM0S晶體管MP用來選擇性地阻擋(block)或者導通電流II 至CUT110。在圖2這個實施例中，電流計230包含電壓表（vol tmeter)231與除法器 (divider)232。電壓表231與電壓切換器220并聯(lián)，用來偵測電壓切換器220的第一端與第二 端的電壓差A V。通常來說，電壓表231具有一個很大的電阻，并且它的存在并不影響流經(jīng) ⑶T110的電流II。即流經(jīng)電壓切換器220的電流基本上等于流經(jīng)⑶T 110的電流II。除法器 232耦接至電壓表231。流經(jīng)除法器232的電流十分小并且是負的。當電壓切換器220是關閉 時，除法器232用來用電壓切換器220的合閘電阻RSW除電壓差AV，因此來估計流經(jīng)⑶T110 的電流I 1。具體來說，電流II能夠通過以下的等式(1)被電流計230的除法器232計算：
[0018] 其中"11"代表流經(jīng)⑶Τ110(或者電壓切換器220)的電流II，"Δν"代表電壓切換器 220的第一端與第二端的電壓差，并且"RSW"代表電壓切換器220的合閘電阻RSW。
[0019] 電流計230的除法器232能夠進一步產(chǎn)生一個相對于電流II的輸出信號，并且其他 電路能夠通過分析電流計230的輸出信號來估計CUT110的功率消耗。在一些實施例中，輸出 信號代表一個數(shù)字二進制值(可轉(zhuǎn)換為十進制值），并且正比于電壓差Α V。電流II可以通過 用合閘電壓RSW除以電壓差AV來計算。功率消耗是通過將電流II的平方與合閘電阻RSW相 乘來獲得。圖2的監(jiān)控電路200的其他特征與圖1的監(jiān)控電路100相似。因此，這兩個實施例能 夠達到相似的效果。
[0020] 圖3是依據(jù)本申請的實施例的監(jiān)控電路300的示意圖。監(jiān)控電路300用來監(jiān)控 CUT110,包含電壓切換器220以及電流計330。圖3與圖2相似。在圖3所示的實施例中，電壓切 換器220包含PMOS晶體管MP，電流計330包含第一模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Analog-to-Digital Converter，ADC)340,第二模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器350以及減法器360。電流計330與電壓切換器 220并聯(lián)。第一模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器340用來轉(zhuǎn)換電壓切換器220的第一端的第一電壓VI為第 一數(shù)字信號SD1。第二模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器350用來轉(zhuǎn)換電壓切換器220的第二端的第二電壓 V2至第二數(shù)字信號SD2。減法器360用來從第一數(shù)字信號SD1減去第二數(shù)字信號SD2,從而產(chǎn) 生一個數(shù)字輸出信號S0UT(即S0UT = SD1-SD2)。如圖2所示的實施例所示，流經(jīng)CUT110的電 流11能夠通過電壓差Δ V(即Δ V = V1-V2)除以合閘電阻RSW來計算。由于合閘電阻RSW通常 看做一個固定值，流經(jīng)⑶T 110的電流II正比電壓切換器220的第一端與第二端之間的電壓 差A V。電流計330的減法器360能夠產(chǎn)生相對于電壓差Δ V的數(shù)字輸出信號S0UT，并且其他 電路可通過分析來自電流計330的數(shù)字輸出信號S0UT來估計CUT 110的功率消耗。圖3的監(jiān)控 電路的其他特征與圖2的監(jiān)控電路200相似。因此，這兩個實施例能夠達到相似的效果。
[0021] 在一些實施例中，第一模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器340包含第一電壓頻率轉(zhuǎn)換器(￥〇1丨&86- to-Frequency Converter，以下簡稱為VFC)341以及第一頻率數(shù)字轉(zhuǎn)換器(？代911611〇7-1:〇-Digital Converter，以下簡稱為FDC)342,以及第二模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器350包含第二VFC351 與第二FDC352。舉例來說，第一VFC341與第二VFC351可以是壓控振蕩器（￥〇1七&86_ Controlled Oscillators，以下簡稱為VC0)，來響應于輸入電壓輸出可調(diào)整的頻率信號，并 且第一 H3C342與第二FDC352可以是頻率計數(shù)器來計數(shù)在一個特定時間周期中的頻率信號， 但并不局限于此。第一 VFC341用來轉(zhuǎn)換電壓切換器220的第一端的第一電壓VI至第一頻率 信號SF1，這是一個模擬信號。第一 H3C342用來轉(zhuǎn)換第一頻率信號SF1至第一數(shù)字信號SD1。 第二VFC351用來轉(zhuǎn)換電壓切換器220的第二端的第二電壓V2至第二頻率信號SF2,這是另一 個模擬信號。第二FDC352是用來轉(zhuǎn)換第二頻率信號SF2至第二數(shù)字信號SD2。相似地，減法器 360用來從第一數(shù)字信號SD1減去第二數(shù)字信號SD2,來產(chǎn)生數(shù)字輸出信號S0UT。
[0022]圖4是依據(jù)本發(fā)明的實施例的監(jiān)控電路400的示意圖。監(jiān)控電路400用來監(jiān)控多個 CUT110、410、440,包含多個電壓切換器120、420與450,以及多個電流計130、430與460。圖4 與圖1相似。在圖4的實施例中，功率切換120、420與450中的每一個耦接于供電電壓VDD與各 自對應的⑶Τ1ΠΚ410與440之間。更進一步，每一個電流計130、430與460與各自對應的電壓 切換器120、420與450并聯(lián)。即，監(jiān)控電路400可包含多個電壓切換器與多個電流計來分別監(jiān) 控流經(jīng)多個CUT的多個電流。因此，每一CUT的功率消耗能夠被估計。盡管圖4所示的電路中 包含3個電壓切換器與3個電流計，但監(jiān)控電路400可包含更多的電壓切換器與更多的電流 計。圖4的監(jiān)控電路400的其他特征與圖1的監(jiān)控電路100相似。因此，這兩個實施例能夠達到 相似的效果。
[0023]圖5是依據(jù)本發(fā)明的實施例的監(jiān)控電路500的示意圖。用于監(jiān)控⑶T110的監(jiān)控電路 500包含多個電壓切換器120、520、…與590,以及一個電流計130。圖5與圖1相似。在圖5的實 施例中，電壓切換器120、520、…與590耦接于供電電壓VDD與⑶T110之間。更進一步，電流計 130與一個電壓切換器120并聯(lián)。因此，監(jiān)控電路500能夠僅僅監(jiān)控流經(jīng)電壓切換器120的電 流，而并非流經(jīng)其他的電壓切換器520、一590的電流。在通常的制造程序中，電壓切換器 120、520、…與590具有相似的晶體管尺寸以及合閘電阻。假設電壓切換器120、520···與590 當閉合時，產(chǎn)生相同的電流。因此，流經(jīng)CUT110的總電流能夠通過簡單地將流經(jīng)電壓切換器 120的電流與電壓切換器120、520···與590的數(shù)目相乘而獲得?？闪私獾氖牵O(jiān)控電路500可 包含更多個電壓切換器以及更多的電流計，盡管在圖5所示的附圖中僅僅包含3個電壓切換 器以及1個電流計。圖5的監(jiān)控電路500的其他特征與圖1的監(jiān)控電路100相似。因此，這兩個 實施例能夠達到相似的效果。
[0024] 圖6是依據(jù)本發(fā)明的實施例的監(jiān)控CUT的方法的流程圖。這個方法包含以下步驟： 在步驟S610,提供一個電壓切換器以及一個電流計，電壓切換器耦接于供電電壓與CUT之 間，電流計與電壓切換器并聯(lián)。在步驟S620中，通過電流計偵測流經(jīng)CUT的電流?？衫斫鈭D1-5所示的實施例可應用圖6的方法。
[0025] 本發(fā)明提供了一種新型的監(jiān)控電路，來監(jiān)控集成電路中的每一⑶T(例如S0C)的功 率消耗。在所提出的監(jiān)控電路中，至少一個電流計與一個或者多個電壓切換器并聯(lián)，并且因 此流經(jīng)對應的CUT的電流以及功率消耗可以被估計。在一些情況下，如果在集成電路中有過 多的電壓切換器，所提出的監(jiān)控電路能夠采樣流經(jīng)至少一個電壓切換器的電流，并且依據(jù) 簡單的乘法原則估計總電流以及總功率消耗。依照實際測量，電壓切換器的合閘電阻在變 化的制作過程中基本相同。舉例來說，即使半導體使用不同的制造程序，電壓切換器，例如 PM0S晶體管，具有基本固定的合閘電阻0.4 Ω。換言之，所提出的監(jiān)控電路使用的簡化與相 乘方法并不十分影響所估計的功率消耗的正確性。這樣的簡化方法能應用至較大的電路的 設計，并且將顯著減少電流計的制造成本。
[0026] 上述電壓、電流以及電阻僅僅用來舉例說明，而并非本發(fā)明的限制。本領域具有通 常知識者可依照不同的需求來調(diào)整這些設定。需注意的是，所提出的監(jiān)控電路與監(jiān)控方法 并非僅僅限于圖1-6的配置。本發(fā)明可僅僅包含圖1-6的一個或者多個實施例的一個或者多 個特征。換言之，本發(fā)明所提出的監(jiān)控電路與方法可不實施所提出的所有的技術特征。 [0027]在權(quán)利要求中所使用的序列用詞，例如"第一"、"第二"、"第三"等等，用來修正一 個所請求保護的元件，并非表明其本身的所請求保護的元件相對于其他元件在所執(zhí)行的方 法中具有任何優(yōu)先、前置或者順序，而僅僅起標識作用，使一個所請求保護的元件與其他具 有相同名字的元件區(qū)分開來。
[0028]本發(fā)明通過上述實施例進行舉例說明，本發(fā)明并非局限于上述舉例說明。本發(fā)明 應理解為涵蓋本領域技術人員可了解的多種變型的實施方式與相似的安排。因此，本發(fā)明 的權(quán)利要求書應該理解為涵蓋本領域技術人員可了解的多種變型的實施方式與相似的安 排的較廣范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種監(jiān)控電路，用來監(jiān)控一個待檢測電路，包含： 電壓切換器，耦接在供電電壓與該待檢測電路之間；以及 電流計，與該電壓切換器并聯(lián)，用來偵測流經(jīng)該待檢測電路的電流。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)控電路，其特征在于，該電壓切換器具有耦接至該供電電壓 的第一端，以及耦接至該待檢測電路的第二端，其中該電流計的第一端耦接至該電壓切換 器的第一端，以及該電流計的第二端耦接至該電壓切換器的第二端。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的監(jiān)控電路，其特征在于，該電流計包含電壓表以及除法器。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的監(jiān)控電路，其特征在于，該電壓表偵測該電壓切換器的第一端 與第二端的電壓差，并且該除法器將該電壓差除以該電壓切換器的合閘電阻，從而估計流 經(jīng)該待檢測電路的電流。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)控電路，其特征在于，該電壓切換器包含PMOS晶體管。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的監(jiān)控電路，其特征在于，該電流計依據(jù)流經(jīng)該待檢測電路的電 流產(chǎn)生數(shù)字輸出信號。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的監(jiān)控電路，其特征在于，該電流計包含第一模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換 器，第二模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器以及一個減法器。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的監(jiān)控電路，其特征在于，該第一模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換該電壓 切換器的第一端的第一電壓至第一數(shù)字信號，該第二模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換該電壓切換器 的第二端的第二電壓至第二數(shù)字信號，并且該減法器從該第一數(shù)字信號減去該第二數(shù)字信 號，以產(chǎn)生該數(shù)字輸出信號。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的監(jiān)控電路，其特征在于，該第一模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器包含第一電 壓頻率轉(zhuǎn)換器以及第一頻率數(shù)字轉(zhuǎn)換器，以及該第二模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器包含第二電壓頻率 轉(zhuǎn)換器以及第二頻率數(shù)字轉(zhuǎn)換器。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的監(jiān)控電路，其特征在于，該第一電壓頻率轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換該第一 電壓至第一頻率信號，該第一頻率數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換該第一頻率信號至該第一數(shù)字信號，該 第二電壓頻率轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換該第二電壓至第二頻率信號，該第二頻率數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換該第二 頻率信號至該第二數(shù)字信號。11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)控電路，其特征在于，具有多個該電壓切換器以及至少一 個該電流計，至少一個該電流計偵測流經(jīng)至少一個對應的電壓切換器的電流，并且該流經(jīng) 該待檢測電路的電流通過該流經(jīng)該電壓切換器的電流與該電壓切換器的數(shù)目相乘來獲得。12. -種監(jiān)控待檢測電路的方法，包含： 提供電壓切換器以及電流計，其中該電壓切換器耦接在供電電壓與該待檢測電路之 間，并且該電流計與該電壓切換器并聯(lián)；以及 通過該電流計偵測流經(jīng)該待檢測電路的電流。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，該電壓切換器具有耦接至該供電電壓的 第一端，以及耦接至該待檢測電路的第二端，該電流計具有耦接至該電壓切換器的第一端 的第一端，以及耦接至該電壓切換器的第二端的第二端。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，該電流計包含電壓表以及除法器。15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，進一步包含： 通過該電壓表偵測該電壓切換器的第一端與第二端的電壓差；以及 通過該除法器將該電壓差除以該電壓切換器的合閘電阻，從而估計流經(jīng)該待檢測電路 的電流。16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，該電壓切換器包含PMOS晶體管。17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，進一步包含： 通過該電流計依據(jù)流經(jīng)該待檢測電路的電流產(chǎn)生數(shù)字輸出信號。18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，該電流計包含第一模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器， 第二模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器以及一個減法器。19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，進一步包含： 通過該第一模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換該電壓切換器的第一端的第一電壓至第一數(shù)字信 號； 通過該第二模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換該電壓切換器的第二端的第二電壓至第二數(shù)字信 號；以及 通過該減法器從該第一數(shù)字信號減去該第二數(shù)字信號，以產(chǎn)生該數(shù)字輸出信號。20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，該第一模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器包含第一電壓 頻率轉(zhuǎn)換器以及第一頻率數(shù)字轉(zhuǎn)換器，以及該第二模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器包含第二電壓頻率轉(zhuǎn) 換器以及第二頻率數(shù)字轉(zhuǎn)換器。21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，包含： 通過該第一電壓頻率轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換該第一電壓至第一頻率信號； 通過該第一頻率數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換該第一頻率信號至該第一數(shù)字信號； 通過該第二電壓頻率轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換該第二電壓至第二頻率信號；以及 通過該第二頻率數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換該第二頻率信號至該第二數(shù)字信號。22. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的監(jiān)控方法，其特征在于，該電壓切換器數(shù)目是多個，該電流 計的數(shù)目是至少一個，至少一個該電流計偵測流經(jīng)至少一個對應的電壓切換器的電流，并 且該流經(jīng)該待檢測電路的電流通過該流經(jīng)該電壓切換器的電流與該電壓切換器的數(shù)目相 乘來獲得。
【文檔編號】G01R21/133GK106093555SQ201610268283
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年4月27日 公開號201610268283.7, CN 106093555 A, CN 106093555A, CN 201610268283, CN-A-106093555, CN106093555 A, CN106093555A, CN201610268283, CN201610268283.7
【發(fā)明人】黃柏智
【申請人】聯(lián)發(fā)科技股份有限公司