佔空比測量裝置和方法
2023-09-17 19:01:40 3
專利名稱：佔空比測量裝置和方法
技術領域：
本發明一般地涉及改進的集成電路裝置和方法。更具體地說，本發明涉及佔空比(duty cycle)測量裝置和方法。
背景技術：
近年來，現代集成電路器件(例如，微處理器或片上系統)的運行速度已經極大地增加。對於此類高速器件，佔空比(即，脈衝寬度與脈衝周期之比)的變化在使用中間周期邊沿的情況下可以導致性能下降。此外，如果定時電路依賴於時鐘周期的最小上升或下降時間(例如，動態電路)，則佔空比變化會限制功能。
佔空比對許多不同因素都很敏感，包括運行頻率、運行溫度、電源電壓、電路設計類型、電路負荷以及工藝(例如，單個和/或多個晶片中摻雜、閾值電壓、遷移率、柵極氧化物厚度等的變化)。因為如此多的不同因素會影響佔空比，所以能夠精確地測量出實際運行條件下使用中晶片的時鐘佔空比是很重要的。
但是，片外連接的帶寬限制通常將實際測量限於幾百兆赫。這是比當前的集成電路器件(例如，微處理器或片上系統)運行的頻率至少低一個數量級的頻率。因此，由於片外連接的限制，很難獲得實際運行條件下使用中晶片的時鐘佔空比的準確測量結果。
發明內容
示例性實施例提供了用於測量集成電路器件(例如，微處理器或片上系統(SOC))的佔空比的裝置。示例性實施例的裝置生成與佔空比成比例並且可以使用普通的實驗室或製造設備來測量的頻率。示例性實施例的裝置可以使用標準互補金屬氧化物半導體(CMOS)工藝中的簡單電路來實現，它只需要很小的面積且在不用時可以斷開電源。
在示例性實施例中，以保留原始檢測信號的佔空比的方式通過多路復用器或其他開關網絡將所述檢測信號作為輸入提供給低通濾波器。所述低通濾波器(LPF)可被實現為單極阻容(RC)網絡，該網絡可以簡單地使用標準CMOS工藝來製造。所述LPF主要確定檢測信號的平均值。
LPF生成與檢測信號的佔空比成比例的直流(DC)電壓Vdc，例如，Vdc＝佔空比×Vdd，其中Vdd為電源電壓。所述低通濾波器的帶寬設置得足夠低以生成直流值並適當地衰減檢測信號的交流(AC)成分。還設置所述帶寬以便其不會如此之低，以致低通濾波器的時間常數將增加用於測量的不能接受的較長穩定時間。例如，對於5Ghz的檢測信號，具有5MHz帶寬的濾波器充分地減少了交流成分且需要100納秒的穩定時間。
所述低通濾波器連接到具有電壓頻率增益特性KO的壓控振蕩器(VCO)的控制輸入。在一個優選實施例中，所述VCO增益KO為線性的，但是，本發明並不限於這種實施例，並且可以在不偏離本發明的精神和範圍的情況下使用非線性的VCO增益特性。
VCO將其輸入處的直流電壓轉換為對於直接使片外通過低帶寬驅動器可能過高的頻率。因此，VCO的輸出被連接到分頻器，所述分頻器將VCO輸出頻率降低N倍。得出的降低的輸出信號被提供給連接到襯墊的輸出驅動器，通過所述襯墊可以使用計頻儀、示波器或其他標準實驗室或製造設備來測量輸出信號。結果，可以從對輸出襯墊的頻率測量來確定檢測信號的佔空比，例如，佔空比＝頻率×N/(Vdd×KO)。
因為實際的VCO顯示了由於工藝、溫度、電源電壓等造成的KO變化並且可以具有許多非線性，所以理解這些變化並能夠在測量檢測信號的佔空比中使用先前校準VCO的增益特性KO是很重要的。可以將用於執行此類校準的分壓器連接到多路復用器或其他開關元件，由此將檢測信號連接到低通濾波器。所述分壓器提供了多個可以獨立連接到所述低通濾波器的參考電壓。可以使用簡單的分壓等式Vdd×R1/R2來確定電壓值，其中R1是從讀出節點到地的總阻抗，而R2是從Vdd到地的總阻抗值。可以使用所述電壓值以及讀出的頻率來計算VCO的KO值，例如，KO＝頻率/Vn。通過使用多個參考電壓和相應的頻率測量，可以確定校準曲線，所述校準曲線可以與實際頻率測量一起用來確定VCO的KO值，例如，KO＝(fb-fa)/(Vb-Va)，其中fa＜fx＜fb。
除了以上所述，還可以將雙向襯墊和開關連接到VCO的輸入。此雙向襯墊可以在需要考慮電阻容差時用於測量在校準期間施加到VCO的電壓。所述雙向襯墊還可用於在校準粒度過大時將外部電壓直接施加到低通濾波器(濾波器電阻的兩側)。在不使用雙向襯墊時可以包括開關以降低噪聲拾取。
在一個示例性實施例中，提供了一種用於測量檢測信號的佔空比的方法。可以在數據處理系統中實現此方法。所述方法可以包括過濾輸入信號以生成輸出電壓信號，將所述輸出電壓信號轉換為與所述輸出電壓信號成比例的頻率信號，並測量所述頻率信號的頻率。可以根據所述測量的頻率來計算所述輸入信號的佔空比。所述輸出電壓信號可以代表所述輸入信號的平均電壓。可以在集成電路晶片上執行所述過濾和轉換操作，而在所述集成電路晶片外部執行所述測量和計算操作。
所述方法還可以包括接收多個校準信號以及檢測信號，並選擇所述多個校準信號中的一個校準信號或所述檢測信號作為輸入信號。所述多個校準信號可以是用於校準電壓到頻率轉換器的參考電壓信號，所述電壓到頻率轉換器將所述輸出電壓信號轉換為與所述輸出電壓信號成比例的頻率信號。
當執行將所述輸出電壓信號轉換為與所述輸出電壓信號成比例的頻率信號的電壓到頻率轉換器的校準時，可以將所述多個校準信號中的一個校準信號選擇為所述輸入信號。校準所述電壓到頻率轉換器可以包括生成為所述多個校準信號將輸入電壓映射到輸出頻率的校準曲線。
所述方法還可以包括通過雙向襯墊從所述數據處理系統外部的裝置接收輸入電壓信號作為輸入信號。所述方法還可以包括使用預定因數除所述頻率信號以使所述頻率信號處於帶寬要求之內，以便將所述頻率信號提供給用於測量所述頻率信號的頻率的測量裝置。所述方法還可以包括在所述數據處理系統中的同一或不同點處重複所述過濾、轉換、測量及計算操作以確定作為所述輸入信號提供的高速時鐘信號的佔空比變化。
在其他示例性實施例中，提供了一種用於測量集成電路器件中的檢測信號的佔空比的裝置。所述裝置可以包括接收輸入信號並輸出輸出電壓信號的濾波器，以及連接到所述濾波器的將所述輸出電壓信號轉換為與所述輸出電壓信號成比例的頻率信號的電壓到頻率轉換器。所述裝置還可以包括輸出驅動器，所述輸出驅動器將所述頻率信號驅動到與所述輸出驅動器相連的輸出襯墊。在所述集成電路器件外部的測量裝置可以測量所述輸出襯墊處的所述頻率信號的頻率並根據所測量的頻率來計算所述檢測信號的佔空比。
所述裝置還可以包括連接到所述濾波器的輸入的多路復用器。所述多路復用器可以接收多個校準信號和一個檢測信號，並且可以選擇所述多個校準信號中的一個校準信號或所述檢測信號來輸出到所述濾波器。所述裝置還可以包括連接到電壓到頻率轉換器的輸入的雙向襯墊。可以通過所述雙向襯墊從所述裝置外部的設備來接收作為所述輸入信號的輸入電壓信號。所述電壓到頻率轉換器還可以包括連接到壓控振蕩器的輸出的分頻器，所述分頻器將所述壓控振蕩器輸出的頻率信號的頻率除以預定的量。
所述裝置可以是玩具、遊戲機、遊戲控柄、手持計算設備、個人數字助理、通訊設備、無線電話、膝上計算設備、臺式計算設備、伺服器計算設備或可攜式計算設備的一部分。所述裝置也可以是具有至少兩個異構處理器(具有不同類型的指令集)的多處理器片上系統的一部分。
在其他示例性實施例中，提供了一種片上系統，所述片上系統可以包括控制處理器、至少一個連接到所述控制處理器的協處理器，以及連接到一個或多個所述控制處理器或所述至少一個協處理器的佔空比測量裝置。所述佔空比測量裝置可以包括從所述控制處理器或所述協處理器其中之一接收輸入信號並輸出輸出電壓信號的濾波器，以及連接到所述濾波器的將所述輸出電壓信號轉換為與所述輸出電壓信號成比例的頻率信號的電壓到頻率轉換器。所述佔空比測量裝置還可以包括輸出驅動器，所述輸出驅動器將所述頻率信號驅動到與所述輸出驅動器相連的輸出襯墊。在所述集成電路器件外部的測量裝置可以測量所述輸出襯墊處的所述頻率信號的頻率並根據所測量的頻率來計算所述檢測信號的佔空比。
在以下對示例性實施例的詳細說明中將描述本發明的這些和其他特徵和優點，或者鑑於以下對示例性實施例的詳細說明，本發明的這些和其他特徵和優點將對本領域的技術人員變得顯而易見。
在所附權利要求中說明了被認為是本發明特性的新穎特徵。但是，當結合附圖閱讀時，通過參考以下對示例性實施例的詳細說明，可以最佳地理解發明本身及其優選使用方式、進一步的目的和優點，這些附圖是圖1是其中可以實現示例性實施例的各方面的片上系統的示例性方塊圖；圖2是根據一個示例性實施例的佔空比測量裝置的示例性方塊圖；圖3是根據一個示例性實施例的佔空比測量裝置的一個示例性實現的示例性電路圖；圖4是示出了可為使用多個參考電壓輸入的一個示例性實施例的壓控振蕩器產生的校準曲線的示例性示意圖；圖5A和5B是示出了使用一個示例性實施例的裝置且佔空比為50％的VCO的控制電壓和檢測信號的輸出頻率的示例圖；圖6A和6B是示出了使用一個示例性實施例的裝置且佔空比為10％的VCO的控制電壓和檢測信號的輸出頻率的示例圖；圖7A和7B是示出了使用一個示例性實施例的裝置且佔空比為90％的VCO的控制電壓和檢測信號的輸出頻率的示例圖；以及圖8是概述當測量佔空比時一個示例性實施例的示例性操作的流程圖。
具體實施例方式
示例性實施例提供了用於測量檢測信號佔空比的片上集成電路裝置和方法。所述示例性實施例的裝置可以在任何其中需要測量檢測信號的佔空比的集成電路器件中實現。但是，所述示例性實施例尤其適於測量在非常高的頻率下運行的檢測信號的佔空比。此類檢測信號可以存在於例如最新的微處理器和片上系統中。
其中可以實現所述示例性實施例的各方面的一個示例性微處理器是可從紐約阿蒙克的國際商業機器公司購買的CELL寬帶引擎(CBE)架構微處理器。CBE架構微處理器的實例方塊圖在圖1中示出並在以下討論。雖然所述示例性實施例將被描述為在CBE架構微處理器中實現，但是本發明並不限於此。如上所述，本發明的示例性實施例可應用於任何其中要測量檢測信號的佔空比的集成電路器件。
圖1是其中可以實現示例性實施例的各方面的數據處理系統的示例性方塊圖。圖1中示出的示例性數據處理系統是CELL寬帶引擎(CBE)數據處理系統的一個實例。雖然CBE將用於描述示例性實施例，但是本發明並不限於此，如在閱讀以下說明時將對本領域的技術人員顯而易見的。
如圖1所示，CBE 100包括具有處理器(PPU)116及其L1和L2高速緩存112和114的功率處理器元件(PPE)110，多個協處理器元件(SPE)120-134，其中每個都具有其自己的協處理器單元(SPU)140-154、存儲器流控制155-162、本地存儲器或存儲(LS)163-170，以及總線接口單元(BIU單元)180-194(它可以例如是直接存儲器訪問(DMA)、存儲器管理單元(MMU)和總線接口單元的組合)。還提供了高帶寬內部元件互連總線(EIB)196、總線接口控制器(BIC)197和存儲器接口控制器(MIC)198。
CBE 100可以是片上系統，以便可以在單個微處理器晶片上提供圖1中示出的每個元件。此外，CBE 100是異構處理環境，其中每個SPU都可以從系統中的每個其他SPU接收不同的指令。此外，SPU的指令集與PPU的指令集不同，例如，PPU可以執行基於精簡指令集計算機(RISC)的指令，而SPU執行向量化的指令。
SPE 120-134通過EIB 196彼此連接並連接到L2高速緩存114。此外，SPE 120-134通過EIB 196連接到MIC 198和BIC 197。MIC 198提供了到共享存儲器199的通信接口。BIC 197提供了CBE 100與其他外部總線和裝置之間的通信接口。
PPE 110是雙線程PPE 110。此雙線程PPE 110和8個SPE 120-134的組合使CBE 100能夠同時處理10個線程和多於128個未完成的存儲器請求。PPE 110用作處理多數計算工作負荷的其他8個SPE 120-134的控制器。例如，PPE 110可用於運行常規的作業系統，而SPE 120-134執行向量化浮點代碼執行。
SPE 120-134包括協處理單元(SPU)140-154、存儲器流控制單元155-162、本地存儲器或存儲160-174和接口單元180-194。在一個示例性實施例中，本地存儲器或存儲160-174包括256KB指令和數據存儲器，其對PPE 110可見並且可由軟體直接尋址。
PPE 110可以使用小程序或線程來裝入SPE 120-134，將SPE串在一起以處理複雜操作中的每個步驟。例如，結合了CBE 100的機頂盒可以裝入程序來讀取DVD並對視頻和音頻解碼以及進行顯示，數據可以從SPE傳送到SPE直至其最終輸出顯示。在4GHz，SPE 120-134中的每個SPE都會提供理論的32 GFLOPS性能，並且PPE 110具有類似級別的性能。
存儲器流控制單元(MFC)155-162用作SPU到系統其他部分和其他元件的接口。MFC 155-162提供了在主存儲與本地存儲160-174之間進行數據傳輸、保護和同步的主要裝置。處理器中的每個SPU邏輯上都有一個MFC。某些實現可以在多個SPU之間共享單個MFC的資源。在這種情況下，所有為MFC定義的工具和命令都必須表現為對每個SPU的軟體獨立。共享MFC的影響限於實現相關的工具和命令。
因為提供給集成電路器件(如圖1中示出的微處理器或SOC)的高速功能單元(例如SPU 140-154、PPU 116、MIC 198、BIC 197等)的信號的佔空比變化可以導致性能降低或可以限制這些功能單元的功能，所以測量到這些功能單元的關鍵信號的佔空比是很重要的，以便驗證集成電路器件的正確運行。所述示例性實施例提供了片上器件，所述片上器件用於測量檢測信號的佔空比以及向輸出襯墊提供與該佔空比成比例且可容易地由外部實驗室或製造設備來測量的輸出。可以與集成電路器件的功能單元或任何要測量檢測信號佔空比的位置關聯地提供所述片上器件。所述示例性實施例的裝置可以使用標準互補金屬氧化物半導體(CMOS)工藝中的簡單電路來實現，所述電路需要很少的面積且可以在不用時斷開電源。
圖2是根據一個示例性實施例的佔空比測量裝置的示例性方塊圖。如圖2所示，佔空比測量裝置200包括校準信號源210、低通濾波器230、電壓到頻率轉換器240和輸出驅動器250。此外，所述佔空比測量裝置200還從檢測信號源220接收檢測信號。
校準信號源210向低通濾波器230提供多個校準電壓信號，它們用於為電壓到頻率轉換器240生成用於系統(其中提供了所述佔空比測量裝置200)的當前運行條件的校準曲線。根據不同的電壓和由電壓到頻率轉換器240生成的結果頻率，可以獲得確定電壓到頻率轉換器240的增益特徵的校準曲線。然後，當從電壓到頻率轉換器240測量輸出信號的頻率時，可以例如由測量裝置260來使用此曲線，以便由此為特定的檢測信號電壓轉換確定電壓到頻率轉換器240的相應增益特性。此增益特性然後可以由測量裝置260使用以計算檢測信號的佔空比，如以下將更詳細地描述的。
在運行中，低通濾波器230接收輸入信號(即，校準信號或檢測信號)並實質上確定輸入信號的平均電壓。將此平均電壓提供給電壓到頻率轉換器240，所述電壓到頻率轉換器240將電壓轉換為具有與輸入電壓成比例的頻率的輸出信號。由於常規片外連接的帶寬的限制，此頻率可能太高而不能輸出到片外。因此，電壓到頻率轉換器240可以用預定因數除輸出信號的頻率，以便使輸出驅動器250驅動的輸出信號的頻率處於片外連接的帶寬要求之內。
輸出驅動器250將輸出信號從電壓到頻率轉換器240驅動到可由測量裝置260用來測量輸出信號的輸出頻率的輸出襯墊(未示出)。根據所測量的輸出頻率，可以使用先前生成的校準曲線來計算電壓到頻率轉換器240的增益特性。根據所測量的輸出頻率，電壓到頻率轉換器240的除數因數(如果有)、已知的電源電壓和所計算的增益特性，可以由測量裝置260來計算檢測信號的佔空比。
集成電路器件中同一或不同點的佔空比的多個計算可用於確定高速時鐘信號的佔空比變化，所述變化可以導致集成電路器件功能元件的性能降低或功能受限。因此，通過使用示例性實施例的片上佔空比測量裝置，可以將佔空比信息帶到片外來分析，以便確定遭受性能降低的集成電路器件的區域並採取適當的糾正操作。
圖3是根據示例性實施例的佔空比測量裝置300的一個示例性實現的示例性電路圖。如圖3所示，在示例性實施例中，以保留原始檢測信號的佔空比的方式通過多路復用器320或其他開關網絡將檢測信號310作為輸入提供給低通濾波器330。換言之，避免了可用於使佔空比失真的因素(例如，來自相鄰線路的耦合、非線性活動分量、加載、不平衡的緩衝級等)以便保留所述佔空比。多路復用器320用於選擇多個輸入中的一個輸入以便輸出到低通濾波器330。將來自分壓器390的包括校準電壓信號輸入V1-Vn的所述多個輸入與檢測信號310一起提供給多路復用器320。根據可以由例如片外測量器件或裝置生成的控制信號，多路復用器320輸出校準電壓信號V1-Vn中的一個信號或檢測信號310。如以下所述，當執行壓控振蕩器340的校準時，將所述校準電壓信號V1-Vn輸出到低通濾波器330。例如，當佔空比測量裝置300在運行的集成電路器件的高速時鐘信號(即，檢測信號310)上運行時，將檢測信號310輸出到低通濾波器330。
低通濾波器(LPF)330可被實現為單極阻容(RC)網絡，可以例如簡單地使用標準CMOS工藝來製造該網絡。LPF 330實質上確定檢測信號310的平均值。LPF 330生成與檢測信號的佔空比成比例的直流(DC)電壓Vdc，例如，Vdc＝佔空比×Vdd，其中Vdd為電源電壓。低通濾波器330的帶寬被設置得足夠低以生成直流值並適當地衰減檢測信號310的交流(AC)分量。還設置所述帶寬以便其不會如此之低，以致低通濾波器330的時間常數將增加用於測量的不能接受的較長穩定時間。例如，對於5Ghz的檢測信號310，具有約5MHz帶寬的濾波器充分地減少了檢測信號310的交流成分且需要100納秒的穩定時間。
低通濾波器330連接到具有電壓到頻率增益特性KO的壓控振蕩器(VCO)340的控制輸入。在一個優選實施例中，VCO 340的增益KO為線性的，但是本發明並不限於此類實施例，並且可以在不偏離本發明的精神和範圍的情況下使用非線性的VCO 340增益特性。
VCO 340將其輸入處的直流電壓轉換為對於將片外通過低帶寬驅動器來說過高的頻率。因此，將VCO 340的輸出連接到分頻器340，分頻器340將VCO輸出頻率降低N倍。得到的降低的輸出信號被提供給連接到輸出襯墊370的輸出驅動器360，通過襯墊370，可以使用計頻儀、示波器或其他標準實驗室或製造測量設備來測量輸出信號。結果，所述測量裝置可以從輸出襯墊370上的頻率測量來計算檢測信號的佔空比，例如，佔空比＝頻率×N/(Vdd×KO)。
因為實際的VCO顯示了由於工藝、溫度、電源電壓等造成的KO變化並且可以具有許多非線性，所以理解這些變化並能夠在測量檢測信號310的佔空比中使用之前校準VCO的增益特性KO是很重要的。可以將用於執行此類校準的分壓器390連接到多路復用器320或其他開關元件，由此將檢測信號310連接到低通濾波器330。所述分壓器390提供了多個可以獨立連接到所述低通濾波器330的參考電壓V1-Vn。可以使用簡單的分壓等式Vdd×R1/R2來確定電壓值V1-Vn，其中R1是從讀出節點到地的總阻抗，而R2是從Vdd到地的總阻抗值。所述外部測量裝置可以使用所述電壓值連同讀出的頻率來計算VCO的KO值，例如，KO＝頻率/Vn。
通過使用多個參考電壓和相應的頻率測量，可以確定校準曲線。圖4示出了可為使用多個參考電壓的示例性實施例的VCO產生的示例性校準曲線。如圖4所示，所述曲線可以是非線性的，但是可以使用線性近似算法對其進行近似。使用示例性實施例的裝置產生的校準曲線可以與實際頻率測量一起用來確定VCO的KO值，例如，KO＝(fb-fa)/(Vb-Va)，其中fa＜fx＜fb。
再次參考圖3，除了以上所述之外，雙向襯墊380和開關385可被連接到VCO 340的輸入。在不使用雙向襯墊380時，可以包括開關385以降低噪聲拾取。所述雙向襯墊380可以在需要考慮電阻容差時(如果電阻未適當匹配，電壓V1到Vn將出錯)用於測量在校準期間施加到VCO 340的電壓。所述雙向襯墊380還可用於在校準粒度過大時將外部電壓直接施加到低通濾波器330(濾波器電阻Rfilt的兩側)。也就是說，如果因為校準粒度過大而需要校準曲線的其他點時，可以通過雙向襯墊380提供可用於生成校準曲線上新的點的不同電壓，以便在校準曲線上的各點間提供更小的粒度。
因此，藉助示例性實施例的裝置，電源電壓Vdd和頻率約數N為已知，並可以測量並知道來自驅動器360的輸出信號的頻率。根據所測量的頻率，可以使用校準曲線上的兩個點來如上所述使用等式KO＝(fb-fa)/(Vb-Va)來內插VCO 340的增益特性KO。因此，用於計算佔空比的等式(佔空比＝頻率×N/(Vdd×KO))的所有值都已知。因此，使用示例性實施例的裝置，可以為輸出片外生成並改變與檢測信號的電壓成比例的頻率信號。根據該頻率信號，片外或外部測量裝置可以準確地計算檢測信號310的佔空比。
圖5A和5B是示出了使用一個示例性實施例的裝置且佔空比為50％的VCO的控制電壓和檢測信號的輸出頻率的示例圖。圖6A和6B是示出了使用一個示例性實施例的裝置且佔空比為10％的VCO的控制電壓和檢測信號的輸出頻率的示例圖。圖7A和7B是示出了使用一個示例性實施例的裝置且佔空比為90％的VCO的控制電壓和檢測信號的輸出頻率的示例圖。如圖4A-6B中所示，示例性實施例的佔空比測量裝置的頻率輸出與三個代表性佔空比的檢測信號310的電壓成比例。所有佔空比都存在此相同的比例性，並且因此可以使用示例性實施例的頻率輸出來準確計算檢測信號310的佔空比。
圖8是概述當測量佔空比時一個示例性實施例的示例性操作的流程圖。應當理解，所述流程圖的每個塊以及所述流程圖的塊的組合都可以由電腦程式指令來實現。可以將這些電腦程式指令提供給處理器或其他可編程數據處理裝置以產生機器，以便在所述處理器或其他可編程數據處理裝置上執行的指令將創建用於實現一個或多個流程圖塊中指定的功能的裝置。這些電腦程式指令也可以被存儲在引導處理器或其他可編程數據處理裝置以特定方式執行功能的計算機可讀存儲器或存儲介質中，以便存儲在所述計算機可讀存儲器或存儲介質中的所述指令產生一件包括實現所述一個或多個流程圖塊中指定的功能的指令裝置的製品。
相應地，流程圖的多個塊支持用於執行指定功能的裝置的組合、用於執行指定功能的步驟的組合和用於執行指定功能的程序指令裝置。還應理解，流程圖中的每個塊和流程圖中的塊的組合可以由執行指定功能或步驟的基於硬體的專用計算機系統來實現，或者通過專用硬體和計算機指令的組合來實現。
如圖8所示，所述操作由校準電壓到頻率轉換器開始(步驟810)。如上所述，這包括向低通濾波器提供多個參考電壓及將低通濾波器的輸出電壓轉換為經過測量並用於生成電壓到頻率轉換器的校準曲線的頻率。此後，將檢測信號提供給低通濾波器(步驟820)，所述低通濾波器將衰減檢測信號的交流部分並輸出直流電壓信號到電壓到頻率轉換器(步驟830)。將所述直流電壓信號轉換為頻率信號(步驟840)。
然後，可以由分頻器將結果頻率信號分頻，以將頻率信號置於適於輸出片外的範圍(步驟850)。將分頻的頻率信號提供給輸出驅動器，輸出驅動器將分頻的頻率信號驅動到輸出襯墊(步驟860)。然後，片外的外部測量裝置可用於測量分頻的頻率信號的頻率(步驟870)，並且可以根據所測量的頻率來計算所述檢測信號的佔空比(步驟880)。所述操作然後終止。
因此，示例性實施例提供了用於測量諸如微處理器或片上系統(SOC)之類的集成電路器件的佔空比的裝置。所述示例性實施例的裝置生成與佔空比成比例且可以用普通的實驗室或製造設備測量的頻率。所述示例性實施例的裝置可以使用標準互補金屬氧化物半導體(CMOS)工藝中的簡單電路來實現，它只需要很小的面積且在不用時可以斷開電源。
如上所述的電路可以是集成電路晶片設計的一部分。晶片設計可以使用圖形計算機程式語言創建並存儲於計算機存儲介質(例如，盤、磁帶、物理硬驅動器或諸如存儲存取網絡中的虛擬硬驅動器)中。如果設計者未製造晶片或用於製造晶片的光刻掩模，則設計者通過物理方法(例如，提供存儲設計的存儲介質的副本)或電子方法(例如，通過網際網路)直接或間接地將結果設計傳輸到此類實體。然後將存儲的設計轉換為適當的格式(例如，GDSII)以便製造光刻掩模，它通常包括要在晶片上形成的所述晶片設計的多個副本。所述光刻掩模用於限定要蝕刻或要以其他方式處理的晶片(和/或其上的層)的區域。
製造者可以以原始晶片形式(即，作為具有多個未封裝晶片的單晶片)、作為裸小片或以封裝的形式分發所得到的集成電路晶片。在後者的情況中，以單晶片封裝(例如，引線固定到母板的塑料載體或其他更高級別的載體)或多晶片封裝(例如，具有一個或兩個表面互連或掩埋互連的陶瓷載體)來安裝晶片。在任何情況下，所述晶片然後都作為(a)中間產品(如母板)或(b)最終產品的一部分與其他晶片、分離電路元件和/或其他信號處理裝置集成。最終產品可以是任何包括集成電路晶片的產品，範圍從玩具和其他低端應用到具有顯示器、鍵盤或其他輸入設備及中央處理器的高級計算機產品。此外，其中可以提供集成電路晶片的終端產品可以包括遊戲機、遊戲控柄、手持計算設備、個人數字助理、諸如無線電話之類的通訊設備、膝上計算設備、臺式計算設備、伺服器計算設備、可攜式計算設備或任何其他計算設備。
出於示例和說明目的給出了對示例性實施例的描述，並且所述描述並非旨在是窮舉的或是將本發明限於所公開的形式。對於本領域的技術人員來說，許多修改和變化都將是顯而易見的。實施例的選擇和描述是為了最佳地解釋本發明的原理、實際應用並且當適合於所構想的特定使用時，使得本領域的其他技術人員能夠理解本發明的具有各種修改的各種實施例。
權利要求
1.一種在數據處理系統中用於測量檢測信號的佔空比的方法，所述方法包括過濾輸入信號以生成輸出電壓信號；將所述輸出電壓信號轉換為與所述輸出電壓信號成比例的頻率信號；測量所述頻率信號的頻率；以及根據所測量的頻率來計算所述輸入信號的佔空比。
2.根據權利要求1的方法，還包括接收多個校準信號和檢測信號；選擇所述多個校準信號中的一個校準信號或所述檢測信號作為所述輸入信號。
3.根據權利要求2的方法，其中所述多個校準信號是用於校準電壓到頻率轉換器的參考電壓信號，所述電壓到頻率轉換器將所述輸出電壓信號轉換為與所述輸出電壓信號成比例的頻率信號。
4.根據權利要求2的方法，其中在執行將所述輸出電壓信號轉換為與所述輸出電壓信號成比例的頻率信號的電壓到頻率轉換器的校準時，選擇所述多個校準信號中的一個校準信號作為所述輸入信號。
5.根據權利要求4的方法，其中校準所述電壓到頻率轉換器包括生成為所述多個校準信號將輸入電壓映射到輸出頻率的校準曲線。
6.根據權利要求1的方法，其中所述輸出電壓信號代表所述輸入信號的平均電壓。
7.根據權利要求1的方法，還包括通過雙向襯墊從所述數據處理系統外部的裝置接收作為所述輸入信號的輸入電壓信號。
8.根據權利要求1的方法，還包括用預定因數除所述頻率信號以使所述頻率信號處於帶寬要求之內以便將所述頻率信號提供給用於測量所述頻率信號的頻率的測量裝置。
9.根據權利要求1的方法，還包括在所述數據處理系統中的同一或不同點處重複所述過濾、轉換、測量及計算操作以確定作為所述輸入信號提供的高速時鐘信號的佔空比變化。
10.根據權利要求1的方法，其中在集成電路晶片上執行所述過濾和轉換操作，而在所述集成電路晶片外部執行所述測量和計算操作。
11.一種用於測量集成電路器件中的檢測信號的佔空比的裝置，所述裝置包括濾波器，其中所述濾波器接收輸入信號並輸出輸出電壓信號；連接到所述濾波器的電壓到頻率轉換器，其中所述電壓到頻率轉換器將所述輸出電壓信號轉換為與所述輸出電壓信號成比例的頻率信號；以及輸出驅動器，所述輸出驅動器將所述頻率信號驅動到與所述輸出驅動器相連的輸出襯墊，其中在所述集成電路器件外部的測量裝置測量所述輸出襯墊處的所述頻率信號的頻率並根據所測量的頻率來計算所述檢測信號的佔空比。
12.根據權利要求11的裝置，還包括連接到所述濾波器的輸入的多路復用器，其中所述多路復用器接收多個校準信號和檢測信號，並且選擇所述多個校準信號中的一個校準信號或所述檢測信號來輸出到所述濾波器。
13.根據權利要求12的裝置，其中所述多個校準信號是用於校準所述電壓到頻率轉換器的參考電壓信號。
14.根據權利要求13的裝置，其中通過生成為所述多個校準信號將輸入電壓映射到輸出頻率的校準曲線來校準所述電壓到頻率轉換器。
15.根據權利要求11的裝置，還包括連接到所述電壓到頻率轉換器的輸入的雙向襯墊，其中通過所述雙向襯墊從所述裝置外部的設備接收作為所述輸入信號的輸入電壓信號。
16.根據權利要求11的裝置，其中所述電壓到頻率轉換器包括壓控振蕩器。
17.根據權利要求16的裝置，其中所述電壓到頻率轉換器還包括連接到所述壓控振蕩器的輸出並且將所述壓控振蕩器輸出的頻率信號的頻率除以預定量的分頻器。
18.根據權利要求11的裝置，其中所述裝置是玩具、遊戲機、遊戲控柄、手持計算設備、個人數字助理、通訊設備、無線電話、膝上計算設備、臺式計算設備、伺服器計算設備或可攜式計算設備的一部分。
19.根據權利要求11的裝置，其中所述裝置是具有至少兩個擁有不同類型指令集的異構處理器的多處理器片上系統的一部分。
20.一種片上系統，所述片上系統包括控制處理器；至少一個連接到所述控制處理器的協處理器；以及連接到一個或多個所述控制處理器或所述至少一個協處理器的佔空比測量裝置，其中所述佔空比測量裝置包括濾波器，其中所述濾波器從所述控制處理器或所述協處理器其中之一接收輸入信號並輸出輸出電壓信號；連接到所述濾波器的電壓到頻率轉換器，其中所述電壓到頻率轉換器將所述輸出電壓信號轉換為與所述輸出電壓信號成比例的頻率信號；以及輸出驅動器，所述輸出驅動器將所述頻率信號驅動到與所述輸出驅動器相連的輸出襯墊，其中在集成電路器件外部的測量裝置測量所述輸出襯墊處的所述頻率信號的頻率並根據所測量的頻率來計算檢測信號的佔空比。
全文摘要
本發明提供了一種用於測量集成電路器件(如微處理器或片上系統)中的檢測信號的佔空比的裝置。所述裝置生成與所述佔空比成比例且可以用普通實驗室或製造設備測量的頻率。所述裝置可以使用標準互補金屬氧化物半導體工藝中的簡單電路來實現，它只需要很小的面積且在不用時可以斷開電源。所述裝置可以包括例如低通濾波器、用於提供校準參考電壓信號的分壓器、電壓到頻率轉換器、用於分頻頻率信號輸出以便所述信號頻率處於預定範圍內的分頻器以及輸出驅動器和輸出襯墊。根據所述頻率輸出信號，可以使用片外設備來計算所述檢測信號的佔空比。
文檔編號G06F11/00GK1955936SQ200610135798
公開日2007年5月2日 申請日期2006年10月20日 優先權日2005年10月27日
發明者D·W·伯斯特勒, E·艾呂, 齊潔明 申請人:國際商業機器公司