估計輸入/輸出電路的延遲的方法和相應的設備的製作方法

2023-10-05 20:08:59 1

專利名稱：：估計輸入/輸出電路的延遲的方法和相應的設備的製作方法
技術領域：
：本發明涉及具有輸入/輸出電路的電子設備和用於估計輸入/輸出延遲的方法。
背景技術：
：10為了估計集成電路內的輸入/輸出i/o電路的性能，期望測量該電路的輸入與輸出之間的延遲。1/0電路的延遲是重要的參數，因為它影響集成電路的總定時。然而，因為通常不可能訪問這種i/o電路的輸入端，因為這些端典型地連接到集成電路的核心側(coreside)，所以在測量I/0單元時存在15許多困難。美國專利6,563，335B2公開了一種半導體設備的測試方法，用於估計輸入/輸出i/o電路的延遲。延遲估計電路被設置在晶片核心部分的基本單元區域中。測試單元包含第一延遲電路和延遲估計開關電路，所述第一延遲電路具有由互連層連接的若干級逆變器(iiwerter)。所20述測試單元可在第一測量模式與第二測量模式之間切換，所述第一測量模式用於測量I/0電路的輸入與I/0電路輸出之間的延遲，所述第二測量模式用於經由第一延遲電路測量所述i/o電路的輸入與輸出之間的延遲。然而，根據本方法，測試單元需要被包含在半導體設備上，該半導體設備消耗半導體晶片上大量的晶片面積。
發明內容本發明的目的是提供一種具有輸入/輸出電路的電子設備，在該輸入/輸出電路內，可在不必直接訪問輸入/輸出電路的輸入端的情況下確定該輸入/輸出電路的輸入信號的轉變。30這個目的通過根據權利要求l所述的一種電子電路和根據權利要求6所述的一種用於估計輸入/輸出電路的延遲的方法來解決。所以，提供了一種電子設備。該設備包含第一電源電壓域中的輸出/輸出電路，以及驅動該輸入/輸出電路的輸入的緩衝器。該緩衝器包含第一和第二開關。該緩衝器被設置在第二電源電壓域中。控制電5路耦合到該緩衝器，用於控制逆變器的第一和第二開關，以使在I/0電路的輸入信號的轉變期間，兩個開關都臨時保持在導通狀態，並且消弧電流(crowbar)流過該緩衝器。因此，控制該開關，從而有意地提供消弧電流，以得到明顯更高的信號，使得其可被容易地測量。所檢測到的消弧電流的出現可用於確定輸入/輸出電路的延遲。10根據本發明的方面，該電子設備還包含耦合到緩衝器的測量電路。該測量電路測量第二電源電壓域中的電流，流過該緩衝器的消弧電流僅當緩衝器中的兩個開關同時都處於導通狀態時才出現。此情況將對應輸入信號的大約50%的轉變，該輸入信號將輸入/輸出電路的輸入驅動至高或低。由於在輸入/輸出電路的輸入處確定該轉變的中點，15這可用於確定所述輸入/輸出電路的延遲。根據本發明的方面，該緩衝器包含耦合在第一和第二開關之間的第一和第二電阻器。該第一和第二電阻器用於控制流過緩衝器的電流，併線性化緩衝器的輸出。根據第一和第二電阻的值來確定用於驅動輸入/輸出電路的輸入端的緩衝器的輸出電流，以使用於輸入/輸出電路20的驅動信號的值可通過選擇該第一和第二電阻器來設置。根據本發明的其他方面，電容耦合到緩衝器的輸出。該電容用於確定施加到輸入/輸出電路的輸入信號的輸入扭轉(slew)。根據本發明的優選方面，第二測量電路耦合到輸入/輸出電路的輸出，以測量輸入/輸出電路的輸出信號。該輸入/輸出電路的輸入/輸出25延遲根據第一和第二測量電路的測量來確定。因此，輸入/輸出電路的延遲可在無需訪問輸入/輸出電路的實際輸入端的情況下來確定。本發明還涉及一種用於估計電子設備內的輸入/輸出電路的延遲的方法。該輸入/輸出電路被設置在第一電源電壓域中。輸入/輸出電路的輸入由緩衝器驅動，該緩衝器耦合到輸入/輸出電路並包含第一和30第二開關。該緩衝器被設置在第二電源電壓域中。控制第一和第二開關，以使在輸入/輸出電路的輸入信號的轉變期間，兩個開關都臨時保持在導通狀態，並且消弧電流流過該緩衝器。根據本發明，測量由連接到i/o電路的輸入和輸出級的電路所汲取的電流，並據此計算i/o電路的延遲，而不是測量與該I/0電路的輸入5和輸出處的電壓有關的延遲。這可實現如下在從高到低或從低到高的轉變的大致中點處，瞬時增大i/o電路的輸入中的電流，以檢測輸入轉變的中點。這可通過負載和短路電流的組合來實現，所述短路電流在設備切換期間流過該設備。10本發明的實施例和優勢現將參考附圖來描述。圖l示出CMOS逆變器的電路圖。圖2示出在沒有負載的條件下根據圖1的逆變器的開關的仿真曲線圖。15圖3示出驅動I/0單元的逆變器的電路圖。圖4示出根據圖3的電路的電壓和電流測量的定時的曲線圖。圖5示出逆變器INV和具有額外負載級的I/0電路的電路圖。圖6示出根據圖5的電路的電壓和電流測量的定時的曲線圖。圖7示出具有額外的電源和引腳電感的根據圖5的電路的電壓和20電流定時的定時圖。圖8a示出根據本發明第二實施例的驅動電路和I/0單元的電路圖。圖8b示出制動前進行(makebeforebrake)電路MBB的電路圖。圖9示出根據圖8的電路的電壓和電流測量的定時的曲線圖。圖10示出具有額外電感的根據圖8的電路中的電流的定時的曲線25圖。圖ll示出I/0單元的輸入和輸出針對不同瑜入扭轉的曲線圖。具體實施例方式圖l示出CMOS逆變器的電路圖。逆變器包含第一和第二電晶體30Tl、T2。這兩個電晶體T1、T2的柵極耦合在一起。當這種逆變器進行切換操作時，電流將具有從電源VDD汲取的兩個分量。第一電流分量工作以給負載電容器充電，並可稱為負載電流。第二電流分量是短路電流，其從電源端流到地端，即消弧電流。當輸出擺幅(swing)處於電源電壓中部時，該電流處於最大值，因為在這一點處，在兩開關都5導通而引起消弧電流的轉變期間，逆變器的PMOS以及NMOS電晶體具有最大漏源電壓Vos。在這種情況下，總電流將由負載電流和消弧電流組成。圖2示出沒有負載的情況下根據圖1的逆變器的切換的仿真曲線圖。具體地，示出切換波形SW、電源電壓通路上的電流IvDD和地通路10上的電流I，D。電源電壓通路的電流IVDD的峰值的出現基本與圖2的曲線圖頂部所示的切換波形SW的中心在一條直線上。因此，通過測量峰值電流，可確定切換波形的中心。圖3示出驅動I/0單元IO的逆變器的電路圖。圖3的逆變器對應於根據圖l的逆變器，其中逆變器的電源電壓是電源電壓VDD1/GND1。輸15入/輸出的輸入扭轉選擇為0.2ns。在I/O單元的輸出處提供30pF的負載。圖4示出根據圖3的電路的電壓和電流測量的定時的曲線圖。第一曲線圖示出IO的輸出處的切換波形SW。下一個曲線圖示出第一地通路GND1中的電流的定時圖，以及第三曲線圖示出單獨的電源電壓通20路VDD1中的電流的定時圖。因此，電源電壓VDD1的通路的電流脈衝只有很短的持續時間並包含極低的幅度，即電流脈衝將很難檢測或測圖5示出逆變器INV和具有額外負載級的I/0電路的電路圖。根據圖5的輸入/輸出電路對應於圖3的輸入/輸出I/0電路。逆變器INV包含25第一和第二電晶體T4、T5，它們的柵極G1、G2耦合在一起。逆變器INV進一步包含耦合在第一和第二電晶體T4、T5之間的第一和第二電阻器Rl、R2。根據第一實施例，消弧電流，即當逆變器的開關T4和T5都導通時所出現的短路電流，有意地增大以能夠檢測輸入擺幅的中點。這可以30根據第一實施例通過提供額外的負載電容器C來獲得，該電容器C耦合在逆變器INV的輸出和地GND之間。應當注意的是，在切換期間，與1/0電路的電源相連的任何其他小電路所汲取的電流受到i/o驅動器電流的支配。還應當注意的是，該陳述僅適用於輸出部分，而不適用於輸入部分，因為輸入部分與晶片核心的電源域相連，使得晶片核心的5電源域中將會汲取電流。因此，當正在切換時，難以測量I/0電路的輸入級所汲取的電流。然而，需要這些測量以確定I/0電路IO的延遲。如根據圖3已提出的，逆變器INV耦合到分離的電源電壓VDD1和地GND1。這個單獨的電源電壓VDD1工作以僅向INV單元供電，使得該域中的電流可被單獨地測量，以確定輸入轉變的中點。由於單獨的10電源電壓域是容易訪問的，所以通過監控此單獨電源電壓域，可得到與輸入/輸出電路IO的輸入級處的信號有關的結論。因此，輸入測量電路IMC可耦合到單獨的電源電壓域VDD1，以檢測在該單獨的電源電壓域VDD1中流動的電流，其基本上對應於流過逆變器的消弧電流。在輸入/輸出電路IO的輸出處，可提供輸出測量電路OMC用於確15定和/或測量輸入/輸出電路IO的輸出電流。如上所述，在圖5中示出逆變器INV，其驅動雙向I/0單元的輸出。逆變器INV的輸出耦合到電容器C。因此，在額定運行情況期間，向1/0單元的輸入提供850ps的輸入扭轉。此逆變器INV連接到單獨的電源電壓VDD1和單獨的地連接GND1。這個單獨的電源電壓的目的是期望測20量該電源的峰值電流以確定輸入擺幅的中點。逆變器INV包含兩個電阻器R1、R2，用於控制電流脈衝的電流和持續時間。譬如，30pF的負載C用於I/0單元的輸出處。選擇負載和兩個電阻器R1、R2，以使VDD1和GNDl域中的峰值電流優選地達到大約2mA，並且即使在最差情況的PVT條件下，脈衝持續時間也大於lns。25圖6示出根據圖5的電路的電壓和電流測量的定時的曲線圖。第一曲線圖涉及I/0設備的輸出處的電壓測量VK)。第二曲線圖示出逆變器INV的輸出節點OUT處的電壓，即I/0電路的輸入電壓。下一個曲線圖示岀連接到I/0電路的輸出的負載中的電流。進一步，地通路GND1中的電流IGND,和電源電壓通路中的電流IWIM也被示出。因此，1/0單元的30延遲可根據傳統電壓方法以及根據根據本發明所述的電流測量來確定。表l公開關於根據傳統電壓方法以及根據根據本發明所述的電壓測量的延遲測量的參數。tableseeoriginaldocumentpage9tableseeoriginaldocumentpage10圖7示出具有附加電感的根據圖5的電路的電壓和電流定時的圖。如圖6中，示出I/0電路的輸出電壓，即Vk)，以及I/0電路的輸入電壓VoUTo5圖8a示出根據本發明的第二實施例的驅動電路和I/0單元的電路圖。根據圖8a的I/0電路對應於根據圖5的I/0電路。逆變器INV耦合到1/0電路的輸入。如圖5的電路圖中，負載電容器C耦合到逆變器INV的輸出。此電容C工作以獲得額定條件下的輸出扭轉lns。如圖5的電路圖中，第二逆變器INV2耦合到單獨的電源電壓VDD1、GND1。提供10這個單獨的電源電壓，以測量該電源中的峰值電流，從而確定輸入擺幅的中點。電阻器R1、R2用於控制電流併線性化輸出。30pF的負載耦合到I/0單元的輸出。圖8a還具有驅動INV的額外電路INV10、INV20，其在圖8b中分別說明。圖8b示出制動前進行(makebeforebrake)電路MBB的電路圖，15其可連接到逆變器INV的第一和第二柵極G1和G2。制動前進行電路MBB用於控制逆變器INV，即緩衝器，以在I/0單元的輸入信號的轉變期間在預定時間段中臨時並同時地將第一和第二電晶體T4、T5切換到導通狀態。制動前進行電路包含第一和第二逆變器INV10、INV20。第一逆變器INV10的輸出替代第二逆變器INV20的電源線之一。第二逆變器INV10的輸出替代第一逆變器INV10的電源線之一。制動前進行電路MBB控制逆變器INV的第一和第二電晶體T4、T5，以使電晶體之一僅在另一個電晶體已呈現導通狀態之後才進入導通狀態。因此，在某時間段(可由制動前進行電路MBB確定)，兩電晶體都處於導通5狀態，並且有意地產生消弧電流。圖9示出根據圖8的電路的定時圖的曲線圖。這裡，示出I/0電路的輸出電壓、連接到該單元的負載中的電流Ic」以及流經地通路GNDl的電流I，m和流經通路VDDl的電流IvDD,。根據圖9的測量涉及短路電流但不涉及從電源汲取的總電流。因此，在上升延遲測量期間，考慮10GND1通路中的峰值電流，在下降延遲測量期間，考慮VND1通路中的峰值電流。表3示出根據傳統電壓方法和根據根據本發明的電流測量方法的測量結果。tableseeoriginaldocumentpage11現在，其他電感引入I/0電源和VDD1電源。電感可具有值5nH。圖10示出具有附加電感的根據圖8的電路中的電流的定時的曲線圖。如可從圖10的曲線圖中看出的，電流脈衝的寬度可通過調節切換定時來控制。因此，可使用電流探針，其工作於較低靈敏度用於確定5流過VDD1和GND1通路的電流。圖ll示出I/0單元的瑜入扭轉的曲線圖。這裡，示出九個不同的扭轉SL0-SL8。應用於I/0單元的輸入扭轉可通過改變所施加的電容來調節。扭轉SL0-SL8從0.2ns變化到1.2ns。在圖ll的曲線圖中，測量不同扭轉對I/0電路的延遲的影響。執行此測量，以驗證所提出的方法對輸10入扭轉值不敏感。表5示出與不同輸入扭轉相關的參數。從表5以及圖11的曲線圖中，可以看出i/o單元的延遲針對不同輸入扭轉不會發生顯著變化。輸入扭轉上升延遲下降延遲單位0.21.351.51ns0.31.361.52ns0.41.371.53ns0.51.381.53ns0.61.381.53us0.71.391.54ns0.91.411,55ns1.01.411.55ns1.21.421.55ns15譬如，具有良好靈敏度的高速電流探針的高帶寬數字示波器可用於測量VDD和I/0電路中的峰值電流的差值，以直接確定I/0電路的延遲。根據本發明，使用電流峰值測量來測量i/o電路的延遲。這可以適當的精確性來執行。CMOS電路內出現在瞬時切換波形中心處的峰值20電流用於確定I/0電路的梭心側上的該切換的中點。根據本發明的峰值電流測量技術是有優勢的，因為物理定律指出導體中的電子速度非常接近光速。在電長度的差別不會多於幾英寸的小系統中，測量電流的距離不應對延遲值增加任何不精確性。因此可在兩個不同的點測量VDD域和I/0域中的電流，並仍有相似的結果。這可成為測量電流而不5是電壓的又一個優勢，其對測量配置存在固有依賴性。為了執行根據本發明的電流測量，逆變器級需要單獨的電源電壓和地條件，將逆變器級饋入連接到i/o電路的輸入電路。根據本發明的電流峰值測量可用於掃描鏈中，其中逆變器可以是饋入i/o電路的最後部分。這種技術可以是I/0單元的一部分，其提供I/0單元內的掃描多10路復用(mux)。如上所提到的，單獨的VDD和GND幹線(rail)需要併入這個i/o環中。上述延遲測量需要確定在轉移時間內I/0緩衝器的輸入信號達到50%的時間，以估計I/0單元的延遲。該時間可通過測量VDD1電源上的電流峰值饋入逆變器INV的時間來獲得。當電源VDD1從晶片外部饋15入時，饋入到此單元的電流可從外部訪問。該延遲可通過測量VDD1域中的電流峰值與I/0電源的電流峰值之間的時間差來確定。備選地，該延遲可通過測量VDDl域中的電流峰值與IO達到I/O源電壓的50。/。的時間之間的時間差來確定，因為該信號可從外部訪問。在典型CMOS電路內，逆變器內的NMOS和PMOS電晶體同時導通20的時段被最小化，以限制消弧電流。這也可實現用於I/0電路，其中它被稱為進行前制動(brakebeforemake)。然而，根據本發明，需要更高的消弧電流以測量電流峰值，從而確定i/o電路的延遲。所以，有意提供更高的消弧電流以得到可測量界限內的電流。這種電路可被稱作制動前進行電路。這僅約束i/o單元的輸入電路，而不涉及驅動器。25本發明還涉及一種具有第一電源電壓域內的輸入/輸出電路的電子設備。該電子設備進一步包含耦合到輸入/輸出電路的驅動電路，用於驅動該輸入/輸出電路的輸入。緩衝器典型地包含第一和第二開關。該緩衝器被設置在第二電源電壓域中。進一步提供了耦合到緩衝器的控制電路，用於控制第一和第二開關，以使在輸入/輸出電路的輸入信30號的轉變期間，兩個開關都臨時保持在導通狀態，並且消弧電流流過該驅動電路。根據本發明的上述電流峰值測量方法可用於任何晶片測試裝置中。上述電流峰值測量技術尤其可實施於晶片測試裝置，用於測量定時關鍵(critical)網，以確定I/0單元對總延遲的延遲貢獻。5上述峰值電流測量技術也可在ASIC設計流程中自動進行，以啟用對I/0單元的延遲的測量。應該注意，以上提到的實施例說明而不是限制本發明，而且本領域那些技術人員將能夠在不背離所附權利要求的情況下設計許多備選實施例。在權利要求中，置於圓括號之間的任何附圖標記不應解釋為10限制權利要求。單詞"包括"不排除除列於權利要求中的那些之外的元件或步驟的存在。元件之前的單詞"一"或"一個"不排除多個這種元件的存在。在列舉若干裝置的設備權利要求中，這些裝置中的一些可由同一項硬體來體現。起碼的事實是，互不相同的從屬權利要求中陳述的特定手段並不指示這些手段的組合不能產生優點。15此外，權利要求中的任何附圖標記不應解釋為限制權利要求的範圍。權利要求1、一種電子設備，包含-第一電源電壓域(VDD，GND)中的至少一個輸入/輸出電路(IO)；-緩衝器(INV)，耦合到所述輸入/輸出電路(IO)，用於驅動所述輸入/輸出電路(IO)的輸入，所述緩衝器具有第一和第二開關(T1，T2；T4，T5)，其中所述緩衝器(INV)被設置在第二電源電壓域(VDD1，GND1)中；以及-控制電路(MBB)，耦合到所述緩衝器(INV)，用於控制所述緩衝器(INV)的第一和第二開關(T1，T2；T4，T5)，以使在所述輸入/輸出電路(IO)的輸入信號的轉變期間，兩個開關(T1，T2；T4，T5)都臨時保持在導通狀態，並且消弧電流流過所述緩衝器(INV)。2、根據權利要求1所述的電子設備，包含15-第一測量電路(IMC)，耦合到所述緩衝器(INV)，用於測量第二電源電壓域(VDD1，GND1)中的電流，以確定流過所述緩衝器(INV)的消弧電流。3、根據權利要求2所述的電子設備，其中-所述緩衝器(INV)包含第一和第二電阻器(Rl,R2)，用於控制和20線性化流過所述緩衝器(INV)的電流。4、根據權利要求2所述的電子設備，其中-電容(C)耦合到所述緩衝器(INC)的輸出，用於確定施加到所述輸入/輸出電路(IO)的輸入信號的輸入扭轉。5、根據權利要求2或3所述的電子設備，還包含25-第二測量電路(OMC)，耦合到所述輸入/輸出電路(IO)的輸出，用於測量所述輸入/輸出電路(IO)的輸出信號，其中根據所述第一和第二測量電路(IMC,OMC)來估計所述輸入/輸出電路(IO)的輸入/輸出延遲。6、一種用於估計電子設備內的輸入/輸出電路的延遲的方法，其30中所述輸入/輸出電路被設置在第一電源電壓域(VD,GND)中，所述方法包括以下步驟-通過耦合到所述輸入/輸出電路(IO)並具有第一和第二開關(T1,T2;T4,T5)的緩衝器(INV)來驅動所述輸入/輸出電路的輸入，其中所述緩衝器(INV)被設置在第二電源電壓域(VDD1，GND1)中，以及5-控制所述第一和第二開關(T1，T2;T4，T5)，以使在所述輸入/輸出電路(IO)的輸入信號的轉變期間，兩個開關(Tl,T2;T4,T5)都臨時保持在導通狀態，並且消弧電流流過所述緩衝器(INV)。7、根據權利要求6所述的方法，還包括以下步驟-測量所述第二電源電壓域(VDD1，GND1)中的電流，以確定流10過所述緩衝器(INV)的消弧電流。全文摘要提供一種電子設備，包括第一電源電壓域(VDD，GND)中至少一個輸入/輸出電路(10)。該電子設備還包含緩衝器(INV)，該緩衝器耦合到輸入/輸出電路並且用於驅動輸入/輸出電路(10)的輸入。該緩衝器包含第一和第二開關(T1，T2；T4，T5)。該緩衝器被設置在第二電源電壓域(VDD1，GND1)中。此外，控制電路耦合到該緩衝器，用於控制第一和第二開關(T1，T2；T4，T5)，以使在輸入/輸出電路(10)的輸入信號的轉變期間，兩個開關(T1，T2；T4，T5)都臨時保持在導通狀態，並且消弧電流流過所述緩衝器(INV)。文檔編號G01R31/28GK101341417SQ200680048053公開日2009年1月7日申請日期2006年12月18日優先權日2005年12月21日發明者姆凱什·奈爾申請人:Nxp股份有限公司