GHz瞬态红外下降监测器:片上环形振荡器应用

0 下载量 66 浏览量 更新于2024-07-14 收藏 11.27MB PDF 举报
"本文提出了一种基于片上环形振荡器的GHz瞬态红外下降监测器(TRO),用于解决现代集成电路设计中的功率完整性问题。随着硅技术的不断缩放,高速GHz操作频率下的开关活动加剧,导致了IR-drop噪声的显著增加,这可能引发时序故障、异常复位和SRAM翻转等功能性失败。因此,对IR-drop进行实地监控变得至关重要。然而,直接测量瞬态IR-drop波形通常需要高昂的设计或设备成本。TRO由全数字元件构成,可以轻松集成到现有的IC设计流程中,几乎不增加额外开销。与传统的瞬态IR-drop监测器不同,TRO通过测量IR-drop波形的宽度和平均电流来评估IR-drop的影响。" 文章详细探讨了在集成电路设计中,由于技术进步和高速操作,IR-drop(电压降)已成为一个日益严重的问题。IR-drop是指电流流过电路时,由于电阻引起的电压损失,可能导致性能下降甚至系统故障。现有的IR-drop监测方法成本高且实施复杂,而TRO(Transient Ring Oscillator-based IR-Drop Monitor)提供了一种新的解决方案。 TRO设计的核心是利用环形振荡器,这是一种常见的数字电路,由多个反相器组成,形成一个自反馈回路。在电压降的影响下,振荡器的频率会改变,因为电压下降会改变晶体管的工作速度。通过监测振荡器频率的变化,TRO能够间接测量IR-drop的幅度和持续时间。这种监测方法的优势在于其全数字化特性,使得它可以直接嵌入现有的集成电路设计中,无需额外的硬件或昂贵的测试设备。 此外,TRO关注的是IR-drop波形的宽度,这反映了电压恢复的时间,以及平均电流,它能反映出系统功耗的动态变化。通过分析这些参数,设计者可以更好地理解和预测IR-drop对系统性能的影响,从而在设计阶段就采取措施减轻IR-drop问题。 论文进一步可能涉及了TRO的实现细节,包括振荡器的结构优化、信号处理算法以及如何将监测结果与仿真结果对比以验证其准确性。此外,实验部分可能会展示TRO在不同工作条件下的性能,如不同负载条件、温度变化和电源电压波动下的响应,以证明其在实际应用中的有效性。 TRO为实时监测和管理集成电路中的IR-drop提供了一种成本效益高且易于实施的方法,对于推动高性能、低功耗的集成电路设计具有重要意义。这一技术对于集成电路设计者、半导体制造企业和电子设备制造商来说,都是一种有价值的工具,有助于确保产品的稳定性和可靠性。