[发明专利]确定最小操作电压的自测试电路

说明书

技术领域

本发明总体上涉及集成电路，并且，更具体地，涉及用于确定IC的最小操作电压并动态改变IC的最小操作电压的系统与方法。

背景技术

对减小由设备消耗的功率及消散的热能来说，功率消耗都正在变得日益重要。深亚微米技术中的功率消耗的关键部分是由泄漏电流引起的功率。通过降低由电路使用的电压能够实际减少泄漏，从而实际减少电路的功率消耗。

先前的设计已经支持电压供应调整以维持性能，但是大多数设计只是降低时钟周期频率来降低功率。另外，不同的电压/时钟频率设置点不是在逐芯片的基础上确定的。

Bertin等(IBM)的美国专利No.6,345,362教导了带有智能功率管理的集成电路，由此功率管理单元控制不同功能单元的阈值电压以优化电路的功率性能操作。耦合到解码单元与逻辑单元这两者的状态表比较具体指令所需的功能单元与功率状态，以确定该功能单元是否处于最佳功率级。如果是，则命令继续，如果不是，则执行延迟或修改处理速度。

相关专利Dean等的美国专利No.6,477,654教导了操作可编程集成电路以降低功率的方法，由此如由用户定义的、由功率管理系统使用以优化不同功能单元的功率消耗的指令命令中嵌入功率控制指令。

美国专利No.5,086,501教导了一种用于确定和选择计算系统的最小操作电压的方法。

美国专利No.6,757,857公开了带有可变数据接收器电压参考的AC内置自测试(BIST)的使用。

美国专利申请公布No.2003/0223276描述了可以在较低操作电压下操作的半导体SRAM存储器电路。

由Ruchir Puri等著作的题为“Pushing ASIC Performance in PowerEnvelope”的参考文献描述了用于ASIC设计的电压岛(voltage island)的使用，并具体描述了能使ASIC设计中的供应电压成倍增加而带来实质的设备功率节约的方法。

高度期望提供用于确定IC的最小操作电压的自测试系统与方法，该IC具有包括逻辑与存储器阵列的受测电压岛。

发明内容

本发明的一个目的是提供用于降低供应电压以便降低半导体电路中的功率消耗、同时仍然维持应用速度上的性能的系统和方法。还可以创建另外的较低功率模式，以通过低于正常应用速度性能的设置来进一步降低功率消耗。

根据本发明，内置自测试(BIST)电路被用于确定设计(其考虑芯片上的器件之间的可变性)中的所有元件的正确供应电压。这产生了精确得多的、达到某些性能设置点或在待机期间维持数据完整性所必需的供应电压设置。

根据本发明，可运行BIST电路以在逐芯片的基础上确定供应电压设置。能够以较低电压实现较高性能的芯片也倾向于产生更多泄漏。通过以降低的电压来操作芯片电路，可降低该泄漏，同时仍然维持期望的性能。能够降低性能的、将需要提升电压来以期望的速度工作的芯片倾向于产生较少的泄漏。通过以提升电压操作芯片电路，可改进这些芯片的性能，同时仍然维持低泄漏。单独制定供应电压设置允许更多的芯片满足所要求的功率与性能目标。由于BIST实际测试所讨论的电压岛(VI)的电路中的所有设备，因而主要在逐芯片的基础上制定电压供应以满足VI内的性能最差的设备的要求。

还可随条件改变动态地或在功率上升过程中，在系统内运行BIST。这允许针对紧接着的环境制定供应电压，并允许考虑导致性能降低的寿命末期(NBIT)效应。

根据本发明的一个方面，提供了用于动态改变半导体芯片的最小操作电压的系统与方法，该方法包括步骤：

使用内置自测试(BIST)测试设备来测试具有根据特定应用而操作的电路组的电压岛(VI)，其中，BIST测试装置被操作性地耦连到受测电压岛，用于测试电路组，以确定要为通过的BIST测试提供的、电压岛所需的最低操作电压；

生成表示最低操作电压的控制信号；以及，

基于所生成的控制信号，调整施加到VI的电源供应电压，以便提供用于电路组的最小操作电压。

根据本发明的再一方面，提供了用于确定具有根据特殊应用来操作的电路组的集成电路(IC)的性能特性的系统与方法，该方法包括：

检测IC的操作模式；

响应于所检测到的操作模式，使用BIST测试电路来测试IC，测试电路被操作性地耦连到所述IC电路组，用于测试所述电路组以确定要为通过的BIST测试提供的、IC电路组所需的最低操作电压；

生成表示用于该操作模式的最低操作电压的控制信号；以及，