[发明专利]芯片泄漏电流的检测和补偿的电路设备和方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及集成电路，具体地，涉及集成电路中的泄漏电流。更具体地，本发明涉及集成电路中的泄漏电流的补偿。

背景技术

在集成电路(IC)制造工艺中，较低的阈值电压和较小的晶体管几何结构导致较高的泄漏电流，泄漏电流被定义为：当晶体管关闭时，流过该晶体管的电流。阈值电压是指晶体管导通时的电压。泄漏电流消耗能量并且减少使用电池能量的便携式设备的待机时间。因此，在不牺牲太多性能的情况下减少泄漏电流是IC设计中的主要挑战之一。IC电路变得越小，泄漏电流越成问题。这是因为泄漏电流随着晶体管尺寸的减小而高速增加。

随着处理缩放(scaling)而增加的子阈值泄漏电流已迫使设计者们增大动态电路中的保持器(其提供稳定效果)的尺寸，以获得在最坏情况的泄漏角(corner)中的可接受的鲁棒。各种研究显示在芯片到芯片的N型场效应管(NFET)泄漏具有很宽的变化范围。该变化指示大量的低泄漏芯片遭受着由于不必要的过大尺寸的保持器带来的性能损失。不幸的是，过量的泄漏芯片仍然不能通过对较快角泄漏依尺寸制作保持器而满足鲁棒性要求。这种不能满足性能需求暴露了在宽范围的芯片间或芯片内变化下使用的传统保持器的缺点。

动态处理补偿(PCD)电路技术以通过(a)恢复最坏情况泄漏芯片的鲁棒性和(b)提高低泄漏芯片的性能来提高总体鲁棒性并延迟变化扩展。和现有的固定强度的保持器技术不同，该PCD电路技术利用了可编程的保持器，其中基于各个芯片泄漏、最优地编程保持器。在PCD实施中，对8路寄存器队列的局部位线(LBL)施加数字编程的3位保持器。加有二进制的三个保持器中的每一个分别具有宽度W、2W和4W，它们可以通过表明预编码的3位全局发送的控制信号而被激活或去活。这些全局信号需要与芯片泄漏统计量合并，并且与手动实施的脱机采样和统计程序合并。因此，这些全局发送的控制信号的使用通常代价很大而且耗时。

发明内容

公开了一种用于在动态电路中自动检测并最优补偿宽范围的芯片泄漏电流的方法和系统。自适应保持器通过最优控制的补偿电流跟踪电流泄漏并降低泄漏效应。所述自适应保持器利用2级嵌入式电流镜电路、虚设(dummy)单元和自适应保持器晶体管来补偿泄漏电流。通过所述虚设单元将所述自适应保持器电路对于静态和动态电路部件的负载影响(如，对存储器单元的影响)最小化。所述虚设单元本质上是一个泄漏电流监测设备，其检测并匹配来自所述动态电路部件的即时泄漏电流。通过所述2级电流镜电路的泄漏放大提供了保持器晶体管中的最佳电流强度。所述放大水平是由在所述2级电流镜电路的泄漏电流路径内的晶体管的尺寸确定的。在预充电阶段，保持器晶体管允许该放大的泄漏电流通过。利用该最优放大的泄漏电流来补偿泄漏导致的在该电路的输出处的压降。这样，所述自适应保持器实时地确保了电路的鲁棒性。

通过下面详细的书面描述，本发明的上述和另外的目的、特性、和优点将变得显而易见。

附图说明

通过结合附图阅读时参考下面图解的实施例的详细描述，将最佳地理解本发明自身、其优选使用方式、及其更多目的和优点，其中：  

图1图解了根据现有技术的用于泄漏电流补偿的传统的固定强度保持器；

图2图解了根据现有技术的用于泄漏电流补偿的数字可编程保持器；

图3图解了根据示范性实施例的用于泄漏电流补偿的自动自适应保持器；以及

图4是图解了在宽范围的泄漏电流变化下自适应保持器系统的模拟结果的波形。

具体实施方式

本发明提供了一种在动态电路中用于自动检测并最优补偿宽范围的芯片泄漏电流的方法和系统。自适应保持器通过最优控制的补偿电流跟踪电流泄漏并降低泄漏效应。所述自适应保持器利用2级嵌入式电流镜电路、虚设单元和自适应保持器晶体管来补偿泄漏电流。通过所述虚设单元将所述自适应保持器电路对于静态和动态电路部件的负载影响(如，对存储器单元的影响)最小化。所述虚设单元本质上是一个泄漏电流监测设备，其检测并匹配来自所述动态电路部件的即时泄漏电流。通过所述2级电流镜电路的泄漏放大提供了保持器晶体管中的最佳电流强度。所述放大等级是由在所述2级电流镜电路的泄漏电流路径内的晶体管的尺寸确定的。在预充电阶段，保持器晶体管允许该放大的泄漏电流通过。利用该最优放大的泄漏电流来补偿在该电路的输出处的泄漏导致的压降。这样，所述自适应保持器实时地确保了电路的鲁棒性。