ТЕХНИКА ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЛОКАЛЬНОГО УЧАСТКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ ЛОГИЧЕСКИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ НА БАЗЕ МЕТОДА МОНТЕ-КАРЛО

Исследованы измерительные схемы на цифровых элементах для контроля температуры кристаллов цифровых микросхем. Основным подходом является определение температуры по задержке сигнала на типовом логическом вентиле. Применяются различные варианты оценки задержки. Описаны преимущества и недостатки датчиков на базе кольцевых генераторов: высокая точность и скорость измерения, но малая локализация и плохая повторяемость параметров при реализации на программируемых логических интегральных схемах, высокие рабочие частоты, энергопотребление и уровень электромагнитных излучений. Предложено использовать альтернативную схему измерительного блока, реализующую статистический метод Монте-Карло. Суть схемы состоит в выделении областей задержки фронтов периодических импульсов при прохождении их через логический элемент и определении доли попаданий случайных тестирующих импульсов в эти области по отношению ко всему времени измерения. Таким способом рассчитывается задержка логического элемента, пересчитываемая в значение температуры. Результаты опытного исследования предложенной схемы подтвердили эффективность блока измерения задержек элементов по методу Монте-Карло для определения температуры кристалла, в том числе локальных перегревов около энергоемких функциональных блоков – процессоров, памяти и других. Предложенная схема показала точность измерений температуры не худшую, чем у схемы на кольцевом генераторе – на уровне 1,5 К, но имеет меньшую сложность и примерно на 25% меньше по занимаемой площади
кристалла. Важной особенностью является возможность переноса и клонирования измерительного блока в различных точках кристалла без необходимости перекалибровки, что обеспечивает простоту его применения в аппаратно-реконфигурируемых системах на базе программируемых логических интегральных схем.

Time to Digital Conversion, TDC, VLSI, FPGA, SoC, ПЛИС, температурный датчик, кольцевой генератор

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License