(57)【要約】【課題】集積回路チップの電力配給ネットワークによって供給される電圧が低過ぎる（または高過ぎる）領域を特定するためのシステムおよび方法を提供する。【解決手段】集積回路のチップに接続された電力配給ネットワークの電力平面に実質的に均一な電圧が印加される。チップに亘って分布する複数の電流源がオンされる。チップ上の複数の位置での電圧が求められる。電流源をオンすることは、チップに亘って分布するクロック・ツリー上の自由動作するクロックを有効にし、集積回路内の機能ロジックの動作を禁止する、ことを具備する。【選択図】      図５
2008258629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路のチップに接続された電力配給ネットワークの電力平面に実質的に均一な電圧を印加し、
前記チップに亘って分布する複数の電流源をオンし、
前記チップ上の複数の位置での電圧を求める、
ことを具備し、
前記電流源をオンすることは、
前記チップに亘って分布するクロック・ツリー上の自由動作するクロックを有効にし、
前記集積回路内の機能ロジックの動作を禁止する、
ことを具備する方法。
【請求項２】
前記電力配給ネットワークの前記電流源の各々と関連付けられた局部的な抵抗値を割出すことをさらに具備する、請求項１の方法。
【請求項３】
集積回路のチップに接続された電力配給ネットワークの電力平面に実質的に均一な電圧を印加し、
前記チップに亘って分布する複数の電流源をオンし、
前記チップ上の複数の位置での電圧を求める、
ことを具備し、
前記チップの前記電流源の各々に関連する位置での電圧を求めることは、
前記電流源と関連付けされた複数の電圧制御発振器を動作させ、
前記電圧制御発振器の各々についての振動周波数および対応する電圧を測定する、
ことを具備する方法。
【請求項４】
前記電圧制御発振器の各々についての振動の周波数を測定することは、所定の間隔で生じる振動の回数を計数することを具備する、請求項３の方法。
【請求項５】
各電圧制御発振器に関連付けられている振動の回数を、前記集積回路内のスキャン・チェインを介して読み出すことをさらに具備する、請求項４の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広く集積回路の設計に関し、より具体的には電力配給ネットワークから集積回路チップに供給される局部的な電圧を割出すためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路は、多くの個別の電子部品、例としてトランジスタ、抵抗、キャパシタ、ダイオード等を含んでいる。これらの部品が配置され、相互接続されてより大きな部品、例として論理ゲート、メモリセル、センスアンプ等が形成される。これらの部品は、さらに大きな部品、例としてプロセッサ・コア、バス・コントローラ等を形成し、これらのより大きな部品が用いられてコンピュータ、携帯電話、ＰＤＡ等の装置が構成される。しかしながら、これらの電子部品および装置は、電力無しに動作することができない。よって、これらの部品および装置を組み立てる際に、集積回路の外部の電源から電力を集積回路のオン・チップ部品の各々に供給することができる電力配給ネットワークを設ける必要がある。
【０００３】
典型的には、集積回路内の電力配給ネットワークは、複数の金属層と、これらの金属層を相互に接続する複数のビア層を含んでいる。電力ネットワークは、また、集積回路の部品に対するコンタクトだけでなく、外部電源への接続のためのコンタクトを含んでいる。従来は、各金属層は、一方向を向いている配線を含んでいて、連続する金属層の配線は、相違する（垂直）方向を向いている。よって、あるコンタクトで供給された電力配給ネットワークへの電力は、このコンタクトをある方向に延びる第１配線に接続し、また第１配線を別の方向に延びるさらなる配線に接続し、また電力配給ネットワークの別の層を介して以下同様にすることによって、伝送される。
【０００４】
集積回路の電力配給ネットワークは、自身の固有の電気的特性を有するので、この電気的特性は、集積回路の部品に提供される電力に影響を与える。例えば、電力配給ネットワークは抵抗を有するので、これによって電力配給ネットワークに亘って電圧降下が生じる。そして、集積回路の部品に供給される電圧は、外部電源へのコンタクトにおける電圧より幾らか少ない。電力配給ネットワークは多くの部品からなり、各部品の抵抗値のばらつきが外部コンタクトと集積回路のオン・チップ部品との間の抵抗値に影響を与えることに留意することが重要である。この影響は、チップの、部品に最も近い領域で最大であるが、この点の周囲にある程度拡がっている。この結果、電力配給ネットワークの抵抗値に影響を与える製造ばらつきが、電力分配ネットワークの抵抗値の集積回路に亘る均一性および集積回路チップに亘る電圧の均一性に影響を与え得る。
【０００５】
集積回路に供給される電圧の均一性がばらつくことによって、集積回路チップのある点で供給される電圧は、チップ内の別の点で供給される電圧より小さくなり得る。第１の点での低下した電圧が集積回路の設計された動作電圧未満であると、集積回路は誤動作し得る。従来は、この問題は電力配給ネットワークの外部コンタクトに印加される電圧を上げることによって対処されており、この結果、集積回路の各点で供給される電圧は設計電圧以上となっている。こうすることによって、第１の点で最小電圧を下回ることに起因する誤動作の可能性は減るが、全体の電力量の観点から高価である。その他の点は、必要以上の電圧で動作することになるからである。
【０００６】
この問題を解決するための代替的な手法は、米国特許出願番号11/684,181においてTakaseによって提案された。この代替的な手法では、第１の点で低くなっている電圧を補償することを目的としてチップ全体に亘って電圧を上げることはせず、代わりに、電圧を選択的に上げて第１の点の周辺のみに影響を与える。これは、電力配給ネットワークへの外部電圧の印加経路である電力平面を分割して分離した複数の部分にすることによって達成される。電力平面の第１の点の周辺の領域に対応する部分は他の部分よりも高い電圧に接続され、この結果、第１の点の周辺の領域の電圧がチップの他の領域よりも高くなる。
【０００７】
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
【特許文献１】米国特許第6,144,115号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の手法を実行するために、外部電圧が均一に印加されることに起因してチップ電圧が低過ぎる領域を特定できる必要がある。このため、集積回路チップの電力配給ネットワークによって供給される電圧が低過ぎる（または高過ぎる）領域を特定して電力平面が適切な複数の部分へと分割されるのを可能にして、これによってばらつきを補償するために電力配給ネットワークの相違する部分に相違する電圧を印加することを可能にするシステムおよび方法を提供することが望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様による方法は、集積回路のチップに接続された電力配給ネットワークの電力平面に実質的に均一な電圧を印加し、前記チップに亘って分布する複数の電流源をオンし、前記チップ上の複数の位置での電圧を求める、ことを具備し、前記電流源をオンすることは、前記チップに亘って分布するクロック・ツリー上の自由動作するクロックを有効にし、前記集積回路内の機能ロジックの動作を禁止する、ことを具備する
本発明の一態様による方法は、集積回路のチップに接続された電力配給ネットワークの電力平面に実質的に均一な電圧を印加し、前記チップに亘って分布する複数の電流源をオンし、前記チップ上の複数の位置での電圧を求める、ことを具備し、前記チップの前記電流源の各々に関連する位置での電圧を求めることは、前記電流源と関連付けされた複数の電圧制御発振器を動作させ、前記電圧制御発振器の各々についての振動周波数および対応する電圧を測定する、ことを具備する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
上に概説した問題は、本発明の様々な実施形態によって解決され得る。概して、本発明は、外部電圧を電力配給ネットワークに供給し、集積回路チップに亘って分布する電流源の組をオンし、チップ上の局部的な電圧を割出すことによってチップに電力配給ネットワークから供給される局部的な電圧を割出すためのシステムおよび方法を含んでいる。
【００１１】
一実施形態は、集積回路で実行される方法を具備し、この方法は、チップの電力配給ネットワークの電力平面に実質的に均一な電圧を印加する工程と、チップに亘って分布する電流源の組をオンする工程と、チップ上の複数の位置での電圧を割出す工程と、を含む。電圧が測定される位置は、電流源と同じ位置でもよいし同じでなくともよい。測定された電圧が用いられて、チップに亘って印加される電圧の非均一性が特定され、また電力配給ネットワークの抵抗値の局部的な相違が割出され得る。
【００１２】
電流源は、例えば、自由動作するクロック信号を伝送するクロック・ツリー、または電力配給ネットワークを通る電流を均一に引くためだけの目的が意図された構造の組から構成される。チップ上の局部的な電圧は、例えば、電圧制御発振器（ＶＣＯ）を用いて測定され得る。カウンタが設けられてＶＣＯの出力信号内の振動が計数されてもよい。また、レジスタまたはラッチが設けられて所定の間隔で計数される振動の回数が保存されてもよい。一実施形態では、ラッチは、ラッチの内容が装置外に読み出されることを可能にするスキャン・チェイン内に含まれる。
【００１３】
集積回路上の局部的な電圧が割出された後、公称値未満電圧のような非均一性を有するチップ領域が特定され得る。電力平面は複数の部分（チップの特定された領域に対応する１つまたは複数の部分）へと分割され、相違する部分に印加される電圧が調整されて前に割出されたチップ上電圧が補償される。
【００１４】
別の実施形態は、電力配給ネットワークを有する集積回路チップを含んだシステムを具備する。電流源がチップ上に設けられて、電力配給ネットワークに亘って電流が均一に引かれる。また、電圧測定ユニットが設けられて、チップ上の複数の位置で局部的な電圧が測定される。上記した方法のように、電流源は、様々な構造、例として自由動作するクロックを伝送するクロック・ツリーまたは電力配給ネットワークを通る電流を均一に引くことのみに寄与する特定用途部品の組、を具備し得る。同様に、電圧測定ユニットは、様々な構造を具備し得る。一実施形態では、電圧制御発振器（ＶＣＯ）が用いられて、測定される電圧に対応する周波数で振動する信号が生成される。カウンタが用いられて、既知の間隔で振動する回数が計数され、レジスタが用いられてこのカウンタの値が保存される。
【００１５】
様々なさらなる実施形態も可能である。
【００１６】
本発明のその他の目的および利点は、以下の詳細な説明を読み、添付の図面を参照することによって、明らかとなるであろう。
【００１７】
本発明は、様々な変形や代替的な形態の対象となる一方、本発明の具体的な実施形態が、図面およびこれに伴う詳細な説明において例として示される。図面および詳細な説明は、記載されている特定の実施形態に本発明を限定することが意図されていないことが理解されるべきである。そうではなく、本開示は、添付の請求項において規定される本発明の範疇に含まれる全ての変形物、等価物、代替物を網羅することが意図されている。
【００１８】
本発明の１つ以上の実施形態が以下に説明される。以下に記載されるこれらの実施形態およびその他のあらゆる実施形態は、限定的ではなく、例示的でまた本発明を例証するものであることに留意されたい。
【００１９】
概して、本発明は、外部電圧を電力配給ネットワークに供給し、集積回路チップに亘って分布する電流源の組をオンし、チップ上の局部的な電圧を割出すことによってチップに電力配給ネットワークから供給される局部的な電圧を割出すためのシステムおよび方法を含んでいる。
【００２０】
一実施形態では、電流源の組が集積回路内に実現される。これらの電流源は、集積回路チップに電力を供給する電力配給ネットワークを通る電流を均一に引くことが意図されている。電流源は、例えば、集積回路に亘ってクロック信号を配給するクロック・ツリーの一部であってもよいし、電力配給ネットワークを通る電流を均一に引くことのみを意図された複数の独立構造であってもよい。
【００２１】
電圧測定ユニットの組も、集積回路チップ内に実現される。これらの電圧測定ユニットは、集積回路チップに印加される電圧を局部的に測定することが意図されている。一実施形態では、電圧測定ユニットは、電圧制御発振器（ＶＣＯ）からなる。各ＶＣＯの発振周波数は、局部的に印加される電圧に比例している。よって、各ＶＣＯの出力信号内の発振回数が計数されて局部電圧が決定される。この回数は、チップ上のレジスタにおいて保存され得、使用者が読み取ることができる。レジスタは、例えば、専用レジスタまたはスキャン・チェインの組からなる。
【００２２】
均一に印加される外部電圧に対応する局部電圧が割出されると、非均一性（例えば、公称設計電圧未満まで落ち込む局部的なばらつき）が特定されることが可能となる。そして、外部から印加される電圧がチップ上電圧を補償するために変更されることが可能になる。
【００２３】
本発明の例示的な実施形態を詳細に説明する前に、モデル化される電力配給ネットワークの構造を検討することが有用であろう。上記のように、電力配給ネットワークは、外部電源から集積回路の様々なオン・チップ部品まで広がるネットワークを形成および相互接続する様々な層からなる。図１を参照すると、これらの層のいくつかの斜視図が示されている。より具体的には、図１は、ネットワーク内の２つの金属層を示している。上層金属層１１０は、第１方向を向いた一連の配線からなることが分かる。下層金属層１２０は、同様の配線を有するが、この配線は第１方向に直交する第２方向を向いている。層１１０、１２０の間には、層１１０内の配線を層１２０内の配線に接続するビア層１３０が位置している。異なる層の配線によって、集積回路の領域に亘る多くの異なる点へ電力が配給されることが可能となっている。
【００２４】
この開示の目的上、電力配給ネットワークの「最上」または「より上側」への言及は、外部電源に最も近い領域を意味することに留意されたい。電力配給ネットワークの「最下」または「より下側」への言及は、集積回路チップのシリコンに最も近い領域を意味する。本明細書に記載の例示的な実施形態は、シリコンに基づいた集積回路に関わるが、代替的な実施形態が、その他の半導体材料を用いて製造される集積回路において実施されてもよいことにも留意されたい。よって、本明細書におけるシリコンへの言及は、別のタイプの半導体材料も同様に含むように理解されるべきである。
【００２５】
図２を参照すると、電力配給ネットワークの構造の断面の様子を示す図が示されている。この図に示されている電力配給ネットワークは、Ｍ１乃至Ｍ９として指し示されている９個の異なる金属層を含んでいる。（連続する金属層の配線は相違する方向を向いているのだが、これらの層は明確化のために分断されていない実線の層として描かれている。）金属層の間には、Ｖ１乃至Ｖ８として指し示されている、８つのビア層が位置する。層Ｍ１の配線は、層Ｖ１内のビアによって層Ｍ２に接続され、層Ｍ２の配線は層Ｖ２内のビアによって層Ｍ３の配線に接続され、以下、同様である。コンタクトを構成する２つの層（ＣＡおよびＣ４）もある。コンタクト層ＣＡは、金属層Ｍ１の配線を、集積回路チップの表面上の部品に接続し、他方、コンタクト層Ｃ４は、金属層Ｍ９の配線を外部電源に接続する。この図は、電力配給ネットワークのほんの一部を示していること、および電力配給ネットワークはこれ以上のコンタクト、配線、ビアを含み得ることに留意されたい。
【００２６】
図２に示す様々な層の相互間で幾つかの違いがあることが分かる。例えば、金属層は、幾つかの相違する厚さを有する。同様に、異なる層内のビア同士は、相違する大きさおよび間隔を有する。また、層ＣＡ内のコンタクトは、層Ｃ４内のコンタクトと異なる大きさおよび間隔を有する。これらの違いは、設計の考慮事項の多様性に起因し得る。例えば、金属層Ｍ９内の配線には、より下側の金属層の配線よりも大きな電流が流れる。よって、これらの配線を、より下側の層内の配線よりも幅広く且つ厚くする必要があり得る。その他の層内のコンタクトおよびビアについても同様である。これらの違いの結果、各層は異なる電気的特性を有する。例えば、層Ｃ４内のコンタクトは層ＣＡ内のコンタクトよりも数が少なく大きさが大きいので、層Ｃ４内のコンタクトは層ＣＡ内のコンタクトよりも単位領域あたりの抵抗値が大きい。
【００２７】
上で指摘したように、集積回路の部品に実際に供給される電力の特性は、電力配給ネットワーク自体の電気的特性故に、電力配給ネットワークの外部コンタクト（Ｃ４）に電源が印加する電力の特性と同じではない。例えば、配線またはビア内に欠陥があり、この欠陥によってこれらの配線またはビアの抵抗値が公称値より大きくなったり小さくなったりする。配線および／またはビアの抵抗値がばらつく結果、電力配給ネットワークの抵抗値のばらつきが生じる。また、部品内の欠陥（または製造ばらつき）は、電力配給ネットワークの層相互間で均一ではないことがあり得るので、電力配給ネットワークの抵抗値の局部的なばらつきが生じ得る。
【００２８】
図３を参照すると、要素抵抗が局部的にばらつく影響を示す図が示されている。この図の上端において、電力配給ネットワークの側面の様子が示されている。この図は、電力平面がＣ４コンタクト３２１乃至３２３に接続されていることが示されていること、最上金属層（Ｍ９）の金属配線（３３１乃至３３３）が分離されて描かれていること、を除いて、図２と同様である。（上記のように、連続する金属層の配線は、相違する方向を向いている。）
図３の下の部分は３つのグラフを含んでいる。１番目は、電力平面（５１０）における電圧の電力平面上の位置（左から右）の関数としてのグラフである。２番目は、電力配給ネットワークの抵抗値の位置の関数としてのグラフである。この抵抗値は、電力平面から集積回路のシリコン上の対応する位置までの全体の抵抗値である。３番目のグラフは、シリコン上の電圧の位置の関数を示している。
【００２９】
図３から、電力配給ネットワークの中心近傍の１つまたは複数の要素が、公称値より高い抵抗値を有していることが推測される。例えば、コンタクト３２２、配線３３２の一方または両方、またはこれらに接続されているビア（例えば３４１、３４２）は、公称値より実質的に大きな抵抗値を有し得る。このように公称値より値が大きい結果、電力配給ネットワークの（電力平面３１０とシリコン３５０との間の）抵抗値は、公称値を超える部品の近傍でより大きく、それ以外の場所ではより小さいであろう。このことは、図３の抵抗値のグラフにおいて示されている。このグラフは、電力配給ネットワークの抵抗値は、電力配給ネットワークの大部分に亘って約Ｒ１であるが、（グラフの中央において）公称値を超える部品の近傍でより高いことを示している。電源が電力平面に接続され、（電力平面電圧グラフに示されるように）定電圧が電力配給ネットワークに亘って印加されると、チップ上の集積回路部品に供給される電圧は、（図３の下端のシリコン電圧グラフにおいて示されるように）公称値を超える部品の局部的な領域でより低くなる。この電圧の低下は、（図３の抵抗値グラフにおいて示されるように）電力配給ネットワークの公称値を超える部品の領域において抵抗値がより高いことに起因している。
【００３０】
チップで供給される電圧の局部的なばらつきは、例えば、電力平面を複数の部分へと分割し、相違する部分に相違する電圧を印加することによって、補償することができる。図４を参照すると、分割された電力平面を用いて電圧を局部的に上げることを示す図が示されている。図４は、図３と同様であり、電力配給ネットワークの側面の様子、電力配給ネットワークに対応する電圧および抵抗曲線の組を示している。図４において、電力平面は、幾つかの分離した部分（例えば４１１乃至４１３）へと分割される。電力平面の各部分は、コンタクト（例えば４２１乃至４２３）および配線（例えば４３１乃至４３３）の対応する組と接続されている。電力平面の複数の部分が分離しているため、相違する部分に相違する電圧を印加することができる。
【００３１】
上記のように、電力平面は、分離した部分（例えば、４１１乃至４１３）へと分割されている。本明細書で用いられている「分離した」は、電力平面の複数の部分が、相互に直接接続されていないことを意味する。電力平面の分離した複数の部分は、これらは電力配給ネットワークを介して間接的に接続されているので、電気的に絶縁されてはいない。ここでも電力配給ネットワークの中心での１つまたは複数の部品（例えばコンタクト４２２または配線４３２）が公称値を実質的に超える抵抗値を有しているとすると、電力配給ネットワークの全体の抵抗値は、これらの部品の近傍で局部的に高くなる。このことは、抵抗値グラフ（図４の下部の真ん中のグラフ）において示されている。この局部的に高くなっている抵抗値を補償するために、第１電圧（Ｖ１）が電力平面部分４１１、４１３に印加され、他方、より高い第２電圧（Ｖ２）が電力平面部分４１２に印加される。このことは、電力平面電圧グラフ（図４の下部の最も上のグラフ）において示されている。電力配給ネットワークの他の部分に比べて高い抵抗値を示す部分のみに高い電圧が印加されるので、電力配給ネットワークに亘るより高い電圧降下が補償される。この結果、（図４の下部の最も下のグラフに示されるように）集積回路チップの全体に亘って電圧がより一定になる。シリコンでの電圧は、簡略化のために一定として描かれていること、やはりチップに亘って幾らかのばらつきがあることを意味することに留意されたい。
【００３２】
電力配給ネットワークの抵抗値のばらつきと、集積回路チップのシリコンでの電圧の対応するばらつきとが一般に装置ごとに異なるので、電力平面は装置ごとに同じ方法で分割することはできない。代わりに、電力平面を分割するとともに電力平面の相違する部分に相違する電圧を印加することを通じて適切な補償を達成できるように、装置ごとに対応するシリコン上の電圧を割出す必要がある。
【００３３】
図５を参照すると、集積回路内のチップ上での電圧ばらつきを割出すための例示的な方法が示されている。図５は、例示的な方法の工程を示すフロー図である。この図では、実質的に均一な電圧が、電力配給ネットワークの電力平面に亘って印加される（５１０）。電力平面は、例えば、従来技術に従って単一の電圧が印加される単一の部品とすることができる。集積回路チップに亘って分布する複数の電流源、例として自由動作するクロック・ツリー、がオンされる（５２０）。
【００３４】
本明細書で用いられる「電流源」は、所定量の電流が自身を流れるように設計された装置であって、電流がこの装置を起源とすることを意味することを意図されていない。あるいは、電流源は、電流シンクまたは電流レギュレータと称され得る。
【００３５】
各電流源が電流配給ネットワークの対応する部分を通る電流を引くと、電流配給ネットワークの抵抗に起因して電圧降下が生じ、集積回路チップでの電圧が電力平面に印加される電圧を下回る。こうして、集積回路チップでの電圧が、集積回路チップに亘って電流源に対応する異なる位置で測定される（５３０）。そして、測定された電圧に基づいて、電力配給ネットワークの局部的な抵抗値が算出されることが可能になっている（５４０）。
【００３６】
この方法の最初の工程において、外部電源からの電圧は、電力配給ネットワークの電力平面に亘って実質的に均一に印加される。電力平面が単一の（一片の）部品である場合、このことは、単に従来通りに電力平面に電圧を印加することに過ぎない。典型的には、電力平面の抵抗値は非常に低いので、外部電源を単に接続すれば電力平面に亘って実質的に均一の電圧を供給することになる。電力平面が複数の部分からなっている場合、各部分に印加される電圧は実質的に同じでなければならない。（「実質的に」は、本明細書では、相違する部分に印加される電圧が厳密に同じであることを必要とするのではなく、近似していることを示すために用いられている）。代替的な実施形態では、相違する電圧が相違する電力平面部分に印加されてもよいが、同じ電圧を用いれば、電力配給ネットワークの局部抵抗の計算や、チップ上電圧の均一性を達成するために要求される電圧の調整が簡単になることに留意されたい。
【００３７】
外部電圧が電力平面に印加された後、集積回路チップ上の電流源がオンされる。すなわち、電流源が動作させられて、電流がこれらを介して、ひいては電力配給ネットワークを介して流れる。電流源は、後により詳細に説明する。電流源をオンする目的は、電力配給ネットワークの各部分を同量の電流が通るように電流を引くことである。よって、集積回路チップ上の各点での電圧降下は、電力配給ネットワークのこの点での局部的な抵抗値に比例する。集積回路チップにこの点において印加される電圧は、外部から印加される電圧から電力配給ネットワークを跨ぐ電圧降下を減じたものである。これらの関係が割り出されれば、電力平面での電圧を変更して（例えば、電力平面を分離した複数の部分に分割するとともに相違する部分に相違する電圧を印加することによって）、チップ上での電圧をより均一にするか或いはこれらの電圧を公称設計値以上にすることができる。
【００３８】
電流源がオンされると、集積回路チップでの局部的な電圧が測定される。上記のように、局部的なチップ上電圧は、外部から印加される電圧より、電力配給ネットワークを跨ぐ局部的な電圧降下の分だけ少ない。この、局部電圧を割出すための機構は、後に詳述する。局部電圧は、集積回路チップ上の複数の位置で割出される。局部電圧は、各電流源の位置で割出され得るが、そうでなければならないわけではない。局部電圧は、単に、チップに亘って比較的均等に分布している多くの位置で割出されてもよい。局部で測定された電圧によって、チップの地図がもたらされる。この地図は、電圧がばらつく領域、また電圧がチップ上の機能性の部品（すなわち、検査または診断の目的に資する部品とは反対に、装置の末端機能を実行する部品）が適切に動作するのに必要な公称設計電圧未満となり得る領域を示している。
【００３９】
集積回路チップでの局部電圧が測定された後、電力配給ネットワークに亘る局部抵抗値が、電流源によって引かれる電流から算出されることが可能である。この電流は、例えば、外部から供給される電圧を生成するために用いられる電圧レギュレータで測定されることが可能である。局部抵抗値に基づいて、より高い抵抗値の領域が特定され、必要であれば、これらの領域により高い電圧が印加されることが可能になるように電力平面が分割されることが可能である。このようにより高い電圧を印加することによって、電力配給ネットワークを跨ぐ高くなっている電圧降下が補償されることが可能であり、結果、対応する局部電圧が許容可能な水準まで上昇する。
【００４０】
上記のように、電流源が用いられて電力配給ネットワークを通る電流が比較的均等に引かれる。よって、電流源は、集積回路チップに亘って実質的に均等に分布しているべきである。一実施形態では、集積回路ツリーの既存のクロック配給システムが電流源として役立ち得る。集積回路内の多くの部品は、典型的には、これらの動作を同期させるためにクロック・システムを必要とするので、クロック配給システム（または「クロック・ツリー」）が用いられて、様々な部品にクロック信号が配給される。典型的には、クロック・ツリーは、全てではないとしても、集積回路の大部分を網羅している。よって、クロック・ツリーは、適切に位置している（すなわち、集積回路に亘って比較的均等に分布している）。また、自由動作するクロック信号を単に（集積回路の機能性部品を動作させることなく）配給するためにクロック・ツリーが用いられれば、クロック・ツリーの動作によって、集積回路の全体に亘って比較的均一に電流が引かれるはずである。
【００４１】
代替的な実施形態では、独立した電流源が、特に電力配給ネットワークを通る電流を均等に引くために、装置の設計に組み込まれる。例示的な電流源の構造が、図６に示されている。この電流源の複数の例を、集積回路チップに亘って均等に分布させることができる。図６の電流源は、ＰＭＯＳトランジスタ６２０、ＮＭＯＳトランジスタ６３０、インバータ６１０から構成されている。トランジスタ６２０、６３０は、供給源電圧（すなわち、電力配給ネットワークによって集積回路チップに供給される電圧）と接地との間に直列に配置されている。両方のトランジスタがオフされていると、電流はこれらを流れない。両方のトランジスタがオンされていると、電流はトランジスタを介して接地へと流れることができる。信号（Ｆｉｒｅ＿ｃｕｒｒｅｎｔ）が供給されて、トランジスタがオンまたはオフされる。Ｆｉｒｅ＿ｃｕｒｒｅｎｔは、トランジスタ６３０のゲートに直接印加され、他方、この信号の（インバータ６１０によって生成される）反転信号がトランジスタ６２０のゲートに印加される。
【００４２】
上記のように、集積回路チップ上の電圧は、様々な方法で割出され得る。一実施形態では、電圧は、電圧制御発振器（ＶＣＯ）を用いて測定される。ＶＣＯを用いて実現される例示的な電圧測定ユニットが、図７に示されている。図７の構造は、ＶＣＯ７１０、カウンタ７２０、レジスタ（例えば１組のラッチ７３０乃至７３３）を含んでいる。この構造は、集積回路上の１つの点での電圧を測定するように構成されており、また、必要であればチップに亘る所望の点における電圧を割出すために複製される。
【００４３】
ＶＣＯ７１０は、ＶＣＯの位置で集積回路チップに供給される入力電圧（Ｖｃｈｉｐ）によって制御される。ＶＣＯは、入力電圧に対応する周波数で振動する出力信号を生成する。ＶＣＯ７１０によって生成される出力信号の周波数はある関数に従って変化する。この関数は、周波数が入力電圧に比例する直線領域を有している。ＶＣＯ７１０は、入力電圧の予想範囲がこの直線領域内の範囲に収まるように設計される。よって、入力電圧は、出力信号の周波数を、単に比例定数によって乗ずることによって割出されることが可能である。
【００４４】
図７の実施形態では、ＶＣＯ７１０によって生成される出力信号は、カウンタ７２０に供給される。カウンタ７２０は、所定の間隔で出力信号内に生じる振動の回数を計数するように構成されている。カウンタ７２０に供給されるリセット信号が論理的に有効にされて間隔の開始においてカウンタが０にリセットされることができる。間隔の終了において、回数はラッチ７３０乃至７３３に記録されることが可能である。回数は、使用者によって読み出されるまでラッチ内に保存されることができる。
【００４５】
一実施形態では、電圧測定構造は、既存のラッチを用いて振動カウンタからの値を保存する。より具体的には、この構造は、既存のＬＢＩＳＴ（ロジック内蔵自己試験）スキャン・チェインのラッチを用いる。図８を参照すると、スキャン・チェインのラッチおよび振動回数を保存するための機構を示す図が示されている。スキャン・チェインは、データが取り込まれるまたは「スキャンされる」ことが可能な集積回路内の一連のラッチである。データは、幾つかの機能ロジックを介して伝送されるとともに後続のスキャン・チェインのラッチ内に取り込まれる。最後に、取り込まれたデータは、ラッチの外へとシフトされる（スキャンされる）とともに何らかの方法で検査されて機能ロジックが適切に動作しているかどうかが判断される。ラッチのスキャンおよび取り込み機能は、マルチプレクサを制御して先行するラッチの出力または機能ロジックの出力をラッチへの入力として選択することによって決定される。
【００４６】
本実施形態では、マルチプレクサは第３の入力を受け付けるように構成されている。この入力は、振動カウンタから受信される。よって、図８内の（破線で示されている）スキャン・チェイン・ラッチの組が、図７のラッチ（７３０乃至７３３）としての役目を果たす。スキャン・チェイン・ラッチに先行するマルチプレクサは、機能ロジックまたは先行するラッチの出力の代わりにカウンタ出力を選択しさえすればよい。振動カウンタのデータがラッチ内に保存された後、このデータは機能ロジックの出力が通常のＬＢＩＳＴ検査のために外へとスキャンされるのと同じやり方で外へとスキャンされることが可能である。非ＬＢＩＳＴスキャン・チェインがこの目的で使用されてもよいことに留意されたい。例えば、集積回路によっては、集積回路内のあるレジスタへとデータを取り込んだり、このレジスタからデータを読み出したりするのに用いられるＪＴＡＧ診断スキャン・チェインを含んでいる。これらのスキャン・チェインは、上記と同じやり方で用いられ得る。
【００４７】
本発明の代替的な実施形態は上記の特徴の多くの変形体を含み得ることに留意されたい。例えば、電力配給ネットワークを通る電流を引くための、または集積回路チップにおける電圧を測定するための他の多くの機構が用いられてよい。さらに、開示の方法に従って割出された電圧情報は、非均一性の補正以外の目的で使用されてもよい。このような多くの変形体は、本開示内容を読むことによって当業者に対して明らかになるであろうと思われる。
【００４８】
当業者は、本明細書に記載の情報および信号は、様々な異なる技術および手法を用いて表現され得ることを理解するであろう。例えば、上の記載を通じて言及されたデータ、情報、信号、ビット、シンボル等は、電圧、電流、電磁波、磁場、磁性粒子、またはこれらの組合せによって表現され得る。情報および信号は、ワイヤ、金属配線、ビア等を含むあらゆる適切な輸送媒体を用いて、開示のシステムの構成要素相互間で通信される。
【００４９】
本明細書に開示の実施形態との関連で説明された様々な説明用の論理ブロック、モジュール、回路は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）または他の論理装置、ディスクリート・ゲートまたはトランジスタ・ロジック、ディスクリート・ハードウェア要素、これらの本明細書に記載の機能を実行するように設計されたあらゆる組み合わせとともに実現および実行されることができる。
【００５０】
本明細書に開示の実施形態との関連で説明された方法およびアルゴリズムのステップは、直接ハードウェアにおいて、プロセッサまたは他のコントローラによって実行されるソフトウェア（プログラム命令）において、またはこれら２つの組合せにおいて具現化されることができる。ソフトウェアは、ＲＡＭメモリ、フラッシュ・メモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハード・ディスク、リムーバブル・ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、他のあらゆる適切な記憶媒体に保存されることが可能である。
【００５１】
本発明によってもたらされる利益および利点は、具体的な実施形態に関して上に記載された。これらの利益および利点、およびこれらの利益および利点を生み出すまたはよりはっきりしたものとする要素および限定事項は、いずれも、請求項のいずれかまたは全ての限定的な、必要な、必須の特徴と解釈されるべきではない。本明細書で用いられているように、「具備する」という文言またはその変形体は、これらの文言に先行する要素および限定事項を非排他的に含むものとして解釈されることが意図されている。よって、要素の組を具備するシステム、方法または他の実施形態は、これらの要素のみに限定されるのではなく、明白に列挙されていないまたは請求項に記載の実施形態に本来備わっている他の要素を含み得る。
【００５２】
開示された実施形態のここまでの説明は、当業者が本発明を実行および使用することを可能にするために提供される。これらの実施形態に対する様々な変形は、当業者にとって容易に明らかとなり、本明細書で定義されている包括的な原理は、本発明の思想および範疇から逸脱することなく他の実施形態に適用されてよい。よって、本発明は、本明細書に示す実施形態に限定されることが意図されるのではなく、本明細書に開示されまた請求項内で列挙される原理および新規な特徴に従った最も広い範疇に一致するべきである。
【００５３】
また、この発明は以下の実施態様を取り得る。
【００５４】
（１）集積回路のチップに接続された電力配給ネットワークの電力平面に実質的に均一な電圧を印加し、前記チップに亘って分布する複数の電流源をオンし、前記チップ上の複数の位置での電圧を求める、ことを具備する方法。
【００５５】
（２）前記位置は前記電流源の各々の位置からなる、（１）の方法。
【００５６】
（３）前記電流源をオンすることは、前記チップに亘って分布するクロック・ツリー上の自由動作するクロックを有効にし、前記集積回路内の機能ロジックの動作を禁止する、ことを具備する、（１）の方法。
【００５７】
（４）前記チップの前記電流源の各々に関連する位置での電圧を求めることは、前記電流源と関連付けされた複数の電圧制御発振器を動作させ、前記電圧制御発振器の各々についての振動周波数および対応する電圧を測定する、ことを具備する、（１）の方法。
【００５８】
（５）前記電圧制御発振器の各々についての振動の周波数を測定することは、所定の間隔で生じる振動の回数を計数することを具備する、（４）の方法。
【００５９】
（６）各電圧制御発振器に関連付けられている振動の回数を、前記集積回路内のスキャン・チェインを介して読み出すことをさらに具備する、（５）の方法。
【００６０】
（７）前記電力配給ネットワークの前記電流源の各々と関連付けられた局部的な抵抗値を割出すことをさらに具備する、（１）の方法。
【００６１】
（８）前記チップの前記電流源に関連付けられている電圧が公称設計電圧未満である領域を特定することをさらに具備する、（１）の方法。
【００６２】
（９）前記電力平面を複数の分離した部分へと分割することをさらに具備し、前記複数の部分の少なくとも１つは、前記特定された領域と関連付けられている、（８）の方法。
【００６３】
（１０）前記特定された領域と関連付けられている前記部分に印加されると前記公称設計電圧以上の電圧を前記チップに生成する１つまたは複数の電圧を割出すことをさらに具備する（９）の方法。
【００６４】
（１１）集積回路のチップと、前記チップに接続された電力配給ネットワークと、実質的に均一に前記電力配給ネットワークを通る電流を引くように構成された１つまたは複数の電流源と、前記チップ上の複数の位置での局部的な電圧を測定するように構成された１つまたは複数の電圧測定ユニットと、を具備するシステム。
【００６５】
（１２）前記電圧測定ユニットは、前記電流源の各々に対応する位置での局部的な電圧を測定するように構成される、（１１）のシステム。
【００６６】
（１３）前記電流源は、前記集積回路チップに亘って分布するクロック・ツリーを具備する、（１１）のシステム。
【００６７】
（１４）各電圧測定ユニットは、測定電圧に対応する振動周波数を有する出力信号を生成するように構成された電圧制御発振器を具備する、（１１）のシステム。
【００６８】
（１５）各電圧測定ユニットは、所定の間隔で生じる前記電圧制御発振器の出力信号の振動回数を計数するように構成されたカウンタをさらに具備する、（１４）のシステム。
【００６９】
（１６）前記カウンタによって計数される前記振動回数を保存するように構成されたレジスタをさらに具備する（１５）のシステム。
【００７０】
（１７）前記レジスタは、前記集積回路内で実現されたスキャン・チェイン内の１つまたは複数のラッチを具備する、（１６）のシステム。
【００７１】
（１８）前記スキャン・チェインは、第１モードまたは第２モードで機能するように構成されたロジック内蔵自己試験のスキャン・チェインを具備し、前記第１モードにおいて、前記スキャン・チェイン内の１つまたは複数の前記ラッチは、前記カウンタによって計数される前記振動回数を保存し、前記第２モードにおいて、前記スキャン・チェインは、前記ロジック内蔵自己試験のテストパターンまたは前記ロジック内蔵自己試験のテスト結果を保存する、（１７）のシステム。
【００７２】
（１９）前記スキャン・チェインは、診断スキャン・チェインを具備する、（１７）のシステム。
【００７３】
（２０）前記電力配給ネットワークに接続された単一の電力平面と、前記電力平面に接続された外部電源と、をさらに具備する、（１１）のシステム。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】典型的な電力配給ネットワークの幾つかの金属層の斜視図である。
【図２】典型的な電力配給ネットワークの断面構造を示す図である。
【図３】電力配給ネットワーク中の局部的に相違する部品抵抗値の影響を示す図である。
【図４】分割された電力平面を用いて集積回路のシリコン上での電圧の局部的な増加を達成することを示す図である。
【図５】一実施形態に従った、集積回路内のチップ上での電圧ばらつきを割出すための方法を示すフロー図である。
【図６】一実施形態に従った例示的な電流源の構造を示す図である。
【図７】一実施形態に従った、電圧制御発振器を用いて電圧を測定するための構造を示す図である。
【図８】一実施形態に従った、ＬＢＩＳＴスキャン・チェインの組のラッチ、およびラッチ内の振動回数を保存するための機構、を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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