[go: up one dir, main page]

RU2521789C2 - Method of determining thermal impedance of very large scale integrated circuits - microprocessors and microcontrollers - Google Patents

Method of determining thermal impedance of very large scale integrated circuits - microprocessors and microcontrollers Download PDF

Info

Publication number
RU2521789C2
RU2521789C2 RU2012142007/28A RU2012142007A RU2521789C2 RU 2521789 C2 RU2521789 C2 RU 2521789C2 RU 2012142007/28 A RU2012142007/28 A RU 2012142007/28A RU 2012142007 A RU2012142007 A RU 2012142007A RU 2521789 C2 RU2521789 C2 RU 2521789C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
vlsi
controlled
harmonic
inspected
temperature
Prior art date
Application number
RU2012142007/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012142007A (en
Inventor
Вячеслав Андреевич Сергеев
Олег Владимирович Урлапов
Евгений Анатольевич Панов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет"
Priority to RU2012142007/28A priority Critical patent/RU2521789C2/en
Publication of RU2012142007A publication Critical patent/RU2012142007A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2521789C2 publication Critical patent/RU2521789C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Temperature (AREA)
  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)

Abstract

FIELD: physics; control.
SUBSTANCE: method is meant for use during outgoing and incoming quality control of very large scale integrated (VLSI) circuits - microprocessors and microcontrollers and evaluating temperature margins thereof. A special "warm up" test and a control program are loaded into the inspected VLSI circuit which is mounted on a heatsink and is connected to a power supply. A periodic heating mode is turned on by switching the inspected VLSI circuit from a mode of executing the special test to a standby mode with frequency Ω and duty ratio 2. The method includes, at modulation frequency Ω, selecting and measuring the amplitude I m 1 cons ( Ω )
Figure 00000021
of the first harmonic of current consumed by the inspected VLSI circuit, the amplitude U m 1 T P ( Ω )
Figure 00000022
of the first harmonic of a temperature-sensitive parameter with a known negative temperature coefficient KT, e.g. voltage across a p-n junction built into the kernel of the VLSI circuit or high-level voltage across one of the leads of the VLSI circuit loaded with a resistive load, the logic state of which does not change when the VLSI circuit is switched from one mode to the other, and the phase shift φ(Ω) between the first harmonic of current consumed by the inspected VLSI circuit and the first harmonic of the temperature-sensitive parameter. The magnitude of thermal impedance of the inspected VLSI circuit at frequency Ω is determined using the formula: | Z T ( Ω ) | = U m 1 T P ( Ω ) K T U sup I m 1 cons ( Ω ) ,
Figure 00000023
where Usup is supply voltage of the inspected LSI circuit, and the phase φT(Ω) of thermal impedance of the inspected VLSI is defined as the phase difference between the first harmonic of the temperature-sensitive parameter and the first harmonic of current consumed by the inspected VLSI circuit minus 180°.
EFFECT: high efficiency of the method.
2 dwg

Description

Изобретение относится к технике измерения тепловых параметров интегральных микросхем и может быть использовано для контроля качества сверхбольших интегральных схем (СБИС) - микропроцессоров и микроконтроллеров и определения их температурных запасов.The invention relates to a technique for measuring the thermal parameters of integrated circuits and can be used to control the quality of ultra-large integrated circuits (VLSI) - microprocessors and microcontrollers and determine their temperature reserves.

Известен способ измерения теплового сопротивления переход-корпус микропроцессоров (см., например, Криницин В. Тепловой режим процессоров Pentium 4 и Athlon ХР// или Температура процессоров. - Режим доступа: Intel // ), заключающийся в том, что контролируемую СБИС (микропроцессор или микроконтроллер), размещенную на монтажной плате, включают в режим нагрева путем запуска специального «разогревающего» теста, при выполнении которого электрический ток и, соответственно, электрическая мощность, потребляемые СБИС, существенно возрастают, через некоторое время, необходимое для выхода СБИС в стационарный тепловой режим, измеряют ток, потребляемый СБИС от источника питания, и температурочувствительный параметр (ТЧП), в качестве которого используют прямое падение напряжения на специально сформированном в ядре современных микропроцессоров и микроконтроллеров p-n переходе при малом прямом токе. Умножая величину тока потребления СБИС на напряжение питания, рассчитывают потребляемую СБИС мощность в режиме выполнения специального «разогревающего» теста, а по изменению ТЧП находят приращение температуры кристалла СБИС, а тепловое сопротивление СБИС определяют как отношение приращения температуры к рассеиваемой СБИС мощности. В современных микропроцессорах и микроконтроллерах постоянное напряжение на датчике температуры (р-n переходе) преобразуется встроенным аналого-цифровым преобразователем (АЦП) в цифровой код, который может быть выведен на ЖК-индикактор или компьютер.There is a method of measuring the thermal resistance of the transition-case of microprocessors (see, for example, Krinitsin V. Thermal mode of Pentium 4 and Athlon XP // processors or Temperature of processors. - Access mode: Intel //), which consists in the fact that VLSI is controlled (microprocessor or a microcontroller) located on the circuit board, turn on the heating mode by running a special “warm-up” test, during which the electric current and, accordingly, the electric power consumed by the VLSI significantly increase, after some The burden required for output ULSI stationary thermal mode, measure the current consumed by the VLSI circuit from the power source, and a temperature-setting (TCHP), which is used as the forward voltage drop across a specially formed in the core of modern microprocessors and microcontrollers p-n junction with a low forward current. Multiplying the value of the VLSI consumption current by the supply voltage, the power consumed by the VLSI is calculated in the special "warming up" test mode, and by the change in the PMT, the temperature gradient of the VLSI crystal is found, and the thermal resistance of the VLSI is determined as the ratio of the temperature increment to the dissipated VLSI power. In modern microprocessors and microcontrollers, the constant voltage at the temperature sensor (pn junction) is converted by the built-in analog-to-digital converter (ADC) into a digital code that can be displayed on an LCD display or computer.

Недостатком указанного способа является большая погрешность измерения, обусловленная относительно небольшим изменением греющей мощности СБИС и малым полезным изменением ТЧП на уровне большого квазистатического значения этого параметра (обычно изменение напряжения на р-n переходе в результате разогрева кристалла СБИС составляет десятки милливольт, а падение напряжения, например, на кремниевом р-n переходе порядка 700 мВ, на арсенидгаллиевом p-n переходе порядка 3,0 B), а также небольшой (не более 8 разрядов) разрешающей способностью встроенного АЦП. Кроме того, измерение теплового сопротивления переход-корпус не позволяет определить вклад в теплоотвод отдельных слоев конструкции СБИС и оценить качество их сборки.The disadvantage of this method is the large measurement error due to the relatively small change in the heating power of the VLSI and the small useful change in the PST at the level of a large quasistatic value of this parameter (usually the voltage change at the pn junction as a result of heating the VLSI chip is tens of millivolts, and the voltage drop, for example , on a silicon rn junction of the order of 700 mV, on a gallium arsenide pn junction of the order of 3.0 V), as well as a small (not more than 8 bits) resolution Wow ADC. In addition, the measurement of the thermal resistance of the transition-case does not allow us to determine the contribution to the heat sink of individual layers of the VLSI design and evaluate the quality of their assembly.

Более адекватным тепловым параметром СБИС, как и других классов интегральных микросхем, является тепловой импеданс или полное комплексное тепловое сопротивление, модуль которого на заданной частоте Q определяется как отношение амплитуды изменения температуры активной области интегральной микросхемы к амплитуде переменной составляющей, потребляемой интегральной микросхемой мощности, при изменении потребляемой мощности по гармоническому закону с частотой Ω, а фаза - как сдвиг фазы между переменной составляющей температуры и переменной составляющей потребляемой мощности. Частотная зависимость этого параметра позволяет оценить вклад каждого слоя конструкции интегральной микросхемы в общее тепловое сопротивление и оценить динамические тепловые свойства интегральной микросхемы.A more adequate thermal parameter of VLSI, like other classes of integrated circuits, is the thermal impedance or total complex thermal resistance, the module of which at a given frequency Q is defined as the ratio of the amplitude of the temperature change of the active region of the integrated circuit to the amplitude of the variable component consumed by the integrated power circuit when changing power consumption according to a harmonic law with a frequency of Ω, and the phase as a phase shift between the variable component of temperature and variable oh component of power consumption. The frequency dependence of this parameter allows us to evaluate the contribution of each layer of the integrated circuit design to the total thermal resistance and evaluate the dynamic thermal properties of the integrated circuit.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ определения теплового импеданса КМОП цифровых интегральных схем (см. Сергеев В.А., Ламзин В.А., Юдин В.В. Способ определения теплового импеданса КМОП цифровых интегральных микросхем. - Заявка №2011114924/28 (020765) от 08.04.2011), состоящий в том, что контролируемую микросхему включают в режим периодического нагрева, при котором логическое состояние одного или нескольких логических элементов (ЛЭ) контролируемой микросхемы изменяют путем подачи на их входы последовательности высокочастотных переключающих импульсов и измеряют изменение ТЧП того ЛЭ, состояние которого не изменяется, при этом частоту переключающих импульсов изменяют (модулируют) периодической последовательностью прямоугольных импульсов с заданной частотой Ω и скважностью, равной 2, на частоте модуляции Ω, измеряют амплитуду переменной составляющей тока потребления I m 1 п о т

Figure 00000001
и ТЧП I m 1 Т П
Figure 00000002
и сдвиг фазы между ними, по которым и определяют модуль и фазу теплового импеданса контролируемой микросхемы на частоте модуляции Ω.Closest to the claimed invention is a method for determining the thermal impedance of CMOS digital integrated circuits (see Sergeev V.A., Lamzin V.A., Yudin V.V. Method for determining the thermal impedance of CMOS digital integrated circuits. - Application No. 20111114924/28 ( 020765) from 04/08/2011), consisting in the fact that the controlled microcircuit is switched on in the periodic heating mode, in which the logical state of one or more logical elements (LEs) of the controlled microcircuit is changed by supplying a sequence of high-frequency signals to their inputs switching pulses and measure the change in the PMT of the LE whose state does not change, while the frequency of the switching pulses is changed (modulated) by a periodic sequence of rectangular pulses with a given frequency Ω and duty cycle equal to 2 at a modulation frequency Ω, the amplitude of the variable component of the current consumption is measured I m one P about t
Figure 00000001
and PPP I m one T P
Figure 00000002
and a phase shift between them, by which they determine the modulus and phase of the thermal impedance of the controlled microcircuit at a modulation frequency Ω.

Недостатком данного способа является то, что он требует наличия двух импульсных генераторов и не может быть применен для СБИС, поскольку доступ к отдельным ЛЭ в СБИС невозможен.The disadvantage of this method is that it requires two pulse generators and cannot be used for VLSI, since access to individual LEs in VLSI is impossible.

Технический результат - снижение аппаратных затрат и повышение точности измерения теплового импеданса СБИС - микропроцессоров и микроконтроллеров.The technical result is a reduction in hardware costs and an increase in the accuracy of measuring the thermal impedance of VLSI - microprocessors and microcontrollers.

Технический результат достигается тем, что в контролируемую СБИС, установленную на теплоотводе и подключенную к источнику питания, загружается специальный («разогревающий») тест и программа управления режимом работы СБИС, по команде «запуск» по соответствующему входу контролируемая СБИС включается в режим периодического нагрева путем ее переключения с заданной частотой Q из режима выполнения специального теста в режим паузы, при этом время выполнения специального теста задают равным длительности паузы, то есть равным половине периода T=1/27πΩ переключения, через некоторое время, необходимое для выхода СБИС в установившийся тепловой режим, на частоте переключения измеряют амплитуду переменной составляющей тока потребляемого контролируемой СБИС

Figure 00000003
и переменной составляющей температурочувствительного параметра
Figure 00000004
, в качестве которого используют либо прямое падения напряжения на встроенном в ядро контролируемой СБИС р-n переходе либо напряжение логической единицы
Figure 00000005
на одном из нагруженных резистивной нагрузкой выходов контролируемой СБИС, логическое состояние которого остается неизменным при переключении контролируемой СБИС из режима выполнения специального теста в режим паузы; модуль теплового импеданса контролируемой БИС на частоте переключения Ω определяют по формулеThe technical result is achieved by the fact that a special (“warming up”) test and a program for controlling the operating mode of the VLSI are loaded into a controlled VLSI installed on the heat sink and connected to a power source; by the start command, the controlled VLSI is switched on to the appropriate input in the periodic heating mode by switching it with a given frequency Q from the execution mode of the special test to the pause mode, while the execution time of the special test is set equal to the duration of the pause, i.e. equal to half T = 1 / 27πΩ switching after a time required to output ULSI steady thermal state, measured at the switching frequency the amplitude of the AC component controlled consumed VLSI
Figure 00000003
and the variable component of the temperature-sensitive parameter
Figure 00000004
, which is used either as a direct voltage drop at the junction integrated in the core of the VLSI-controlled junction or voltage of a logical unit
Figure 00000005
on one of the outputs of the controlled VLSI loaded with a resistive load, the logical state of which remains unchanged when the controlled VLSI switches from the special test to pause mode; the thermal impedance module of a controlled LSI at a switching frequency Ω is determined by the formula

| Z T ( Ω ) | = U m 1 Т П ( Ω ) K T U п и т I m 1 п о т ( Ω ) , ( 1 )

Figure 00000006
| | | Z T ( Ω ) | | | = U m one T P ( Ω ) K T U P and t I m one P about t ( Ω ) , ( one )
Figure 00000006

где KT - известный отрицательный температурный коэффициент температурочувствительного параметра, Unum- напряжение питания контролируемой СБИС, а фаза φT(Ω) теплового импеданса контролируемой СБИС на частоте модуляции определяется как сдвинутая на 180° разность фаз между первой гармоникой тока, потребляемого контролируемой СБИС, и первой гармоникой температурочувствительного параметра.where K T is the known negative temperature coefficient of the temperature-sensitive parameter, U num is the supply voltage of the controlled VLSI, and the phase φ T (Ω) of the thermal impedance of the controlled VLSI at the modulation frequency is defined as the phase difference shifted by 180 ° between the first harmonic of the current consumed by the controlled VLSI, and the first harmonic of the temperature-sensitive parameter.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется эпюрами на фиг.1 и состоит в следующем. При переключении контролируемой СБИС из режима выполнения специального теста в режим паузы будет изменяться потребляемый контролируемой СБИС ток, а значит, и потребляемая контролируемой СБИС мощность: в течение паузы СБИС потребляемая мощность относительно невелика, а в режиме выполнения специального теста - существенно (во много раз) больше (фиг.1, a); то есть контролируемая СБИС будет разогреваться импульсной мощностью, периодически изменяющейся со скважностью 2. Амплитуду первой гармоники греющей мощности (фиг.1, б) на частоте переключения можно определить, измерив первую гармонику I m 1 п о т

Figure 00000007
тока, потребляемого контролируемой СБИС:The essence of the invention is illustrated by the diagrams in figure 1 and consists in the following. When the VLSI-controlled VLSI switches from the special test mode to the pause mode, the power consumed by the VLSI-controlled VLSI will change, and therefore the power consumed by the VLSI-controlled will be relatively small during the VLSI pause, and significantly (many times) during the execution of the special test more (figure 1, a); that is, the controlled VLSI will be heated by a pulse power periodically changing with duty cycle 2. The amplitude of the first harmonic of the heating power (Fig. 1, b) at the switching frequency can be determined by measuring the first harmonic I m one P about t
Figure 00000007
current consumed by controlled VLSI:

P m 1 = U п и т I m 1 п о т . ( 2 )

Figure 00000008
P m one = U P and t I m one P about t . ( 2 )
Figure 00000008

Если контролируемая СБИС размещена на массивном теплоотводе, то через некоторое время, превышающее три тепловых постоянных времени переход-корпус τTn-к контролируемой СБИС (t>3τТп-к), после начала периодического нагрева в контролируемой СБИС установится регулярный тепловой режим и температура θ(t) активной области СБИС будет пульсировать относительно среднего значения (фиг.1, в) с частотой Ω переключения СБИС из режима нагрева в режим паузы.If the controlled VLSI is placed on a massive heat sink, then after some time exceeding the three thermal time constants, the transition-case τ Tn-to the controlled VLSI (t> 3τ Tp-k ), after the onset of periodic heating, the regular thermal regime and temperature θ will be established in the controlled VLSI (t) the active region of the VLSI will pulse relative to the average value (Fig.

ТЧП контролируемой микросхемы UТП линейно связан с температурой θ(t) активной области СБИС: UТП(t)=KТθ(t), где КТ - известный температурный коэффициент ТЧП. Если в качестве ТЧП использовать напряжение на встроенном в ядро СБИС р-n переходе или напряжение логической единицы U в ы х 1 ( t )

Figure 00000009
на одном из выходов контролируемой СБИС, логическое состояние которого остается неизменным, то напряжение ТЧП будет пульсировать в противофазе с температурой θ(t), поскольку и напряжение на р-n переходе, и напряжение логической единицы имеют отрицательный температурный коэффициент. При этом амплитуда переменной составляющей ТЧП на частоте Ω будет пропорциональна амплитуде первой гармоники переменной составляющей температуры U m 1 Т П ( Ω ) = K T θ m 1 ( Ω )
Figure 00000010
(фиг.1, г). Соответственно амплитуда первой гармоники ТЧП с учетом (2) будет равна:The PMT of the controlled chip U TP is linearly related to the temperature θ (t) of the VLSI active region: U TP (t) = K T θ (t), where K T is the known temperature coefficient of the PMT. If you use the voltage at the VLSI core pn junction or the logical unit voltage U at s x one ( t )
Figure 00000009
at one of the outputs of the VLSI controlled, the logical state of which remains unchanged, the voltage of the PST will ripple in antiphase with the temperature θ (t), since both the voltage at the pn junction and the voltage of the logical unit have a negative temperature coefficient. In this case, the amplitude of the variable component of the PMT at the frequency Ω will be proportional to the amplitude of the first harmonic of the variable temperature component U m one T P ( Ω ) = K T θ m one ( Ω )
Figure 00000010
(figure 1, g). Accordingly, the amplitude of the first harmonic of the PMT taking into account (2) will be equal to:

U m 1 Т П ( Ω ) = K T U п и т I m 1 п о т ( Ω ) | Z T ( Ω ) e j ϕ T ( Ω ) | . ( 3 )

Figure 00000011
U m one T P ( Ω ) = K T U P and t I m one P about t ( Ω ) | | | Z T ( Ω ) e j ϕ T ( Ω ) | | | . ( 3 )
Figure 00000011

Откуда и получаем выражение для теплового импеданса:From where we get the expression for thermal impedance:

Z ( Ω ) = | Z T ( Ω ) | e j ϕ T ( Ω ) = U m 1 Т П ( Ω ) K T U п и т I m 1 п о т ( Ω ) e j ϕ T ( Ω ) , ( 4 )

Figure 00000012
Z ( Ω ) = | | | Z T ( Ω ) | | | e j ϕ T ( Ω ) = U m one T P ( Ω ) K T U P and t I m one P about t ( Ω ) e j ϕ T ( Ω ) , ( four )
Figure 00000012

где φТ(Ω) - разность фаз между первой гармоникой температуры рабочей поверхности кристалла контролируемой СБИС (фиг.1, д) и первой гармоникой греющей мощности (фиг.1, б).where φ T (Ω) is the phase difference between the first harmonic of the temperature of the working surface of the crystal controlled VLSI (Fig. 1, e) and the first harmonic of the heating power (Fig. 1, b).

На фиг.2 представлена структурная схема одного из вариантов устройства, реализующего предложенный способ. Устройство содержит источник 1 питания, контролируемую СБИС 2, размещенную на теплоотводе (монтажной плате), токосъемный резистор 3 с сопротивлением RI; резистор нагрузки 4 с сопротивлением RH, два селективных вольтметра 5 и 6 и измеритель 7 разности фаз. При этом положительный полюс источника 1 питания соединен с соответствующим контактным выводом контролируемой СБИС 2, а отрицательный полюс источника питания соединен с общей шиной устройства, при этом между общей шиной и контактным выводом контролируемой СБИС 2, предназначенным для подключения отрицательного полюса источника питания, включают токосъемный резистор 3 с сопротивлением RI, к выходу одного их выводов контролируемой СБИС, логическое состояние которого не изменяется при переключении контролируемой СБИС из режима нагрева в режим паузы, подключен резистор нагрузки 4 и первый селективный вольтметр 5, а вход второго селективного вольтметра 6 соединяют с контактным выводом контролируемой СБИС, предназначенным для подключения отрицательного полюса источника питания, при этом линейные выходы селективных вольтметров соединены со входами измерителя разности фаз.Figure 2 presents the structural diagram of one of the variants of the device that implements the proposed method. The device contains a power source 1, controlled by VLSI 2, located on the heat sink (circuit board), a collector resistor 3 with a resistance R I ; load resistor 4 with resistance R H , two selective voltmeters 5 and 6, and a phase difference meter 7. In this case, the positive pole of the power supply 1 is connected to the corresponding contact terminal of the monitored VLSI 2, and the negative pole of the power source is connected to the common bus of the device, while a current collector resistor is connected between the common bus and the contact terminal of the monitored VLSI 2 3 with resistance R I , to the output of one of the terminals of the controlled VLSI, the logical state of which does not change when the controlled VLSI switches from the heating mode to p pause mode, a load resistor 4 and a first selective voltmeter 5 are connected, and the input of the second selective voltmeter 6 is connected to the contact terminal of a controlled VLSI, designed to connect the negative pole of the power source, while the linear outputs of the selective voltmeters are connected to the inputs of the phase difference meter.

Способ осуществляется следующим образом. По сигналу «Запуск» контролируемая СБИС начинает работать в режиме периодического переключения из режима выполнения специального теста в режим паузы; на вход первого селективного вольтметра 5, настроенного на частоту переключения Ω, подается напряжение логической единицы с нагруженного резистивной нагрузкой выхода контролируемой СБИС, логическое состояние которого остается неизменным, а напряжение с токосъемного резистора 3, пропорциональное току, потребляемому контролируемой СБИС, подается на вход второго селективного вольтметра 6, также настроенного на частоту переключения; сигналы с линейных выходов первого селективного вольтметра 5 и второго селективного вольтметра 6 подаются на первый и второй входы измерителя разности фаз соответственно; через некоторое время после начала периодического переключения контролируемой СБИС из режима выполнения специального теста в режим паузы регистрируются показание UCB1 первого селективного вольтметра 5, которое равно амплитуде первой гармонике ТЧП U C B 1 = U m 1 Т П ( Ω )

Figure 00000013
, и показание UCB2 второго селективного вольтметра 6, которое пропорционально первой гармонике тока, потребляемого контролируемой СБИС U C B 1 = R I I m 1 п о т
Figure 00000014
и по показаниям селективных вольтметров вычисляют модуль теплового импеданса:The method is as follows. By the “Start” signal, the controlled VLSI starts working in the mode of periodic switching from the special test to the pause mode; the input of the first selective voltmeter 5, tuned to the switching frequency Ω, is supplied with the voltage of a logical unit with a resistive load of the output of the controlled VLSI, the logical state of which remains unchanged, and the voltage from the collector resistor 3, proportional to the current consumed by the controlled VLSI, is fed to the input of the second selective voltmeter 6, also tuned to the switching frequency; signals from the linear outputs of the first selective voltmeter 5 and the second selective voltmeter 6 are fed to the first and second inputs of the phase difference meter, respectively; some time after the beginning of the periodic switching of the monitored VLSI from the special test mode to the pause mode, the reading U CB1 of the first selective voltmeter 5 is recorded, which is equal to the amplitude of the first harmonic of the PMT U C B one = U m one T P ( Ω )
Figure 00000013
, and the indication U CB2 of the second selective voltmeter 6, which is proportional to the first harmonic of the current consumed by the controlled VLSI U C B one = R I I m one P about t
Figure 00000014
and according to the indications of selective voltmeters, the thermal impedance module is calculated:

| Z T ( Ω ) | = R I U C B 2 K T U п и т U C B 1 ; ( 5 a )

Figure 00000015
| | | Z T ( Ω ) | | | = R I U C B 2 K T U P and t U C B one ; ( 5 a )
Figure 00000015

а показания измерителя разности фаз Δφ после вычитания 180 равны фазе теплового импеданса:and the readings of the phase difference meter Δφ after subtracting 180 are equal to the phase of thermal impedance:

ϕ T ( Ω ) = Δ ϕ 180 . ( 5 б )

Figure 00000016
ϕ T ( Ω ) = Δ ϕ - 180 . ( 5 b )
Figure 00000016

Для исключения влияния токосъемного резистора на результат измерения ТЧП сопротивление токосъемного резистора необходимо выбирать как можно меньше, исходя из порога чувствительности селективного вольтметра, либо проводить измерение ТЧП при закороченном токосъемном резисторе.To exclude the influence of the collector resistor on the result of measuring the PMT, the resistance of the collector resistor must be selected as low as possible, based on the sensitivity threshold of the selective voltmeter, or measure the PMT with a shortened collector resistor.

Для повышения чувствительности метода контролируемую СБИС можно нагрузить различными периферийными устройствами, обращение к которым в режиме выполнения специального теста повышает ток, потребляемый СБИС.To increase the sensitivity of the method, the controlled VLSI can be loaded with various peripheral devices, access to which in the special test mode increases the current consumed by the VLSI.

Claims (1)

Способ определения теплового импеданса сверхбольших интегральных схем (СБИС) - микропроцессоров и микроконтроллеров, состоящий в том, что в контролируемую СБИС, установленную на теплоотводе и подключенную к источнику питания, загружают «разогревающий» тест и программу управления, затем контролируемую СБИС включают в режим периодического нагрева путем переключения из режима выполнения «разогревающего» теста в режим паузы с частотой Ω и скважностью 2, на частоте переключения Ω измеряют амплитуду I m 1 п о т ( Ω )
Figure 00000017
первой гармоники потребляемого контролируемой СБИС тока, амплитуду U m 1 Т П ( Ω )
Figure 00000018
первой гармоники температурочувствительного параметра с известным отрицательным температурным коэффициентом KT, например, напряжения на встроенном в ядро контролируемой СБИС p-n переходе или напряжения логической единицы на одном из нагруженных резистивной нагрузкой выводов контролируемой СБИС, логическое состояние которого не изменяется при переключении контролируемой СБИС из одного режима в другой, и разность фаз φ(Ω) между первой гармоникой тока, потребляемого контролируемой СБИС, и первой гармоникой температурочувствительного параметра; модуль теплового импеданса контролируемой СБИС на частоте Ω определяют по формуле:
| Z T ( Ω ) | = U m 1 Т П ( Ω ) K T U п и т I m 1 п о т ( Ω )
Figure 00000019
,
где Uпит - напряжение питания контролируемой БИС, а фазу φT(Ω) теплового импеданса контролируемой СБИС определяют как уменьшенную на 180° разность фаз между первой гармоникой температурочувствительного параметра и первой гармоникой тока, потребляемого контролируемой СБИС.
A method for determining the thermal impedance of super-large integrated circuits (VLSI) - microprocessors and microcontrollers, which consists in loading a "warming up" test and control program into a controlled VLSI installed on the heat sink and connected to a power source, then the controlled VLSI is put into periodic heating mode by switching from the “warm-up” test to the pause mode with a frequency of Ω and a duty cycle of 2, the amplitude is measured at a switching frequency of Ω I m one P about t ( Ω )
Figure 00000017
the first harmonic of the consumed VLSI-controlled current, amplitude U m one T P ( Ω )
Figure 00000018
the first harmonic of a temperature-sensitive parameter with a known negative temperature coefficient K T , for example, the voltage at the integrated VLSI-controlled junction pn junction or the voltage of a logic unit at one of the terminals loaded with resistive load of the controlled VLSI, whose logical state does not change when the controlled VLSI is switched from one mode to another, and the phase difference φ (Ω) between the first harmonic of the current consumed by the controlled VLSI and the first harmonic of the temperature-sensitive arameter; the thermal impedance module of a controlled VLSI at a frequency Ω is determined by the formula:
| | | Z T ( Ω ) | | | = U m one T P ( Ω ) K T U P and t I m one P about t ( Ω )
Figure 00000019
,
where U pit is the supply voltage of the controlled VLSI, and the phase φ T (Ω) of the thermal impedance of the controlled VLSI is defined as a 180 ° phase difference between the first harmonic of the temperature-sensitive parameter and the first harmonic of the current consumed by the controlled VLSI.
RU2012142007/28A 2012-10-02 2012-10-02 Method of determining thermal impedance of very large scale integrated circuits - microprocessors and microcontrollers RU2521789C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012142007/28A RU2521789C2 (en) 2012-10-02 2012-10-02 Method of determining thermal impedance of very large scale integrated circuits - microprocessors and microcontrollers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012142007/28A RU2521789C2 (en) 2012-10-02 2012-10-02 Method of determining thermal impedance of very large scale integrated circuits - microprocessors and microcontrollers

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012142007A RU2012142007A (en) 2014-04-10
RU2521789C2 true RU2521789C2 (en) 2014-07-10

Family

ID=50435845

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012142007/28A RU2521789C2 (en) 2012-10-02 2012-10-02 Method of determining thermal impedance of very large scale integrated circuits - microprocessors and microcontrollers

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2521789C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2649083C1 (en) * 2016-12-20 2018-03-29 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" Method for measuring thermal impedance of digital integrated circuits
RU2813107C2 (en) * 2019-08-16 2024-02-06 Иллумина, Инк. Method for measuring thermal resistance between thermal component of device and consumable part

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117148124B (en) * 2023-11-01 2024-02-20 杭州高坤电子科技有限公司 An integrated circuit thermal resistance testing method, system and storage medium

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2172493C1 (en) * 2000-03-31 2001-08-20 Ульяновский государственный технический университет Method measuring heat resistance of junction-package of digital integrated microcircuits
RU2174692C1 (en) * 2000-06-27 2001-10-10 Ульяновский государственный технический университет Device for measuring transition-body heat resistance of digital integral microcircuits
RU2327177C1 (en) * 2007-01-09 2008-06-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Method for determining thermal resistance of digital integrated microcircuits

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2172493C1 (en) * 2000-03-31 2001-08-20 Ульяновский государственный технический университет Method measuring heat resistance of junction-package of digital integrated microcircuits
RU2174692C1 (en) * 2000-06-27 2001-10-10 Ульяновский государственный технический университет Device for measuring transition-body heat resistance of digital integral microcircuits
RU2327177C1 (en) * 2007-01-09 2008-06-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Method for determining thermal resistance of digital integrated microcircuits

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2649083C1 (en) * 2016-12-20 2018-03-29 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" Method for measuring thermal impedance of digital integrated circuits
RU2813107C2 (en) * 2019-08-16 2024-02-06 Иллумина, Инк. Method for measuring thermal resistance between thermal component of device and consumable part

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012142007A (en) 2014-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9995791B2 (en) Power consumption monitoring device for a power source
US20180059191A1 (en) Methods, apparatuses, and systems for measuring impedance spectrum, power spectrum, or spectral density using frequency component analysis of power converter voltage and current ripples
US10393830B2 (en) Magnetic resonance imaging apparatus
TW201022690A (en) Device under test circuit, integrated circuit and semiconductor wafer process monitor circuit
RU2521789C2 (en) Method of determining thermal impedance of very large scale integrated circuits - microprocessors and microcontrollers
Chowdhury et al. An on-chip temperature sensor with a self-discharging diode in 32-nm SOI CMOS
JP2013113649A (en) Measuring method and measuring device for thermal resistance in semiconductor device
Naghibi et al. An online failure assessment approach for sic-based mosfet power modules using iterative condition monitoring technique
Igarashi et al. An on-die digital aging monitor against HCI and xBTI in 16 nm Fin-FET bulk CMOS technology
EP2883067B1 (en) Efficient power supply noise measurement based on timing uncertainty
JP2009257801A (en) Method and apparatus for measuring insulation resistance
US7203608B1 (en) Impedane measurement of chip, package, and board power supply system using pseudo impulse response
RU2327177C1 (en) Method for determining thermal resistance of digital integrated microcircuits
US20140266224A1 (en) System And Method For Improved Accuracy In Battery Resistance Measurement Systems
TW201608368A (en) Electronic device and power detection method
Xie et al. A 0.02 nJ self-calibrated 65nm CMOS delay line temperature sensor
RU2766066C1 (en) Method for measuring the transient response of digital integrated microchips
JP2000131379A (en) Method and device for measuring thermal resistance of electronic component
Sulaiman Microprocessors thermal challenges for portable and embedded systems using thermal throttling technique
RU90910U1 (en) SENSOR OF CURRENT (OPTIONS)
Borovyi et al. Device for measuring instant current values of CPU's energy consumption
Osolinskyi et al. Stand for investigating the measuring methodical errors of microcontrollers average energy power consumption
Peng Thermal challenges to building reliable embedded systems
RU237187U1 (en) Digital Integrated Circuit Transient Thermal Response Meter
Xie et al. Digital integrated temperature sensors for VLSI thermal management

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20141003