集成电路为什么要运用片上监督器？传感器在监控IC上又发挥着什么效果？
跟着半导体工艺和规划的杂乱性不断进步，以及物联网，轿车，电信和数据中心等多个职业对零件寿数要求的不断进步，促进硅器材公司，片上监督器IP供货商和数据剖析公司加大了对芯片的牢靠性进行表征的尽力，以筛选出潜在缺点并猜测现场毛病。
比方经过温度传感器搜集的数据可评价产品运用寿数内的温度，以继续评价老化和牢靠性危险。由于高温在牢靠性和老化中起着要害效果，大多数老化进程/牢靠性问题在高温下会加快，尤其是电搬迁，NBTI和PBTI（负和正偏置温度不稳定性）和TDDB（随时刻改变的介电击穿）。
集成电路为什么要运用片上监督器？
工程师们长期以来一向运用片上电路监控来帮忙集成电路制作测验，芯片调试和毛病剖析，以进行芯片内部电路的可见性和可控性的测验，有用的硅调试以及进步确诊杂乱硅器材中问题的才能。片上监督器可进行特定的参数丈量，跟着每一代CMOS工艺技能的开展，片上监督器丈量IC参数可用于优化功用，辨认热改变并了解工艺改变。
跟着AI的开展，现在还添加了片上监督器的布置，以便为整个IC器材中的参数丈量供给更大的粒度。将机器学习算法运用于内部参数数据剖析以及所搜集的其他硅数据剖析，可让工程师更深化了解制作进程和现场操作，从而能够削减下一代芯片的缺点率，并进步现有和新芯片的牢靠性。
清楚明了，经过带有多个传感器的片上监督器，供给芯片内部的可见性对制作进程有协助。现在，半导体职业在产品的整个生命周期中都越来越主动地运用这些数据。“传统ATE能够用来搜集数据，”NI公司半导体业务部的副总裁兼总司理OpTImalPlus以为，“这些传感器的先进性在于它们能够搜集的信息越来越好。”
一起，半导体数据剖析公司也现已越来越多地参加片上监督器。“咱们将技能视为另一种方法。这不是一家具有软件的传感器公司，而是一家依据高掩盖率芯片遥测技能的剖析公司。”proteanTecs的营销总监TamarNaishlos说道。“因而，实际上，这触及许多来自集成电路上的全面、深层的数据——即IC片上各电路点的数据状况。可是这些信息有必要归入机器学习算法中，以便咱们能够以最佳方法解说全部。”
还有专心于监督时钟颤动，电压和温度的IP模块的公司也认识到运用监督数据能规划出超出预期的优化运用程序。
“咱们对这种片上电路的数据搜集及剖析十分感兴趣，这不只能够直接用于优化单个芯片，还使数据可用。从更大数量的芯片中检查数据也很有价值，”Moortec市场总监RichardMcPartland说。“这能够与医疗保健混为一谈。医师不只要检查单个患者，还需求检查人群并确认特定的疾病或健康问题。相同，经过运用片上监控，不只能够得到可用数据，还能检查单个管芯的状况。片上传感器关于供给内部一切状况的可见性至关重要——那具有巨大的价值。”
来自片上监督器的附加数据跨过了制作进程的一切进程，保证了终究产品交给的质量。整个进程的数据使工程师能够进行更杂乱的剖析，以满意产值，质量和牢靠性的方针。
传感器在监控IC上的效果
工程师在剖析来自片上监控器的数据之前，他们需求了解计量的剖析需求和电路的计量功用。当今的IC中运用了各种片上监督器。
“最常见的片上传感器将是PVT实时监督器，里边包括电压和温度传感器等。您能够在整个SoC中放置许多此类微型传感器。”Cadence市场营销规划IP主管TomWong说。“简略的环形振荡器能够告诉您工艺随时刻的改变，由于您能够丈量随时刻改变的频率。它能够在运用的小时数/天数/月数/年数内为您指示芯片的运行状况。”
“环形振荡器电路一向是进程监控的首要东西。环形振荡器现已存在了数十年。晶圆检验测验中运用的划线线结构供给了对晶圆工艺操控和一般工艺条件的评价，”PDFSoluTIons首席技能专家AndrzejStrojwas说道。“为了更详细地了解IC/芯片在工艺方面的行为，那么您能够将环形振荡器作为芯片的工艺监控器。”
到2000年代中期，比方Intel，TSMC和Samsung之类的制作商现已依托遍布整个芯片的环形振荡器网络来更好地了解IC内的工艺改变。经过对环形振荡器数据进行剖析，能够调查整个晶圆以及整个芯片所阅历的工艺改变。
在曩昔的15年中，工程师们规划了更杂乱的环形振荡器。在2011年IEEE关于电子设备的买卖论文中，英特尔工程师详细描述了他们运用片上电路来丈量工艺技能改变的状况。作者解说了他们运用环形振荡器以及对盯梢晶体管特性。
关于微处理器，在0.18μmCMOS工艺节点上有必要运用片上热传感器监控温度。跟着新产品的推出，验证硅片上的热门现已促进了在整个芯片上添加更多的热监测器。出于牢靠性意图，工程师对监督现场温度感兴趣。
前史温度高于正常水平的电路能够猜测牢靠性场毛病。Ansys新式技能产品办理总监CraigHillman表明，热和电条件都会影响电搬迁。“电搬迁的应战之一是精确的剖析和猜测要求您到达稳态，由于跟着电流密度的添加，温度会升高。跟着温度升高，电阻升高，这意味着温度升高。这种协同进程加快了电搬迁。”可是，这也或许会依据运用状况和芯片布局而有所不同，传感器需求能够处理一切这些改变。
用余量表明的信号和时钟时序联系代表了数字电路规划人员感兴趣的参数，并且这也能够馈入剖析算法中。
了解这一余量有两个方面——了解时钟的占空比和颤动特性，以及了解两个时钟存储元件之间组合电路的途径推迟。
Synopsys高档产品营销司理FaisalGoriawalla表明：“关于针对高牢靠性运用的SoC，一定要进行片上监控是至关重要的要求。“这些或许正在监督要害PLL或一组片上PLL的占空比。作为咱们规划STAR分层体系的一部分，丈量单元集成了一些时钟和进程监督功用。它是一种轻量级的数字IP内核，SoC规划人员能够轻松，一次，两次或数百次集成该芯片。”
监督器越多，掩盖规模就越好。proteanTecs首席技能官兼联合创始人伊夫林？兰德曼（EvelynLandman）说：“咱们运用保证金署理来衡量规划自身的频率保证金。”“这不是站在旁边面的独立电路。在芯片作业时，它实际上是在并行丈量规划的数百万条途径的余量。”
这些监督器在硅后规划表征，出产测验和现场运用中都有运用。
集成电路片上监控器的集成和规划
片上监控器及其数据拜访需求规划到IC设备中，特别是假如工程师在整个IC中运用很多监控器来完成空间粒度和参数多样性的话。
首要，为了促进数据搜集，监督电路通常将感兴趣的参数转换为数字读数。这使工程师能够运用可用的测验拜访端口来答应在制作进程，新产品引进和现场评价期间进行剖析。
其次，要拜访监督电路的分布式网络，根底结构电路有必要在芯片规划的束缚内作业。例如，关于很多的环形振荡器，规划人员需求启用和挑选每个环形振荡器，以将其衔接到外部裸片引脚以进行丈量。别的，他们能够运用分频器使其经过低速接口可读。
有了多个片上显示器，为这些显示器装备一个集成杰出的操控器可轻松完成。其间，放置的传感器性质至关重要，尤其是在轿车范畴，咱们需求考虑整个芯片的特定电源水平，或许或许存在热门的区域。
还有供给给任何剖析结构的数据质量也十分重要。假如片上监督器缺少供给牢靠计量所需的规划稳健性，那么质量或许会受到影响。当运用片上监督器来评价产品生命周期内的工艺改变和功用下降时，电路规划人员需求保证其监督器不受半导体物理和制作改变的影响，比方老化。
结语：
经过在整个规划中放置片上监督器，工程师能够对硅上产生的工作进行更深化的了解，从而为怎么对调查到的制作差异做出反响供给辅导。详细来说，数据可奉告规划和工艺改善方面的反应，并辅导制作测验和潜在牢靠性毛病的前馈决议计划。
电路监控供给商和数据剖析公司都认识到从片上数据取得强壮洞察力的潜力。
“一旦传感器结构集成在芯片规划中，您就能够搜集数据，不只包括整个产品规模，并且还针对每个出产的设备。经过启用嵌入式监控，咱们能够进入芯片生命周期的每个进程。这供给了一个强壮的新时机，能够在制作，测验，封装然后进入使命形式期间对芯片进行评价，终究导致运用寿数停止。”Crosher指出。“这的确使咱们感到振奋，由于咱们正在从芯片内部为规划师和整个职业供给有价值的见地，并生成可用于产品和体系生命周期剖析的有意义的数据。”
西普利卡斯表明同意。“片上功用和牢靠性传感器将这种体系的可调查性带入了芯片自身，并在整个芯片的运用寿数中完成了继续的可调查性。”
