集成電路動態去老化的制作方法

領域

本發明涉及集成電路，并且尤其涉及用于對集成電路性能動態地去老化的系統和方法。

背景技術：

集成電路已變得越來越復雜。為改善性能與功率之間的折衷，集成電路可以在不同時間在不同頻率和不同電壓下工作。例如，集成電路可以在包括高性能模式和低性能模式的多個頻率-電壓模式下操作。高性能模式使用高時鐘頻率和高供電電壓，由此提供高性能但也具有高功耗。低性能模式使用低時鐘頻率和低供電電壓，由此提供低功耗但也具有低性能。另外，集成電路內部的多個塊可以在不同頻率和不同電壓下操作。

提供給定時鐘頻率的具體供電電壓可基于各種條件而改變。例如，制造變型可以得到根據同一設計產生的在電壓和頻率之間具有不同關系的不同集成電路。另外，集成電路內電路特性的變動可得到在電壓和頻率之間具有不同關系的集成電路的不同區段。溫度也影響電壓與頻率之間的關系。此外，在供電電壓中可能存在取決于集成電路中各個模塊的操作而改變的壓降。自適應電壓縮放(AVS)可被用于基于感測到的集成電路的性能測量來控制供電電壓。

設備老化(尤其在納米技術中)導致集成電路的電氣參數的變化。例如，晶體管閾值電壓可以通過諸如正偏壓溫度不穩定性(PBTI)和負偏壓溫度不穩定性(NBTI)之類的效應被增大。電路一般隨著老化而更慢地工作。這進一步影響了供電電壓與時鐘頻率之間的關系。老化速率和老化量可隨著集成電路的使用而改變。例如，與用戶的電話在一天中的大部分時間處于待機相比，在用戶整天將電話用于多種任務(諸如文本收發、電話呼叫、流送視頻以及玩游戲)時移動電話可能老化得更多。

現有老化補償方案先驗地估計老化對設備的影響。接著，基于最差情形場景，通過包括大保護頻帶以使得在老化的全部影響使得它們本身表明接近設備的預期工作壽命末尾的情況下設備仍然滿足其設計要求來計及設備老化的影響。這導致保守的設計并且可能導致嚴重的性能損耗。

概述

在一個方面，提供了一種用于感測集成電路的老化的電路。該電路包括：具有第一輸入和第一輸出的第一延遲鏈；具有第二輸入和第二輸出的第二延遲鏈；以及控制模塊，其被配置成將第一延遲鏈和第二延遲鏈置于老化狀態、已老化振蕩狀態、或未老化振蕩狀態。

在一個方面，提供了一種用于對集成電路去老化的方法。該方法包括：用安全電壓和頻率來初始化集成電路的操作；使用系數表中的初始值來啟用集成電路的動態電壓和頻率縮放，該系數表包含針對多個工作頻率的目標性能傳感器測量值；感測集成電路的老化；基于感測到的老化來更新系數表；以及使用經更新的系數表來繼續動態電壓和頻率縮放。

在一個方面，提供了一種集成電路，包括：老化傳感器，其被配置成感測集成電路中的電路系統的老化，其中該老化傳感器使用相同電路來測量已老化和未老化狀況中的電路速度；以及核心功率縮減控制器模塊，其被配置成控制集成電路中使用的供電電壓，其中供電電壓至少部分地基于老化傳感器感測到的老化。

在一個方面，提供了一種集成電路，包括：用于感測集成電路中的電路系統的老化的裝置，其使用相同電路來測量已老化和未老化狀況中的電路速度；以及用于對集成電路去老化的裝置，其被配置成控制集成電路中使用的供電電壓，其中該供電電壓至少部分地基于集成電路感測到的老化。

本發明的其它特征和優點將從通過示例解說本發明的諸方面的以下描述來變得明了。

附圖簡述

本發明的細節(就其結構和操作而言)可通過研究所附的附圖來部分收集，其中類似的附圖標記被用來指代類似的部分，并且其中：

圖1是根據本文所公開的實施例的具有動態去老化的電子系統的功能框圖；

圖2是解說根據本文所公開的實施例的具有動態去老化的集成電路的布局的示圖；

圖3是根據本文所公開的實施例的性能傳感器的功能框圖；

圖4是根據本文所公開的實施例的老化傳感器的示意圖；

圖5是根據本文所公開的實施例的延遲元件的示意圖；

圖6是根據本文所公開的實施例的老化傳感器控制模塊的示意圖；

圖7和8是解說圖4的老化傳感器的操作的波形圖；以及

圖9是根據本文所公開的實施例的用于動態去老化的過程的流程圖。

詳細描述

以下結合附圖闡述的詳細描述旨在作為各種配置的描述，而無意表示可實踐本文中所描述的概念的僅有的配置。本詳細描述包括具體細節以便提供對各種概念的透徹理解。然而，對于本領域技術人員將顯而易見的是，沒有這些具體細節也可實踐這些概念。在一些實例中，以簡化形式示出公知的結構和組件從而避免湮沒此類概念。

圖1是根據本文所公開的實施例的具有動態去老化的電子系統的功能框圖。該系統可以使用一個或多個集成電路來實現。該系統可以例如在移動電話中被使用。

該系統包括執行該系統的操作功能的各個模塊。術語“操作”被用于對可被認為提供電子系統的主要用途的功能與可被認為是輔助性的那些功能進行區分。圖1中解說的示例系統包括處理器模塊120、圖形處理單元(GPU)130、調制解調器模塊140和核心模塊150。處理器模塊120可以提供一般性可編程功能；圖形處理單元130可以提供圖形功能；調制解調器模塊140可以提供通信功能，例如，根據長期演進(LTE)或碼分多址(CDMA)協議的無線通信；而核心模塊150可以提供其它模塊未提供的各種功能。

時鐘生成模塊113接收參考時鐘輸入并且將一個或多個時鐘信號供應到其它模塊。時鐘生成模塊113可包括鎖相環和分頻器以按照各種頻率來供應時鐘信號。時鐘生成模塊113按照由核心功率縮減(CPR)控制器模塊111控制的頻率將時鐘供應到其它模塊。時鐘生成模塊113的所有或部分功能可以位于使用時鐘信號的各個模塊中。

功率管理集成電路(PMIC)115將一個或多個電壓供應到系統中的其它模塊。PMIC 115可包括開關電壓調節器和低壓差調節器。PMIC 115可以是單獨的集成電路。由PMIC 115供應的電壓也受核心功率縮減控制器模塊111控制。系統的各模塊可具有一個供電電壓或多個供電電壓并且多個模塊可以根據共同的供電電壓來操作。

處理器模塊120、圖形處理單元130、調制解調器模塊140和核心模塊150包括性能傳感器。在圖1的示例系統中，處理器模塊120包括兩個性能傳感器121、122；圖形處理單元130包括性能傳感器131；調制解調器模塊140包括性能傳感器141；而核心模塊150包括兩個性能傳感器151、152。每一個性能傳感器包括用于測量電路速度的電路系統。例如，性能傳感器可以對環形振蕩器的振蕩進行計數。每一性能傳感器還包括老化傳感器。老化傳感器測量老化對電路性能的影響。性能傳感器測量傳感器中電路系統的性能特性。盡管集成電路中電路系統的性能可能隨著位置、溫度、壓降、以及其它參數而改變，但由性能傳感器測得的性能可被用于估計性能傳感器附近的類似電路系統的性能。在一實施例中，老化傳感器使用相同的電路來測量老化和未老化狀況中的電路速度。

核心功率縮減控制器模塊111控制系統中各模塊所使用的時鐘頻率和供電電壓。核心功率縮減控制器模塊111可以例如基于處理器模塊120所選的工作模式來控制頻率和電壓。在一實施例中，處理器選擇工作頻率，并且核心功率縮減控制器模塊111確定供電電壓。核心功率縮減控制器模塊111可以基于來自對應模塊中的性能傳感器的性能測量并且基于來自老化傳感器的老化來確定供電電壓。核心功率縮減控制器模塊111可以確定供電電壓，以使得它等于或僅稍微超過(例如，10mV)所選工作頻率所需的最小電壓。在其它實施例中，核心功率縮減控制器模塊111可以僅控制時鐘頻率。替換地或附加地，該系統可控制影響性能的其它參數，諸如基板電壓。核心功率縮減控制器模塊111的示例功能將進一步參考圖9中解說的過程來描述。

不包括動態去老化的現有系統將供電電壓設置為基本上超過保護頻帶量所需的最小電壓的值。保護頻帶量(例如，100mV)被用于補償老化效應(其幅值在任何給定時間都是未知的)，以及其它因素。在現有系統中，針對老化的保護頻帶量是固定的，并且甚至在尚未發生老化時在系統操作開始時就被應用。保護頻帶也與其它參數聯用，諸如時鐘頻率。本文描述的去老化系統和方法消除或減少了用于保護頻帶的性能損耗。

圖2是解說根據本文所公開的實施例的具有動態去老化的集成電路的布局的圖示。集成電路可被用于實現圖1的電子系統。例如，該集成電路可使用互補金屬氧化物半導體(CMOS)工藝來制造。

圖2的集成電路包括位于沿著集成電路邊緣的四個外圍塊210(210a、210b、210c和210d)。集成電路包括作為集成電路內部的大型塊的處理器模塊220、圖形處理模塊230、以及調制解調器模塊240。集成電路的其它功能(諸如由圖1的系統中的核心模塊150提供的那些功能)可以貫穿集成電路的其余區域250散布。圖1的核心功率縮減控制器模塊111也可被實現在集成電路的其余區域250中。

集成電路還包括貫穿集成電路區域間隔開的性能傳感器261。盡管圖2解說了二十個性能傳感器，但集成電路實現可包括數百個性能傳感器。性能傳感器可以例如串聯到核心功率縮減控制器模塊111，或者可以由總線連接。

圖3是根據本文所公開的實施例的性能傳感器的功能框圖。性能傳感器可被用于實現圖1的性能傳感器121、122、131、141、151、152和圖2的性能傳感器261。

圖3的性能傳感器包括多個PVT傳感器311-319。PVT傳感器311-319中的每一者例如通過操作環形振蕩器以產生其頻率指示電路性能的輸出來測量電路性能。PVT傳感器311-319中的不同PVT傳感器可以測量不同各類型電路(例如具有不同類型晶體管的電路)的性能。名稱PVT指的是工藝、電壓和溫度，它們是對電路性能的主要影響因素。

性能傳感器包括老化傳感器330。老化傳感器330可以測量電路老化的效應。老化傳感器330包括可以被(例如，由核心功率縮減控制器模塊111)控制為處于老化狀態、已老化振蕩狀態、或未老化振蕩狀態的延遲線。在一示例實施例中，在老化狀態中，延遲線被保持在靜態供電狀態。延遲線由電路所使用的相同供電電壓來供電，而該電路的老化要由老化傳感器來感測。在已老化振蕩狀態中，延遲線被耦合以產生按照基于已老化電路系統的延遲的頻率進行振蕩的時鐘輸出。在未老化振蕩狀態中，延遲線被耦合以產生按照基于未老化電路系統的延遲的頻率進行振蕩的時鐘輸出。在已老化振蕩狀態和未老化振蕩狀態中使用相同的晶體管。

性能傳感器包括控制模塊320。控制模塊320提供到其它模塊(例如到核心功率縮減控制器模塊111)的接口以傳達感測到的性能測量。控制模塊320還可包括計數器以對PVT傳感器311-319和老化傳感器330的振蕩進行計數。計數器可以計數達已知時間區間以測量PVT傳感器311-319或老化傳感器330中振蕩器的頻率。控制模塊330可以在PVT傳感器311-319未執行測量時致使到PVT傳感器311-319的供電電壓被移除。然而，老化傳感器330在老化狀態期間保持被供電。

圖4是根據本文所公開的實施例的老化傳感器的示意圖。老化傳感器可以實現圖4的老化傳感器330，它可以在圖1的系統和圖2的集成電路中被使用。

圖4的老化傳感器包括第一延遲鏈411和第二延遲鏈412。第一延遲鏈411接收第一輸入AIN并且產生第一輸出A8。第二延遲鏈412接收第二輸入BIN并且產生第二輸出B8。每一延遲鏈包括延遲元件鏈(第一延遲鏈411中的延遲元件450-458以及第二延遲鏈412中的延遲元件470-478)。在所解說的實施例中，每一延遲鏈包括九個延遲元件并且延遲元件是反相器。

老化傳感器包括控制老化傳感器的功能的老化傳感器控制模塊425。老化傳感器控制模塊425還產生能夠指示已老化電路和未老化電路兩者的性能的時鐘輸出(CLKOUT)。老化傳感器控制模塊425接收運行控制輸入(RUN)。當運行控制輸入為低時，老化傳感器不在運行(老化狀態)，并且延遲鏈(也被稱為延遲線)被保持在特定狀態中以使延遲元件老化。當運行控制輸入為高時，延遲鏈被耦合以形成其頻率通過老化被減緩的環形振蕩器(已老化振蕩狀態)，或者被耦合以形成其頻率不通過老化被減緩的環形振蕩器(未老化振蕩狀態)。對已老化振蕩狀態或未老化振蕩狀態的選擇由MIN/MAX控制輸入來控制。

在圖4中解說的實施例中，四個復用器被用于將延遲鏈置于老化狀態、已老化振蕩狀態、或未老化振蕩狀態。在圖4的老化傳感器中，復用器從輸入到輸出進行反相。其它實施例可以使用非反相復用器。

復用器441在第一延遲鏈的輸出(A8)(當處于運行狀態中時)與靜態低電壓(當不處于運行狀態中時)之間進行選擇。復用器461在第二延遲鏈的輸出(B8)(當處于運行狀態中時)與靜態高電壓(當不處于運行狀態中時)之間進行選擇。

復用器440在復用器441的輸出(AOUT)與復用器461的輸出(BOUT)之間進行選擇以供應第一延遲鏈411的輸入(AIN)。復用器460在復用器441的輸出(AOUT)與復用器461的輸出(BOUT)之間進行選擇以供應第二延遲鏈412的輸入(BIN)。由復用器440執行的選擇受到由老化傳感器控制模塊425供應的第一控制信號(INITA)的控制，而由復用器460執行的選擇受到由老化傳感器控制模塊425供應的第二控制信號(INITB)的控制。

在老化狀態中，第一延遲鏈411的輸入具有第一邏輯值，而第二延遲鏈412的輸入具有作為第一邏輯值的補的第二邏輯值。在圖4的實施例中，第一邏輯值為高而第二邏輯值為低。

在老化狀態中，復用器441選擇低電壓輸入并且AOUT為高，而復用器461選擇高電壓輸入并且BOUT為低。老化傳感器控制模塊425產生第一控制信號(INITA)為高。因而，復用器440選擇BOUT(其為低)并且復用器輸出(AIN)為高。老化傳感器控制模塊425產生第二控制信號(INITB)為低。因而，復用器460選擇AOUT(其為高)并且復用器輸出(BIN)為低。這導致第一延遲鏈411和第二延遲鏈412被保持在互補狀態中，其中交替的延遲元件具有互補輸出。具體地，在第一延遲鏈411中，第一延遲元件450的輸出(A0)為低，第二延遲元件451的輸出(A1)為高，第三延遲元件452的輸出(A2)為低，并且以此類推直到第九延遲元件458的輸出(A8)為低。而在第二延遲鏈412中，第一延遲元件470的輸出(B0)為高，第二延遲元件471的輸出(B1)為低，第三延遲元件472的輸出(B2)為高，并且以此類推直到第九延遲元件478的輸出(B8)為高。

延遲元件上的靜態電壓趨向于使延遲元件老化，以使得到已老化狀態的轉變被減緩。例如，第一延遲元件450的輸出(A0)在老化期間為低，并且該輸出上的下降轉變將通過老化效應被減緩。類似地，第二延遲元件451的輸出(A1)在老化期間為高，并且該輸出上的上升轉變將通過老化效應被減緩。由于上升和下降轉變逐延遲元件進行交替并且受到老化影響的轉變同樣逐延遲元件進行交替，因此整個延遲鏈針對延遲鏈的輸入上的相同轉變受到老化的影響。第一延遲鏈411針對其輸入上的上升轉變被老化減緩。類似地，第二延遲鏈412針對其輸入上的下降轉變被老化減緩。

在已老化振蕩狀態中，老化傳感器控制模塊425控制第一和第二控制信號，以使得延遲鏈以包括第一延遲鏈411中針對其輸入上的上升轉變的延遲以及第二延遲鏈中針對其輸入上的下降轉變的延遲的時間段來進行振蕩。在已老化振蕩狀態中的操作在圖7的波形圖中被解說。在波形的開頭，運行控制輸入RUN為低，并且延遲鏈處于老化狀態，其中第一延遲鏈的輸入(AIN)為高而第二延遲鏈的輸入(BIN)為低。

在時間701，運行控制輸入切換為高，并且MIN/MAX控制輸入為高，以使得老化傳感器進入已老化振蕩狀態。第一控制信號(INITA)切換為高，以使得復用器440切換并且第一延遲鏈411的輸入(AIN)切換為低。第一延遲鏈411的輸入上的下降轉變傳播通過延遲鏈并且通過復用器441抵達AOUT，AOUT在時間702下降。此時，來自老化傳感器控制模塊425的第一和第二控制信號兩者均為低，以使得AOUT被選擇并且兩個延遲鏈的輸入上升(AOUT的下降由復用器440和460進行反相)。

延遲鏈的輸入上的上升轉變并發地傳播通過兩個延遲鏈。第一延遲鏈411中針對其輸入上的上升轉變的延遲被老化減緩。第二延遲鏈412中針對其輸入上的上升轉變的延遲未被老化減緩。在時間703，第二延遲鏈412的輸入上的上升傳播直到其輸出，并且在時間704，第一延遲鏈411的輸入上的上升傳播直到其輸出。時間704與時間703之差就是老化效應。在圖7中，延遲差被夸大以清楚地解說該效應。

在時間703之前，來自老化傳感器控制模塊425的第一和第二控制信號被設置成使得復用器440和復用器460選擇AOUT(來自針對上升輸入受到老化影響的延遲鏈)。因而，在時間704之后，兩個延遲鏈的輸入下降(AOUT的上升由復用器440和復用器460進行反相)。

延遲鏈的輸入上的上升轉變并發地傳播通過兩個延遲鏈。第一延遲鏈411中針對其輸入上的下降轉變的延遲未被老化減緩。第二延遲鏈412中針對其輸入上的下降轉變的延遲被老化減緩。在時間705，第一延遲鏈411的輸入上的下降傳播直至其輸出，并且在時間706，第二延遲鏈412的輸入上的下降傳播直至其輸出。時間706與時間705之差就是老化效應。

在時間705之前，來自老化傳感器控制模塊425的第一和第二控制信號被設置成使得復用器440和復用器460選擇BOUT(來自針對下降輸入受到老化影響的延遲鏈)。因而，兩個延遲鏈的輸入上升，并且延遲鏈的一次振蕩完成。信號變換序列接著如所描述的從時間702開始重復。

在時間709，運行控制輸入切換為低，并且老化傳感器切換回老化狀態。圖7中的已老化振蕩狀態僅持續若干次振蕩，但在集成電路中，已老化振蕩狀態可以持續例如數百或數千次振蕩。

老化傳感器控制模塊425可以使用來自延遲鏈中點的信號對其對復用器440和復用器460的控制信號進行時間轉變。例如，每一延遲鏈中的第四延遲元件的輸出(A3、B3)可以在邏輯上被與非(NAND)以產生時鐘輸出CLKOUT。時鐘輸出接著可以被用于生成控制信號(INITA、INITB)。

在已老化振蕩狀態(從時間701到時間709)中，時鐘輸出的時間段將第一延遲鏈中針對其輸入上的上升轉變的延遲與第二延遲鏈中針對其輸入上的下降轉變的延遲進行組合。這些情形中的每一者通過老化被減緩，以使得振蕩頻率可被用于測量已經發生的老化的量。

在未老化振蕩狀態中，老化傳感器控制模塊425控制第一和第二控制信號，以使得延遲鏈以包括第一延遲鏈411中針對其輸入上的下降轉變的延遲以及第二延遲鏈中針對其輸入上的上升轉變的延遲的時間段來進行振蕩。未老化振蕩狀態中的操作在圖8的波形圖中被解說。在波形的開頭，運行控制輸入RUN為低，并且延遲鏈處于老化狀態，其中第一延遲鏈的輸入(AIN)為高而第二延遲鏈的輸入(BIN)為低。

在時間801，運行信號切換為高，并且MIN/MAX控制信號為低，以使得老化傳感器進入未老化振蕩狀態。第一控制信號(INITA)切換為低，以使得復用器440切換并且第一延遲鏈411的輸入(AIN)切換為低。第一延遲鏈411的輸入上的下降轉變傳播通過延遲鏈并且通過復用器441抵達AOUT，AOUT在時間802下降。此時，來自老化傳感器控制模塊425的第一和第二控制信號兩者均為低，以使得AOUT被選擇并且兩個延遲鏈的輸入上升(AOUT的下降由復用器440和460進行反相)。

延遲鏈的輸入上的上升轉變并發地傳播通過兩個延遲鏈。第一延遲鏈411中針對其輸入上的上升轉變的延遲被老化減緩。第二延遲鏈412中針對其輸入上的上升轉變的延遲未被老化減緩。在時間803，第二延遲鏈412的輸入上的上升傳播直至其輸出，并且在時間804，第一延遲鏈411的輸入上的上升傳播直至其輸出。時間804與時間803之差就是老化效應。在圖8中，延遲差被夸大以清楚地解說該效應。

在時間803之前，來自老化傳感器控制模塊425的控制信號被設置成使得復用器440和復用器460選擇BOUT(來自未針對上升輸入受到老化影響的延遲鏈)。因而，在時間803之后，兩個延遲鏈的輸入下降(AOUT的上升由復用器440和復用器460進行反相)。

延遲鏈的輸入上的上升轉變并發地傳播通過兩個延遲線。第一延遲鏈411中針對其輸入上的下降轉變的延遲未被老化減緩。第二延遲鏈412中針對其輸入上的下降轉變的延遲被老化減緩。在時間805，第一延遲鏈411的輸入上的下降傳播直至其輸出，并且在時間806，第二延遲鏈412的輸入上的下降傳播直至其輸出。時間806與時間805之差就是老化效應。

在時間805之前，來自老化傳感器控制模塊425的控制信號被設置成使得復用器440和復用器460選擇AOUT(來自未針對下降輸入受到老化影響的延遲鏈)。因而，兩個延遲鏈的輸入上升，并且延遲鏈的一次振蕩完成。信號變換序列接著如所描述的從時間802開始重復。

在時間809，運行控制輸入切換為低，并且老化傳感器切換回老化狀態。圖8中的未老化振蕩狀態僅持續若干次振蕩，但在集成電路中，已老化振蕩狀態可以持續例如數百或數千次振蕩。

老化傳感器控制模塊425可以使用如根據已老化振蕩狀態所描述的來自延遲鏈中點的信號對其對復用器440和復用器460的控制信號進行時間轉變。

在未老化振蕩狀態(從時間801到時間809)中，時鐘輸出的時間段將第一延遲鏈中針對其輸入上的下降轉變的延遲與第二延遲鏈中針對其輸入上的上升轉變的延遲進行組合。這些情形中的每一者未被老化減緩，以使得振蕩頻率可被用于指示已經發生的老化的量。在一些情形中，老化的效應可以增大未老化振蕩狀態中的振蕩頻率。

圖5是根據本文所公開的實施例的延遲元件的示意圖。延遲元件可被用于實現圖4的老化傳感器的延遲鏈中的延遲元件。圖5的延遲元件接收輸入(IN)并且產生經反相的輸出(OUT)。

延遲元件是包括三個p溝道晶體管511、512、513的反相器，這三個p溝道晶體管511、512、513的源極和漏極被串聯連接在供電電壓與輸出之間。p溝道晶體管511、512、513的柵極連接到輸入。延遲元件包括三個n溝道晶體管521、522、523，這三個n溝道晶體管521、522、523的源極和漏極被串聯連接在接地參考與輸出之間。n溝道晶體管521、522、523的柵極連接到輸入。對晶體管的串聯使用可以增加延遲元件的延遲，以使得老化傳感器中的延遲鏈可具有較少的級。例如，取決于感興趣的特定老化效應，也可使用許多其它類型的延遲元件。

圖6是根據本文所公開的實施例的老化傳感器控制模塊的示意圖。老化傳感器控制模塊可被用于實現圖4的老化傳感器的老化傳感器控制模塊425。圖6中解說的電路是示例性的，并且可以用其它方式來實現相同或相似的功能。

老化傳感器控制模塊使用NAND門611和緩沖器615來從延遲鏈中點(A3、B3)和運行控制輸入(RUN)產生時鐘輸出。NAND門631和NAND門632形成設置-重置鎖存器，該鎖存器在運行控制輸入為低時被初始化并且在時鐘輸出上升時被翻轉。NAND門631的輸出將為低，同時運行控制輸入為低(在老化狀態中)并且隨后將在時鐘輸出的第一個下降沿之際轉變為高。

異或門621被用于基于時鐘輸出與由MIN/MAX控制輸入所確定的控制信號(INITA、INITB)的極性來翻轉控制信號(INITA、INITB)。控制信號上的轉變開始(在運行控制信號的上升之后)由NAND門622啟用。第一控制信號(INITA)由NAND門641緩沖，NAND門641還控制老化狀態期間(當運行控制輸入為低時)第一控制信號的值。第二控制信號(INITB)由反相器642緩沖。

圖9是根據本文所公開的實施例的用于動態去老化的過程的流程圖。該過程可以由例如圖1的電子系統中的核心功率縮減控制器模塊111來執行。

該過程使用老化傳感器，例如，圖4的老化傳感器。已老化振蕩狀態中的振蕩頻率(F_已老化)和未老化振蕩狀態中的振蕩頻率(F_未老化)被測量并且被用于對相關聯電路的操作去老化(補償老化)。傳感器可以被簡略稱為環形振蕩器或RO。該過程使用由老化傳感器所測得的老化以及操作電路的老化之間所確定的關系，以使得老化傳感器中測得的老化可被用于補償操作電路的老化。該過程將針對一個域(具有共同供電電壓的操作電路模塊)更詳細地描述，但應理解，該過程可用于能夠各自以多個頻率操作的多個域。

老化傳感器測得的老化與操作電路的老化之間的關系可以通過實際集成電路的表征測試來確定。例如，集成電路可以在各個溫度、頻率和電壓處操作，而老化傳感器的性能以及集成電路的操作模塊的性能隨著時間被測量。

在動態去老化過程或在該過程的描述中使用的概念和變量在下文中定義。

老化RO降級(ARD)反映了由于老化傳感器中的環形振蕩器的老化而導致的降級。ARD將傳感器老化表達為因老化引起的傳感器振蕩頻率中的百分比變化。在一實施例中，ARD＝(F_未老化–F_已老化)/F_未老化+AED(以百分比計)。F_未老化是老化傳感器在未老化振蕩狀態中的頻率，它對晶體管老化不敏感；F_已老化是老化傳感器在已老化振蕩狀態中的頻率，它對老化敏感并且將會隨著晶體管降級而逐漸減緩。因此，ARD將隨著晶體管老化而逐漸增加。對于具有多個老化傳感器的域，ARD是來自該域中所有老化傳感器的最大測量值。ARD應當>＝0。這可以使用AED以使負值偏移來達成。替換地或附加地，該過程可以將負ARD值設為零。ARD可以是電壓相關的：ARD一般隨著測量電壓降低而增加。

老化誤差分布(AED)指示在時間0(老化之前)ARD測量中的系統性隨機變動。理想地，ARD(在時間＝0)應當為0，但ARD可以是具有以0為中心的分布的小隨機值。因為ARD是來自域中所有老化傳感器的最大測得值，所以很有可能ARD(在時間＝0)>＝0而不是為負。在時間0，ARD>＝0是好的，但如果在時間0，ARD<0，則AED被用于保護頻帶ARD。如果在時間＝0的產品表征期間，域的ARD為負，則其最差情形下的絕對值將設置AED值。

老化縮放比(ASR)指示傳感器老化與相關聯域中的操作電路的老化之間的關系。操作電路的老化可以被表達為那些電路的最大工作頻率(F_max)的改變。該過程可以設置ASR＝F_max降級/ARD。F_max降級是域中的電路針對特定狀況的最大工作頻率的改變量。單元級ASR值可以從產品高溫工作壽命(HTOL)測試單元收集，其中最差讀出值(在HTOL測試中作出的多個讀出值之中)被用作給定域中的電路的ASR值。一個ASR值可以從產品HTOL測試期間的多次讀出來確定。替換地，例如降級表中的多個ASR值可以被使用。

電壓到頻率縮放因子指示操作電路的電壓與最大工作頻率之間的關系。電壓到頻率縮放因子可以被表達為F_max百分比電壓(VPF)，其指示在域中遞送1％的F_max增加所需的電壓增加的量。VPF可以根據產品表征來確定。針對給定域測得的最高VPF值應當被使用。VPF可以是電壓相關的。電壓可以被劃分到具有所使用的多個VPF值或用于所有電壓的最高VPF值的范圍中。

老化保護頻帶(AGB)是補償晶體管降級以維護域的電路的F_max所需的電壓增加的量。該過程可以設置AGB＝VPF*ASR*ARD。AGB可以在每一次ARD測量之后被更新。AGB可以是電壓相關的。該過程可以使用不同電壓范圍的多個AGB值或者可以縮放一個AGB值以供在其它電壓處使用。

老化目標附加(ATA)是從AGB轉換的值，該過程可以使用ATA來更新指示相關聯的操作模塊要以各個頻率操作需要什么性能傳感器測量值的系數表。這一轉換將AGB值(其指示電壓中的老化補償的量)映射到目標性能傳感器值。這一映射可以使用例如供電電壓與從集成電路表征獲得的性能傳感器測量之間的關系。ATA值更新系數表值以補償老化降級。例如，指示相關聯的操作模式要以特定頻率操作所需的特定性能傳感器測量值的系數表值可以被增加。在不使用上述系數表的系統中，ATA值的轉換可以被略去，或者由適于該系統的其它計算來取代。

圖9的過程解說了可如何使用以上的去老化信息來操作集成電路。為了清楚說明，該過程針對單個域來進行描述，但應當理解該過程可用于多個域的去老化。

在框910中，用安全電壓和頻率來初始化集成電路。電壓和頻率的這一組合具有用于集成電路在所有預期狀況下的可靠操作的足夠保護頻帶。預期狀況可包括集成電路被指定操作的所有狀況。安全電壓和頻率允許針對最差情形老化的集成電路的可靠操作。

在框920中，該過程使用系數表中的初始值來啟用集成電路中的動態電壓和頻率縮放。系數表包含關于各個工作頻率的目標性能傳感器測量值。動態電壓和頻率縮放操作的一個示例包括，測量性能以獲得性能傳感器測量，在糾正表中查找當前工作頻率以獲得對應的目標性能傳感器測量值，以及基于性能傳感器測量的相對值與目標值有條件地調整電壓。如果例如性能傳感器測量小于目標值，則電壓可以被提升以增加電路速度。系數表中的初始值包括針對集成電路的壽命結束(EOL)老化的足夠的保護頻帶。初始值可以由集成電路的表征來確定。壽命結束老化的保護頻帶可以通過使用初始ATA值而受到影響。該過程接著繼續基于感測到的老化來執行去老化。

在框930中，該過程測量集成電路的老化。框930可包括根據ARD＝(F_未老化–F_已老化)/F_未老化+AED來測量ARD。在一實施例中，F_已老化是在F_未老化之前測量的。這可以避免或最小化當老化傳感器振蕩以執行測量時可能發生的老化的相反效應。該過程可以隨后根據AGB＝VPF*ASR*ARD來計算AGB。AGB在正常(非待機)模式中被計算。該過程接著可以計算ATA以替換初始(或當前)ATA。在一實施例中，該過程將ATA的量限于最大壽命結束值，它可以通過集成電路的表征來確定。在各個實施例中，ARD可以在固定電壓或在與老化傳感器相關聯的當前使用的工作電壓處測量。

在框940中，該過程基于在框930中感測到的老化來更新系數表。一過程可以針對一個頻率、所有頻率、或一頻率范圍來更新系數表。替換地，該過程可以在啟用動態電壓和頻率縮放之前更新系數表。在另一替換方案中，針對初始化工作頻率更新系數表，啟用動態電壓和頻率縮放，并且接著更新全部系數表。

在框950中，集成電路在來自框940的經更新的系數表下使用動態電壓和頻率縮放來操作。

周期性地，該過程返回到框930和940以進一步針對老化效應更新系數表。該過程可以基于計時器的期滿來更新系數表。更新的時間段可以是例如1分鐘、10分鐘或按小時計。更新之間的時間段可以隨著時間而改變，例如隨著集成電路老化而越來越不頻繁地更新。附加地或替換地，該過程可以基于集成電路或集成電路的工作模塊的操作模式的改變來更新系數表。例如，在集成電路從工作模式切換到待機模式或者相反時，系數表可以被更新。

例如，用于動態去老化的過程可通過添加、省略、重排序或更改框來修改。例如，該過程可以通過調整時鐘頻率(或其它性能參數)來去老化。在此類實施例中，該過程可以使用電壓到頻率縮放因子來略去計算。另外，諸框可并發地執行。

盡管本發明的各實施例在上文針對特定實施例來描述，但本發明的許多變型是可能的。例如，各個組件的數目可以被增加或減少。所述系統和方法可以取決于集成電路中最重要的特定老化效應而被修改。老化傳感器可以根據集成電路的具體制造技術來定制。集成電路可以包含多個老化傳感器以測量多個老化效應。另外，各實施例的特征可以在與以上描述的不同的組合中進行組合。

本領域技術人員將領會結合本文公開的實施例所描述各種示例性框和模塊能以各種形式實現。一些框和模塊已經在上文以其功能性的形式作了一般化描述。此類功能性如何被實現取決于加諸于整體系統上設計約束。技術人員對于每種特定應用可用不同的方式來實現所描述的功能性，但這樣的實現決策不應被解讀成導致脫離了本發明的范圍。另外，對一個模塊或框內的功能的分組是為了便于描述。具體功能可以從一個模塊或框中移動，或者跨各個模塊或框分布而不背離本發明。

結合本文所公開的實施例描述的各種解說性邏輯框以及模塊可用設計成執行本文中描述的功能的通用處理器、數字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)或其他可編程邏輯器件、分立的門或晶體管邏輯、分立的硬件組件、或其任何組合來實現或執行。通用處理器可以是微處理器，但在替換方案中，處理器可以是任何處理器、控制器、微控制器、或狀態機。處理器還可以被實現為計算設備的組合，例如DSP與微處理器的組合、多個微處理器、與DSP核心協作的一個或多個微處理器、或任何其他此類配置。

結合本文所公開的實施例描述的方法或算法的各個步驟可直接用硬件、由處理器執行的軟件模塊或這兩者的組合來實現。軟件模塊可駐留在RAM存儲器、閃存、ROM存儲器、EPROM存儲器、EEPROM存儲器、寄存器、硬盤、可移動盤、CD-ROM、或任何其它形式的存儲介質中。示例性存儲介質可被耦合到處理器以使得該處理器能從/向該存儲介質讀寫信息。在替換方案中，存儲介質可以被整合到處理器。處理器和存儲介質可駐留在ASIC中。

提供前面對所公開的實施例的描述是為了使本領域任何技術人員皆能制作或使用本發明。對這些實施例的各種修改對本領域技術人員來說將是顯而易見的，且本文所描述的一般原理可被應用于其它實施例而不背離本發明的精神或范圍。因此，應理解本文給出的描述和附圖表示當前優選實施例并且代表本發明所廣泛地構想的主題。將進一步理解本發明的范圍完全涵蓋可對本領域技術人員顯而易見的其他實施例，并且本發明的范圍相應地除了所附權利要求之外不受任何限制。