Page 53 - 實現系統級效能、功耗與面積的3D-IC小晶片設計

TEST & MEASUREMENT
可以測量電流，但這裡考慮的是在 使用外部旁路電阻條件下，用DMM 進行電壓測量。這種電壓測量模式 通常是功耗測量的首選，因為它允 許自訂旁路電阻的阻值。
以下公式有助於計算DMM在 最壞情況下的精確度:
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公式中，a=讀數(reading)的 ppm，b=量程(range)的ppm。 請注意:不使用歸零條件下，增加 2μV。
圖3:PXIe-5163示波器主要規格。
正如從上述公式中觀察到的， 使 用 容 差 為 1 % 的 電 阻 時，檢 測 電 阻 誤差可以忽略不計。因此，系統設 置可以在位於27μA的精準度內測 量低功耗狀態下的100μA電流消 耗，甚至無需使用DC歸零，只需應 用此技術即可提高精確性。
示波器是第二種經常用於功 率測量的儀器。鑒於其寬頻寬和 高取樣速率，示波器通常是檢測 設備功耗動態變化的首選儀器。 出於說明目的，使用具有1GS/s取 樣速率、200MHz和14位元解析度 的NI PXI-5163示波器。
示波器的規格書(圖3)。
根據測量的電壓降(10μV)，選 用100mV量程。使用上面的公式， 可以估計DMM的電壓測量精準度。 假設DMM在測量後的90天內進行 了自校準，可以使用以下數字:
使用示波器進行低功耗測量
讀數的ppm=27 量程的ppm=7
量程=100mV 預期訊號電壓=10μV 精準度=700nV+2μV=2.7μV 已知儀器精準度為±2.7μV，
請注意，如規格書中所述，當 儀器的電路板溫度自上次校準後 超過±3°C時，還需要考慮DC/DC 漂移。由於溫度變化因儀器而異， 故對此不予考慮，並假設溫度變化 位於±3°C以內。
可以使用歐姆定律、儀器的精準 度和檢測電阻誤差來計算電流讀 數的精準度:
示波器最壞情況下的精準度 計算結果是輸入範圍和垂直偏移 的函數。對於此計算，將使用1MΩ 內阻，因為它更適合測量低電壓。 在本例中，將在電壓僅有10μV的 低功耗模式下評估檢測電阻上的 電壓降。在此測量中，將使用0垂 直偏移和0.25V的滿量程輸入範 圍。計算精準度的公式直接取自
已知儀器精準度為±650μV， 可以使用歐姆定律、儀器的精準度 和檢測電阻誤差來計算電流讀數 的精準度:
• 歐姆定律:I=V/R
• 測量電流誤差=±(2.7uV)/
(100mΩ)=±27μA
• 總電流誤差=測量誤差+檢測
• 歐姆定律:I=V/R
• 電流測量誤差
電阻誤差=±27μA+100nA=
=±(650.01μV)/(100mΩ)=
±27.1μ A
• 功耗誤差=2.7μV×27.1μA=
±6.5mA
• 總誤差=測量誤差+檢測電
73.17pW
阻誤差=±6.5mA+100nA= 2022年4月 | www.eettaiwan.com