芯片晶圆在掺杂、堆积、刻蚀等制作流程中，会发生纤细工艺误差，导致同晶圆裸片的电路速度、功耗、可靠性呈现差异。
环形振动器由奇数个CMOS反相器闭环串联组成，依托信号继续翻转构成振动。以三级反相器结构为例，信号经过三次反向传输，输入与输出一直相反，完成继续振动作用。
电路振动频率由单级传输推迟和反相器级数决议，计算公式为：振动频率=1/(2×级数×单级传输推迟)。为适配自动化测验设备查验测验需求，职业遍及选用与非门代替首级反相器，添加使能操控功用。使能信号为高电平时电路正常振动，低电平时中止振动，可精准操控测验窗口。
不同CMOS制程的晶体管特性存在必定的差异，直接影响环形振动器的电路设计参数。在130nm至28nm传统平面制程中，PMOS载流子迁移率仅为NMOS的一半，需要将PMOS晶体管宽度设置为NMOS的2至2.5倍，才或许正真的确保电路升降时序均衡。
在16nm至5nm FinFET制程中，三维鳍式结构让PMOS与NMOS载流子迁移率根本相等，晶体管宽度份额可操控在1.0至1.2倍，大幅简化电路设计。3nm及以下盘绕栅极制程，载流子均衡性逐渐提高，可经过纳米片宽度微调优化功用，仅布局规矩和寄生参数提取更为杂乱。
先进制程的环形振动器振动频率可超20GHz，超出惯例自动化测验设备的丈量带宽。为此，职业添加D触发器分频链路，可完成2的N次幂分频，将高频信号降至设备可检测规模。
以32GHz振动信号为例，经过6级触发器64倍分频后，频率降至500MHz，适配惯例测验设备采样规范。调配输出多路选择器，可依据振动器实践频率灵敏调整分频份额，适配不同工况测验需求。
环形振动器工艺监测电路主要有两种布局方法，各有好坏。第一种为裸片有用区域布局，嵌入芯片功用区内部，可匹配芯片实践供电、温度工作环境，数据贴合实在工况，可一起用于晶圆测验和封装后制品测验，缺陷是会占用少数芯片面积。
第二种为划片槽布局，运用晶圆裸片之间的切开区域安置电路，不占用芯片有用面积。但该区域电路会在晶圆切开时被损坏，仅能用于切开前的晶圆测验，大多数都用在工艺管控，没办法完成单颗制品芯片的分级挑选。
单颗芯片可安置多组监测电路，别离适配NMOS、PMOS及均衡CMOS通路，可以精准辨认单一晶体管类型反常导致的工艺误差，防止单一监测电路漏检问题。
该监测计划贯穿芯片两大中心测验环节。首先是晶圆切开前测验，经过探针台触摸裸片，发动振动器收集频率数据，对照分级规范挑选晶圆级不良裸片，防止不良品进入封装环节，节省生产成本。
其次是封装后制品测验，针对嵌入芯片功用区的监测电路，可重复收集频率数据，比照晶圆测验成果，排查封装应力、气温改变带来的功用偏移问题。
量产阶段，厂商依托很多晶圆测验数据树立工艺计算模型，界定极速、慢速、典型等工艺角阈值。依据实测频率对芯片分级：频率超13GHz为极速工艺角，存在漏电危险；频率低于9GHz为慢速工艺角，易呈现时序收敛问题；合格芯片可区分不同速度等级，反常芯片直接符号作废或降级运用。
环形振动器工艺监测电路具有面积小、成本低、适配性强的特色，可直接反映晶体管驱动才能与工艺误差。可以精准捕捉制程、电压、温度带来的功用改变，为CMOS芯片量产阶段的工艺管控、裸片分级、不良挑选供给规范化、高效率的技能支撑，适配全代际CMOS制程工艺。
