DE10136714C1 - Integrated digital circuit has unit for checking signal in circuit for error during normal mode, changing to special mode with lower operating frequency and failure probability if error detected - Google Patents

Integrated digital circuit has unit for checking signal in circuit for error during normal mode, changing to special mode with lower operating frequency and failure probability if error detected

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DE10136714C1 DE2001136714 DE10136714A DE10136714C1 DE 10136714 C1 DE10136714 C1 DE 10136714C1 DE 2001136714 DE2001136714 DE 2001136714 DE 10136714 A DE10136714 A DE 10136714A DE 10136714 C1 DE10136714 C1 DE 10136714C1
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Abstract

The integrated digital circuit has a unit for checking a signal in the digital circuit for an error during a normal operating mode of the circuit and for changing over to a special mode with a lower than normal operating frequency if an error is detected. The special operating mode has a lower failure probability than the normal operating mode. AN Independent claim is also included for the following: a method of operating an inventive device.

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte Digitalschaltung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer integrierten Digitalschaltung.The invention relates to an integrated digital circuit and a method for operating an integrated Digital circuit.

Integrierte Digitalschaltungen werden zunehmend höher integriert und arbeiten mit zunehmend höheren Betriebsfrequenzen. Dieser Trend führt einerseits zu immer leistungsfähigeren Digitalschaltungen auf immer kleinerer Fläche und damit zu neuen Anwendungen.Integrated digital circuits are becoming increasingly higher integrated and working with increasingly higher ones Operating frequencies. On the one hand, this trend always leads more powerful digital circuits on smaller and smaller ones Area and thus to new applications.

Andererseits werfen höhere Integration und höhere Betriebsfrequenz Probleme auf.On the other hand, higher integration and higher throw Operating frequency problems.

Bei digitalen Logikschaltungen mit Strukturgrößen unterhalb 0,25 µm stellt das Übersprechen von benachbarten Leiterbahnen auf dem Chip der integralen Schaltungsanordnung eine erhebliche Störgröße für den Signalverkehr innerhalb der Logikschaltung dar. Wenn die Logikschaltung mit einer Betriebsfrequenz von 1 GHz und darüber getaktet wird, können durch kapazitive Einkopplung von Störsignalen fehlerhafte Nutzsignale auf dem Chip auftreten.For digital logic circuits with structure sizes below 0.25 µm represents the crosstalk from neighboring conductor tracks on the chip of the integral circuit arrangement considerable disturbance for the signal traffic within the Logic circuit. If the logic circuit with a Operating frequency of 1 GHz and above is clocked faulty due to capacitive coupling of interference signals Useful signals occur on the chip.

Gemäß [1] wurden zur Behebung von fehlerbehafteten Nutzsignalen einer integrierten digitalen Logikschaltung sogenannte Repeater-Bausteine in den Signalpfad eingebracht. Diese Repeater-Bausteine werden nach relativ kurzen Signalabschnitten in den Signalpfad eingebracht und frischen das gestörte Signal auf.According to [1] were used to correct errors Useful signals of an integrated digital logic circuit so-called repeater modules are introduced into the signal path. These repeater modules are after relatively short Signal sections introduced into the signal path and fresh the disturbed signal.

Alternativ oder zusätzlich können gemäß [1] Abschirmleitungen zwischen signalführenden Leitungen vorgesehen werden. Alternatively or additionally, shielding cables can be used according to [1] be provided between signal-carrying lines.  

Beide Lösungen zeichnen sich durch einen erhöhten Platzbedarf aus und bewirken eine signifikante Vergrößerung der Chipfläche, insbesondere, wenn Repeater-Bausteine oder Abschirmleitungen flächendeckend und systematisch eingesetzt werden.Both solutions are characterized by an increased space requirement and cause a significant increase in the Chip area, especially if repeater modules or Shielding cables are used across the board and systematically become.

Zur Fehlererkennung auf einem Chip können redundante Systeme verwendet werden, bei denen alle kritischen Schaltungsblöcke doppelt ausgelegt sind, und bei denen die Ergebnisse von zwei gleichen Blöcken miteinander verglichen werden, siehe [2].Redundant systems can be used to detect errors on a chip are used in which all critical circuit blocks are interpreted twice, and where the results of two same blocks are compared with each other, see [2].

Es ist dabei aber nicht möglich, fehlerhafte Signale durch eine Wiederholung des Übertragungsvorgangs in korrekter Form zu erhalten, da das Übersprechen kein statistisch bestimmter Vorgang ist. Bei einer erneuten Übertragung des gleichen Signals unter gleichen Bedingungen können die Fehler in gleicher Weise erneut auftreten.However, it is not possible to detect faulty signals a repeat of the transfer process in the correct form to get because the crosstalk is not a statistical one Process is. When retransmitting the same Signals under the same conditions can cause errors in occur again in the same way.

In Dokument [5] ist ein Framework für eine digitale Signalverarbeitung (DSP) beschrieben, wobei eine zugeführte Spannung über eine kritische Spannung hinaus skaliert wird, die erforderlich ist, die kritische Verzögerung aufgrund der Übertragungswege und die Durchlaufleistung in Übereinstimmung zu bringen. Dabei wird ein verrauschtes Spannungssignal, das mittels eines Filters erzeugt worden ist, auf einen Vorwärts- Prediktor vom Grad Np mit geringer Komplexität aufgeschaltet, der eine Vorhersage-Ausgabe erzeugt, wobei für ein Eingangssignal (n) aus den vorangegangenen Signalen (n - 1), (n - 2), . . ., (0) ein Vorhersage-Signal p(n) mittels der Formel:
Document [5] describes a framework for digital signal processing (DSP), in which a supplied voltage is scaled beyond a critical voltage that is required to match the critical delay due to the transmission paths and the throughput performance. In this case, a noisy voltage signal, which has been generated by means of a filter, is applied to a forward predictor of degree N p with low complexity, which generates a prediction output, whereby for an input signal (n) from the previous signals (n-1 ), (n - 2),. , ., (0) a prediction signal p (n) using the formula:

ermittelt wird, dessen Wert dann vom Wert von (n) subtrahiert wird, womit ein Vorhersagefehler ermittelt wird. Dieser Wert wird dann einem Entscheiderblock zugeführt. In dem Entscheiderblock wird ermittelt, ob der Wert (n) fehlerhaft war. is determined, the value of which is then the value of (n) is subtracted, which is used to determine a prediction error. This value is then fed to a decision block. In the decision block is determined whether the value (s) was faulty.  

In Dokument [6] ist ein System beschrieben, das eine Prüf­ einheit aufweist, mittels der ermittelt wird, ob die Ausgabe einer kombinatorischen Einheit und der Wert der Zustandsvariable eines zeitlich nachfolgenden Zeittaktes als Ausgabe dieser Einheit fehlerbehaftet sind oder nicht, wobei bei einer Fehlererkennung der Takt für die Schaltung abgeschaltet (auf logisch "0" gesetzt) wird, sodass die Schaltung solange deaktiviert wird, bis die Ausgaben der kombinatorischen Einheit korrekt sind. Die Prüfeinheit ist eingangsseitig mit den Ausgängen der Prüfeinheit und ausgangsseitig mit einer Wandlereinheit gekoppelt, die die Ausgaben der Prüfeinheit in einen Bitwert abhängig von den Ausgaben der Prüfeinheit umwandelt. Die Wandlereinheit wiederum ist ausgangsseitig mit einem Signalspeicher gekoppelt, der die Ausgabe der Wandlereinheit zwischenspeichert und ausgangsseitig mit einem UND-Gatter gekoppelt ist, an dessen zweiten Eingang der Takt als Arbeitstaktsignal angelegt wird und das ausgangsseitig mit dem Takteingang der kombinatorischen Einheit gekoppelt ist, wodurch die Taktung der kombinatorischen Einheit gesteuert wird.In document [6] a system is described that a test unit by means of which it is determined whether the output a combinatorial unit and the value of State variable of a subsequent time cycle as Output of this unit are faulty or not, whereby in the event of an error detection, the clock for the circuit is switched off (set to logic "0"), so that the Circuit is deactivated until the output of the combinatorial unit are correct. The test unit is on the input side with the outputs of the test unit and coupled on the output side to a converter unit which converts the Output of the test unit in a bit value depending on the Converts outputs of the test unit. The converter unit in turn is on the output side with a signal memory coupled to the output of the converter unit buffered and on the output side with an AND gate is coupled, at the second input of the clock as Working clock signal is applied and the output side with is coupled to the clock input of the combinatorial unit, which controls the timing of the combinatorial unit becomes.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine integrierte Digitalschaltung und ein Verfahren zum Betrieb einer Digitalschaltung anzugeben, mit deren Hilfe auf einfache und dennoch zuverlässige Weise eine fehlerfreie Signalübertragung gewährleistet werden kann.The object of the invention is therefore an integrated Digital circuit and a method of operating a Specify digital circuit with the help of simple and nevertheless reliable way of error-free signal transmission can be guaranteed.

Der die Vorrichtung betreffende Teil der Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.The part of the task relating to the device is performed by solved the features of claim 1.

Dabei enthält eine integrierte Digitalschaltung eine Einheit zum Überprüfen eines Signals der Digitalschaltung auf einen Fehler während eines Normalbetriebsmodus der Digitalschaltung. An integrated digital circuit contains one unit to check a signal of the digital circuit for a Error during normal operating mode of the Digital circuit.  

Gewöhnlich weist der Normalbetriebsmodus eine hohe Betriebsfrequenz auf. Vorzugsweise kann eine Betriebsfrequenz zwischen 400 MHz und 6 GHz vorgesehen sein, welche zu Übersprecheffekten führen kann. Usually the normal operating mode has a high one Operating frequency. Preferably an operating frequency be provided between 400 MHz and 6 GHz, which too Crosstalk effects can result.  

Zum Erkennen eines Fehlers kann das zu überprüfende Signal mit einem fehlererkennenden Code versehen sein, in einfachster Ausgestaltung mit einem Parity Check Bit.The signal to be checked can be used to detect an error be provided with an error-detecting code, in simplest design with a parity check bit.

Die Einheit ist dabei ausgebildet zum Umschalten auf einen Sonderbetriebsmodus, wenn ein Fehler erkannt wird.The unit is designed to switch to one Special operating mode when an error is detected.

Der Sonderbetriebsmodus weist gegenüber dem Normalbetriebsmodus eine geringere Störanfälligkeit auf. Dadurch ist das Auftreten von Fehlern weitestgehend auf den Normalbetriebsmodus beschränkt.The special operating mode points towards that Normal operating mode has a lower susceptibility to faults. As a result, the occurrence of errors is largely due to the Normal operating mode limited.

Der Sonderbetriebsmodus zeichnet sich gegenüber dem Normalbetriebsmodus vorteilhafterweise durch eine geringere Betriebsfrequenz aus. Dabei liegt die Betriebsfrequenz des Sonderbetriebsmodus im Bereich von etwa 20 bis 80 Prozent der Betriebsfrequenz des Normalbetriebsmodus.The special operating mode is distinguished from that Normal operating mode advantageously by a lower one Operating frequency off. The operating frequency of the Special operating mode in the range of about 20 to 80 percent of the Operating frequency of the normal operating mode.

Da mit steigender Betriebsfrequenz das Ausmaß des Übersprechens ansteigt, kann mit einer reduzierten Betriebsfrequenz ein Betrieb der Digitalschaltung erreicht werden, bei dem das Übersprechen und damit auch die Fehlerquote der Signale gering gehalten oder sogar ausgeschlossen werden kann.Since with increasing operating frequency the extent of Crosstalk increases with a reduced Operating frequency an operation of the digital circuit reached in which the crosstalk and thus also the Error rate of the signals kept low or even can be excluded.

Die Erfindung löst das Problem des Übersprechens also durch die Verwendung zweier Betriebsmodi und insbesondere durch Verwendung zweier Taktfrequenzen zur Realisierung von fehlertoleranten IC-Schaltungen.The invention solves the crosstalk problem the use of two modes of operation and in particular Use of two clock frequencies to implement fault-tolerant IC circuits.

Die erste - höhere - Taktfrequenz erlaubt sehr schnelle Verarbeitungsgeschwindigkeiten, hat jedoch eine gewisse von Null verschiedene Fehlerwahrscheinlichkeit bezüglich ihrer Signale aufgrund der kapazitiven Einkopplung zwischen benachbarten Leitungen. The first - higher - clock frequency allows very fast Processing speeds, however, has a certain of Zero different probability of error regarding their Signals due to the capacitive coupling between neighboring lines.  

Die zweite Taktfrequenz ist signifikant niedriger. Sie führt zu einer langsameren Verarbeitungsgeschwindigkeit, gewährleistetet aber eine fehlerfreie Signalübertragung.The second clock frequency is significantly lower. she leads to a slower processing speed, but ensures error-free signal transmission.

Bei der Digitalschaltung wird nun das zu überwachende Signal - zumindest während des Normalbetriebsmodus - laufend auf transiente Fehler überprüft, vorzugsweise durch die Verwendung und Auswertung eines fehlererkennenden Codes für die Signalübertragung. Eine Übersicht über einsetzbare fehlererkennende Codes ist in [3] zu finden.With the digital circuit, the signal to be monitored is now - at least during normal operating mode - continuously transient errors checked, preferably by the Use and evaluation of an error-detecting code for the signal transmission. An overview of usable error-detecting codes can be found in [3].

Vorzugsweise liefert ein Schaltblock der Digitalschaltung das Signal.Preferably, a switching block of the digital circuit provides that Signal.

Der Schaltblock kann dabei unter anderem als Filter oder als Multiplizierer ausgebildet sein.The switch block can be used as a filter or as Multiplier be formed.

Das vom dem Schaltblock gelieferte Signal wird vorzugsweise zu einem weiteren Schaltblock übertragen und dort weiterverarbeitet. Dabei sind beide Schaltblöcke auf einem gemeinsamen Chip angeordnet. Die Übertragungsstrecke zwischen den Schaltblöcken aber auch der Schaltblock selbst ist gewöhnlich kapazitiven Störungen ausgesetzt.The signal provided by the switch block is preferred transferred to another switch block and there further processed. Both switching blocks are on one common chip arranged. The transmission path between the switch blocks but also the switch block itself usually exposed to capacitive interference.

Vorzugsweise ist die Einheit ausgebildet zum Steuern des Schaltblocks dergestalt, dass der Schaltblock nach dem Erkennen des Fehlers im übertragenen Signal von der Einheit veranlasst wird, das Signal im Sonderbetriebsmodus der Digitalschaltung erneut auszugeben. Sobald ein Fehler entdeckt wird, wird die Schaltung also zurückgesetzt und der gleiche Vorgang wird mit langsamerer Taktfrequenz wiederholt.The unit is preferably designed to control the Switch block in such a way that the switch block after the Detect the error in the transmitted signal from the unit is caused, the signal in the special operating mode of the Output digital circuit again. As soon as a mistake is discovered, the circuit is reset and the the same process is repeated with a slower clock frequency.

Somit wird eine sichere, fehlerfreie Übertragung des zuvor als fehlerhaft erkannten übertragenen Signals erreicht.This ensures a safe, error-free transmission of the previous achieved as a faulty transmitted signal.

Um ein solches Wiederaufnehmen des Rechenablaufs nach dem Auftreten von Fehlern zu ermöglichen, wird vorzugsweise regelmäßig der Zustand der Schaltung in einem Speicher, vorzugsweise sogenannten Latches, zwischengespeichert. Diese Ablage der relevanten Signaldaten wird auch als Checkpoint bezeichnet. Die regelmäßige Ablage von Daten der Digitalschaltung erfolgt wie in [2] beschrieben.Such a resumption of the calculation process after the Allowing errors to occur is preferred  regularly the state of the circuit in a memory, preferably so-called latches, temporarily stored. This Storage of the relevant signal data is also used as a checkpoint designated. The regular storage of data from the Digital switching takes place as described in [2].

Damit kann auf das zunächst im Normalbetriebsmodus fehlerhafte Signal im Sonderbetriebsmodus erneut zugegriffen und selbiges Signal erneut übertragen werden.This can be done initially in normal operating mode faulty signal accessed again in special operating mode and the same signal can be transmitted again.

Vorzugsweise enthält der Schaltblock der Digitalschaltung den Speicher.The circuit block of the digital circuit preferably contains the Storage.

Vorzugsweise ist die Einheit weiterhin ausgebildet zum Umschalten aus dem Sonderbetriebsmodus in den Normalbetriebsmodus nach einem erneuten Aussenden des Signals im Sonderbetriebsmodus.The unit is preferably also designed for Switch from special operating mode to Normal operating mode after sending the signal again in special operating mode.

Damit kann für die weitere Datenübertragung sowie die weitere Datenverarbeitung wiederum die durch die hohe Betriebsfrequenz gewährleistete hohe Datenverarbeitungsgeschwindigkeit erreicht werden.This allows for further data transmission as well as further Data processing in turn due to the high Operating frequency guaranteed high Data processing speed can be achieved.

Die Digitalschaltung weist vorzugsweise Strukturgrößen kleiner 1 µm, insbesondere kleiner 0,25 µm auf. Dies sind Strukturgrößen, bei denen das Übersprechen bei hohen Betriebsfrequenzen und/oder niedriger Versorgungsspannung ein hohes Ausmaß erreicht und somit erheblich problematisch wird.The digital circuit preferably has structure sizes less than 1 µm, in particular less than 0.25 µm. these are Structure sizes in which the crosstalk at high Operating frequencies and / or low supply voltage reached a high level and thus becomes considerably problematic.

Der das Verfahren betreffende Teil der Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 13 gelöst.The part of the task concerning the procedure is carried out by the Features of claim 13 solved.

Dabei wird während eines Normalbetriebsmodus der Digitalschaltung ein Signal auf einen Fehler überprüft. Von dem Normalbetriebsmodus wird in einen Sonderbetriebsmodus umgeschaltet, wenn ein Fehler erkannt wird. Der Sonderbetriebsmodus weist gegenüber dem Normalbetriebsmodus eine geringere Störanfälligkeit auf.Here, during a normal operating mode Digital circuit checked a signal for an error. Of the normal operating mode becomes a special operating mode switched when an error is detected. The  Special operating mode points towards the normal operating mode a lower susceptibility to failure.

Vorzugsweise wird im normalen Betrieb die Digitalschaltung zunächst mit der höheren der beiden Taktfrequenzen betrieben.The digital circuit is preferably used in normal operation initially operated with the higher of the two clock frequencies.

Sobald ein Fehler entdeckt wird, wird die Taktfrequenz auf einen niedrigeren Wert zurückgesetzt. Das System wird dabei auf den letzten gespeicherten Checkpoint zurückgesetzt - dieser Vorgang wird auch als Rollback bezeichnet. Das Rücksetzen erfolgt wie in [4] beschrieben. Dann wird der kritische Zyklus mit der reduzierten Taktfrequenz wiederholt und anschließend die Taktfrequenz wieder auf den ursprünglich höheren Wert erhöht, bis der nächste Fehler erkannt wird.As soon as an error is detected, the clock frequency is up reset a lower value. The system will be there reset to the last saved checkpoint - this process is also known as rollback. The Resetting takes place as described in [4]. Then the critical cycle repeated with the reduced clock frequency and then the clock frequency back to the original higher value increased until the next error is recognized.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden Betriebszustände der Digitalschaltung in zeitlichen Abständen abgespeichert. Zum erneuten Übertragen eines Signals wird auf den Inhalt des Speichers zugegriffen.In an advantageous development of the invention Operating states of the digital circuit in time intervals saved. To retransmit a signal, press accessed the contents of the memory.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.Further advantageous developments of the invention are through the subclaims marked.

Hinsichtlich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und seiner Weiterbildungen wird auf die Ausführungen zu den Vorrichtungsansprüchen verwiesen.With regard to the advantages of the method according to the invention and its further training is based on the comments on the Device claims referenced.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Weiteren näher erläutert.Embodiments of the invention are in the figures are shown and explained in more detail below.

Es zeigenShow it

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Digitalschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und Fig. 1 is a block diagram of a digital circuit according to an embodiment of the invention, and

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 2 is a flow chart according to an embodiment of the method according to the invention.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Digitalschaltung 1. Fig. 1 is a block diagram showing a digital circuit 1 according to the invention.

Einem Schaltblock 2 der Digitalschaltung 1, beispielsweise ein Digital-Filter, wird gewöhnlich ein digitales Eingangssignal X zugeführt.A switching block 2 of the digital circuit 1 , for example a digital filter, is usually supplied with a digital input signal X.

Ein Ausgangssignal Y wird dabei zur Weiterverarbeitung einem weiteren Schaltblock 6 zugeführt. Das Ausgangssignal Y des Schaltblocks 2 kann aufgrund starken Übersprechens verrauscht sein, was seine Ursache in der hohen Betriebsfrequenz der Digitalschaltung hat.An output signal Y is fed to a further switching block 6 for further processing. The output signal Y of the switching block 2 may be noisy due to strong crosstalk, which is due to the high operating frequency of the digital circuit.

Allgemein ist festzustellen, dass sich die Amplitude der Störpeaks bei geringer Leitungslänge erst bei höheren Betriebsfrequenzen signifikant erhöht, wohingegen bei langen Leitungen im cm-Bereich bereits bei geringen Betriebsfrequenzen Störpeaks mit einem hohen Pegel auftreten.Generally it can be said that the amplitude of the Interference peaks with short cable lengths only with higher ones Operating frequencies increased significantly, whereas long ones Lines in the cm range are already low Operating frequencies Interference peaks occur at a high level.

Ein typischer Pegelgrenzwert für erlaubte Störpeaks sei gemäß diesem Ausführungsbeispiel 0,4 Volt. Wird im Normalbetriebsmodus eine Betriebsfrequenz von f = 600 MHz gewählt, dann ist auf 1 cm langen Busleitungen mit Störsignalen mit einer Amplitude von 0.8 Volt zu rechnen.A typical level limit for permitted interference peaks is according to this embodiment 0.4 volts. Will in Normal operating mode an operating frequency of f = 600 MHz is selected, then on 1 cm long bus lines Interference signals with an amplitude of 0.8 volts can be expected.

Daher ist auf solchen Leitungen mit dem Auftreten von logischen Fehlern zu rechnen. Wird jedoch die Betriebsfrequenz auf unter 50 MHz abgesenkt, so fallen die Störpegel unter 0,3 Volt ab.Therefore, on such lines with the appearance of logical errors. However, the Operating frequency reduced to below 50 MHz, so the Noise level below 0.3 volts.

Daher ist es möglich, den Sonderbetriebsmodus beispielsweise mit einer Betriebsfrequenz von 40 MHz durchzuführen und mit dieser Betriebsfrequenz ein Signal störsicher, aber mit entsprechend geringerer Geschwindigkeit zu übertragen. It is therefore possible to use the special operating mode, for example with an operating frequency of 40 MHz and with this operating frequency a signal interference-free, but with to transmit correspondingly lower speed.  

Die als VLSI-Schaltung ausgebildete Digitalschaltung 1 und insbesondere der Schaltblock 2 wird mit einer Betriebsfrequenz CLK betrieben. Die verwendete Betriebsfrequenz CLK wird dabei über einen steuerbaren Umschalter 4 - gegebenenfalls als Multiplexer ausgebildet - aus zwei von einem Taktgenerator 5 gelieferten Arbeitstakten - einem Arbeitstakt hoch f(high) mit etwa 1 GHz und einem Arbeitstakt low f(low) mit etwa 200 MHz - ausgewählt.The digital circuit 1 designed as a VLSI circuit and in particular the switching block 2 is operated at an operating frequency CLK. The operating frequency CLK used is controlled via a controllable changeover switch 4 - optionally formed as a multiplexer - from two work cycles supplied by a clock generator 5 - a work cycle high f (high) with approximately 1 GHz and a work cycle low f (low) with approximately 200 MHz - selected.

Im Normalbetriebsmodus wird die Digitalschaltung 1 mit dem hohen Arbeitstakt hoch f(high) betrieben, um hohe Übertragungs- und Verarbeitungsgeschwindigkeiten zu erzielen.In the normal operating mode, the digital circuit 1 is operated at the high duty cycle high f (high) in order to achieve high transmission and processing speeds.

Das Ausgangssignal Y wird zudem einer Überprüfungseinheit 3 zugeführt. Mittels dieser Überprüfungseinheit - auch Error Detector genannt - wird die Fehlerfreiheit der Digitalschaltung 1 und insbesondere die Fehlerfreiheit des Ausgangssignals Y laufend überwacht. Insbesondere Zwischenergebnisse der Digitalschaltung werden mittels eines Parity-Checks überprüft.The output signal Y is also fed to a checking unit 3 . This checking unit - also called an error detector - continuously monitors the error-free nature of the digital circuit 1 and in particular the error-free status of the output signal Y. Intermediate results of the digital circuit in particular are checked by means of a parity check.

Die Überprüfungseinheit 3 steuert ihrerseits wiederum den Umschalter 4 folgendermaßen:
Wird ein Fehler durch die Überprüfungseinheit 3 erkannt, wird von dem Normalbetriebsmodus in den Sonderbetriebsmodus mit dem niedrigeren Arbeitstakt low f(low) umgeschaltet. Dazu steuert die Überprüfungseinheit 3 mit einem Taktauswahlsignal den Umschalter 4 entsprechend an, sodass im folgenden die Digitalschaltung 1 und insbesondere der Schaltblock 2 mit einer Betriebsfrequenz CLK betrieben wird, die dem niedrigen Arbeitstakt low f(low) entspricht.
The checking unit 3 in turn controls the changeover switch 4 as follows:
If an error is detected by the checking unit 3 , the system switches from the normal operating mode to the special operating mode with the lower operating cycle low f (low). For this purpose, the checking unit 3 controls the changeover switch 4 accordingly with a clock selection signal, so that in the following the digital circuit 1 and in particular the switching block 2 is operated with an operating frequency CLK which corresponds to the low operating cycle low f (low).

Gleichzeitig wird mit der Signalauswahl Roll - auch Rollback- Signal genannt - der Schaltungszustand des Schaltblocks 2 auf den letzten korrekten Schaltungszustand bewirkt, welcher als Checkpoint in einem Speicher 21 des Schaltblocks abgelegt ist. Damit kann das vorausgegangene Signal nochmals bei niedriger Betriebsfrequenz und damit störsicher gegen Übersprechen übertragen werden.At the same time, the signal selection roll - also called rollback signal - brings about the switching state of the switching block 2 to the last correct switching state, which is stored as a checkpoint in a memory 21 of the switching block. This means that the previous signal can be transmitted again at a low operating frequency and thus interference-free against crosstalk.

Bei der vorangegangenen VLSI-Digitalschaltung handelt es sich um einen einfachen 4-bit-Mikroprozessor mit internen Checkpoint-Registern und realisiertem Parity-Check.The previous VLSI digital circuit is a simple 4-bit microprocessor with internal Checkpoint registers and implemented parity check.

Die Synthese dieser Digitalschaltung für eine 0.18 µm Technologie ergibt einen zusätzlichen Flächenbedarf von 60% im Vergleich zu einer gleichwertigen Referenzschaltung ohne Fehlererkennung und Checkpoint-Register, aber bei gleicher Schaltgeschwindigkeit.The synthesis of this digital circuit for a 0.18 µm Technology results in an additional space requirement of 60% compared to an equivalent reference circuit without Error detection and checkpoint register, but the same Switching speed.

Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 2 shows a flow diagram according to an embodiment of the method according to the invention.

Der Schritt S1 kennzeichnet den Beginn des Betriebs einer erfindungsgemäßen Digitalschaltung.Step S1 marks the start of the operation of one digital circuit according to the invention.

In einem ersten Schritt S1 wird zunächst eine Betriebsfrequenz für den Betrieb gewählt. Diese - gewöhnlich sehr hohe - Betriebsfrequenz kennzeichnet einen Normalbetriebsmodus, der eine hohe Datengeschwindigkeit erlaubt.In a first step S1, a Operating frequency selected for operation. This - usually very high - operating frequency characterizes you Normal operating mode, which has a high data speed allowed.

In einem weiteren Schritt S3 wird an einem vorgegebenen Schaltungspunkt der Digitalschaltung ein Signal mittels eines Parity-Bit-Checks auf einen Fehler hin überprüft.In a further step S3 is on a predetermined Switching point of the digital circuit a signal by means of a Parity bit checks checked for an error.

Wird in einem Schritt S4 erkannt, dass kein Fehler im überprüften Signal vorliegt (N), wird wiederum mit Schritt S3 weiterverfahren und das nächste Signal am ausgewählten Schaltungspunkt überprüft.If it is recognized in a step S4 that no error in the checked signal is present (N), again with step S3 proceed and the next signal on the selected one Checked circuit point.

Wird im Schritt S4 jedoch bezüglich eines überprüften Signals erkannt, dass ein Fehler vorliegt, so wird im Schritt S5 von dem Normalbetriebsmodus auf einen Sonderbetriebsmodus umgeschaltet, bei dem die Betriebsfrequenz für die Digitalschaltung deutlich vermindert ist.However, in step S4 with regard to a checked signal recognizing that there is an error, in step S5 of  the normal operating mode to a special operating mode switched at which the operating frequency for the Digital circuit is significantly reduced.

In einem weiteren Schritt S6 wird schließlich auf ein Register zugegriffen, in dem der letzte vorangegangene fehlerfreie Signalzustand abgespeichert ist. Dieses Signal wird nun abermals bei der niedrigeren Betriebsfrequenz übertragen. Es kann sich dabei aber auch um eine längere Signal- oder Datensequenz handeln, die an dieser Stelle auch unter dem Begriff Signal subsumiert wird.In a further step S6 is finally on Register accessed in which the last previous error-free signal state is stored. This signal is now again at the lower operating frequency transfer. But it can also be a longer one Act signal or data sequence, which at this point too is subsumed under the term signal.

Anschließend wird im Schritt S2 wiederum die Betriebsfrequenz erhöht, um im folgenden eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit zu erzielen. The operating frequency is then again in step S2 increased to a high below Achieve processing speed.  

In diesem Dokument sind folgende Veröffentlichungen zitiert:
[1] A. B. Kahng et al, Interconnect Tuning Strategies for High-Performance IC's, Proc. Design, Automation and Testing in Europe, Paris, February 1998
[2] Coactive Scheduling and Checkpoint Determination during High Level Synthesis of Self-Recovering Microarchitectures, A. Orailoglu and R. Karri, IEEE Trans. on VLSI 20, 304, 1994
[3] Design and Synthesis of Self-Checking VLSI Circuits, N. Jha and S.-J. Wang, IEEE Trans. CAD 12, 878, 1993
[4] Fast Self-Recovering Controllers, A. Hertwig et al., IEEE VLSI Conference 1998, p. 296
[5] Energy Efficient Signal Processing via Algorithmic Noise Tolerance, R. Hedge und N. R. Shanbhag, IEEE "Proceedings of International Symposium on Lower Power Electronics and Design" 1999, p. 30-35
[6] Low-level Error Recovery Mechanism for Self-Checking Sequential Circuits, M. Favalli, C. Metra, IEEE "Proceedings of International Symposium on Defect and Fault Tolerance in VLSI Systems" 1999, p. 234-242
The following publications are cited in this document:
[1] AB Kahng et al, Interconnect Tuning Strategies for High-Performance IC's, Proc. Design, Automation and Testing in Europe, Paris, February 1998
[2] Coactive Scheduling and Checkpoint Determination during High Level Synthesis of Self-Recovering Microarchitectures, A. Orailoglu and R. Karri, IEEE Trans. On VLSI 20, 304, 1994
[3] Design and Synthesis of Self-Checking VLSI Circuits, N. Jha and S.-J. Wang, IEEE Trans. CAD 12, 878, 1993
[4] Fast Self-Recovering Controllers, A. Hertwig et al., IEEE VLSI Conference 1998, p. 296
[5] Energy Efficient Signal Processing via Algorithmic Noise Tolerance, R. Hedge and NR Shanbhag, IEEE "Proceedings of International Symposium on Lower Power Electronics and Design" 1999, p. 30-35
[6] Low-level Error Recovery Mechanism for Self-Checking Sequential Circuits, M. Favalli, C. Metra, IEEE "Proceedings of International Symposium on Defect and Fault Tolerance in VLSI Systems" 1999, p. 234-242

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Digitalschaltung
digital circuit

22

Schaltblock
switching block

2121

Speicher
Storage

33

Überprüfungseinheit
Checking unit

44

Umschalter
switch

55

Taktgenerator
clock generator

66

Weiterer Schaltblock
X Eingangssignal
Y Ausgangssignal
CLK Betriebsfrequenz
F(high) Arbeitstakt hoch
F(low) Arbeitstakt niedrig
Sel Taktauswahl
Roll Signalauswahl
Another switch block
X input signal
Y output signal
CLK operating frequency
F (high) work cycle high
F (low) duty cycle low
Sel clock selection
Roll signal selection

Claims (16)

1. Integrierte Digitalschaltung,
mit einer Einheit zum Überprüfen eines Signals der Digitalschaltung auf einen Fehler wahrend eines Normalbetriebsmodus der Digitalschaltung,
welche Einheit ausgebildet ist zum Umschalten auf einen Sonderbetriebsmodus, wenn ein Fehler erkannt wird,
bei der der Sonderbetriebsmodus gegenüber dem Normalbetriebsmodus eine geringere Betriebsfrequenz aufweist,
bei der der Sonderbetriebsmodus gegenüber dem Normalbetriebsmodus eine geringere Störanfälligkeit aufweist.
1. Integrated digital circuit,
with a unit for checking a signal of the digital circuit for an error during a normal operating mode of the digital circuit,
which unit is designed to switch to a special operating mode if an error is detected,
in which the special operating mode has a lower operating frequency than the normal operating mode,
in which the special operating mode is less susceptible to malfunction than the normal operating mode.
2. Integrierte Digitalschaltung nach Anspruch 1, mit einem Schaltblock, der das Signal liefert.2. Integrated digital circuit according to claim 1, with a switching block that delivers the signal. 3. Integrierte Digitalschaltung nach Anspruch 2, mit einem weiteren Schaltblock zum Verarbeiten des Signals.3. Integrated digital circuit according to claim 2, with another switching block for processing the signal. 4. Integrierte Digitalschaltung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, bei der der Schaltblock als Multiplizierer oder als Filter ausgebildet ist.4. Integrated digital circuit according to claim 2 or claim 3, where the circuit block acts as a multiplier or as a filter is trained. 5. Integrierte Digitalschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die Strukturgrößen kleiner 1 µm aufweist.5. Integrated digital circuit according to one of the preceding Expectations, has structure sizes smaller than 1 µm. 6. Integrierte Digitalschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die Strukturgrößen kleiner 0,25 µm aufweist.6. Integrated digital circuit according to one of the preceding Expectations, has structure sizes smaller than 0.25 µm. 7. Integrierte Digitalschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Normalbetriebsmodus eine Betriebsfrequenz zwischen 400 MHz und 6 GHz aufweist.7. Integrated digital circuit according to one of the preceding Expectations,  where the normal operating mode is an operating frequency between 400 MHz and 6 GHz. 8. Integrierte Digitalschaltung einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Betriebsfrequenz des Sonderbetriebsmodus zwischen 20 und 80 Prozent der Betriebsfrequenz des Normalbetriebsmodus beträgt.8. Integrated digital circuit any of the previous Expectations, at which the operating frequency of the special operating mode between 20 and 80 percent of the operating frequency of the Normal operating mode. 9. Integrierte Digitalschaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, bei der die Einheit ausgebildet ist zum Steuern des Schaltblocks dergestalt, dass der Schaltblock nach dem Erkennen des Fehlers im übertragenen Signal durch die Einheit veranlasst wird, das Signal im Sonderbetriebsmodus der Digitalschaltung erneut auszugeben.9. Integrated digital circuit according to one of claims 2 till 8, in which the unit is designed to control the Switch block in such a way that the switch block after the Detection of the error in the transmitted signal by the unit is caused, the signal in the special operating mode of the Output digital circuit again. 10. Integrierte Digitalschaltung nach Anspruch 9, bei der die Einheit ausgebildet ist zum Umschalten aus dem Sonderbetriebsmodus in den Normalbetriebsmodus nach einem erneuten Aussenden des Signals im Sonderbetriebsmodus.10. Integrated digital circuit according to claim 9, in which the unit is designed to switch from the Special operating mode in the normal operating mode after a retransmission of the signal in special operating mode. 11. Integrierte Digitalschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Speicher zum Speichern von Betriebszuständen der Digitalschaltung.11. Integrated digital circuit according to one of the previous claims, with a memory for storing operating states of the Digital circuit. 12. Integrierte Digitalschaltung nach Anspruch 11, bei der der Schaltblock den Speicher enthält.12. Integrated digital circuit according to claim 11, where the switch block contains the memory. 13. Verfahren zum Betrieb einer integrierten Digitalschaltung,
bei dem während eines Normalbetriebsmodus der Digitalschaltung ein Signal auf einen Fehler überprüft wird,
bei dem von dem Normalbetriebsmodus in einen Sonderbetriebsmodus umgeschaltet wird, wenn ein Fehler erkannt wird,
bei dem der Sonderbetriebsmodus gegenüber dem Normalbetriebsmodus eine geringere Betriebsfrequenz aufweist,
bei dem der Sonderbetriebsmodus gegenüber dem Normalbetriebsmodus eine geringere Störanfälligkeit aufweist.
13. Method for operating an integrated digital circuit,
in which a signal is checked for an error during a normal operating mode of the digital circuit,
in which a switch is made from the normal operating mode to a special operating mode when an error is detected,
in which the special operating mode has a lower operating frequency than the normal operating mode,
in which the special operating mode is less susceptible to faults than the normal operating mode.
14. Betriebsverfahren nach Anspruch 13 bei dem das Signal im Sonderbetriebsmodus erneut übertragen wird.14. Operating method according to claim 13 where the signal is retransmitted in special operating mode becomes. 15. Betriebsverfahren nach Anspruch 14, bei dem nach dem erneuten Übertragen des Signals im Sonderbetriebsmodus wieder in den Normalbetriebsmodus umgeschaltet wird.15. Operating method according to claim 14, in which after the retransmission of the signal in Special operating mode back to normal operating mode is switched. 16. Betriebsverfahren nach Anspruch 14 oder Anspruch 15,
bei dem Betriebszustände der Digitalschaltung in zeitlichen Abständen abgespeichert werden, und
bei dem zum erneuten Übertragen des Signals auf den Inhalt des Speichers zugegriffen wird.
16. Operating method according to claim 14 or claim 15,
in the operating states of the digital circuit are stored in time intervals, and
in which the content of the memory is accessed to retransmit the signal.
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