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Mit
Technologiefortschritten wächst
die Zahl von Transistoren innerhalb eines Halbleiterscheibchens,
die Zahl von auf einem Halbleiter-Wafer hergestellten Scheibchen
und die gesamte Größe des Halbleiter-Wafers.
Infolgedessen können
Schwankungen im Herstellungsprozeß dazu führen, daß Transistoren verteilt über einen
Halbleiter-Wafer, variierende Betriebscharakteristiken haben. Dies
kann dazu führen,
daß Scheibchen
innerhalb enger Nachbarschaft voneinander auf einem Halbleiter-Wafer unterschiedlich
arbeiten, obwohl sie unter Verwendung des im wesentlichen gleichen
Prozesses hergestellt wurden.
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Außerdem kann
die physikalische Anordnung von Transistoren innerhalb einer Scheibe
im Vergleich zu einer Anordnung anderer Transistoren dazu führen, daß einige
der Transistoren größeren elektro-mechanischen
Belastungen während
des Betriebs unterworfen sind. Dieses Problem kann durch die Betriebsbedingungen,
wie beispielsweise Temperatur, die dem Bauelement von einem Benutzer
auferlegt werden können,
weiter verschärft
werden. Wenn die Veränderung
im Betriebsverhalten zu extrem wird, kann das Bauelement außerhalb
des vom Benutzer als akzeptabel angesehenen Bereichs arbeiten. In
diesem Falle kann das Bauelement nicht verkauft werden und es wird
für gewöhnlich mangels Einhalten
der Betriebsbedingungen als Ausschuß behandelt. Daher werden die
Gesamtkosten der Herstellung von Halbleiterscheibchen wenigstens
teilweise aufgrund des Verlusts des Ausschuß-Scheibchens aufgrund inakzeptablen
Betriebsverhaltens erhöht.
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Dieses
Problem der Schwankung im Betriebsverhalten kann dadurch angegangen
werden, daß eine
zusätzliche
Schaltung dem Scheibchen hinzugefügt wird, welche das Betriebsverhalten
einiger Transistoren innerhalb des Scheibchens moduliert. Eine solche
Methode ist beschrieben in der
US-PS 5,869,983 mit
der Bezeichnung "Verfahren
und Einrichtung zum Steuern kompensierter Puffer", erteilt für Ilkabahar u. a. am 9. Februar
1999, welches Patent auf die gleiche Erwerberin wie die vorliegende Erfindung übertragen
worden ist.
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Eine
digitale Treiberschaltung für
eine integrierte Schaltung, welche an eine Lastkapazität angepasst
werden kann, ist in der
EP
0714167A1 beschreiben.
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Eine
Einrichtung zur Kompensation von Veränderungen in einer Verarbeitungsgeschwindigkeit ist
in in der
EP 0606727
A1 offenbart.
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Eine
andere Einrichtung zur Kompensation von Herstellungsparametern ist
der
EP0611053 A2 zu
entnehmen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine flexiblere Lösung zum Steuern kompensierter
Puffer bereitzustellen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäss
gelöst
durch eine Schaltung gemäss
Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren nach Patentanspruch 11.
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Sowohl
hinsichtlich der Organisation als auch des Betriebsverfahrens läßt sich
die Erfindung zusammen mit ihren Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen
jedoch am besten unter Bezugnahme auf die folgende Detailbeschreibung
in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verstehen, in denen:
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1 ein
Blockschaltbild eines Abschnitts einer integrierten Schaltung mit
einer Kompensationseinheit und einem Kompensationswertgenerator nach
einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine
schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels der in 1 gezeigten
Kompensationseinheit ist; und
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3 eine
graphische Darstellung ist, die den möglichen Effekt des Ausführungsbeispiels
gemäß 1 auf
das Betriebsverhalten einiger Transistoren in der integrierten Schaltung
darstellt.
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Es
leuchtet ein, daß aus
Gründen
der einfachen und klaren Darstellung die in den Figuren dargestellten
Elemente nicht notwendigerweise maßstabsgerecht gezeichnet sind.
So sind beispielsweise die Dimensionen einiger der Elemente im Vergleich zu
anderen Elementen aus Gründen
der Klarheit der Darstellung übertrieben
gezeichnet. Soweit es zweckmäßig erschien,
wurden einige Bezugszeichen in den Figuren wiederholt, um entsprechende
oder analoge Elemente anzuzeigen.
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In
der folgenden Detailbeschreibung werden zahlreiche spezielle Einzelheiten
angegeben, um das Verständnis
für die
vorliegende Erfindung zu vertiefen. Es ist jedoch für den Fachmann
klar, daß die
vorliegende Erfindung auch ohne die speziellen Einzelheiten realisiert
werden kann. In anderen Fällen
wurden bekannte Methoden, Verfahren, Komponenten und Schaltungen
nicht im einzelnen beschrieben, um das Verständnis für die vorliegende Erfindung
nicht unnötig
zu belasten.
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1 ist
eine Blockschaltbilddarstellung eines Abschnitts einer erfindungsgemäß ausgebildeten
integrierten Schaltung 10. Ausführungsbeispiele der Erfindung
können
verschiedene Baugruppen enthalten. Obwohl die Erfindung hinsichtlich
ihres Schutzumfangs in dieser Hinsicht nicht beschränkt ist, kann
die integrierte Schaltung 10 unterschiedliche Halbleiterbauelemente
bzw. -baugruppen, einschließlich
beispielsweise eines Mikroprozessors, eines Mikrocontrollers, eines
statischen Speichers mit wahlfreiem Zugriff (SRAM), eines dynamischen
Speichers mit wahlfreiem Zugriff (DRAM), eines nicht-flüchtigen
Speichers o. dgl. enthalten.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
kann die integrierte Schaltung 10 einen Kompensationswertgenerator 15 enthalten.
In diesem Zusammenhang, ein Kombinationswertgenerator enthält ein Bauelement, das
als Eingangssignale zwei oder mehr Werte aufnimmt, unter Maßgabe dieser
Empfangswerte Operatio nen ausführt,
um als Ausgangssignal einen Wert auszugeben, der mathematische Algorithmen
(d. h. Prozesse) mit verschiedenen Kompensationswerten ausführen kann,
um für
die integrierte Schaltung 10 einen für die Einstellung des Betriebsverhaltens
der Gesamtheit oder eines Teils der integrierten Schaltung 10 verwendbaren
aktualisierten Kompensationswert zur Verfügung zu stellen.
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Wie
weiter oben im einzelnen erläutert
wurde, kann der Kompensationswertgenerator 15 logische
Transistoren oder Schalter enthalten, welche den aus zwei unterschiedlichen
Quellen gelieferten Kompensationswert verarbeiten, um einen aktualisierten
Kompensationswert zu berechnen. Die von dem Kompensationswertgenerator 15 verarbeiteten Kompensationswerte
können
Digitalwerte enthalten, die dem Kompensationswertgenerator 15 von
externen Quellen, wie anderen Schaltungen, Speicherplätzen, einem
Benutzerinterface o. dgl. zur Verfügung gestellt werden. Der aktualisierte
Kompensationswert kann danach von anderen Abschnitten der integrierten
Schaltung 10 (z. B. Kompensationspuffern) zum Einstellen
des Betriebsverhaltens der anderen Transistoren (nicht gezeigt)
innerhalb der integrierten Schaltung 10 beispielsweise
von Eingangs-/Ausgangs (I/O)-Treibern oder einem kompensierten Puffer
bereitgestellt werden.
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Wie
in dem Beispiel gemäß 1 gezeigt
ist, verarbeitet der Kompensationswertgenerator 15 Kompensationswerte 18 und 19,
die von Speicherplätzen 16 bzw. 17 zur
Verfügung
gestellt werden. Es ist jedoch einzusehen, daß der Kompensationswertgenerator 15 derart
modifiziert sein kann, daß er
eine Vielzahl von Kompensationswerten verarbeitet, und daß die vorliegende
Erfindung nicht auf das Hinzufügen
von gerade zwei Werten beschränkt
ist.
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Außerdem braucht
keiner der Kompensationswerte 18 und 19 an einem
Speicherplatz gespeichert zu sein, da er, wenn erwünscht, dynamisch
bereitgestellt werden kann.
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Kompensationswert 18 stellt
einen binären Kompensationswert
dar, der von einer anderen Schaltung innerhalb oder außerhalb
der integrierten Schaltung 10 bestimmt wird. Ein Beispiel
einer solchen Schaltung ist in 2 gezeigt.
Obwohl der Schutzumfang der Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt ist,
zeigt 2 eine Schaltung, die zum Bestimmen des Kompensationswerts 18 verwendet werden
kann. Die Schaltung weist eine Kompensationseinheit 30 auf,
welche mit einem Vergleicher 35 und Transistoren 31–33 verbunden
ist. Zu beachten ist, daß die
Erfindung nicht auf diese spezielle Konfiguration beschränkt ist,
da andere Komparatorelemente verwendet werden könnten, und die Anzahl von mit
der Kompensationseinheit 30 verbundenen Transistoren geändert werden
könnte.
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Einfach
ausgedrückt,
führt die
Kompensationseinheit 30 eine Analyse an einer Untergruppe
der innerhalb der integrierten Schaltung 10 befindlichen Transistoren
durch. Diese Analyse führt
zu einer Erzeugung eines Kompensationswertes, der von anderen Abschnitten
der integrierten Schaltung 10 zur Verwendung der richtigen
Kompensation benutzt wird. Daher ist der Kompensationswert eine
Folge von binären
Werten, welche das Ergebnis der von der Kompensationseinheit durchgeführten Analyse anzeigt.
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Bei
dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel vergleicht Komparator 35 eine
Referenzspannung (VREF) am Knoten 36 mit
der am Knoten 37 bereitgestellten Spannung. Die Spannung
am Knoten 37 wird zumindest teilweise durch die am Knoten 38 bereitgestellte
Spannung (z. B. Betriebsspannung VCC) und
den Spannungsabfall aufgrund des durch ein Widerstandselement 40 fließenden Stroms
bestimmt. Die Logikschaltung innerhalb der Kompensationseinheit 30 wird
zum Aktivieren/Entaktivieren jedes der Transistoren 31–33 verwendet,
bis der die Transistoren 31–33 durchfließende Strom
ausreicht, damit die Spannung am Knoten 37 angenähert gleich der
Spannung am Knoten 36 ist. Der Zustand jedes der Transi storen 31–33 (d.
h. aktiviert oder entaktiviert) wird von der Kompensationseinheit 30 bestimmt
und stellt den Kompensationswert 18 (siehe 1)
ganz oder teilweise dar. Der Kompensationswert 18 kann
dann an einem Speicherplatz 16 (z. B. Cash, Register usw.)
gespeichert oder gewünschtenfalls
dem Addierer 15 dynamisch zur Verfügung gestellt werden.
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Zurückkommend
auf 1, verarbeitet der Kompensationswertgenerator 15 einen
am Speicherplatz 17 gespeicherten Kompensationswert 19.
Auch dies ist keine Notwendigkeit für das Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung, da der Kompensationswert 19 dem Kompensationswertgenerator 15 beispielsweise
auch dynamisch zur Verfügung
gestellt werden kann. Kompensationswert 19 enthält einen
einstellbaren Wert, der beispielsweise durch Software, wie das Basic-Input/Output-System
(BIOS) zur Verwendung als Steuerung des Betriebs der integrierten
Schaltung 10, variiert werden kann.
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Wenn
beispielweise einige integrierte Schaltungen, wie Mikroprozessoren,
Mikrocontroller o. dgl. eingeschaltet werden, kann die integrierte
Schaltung eine Initialisierungsroutine beginnen. Die Befehle für die Initialisierungsroutine
können
als BIOS-Befehle gespeichert werden. Die BIOS-Befehle können aus verschiedenen Gründen und
zum Voreinstellen von Werten in der integrierten Schaltung verwendet
werden. Insbesondere können
die BIOS-Befehle zum Initialisieren von in Registern, Flags usw.
gespeicherten Werten verwendet werden. Demgemäß können bei einem alternativen
Ausführungsbeispiel
der Erfindung die BIOS-Befehle zum Laden des Speicherplatzes 17 mit
einem Kompensationswert verwendet werden. Daher kann der in den
Speicherplatz 17 geladene Wert von den Herstellern der
integrierten Schaltung vorausbestimmt werden, so daß ein Anfangswert
jedesmal dann gespeichert ist, wenn die integrierte Schaltung 10 eingeschaltet
wird. Außerdem
kann ein Anfangswert vom Benutzer eingestellt werden, der die Möglichkeit
besitzt, die BIOS-Befehle zu modifizieren.
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Zurückkommend
auf das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel,
enthält
der Kompensationswert 19 einen einstellbaren oder programmierbaren Kompensationswert,
der zur Feineinstellung des Betriebsverhaltens der integrierten
Schaltung 10 verwendet wird. Die Größe oder der Wert des Kompensationswerts 19 kann
wenigstens teilweise von dem aktuellen Wert des Kompensationswerts 18,
einem vorausgesagten Wert des Kompensationswerts 18 oder
einem den niedrigsten gewünschten
Kompensationswert darstellenden Wert für die integrierte Schaltung 10 bestimmt
werden. Es ist jedoch zu beachten, daß der Schutzumfang dieses Ausführungsbeispiels
nicht auf diese Beispiele beschränkt
ist. Daher kann ein Kompensationswert 19 verwendet werden,
der den von der Kompensationseinheit 30 bereitgestellten
Kompensationswert erhöht,
reduziert oder einstellt. Dies schafft die Feineinstellung der Kompensation,
die an die Transistoren in der integrierten Schaltung 10 angelegt
wird.
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Außerdem kann
der Kompensationswert 19 eine Binärsignalkette sein, die vom
Hersteller der integrierten Schaltung zur Verbesserung des Betriebs der
integrierten Schaltung 10 für Anwendungen mit Temperatur-,
Spannungs-, Frequenz-, usw. -Bereichen bestimmt werden kann. Ein
Hersteller kann auch den Kompensationswert 19 zur Verminderung der
elektro-mechanischen Beanspruchung von Transistoren innerhalb der
integrierten Schaltung 10 einstellen. Ein solches Tuning
kann in Abhängigkeit
von verschiedenen Faktoren zweckmäßig sein, z. B. von dem zur
Verkapselung der integrierten Schaltung 10 verwendeten
Gehäuse
oder der Anwendung eines speziellen Benutzers.
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3 soll
ein Beispiel dafür
darstellen, wie ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung zum Einstellen des Betriebsverhaltens einer integrierten
Schaltung verwendet werden kann. Bei diesem Beispiel weist die integrierte
Schaltung sowohl p-Kanal-Metalloxid-Halkbleiter (PMOS) als auch
n-Kanal-Metalloxid-Halbleiter
(NMOS)-Transistoren auf, obwohl die Erfindung nicht auf eine solche
Ausführungsform
beschränkt
ist. 3 ist eine graphische Darstellung der Strom-/Spannungs-(I/V)-Charakteristiken
eines PMOS-Bauelements (Kurve 50) gegenüber eines NMOS-Bauelements
(Kurve 51). Wie gezeigt, ist das NMOS-Bauelement nicht
so linear wie das PMOS-Bauelement. Dementsprechend kann die Sourcinggegen
Sinking-Fähigkeit
der Transistoren innerhalb der integrierten Schaltung 50 nicht
ideal sein. Dementsprechend kann es erwünscht sein, die Steigung von
NMOS-Bauelementen zur Verbesserung der Betriebsweise der integrierten
Schaltung 10 einzustellen.
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Insbesondere
kann eine Kompensationseinheit wie diejenige, die in 2 gezeigt
ist, zum Einstellen des Betriebsverhaltens von NMOS-Bauelementen
verwendet werden. Beispielsweise kann eine Kompensationseinheit
die gewünschte
Kompensationsstärke
bestimmen, und diese Kompensation kann dann mit der Kompensationsschaltung
(nicht gezeigt) implementiert werden. Daher kann eine Kompensationsschaltung
zum Einstellen der Linearität
von NMOS-Bauelementen in der mit den Kurven 60 und 61 in 3 gezeigten
Weise verwendet werden (das unkompensierte Betriebsverhalten ist
durch die Kurve 60 und das kompensierte Betriebsverhalten
durch die Kurve 61 angegeben). Die Stärke des Effekts der Kompensation
ist in 3 durch einen Abschnitt 62 gezeigt. Die
zum Einstellen des Betriebsverhaltens verwendete Kompensation wird
als binärer
Kompensationswert dargestellt. Daher kann ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine Vergleichsschaltung verwenden, die den Betrieb
eines PMOS-Transistors mit dem Betrieb eines NMOS-Transistors zur
Erzeugung eines Kompensationswertes vergleicht. Dieser einstellbare
oder programmierbare Kompensationswert wird danach zum Kompensationswert
vom Kompensationswertgenerator 15 (siehe 1) hinzuaddiert, um
die integrierte Schaltung 10 mit einem aktualisierten Kompensationswert
zu versehen.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
führt der Kompensationswertgenerator 15 eine
binäre, Bit-für-Bit-Addition
des Kompensationswerts 18 und des Kompensationswerts 19 zur
Bildung eines aktualisierten, berechneten Kompensationswerts 25 aus. Alternativ
kann es erwünscht
sein, daß der
Kompensationswertgenerator 15 eine andere Verarbeitung ausgeführt, beispielsweise
eine nur partielle Addition, Multiplikation oder eine einfache Bestimmung
dessen, welcher aus einer Gruppe von Werten größer ist. Demgemäß erzeugt
der Kompensationswertgenerator 15 einen finalen oder berechnetenten
Kompensationswert, der zumindest teilweise auf einer Mehrzahl von
Kompensationswerten basiert, welche aus unterschiedlichen Quellen
bereitgestellt werden können.
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Nach
der Erzeugung durch Kompensationswertgenerator 15, kann
der berechnete Kompensationswert 25 von der Kompensationsschaltung,
wie einem kompensierten Puffer 28, zum Einstellen des Betriebsverhaltens
der integrierten Schaltung 10 verwendet werden. Bei einem
Ausführungsbeispiel
kann der kompensierte Puffer 28 beispielsweise den berechneten
Kompensationswert 25 dekodieren und die geeignete Schaltung
aktivieren, um die integrierte Schaltung 10 mit der gewünschten
Kompensation zu versehen. Wie in 1 gezeigt
ist, kann der berechnete Kompensationswert 25 optionell
in einem Speicherplatz 26 gespeichert werden. Dies ist
jedoch nicht als eine Beschränkung
der vorliegenden Erfindung beabsichtigt, und es ist einzusehen,
daß der Kompensationswert 25 direkt
an den kompensierten Puffer 28 angelegt werden kann. Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel
kann eine Auswahlschaltung (nicht gezeigt) der in 1 gezeigten
Schaltung hinzugefügt
werden, so daß der
kompensierte Puffer 28, Kompensationswert 18,
Kompensationswert 19 oder einen berechneten Kompensationswert 25 erhält. In wiederum
einem anderen Ausführungsbeispiel
kann außerdem
eine externe Lese- /Schreib-Signalleitung hinzugefügt werden,
um das Einschreiben eines extern erzeugten Werts in Speicherplatz 26 zu
ermöglichen.
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Bei
einem alternativen Ausführungsbeispiel kann
die integrierte Schaltung 10 eine Klammerschaltung (Clamp) 27 aufweisen,
die mit dem vom Kompensationswertgenerator 15 gemäß 1 zur Verfügung gestellten
berechneten Kompensationswert beaufschlagt ist. Es ist jedoch einzusehen,
daß das
Clamp 27 fortgelassen werden kann und die Erfindung einen
Einbau eines Clamp nicht erforderlich macht. Hier ist das Clamp 27 so
konzipiert, daß es
einen akzeptablen Clamp-Bereich hat und verwendet wird, um festzustellen,
ob der vom Kompensationswertgenerator 15 erzeugte Wert
außerhalb
dieses akzeptablen Bereichs liegt. Wenn der berechnete Kompensationswert 25 nicht
innerhalb des akzeptablen Bereichs liegt, so kann das Clamp 27 eingreifen, um
den kompensierten Puffer 28 mit einem alternativen Kompensationswert
zu versehen. Dieses Merkmal kann erwünscht sein, wenn beispielsweise
der Kompensationswert 18 und/oder der Kompensationswert 19 einen
negativen Wert enthalten, oder wenn die vom Kompensationswertgenerator 15 durchgeführte Verarbeitung
zu einem Wert führt,
der für
das Betriebsverhalten der integrierten Schaltung 10 eine
unerwünschte
Einstellung darstellt. Beispielsweise kann das Clamp 27 benutzt
werden, um einen ausgewählten
Minimalwert der Kompensation zu gewährleisten oder eine übermäßige Kompensation
innerhalb der integrierten Schaltung 10 zu verhindern.
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Bei
einem wiederum anderen alternativen Ausführungsbeispiel kann der Kombinationswert 19 durch
eine Serie von Sicherungen 20 gebildet oder in einem nicht-flüchtigen
Speicher (z. B. elektrisch löschbaren
und programmierbaren Nur-Lese-Speicher
(EEPROM), elektrisch programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM), Flash EEPROM,
usw.) innerhalb oder außerhalb
der integrierten Schaltung 10 gespeichert werden. Dieses
Ausführungsbeispiel ermöglicht es
der integrierten Schaltung 10, wenn erwünscht, einen Anfangskompensationswert
zu haben. Wenn beispielsweise die Herstellungsbedingungen oder Target-Betriebsspezifikationen
der integrierten Schaltung 10 schwanken, so kann der geeignete
Kombinationswert voreingestellt werden, um alternative Werte bereitzustellen,
welche ihrerseits die Fähigkeit
der Kompensationsschaltung zur weiteren Einstellung des Betriebsverhaltens
der integrierten Schaltung 10 verbessern.
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Außerdem kann
der Kompensationswert 19 über eine Benutzerinterface
an die integrierte Schaltung 10 angelegt werden. Eine Benutzerinterface kann
beispielsweise ein Bus oder ein Register sein, das einem Benutzer
die Bereitstellung eines Kompensationswerts 19 aus einer
externen Quelle ermöglicht.
Dies kann sowohl dem Hersteller einer integrierten Schaltung als
auch einem Benutzer die Flexibilität zum Einstellen der Größe der innerhalb
der integrierten Schaltung 10 angelegten Kompensation geben.
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Aus
dem Vorstehenden ist zu erkennen, daß dieses Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung eine Schaltung zum Kompensieren des Betriebsverhaltens
einer integrierten Schaltung zur Verfügung stellt. Dieses Ausführungsbeispiel
bietet Vorteile, die mit bekannten Methoden, wie sie in der oben
genannten
US-PS 5,869,983 beschrieben
sind, nicht zur Verfügung
standen, da dieses Ausführungsbeispiel
das Anlegen des Kompensationswertes von zwei oder mehr Quellen ermöglicht,
die nach Wunsch kombiniert werden, um ein verbessertes Tuning des Betriebsverhaltens
von integrierten Schaltungen zu ermöglichen. Bekannte Methoden
ermöglichten
nur eine Auswahl unter ein oder zwei Kombinationswerten und nicht
die Verarbeitung der beiden Werte zur Bereitstellung eines dritten
Werts, der selbst zumindest teilweise auf den beiden Eingabewerten
basiert. Daher bietet das Ausführungsbeispiel
gemäß
1–
2 eine
höhere
Flexibilität
wie sie bisher nicht zur Verfügung
stand.
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Obwohl
gewisse Merkmale der Erfindung vorstehend beschrieben und dargestellt
wurden, sind viele Abwandlungen, Substitutionen, Änderungen und Äquivalente
für den
Fachmann erkennbar. Beispielsweise könnte der Addierer 15 derart
modifiziert werden, daß er
die Verarbeitung mehrerer Eingangswerte ermöglicht. Es ist daher einzusehen,
daß nur die
nachfolgenden Ansprüche
den Umfang solcher Modifikationen und Änderungen innerhalb des Erfindungsgedankens
abdecken.