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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Kalibrieren eines Testsystems für eine integrierte
Halbleiterschaltung und ein entsprechendes kalibrierbares Testsystem.
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S. KIKUCHI et al.: "A gate-array-based
666 MHz VLSI test system" in:
Test Conference, 1995, Proceedings., International, 1995, Seite
451 – 458
offenbart ebenfalls ein gattungsgemäßes Verfahren bzw. Testsystem.
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Die
US
6105157 beschreibt ein Testsystem zum Testen eines integrierten
Schaltkreises. Die Testanordnung umfasst einen Mustergenerator mit
einem nachgeschalteten Timing/Formatgenerator, der die Testdaten über einen
nachgeschalteten Ausgangstreiber als Testsignal an die zu testende
integrierte Halbleiterschaltung abgibt. Der Anschluss der zu testenden
Halbleiterschaltung ist über
eine weitere Leitung mit einem Vergleichsschaltkreis bzw. einer Messeinrichtung
verbunden. Die empfangenen Daten werden zwischengespeichert und
mit den erwarteten Daten, die von dem Mustergenerator stammen, verglichen.
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Die
DE 19807237 A1 beschreibt ein Testgerät für ein Halbleiterbauelement.
Das Testgerät
weist zwei Mustergeneratoren auf, denen jeweils eine Wellenformereinrichtung
nachgeschaltet ist. Mittels eines Multiplexers kann zwischen einem
mit normaler Geschwindigkeit erfolgenden Test und einem mit hoher Geschwindigkeit
erfolgenden Test umgeschaltet werden. Die Ausgangssignale der Wellenformereinrichtungen
sind mittels Oder-Gatter miteinander verknüpft und werden über einen
Treiber an eine zu testende integrierte Halbleiterschaltung abgegeben.
Die zu testende Halbleiterschaltung gibt gemessene Daten an eine
Vergleichseinheit ab, der zwei Fehleranalysespei cher nachgeschaltet
sind. Mittels Multiplexern kann zwischen den beiden Fehleranalysespeichern
umgeschaltet werden. Der zweite Fehleranalysespeicher ermöglicht es,
einen Test des ICs mit einer Geschwindigkeit bzw. mit einer Sequenz
auszuführen,
die doppelt so groß ist,
wie die normale Testgeschwindigkeit, ohne dass eine weitere Anschlusseinheit
hinzugefügt
werden muss. Erwartungswertesignale werden von den Wellenformerspeichern
der Wellenformereinrichtungen in Abhängigkeit von den Erwartungswertdaten,
die vom Mustergenerator erzeugt werden, an die logischen Vergleicher
innerhalb der Vergleichseinheit angelegt. Bei dem in der
DE 1980723 A1 beschriebenen
Testgerät
wird für
die Vergleichseinheit kein Informationssignal erzeugt, welches für jede Einzelsignalflanke
angibt, von welchem der beiden internen Signalpfade es erzeugt wird
und welche Synchronsignalflanke an die Vergleichseinheit angelegt
wird.
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Obwohl prinzipiell auf beliebige
integrierte Schaltungen anwendbar, werden die vorliegende Erfindung
sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in bezug auf integrierte
DRAM-Schaltungen
in Silizium-Technologie erläutert.
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Beim Testen von Halbleiterbauelementen
bei sehr hohen Datenraten (typischerweise 800 Mbit/sek) werden sehr
hohe Anforderungen an die Positionierungsgenauigkeit der Signalflanken
eines entsprechenden Testsystems gestellt. Die geforderte Genauigkeit,
z. B. für
das Testen von High Performance DRAM's liegt bei einem Fehler von kleiner
50 ps. High Performance Testsysteme in diesem Genauigkeitsbereich
verwenden typischerweise ein Kalibrierverfahren, bei dem die vom
Tester erzeugten Signale möglichst
nahe an der Schnitt stelle zum Halbleiterbaustein erfasst, gemessen
und in ihrer zeitlichen Position korrigiert werden.
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Im angesprochenen Genauigkeitsbereich
ist es notwendig, für
die Kalibrierung des Testsystems eine Situation herzustellen, die
der realen Messsituation möglichst
nahe kommt. Das betrifft nicht nur die Ausführung des Messaufbaus zur Kalibrierung,
sondern auch die Pulsfolge („Pattern"), die vom Treiber des
Testsystems getrieben wird. Hierbei ist vor allem wichtig, auch
den Einfluss von unterschiedlichen Pulsfolgen zu berücksichtigen,
da sich (z.B. durch parasitäre
Effekte) die Lage einer Flanke in Abhängigkeit von Ihrer Vorgeschichte ändern kann.
Daher sollte die Kalibrierung des Testsystems mit ein Pattern erfolgen,
das alle in der Anwendung vorkommenden Pulsfolgen abdeckt.
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Eine weitere Randbedingung vieler
Testsysteme an die Kalibrierung liegt daran, dass ein Signal an
einem Pin intern über
unterschiedliche Signalverarbeitungspfade zusammengesetzt wird,
die prinzipiell alle getrennt einkalibriert werden müssen. So
werden z.B. bei bestimmten Testsystemen steigende und fallende Flanken
von unterschiedlichen Hardware-Ressourcen erzeugt und müssen getrennt
eingemessen werden. Darüber
hinaus arbeiten die internen Ressourcen (hier i.W. der Timinggenerator)
des Testsystems oftmals nicht mit der maximalen Signalfrequenz,
die das System am Bauelement erzeugen kann, sondern mit z.B. der
halben oder geviertelten Frequenz, d.h. der Timinggenerator erzeugt
nicht nur zwei Flanken pro Zyklus, sondern vier oder acht. Das hat
zur Folge, dass auch direkt aufeinanderfolgende Flanken über unterschiedliche
Signalpfade erzeugt werden und daher getrennt eingemessen werden müssen.
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4 zeigt
eine schematische Darstellung eines bekannten Hochgeschwindigkeits-Testsystems.
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In 4 bezeichnet
MG einen Mustergenerator. Der Mustergenerator MG enthält einen
Sequenzgenerator SG, der eine logi sche Pulsform (also eine Sequenz
aus 1/0 Informationen) LPF erzeugt, sowie einen Timing/Format-Generator
TFG, der die logische Pulsform LFG in eine physikalische Signalform
PPF umwandelt. Die Signalform PPF wird vom Treiber AT über einen
entsprechenden Wellenleiter WL an den zu testenden Baustein DUT
ausgegeben. Während
des Kalibriervorganges nimmt die Prüfspitze PS das Signal vom zu
testenden Baustein DUT ab und leitet es an die Messeinrichtung M
weiter.
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Bisher werden solche Hochgeschwindigkeits-Testsysteme
mit Hilfe einer geeigneten Messeinrichtung (z.B. Oszilloskop, Nulldurchgangsdetektor)
vermessen bzw. kalibriert. Dabei treibt das Testsystem lediglich
diejenigen Flanken, dessen Generierungspfad gerade eingemessen werden
soll, z.B. nur steigende Flanken eines einzelnen Signalpfades. Dadurch
ist es auf einfache Weise möglich,
die einzelnen Signalpfade im Testsystem zu kalibrieren.
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Dieses Verfahren hat zwei wesentliche Nachteile:
Zum
Ersten wird die Kalibrierung zwingend mit einem regulären Pattern
durchgeführt,
d.h. das erzeugte Signal ist periodisch mit fester Frequenz und
festem Tastverhältnis.
Das entspricht zwar gut der Situation bei einem Clock-Signal für ein Bauelement,
für Daten-
und Steuersignale werden aber unregelmäßig Pulsfolgen an den Baustein
angelegt. Ein unregelmäßiges Pattern
erzeugt aber ein wesentlich breiteres Frequenzspektrum im Signalpfad
als ein reguläres Pattern.
Dadurch kann es durch Resonanzen, frequenzabhängige Laufzeiten und Begrenzungen
in den Anstiegszeiten zu Verschiebungen in der Positionierung der
Signalflanke kommen. Die Position der Signalflanke wird von der
Vorgeschichte abhängig.
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Zum Zweiten bedeutet die Beschränkung auf einen
einzigen Signalpfad oftmals auch eine Reduktion der Messfrequenz.
Dies tritt ein, wenn z.B. der Timinggenerator intern mit einem Viertel
der Ausgangsfrequenz arbeitet und deshalb hier acht Flanken innerhalb
seiner internen Periode generiert. Dann darf der Timinggenerator
während
der Kalibrierung die gemessenen Signale nur für die Flanken generieren, die
tatsächlich
eingemessen werden sollen. Zu den übrigen Zeitpunkten, an denen
während
des Testens eine Flanke generiert wird, darf während der Kalibrierung keine
Flanke erzeugt werden, da ansonsten mehrere Signalpfade die Messung
bestimmen und damit verfälschen
würden.
Auch dies kann in veränderten Übertragungseigenschaften
resultieren, so dass die Kalibrierung nicht optimal an die spätere Anwendung
angepasst ist. Beide Punkte bewirken eine Verschlechterung der Kalibriergenauigkeit während der
Bausteinmessung.
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Eine verbesserte Anpassung der Kalibrierung
an die Verhältnisse
während
des Bausteintests bringt das folgende Verfah ren: Hierzu wird ein
pseudozufälliges
Spiel bei der Spielfrequenz erzeugt und dieses mit einem Digitalen
Sampling Oszilloskop (DSO) im akkumulierenden Messmodus vermessen. Dabei
entsteht – durch Überlagerung
vieler unterschiedlicher Signalflanken – ein sogenanntes Datenaugendiagramm.
Durch Auswertung dieses Datenaugendiagramms kann eine Fehlkalibrierung
bestimmt und kompensiert werden.
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Dieses Verfahren erlaubt zwar, die
Bedingungen während
der Messung weitgehend nachzustellen. Allerdings ist es nicht 'möglich, die einzelnen Signalpfade
des Testsystems getrennt voneinander zu berücksichtigen, da das Datenaugendiagramm erst
durch die Überlagerung
aller Flankentypen entsteht. Zudem benötigt dieses Verfahren durch
die Verwendung eines Oszilloskops sehr viel Zeit, so dass es für die Kalibrierung
eines hochparallelen Produktionstestsystems nicht wirtschaftlich
anwendbar ist.
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein Verfahren und ein kalibrierbares Testsystem für eine integrierte
Halbleiterschaltung zu schaffen, wobei ein Testsystem unter den
genannten Randbedingungen schnell, aber trotzdem anwendungsnah mit
einer irregulären
(d.h. zufälligen)
Pulsfolge einkalibriert werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein
im Anspruch 1 angegebenes kalibrierbares Testsystem für eine integrierte
Halbleiterschaltung sowie das entsprechende Verfahren gemäß Anspruch
8 gelöst.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende
Idee besteht darin, daß durch
die Aktivierungsinformation jeder interne Signalpfad getrennt berücksichtigt
werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. das entsprechende
Testsystem weisen gegenüber
dem bekannten Lösungsansatz
u.a. den Vorteil auf, daß die
oben beschriebenen zwei Anforderungen an das Kalibrierverfahren
in Einklang gebracht werden:
- 1. Verwendung
eines realitätsnahen,
pseudo-zufälligen
Patterns für
die Vermessung der Flankenpositionen der Treiber.
- 2. Getrennte Vermessung der unterschiedlichen internen Signalpfade,
die zur Generierung des Testsignals beitragen.
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Hierzu wird zunächst ein Pattern-Programm erzeugt,
das die gewünschte
Signalsequenz am zu kalibrierenden Testerausgang generiert. Die
Messeinrichtung für
das Testersignal wird mit einem Aktivierungssignal versehen, das
es ermöglicht,
für jeden einzelnen
Testerzyklus zu bestimmen, ob die Messeinrichtung eine Einzelmessung
vornehmen soll oder nicht.
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Dieses Aktivierungssignal kann ebenfalls vom
Pattern-Programm
aus gesteuert werden und erlaubt so, die Messvorgänge der
Messeinrichtung auf genau die Flanken einzuschränken, deren zur Generierung
benötigte
Signalpfad gerade kalibriert werden soll. Auf diese Art und Weise
ist es möglich, zur
Kalibrierung ein Signal zu erzeugen, das alle applikationstypischen
Pulsfolgen abdeckt (und mit Hilfe aller interner Signalpfade generiert
wird), und trotzdem die Positionsbestimmung auf die Flanken eines Signalpfades
zu beschränken.
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Die Implementierung des Aktivierungssignals
in die Messeinrichtung sollte relativ einfach durchzuführen sein,
da hierzu kein Eingriff in den empfindlichen analogen Eingangskreis
der Messeinrichtung nötig
ist. Vielmehr kann diese Funktion auf der Ebene der digitalen Signalverarbeitung
erfolgen. D.h. der analoge Eingangskreis und die Digital-Analog-Wandlung
arbeiten ständig,
und erst bei der digitalen Weiterverarbeitung wird entschieden,
ob die gemessenen Ergebnisse berücksichtigt
oder verworfen werden.
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Für
das Aktivierungssignal muss eine Synchronisierung zwischen dem Patterngenerator
und der Messeinrichtung erfolgen, die die Signallaufzeiten des Meßsignales
vom Patterngenerator zur Messeinrichtung berücksichtigt. Diese muss aber
nur so genau sein, dass der richtige Testerzyklus „getroffen" wird. D.h. die Genauigkeitsanforderungen
an diese Synchronisation liegen in der Größenordnung der Testerperiode.
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Durch die beschriebene Vorrichtung
werden die elektrischen Verhältnisse
während
der Kalibrierung deutlich besser an die Situation während des Bausteintests
angepasst, was zu einer größeren Anwendungsnähe und damit
zu einer Verbesserung der Flankenpositionierung während des
Bausteintests führt.
Weitere Vorteile der Erfindung liegen darin, dass außer der
Implementierung des Aktivierungssignals in die Messeinrichtung keine
grundsätzliche Änderung
am Messaufbau notwendig ist. Daher ist auch keine signifikante Verlängerung
der Kalibrierdauer gegenüber
dem konventionellen Kalibrierverfahren zu erwarten.
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In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der
Erfindung.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird
für das
Informationssignal eine Synchronisierung zwischen dem Mustergenerator
und der Meßeinrichtung
des Testsystems mittels einer Verzögerungseinrichtung vorgenommen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten
Weiterbildung wird die Meßeinrichtung
durch das Informationssignal jeweils nur für eine Messung der Flanken des
internen Pfades aktiviert, der jeweils kalibriert wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten
Weiterbildung ist das Informationssignal ein digitales Signal, welches
jede einzelne Flanke des Testsignals hinsichtlich ihrer Herkunft
von einem der internen Pfade identifiziert.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Testsystems zur Erläuterung
einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Darstellung eines Testsignals für das
Testsystem nach 1;
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3 eine
schematische Darstellung eines Testsystems zur Erläuterung
einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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4 eine
schematische Darstellung eines bekannten Testsystems.
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In den Figuren bezeichnen gleiche
Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Bestandteile.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Testsystems zur Erläuterung
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß 1 enthalt der Mustergenerator MG dieser
Ausführungsform
eine Steuereinrichtung ST, welche gemäß einem vorbestimmten Programm vier
Sequenzgeneratoren SG1, SG2, SG3, SG4 ansteuert. Die Sequenzgeneratoren
SG1 bis SG4 erzeugen jeweils eine entsprechende logische Pulsfolge
L1, L2, L3 bzw. L4. Nachgeschaltet sind den Sequenzgeneratoren SG1
bis SG4 jeweilige Timing/Format-Generatoren TFG1, TFG2, TFG3, TFG4,
und diesen wiederum nachgeschaltet sind jeweilige Verzögerungseinrichtungen
V1, V2, V3, V4.
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Derart werden im Mustergenerator
MG nach 1 auf vier verschiedenen
internen Pfaden vier verschiedene physikalische Signalformen PPF1, PPF2,
PPF3, PPF4 erzeugt, welche in einem Knoten K zusammengeführt bzw. überlagert
werden. Verbunden mit dem Knoten K ist der Ausgangstreiber AT, welcher
das eigentliche Testsignal als zusammengesetzte physikalische Signalform
PPF liefert, die dem zu testenden Bauelement DUT zugeführt wird.
Verbunden mit dem zu testenden Bauelement DUT ist in bekannter Weise über eine
Prüfspitze
PS die Messeinrichtung M.
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Es wird bei der vorliegenden ersten
Ausführungsform
vom Mustergenerator MG, hier von dessen Steuereinrichtung ST, ein
Informationssignal AS bereit gestellt und über eine einstellbare Verzögerungseinrichtung
VAS an die Messeinrichtung M weiter gegeben, welches für jede einzelne
Flanke des Testsignals PPF angibt, von welchem Pfad sie erzeugt
wird, d.h. ob sie bei dem vorliegenden Beispiel der physikali schen
Signalform PPF1, PPF2, PPF3 bzw. PPF4 zuzuordnen ist. Dieses Informationssignal AS
kann z.B. eine digitale Form mit zwei Bits annehmen.
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Als Messeinrichtung M könnte hier
z.B. ein dedizierter Komparator eines Testsystems verwendet werden,
der einen digitalen Ansteuerungseingang besitzt, mit dem sich der
Messvorgang gemäß dem Signal
AS steuern lässt.
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Zur Synchronisierung des Informationssignals
AS kann ein kurzer Synchronisationslauf vor der eigentlichen Kalibriermessung
durchgeführt
werden, der die Laufzeiten im Messsignalpfad bestimmt und die notwendige
Verzögerungen
der Verzögerungseinrichtung
VAS programmiert. Da es hier nur auf das Treffen des richtigen Testerzyklus
ankommt, lässt sich
dies z.B. auf Ebene des Mustergenerators MG in Form von FIFO-Schieberegistern
implementieren.
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2 zeigt
eine Darstellung eines Testsignals für das Testsystem nach 1.
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In 2 bezeichnet
FN die Nummer der jeweiligen Flanke. Beim vorliegenden Beispiel
werden innerhalb einer internen Periode IP insgesamt vier Flanken
entsprechend der vier internen Pfade generiert, welche hier mit
1 bis 4 bezeichnet sind. Weiterhin werden beim vorliegenden Beispiel
werden die ansteigenden Flanken Nummer 1 vom ersten internen Signalpfad
SG1, TFG1, V1 erzeugt. Dem entsprechend zeigt das Informationssignal
AS durch entsprechende Signale AS = „01" in der zweiten, vierten und fünften internen
Periode, wel che in 2 dargestellt
sind, an, dass die entsprechende Flanke diesem ersten internen Pfad
zugehört.
Entsprechend wird in den jeweiligen Testerzyklen eine Einzelmessung
der entsprechenden Flanke durch die Messeinrichtung M vorgenommen.
Entsprechende unterschiedliche Signale sind zur Identifizierung
der anderen Flanken vorgesehen. Somit kann die Meßeinrichtung
M selektiv alle internen Pfade separat vermessen.
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Dadurch daß das Informationssignal AT
innerhalb des Gesamtsystemes synchronisiert ist, wird jeweils die
richtige Testerperiode durch die Messeinrichtung M ausgewählt. Auf
diese Art und Weise kann jeder der vier internen Signalpfade separat
kalibriert werden, da jeweils nur diejenigen Flanken durch die steuerbare
Meßeinrichtung
M vermessen werden, deren interne Signalpfad gerade kalibriert wird.
Insbesondere erfolgt diese Kalibrierung durch eine geeignete Einstellung
der jeweiligen Verzögerungseinrichtung
V1, V2, V3 bzw. V4.
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3 eine
schematische Darstellung eines Testsystems zur Erläuterung
einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Bei der obigen ersten Ausführungsform
wird zu jeder Flanke ein eigenes digitales Informationssignal AS
geliefert, und die Meßeinrichtung
M mißt
selektiv den jeweiligen internen Pfad.
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Bei der zweiten Ausführungsform
gemäß 3 enhält die Steuereinrichtung ST
vier unterschiedliche Kalibrierprogramme entsprechend den vier internen
Pfaden, welche über
eine Auswahleinrichtung AW auswählbar
sind. Das erste Kalibrierprogramm liefert ein Informationssignal
AS in Form eines analogen Pulses bei jeder Flanke des ersten internen
Pfades. Das zweite Kalibrierprogramm liefert ein Informationssignal
AS in Form eines analogen Pulses bei jeder Flanke des zweiten internen
Pfades. Das dritte Kalibrierprogramm liefert ein Informationssignal
AS in Form eines analogen Pulses bei jeder Flanke des dritten internen
Pfades. Das vierte Kalibrierprogramm liefert ein Informationssignal
AS in Form eines analogen Pulses bei jeder Flanke des vierten internen
Pfades. So lassen sich alle vier internen Pfade separat kalibrieren.
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Als Messeinrichtung M könnte hier
z.B. ein dedizierter Komparator eines Testsystems verwendet werden,
der einen analogen Ansteuerungseingang besitzt, mit dem sich der
Messvorgang gemäß dem Signal
AS für
jeden internen Pfad steuern lässt.
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Obwohl die vorliegende Erfindung
vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben
wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art
und Weise modifizierbar.
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Insbesondere ist die Ausgestaltung
des Informationssignals nicht auf die erläuterten Formen beschränkt. Auch
müssen
nicht immer alle internen Pfade kalibriert werden, so u.Ü. nur einer
oder ein Teil der Gesamtheit aller internen Pfade.
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- ST
- Steuereinrichtung
- SG1,SG2,SG3,SG4
- Sequenzgeneratoren
bzw. Mustererzeugungseinrichtungen der internen Pfade
- MG
- Mustergenerator
- V1,
V2, V3, V4,
- Verzögerungseinrichtungen
- VAZ
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- LPF,L1,
L2, L3, L4
- logische
Pulsformen
- AT
- Ausgangstreiber
- WL
- Wellenleiter
- PPF,
PPF1, PPF2, PPF3, PPF4
- physikalische
Pulsfolge, Testsignal
- DUT
- zu
testende Schaltung
- M
- Meßeinrichtung
- AS
- Aktivierungsinformation
- FN
- Flankennummer
- IP
- interne
Periode
- PS
- Prüfspitze