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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung
mit einer Fehlerkorrektureinrichtung zur Speicherung
digitaler Daten, bei der die zu speichernden Daten in
Speicherzellen gespeichert werden, aus denen die gespeicherten Daten
mittels eines Leseverstärkers durch Erfassen einer
elektrischen Charakteristik ausgelesen werden.
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Bei einer derartigen Speicherschaltung können in jeder
Speicherzelle mehrere Zustände gespeichert werden, beispielsweise
eine 1-Information und eine 0-Information. Abhängig vom
jeweils gespeicherten Zustand liefert eine Speicherzelle, bei
der die gespeicherte Information mit Hilfe eines
Stromfühlerverstärkers ausgelesen wird, beim Auslesen zwei
unterschiedliche, definierte Ströme. Diese definierten Ströme werden
jedoch erst nach einer bestimmten Zeit erreicht, nach der ein
zum Auslesen der Speicherzellen nötiger Verschiebestrom
abgeklungen ist. Wird eine Speicherzelle ausgelesen, so steigt
auf Grund des zum Auslesen nötigen Verschiebestroms der
Zellenstrom steil auf einen bestimmten Wert an und fällt
anschließend abhängig vom in der Zelle gespeicherten Zustand
auf einen der beiden definierten Ströme ab, wobei der einer
0-Information entsprechende Zellenstrom niedriger als der
einer 1-Information entsprechende Zellenstrom ist. Ebenso kann
der Leseverstärker auch eine vom Strom verschiedene
Charakteristik wie beispielsweise eine Spannung und/oder einen
elektrischen Widerstand erfassen.
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Die erfasste elektrische Charakteristik während des
Auslesevorgangs ist demnach sowohl wertkontinuierlich als auch
zeitkontinuierlich. Um aus dem Zellenstrom das gespeicherte
digitale Datum gewinnen zu können, wird der Zellenstrom von einem
Stromfühlerverstärker mit einem Referenzstrom verglichen,
wobei der Ausgang des Stromfühlerverstärkers einen High-Pegel
annimmt, wenn der Zellenstrom kleiner als der Referenzstrom
ist, und einen Low-Pegel annimmt, sobald der Zellenstrom
geringer als der Referenzstrom ist. Für die Auswertung des
Zellenstroms muss dabei jedoch zuerst das Abklingen des
Verschiebestroms abgewartet werden.
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Die nachgeschaltete Fehlerkorrektureinrichtung als
Verarbeitungseinrichtung erhält eingangsseitig die gespeicherten
Daten von mehreren Speicherzellen und erzeugt daraus ein
fehlerkorrigiertes Ausgangssignal. Zur Fehlerkorrektur können
die Daten redundant in einer Weise gespeichert werden, die
auch bei fehlerhaften einzelnen Bits eine Rekonstruktion der
korrekten Daten ermöglicht.
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Bei Speicherzellen, die mit einem Stromfühlerverstärker
ausgelesen werden, können sich insbesondere durch Leckströme die
Verläufe der Zellenströme verändern. Durch Leckströme können
Ladungen in Speicherzellen abfließen, so dass sich die
Einsatzspannungen der beim Auslesen der Speicherzellen
verwendeten Transistoren und damit die beim Auslesen
auftretenden Zellenströme verändern. Insbesondere kann es vorkommen,
dass die den verschiedenen Informationen entsprechenden
Zellenströme erhöht sind. Dies hat zur Folge, dass der
Zellenstrom nach dem Abklingen des Verschiebestroms auf jeweils
höhere Werte absinkt und auch langsamer absinkt. Im Fall einer
gespeicherten 0-Information kann sich dadurch die Zeit
beliebig verlängern, nach der der Zellenstrom den Referenzstrom
unterschreitet. Bei auftretenden Leckströmen in der
Schaltungsanordnung kann es nach dem Beginn des Auslesens der
Speicherzellen auf unbestimmte Zeit zu einem Umschalten der
Stromfühlerverstärker kommen. Da die einzelnen
Stromfühlerverstärker nicht notwendigerweise zur gleichen Zeit und auch
zu unbestimmten Zeitpunkten umschalten, kann es bei einer
nachgeschalteten Fehlerkorrektureinrichtung zu fehlerhaften
Korrekturen kommen, wenn beispielsweise das Umschalten der
Stromfühlerverstärker nicht früh genug abgeschlossen ist. In
diesem Fall bleibt zwischen dem letzten Umschalten eines
Stromfühlerverstärkers und einem Zeitpunkt, zu dem das
Ausgangssignal der Fehlerkorrektureinrichtung abgegriffen bzw.
zwischengespeichert wird, nicht genügend Zeit, um die
Fehlerkorrektur in der Fehlerkorrektureinrichtung durchzuführen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Schaltungsanordnung zur Speicherung digitaler Daten der
eingangs genannten Art zu schaffen, wobei die Fehlersicherheit
insbesondere auch bei Speicherzellen-Leckströmen erhöht
werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Durch das Zwischenschalten eines Registers zwischen den
Leseverstärker bzw. einen Stromfühlerverstärker und die
Verarbeitungseinrichtung, insbesondere eine
Fehlerkorrektureinrichtung, wird erreicht, dass am Eingang der
Verarbeitungseinrichtung ein sowohl Wert- als auch zeitdiskretes Signal
anliegt. Es kann somit verhindert werden, dass während der
Verarbeitung der Daten bzw. des Vorgangs der Fehlerkorrektur
sich das Eingangssignal der Fehlerkorrektureinrichtung ändert
und zu Fehlern bei der Fehlerkorrektur führt. Tritt bei einer
oder mehreren Speicherzellen ein gestörter Zellenstromverlauf
auf, bei dem der Zellenstrom innerhalb des Auslesevorgangs
nicht den korrekten Wert erreicht, so wird zwar vom Register
ein falscher Zustand der Speicherzellen zwischengespeichert,
jedoch kann dies von der Fehlerkorrektureinrichtung
korrigiert werden, solange nicht zu viele Speicherzellen falsch
ausgelesen werden.
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Die Register können dabei so angesteuert werden, dass sie
eine bestimmte Zeit nach Beginn des Auslesevorgangs das
Ausgangssignal der Stromfühlerverstärker zwischenspeichern.
Diese Zeitdauer ist so bemessen, dass die Verschiebeströme
abgeklungen sind. Wenn dabei jedoch in Folge von Leckströmen die
Zellenströme erhöht sind, fallen die der 0-Information
entsprechenden Zellenströme nicht unter den Referenzstrom.
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Zur korrekten Ansteuerung der Register kann der
Schaltungsanordnung eine Steuereinrichtung zugeordnet sein, die eine
bestimmte Zeit nach Beginn des Auslesevorgangs die Register
derart ansteuern, dass sie das Ausgangssignal der
Stromfühlerverstärker zwischenspeichern.
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Besonders vorteilhaft kann die vorliegende Erfindung bei
EEPROM-Speichern verwendet werden, bei denen die Gefahr von
erhöhten Zellenströmen größer ist. Insbesondere kann die
Erfindung bei EEPROM-Speichern verwendet werden, die zum
Programmieren und Löschen Fowler-Nordheim-Tunnel aufweisen. Um
in solchen Fällen mit niedriger Spannung auszukommen, wird in
der Regel eine dünne Schicht Tunneloxid verwendet, wodurch
wiederum die Wahrscheinlichkeit für einen statistisch
zufällig auftretenden Leckstrompfad in einer Speicherzelle stark
anwächst. Dies wird auch "moving bit" genannt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau einer Speicherstelle
einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, und
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Fig. 2 zeigt die Verläufe des Speicherzellenstroms, des
Ausgangssignals des Stromfühlerverstärkers und der Ansteuerung
der Register.
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In Fig. 1 ist ein Teil einer erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung dargestellt, der eine Speicherstelle 1 bis 3 sowie
eine Fehlerkorrektureinrichtung 5 aufweist. Die
Speicherstelle 1 bis 3 dient zur Speicherung eines Bits, wohingegen die
Fehlerkorrektureinrichtung 5 weitere nicht dargestellte Ein-
und Ausgänge aufweist, um anhand der gespeicherten Bits von
mehreren Speicherstellen eine Fehlerkorrektur durchführen zu
können.
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Die Speicherstelle weist eine Speicherzelle 1 auf, in der die
Information in Form einer Ladung auf einem Floating Gate
gespeichert wird. Die in der Speicherzelle 1 gespeicherte
Ladung bzw. die in der Speicherzelle 1 gespeicherte Information
wird mit Hilfe eines Stromfühlerverstärkers 2 ausgelesen, der
während eines Auslesevorgangs den Zellenstrom ermittelt und
am Ausgang ein High-Signal ausgibt, wenn der Zellenstrom
einen bestimmten Wert überschreitet, und ein Low-Signal
ausgibt, wenn der Zellenstrom den Wert unterschreitet.
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Der Auslesevorgang wird von einer nicht dargestellten
Steuereinrichtung gesteuert, wobei zu Beginn des Auslesevorgangs
ein erhöhter Verschiebestrom zum Auslesen des Inhalts der
Speicherzelle 1 auftritt und die Information erst nach
Abklingen dieses Verschiebestroms ermittelt werden kann.
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Am Ausgang des Stromfühlerverstärkers 2 ist ein Register 3
angeschlossen, das das Ausgangssignal des
Stromfühlerverstärkers 2 zwischenspeichert, sobald das Register 3 mit einem
Steuersignal 4 angesteuert wird. Das Register 3 ist
flankengesteuert, so dass es bei einer positiven Flanke des
Steuersignals 4 das am Eingang anliegende Ausgangssignal des
Stromfühlerverstärkers 2 zwischenspeichert, so dass es
unveränderlich am Ausgang des Registers 3 anliegt. Der Ausgang des
Registers 3 ist mit einem Eingang der
Fehlerkorrektureinrichtung 5 verbunden.
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Nachfolgend wird anhand der in Fig. 2 dargestellten Verläufe
verschiedener in der Schaltung auftretender Ströme bzw.
Signale der Auslesevorgang der Speicherzelle 1 beschrieben.
Diagramm A zeigt den Verlauf des Zellenstroms in der
Speicherzelle 1, wobei der Verlauf 6 den Zellenstrom für eine
gespeicherte 1-Information und Verlauf 7 den Zellenstrom für eine
gespeicherte 0-Information bei jeweils korrekten
Stromverläufen zeigt. Der Verlauf 8 im Diagramm A zeigt den Verlauf des
Zellenstroms bei gespeicherter 0-Information, wobei in Folge
eines Fehlers ein Leckstrom auftritt und der Zellenstrom
erhöht ist. Weiterhin ist im Diagramm A ein Referenzstrom 9
eingezeichnet, mit dem der Stromfühlerverstärker 2 den
Zellenstrom der Speicherzelle 1 vergleicht.
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Diagramm B zeigt das Ausgangssignal des
Stromfühlerverstärkers 2 und Diagramm C zeigt das Taktsignal 4 zur Ansteuerung
des Registers 3. Für alle drei Diagramme A bis C sind vier
Zeitpunkte t1 bis t4 angegeben.
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Zu Beginn des Auslesevorgangs steigt der Zellenstrom
unabhängig von der in der Speicherzelle 1 gespeicherten Information
in gleicher Weise an, da der Stromverlauf von dem
Verschiebestrom bestimmt wird, der zum Auslesen des Inhalts der
Speicherzelle 1 erforderlich ist. Sobald der Zellenstrom den
Referenzstrom 9 überschreitet, schaltet der Ausgang des
Stromfühlerverstärkers 2 auf High, was in den Diagrammen A, B zum
Zeitpunkt t1 der Fall ist. Der Zellenstromverlauf im Diagramm
A steigt bis auf einen Maximalwert an und fällt anschließend
abhängig von der in der Speicherzelle 1 gespeicherten
Information und möglichen Leckströmen in der Speicherzelle 1
unterschiedlich schnell auf unterschiedliche Werte ab. Ist
beispielsweise in der Speicherzelle 1 eine 0-Information
gespeichert und tritt kein Leckstrom auf, so unterschreitet der
Zellenstrom, wie vom Verlauf 7 angegeben, zum Zeitpunkt t2
wieder den Referenzstrom 9, so dass zu diesem Zeitpunkt der
Ausgang des Stromfühlerverstärkers 2 wieder auf Low schaltet.
Ab diesem Zeitpunkt t2 liegt somit am Ausgang des
Stromfühlerverstärkers 2 das korrekte Signal an. Wenn dagegen die
Speicherzelle 1 eine 1-Information speichert und kein
Leckstrom auftritt, so bleibt der Zellenstrom, wie im Verlauf 6
angegeben, über dem Referenzstrom 9, so dass in diesem Fall
das Ausgangssignal des Stromfühlerverstärkers 2 auf dem High-
Pegel verbleibt. Die Verläufe des im Diagramm B angegebenen
Ausgangssignals des Stromfühlerverstärkers 2 sind in der
gleichen Strichart wie die verschiedenen zugehörigen
Zellenstromverläufe 6 bis 8 im Diagramm A angegeben. Beispielsweise
ist das Stromfühlerverstärker-Ausgangssignal für den Fall
einer gespeicherten 0-Information ebenso wie der entsprechende
Zellenstromverlauf 7 durchgezogen wiedergegeben, wohingegen
sowohl das Stromfühlerverstärker-Ausgangssignal als auch der
entsprechende Zellenstromverlauf 6 für eine gespeicherte 1-
Information gestrichelt wiedergegeben ist.
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Wenn nun in der Speicherzelle 1 ein Leckstrom auftritt, so
erhöht sich der Zellenstrom, so dass im Fall einer
gespeicherten 0-Information, wie im Verlauf 8 angegeben, der
Zellenstrom nach Abklingen des Verschiebestroms langsamer und
auf einen höheren Wert absinkt. Der Zellenstrom
unterschreitet daher den Referenzstrom 9 zu einem späteren Zeitpunkt t3.
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Um nach einer definierten Zeit die gespeicherten Daten aus
der Schaltungsanordnung auslesen zu können, wird zu einem
festgelegten Zeitpunkt t4 das Register 3 mittels des
Ansteuersignals 4 angesteuert, so dass das zu diesem Zeitpunkt am
Ausgang des Stromfühlerverstärkers 2 anliegende Signal für
die Weiterverarbeitung in der Fehlerkorrektureinrichtung 5
zwischengespeichert wird. Die Fehlerkorrektureinrichtung 5
benötigt zur Durchführung der Korrektur eine gewisse Zeit tF,
während der am Ausgang der Fehlerkorrektureinrichtung 5 keine
gültigen Daten anliegen. Am Ausgang der
Fehlerkorrektureinrichtung 5 liegen erst ab dem Zeitpunkt t4 + tF gültige Daten
an.
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Wenn nun die Speicherzelle 1 eine 0-Information speichert und
ein Leckstrom auftritt, so ergibt sich der Verlauf 8, bei dem
allerdings der Zellenstrom erst zu einem späteren Zeitpunkt
t3 den Referenzstrom 9 unterschreitet, so dass zum Zeitpunkt
t4 am Ausgang des Stromfühlerverstärkers 2 ein High-Signal
anliegt, obwohl die Speicherzelle 1 eine 0-Information
speichert. Dieses Signal wird, wie zuvor beschrieben, zur
Verarbeitung in der Fehlerkorrektureinrichtung 5 konstant
zwischengespeichert, so dass die Fehlerkorrektur korrekt
durchgeführt werden kann. Unter der Annahme, dass nicht zu viele
Speicherzellen 1 in Folge von Leckströmen falsch ausgelesen
worden sind, liegen daher am Ausgang der
Fehlerkorrektureinrichtung 5 ab dem Zeitpunkt t4 + tF die korrekten Daten an.
Ein Umschalten des Eingangssignals der
Fehlerkorrektureinrichtung 5 in Folge eines verspäteten Absinkens des
Zellenstroms unter den Referenzstrom 9 ist ausgeschlossen. Mit
Hilfe des Registers 3 kann erreicht werden, dass das
Eingangssignal der Fehlerkorrektureinrichtung 5 sowohl wertdiskret
als auch zeitdiskret ist, und die Fehlerkorrektur ohne
Störung durchgeführt werden kann.