DE10145021C1

DE10145021C1 - Integrierte Schaltung mit einer Strommesseinheit und ein Verfahren zum Messen eines Stromes

Info

Publication number: DE10145021C1
Application number: DE10145021A
Authority: DE
Inventors: Carsten Ohlhoff; Peter Beer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2001-09-13
Filing date: 2001-09-13
Publication date: 2003-04-30
Anticipated expiration: 2021-09-14
Also published as: US6756787B2; US20030057987A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung mit einem Schaltkreis (1) und mit einer Strommesseinheit zum Messen des Stroms durch den funktionellen Schaltkreis. Die Strommesseinheit ist mit einer Ausgabeeinrichtung (10) verbunden, um den Wert des gemessenen Stroms über einen externen Anschluss (11) der integrierten Schaltung an ein externes Testsystem auszugeben.

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung mit einer Strommesseinheit und ein Verfahren zum Messen eines Stromes in einer integrierten Schaltung.

Durch die zunehmende Komplexität wird das Testen von integ rierten Schaltungen immer zeitaufwendiger. Dies führt zu hö heren Kosten und verringert in aller Regel den Durchsatz bei der Fertigung von integrierten Schaltungen. Um die Testkosten bzw. den Durchsatz zu erhöhen, ist es beispielsweise erfor derlich, die Parallelität beim Testen zu erhöhen. Eine wei tere Möglichkeit besteht darin, die Anforderungen an externe Testsysteme zu reduzieren, um auf diese Weise die Testdauer und somit die Kosten zu verringern.

Es wird beispielsweise ein Selbsttest (BIST = Build-in-Self- Test) durchgeführt, bei dem das Testen der integrierten Schaltungen durch geeignete Zusatzschaltungen auf der zu tes tenden integrierten Schaltung selbst durchgeführt wird.

Integrierte Schaltungen können aufgrund von Defekten wie z. B. Kurzschlüssen oder im Rahmen von Prozessschwankungen in der Fertigung eine erhöhte Stromaufnahme aufweisen. Um entspre chende Chips zu identifizieren, ist es notwendig, während des Produktionstests einen Stromfluss durch die gesamte integ rierte Schaltung bzw. Teile davon zu messen. Dies wird bisher mit Hilfe einer so genannten DC-Measurement-Unit durchge führt. Dazu ist ein entsprechend ausgestattetes externes Testsystem erforderlich, das beim parallelen Testen für jede der zu testenden integrierten Schaltungen eine separate Mess einheit benötigt.

Die Druckschrift US 5 332 973 offenbart einen Testschaltkreis zur Überwachung des Ruheversorgungsstroms, wobei der Test schaltkreis gemeinsam mit dem eigentlichen Hauptschaltkreis auf einem Substrat der integrierten Schaltung vorgesehen ist. Der Strom, der über den Versorgungsspannungsanschluss in die integrierte Schaltung gelangt, wird zum einen über einen Pfad in den Hauptschaltkreis geleitet. Über einen Stromspiegel wird der Strom auf einen zweiten Pfad gespiegelt. Durch eine Referenzspannungsschaltung und eine Komparatorschaltung wird der gespiegelte Strom mit dem Referenzstrom verglichen, der in einer Referenzstromquelle gebildet ist. Abhängig von dem Ergebnis des Vergleichs wird ein Fehlersignal am Ausgang des Komparators ausgegeben. Diese Schaltung hat den Nachteil, dass das Fehlersignal wenig aussagekräftig ist, wenn der Strom, der durch den Hauptschaltkreis fließt, bestimmt werden soll. Weiterhin hat diese Schaltung den Nachteil, dass integ rierte Referenzstromquellen aufgrund von Prozessschwankungen nicht durchgängig mit gleichen Parametern hergestellt werden können, so dass Ungenauigkeiten bei der Strommessung vorkom men können.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine integrierte Schaltung zur Verfügung zu stellen, bei der die Stromaufnahme während des Testens schneller und mit geringeren Anforderun gen an das externe Testsystem gemessen werden kann. Es ist weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine ge nauere Strommessung durchzuführen.

Die Aufgabe wird durch die integrierte Schaltung nach An spruch 1 und das Verfahren zum Messen eines Stroms nach An spruch 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Er findung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß ist eine integrierte Schaltung mit einem Schaltkreis vorgesehen, die eine Strommesseinheit aufweist. Die Strommesseinheit dient zum Messen des Stroms durch den Schaltkreis, wobei die Strommesseinheit mit einer Ausgabeein richtung verbunden ist. Die Ausgabeeinrichtung ist so gestal tet, dass der Wert des gemessenen Stroms über einen externen Anschluss der integrierten Schaltung an ein externes Testsys tem ausgegeben werden kann.

Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, die Strommesseinheit nicht wie bisher üblich außerhalb der integrierten Schaltung z. B. in dem externen Testsystem oder mit diesem verbunden, sondern innerhalb der integrierten Schaltung vorzusehen. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass der Strom durch die Schaltkreise der integrierten Schaltung jederzeit gemessen werden kann, so dass beim parallelen Testen von mehreren in tegrierten Schaltungen jeweils im Wesentlichen gleichzeitig der Strom durch die Schaltkreise jeder der integrierten Schaltungen gemessen und anschließend an z. B. ein externes Testsystem übertragen werden kann. Es wird somit vermieden, eine zusätzliche Strommesseinheit außerhalb der integrierten Schaltung vorzusehen, in der die Strommessungen sequenziell ausgeführt werden müssten, wenn keine ausreichende Anzahl von externen Strommesseinrichtungen zur Verfügung stehen.

Die Strommesseinheit weist eine Strommessschaltung und eine Stromspiegelschaltung auf, um den Strom durch den Schaltkreis in einen Messstrompfad zu spiegeln. Der Messstrompfad ist ü ber eine Strommessschaltung geführt, um den gespiegelten Strom zu messen und den Wert des gemessenen Stroms über die Ausgabeeinrichtung auszugeben. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Strommesseinheit den Schaltkreis nur in geringem Ma ße beeinflusst, so dass exakt der Strom gemessen werden kann, der durch den Schaltkreis fließt.

Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Strommessschaltung eine Schalteinrichtung mit einer Kapazität aufweist, um die Kapa zität von einem niedrigen Spannungswert auf einen hohen Span nungswert mit Hilfe des Stroms aufzuladen und um die Ka pazität umzupolen, wenn der in der Kapazität gespeicherte Spannungswert den hohen Spannungswert überschreitet, wobei eine Anzahl der Aufladevorgänge während einer vorbestimmten Zeitdauer von dem Strom abhängt. Auf diese Weise kann eine Strommessschaltung realisiert werden, die den Strom als eine Anzahl von Aufladevorgängen misst. Dies hat den Vorteil, dass die Realisierung einer solchen Schalteinrichtung in besonders einfacher Weise in einer integrierten Schaltung zu realisie ren ist. Des Weiteren kann mit Hilfe der Schalteinrichtung der Wert des zu messenden Stromes auf besonders einfache Wei se digitalisiert werden.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Strommessschaltung eine Zählereinrichtung aufweist, die so ausgeführt ist, um während einer vorgegebenen Zeitdauer die Anzahl der Auflade vorgänge der Kapazität zu messen und die gemessene Anzahl der Aufladevorgänge über die Ausgabeeinrichtung auszugeben. Auf diese Weise kann der Wert des zu messenden Stromes während der vorgegebenen Zeitdauer gemittelt werden, so dass man ei nen mittleren Stromfluss misst, bei dem kurzfristige Störun gen z. B. Störimpulse, unbeachtet bleiben.

Da es häufig üblich ist, integrierte Schaltungen ebenfalls mit einer BIST-Schaltung zu versehen, kann ein von der BIST- Schaltung verwendeter Datenausgang auch dazu verwendet wer den, den Stromwert auszugeben.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass während der Strommes sung eine gemeinsame Spannungsquelle für mehrere parallel zu testende integrierte Schaltungen verwendet werden kann. Ein zelne Spannungsquellen für jeweils eine externe Strommessein heit sind somit nicht notwendig.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Ausgabeeinrich tung so gestaltet ist, den Wert des gemessenen Stromes se riell an ein externes Testsystem zu übertragen. Dies hat den Vorteil, dass der Stromwert nur über einen Ausgabeanschluss ausgegeben werden kann, so dass die übrigen Anschlüsse wei terhin für ein Testen der Funktionalität zur Verfügung ste hen, d. h. der Strom wird während eines Funktionstests des Schaltkreises gemessen und der entsprechende Stromwert wäh rend des Testens der funktionellen Schaltkreise ausgelesen.

Die Schaltkreise der integrierten Schaltung können eine Spei cherschaltung aufweisen. Insbesondere bei Speicherschaltungen ist der Stromfluss eine wesentliche Größe, die die Qualität und Klassifizierung der Speicherschaltung insbesondere bei DRAM-Bausteinen, bestimmt. Da der Wert des Stromes einen be stimmten Betrag nicht übersteigen darf und von der Betriebs frequenz abhängt, bestimmt neben anderen Einflussgrößen der maximal zulässige Strom die maximale Betriebsfrequenz des Speicherbausteins. Die maximale Betriebsfrequenz dient dabei häufig als Klassifikationsmerkmal, wobei Chips mit erhöhter Stromaufnahme mit Rücksicht auf die Spezifikation aussortiert werden.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die integrierte Schal tung eine zweite Strommessschaltung aufweist, die eine zweite Schalteinrichtung mit einer zweiten Kapazität und eine zweite Zähleinrichtung umfasst. An die zweite Strommessschaltung wird dabei ein vorbestimmter Strom, der beispielsweise von dem externen Testsystem zur Verfügung gestellt wird, ange legt. Die zweite Kapazität ist durch den vorbestimmten Strom für eine vorbestimmte zweite Anzahl aufladbar. Die zweite Zählereinrichtung ist so gestaltet, um zu Beginn eines Zäh lens der vorbestimmten zweiten Anzahl von Aufladevorgängen in der zweiten Kapazität die vorgegebene Zeitdauer in der ersten Zählereinrichtung zu starten und nach Erreichen der vorbe stimmten zweiten Anzahl von Aufladevorgängen der zweiten Ka pazität die vorgegebene Zeitdauer in der ersten Zählerein richtung zu stoppen. Die zweite Zählereinrichtung zählt somit eine vorgegebene Anzahl von Aufladevorgängen durch den Strom bekannter Größe, der z. B. extern eingeprägt wird. Start und Erreichen des Endwerters dieser zweiten Zählereinrichtung werden genutzt, um die Zeit festzulegen, während derer der erste Zähler die Anzahl der Aufladevorgänge durch den Mess strom ermittelt. Auf diese Weise kann der absolute Wert des zu messenden Stromes durch den Schaltkreis ermittelt werden, wobei nur der z. B. durch das externe Testsystem vorbestimmte Strom durch die zweite Strommessschaltung, das Verhältnis der ersten Kapazität zur zweiten Kapazität sowie der vorbestimm ten zweiten Anzahl von Aufladevorgängen bekannt sein müssen. Als Bauelementparameter wird somit lediglich das Kapazitäts verhältnis benötigt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zum Messen eines Stromes in einer integrierten Schaltung vorgesehen sein. Das Verfahren wird so ausgeführt, dass eine Spannung an die integrierte Schaltung ausgegeben wird, die um einen vorbestimmten Betrag über der nominalen Versorgungsspannung der integrierten Schaltung liegt und um einen Messwert zu empfangen, der von der Stromaufnahme der integrierten Schaltung abhängt.

Durch das Vorsehen einer Schaltung zum Messen eines Stromes in einer integrierten Schaltung kann erreicht werden, dass ein externes Testsystem keine eigene Strommessung vornehmen muss, sondern lediglich den Messwert, der die Stromaufnahme des Schaltkreises angibt, empfängt. Somit kann das externe Testsystem parallel die entsprechenden Messwerte empfangen, und muss eine Messung beim parallelen Testen nicht nacheinan der durchführen. Wenn der Messwert als ein digitaler Wert ü bertragen wird, kann in dem externen Testsystem auf analoge Messeinrichtungen verzichtet werden. Weiterhin kann vorgese hen sein, dass ein Referenzstrom ausgegeben wird, wobei der zu messende Strom mit Hilfe des Referenzstromes, der vorbe stimmten zweiten Anzahl von Umladevorgängen, des Kapazitäts verhältnisses der ersten Kapazität zur zweiten Kapazität und mit Hilfe der ersten Anzahl von Umladevorgängen, die dem Messwert entsprechen, ermittelt werden kann.

Vorteilhaft wird der Betrag der von außen angelegten Spannung so gewählt, dass ein Spannungsabfall an der Stromspiegel schaltung kompensiert wird und der Schaltkreis mit der nomi nalen Spannung versorgt wird.

Die vorliegende Erfindung ist im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeich nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine integrierte Schaltung mit einer Strommesseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Strommesseinheit gemäß einer zweiten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 3 eine Strommesseinheit gemäß einer dritten Ausfüh rungsform der Erfindung.

Fig. 1 veranschaulicht eine integrierte Schaltung mit einem Schaltkreis 1, die über einen ersten Versorgungsspannungsan schluss 2 und einen zweiten Versorgungsspannungsanschluss 3 mit einer Betriebsspannung versorgt werden. Die funktionalen Schaltkreise können Logikschaltkreise sein, die die Funktion der integrierten Schaltung bestimmen. Sie können weiterhin Speicherschaltungen z. B. die DRAM-Speicherschaltungen aufwei sen. An dem ersten Versorgungsspannungsanschluss 2 liegt ein erster Versorgungsspannungspegel VDD und an dem zweiten Ver sorgungsspannungsanschluss 3 liegt ein zweiter Versorgungs spannungspegel, der vorzugsweise ein Massepotential GND auf weist, an.

Zwischen dem ersten Versorgungsspannungsanschluss 2 und den Schaltkreisen 1 ist eine Stromspiegelschaltung 5 mit einem ersten Transistor T1 und einem zweiten Transistor T2 angeord net. Der erste Transistor T1 und der zweite Transistor T2 sind im wesentlichen gleichartig. Die Stromspiegelschaltung 5 ist so geschaltet, dass der Strom Icc durch den Transistor T1 in den Transistor T2 gespiegelt wird. Ein Source-Anschluss des ersten Transistors T1 ist mit dem ersten Versorgungsspan nungsanschluss 2 verbunden. Ein Drain-Anschluss des ersten Transistors T1 ist mit dem Schaltkreis 1 verbunden. Der Drain-Anschluss des Transistors T1 ist mit einem Gate-Eingang des ersten Transistors T1 und einem Gate-Eingang des zweiten Transistors T2 verbunden. Der Transistor T2 ist mit einem Source-Anschluss T2A mit dem ersten Versorgungsspannungsan schluss 2 verbunden. Ein Drain-Anschluss T2B des zweiten Transistors T2 ist mit einer Strommessschaltung 4 verbunden.

Die Stromspiegelschaltung 5 kann auf diese Weise den Strom durch die Schaltkreise 1 in den durch T2 und die Strommess schaltung 4 gebildeten Strompfad spiegeln. Der zweite Tran sistor T2 wird dabei durch die am Drain-Anschluss T1B des ersten Transistors T1 anliegende Spannung so angesteuert, dass er sich - gleiche Bauweise bzw. Parameter vorausgesetzt - in einem gleichen Betriebszustand wie der erste Transistor T1 befindet, so dass der gespiegelte Messstrom Imess durch den zweiten Transistor T2 und die Strommessschaltung 4 fließt.

Die Strommessschaltung 4 weist eine Kapazität C1 auf, die so verschaltet ist, um die Kapazität C1 kontinuierlich von einem niedrigen Spannungspegel Vref2 auf einen hohen Spannungspegel Vref1 mit Hilfe des gespiegelten Messstromes Imess aufzula den. Der hohe Spannungspegel VREF1 und der niedrige Span nungspegel VREF2 werden von Konstantspannungsquellen (nicht gezeigt) zur Verfügung gestellt, die entweder in der integ rierten Schaltung selbst erzeugt werden oder über externe An schlüsse zur Verfügung gestellt werden. Vorzugsweise wird der niedrige Spannungspegel Vref2 so gewählt, dass der Spannungs pegel zwischen dem Wert des hohen Spannungspegels Vref1 und einem Massepotenzial GND an dem zweiten Versorgungsspannungs anschluss 3 liegt. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass der niedrige Spannungspegel Vref2 auf dem Massepotenzial GND liegt. Vorzugsweise wird die Spannungsdifferenz zwischen dem hohen Spannungspegel Vref1 und dem niedrigen Spannungspe gel Vref2 möglichst klein gewählt, dass die Kapazität in ei nem kleineren Spannungsbereich betrieben werden kann, in dem sie linear ist.

Die Kapazität C1 ist so verschaltet, dass sie abhängig von einem Steuersignal ST die Kapazität C1 entweder über einen Transistor T4 oder einen Transistor T3 auf den hohen Span nungspegel VREF1 auflädt. Der dritte Transistor T3 und der vierte Transistor T4 sind vorzugsweise als p-Kanal-Feldef fekttransistoren ausgebildet. Der Source-Anschluss T3A des dritten Transistors T3 und der Source-Anschluss T4A des vier ten Transistors T4 sind jeweils mit dem Drain-Anschluss T2B des zweiten Transistors T2 verbunden. Ein Gate-Eingang T4S des vierten Transistors T4 ist mit dem Steuersignal ST und ein Gate-Eingang T3S des dritten Transistors T3 ist mit dem über einen Inverter 7 invertierten Steuersignal ST verbunden. Ein Drain-Anschluss T3B des dritten Transistors T3 ist mit einem ersten Anschluss C1A der Kapazität C1 und der Drain-Anschluss T4B des vierten Transistors T4 ist mit einem zweiten Anschluss C1B der Kapazität C1 verbunden.

Der erste Anschluss C1A der Kapazität C1 und der Drain-An schluss T3B des dritten Transistors T3 sind mit einem Drain- Anschluss T5A des fünften Transistors T5 und der zweite An schluss C1B der Kapazität C1 und der Drain-Anschluss T4B des vierten Transistors T4 sind mit einem Drain-Anschluss T6A des sechsten Transistors T6 verbunden. Der fünfte Transistor T5 und der sechste Transistor T6 sind vorzugsweise als n-Kanal- Feldeffekttransistoren ausgeführt. Die Source-Anschlüsse T5B, T6B des fünften Transistors T5 und des sechsten Transistors T6 sind jeweils mit dem niedrigen Spannungspegel VREF2 ver bunden. Das niedrige Spannungspotential VREF2 kann entweder zusätzlich zur Verfügung gestellt werden oder z. B. über den zweiten Versorgungsspannungsanschluss 3 mit dem Massepoten zial GND anliegt verbunden sein. Ein Gate-Anschluss T6S des sechsten Transistors T6 ist mit dem Steuersignal ST und ein Gate-Anschluss T5S des fünften Transistors T5 ist mit dem durch den Inverter 7 invertierten Steuersignal ST verbunden.

Das Steuersignal ST schaltet also entweder den vierten Tran sistor und den fünften Transistor auf Durchlass oder den dritten Transistor T3 und den sechsten Transistor T6. Beim Umschalten mit Hilfe des Steuersignals bzw. des invertierten Steuersignals ST wird also die dazwischengeschaltete Kapazi tät C1 bezüglich des Stromes Imess umgepolt, so dass die La dung der Kapazität C1 in entgegengesetzter Weise mit Ladung aus dem Strom Imess versorgt wird.

Die Source-Anschlüsse T3A, T4A des dritten Transistors T3 und des vierten Transistors T4 sind mit einer Vergleichereinrich tung 8 verbunden. An die Vergleichereinrichtung 8 ist über einen Eingang die erste Referenzspannung VREF1 angelegt. Die Vergleichereinrichtung 8 ist so geschaltet, dass das Steuer signal umschaltet, d. h. von einer logischen "0" auf eine lo gische "1" oder umgekehrt, wenn der hohe Spannungspegel VREF1 überschritten wird.

Auf diese Weise ändert sich der Zustand des Steuersignals ST immer dann, wenn die Spannung an den Source-Anschlüssen T3A, T4A des dritten Transistors T3 und des vierten Transistors T4 den hohen Spannungspegel VREF1 übersteigt. Bei einer Änderung des Zustandssignals ST wird die Kapazität C1 umgepolt, so dass an der Vergleichereinrichtung 8 im wesentlichen das Spannungspotenzial des niedrigen Spannungspegels VREF2 ange legt wird. Ausgehend von dem niedrigen Spannungspegel VREF2 wird dann mit Hilfe des Messstromes Imess der Kondensator bis zu dem hohen Spannungspegel VREF1 aufgeladen. Ist der hohe Spannungspegel VREF1 erreicht, schaltet die Vergleicherein richtung 8 erneut um und ändert den Zustand des Steuersignals ST. Die Geschwindigkeit, mit der die Aufladevorgänge statt finden, ist abhängig von dem Messstrom Imess, da die Spannung in der Kapazität C1 um so schneller ansteigt, je größer der gespiegelte Messstrom Imess ist.

Der Ausgang der Vergleichereinrichtung 8, an dem das Steuer signal ST anliegt, ist weiterhin mit einer Zählereinrichtung 9 verbunden. Die Zählereinrichtung 9 zählt die Aufladevor gänge in einer vorgegebenen Zeitdauer und gibt deren Anzahl N den Zählerstand an eine Ausgabeeinrichtung 10 weiter.

Die Ausgabeeinrichtung 10 ist mit einem externen Ausgabean schluss 11 verbunden, über den der Zählerwert an ein externes Testsystem ausgegeben werden kann. Die vorgegebene Zeitdauer, während der die Prüfladevorgänge gezählt werden, wird durch ein Zählersteuersignal ZST bestimmt. Mit einer ersten Flanke des Zählersteuersignals ST wird die Zählereinrichtung 9 ein geschaltet und mit einer nächsten Flanke wird die Zählerein richtung 9 ausgeschaltet, so dass die vorbestimmte Zeitdauer der Zeitdauer zwischen der ersten und der zweiten Flanke des Zählersteuersignals ZST entspricht. Das Zählersteuersignal ZST kann in der integrierten Schaltung festgelegt sein, es kann jedoch auch variabel einstellbar z. B. durch das extern angeschlossene Testsystem eingestellt werden. Kurzfristige Änderungen des Messstroms Imess, die kürzer sind als die vor bestimmte Zeitdauer der Messung, fallen dann bei der Messung des Stromes Imess nicht wesentlich ins Gewicht, da der Strom Imess über die vorbestimmte Zeitdauer gemittelt wird.

Die Ausgabeeinrichtung 10 kann weiterhin den gemessenen Wert auch innerhalb der integrierten Schaltung weiter verarbeiten, so dass beispielsweise eine Leistungssteuerung der funktio nellen Schaltkreise möglich sein kann. Dazu ist ein weiterer Anschluss 12 vorgesehen, über die der Zählerwert weiteren Schaltkreisen der integrierten Schaltung zur Verfügung ge stellt wird.

Mit Hilfe einer integrierten Schaltung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, ist es möglich die Strommessung innerhalb der integrierten Schaltung durchzuführen. Der Wert des zu messen den Stroms Imess wird durch einen Zählerstand in der Zähler einrichtung 9 bestimmt und beim Testen an ein externes Test system (nicht gezeigt) ausgegeben. Auf diese Weise ist es möglich, ein externes Testsystem zu verwenden, in der keine Strommesseinheit zur Messung des Stromes in den zu testenden integrierten Schaltungen vorgesehen sein muss. Auch lassen sich auf diese Weise in mehreren integrierten Schaltungen die fließenden Ströme gleichzeitig messen und die entsprechenden gemessenen Werte des Stromes an das angeschlossene externe Testsystem übertragen.

Um den Strom möglichst exakt zu bestimmen, kann vorgesehen sein, dass an dem ersten Versorgungsspannungsanschluss 2 eine Spannung anliegt, die um einen bestimmten Betrag höher ist als die für den Schaltkreis 1 übliche Versorgungsspannung. Die Differenzspannung zwischen dem ersten Versorgungsspan nungspegel VDD an dem Versorgungsspannungsanschluss 2 und der normalen Betriebsspannung der Schaltkreise 1 ist so gewählt, dass sie dem Spannungsabfall an dem ersten Transistor T1 ent spricht. Auf diese Weise liegt an dem Schaltkreis 1 eine der üblichen Versorgungsspannung identische Spannung an. Eine fehlerhaft Messung, die sich aus einer verringerten Betriebs spannung an den funktionellen Schaltkreisen 1 ergeben würde, ist somit ausgeschlossen.

Für den Produktionstest der integrierten Schaltung ist es wichtig, den sogenannten Standby-Strom zu messen. Der Standby-Strom ist durch produktionsbedingte Prozessschwankun gen und statistische Defekte der breitesten Verteilung unter worfen. Alle weiteren Verbrauchsströme lassen sich in der Praxis als Summe aus dem Standby-Strom und einer im Wesentli chen designabhängigen Komponente darstellen. Standby-Ströme sind typisch in der Größenordnung weniger 100 µA oder einiger Milliampere. Um im Standby-Betrieb den Strom zu reduzieren, wird auf typischen Halbleiterchips ein Großteil der Generato ren abgeschaltet. In diesem Fall ist wegen der geringen Stromaufnahme im Standby-Betrieb eine Spannungsversorgung der integrierten Schaltung bei der Strommessung über lediglich einen Versorgungsspannungsanschluss möglich. Die ansonsten üblichen weiteren Versorgungsspannungsanschlüsse sollten wäh rend einer beschriebenen Strommessung nicht von außen kontak tiert sein oder vom internen Stromverteilungsnetz, in dem der Strom gemessen werden soll, getrennt werden.

Bei Verwendung der in Fig. 1 gezeigten Strommessschaltung lässt sich der Strom Imess hier mit folgender Formel ermit teln:

wobei dU = VREF1 - VREF2 bzw. dU = Vref1, wenn VREF2 mit dem Massepotenzial GND verbunden ist, N die gemessene Anzahl von Umladungen in der Zählereinrichtung 9, T die vorgegebene Messzeitdauer und C die Kapazität ist.

Während man in integrierten Schaltungen Konstantspannungs quellen sehr exakt einstellen kann, ist es häufig schwierig, aufgrund von Prozessschwankungen den absoluten Kapazitätswert einer Kapazität festzulegen.

Diese Schwierigkeit kann in der Ausführungsform nach Fig. 2 umgangen werden. In Fig. 2 ist neben der schon in Fig. 1 dargestellten Strommessschaltung 4 eine Zählersteuerschaltung dargestellt, mit deren Hilfe das Zählersteuersignal ZST gene riert werden kann. Die Zählersteuerschaltung ist im wesentli chen exakt identisch zur Strommessschaltung 4 aufgebaut, mit dem Unterschied, dass anstelle einer Kapazität C1 eine zweite Kapazität C2 vorgesehen ist, deren Kapazitätswert bezüglich C1 in einem konstanten Verhältnis steht. Gleiche Bezugszei chen bezeichnen gleiche oder gleichartige Bauteile oder Bau gruppen.

Die Zählersteuerschaltung 13 ist wie folgt aufgebaut:
Ein Source-Anschluss eines achten Transistors T8 und ein Source-Anschluss eines siebten Transistors T7 sind mit einem externen Stromanschluss 22 verbunden. Ein Drain-Anschluss des siebten Transistors T7 ist mit einem Drain-Anschluss eines neunten Transistors T9 verbunden. Ein Drain-Anschluss des achten Transistors T8 ist mit einem Drain-Anschluss eines zehnten Transistors T10 verbunden. Die Source-Anschlüsse des neunten Transistors T9 und des zehnten Transistors T10 sind über den zweiten Versorgungsspannungsanschluss 3 mit dem zweiten Referenzspannungspotential Vref2 bzw. mit dem zweiten Versorgungsspannungspotenzial GND verbunden. Der Drain-An schluss des neunten Transistors T9 ist mit einem ersten An schluss der zweiten Kapazität C2 verbunden und ein zweiter Anschluss der zweiten Kapazität C2 ist mit dem Drain-An schluss des zehnten Transistors T10 verbunden. Ein zweites Steuersignal ST2 liegt am Ausgang einer zweiten Vergleicher einrichtung 20 an.

Der Ausgang der zweiten Vergleichereinrichtung 20 ist mit den Gate-Anschlüssen des achten Transistors T8 und des zehnten Transistors T10 verbunden. Ein Gate-Anschluss des siebten Transistors T7 und ein Gate-Anschluss des neunten Transistors T9 sind mit invertierten zweiten Steuersignal ST2 über einen weiteren Inverter 21 verbunden. Der Ausgang der zweiten Ver gleichereinrichtung 20 ist mit den Gate-Anschlüssen des ach ten Transistors T8 und des zehnten Transistors T10 verbunden.

Der Ausgang der zweiten Vergleichereinrichtung 20 ist eben falls mit einer zweiten Zählereinrichtung 23 verbunden.

Die zweite Vergleichereinrichtung 20 weist weiterhin einen Eingang für den Referenzspannungspegel Vref1 auf. Die zweite Vergleichereinrichtung 20 arbeitet auf die gleiche Weise wie die erste Vergleichereinrichtung 8.

Die den siebten, achten, neunten und zehnten Transistor T7, T8, T9, T10 aufweisende Zählersteuerschaltung 13 weist somit im Wesentlichen identische Eigenschaften zu der Schaltein richtung der Strommessschaltung 4 auf. Ebenso ist die zweite Vergleichereinrichtung 20 sowie der zweite Inverter 21 vorge sehen, die bezüglich der ersten Vergleichereinrichtung 8 und des ersten Inverters 7 im Wesentlichen identisch sind. Auf diese Weise wird abgesehen von der zweiten Kapazität C2 eine zu der Strommessschaltung 4 gleichartige Schaltung vorgese hen.

Die so gleichermaßen aufgebaute Zählersteuerschaltung 13 wird mit einem konstanten Strom Iext belegt. Der konstante externe Strom Iext wird über den externen Stromanschluss 22 der in tegrierten Schaltung zugeführt. Der Strom Iext wird vorzugs weise in dem externen Testsystem mit einem vorbestimmten Wert generiert und in die integrierte Schaltung eingeprägt.

An die Zählersteuerschaltung 13 ist eine zweite Zählerein richtung 23 angeschlossen. Die zweite Zählereinrichtung 23 zählt, wie bereits in Verbindung mit der Strommessschaltung 4 beschrieben, die Umladevorgänge der zweiten Kapazität C2. Die Geschwindigkeit der Umladevorgänge wird dabei durch den kon stanten externen Strom Iext, die zweite Kapazität C2 sowie den durch den ersten Spannungspegel VREF1 und den zweiten Spannungspegel VREF2 gebildeten Spannungsbereich bestimmt.

Die zweite Zählereinrichtung 23 ist im Gegensatz zur ersten Zählereinrichtung 9 so ausgebildet, dass bei einem ersten Zählerstand ein Zählersteuersignal ZST generiert wird, um die erste Zählereinrichtung 9 zu starten und bei einem zweiten Zählerstand der zweiten Steuereinrichtung 23 ein Zählersteu ersignal generiert wird, um die erste Zählereinrichtung 9 zu stoppen. Auf diese Weise wird durch die gleichartig aufge baute Strommessschaltung in Verbindung mit dem konstanten ex ternen Strom Iext, der zweiten Kapazität C2 des vorgegebenen Spannungsbereichs eine vorbestimmte Zeitdauer definiert, wäh rend der die erste Zählereinrichtung 9 die Anzahl der Umlade vorgänge der ersten Kapazität C1 misst.

Mit Hilfe der zweiten Strommessschaltung kann also über die fest vorgegebenen Parameter, nämlich den externen Strom Iext, die zweite Kapazität C2 und die vorbestimmte Anzahl N2 der Umladevorgänge der zweiten Kapazität C2 die vorbestimmte Zeitdauer T exakt durch folgende Formel definiert werden:

Der zu messende Strom Imess ergibt sich dann:

Man stellt fest, dass es bei dieser Ausführungsform nicht notwendig ist, den exakten Kapazitätswert der jeweiligen Ka pazitäten zu kennen bzw. zu bestimmen, sondern dass es aus reicht, das Kapazitätenverhältnis zwischen der ersten Kapazi tät und der zweiten Kapazität C1/C2 zu kennen. Da Kapazitäten verhältnisse in integrierten Schaltungen im Gegensatz zu ab soluten Kapazitätswerten nur in geringem Maße prozessbedingte Abweichungen aufweisen, ist es möglich, den Einfluss von pro zessabhängigen Schwankungen der Kapazitätswerte zu reduzie ren. Der zu messende Strom lässt sich dann mit Hilfe des Ka pazitätenverhältnisses C1/C2 der gemessenen Anzahl N von Aufladevorgängen in der ersten Zählereinrichtung 9, der vor bestimmten Anzahl N2 von Aufladevorgängen in der zweiten Zäh lereinrichtung 23 und mit dem Wert des externen konstanten Stroms Iext genau bestimmen.

Die in der zweiten Zählereinrichtung 23 festgelegte Anzahl N2 von Aufladevorgängen der zweiten Kapazität C2 kann im wesent lichen beliebig gewählt werden. Sie kann beispielsweise in der integrierten Schaltung fest eingestellt sein oder durch das externe Testsystem vor der durchzuführenden Strommessung an die integrierte Schaltung übertragen werden.

In Fig. 3 ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung gezeigt. Dort ist ebenfalls eine Stromspiegelschaltung 5 mit den ersten und zweiten Transistoren T1 und T2 vorgesehen, die den Strom durch die Schaltkreise 1 in einen weiteren Strom pfad über den Transistor T2 spiegelt. In dem durch T2 gebil deten Strompfad befindet sich ein Messwiderstand 24. Ein An schluss des Messwiderstands 24 ist mit dem Drain-Anschluss des zweiten Transistors T2 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Messwiderstands 24 ist mit dem zweiten Versorgungsspan nungsanschluss GND verbunden. An dem ersten Anschluss des Messwiderstandes 24 wird eine Messspannung über einen Mess spannungsanschluss 25 dem externen Testsystem zur Verfügung gestellt. Der durch den Messwiderstand 24 fließende Strom entspricht im Wesentlichen dem Strom durch die Schaltkreise 1, so dass die Spannung an dem Messspannungsanschluss 25 pro portional zu dem Strom durch die Schaltkreise 1 ist.

Auf diese Weise kann zum Testen ein zu einer an einem exter nen Anschluss anliegenden Spannung proportionaler Strom ge messen werden. Auch in diesem Ausführungsbeispiel werden die Schaltkreise 1 in Verbindung mit dem Stromspiegel 5 vorzugs weise mit einer Spannung versorgt, die über der eigentlichen Versorgungsspannung der Schaltkreise 1 liegt. Auf diese Weise wird ein Spannungsabfall über den Transistor T1 kompensiert, so dass an dem Drain-Anschluss des ersten Transistors 1 im Wesentlichen die während des Betriebs übliche Versorgungs spannung der Schaltkreise anliegt.

Die in der vorangehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirkli chung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Bezugszeichenliste

1

Schaltkreis

2

erster Versorgungsspannungsanschluss

3

zweiter Versorgungsspannungsanschluss

4

Strommessschaltung

5

Stromspiegelschaltung

7

Inverter

8

Vergleichereinrichtung

9

erste Zählereinrichtung

10

Ausgabeeinrichtung

11

Ausgabeanschluss

12

weiterer Anschluss

13

Zählersteuerschaltung

20

zweite Vergleichereinrichtung

21

zweiter Inverter

22

externer Stromanschluss

23

zweite Zählereinrichtung

24

Messwiderstand

25

Messspannungsanschluss
ZST Zählersteuersignal
ST Steuersignal
ST2 zweites Steuersignal
ST

invertiertes Steuersignal
ST2

invertiertes zweites Steuersignal
T1 erster Transistor
T2 zweiter Transistor
T3 dritter Transistor
T4 vierter Transistor
T5 fünfter Transistor
T6 sechster Transistor
T7 siebter Transistor
T8 achter Transistor
T9 neunter Transistor
T10 zehnter Transistor
C1 erste Kapazität
C2 zweite Kapazität
Icc Strom durch den Schaltkreis

1

Imess zu messender Strom
Iext externer Strom
T1A Source-Anschluß des ersten Transis tors
T1B Drain-Anschluß des ersten Transis tors
T2A Source-Anschluss des zweiten Tran sistors
T2B Drain-Anschluss des zweiten Transis tors
T3A, T4A Source-Anschlüsse der Transistoren T3, T4
T5A, T6A Drain-Anschlüsse der Transistoren T5, T6
T3B, T4B Source-Anschlüsse der Transistoren T3, T4
T5B, T6B Source-Anschlüsse der Transistoren T5, T6
T3S, T4S, T5S, T6S Gate-Anschlüsse der Transistoren T3- T6
VDD erster Versorgungsspannungspegel
GND zweiter Versorgungsspannungspegel
N Anzahl der Umladevorgänge der ersten Kapazität C1
N2 Anzahl der Umladevorgänge der zwei
ten Kapazität C2

Claims

1. Integrierte Schaltung mit einem Schaltkreis (1) und mit einer Strommesseinheit zum Messen des Stromes durch den Schaltkreis (1), wobei die Strommesseinheit eine Ausgabeein richtung (10) aufweist, um den Wert des gemessenen Stroms ü ber einen externen Anschluss (11) der integrierten Schaltung an ein externes Testsystem auszugeben, wobei die Strom messeinheit eine Strommessschaltung (4) und eine Stromspie gelschaltung (5) umfasst, um den Strom durch den Schaltkreis (1) in einen Messstrompfad zu spiegeln, wobei der Messstrom pfad über die Strommessschaltung (4) geführt ist, um den ge spiegelten Strom zu messen und den Wert des gemessenen Stro mes über die Ausgabeeinrichtung (10) auszugeben, dadurch gekennzeichnet, dass die Strommessschaltung eine Schaltein richtung (7, 8, T4, T5, T6, T7) mit einer Kapazität (C1) auf weist, um die Kapazität (C1) von einem niedrigen Spannungs wert (VREF2, GND) auf einen hohen Spannungswert (VREF1) mit dem Strom aufzuladen und um die Kapazität (C1) umzupolen, wenn der in der Kapazität gespeicherte Spannungswert den ho hen Spannungswert (VREF1) überschreitet, wobei eine Anzahl der Aufladevorgänge während einer vorbestimmten Zeitdauer in eindeutiger Weise vom Strom abhängt.

2. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei die Strom messschaltung (4) eine Zählereinrichtung (9) aufweist, die so ausgeführt ist, um während einer vorgegebenen Zeitdauer die Anzahl (N) der Aufladevorgänge der Kapazität (C1) zu messen und die gemessene Anzahl (N) der Aufladevorgänge über die Ausgabeeinrichtung (10) auszugeben.

3. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, die eine zweite Strommessschaltung aufweist, die eine zweite Schalteinrichtung (20, 21, T7, T8, T9, T10) mit einer zweiten Kapazität (C2) und einer zweiten Zählereinrichtung (23) um fasst, wobei an die zweite Strommessschaltung ein vorbestimm ter Strom (Iext) angelegt ist, wobei die zweite Kapazität (C2) durch den vorbestimmten Strom für eine vorbestimmte zweite Anzahl (N2) aufladbar ist, wobei die zweite Zählereinrichtung (23) mit der ersten Strom messschaltung so verbunden ist, um zu Beginn des Zählens ei ner vorbestimmten Anzahl (N2) von Aufladevorgängen der zwei ten Kapazität (C2) die erste Zählereinrichtung (9) zu starten und nach Erreichen der vorbestimmten zweiten Anzahl (N2) von Umladevorgängen der zweiten Kapazität (C2) die erste Zähler einrichtung (9) zu stoppen.

4. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Ausgabeeinrichtung so gestaltet ist, den Wert des gemessenen Stromes seriell an das externe Testsystem zu über tragen.

5. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Schaltkreis (1) der integrierten Schaltung eine Speicherschaltung, insbesondere eine DRAM-Speicherschaltung, aufweist.

6. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Strommessschaltung (4) eine Kapazität (1) aufweist, die im Wesentlichen über den Strom aufladbar ist.

7. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Ausgabeeinrichtung (10) so gestaltet ist, um als einen Messwert einen digitalen Wert auszugeben.

8. Verfahren zum Messen eines Stromes in einer integrierten Schaltung mit einem Schaltkreis und mit einer Strommessein heit, wobei die Strommesseinheit eine Stromspiegelschaltung umfasst, um den Strom durch den Schaltkreis in einem Messtrompfad zu spiegeln, wobei die Strommesseinheit eine Ausgabeeinheit (10) aufweist, um den Wert des gemessenen Stroms über einen externen Anschluss auszugeben, wobei an die integrierte Schaltung eine Spannung abgegeben wird, die um einen vorbestimmten Betrag über der nominalen Versor gungsspannung der integrierten Schaltung liegt und wobei ein Messwert empfangen wird, der von der Stromaufnahme des Schaltkreises (1) abhängt, wobei der vorbestimmte Betrag ei nem Spannungsabfall über einen Transistor in der integrierten Schaltung entspricht.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei an die integrierte Schaltung ein Referenzstrom (Iext) ausgegeben wird, wobei der zu messende Strom mit Hilfe des Referenzstromes und eines von der Ausgabeeinrichtung ausgegebenen Messwertes ermittelt wird.