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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Trimmen der durch
eine integrierte Schaltung erzeugten internen Spannungen.
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Moderne
integrierte Schaltungschips, wie zum Beispiel DRAM-Chips (Dynamischer
Speicher mit wahlfreiem Zugriff) weisen viele verschiedene Spannungen
auf, die durch mehrere Generatoren auf dem Chip erzeugt werden müssen. Jeder
der Generatoren wird so hergestellt, dass er der integrierten Schaltung
eine spezifische Spannung zuführt.
Aufgrund von Schwankungen in dem Herstellungsprozess kann die von
jedem Generator bereitgestellte tatsächliche Spannung jedoch anfänglich außerhalb eines
akzeptablen Bereichs variieren. Um diese Schwankungen zu korrigieren,
werden die Spannungsgeneratoren auf integrierten Schaltungen häufig getrimmt,
um eine interne Spannung innerhalb des akzeptablen Bereichs bereitzustellen.
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1 zeigt ein herkömmliches
Verfahren zum Trimmen der Spannung eines Spannungsgenerators auf
einem integrierten Schaltungschip 100. Der integrierte
Schaltungschip 100 enthält
einen Spannungsgenerator 102, eine Steuerung für einen Prüfmodus 104 und
einen Anschluss für
ein Prüfgerät 106.
Der Spannungsgenerator 102 erzeugt aus einer externen Spannung 110 eine
interne Spannung 108. Der Spannungsgenerator kann zum Beispiel
einen Spannungsteiler oder eine Spannungspumpe enthalten, der bzw.
die eine interne Spannung 108 erzeugt, die kleiner oder
größer als
die externe Spannung 110 ist. Die interne Spannung 108 kann über eine
elektrische Verbindung 112 einer integrierten Schaltung
zugeführt
werden. Die integrierte Schaltung kann zum Beispiel ein Speicherfeld
enthalten. Die interne Spannung 108 wird außerdem über eine
elektrische Verbindung 114 dem Anschluss für das Prüfgerät 106 zugeführt.
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Um
die interne Spannung zu trimmen, wird die interne Spannung 108 einem
externen Prüfgerät 118 zugeführt, indem
zwischen dem externen Prüfgerät 118 und
dem Anschluss für
das Prüfgerät 106 eine
elektrische Verbindung 116 hergestellt wird. Das externe
Prüfgerät 118 bestimmt
den Wert der internen Spannung 108. Wenn die interne Spannung 108 getrimmt
werden muss, sendet das externe Prüfgerät 118 ein Prüfsignal 120 zu
der Steuerung für
den Prüfmodus 104.
Die Steuerung für
den Prüfmodus 104 übersetzt
das Prüfsignal 120 in
Steuersignale 122 zum Justieren des Spannungsgenerators 102.
Die Justierungen an dem Spannungsgenerator 102 modifizieren
die von dem Spannungsgenerator 102 erzeugte interne Spannung 108.
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Die
interne Spannung 108 wird kontinuierlich modifiziert, bis
sie innerhalb eines vorher festgelegten Bereichs liegt. Wenn die
interne Spannung in dem vorher festgelegten Bereich liegt, können die
an dem Spannungsgenerator 102 zur Trimmung vorgenommenen
Justierungen durch entsprechendes Programmieren des Status der Steuersignale
auf der integrierten Schaltung permanent gemacht werden. Eine permanente
Programmierung kann zum Beispiel durch Setzen nichtflüchtiger
Speicherelemente, die auf der integrierten Schaltung angeordnet
sind, erreicht werden. Zu diesen Speicherelementen können zum
Beispiel Laserschmelzelemente gehören (d.h. Schmelzelemente,
die durch einen externen Laserstrahl programmiert werden) oder elektri sche Schmelzelemente,
die durch ein elektrisches Signal programmiert werden.
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Bei
dem herkömmlichen
Verfahren zum Trimmen der internen Spannung eines integrierten Schaltungschips
misst man mit einem externen Prüfgerät jede interne
Spannung und leitet diese Informationen dann zu dem Chip zurück. Da das
externe Prüfgerät typischerweise
jede Spannung einzeln messen muss, ist es schwierig, gleichzeitig
mehrere interne Spannungen zu trimmen, ohne ein kompliziertes externes
Prüfgerät zu verwenden.
Da moderne integrierte Schaltungschips wie DRAMS häufig mehrere
interne Spannungen aufweisen, ist eine Anordnung von Spannungsgeneratoren,
die ein einfaches und effizientes gleichzeitiges Trimmen mehrerer
interner Spannungen ermöglichen
kann, wünschenswert.
Außerdem
sind bei dem herkömmlichen Verfahren
dem gleichzeitigen Prüfen
mehrerer integrierter Schaltungschips Grenzen gesetzt, weil das externe
Prüfgerät die Steuer-
und Messsignale für mehr
als einen Chip typischerweise nicht gemeinsam verwenden kann. Jede
Spannung auf jedem Chip muss unabhängig gemessen werden. Ferner
müssen
die Informationen über
das Trimmen jedem Chip einzeln zugeführt werden. Folglich ist eine
Anordnung von Spannungsgeneratoren wünschenswert, die das gleichzeitige
Trimmen mehrerer integrierter Schaltungschips ermöglicht,
um die Effizienz des Trimmungsverfahrens zu erhöhen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft integrierte Schaltungschips, die
zu einer Selbstjustierung einer internen Spannung des integrierten
Schaltungschips fähig
sind, und Verfahren zum Einstellen der internen Spannung eines integrierten
Schaltungschips.
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Bei
einer Ausführungsform
enthält
der integrierte Schaltungschip einen Spannungsgenerator, der eine
interne Spannung erzeugt, einen Komparator zum Vergleichen einer
extern zugeführten
Spannung mit der internen Spannung und eine Steuerschaltung, die
Signale zur Justierung der internen Spannung liefert.
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Vorzugsweise
enthält
der integrierte Schaltungschip ein Speicherfeld. Vorzugsweise ist
das Speicherfeld ein DRAM-Feld (Dynamischer Speicher mit wahlfreiem
Zugriff). Vorzugsweise liefert die Steuerschaltung Signale zur Justierung
der internen Spannung nach Empfang eines Signals von dem Komparator,
und nachdem die integrierte Schaltung ein Prüfsignal von einer externen
Quelle empfangen hat.
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Vorzugsweise
ist der Spannungsgenerator eine Spannungspumpe oder ein Spannungsteiler. Vorzugsweise
umfasst die Steuerschaltung eine Steuerung für einen eingebauten Selbsttest
(BIST, "Built-In
Self-Test") wobei
die BIST-Steuerung die Schaltung aktiviert, während sie Signale zur Justierung
der internen Spannung liefert.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
enthält der
integrierte Schaltungschip mehrere Spannungsgeneratoren, mehrere
Komparatoren zum Vergleichen extern zugeführter Spannungen mit durch
die Spannungsgeneratoren erzeugten Spannungen und eine Steuerschaltung,
die Signale zur Justierung der durch die Spannungsgeneratoren erzeugten
Spannungen liefert. Vorzugsweise werden die durch die Spannungsgeneratoren
erzeugten Spannungen durch Signale eingestellt, die von der Steuerschaltung
gleichzeitig geliefert werden.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst das Verfahren zur Justierung einer internen Spannung eines integrierten
Schaltungschips die folgenden Schritte: Liefern einer externen Spannung
an einen Komparator auf dem integrierten Schaltungschip, Liefern
einer internen Spannung an den Komparator, Vergleichen der externen
Spannung mit der internen Spannung und Einstellen der internen Spannung
abhängig
von dem Vergleich zwischen der internen Spannung der externen Spannung.
Vorzugsweise wird die interne Spannung eingestellt, wenn der integrierte
Schaltungschip ein Prüfsignal
von einer externen Quelle empfängt.
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Eine
weitere Ausführungsform
ist ein Verfahren zum Einstellen interner Spannungen eines integrierten
Schaltungschips durch Liefern mehrerer externer Spannungen an mehrere
Komparatoren auf einem integrierten Schaltungschip, Liefern mehrerer interner
Spannungen an die Komparatoren, Vergleichen der externen Spannungen
mit den internen Spannungen und Variieren der internen Spannungen abhängig von
den Vergleichen zwischen den internen Spannungen und den externen
Spannungen.
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Eine
weitere Ausführungsform
ist ein Verfahren zum Einstellen interner Spannungen mehrerer integrierter
Schaltungschips durch Liefern einer externen Spannung an mehrere
integrierte Schaltungschips, Erzeugen mehrerer interner Spannungen,
Vergleichen der externen Spannung mit den internen Spannungen und
Einstellen der internen Spannungen abhängig von dem Vergleich zwischen
den internen Spannungen und der externen Spannung. Vorzugsweise
werden die internen Spannungen eingestellt, wenn die integrierten
Schaltungschips ein Prüfsignal
von einer externen Quelle empfangen, das den integrierten Schaltungschips
zugeführt
wird.
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Die
Erfindung wird durch Bezugnahme auf die ausführliche Beschreibung der Erfindung
in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen besser verständlich.
Es zeigen:
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1 ein herkömmliches
Verfahren zum Trimmen der Spannung eines Spannungsgenerators auf
einem integrierten Schaltungschip;
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2 eine Anordnung zur Selbsttrimmung einer
Spannung zum Trimmen der Spannung eines Spannungsgenerators auf
einem integrierten Schaltungschip;
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3 eine Anordnung zur Selbsttrimmung einer
Spannung, bei dem mehrere Spannungsgeneratoren auf einem integrierten
Schaltungschip gleichzeitig getrimmt werden;
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4 eine Anordnung zur Selbsttrimmung einer
Spannung, bei dem Spannungsgeneratoren auf einem integrierten Schaltungschip
zur selben Zeit getrimmt werden und bei dem Kopplungseffekte zwischen
den Spannungsgeneratoren berücksichtigt werden;
und
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5 eine Anordnung zur Selbsttrimmung einer
Spannung, bei dem mehrere Spannungen auf mehreren integrierten Schaltungschips
gleichzeitig getrimmt werden.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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Mit
Bezug auf 2 bis 5 werden Anordnungen von
selbstjustierenden Generatoren zum Trimmen der internen Spannungen
eines integrierten Schaltungschips beschrieben. Die Anordnun gen
von selbstjustierenden Generatoren ermöglichen es einem integrierten
Schaltungschip, die durch einen oder mehrere Spannungsgeneratoren
gelieferte interne Spannung zu justieren, wenn eine externe Sollspannung
bzw. Sollspannungen an den Chip angelegt werden.
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2 zeigt eine Ausführungsform
einer Anordnung zur Selbstjustierung eines Generators zum Trimmen
der Spannung eines Spannungsgenerators auf einem integrierten Schaltungschip 200.
Der integrierte Schaltungschip 200 enthält einen Spannungsgenerator 202,
eine Steuerschaltung 204, eine Steuerung für einen
Prüfmodus 206,
einen Komparator 208 und einen Anschluss für ein Prüfgerät 210.
Der Spannungsgenerator 202 erzeugt aus einer externen Spannung 212 eine
interne Spannung 214. Der Spannungsgenerator kann zum Beispiel
einen Spannungsteiler oder eine Spannungspumpe enthalten, der bzw.
die eine interne Spannung 214 erzeugt, die kleiner oder
größer als
die externe Spannung 212 ist. Die interne Spannung 214 kann über elektrische
Verbindung 216 einer integrierten Schaltung zugeführt werden.
Eine bevorzugte elektrische Schaltung ist ein Speicherfeld, besonders
bevorzugt ein DRAM-Feld.
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Die
interne Spannung 214 wird außerdem durch eine elektrische
Verbindung 218 einem Komparator 208 zugeführt. Außerdem ist
der Anschluss für
das Prüfgerät 210 elektrisch
mit dem Komparator 208 verbunden. Um die interne Spannung
zu trimmen, wird unter Verwendung eines externen Prüfgeräts 220 eine
externe Sollspannung 222 an den Anschluss für das Prüfgerät 210 angelegt.
Die Sollspannung 222 hat einen vorher festgelegten Wert.
Die Sollspannung 222 wird dem Komparator 208 zugeführt und
dort mit der internen Spannung 214 verglichen. Der Komparator 208 sendet
ein Vergleichssignal 226 zu der Steuerschal tung 204.
Vorzugsweise gibt das Vergleichssignal 226 an, ob die interne Spannung 214 höher, niedriger
oder gleich der Sollspannung 222 ist. Wenn die interne
Spannung 214 zu hoch oder zu niedrig ist, justiert die
Steuerschaltung 204 den Spannungsgenerator 202 unter
Verwendung der Steuersignale 228 nach. Die an dem Spannungsgenerator 202 vorgenommenen
Justierungen werden vorübergehend
in einem flüchtigen Speicher
gespeichert. Solche Speicher sind zum Beispiel SRAM-Schaltungen
oder Register, die mit Flipflops implementiert werden. Wenn eine
entgültige und
ausreichende Justierung der Steuersignale gefunden worden ist, kann
diese Justierung permanent in einen nichtflüchtigen Speicher auf dem integrierten Schaltungschip
einprogrammiert werden. Zum Beispiel könnte ein solcher nichtflüchtiger
Speicher mit Laserschmelzelementen, elektrischen Schmelzelementen
oder ferroelektrischen Speicherzellen implementiert werden.
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Die
Anordnung zur Selbstjustierung eines Generators umfasst vorzugsweise
eine Steuerung für
einen Prüfmodus 206.
Die Steuerung für
den Prüfmodus 206 empfängt von
dem externen Prüfgerät 220 ein
externes Prüfsignal 226.
Nach dem Empfang des externen Prüfsignals 226 sendet
die Steuerung für
den Prüfmodus 206 ein
Prüfmodussignal 230 zu der
Steuerschaltung 204, die dann mit der Justierung des Spannungsgenerators 202 beginnt.
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Die
Steuerschaltung 204 kann die interne Spannung auf vielfältige Weise
einstellen. Zum Beispiel enthält
bei einer Ausführungsform
die Steuerschaltung 204 einen einfachen Binärzähler. Bei
dieser Ausführungsform
beginnt der Binärzähler zu
zählen,
wenn die Steuerschaltung 204 das Prüfmodussignal 206 empfängt. Jede
Binärzahl
stellt eine verschiedene Einstellung dar, die an dem Spannungsgenerator 202 vorgenommen
wird. Der Binärzähler kann
dann gestoppt werden, wenn die Steuerschaltung 204 ein
Vergleichssignal 226 empfängt, das angibt, dass die interne
Spannung 218 mit der Sollspannung 222 übereinstimmt.
Bei dieser Ausführungsform
würde die
Steuerschaltung bis zu N2 Schritte zur Einstellung
der Spannung des Spannungsgenerators 202 verwenden (mit
N = Anzahl von Steuersignalen 228).
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Die
Steuerschaltung 204 kann auch eine Steuerung für einen
eingebauten Selbsttest (BIST) enthalten. Die BIST-Steuerung kann
die integrierte Schaltung aktivieren und die Ausführung von
Schaltvorgängen
in der integrierten Schaltung veranlassen. Solche Schaltvorgänge sind
zum Beispiel Schaltvorgänge
zum Lesen von Daten, Schaltvorgänge
zum Schreiben von Daten oder arithmetische Operationen, wie zum
Beispiel eine Multiplikation. Die Schaltvorgänge verursachen über die
elektrische Verbindung 216 ein Abfallen der Spannung. Folglich kann der
BIST den Betrieb der integrierten Schaltung simulieren. Auf diese
Weise kann die BIST-Steuerung den Einfluss der integrierten Schaltung
auf die interne Spannung 214 während der Justierung des Spannungsgenerators 202 berücksichtigen.
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3 zeigt eine Ausführungsform
einer Anordnung zur Selbstjustierung eines Generators zum Trimmen
mehrerer Spannungen, die von mehreren Spannungsgeneratoren auf einem
integrierten Schaltungschip 300 erzeugt werden. Der integrierte
Schaltungschip 300 enthält
mehrere interne Spannungen 302. Die internen Spannungen
können
gemäß diesem
Verfahren auf einen oder mehrere verschiedene Werte oder auch auf
denselben Wert eingestellt werden. Jede interne Spannung 302 wird
durch eine interne Justierschaltung 304 für die Spannung
eingestellt. Jede interne Justierschaltung 304 enthält einen Spannungsgenerator 306,
eine Steuerschaltung 308 und einen Komparator 310.
Wie mit Bezug auf die in 2 gezeigte
Ausführungsform
beschrieben, können
die Spannungsgeneratoren 306 zum Beispiel einen Spannungsteiler
oder eine Spannungspumpe enthalten, der bzw. die aus einer oder
mehreren externen Spannungen 312 eine interne Spannung 302 erzeugt.
Die internen Spannungen 302 können über elektrische Verbindungen 314 einer
integrierten Schaltung, wie zum Beispiel einem DRAM-Feld, zugeführt werden.
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Jede
interne Spannung 302 wird außerdem einem Komparator 310 zugeführt. Die
Justierschaltung für
interne Spannungen 304, die getrimmt werden sollen, um
dieselben internen Spannungen 302 zu liefern, können sich
demselben Anschluss für
ein Prüfgerät 316 teilen,
oder jede Justierschaltung für eine
interne Spannung 304 kann mit ihrem eigenen Anschluss für ein Prüfgerät 316 ausgestattet
werden. Die Anschlüsse
für ein
Prüfgerät 316 sind
elektrisch mit Komparatoren 310 der Justierschaltungen
für interne
Spannungen 304 verbunden. Um die internen Spannungen zu
trimmen, wird unter Verwendung eines externen Prüfgeräts 318 eine externe
Sollspannung 320 an jeden Anschluss für ein Prüfgerät 316 angelegt. Die
externen Sollspannungen 320 weisen jeweils einen einer
internen Spannung 314 entsprechenden vorher festgelegten
Wert auf. Wie mit Bezug auf das in 2 beschriebene
Verfahren beschrieben, werden die Sollspannungen 320 jeweils
einem Komparator 310 zugeführt und dort mit einer internen Spannung 302 verglichen.
Die Komparatoren 310 senden dann ein Vergleichssignal zu
den Steuerschaltungen 308. Die Steuerschaltungen 308 justieren
die Spannungsgeneratoren 306 gemäß dem Vergleichssignal nach.
Die an den Spannungsgeneratoren 306 vorgenommenen Justierungen
können
auf dieselbe Weise wie mit Bezug auf 2 beschrieben permanent
gemacht werden.
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Diese
Anordnung zur Selbstjustierung von Generatoren enthält eine
einzige Steuerung für
einen Prüfmodus 322.
Die Steuerung für
den Prüfmodus 322 empfängt ein
externes Prüfsignal 324 aus
einem externen Prüfgerät 318.
Nach dem Empfang des externen Prüfsignals 324 sendet
die Steuerung für
den Prüfmodus 322 ein
Prüfmodussignal 326 zu
jeder Steuerschaltung 308, um den Prozess des Justierens
der Spannungsgeneratoren 306 einzuleiten.
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Diese
Anordnung zur Justierung von Spannungen ermöglicht eine effiziente Justierung
mehrerer Spannungsgeneratoren 306 gleichzeitig. Das gleichzeitige
Trimmen von mehr als einer internen Spannung kann die zum Trimmen
einer integrierten Schaltung erforderliche Zeit verringern.
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4 zeigt eine konkrete Ausführungsform der
mit Bezug auf 3 beschriebenen
Anordnung zur Selbstjustierung von Generatoren. In 4 werden die internen Spannungen 302 derselben
integrierten Schaltung 400 zugeführt. Bei dieser Ausführungsform
wird durch die integrierte Schaltung 400 eine interne Spannung 302 mit
einer anderen internen Spannung 302 gekoppelt. Folglich
kann sich die Justierung einer internen Spannung 302 auf
eine oder mehrere andere interne Spannungen 302 auswirken.
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Vorzugsweise
werden die Spannungsgeneratoren 306 eingestellt, während die
integrierte Schaltung 400 aktiv ist. Wenn die integrierte
Schaltung ein Speicherfeld, wie zum Beispiel ein DRAM-Feld, umfasst,
werden die Spannungsgeneratoren 306 vorzugsweise justiert,
während
Schaltvorgänge
wie zum Beispiel das Lesen von Daten, das Schreiben von Daten, das
Vorspannen einer Bank oder ein Auffrischen durchgeführt werden.
Indem das gleichzeitige Trimmen mehrerer interner Spannungen 302 ermöglicht wird,
während
der Chip aktiv ist, ermöglicht
dieses selbstjustierende Verfahren zur Trimmung ein genaueres Trimmen
der internen Spannungen 302 durch Berücksichtigen von Kopplungseffekten,
die zwischen den internen Spannungen 302 eines integrierten
Schaltungschips 300 auftreten können.
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform
einer Anordnung zur Selbsttrimmung eines Spannungsgenerators, das
die in 3 beschriebene
Anordnung verwendet. In 5 liefert
ein externes Prüfgerät 318 eine
externe Sollspannung 320 an mehrere integrierte Schaltungschips 300.
Zusätzlich
wird ein externes Prüfsignal 324 allen
integrierten Schaltungschips 300 zugeführt. Da alle integrierten Schaltungschips
typischerweise auf demselben Satz von Referenzspannungen eingestellt
werden, können
die durch das externe Prüfgerät erzeugten
externen Sollspannungen 320 gemeinsam von den integrierten Schaltungschips 300 verwendet
werden. Durch gemeinsame Benutzung des Signals 324 können alle mit
dem externen Prüfgerät verbundenen
integrierten Schaltungen das Trimmen ihrer jeweiligen internen Spannungen
gleichzeitig ausführen.
Im Vergleich zu herkömmlichen
Verfahren kann folglich die Zeit für das Trimmen verringert werden.
Wenn zum Beispiel 20 integrierte Schaltungschips 300 parallel
getrimmt werden, kann die für
das Trimmen erforderliche Zeit um einen Faktor 20 verringert werden.
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Die
obige Beschreibung wird angegeben, um es Fachleuten zu ermöglichen,
die Erfindung herzustellen und zu verwenden, und sie wird im Kontext
einer konkreten Anwendung und ihrer Anforderungen dargestellt. Fachleuten
werden ohne weiteres verschiedene Modifikationen zu den bevorzugten
Ausführungsformen
einfallen, und die hier definierten generischen Prinzipien können auf
andere Ausführungsformen
und Anwendungen angewandt werden, ohne vom Gedanken und Umfang der
Erfindung abzuweichen. Die vorliegende Erfindung soll also nicht auf
die gezeigten Ausführungsformen
begrenzt werden, sondern gilt gemäß dem größtmöglichen Umfang, der mit den
hier offengelegten Prinzipien und Merkmalen vereinbar ist.