DE102007033453A1

DE102007033453A1 - Verfahren, Vorrichtung und System zur Auswertung von Messimpulsen

Info

Publication number: DE102007033453A1
Application number: DE200710033453
Authority: DE
Inventors: Josef Hölzle
Original assignee: Qimonda AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2007-07-18
Filing date: 2007-07-18
Publication date: 2009-01-22

Abstract

Ausführungsformen der Erfindung betreffen ein Verfahren, ein System und eine Vorrichtung zur Auswertung von Messimpulsen (5), wobei wenigstens ein erster Vorgang mit einer ersten Zustandsgröße gestartet werden kann, die sich mit einer ersten Änderungsrate ab einem ersten Zeitpunkt (t0) in einer vorbestimmten ersten zeitlichen Relation zu dem Beginn des Messimpulses (5) zeitlinear ändert, und wobei wenigstens ein zweiter Vorgang mit einer zweiten Zustandsgröße gestartet werden kann, die sich mit einer zweiten Änderungsrate ab einem zweiten Zeitpunkt (t1) in einer vorbestimmten zweiten zeitlichen Relation zu dem Ende des Messimpulses (5) zeitlinear ändert, wobei der Betrag der zweiten Änderungsrate größer ist als der Betrag der ersten Änderungsrate und wobei eine Verbreiterung des Messimpulses (5) zu dessen vereinfachten Auswertung als die Zeitspanne zwischen dem ersten Zeitpunkt (t0) und einem dritten Zeitpunkt (t2), zu dem die zweite und die erste Zustandsgröße im Wesentlichen gleich sind, erzeugt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein System zur Auswertung von Messimpulsen, insbesondere für präzise Messungen der Impulsdauer von Messimpulsen.
Zentraler Gegenstand vieler Mess- oder Testverfahren und der entsprechenden Mess- bzw. Testvorrichtungen sind Messimpulse, die es im Rahmen der Messungen oder Tests auszuwerten gilt. Dabei kommt es häufig darauf an, die Impulsdauer eines Messimpulses möglichst genau zu bestimmen.
Dies wird z. B. bei Laser-Entfernungsmessgeräten dadurch bewerkstelligt, dass zu Beginn eines Messimpulses ein Zähler gestartet wird, welcher zum Ende dieses Messimpulses wiederum angehalten wird. Aus der bekannten Dauer eines Zählschritts lässt sich bei entsprechend hoher Zählrate die zeitliche Dauer bestimmter Messimpulse entsprechend genau ermitteln.
Weiterhin sind in der Regel eine Vielzahl von Messimpulsen in der Halbleiterindustrie bei Testern für integrierte Schaltungen auszuwerten. Dabei schalten derartige Tester auf vorbestimmte Eingänge der integrierten Schaltung bestimmte Eingabeimpulsfolgen. Die integrierte Schaltung reagiert auf diese Anregung durch die Eingabeimpulsfolgen mit der Ausgabe entsprechender Ausgabeimpulsfolgen auf vorbestimmten Ausgängen.
Die entsprechenden Ausgabeimpulse werden als Messimpulse mit hohen Abtastrasten abgetastet, um die korrekte Funktionalität des Schaltverhaltens der integrierten Schaltung auf den untersuchten Ausgängen sicherzustellen. Dabei gilt es insbesondere oft, die Schaltzeiten auf vorbestimmten Ausgängen zu bestimmen, oder zu überprüfen, ob die Ausgabeimpulsfolgen vorbestimmte Timing-Spezifikationen einhalten.
Beiden genannten Anwendungsbeispielen für Messimpulsauswertung ist gemeinsam, dass die entsprechenden Messvorrichtungen sehr hohe Taktraten zur präzisen Auswertung der Messimpulse erfordern. So kommen bezogen auf das erste Anwendungsbeispiel bei Laser-Entfernungsmessgeräten Taktraten von bspw. 3 GHz und bezogen auf das zweite Anwendungsbeispiel bei Testern für integrierte Schaltungen Taktraten von bspw. 70 GHz zum Einsatz.
Die Messpräzision steht damit in direktem Zusammenhang mit den von den Messvorrichtungen zur Verfügung gestellten Taktraten, und ist umso höher, je höher die genannten Taktraten sind. Da jedoch die Erzeugung und Verarbeitung von hochratigen Takten und Signalen in aller Regel teurere Komponenten für die Messvorrichtungen bedeutet, konnte bislang eine Erhöhung der Messpräzision nur zu Lasten höherer Kosten der eingesetzten Messvorrichtungen erkauft werden.
Es sei angemerkt, dass die oben genannten Anwendungen lediglich beispielhaft und keinesfalls einschränkend für die beschriebenen Ausführungsformen zu verstehen sind. Der Fachmann wird anhand der Beschreibung einsehen, dass die Gegenstände der Erfindung im Zusammenhang mit beliebigen Mess- und Testverfahren zum Einsatz kommen können.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein neuartiges Verfahren, eine neuartige Vorrichtung und eine neuartiges System zur Auswertung von Messimpulsen zur Verfügung zu stellen.
Sie erreicht dieses und weitere Ziele durch die Gegenstände der Ansprüche 1, 4, 15 und 28.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auswertung wenigstens eines Messimpulses. Dabei wird wenigstens ein erster Vorgang mit einer ersten Zustandsgröße gestartet, die sich mit einer ersten Änderungsrate ab einem ersten Zeitpunkt in einer vorbestimmten ersten zeitlichen Relation zu dem Beginn des Messimpulses zeitlinear ändert. Ferner wird wenigstens ein zweiter Vorgang mit einer zweiten Zustandsgröße gestartet, die sich mit einer zweiten Änderungsrate ab einem zweiten Zeitpunkt in einer vorbestimmten zweiten zeitlichen Relation zu dem Ende des Messimpulses zeitlinear ändert. Dabei ist der Betrag der zweiten Änderungsrate größer als der Betrag der ersten Änderungsrate. Dadurch kann eine Verbreiterung des Messimpulses zu dessen vereinfachten Auswertung als die Zeitspanne zwischen dem ersten Zeitpunkt und einem dritten Zeitpunkt erzeugt werden, zu dem die zweite und die erste Zustandsgröße im Wesentlichen gleich sind.
Eine weitere Ausführungsform betrifft eine Vorrichtung zur Auswertung wenigstens eines Messimpulses, welche wenigstens ein erstes Mittel aufweist, welches eingerichtet ist, eine erste Zustandsgröße mit einer ersten Änderungsrate ab einem ersten Zeitpunkt in einer vorbestimmten ersten zeitlichen Relation zu dem Beginn des Messimpulses zeitlinear zu ändern. Zudem weist die Ausführungsform der Vorrichtung wenigstens ein zweites Mittel auf, welches eingerichtet ist, eine zweite Zustandsgröße mit einer zweiten Änderungsrate ab einem zweiten Zeitpunkt in einer vorbestimmten zweiten zeitlichen Relation zum Ende des Messimpulses zeitlinear zu ändern. Dabei ist der Betrag der zweiten Änderungsrate größer ist als der Betrag der ersten Änderungsrate. Außerdem weist die Ausführungsform der Vorrichtung wenigstens ein drittes Mittel auf, welches eingerichtet ist, eine Verbreiterung des Messimpulses zu dessen vereinfachten Auswertung als die Zeitspanne zwischen dem ersten Zeitpunkt und einem dritten Zeitpunkt zu erzeugen, zu dem die zweite und die erste Zustandsgröße im Wesentlichen gleich sind.
Als die zur Auswertung von Messimpulsen genannten Vorgänge mit Zustandgrößen, die sich mit in bestimmter Weise unterschiedlichen Änderungsraten zeitlinear ändern, werden im Rahmen dieser Anmeldung insbesondere die Aufladung von Kapazitäten mit ihren Ausgangsspannungen als Zustandgrößen und unterschiedlichen konstanten Aufladeströmen als Änderungsraten beispielhaft angeführt. Für den Fachmann ist jedoch ohne Weiteres ersichtlich, dass eine Vielzahl weiterer Paare zeitlineare Vorgänge mit derart unterschiedlichen Änderungsraten in Betracht kommen, wie z. B. der Start zweier Zähler mit entsprechend unterschiedlicher Zählrate.
Im Folgenden werden Aspekte von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Messimpulses und seiner Erfassung durch Startsignal- und Endsignalflanken;
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Auswertung von Messimpulsen basierend auf dem Aufladen zweier Kapazitäten mit unterschiedlichen Strömen;
3 eine schematische Darstellung zur Funktionsweise der Ausführungsform der Vorrichtung zur vereinfachten Auswertung von Messimpulsen nach 2 durch Verbreiterung der Impulsdauer p eines Messimpulses;
4 eine schematische Darstellung des Prinzips der Ersetzung eines einzelnen Aufladevorgangs einer Gesamtkapazität (C_g) durch mehrere (Teil-)Aufladevorgänge von (Teil-)Kapazitäten (C_ti) zwecks Erzielung großer Verbreiterungen eines Messimpulses;
5 eine schematische Darstellung der sich bei den Schaltungen nach 4 ergebenden Spannungsverläufen an der Gesamtkapazität (C_g) und den Teilkapazitäten (C_ti);
6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Auswertung von Messimpulsen basierend auf (Teil-)Aufladevorgängen von (Teil-)Kapazitäten (C_ti) nach 4 und 5 zwecks Erzielung großer Verbreiterungen eines Messimpulses;
7 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Systems zur Auswertung von Messimpulsen basierend der Kaskadierung von Vorrichtungen zur Auswertung von Messimpulsen durch stufenweise Verbreiterung eines Messimpulses;
8 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung zur Auswertung von Messimpulsen basierend auf (Teil-)Aufladestufen, wobei die Verbreiterung der (Teil-)Aufladestufen einzeln einstellbar ist, sowie ein dadurch bspw. erzielbarer logarithmischer Spannungsverlauf;
9 eine schematische Darstellung zur Gegenüberstellung der Funktionsweise der stufenweisen Verbreiterung eines Messimpulses gemäß 7 zu der Funktionsweise der einstufigen Verbreiterung anhand entsprechender schematischer Spannungsverläufe bei auf Kapazitätsaufladung basierenden Vorrichtungen.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Messimpulses 5 und seiner Erfassung durch eine Startsignalflanke 1 und Endsignalflanke 2. In dem in 1 gezeigten Beispiel wird der Beginn des Messimpulses 5, welcher von einer steigenden Messimpulsflanke gebildet wird, durch eine gleichzeitige steigende Startsignalflanke 1 als erster Zeitpunkt t₀ für die weitere Auswertung erfasst.
Demhingegen wird in dem Beispiel nach 1 das Ende des Messimpulses 5, welches von einer fallen Messimpulsflanke gebildet wird, durch eine gleichzeitige steigende Endsignalflanke 2 als zweiter Zeitpunkt t₁ für die weitere Auswertung erfasst. Diese Zuordnung der Richtung von Start- und Endsignalflanken zu den Richtungen der Flanken des Messimpulses, d. h. steigend oder fallend, ist lediglich beispielhaft zu verstehen. Ebenso gut können Beginn und Ende des Messimpulses durch fallende Start- und Endsignalflanken oder durch Start- und Endsignalflanken mit unterschiedlichen Richtungen erfasst werden.
Auch muss die Auslösung einer Start- oder Endsignalflanke nicht gleichzeitig mit dem Beginn bzw. Ende des Messimpulses erfolgen. Vielmehr reicht es, wenn bspw. jeweils die Auslösung einer Startsignalflanke in einer bekannten zeitlichen Relation zu dem Beginn des Messimpulses erfolgt, also z. B. wenn die Startsignalflanke um eine bekannte Zeitspanne verzögert zu dem Beginn des Messimpulses ausgelöst wird.
Gleiches gilt für die Endsignalflanke. D. h. es reicht, wenn die Auslösung einer Endsignalflanke jeweils in einer bekannten zeitlichen Relation zu dem Ende des Messimpulses erfolgt, also z. B. wenn die Endsignalflanke um eine bekannte Zeitspanne verzögert zu dem Ende des Messimpulses ausgelöst wird.
Wenn beide zeitlichen Relationen, d. h. die zwischen Beginn eines bestimmen Messimpulses und der zugehörigen Startsignalflanke und jene zwischen dem Ende des bestimmen Messimpulses und der zugehörigen Endsignalflanke, bekannt sind, ist es nicht erforderlich, dass beide zeitlichen Relationen gleich sind.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung 40 zur Auswertung von Messimpulsen. Diese basiert auf dem Aufladen zweier Kapazitäten 10, 20 mit unterschiedlichen Strömen I_l(ow), I_h(igh).
Genauer wird eine erste Kapazität 10 mit einem ersten Strom I_l durch eine erste gesteuerte Stromquelle 11 und eine zweite Kapazität 20 mit einem zweiten Strom I_h durch eine zweite gesteuerte Stromquelle 21 aufgeladen. Dabei wird der zweite Strom I_h größer als der erste Strom I_l gewählt.
Da die erste gesteuerte Stromquelle 11 von dem Startsignal 15 angesteuert wird, startet die Aufladung der ersten Kapazität 10 zu einem ersten Zeitpunkt t₀ zeitlich mit dem Empfang einer Startsignalflanke 1 an dem Steuereingang der ersten gesteuerten Stromquelle 11. Anders ausgedrückt aktiviert der Hochpegel des Startsignals 15 nach einer Startsignalflanke 1 die erste gesteuerte Stromquelle 11. Dabei ist ein erster Knoten der ersten gesteuerten Stromquelle 11 mit einer Versorgungsspannung VDD verbunden. Der entsprechende zweite Knoten der ersten gesteuerten Stromquelle 11 ist mit einem ersten Knoten der ersten Kapazität 10 verbunden. Der entsprechende zweite Knoten der ersten Kapazität 10 kann mit einem festen Potential, im Beispiel nach 2 mit dem Massepotential verbunden sein.
Beispielhaft sei angenommen, dass die Startsignalflanke 1 wie in 1 gleichzeitig mit dem Beginn des Messimpulses 5 ausgelöst wird. Folglich beginnt die Aufladung der ersten Kapazität 10 mit dem Beginn des Messimpulses 5. Dieser Schritt kann so erfolgen, dass der Messimpuls 5 das Startsignal 15 mit der Startsignalflanke 1 und das Endsignal 25 mit der Endsignalflanke 2 erzeugt.
Die zweite gesteuerte Stromquelle 21 wird hingegen von dem Endsignal 25 angesteuert. Daher startet die Aufladung der zweiten Kapazität 20 zeitlich später mit dem Empfang einer Endsignalflanke 2 an dem Steuereingang der zweiten gesteuerten Stromquelle 21 zu einem zweiten Zeitpunkt t₁. Anders ausgedrückt aktiviert der Hochpegel des Endsignals 25 nach der Endsignalflanke 2 die zweite gesteuerte Stromquelle 21. Dabei ist auch ein erster Knoten der zweiten gesteuerten Stromquelle 21 mit der Versorgungsspannung VDD verbunden. Der entsprechende zweite Knoten der zweiten gesteuerten Stromquelle 21 ist mit einem ersten Knoten der zweiten Kapazität 20 verbunden. Der entsprechende zweite Knoten der zweiten Kapazität 20 kann wiederum mit einem festen Potential, im Beispiel nach 2 auch mit dem Massepotential verbunden sein.
Erneut sei angenommen, dass die Endsignalflanke 2 wie in 1 gleichzeitig mit dem Ende des Messimpulses 5 ausgelöst wird. Dementsprechend beginnt die Aufladung der zweiten Kapazität 20 erst mit dem Ende des Messimpulses 5.
Der Komparator 30 in 2 empfängt an seinem negativen Eingang („–") von dem ersten Knoten der ersten Kapazität 10 eine erste Ausgangsspannung 12 und an seinem positiven Eingang („+") vom ersten Knoten der zweiten Kapazität 20 eine zweite Ausgangsspannung 22. Der Komparator 30 vergleicht somit die zweite Ausgangsspannung 22 mit der ersten Ausgangsspannung 12. Er ist so eingerichtet, dass er eine Verbreiterungssignalflanke 3 erzeugt, sobald die zweite Ausgangsspannung 22, welche aufgrund der später einsetzenden Aufladung der zweiten Kapazität 20 zunächst kleiner ist als die erste Ausgangsspannung 12, diese erstmalig übersteigt.
Dieses Übersteigen erfolgt zwangsläufig, da die zweite Kapazität 20 mit dem höheren zweiten Strom I_h aufgeladen.
Folglich gibt der Komparator 30 ein Ausgangssignal 35 „DEL_SIG" aus, welches durch eine Verbreiterungssignalflanke 3 einen dritten Zeitpunkt t₂ markiert, zu dem die zweite Ausgangsspannung 22 und die erste Ausgangsspannung 12 im Wesentlichen gleich sind.
3 zeigt im oberen Teil eine schematische Darstellung zur Funktionsweise der Ausführungsform der Vorrichtung 40 zur vereinfachten Auswertung von Messimpulsen nach 2 durch Verbreiterung der Impulsdauer p des Messimpulses 5.
Die Zunahmen der ersten 12 und zweiten Ausgangsspannung 22 der Kondensatoren 10, 20 beschreiben infolge der Aufladung durch die konstante Ströme liefernden gesteuerten Stromquellen 11, 21 einen ersten bzw. zweiten zeitlinearen Vorgang ausgehend von dem ersten Zeitpunkt t₀ mit dem Beginn bzw. dem zweiten Zeitpunkt t₁ mit dem Ende des Messimpulses 5.
Folglich ist es durch eine geeignete Wahl des ersten I_l und des zweiten Stroms I_h – d. h. der die Änderungsraten der ersten 12 und zweiten Ausgangsspannung 22 bestimmenden Größen – möglich, die zeitliche Relation von Beginn und Ende des Messimpulses 5, d. h. die Impulsdauer p des Messimpulses 5 zwischen dem ersten Zeitpunkt t₀ und dem zweiten Zeitpunkt t₁ auf die Zeitspanne zwischen dem ersten Zeitpunkt t₀ und einem dritten Zeitpunkt t₂ beliebig linear zu dehnen oder zu verbreiten.
Dabei kann als dritter Zeitpunkt t₂, insbesondere der Zeitpunkt, zu dem die erste 12 und die zweite Ausgangsspannung 22 im Wesentlichen gleich, in einfacher Weise durch den Komparator 30 detektiert und durch die Ausgabe der Verbreiterungssignalflanke 3 markiert werden.
3 zeigt, dass die aufgrund des höheren zweiten Stroms I_h schneller ansteigende zweite Ausgangsspannung 22 des zweiten Kondensators 20 zum genannten dritten Zeitpunkt t₂ in der kürzeren Zeitspanne (t₂ – t₁) auf den gleichen Wert gestiegen ist, wie die langsamer ansteigende erste Ausgangsspannung 12 des ersten Kondensators 10 in der längeren Zeitspanne (t₂ – t₀). Entsprechend gilt zum Zeitpunkt t₂: Ih·(t2 – t1)/C2 = Il·(t2 – t0)/C1 mit t₁ = t₀ + p folgt: Ih·(t2 – t0 – p)/C2 = Il·(t2 – t0)/C1 oder Ih·(t2 – t0 – p)/C2 = Il·(t2 – t0)/C1 d. h. Ih·p/C2 = (Ih/C2 – Il/C1)·(t2 – t0) p = (t2 – t0)·(1 – Il·C2/(Ih·C1)) [1]oder p = (t2 – t0)·(Ih·C1 – Il·C2)/(Ih·C1)und speziell für C₁ = C₂ p = (t2 – t0)·(Ih – Il)/Ih [2]
Die Impulsdauer der neu generierten Verbreiterung des Messimpulses 5 als der Zeitspanne zwischen dem dritten Zeitpunkt t₂ und dem ersten Zeitpunkt t₀ kann nun z. B. mit den eingangs erwähnten Verfahren zur Impulsdauer-Bestimmung über Zähler oder Überabtastung auf einfache Weise ermittelt werden.
Dabei kann die Vorrichtung zur Auswertung von Messimpulsen nun mit einer der Verbreiterung des Messimpulses entsprechend reduzierten Taktrate betrieben werden. Alternativ kann bei Verwendung einer unverändert hohen Taktrate die Messgenauigkeit entsprechend gesteigert werden.
Mit anderen Worten kann die Impulsdauer p eines nur mit teuren Komponenten auszuwertenden kurzen Messimpulses 5 im Wege der Erzeugung einer Verbreiterung des Messimpulses 5 mit der längeren Impulsdauer (t₂ – t₀) mittels günstigerer Komponenten ausgewertet und über die Gleichungen [1] oder [2] berechnet werden.
Umgekehrt ist die Impulsdauer (t₂ – t₀) der Verbreiterung des Messimpulses 5 um den Faktor (I_h·C₁)/(I_h·C₁ – I_l·C₂) bzw. I_h/(I_h – I_l) für C₁ = C₂ gegenüber der ursprünglichen Impulsdauer p erhöht. Für I_h = 2·I_l und C₁ = C₂ gilt also z. B. (t₂ – t₀) = 2·p.
Der untere Teil der 3 zeigt nochmals eine schematische Darstellung zur zeitlichen Korrelation der Startsignalflanke 1, der Endsignalflanke 2 und der Verbreiterungssignalflanke 3 für einen Messimpuls jeweils zu dem ersten t₀, zweiten t₁ bzw. dritten Zeitpunkt t₂ für die Beispielzeitpunkte im oberen Teil der 3.
Sind lange andauernde Messimpulse auszuwerten, würden bei Ausführungsformen der Vorrichtung zur Auswertung von Messimpulsen mit der genannten ersten 10 und zweiten Kapazität 20 bei deren Aufladung durch Ströme üblicher Größenordnung die erste 12 und zweite Ausgangsspannung 22 die Versorgungsspannung VDD schnell erreichen. Demzufolge könnten mit derartigen Ausführungsformen der Vorrichtung nur kurze Messimpulse ausgewertet werden.
Dieses Problem könnte grundsätzlich dadurch umgangen werden, dass erste und zweite Kapazitäten mit hohen Kapazitätswerten C₁, C₂ eingesetzt werden und diese Kapazitäten mit vergleichsweise niedrigen Strömen aufgeladen werden. Ein derartiges Vorgehen hätte jedoch zur Folge, dass die ersten und zweiten Ausgangsspannungen sich nur langsam änderten, d. h. in beiden Fällen flache Spannungsverläufe mit demzufolge kaum unterschiedlicher Steigung entstünden.
Folglich würde der Schnittpunkt der Spannungsverläufe der ersten und zweiten Ausgangsspannungen, welcher den dritten Zeitpunkt definiert, „unscharf", d. h. dieser könnte auch durch den Komparator 30 aufgrund seines entsprechend unsicheren Kippvorgangs nur noch mit oftmals unzureichender Genauigkeit durch die Verbreiterungssignalflanke 3 markiert werden. Ein derartiger Fall ist im oberen Teil der 9 dargestellt.
In bestimmten Ausführungsformen der Vorrichtung zur Auswertung von Messimpulsen wird die aufgezeigte Problematik einer unzureichend genauen Bestimmung des dritten Zeitpunkts für die Verbreiterungssignalflanke bei lange andauernden Messimpulsen wie folgt gelöst:
Der Aufladevorgang für eine einzige Kapazität wird auf mehrere (Teil-)Kapazitäten, die in einer Kette hintereinander geschaltet sind, aufgeteilt. Nach Erreichen eines Schwellwertes schließt sich ein gleichartiger (Teil-) Aufladevorgang der nachfolgenden (Teil-)Kapazität in einer (Teil-)Aufladestufe beginnend mit dem Ausgangsspannungswert Null an.
4 zeigt eine schematische Darstellung dieses Prinzips der Ersetzung eines einzelnen Aufladevorgangs einer (Gesamt-)Kapazität C_g durch mehrere (Teil-)Aufladevorgänge von (Teil-)Kapazitäten C_ti zwecks Erzielung großer Verbreiterungen eines Messimpulses.
Wie in 4 gezeigt treten an die Stelle jeweils eines einzigen Aufladevorgangs für die erste und die zweite Kapazität in Form einer (Gesamt-)Kapazität C_g durch jeweils eine einzige erste und zweite gesteuerte Stromquelle I_g, mehrere (Teil-)Aufladevorgänge mehrerer erster und zweiter Kapazitäten in Form mehrerer (Teil)-Kapazitäten C_ti durch jeweils mehrere erste und zweite gesteuerte (Teil)-Stromquellen I_ti.
Die Serienschaltungen der (Teil)-Kapazitäten C_ti mit den gesteuerten (Teil)-Stromquellen I_ti sind verknüpft durch jeweils mehrere erste und zweite (Teil-)Komparatoren K_ti, um so erste und zweite (Teil-)Aufladestufen zu bilden, die in einer ersten bzw. zweiten Kette hintereinander geschaltet sind. Dabei vergleicht ein bestimmter (Teil-)Komparator K_ti die Ausgangsspannung der unmittelbar vorhergehenden (Teil)-Kapazität C_t(i-1) mit einer vorbestimmten Schwellspannung U_th und steuert mit seinem Ausgangssignal die gesteuerte Stromquelle I_ti der i-ten Teil-Aufladestufe für die i-te (Teil)-Kapazität C_ti an.
5 stellt in einer schematischen Weise in ihrem linken und rechten Teil die sich aus den beiden Schaltungskonzepten mit einer einzelnen (Gesamt-)Aufladestufe bzw. mit (Teil-)Aufladestufen nach 4 ergebenden Spannungsverläufen an der (Gesamt-)Kapazität C_g bzw. an den (Teil-)Kapazitäten C_ti einander gegenüber.
An der (Gesamt-)Kapazität C_g ergibt sich ein einfacher linearer Verlauf der Ausgangsspannung. Aus dem linken Teil 5 ist leicht ersichtlich, dass ein Anstieg der Ausgangsspannung an der (Gesamt-)Kapazität C_g während eines lang andauernden Messimpulses in vielen Fällen durch die Versorgungsspannung begrenzt ist.
Demgegenüber zeigen die abschnittsweise linearen Verläufe der Ausgangsspannungen an den (Teil-)Kapazitäten C_t0, C_t1, C_t2 und C_t3 in dem rechten Teil der 5, dass sich eine Begrenzung der Ausgangsspannung auf die Versorgungsspannung und damit eine Begrenzung der größtmöglichen Messdauer nicht ergeben kann.
Diese kann im Falle einer Vorrichtung basierend auf (Teil-)Aufladestufen vielmehr – abgesehen von der Höhe der Aufladeströme und damit der Anstiegsrate der Ausgangsspannung – zusätzlich durch die Wahl der Höhe der Schwellspannung U_th festgelegt werden, ab welcher der Komparator am Ausgang der bis zuletzt bis zur Schwellspannung U_th aufgeladenen Kapazität den (Teil-)Aufladevorgang der nachfolgenden (Teil-)Aufladestufe startet.
Grundsätzlich ist die Wahl der Höhe der Schwellspannung U_th nur durch die Versorgungsspannung begrenzt, aber ansonsten beliebig. Ihre Höhe beeinflusst jedoch bei einer zu erzielenden maximal möglichen Messdauer die Anzahl der (Teil-)Aufladestufen in der Kette. Daher ist es sinnvoll, den Wert im Hinblick auf die Höhe der Versorgungsspannung und die verwendeten Aufladeströme abzustimmen, um die Anzahl der nötigen (Teil-)Aufladestufen zu minimieren.
6 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Auswertung von Messimpulsen basierend auf (Teil-)Aufladevorgängen von (Teil-)Kapazitäten C_ti nach 4 und 5 zwecks Auswertung lang andauernder Messimpulse mit der bereits erwähnten ersten 43 und zweiten Kette 44 von (Teil-)Aufladestufen 41, 42.
Die erste, in 6 obere Kette 43 kann zum ersten Zeitpunkt t₀, also z. B. bei Beginn eines Messimpulses 5 durch eine Startsignalflanke 1 am positiven Eingang des ersten Komparators 31 der ersten Kette 43, die zweite, in 6 untere Kette 44 kann zum zweiten Zeitpunkt t₁, also z. B. zum Ende des entsprechenden Messimpulses 5 durch eine Endsignalflanke 2 am positiven Eingang des ersten Komparators 32 der zweiten Kette 44 in Gang gesetzt werden.
In Abhängigkeit des Aufladezustands der ersten und zweiten (Teil-)Aufladestufen 41, 42 der Ketten 43, 44 werden die ersten sl₀, sl₁, sl₂ ... und zweiten Ausgangsspannungen fa₀, fa₁, fa₂ ... einander entsprechender Komparatoren 31, 32 der Ketten 43, 44 miteinander verglichen. Dazu werden die genannten Ausgangsspannungen sowie die Ausgangssignale en₁, en₂, en₃ ... der Komparatoren 31 der ersten Kette 43 ab dem zweiten Komparator 31 der ersten Kette 43 von der in 6 zwischen den Ketten dargestellten Multiplexerschaltung 45 verarbeitet.
Diese Multiplexerschaltung 45 nimmt z. B. anhand einer einfachen Logiktabelle eine Prioritätsdekodierung zwischen den ersten 31 und zweiten Komparatoren 32 vor. D. h. sie ermittelt basierend auf den Ausgangssignalen en₁, en₂, en₃ ... der Komparatoren 31 der ersten Kette 43, welche der ersten sl₀, sl₁, sl₂ ... und zweiten Ausgangsspannungen fa₀, fa₁, fa₂ ... über einen Auswahlschaltung auf den positiven „plus" und negativen „minus" Ausgang der prioritätsdekodierenden Multiplexerschaltung 45 zu schalten sind. Diese Ausgänge sind mit einem Ausgangskomparator 38 verbunden, welcher das Verbreiterungssignal 39 für die Gesamtschaltung erzeugt.
Ein Beispiel für die genannte Logiktabelle ist nachfolgend dargestellt:

en₁ en₂ en₃ en_i plus minus

0 0 0 ... 0 sl₀ fa₀

1 0 0 ... 0 sl₁ fa₁

1 1 0 ... 0 sl₂ fa₂

1 1 1 1 sl_i fa_i
D. h. die Multiplexerschaltung 45 schaltet im Falle, dass alle Ausgangssignale der Komparatoren 31 der ersten Kette 43 ab dem zweiten Komparator 31 der Kette 43 noch den Wert „0" aufweisen, also der (Teil-)Aufladevorgang der ersten Kapazität noch nicht abgeschlossen ist, die Ausgangsspannung sl₀ der ersten Kapazität der ersten Kette 43 auf den positiven Eingang des Ausgangskomparators 38 für beide Ketten 43, 44.
Zudem wird gemäß der obigen Logiktabelle die Ausgangsspannung fa₀ der ersten Kapazität der zweiten Kette 44 auf den negativen Eingang des Ausgangskomparators 38 für beide Ketten 43, 44 geschaltet. Folglich vergleicht der Ausgangskomparator 38 der Gesamtschaltung die erste Ausgangsspannung sl₀ der ersten der (Teil-)Aufladestufen 41 der ersten Kette 43 mit der zweiten Ausgangsspannung fa₀ der ersten der (Teil-)Aufladestufen 42 der zweiten Kette 44.
Anders für den Fall, dass die Ausgangssignale der ersten drei Komparatoren 31 der ersten Kette 43 bereits den Wert „1" aufweisen (en₁ = en₂ = 1), also die (Teil-)Aufladevorgänge der ersten beiden Kapazitäten der ersten Kette 43 bereits abgeschlossen sind; in diesem Fall schaltet die Multiplexerschaltung 45 der Ausgangsspannung sl₂ der dritten Kapazität der ersten Kette 43 auf den positiven Eingang des Ausgangskomparators 38 für beide Ketten 43, 44. Zudem wird gemäß der obigen Logiktabelle die Ausgangsspannung fa₂ der dritten Kapazität der zweiten Kette 44 auf den negativen Eingang des Ausgangskomparators 38 für beide Ketten 43, 44 geschaltet. Folglich vergleicht der Ausgangskomparator 38 der Gesamtschaltung die erste Ausgangsspannung sl₂ der dritten der (Teil-)Aufladestufen 41 der ersten Kette 43 mit der zweiten Ausgangsspannung fa₂ der dritten der (Teil-)Aufladestufen 42 der zweiten Kette 44.
Der Messvorgang ist beendet, d. h. der Ausgangskomparator 38 gibt eine Verbreiterungssignalflanke 3 auf seinem Ausgang aus, wenn die Ausgangsspannungen an jeweiligen, einander entsprechenden Komparatoren 31, 32 im Wesentlich gleich sind.
Derartige Ausführungsformen von Vorrichtung zur Auswertung von Messimpulsen lassen sich mit bestehenden, relativ langsamen und damit kostengünstigen Zählern und Abtastsystemen aufbauen. Die genannten Ausführungsformen erlauben, die Messung der Impulsdauer von Messimpulsen und deren Genauigkeit im Gegensatz zur bisherigen Vorrichtungen und Verfahren zu entkoppeln. Bezogen auf das Anwendungsbeispiel der Tester bedeutet dies, dass der Test von integrierten Schaltungen auf mitunter wesentlich kostengünstigeren Testern erfolgen kann und die Notwendigkeit zur Investition in immer teurere Tester entfällt.
Insofern umfassen die genannten Ausführungsformen lediglich einfache Komparatoren 31, 32 bzw. Komparatorschaltungen, gesteuerte erste 23 und zweite Stromquellen 24 mit festem Stromverhältnis (I_s/I_f) und sind durch ihren differentiellen Aufbau unempfindlich gegenüber Fertigungstoleranzen, Spannungs- und Temperaturschwankungen. Dabei entsprechen die Ströme I_s/I_f in 6 in ihrer Funktion den zuvor Strömen I_l/I_h der 2. Bei der Bestimmung des dritten Zeitpunkts t₂ zur Auslösung einer Verbreiterungssignalflanke 3 durch den Ausgangskomparator 38 kompensieren sich die Laufzeiten der Signale durch die Komparatoren 31, 32 der ersten 43 und zweiten Kette 44. Die bekannte Laufzeit der Multiplexerschaltung 45 und des Ausgangskomparators 38 kann bei dieser Bestimmung berücksichtigt werden.
Die genannten Ausführungsformen bedürfen keiner Bauelemente oder Komponenten zur Hochfrequenzverarbeitung.
7 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Systems zur Auswertung von Messimpulsen. Ein solches System kann auf der Kaskadierung von Vorrichtungen zur Auswertung von Messimpulsen basieren und dadurch einen Messimpuls stufenweise verbreitern.
Gemäß der Ausführungsform eines Systems nach 7, welches insbesondere zu einer starken Verbreiterung eines Messimpulses geeignet ist, umfasst das System zwei Vorrichtungen zur Auswertung von Messimpulsen bspw. solche nach 6 oder nach 2 als kaskadierte Verbreiterungsstufen 50.
Jede der beiden Verbreiterungsstufen 50 weist einen Startsignaleingang 17 zum Empfang von Startsignalflanken 1 zur Festlegung eines stufenspezifischen ersten Zeitpunkts und einen Endsignaleingang 27 auf zum Empfang von Endsignalflanken 2 zur Festlegung eines stufenspezifischen zweiten Zeitpunkts.
Zudem umfasst jede der beiden Verbreiterungsstufen 50 einen Verbreiterungssignalausgang 37 zur Ausgabe von Verbreiterungssignalflanken 3 zur Festlegung eines stufenspezifischen dritten Zeitpunkts.
Dabei sind die beiden Verbreiterungsstufen 50 derart in einer Verbreiterungskaskade 60 hintereinandergeschaltet, dass der Verbreiterungssignalausgang 37 der ersten Verbreiterungsstufe 50 den Endsignaleingang 27 der nachgeschalteten zweiten Verbreiterungsstufe 50 ansteuern kann.
7 zeigt, dass die Startsignaleingänge 17 beider Verbreiterungsstufen 50 von der den systemspezifischen ersten Zeitpunkt t₀ markierenden Startsignalflanke 1 angesteuert werden können. Ferner ist ersichtlich, dass der Endsignaleingang 27 der ersten Verbreiterungsstufe 50 der Verbreiterungskaskade 60 von der den systemspezifischen zweiten Zeitpunkt t₂ markierenden Endsignalflanke 2 angesteuert werden kann.
Zu dem Verständnis der Funktionsweise der Kaskadierung von Vorrichtungen zur Auswertung von Messimpulsen in Form eines Systems nach 7 wird in 9 in einer schematischen Darstellung der Funktionsweise einer einstufigen Verbreiterung eines Messimpulses die Funktionsweise der stufenweisen Verbreiterung gemäß 7 gegenüber gestellt. In dem Beispiel nach 9 basieren die als Verbreiterungsstufen dienenden Vorrichtungen zur Auswertung von Messimpulsen auf dem darstellten Prinzip der unterschiedlich schnellen Aufladung von Kapazitäten.
Dazu zeigt 9 im oberen Teil die schematischen Spannungsverläufe der Summe der ersten und zweiten Ausgangsspannungen bei einem einstufigen System zur Auswertung von Messimpulsen, d. h. bei einer Vorrichtung zur Auswertung von Messimpulsen wie z. B. der Vorrichtung nach 6.
Der obere Teil der 9 zeigt, dass für eine hohe Auslösung der Impulsdauer p des Messimpulses das entsprechende Zeitintervall zwischen dem ersten Zeitpunkt t₀ und dem zweiten Zeitpunkt t₁ stark verbreitert werden muss. Im Beispiel der 9 wurde dazu eine achtfache Verbreiterung des Messimpulses gewählt.
Für eine solch starke Verbreiterung des Messimpulses darf der im Beispiel verwendete zweite Strom I_h1 gegenüber dem ersten Strom I_l nur geringfügig größer gewählt werden darf. Nur dann ist es möglich, dass der Verlauf der Summen der ersten Ausgangsspannungen an den ersten, durch I_l aufgeladenen ersten Kapazitäten den Verlauf der Summen der zweiten Ausgangsspannungen an den zweiten, durch I_h1 aufgeladenen zweiten Kapazitäten zu einem dritten Zeitpunkt t_{2_single} schneidet, und damit eine Verbreiterung des Messimpulses zwischen t₀ und t_{2_single} festlegt, welche dem achtfachen der Impulsdauer p des Messimpulses entspricht.
Dies hat jedoch – wie der obere Teil von 9 zeigt – sich unter einem kleinem Winkel schneidende Spannungsverläufe und damit einen „unscharf" definierten und damit nur ungenau detektierbaren dritten Zeitpunkt t_{2_single} zur Folge. Entsprechend ungenau lässt sich dadurch von der Dauer t_{2_single} – t₀ auf die Impulsdauer p schließen.
Demgegenüber zeigt 9 im unteren Teil die schematischen Spannungsverläufe der Summe der ersten und zweiten Ausgangsspannungen bei einem dreistufigen System zur Auswertung von Messimpulsen, d. h. bei einer dreifachen Kaskadierung von Vorrichtungen zur Auswertung von Messimpulsen analog zur der zweifachen Kaskadierung nach 7, z. B. auf Basis von Vorrichtungen nach 6.
Der untere Teil von 9 zeigt, dass die Aufladung der ersten Kapazitäten durch den ersten Strom I_l aller drei kaskadierten Verbreiterungsstufen 50 gemeinsam zu dem Beginn des auszuwertenden Messimpulses, d. h. hier zum Zeitpunkt t₀ einsetzt, ausgelöst durch eine systemspezifische Startsignalflanke 1 an allen Startsignaleingängen 17 der Verbreiterungsstufen 50.
Zwischen dem Beginn des Messimpulses zum Zeitpunkt t₀ und einem Zeitpunkt t₂ ist jedoch darüber hinaus nur die erste Verbreiterungsstufe 50 der Verbreiterungskaskade 60 insofern aktiv, als die zweiten Kapazitäten ab dem Ende des auszuwertenden Messimpulses der Impulsdauer p, d. h. ab dem Zeitpunkt t₁ durch den zweiten Strom I_h2 aufgeladen werden. Der Verlauf der Summe der zweiten Ausgangsspannungen an den zweiten Kapazitäten der ersten Verbreiterungsstufe 50 schneidet dann zu dem dritten Zeitpunkt t₂ der ersten Verbreiterungsstufe 50 den Verlauf der Summe der ersten Ausgangsspannungen an den ersten Kapazitäten der ersten Verbreiterungsstufe 50.
Infolgedessen erzeugt der Ausgangskomparator 38 der ersten Verbreiterungsstufe 50 eine Verbreiterungssignalflanke 3, welche den Endsignaleingang 27 der zweiten Verbreiterungsstufe 50 der Verbreiterungskaskade 60 ansteuert. D. h. zum Zeitpunkt t₂ wird die Aufladung der zweiten Kapazitäten der zweiten Verbreiterungsstufe 50 mit dem Strom I_h2 in Gang gesetzt.
Da jedoch die Aufladung der ersten Kapazitäten der zweiten Verbreiterungsstufe 50 mit dem Strom I_l bereits zum Zeitpunkt t₀ begonnen hat und sich ab dem Zeitpunkt t₂ mit der gleichen Rate fortsetzt, erreicht der Wert der Summe der zweiten Ausgangsspannungen der zweiten Verbreiterungsstufe 50 den Wert der Summe der ersten Ausgangsspannungen der zweiten Verbreiterungsstufe 50 nach einer im Verhältnis zur Impulsdauer der ersten Verbreiterung (t₂ – t₀) des Messimpulses länger andauernden Zeitspanne von (t₃ – t₀).
Im Beispiel nach 9 sind dabei die ersten und zweiten Kapazitäten und Ströme (I_l, I_h2) aller Verbreiterungsstufen 50 so gewählt, dass gilt t₂ – t₀ = 2·p, d. h. dass jede Verbreiterungsstufe 50 den auszuwertenden Messimpuls um den Faktor 2 dehnt.
Dies führt dazu, dass die zweite Verbreiterungsstufe 50 die bereits um den Faktor 2 gedehnte Verbreiterung des Messimpulses zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₀ nochmals, um den Faktor 2 dehnt, was zur Folge hat, dass im Beispiel t₃ – t₀ = 2·(t₂ – t₀) = 4·p gilt.
Entsprechendes gilt für die dritte Verbreiterungsstufe 50 die eine Verbreiterungssignalflanke 3 zum Zeitpunkt t₄ auf ihrem Verbreiterungssignalausgang del_sig_last ausgibt und es gilt: t4 – t0 = 2·(t3 – t0) = 2·2·(t2 – t0) = 8·p.
D. h. die Verbreiterung des Messimpulses durch die Verbreiterungskaskade von drei Verbreiterungsstufen 50 ist gegenüber der ursprünglichen Impulsdauer p des Messimpulses um den Faktor 8 gedehnt.
Durch die Kaskadierung kann sich der im Beispiel nach dem unteren Teil der 9 für alle Verbreiterungsstufen gleiche zweite Strom I_h2 im Gegensatz zweiten Strom I_h1 nach dem oberen Teil der 9 deutlich vom jeweiligen ersten Strom I_l unterscheiden.
Dies hat – wie der untere Teil von 9 zeigt – sich unter einem größeren Winkel schneidende Spannungsverläufe und entsprechend einen „schärfer" definierten und damit genauer detektierbaren Zeitpunkt t₄ zur Folge. Entsprechend genauer lässt sich dadurch auch von der Dauer t₄ – t₀ bei der Auswertung auf die Impulsdauer p schließen.
Der linke Teil der 8 zeigt wiederum eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung zur Auswertung von Messimpulsen. Diese basiert erneut auf einer Verbreiterung eines Messimpulses durch zwei Ketten hintereinandergeschalteter (Teil-)Aufladestufen, wie im Ausführungsbeispiel nach 6.
Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach 6 lassen sich jedoch die Verbreiterungen (Teil-)Aufladestufenspezifisch durch getrennt für jede einzelne (Teil-)Aufladestufe einstellbare zweiten Ströme I_h separat wählen.
Die Einstellung kann wie in 8 angedeutet bspw. über einen Steuereingangsbus an der Vorrichtung zur Auswertung von Messimpulsen erfolgen, über welchen z. B. für n (Teil-)Aufladestufen n Steuerströme I_{h_control} zur Einstellung von n zweiten Ströme I_h aufgenommen werden können. Es sei angemerkt, dass auch die Verbreiterungsstufen 50 des Ausführungsbeispiels der 7 jeweils einen (nicht dargestellten) Steuereingang I_{h_control} aufweisen könnten.
Im linken Teil der 8 ist angedeutet, dass sich diese (Teil-)Aufladestufen-spezifische Einstellbarkeit der zweiten Ströme I_h dazu nutzen lässt, eine logarithmisch skalierte Messcharakteristik der Vorrichtung zu erzielen.

1: Startsignalflanke
2: Endsignalflanke
5: Messimpuls
15: Startsignal („start_pulse")
25: Endsignal („end_pulse")
3: Verbreiterungssignalflanke
10: erste Kapazität
11: erste gesteuerte Stromquelle
12: erste Ausgangsspannung
20: zweite Kapazität
22: zweite Ausgangsspannung
21: zweite gesteuerte Stromquelle
30: Komparator
35: Ausgangssignal des Komparators („DEL_SIG")
40: Vorrichtung zur Auswertung von Messimpulsen
18: erste Kapazität
28: zweite Kapazität
23: erste gesteuerte Stromquelle
24: zweite gesteuerte Stromquelle
31: erster Komparator
32: zweiter Komparator
38: Ausgangskomparator
39: Verbreiterungssignal („DEL_SIG")
41: erste Teilschaltungen
42: zweite Teilschaltungen
43: erste Kette
44: zweite Kette
45: prioritätsdekodierende Multiplexerschaltung
17: Startsignaleingang
27: Endsignaleingang
37: Verbreiterungssignalausgang
50: Verbreiterungsstufe
60: Verbreiterungskaskade

Claims

Verfahren zur Auswertung wenigstens eines Messimpulses (5) mit den Schritten: – Starten wenigstens eines ersten Vorgangs mit einer ersten Zustandsgröße, die sich ab einem ersten Zeitpunkt (t₀) in einer vorbestimmten zeitlichen Relation zu dem Beginn des Messimpulses (5) ändert; – Starten wenigstens eines zweiten Vorgangs mit einer zweiten Zustandsgröße, die sich ab einem zweiten Zeitpunkt (t₁) in einer vorbestimmten zeitlichen Relation zu dem Ende des Messimpulses (5) ändert; und – Ermitteln eines dritten Zeitpunkts (t₂), zu dem die zweite und die erste Zustandsgröße im Wesentlichen gleich sind.
Verfahren nach Anspruch 1, welches außerdem den Schritt aufweist: Ermitteln eines verbreiterten Messimpulses, wobei der dritte Zeitpunkt (t₂) das Ende des verbreiterten Messimpulses markiert.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der erste Zeitpunkt (t₀) den Beginn des verbreiterten Messimpulses markiert.
Vorrichtung zur Auswertung wenigstens eines Messimpulses (5) mit: – wenigstens einem ersten Mittel, welches eingerichtet ist, eine erste Zustandsgröße ab einem ersten Zeitpunkt (t₀) in einer vorbestimmten zeitlichen Relation zu dem Beginn des Messimpulses (5) zu ändern; – wenigstens einem zweiten Mittel, welches eingerichtet ist, eine zweite Zustandsgröße ab einem zweiten Zeitpunkt (t₁) in einer vorbestimmten zeitlichen Relation zu dem Ende des Messimpulses (5) zu ändern; – wenigstens einem dritten Mittel zum Ermitteln eines dritten Zeitpunkts (t₂), zu dem die zweite und die erste Zustandsgröße im Wesentlichen gleich sind.
Verfahren zur Auswertung wenigstens eines Messimpulses (5) mit den Schritten: – Starten wenigstens eines ersten Vorgangs mit einer ersten Zustandsgröße, die sich mit einer ersten Änderungsrate ab einem ersten Zeitpunkt (t₀) in einer ersten vorbestimmten zeitlichen Relation zu dem Beginn des Messimpulses (5) zeitlinear ändert; – Starten wenigstens eines zweiten Vorgangs mit einer zweiten Zustandsgröße, die sich mit einer zweiten Änderungsrate ab einem zweiten Zeitpunkt (t₁) in einer zweiten vorbestimmten zeitlichen Relation zu dem Ende des Messimpulses (5) zeitlinear ändert, wobei der Betrag der zweiten Änderungsrate größer ist als der Betrag der ersten Änderungsrate, und – Erzeugen einer Verbreiterung des Messimpulses (5) zu dessen vereinfachten Auswertung als der Zeitspanne zwischen dem ersten Zeitpunkt (t₀) und einem dritten Zeitpunkt (t₂), zu dem die zweite und die erste Zustandsgröße im Wesentlichen gleich sind.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei zum ersten Zeitpunkt (t₀) eine Startsignalflanke (1), zum zweiten Zeitpunkt (t₁) eine Endsignalflanke (2) und zum dritten Zeitpunkt (t₂) eine Verbreiterungssignalflanke (3) erzeugt werden, wobei die Verbreiterungssignalflanke (3) das Ende der Verbreiterung des Messimpulses (5) markiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei der erste Zeitpunkt (t₀) der Beginn des Messimpulses und der zweite Zeitpunkt (t₁) das Ende des Messimpulses ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7 zur präzisen Messung der Impulsdauer (p) des Messimpulses (5) mit dem zusätzlichen Schritt: – Berechnung der Impulsdauer p aus der Verbreiterung des Messimpulses (5) multipliziert mit der Differenz zwischen der zweiten Änderungsrate und der ersten Änderungsrate und dividiert durch die zweite Änderungsrate.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Schritte nach Anspruch 5 in folgender Weise erfolgen: – Starten wenigstes eines ersten Zählers mit einem ersten Zählerstand und einer ersten Zählrate ab dem ersten Zeitpunkt (t₀); – Starten wenigstes eines zweiten Zählers mit einem zweiten Zählerstand und einer zweiten Zählrate ab dem zweiten Zeitpunkt (t₁), wobei der Betrag der zweiten Zählrate größer ist als der Betrag der ersten Zählrate, und – Ermittlung der Verbreiterung des Messimpulses als der Zeitspanne zwischen dem ersten Zeitpunkt (t₀) und dem dritten Zeitpunkt (t₂), zu dem die Zähler den gleichen Zählerstand aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Schritte nach Anspruch 5 in folgender Weise erfolgen: – Aufladen wenigstens einer ersten Kapazität (10) mit einer ersten Ausgangsspannung (12) durch einen ersten Strom (I_l) ab dem ersten Zeitpunkt (t₀), – Aufladen wenigstes einer zweiten Kapazität (20) mit einer zweiten Ausgangsspannung (22) durch einen zweiten Strom (I_h) ab dem zweiten Zeitpunkt (t₁), wobei der Betrag des zweiten Stroms (I_h) größer ist als der Betrag des ersten Stroms (I_l), – Ermittlung der Verbreiterung des Messimpulses als der Zeitspanne zwischen dem ersten Zeitpunkt (t₀) und dem dritten Zeitpunkt (t₂), zu dem die zweite Ausgangsspannung (22) im Wesentlichen gleich der ersten Ausgangsspannung (12) ist.
Verfahren nach Anspruch 10 rückbezogen auf Anspruch 8, wobei der Kapazitätswert (C₁) der ersten Kapazität (10) und der Kapazitätswert (C₂) der zweiten Kapazität (20) gleich gewählt werden, und wobei der Schritt nach Anspruch 8 in folgender Weise erfolgt: – Berechnung der Impulsdauer (p) aus der Verbreiterung des Messimpulses (t₂ – t₀) multipliziert mit der Differenz zwischen dem zweiten Strom (I_h) und dem ersten Strom (I_l) und dividiert durch den zweiten Strom (I_h), d. h. p = (t₂ – t₀)·(I_h – I_l)/I_h.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei der dritte Zeitpunkt (t₂) durch Vergleich der zweiten Ausgangsspannung (22) mit der ersten Ausgangsspannung (12) mittels eines Komparators (30) als der Zeitpunkt ermittelt wird, ab dem der Betrag der zweiten Ausgangsspannung (22) den Betrag der ersten Ausgangsspannung (12) erstmalig übersteigt und dadurch ein Pegelwechsel des Ausgangssignals (35) des Komparators (30) verursacht wird, welcher die Verbreiterungssignalflanke (3) markiert.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Laufzeit des Komparators (30) bei der Ermittlung des dritten Zeitpunkts (t₂) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13 rückbezogen auf Anspruch 6, wobei die Startsignalflanke (1) eine erste gesteuerte Stromquelle (11) ansteuert, die ab der Startsignalflanke (1) den ersten Strom (I_l) liefert, und wobei die Endsignalflanke (2) eine zweite gesteuerte Stromquelle (21) ansteuert, die ab der Endsignalflanke (2) den zweiten Strom (I_h) liefert.
Vorrichtung zur Auswertung wenigstens eines Messimpulses (5) mit: – wenigstens einem ersten Mittel, welches eingerichtet ist, eine erste Zustandsgröße mit einer ersten Änderungsrate ab einem ersten Zeitpunkt (t₀) in einer ersten vorbestimmten zeitlichen Relation zu dem Beginn des Messimpulses (5) zeitlinear zu ändern; – wenigstens einem zweiten Mittel, welches eingerichtet ist, eine zweite Zustandsgröße mit einer zweiten Änderungsrate ab einem zweiten Zeitpunkt (t₁) in einer zweiten vorbestimmten zeitlichen Relation zu dem Ende des Messimpulses (5) zeitlinear zu ändern, wobei der Betrag der zweiten Änderungsrate größer ist als der Betrag der ersten Änderungsrate; und – wenigstens einem dritten Mittel, welches eingerichtet ist, eine Verbreiterung des Messimpulses (5) zu dessen vereinfachten Auswertung als die Zeitspanne zwischen dem ersten Zeitpunkt (t₀) und einem dritten Zeitpunkt (t₂) zu erzeugen, zu dem die zweite und die erste Zustandsgröße im Wesentlichen gleich sind.
Vorrichtung nach Anspruch 15, die eingerichtet ist, zum ersten Zeitpunkt (t₀) eine Startsignalflanke (1), zum zweiten Zeitpunkt (t₁) eine Endsignalflanke (2) und zum dritten Zeitpunkt (t₂) eine Verbreiterungssignalflanke (3) zu erzeugen, wobei durch die Verbreiterungssignalflanke (3) das Ende der Verbreiterung des Messimpulses (5) markierbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 16, wobei der erste Zeitpunkt (t₀) der Beginn des Messimpulses (5) und der zweite Zeitpunkt (t₁) das Ende des Messimpulses (5) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17 zur präzisen Messung der Impulsdauer (p) des Messimpulses (5) mit einem Rechenmittel, welches eingerichtet ist, die Impulsdauer (p) aus der Verbreiterung des Messimpulses (5) multipliziert mit der Differenz zwischen der zweiten Änderungsrate und der ersten Änderungsrate und dividiert durch die zweite Änderungsrate zu berechnen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die Mittel nach Anspruch 15 folgende sind: – wenigstens ein erster Zähler, der einen ersten Zählerstand mit einer ersten Zählrate ab dem ersten Zeitpunkt (t₀) ändern kann; – wenigstens ein zweiter Zähler, der einen zweiten Zählerstand mit einer zweiten Zählrate ab dem zweiten Zeitpunkt (t₁) ändern kann, wobei der Betrag der zweiten Zählrate größer ist als der Betrag der ersten Zählrate; und – wenigstens ein dritter Zähler, der die Verbreiterung des Messimpulses (5) als die Zeitspanne zwischen dem ersten Zeitpunkt (t₀) und dem dritten Zeitpunkt (t₂) erfassen kann, zu dem der zweite und der erste Zählerstand gleich sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die Mittel nach Anspruch 15 folgende sind: – wenigstens eine erste Kapazität (10) mit einer ersten Ausgangsspannung (12), wobei die erste Kapazität (10) durch einen ersten Strom (I_l) ab dem ersten Zeitpunkt (t₀) aufgeladen werden kann; – wenigstens eine zweite Kapazität (20) mit einer zweiten Ausgangsspannung (22), wobei die zweite Kapazität (20) durch einen zweiten Strom (I_h) ab dem zweiten Zeitpunkt (t₁) aufgeladen werden kann, wobei der Betrag des zweiten Stroms (I_h) größer ist als der Betrag des ersten Stroms (I_l); – wenigstens eine Vergleichsschaltung, welche eingerichtet ist, den Zeitpunkt, zu dem die erste (12) und zweite Ausgangsspannung (22) im Wesentlichen gleich sind, als den dritten Zeitpunkt (t₂) zu ermitteln, und welche dadurch die Verbreiterung des Messimpulses (5) als die Zeitspanne zwischen dem ersten Zeitpunkt (t₀) und dem dritten Zeitpunkt (t₂) erzeugen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Vergleichsschaltung ein Komparator (30) ist mit einem Ausgangssignal (35), welches zu dem dritten Zeitpunkt (t₂), ab dem der Betrag der zweiten Ausgangsspannung (22) den Betrag der ersten Ausgangsspannung (12) erstmalig übersteigt, durch einen resultierenden Pegelwechsel die Verbreiterungssignalflanke (3) markiert, und dadurch die Vorrichtung die Verbreiterung des Messimpulses (5) als die Zeitspanne zwischen der Startsignalflanke (1) und der vom Komparator (30) ausgegebenen Verbreiterungssignalflanke (3) erzeugen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 21, welche eingerichtet ist, die Laufzeit des Komparators (30) bei der Ermittlung des dritten Zeitpunkts (t₂) zu berücksichtigen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 22, wobei der Kapazitätswert (C₁) der ersten Kapazität (10) und der Kapazitätswert (C₂) der zweiten Kapazität (20) gleich sind, und das Rechenmittel dazu eingerichtet ist, die Impulsdauer (p) aus der Verbreiterung (t₂ – t₀) des Messimpulses (5) multipliziert mit der Differenz zwischen dem zweiten Strom (I_h) und dem ersten Strom (I_l) und dividiert durch den zweiten Strom (I_l) zu berechnen, d. h. p = (t₂ – t₀)·(I_h – I_l)/I_h.
Vorrichtung (40) nach Anspruch 23, die eine erste gesteuerte Stromquelle (11) aufweist, die von der Startsignalflanke (1) ansteuerbar ist und ab der Startsignalflanke (1) den ersten Strom (I_l) liefern kann, und wobei die Vorrichtung eine zweite gesteuerte Stromquelle (21) aufweist, die von der Endsignalflanke (2) ansteuerbar ist und ab der Endsignalflanke (2) den zweiten Strom (I_h) liefern kann.
Vorrichtung nach Anspruch 24, insbesondere zur Auswertung lang andauernder Messimpulse (5) umfassend: – wenigstens zwei erste (Teil-)Aufladestufen (41) jeweils mit: einem ersten Komparator (31), wobei ein positiver und ein negativer Eingang des ersten Komparators (31) einen positiven bzw. negativen ersten Eingang der ersten (Teil-)Aufladestufe (41) bilden, wobei über einen Ausgang des ersten Komparators (31) eine erste gesteuerte Stromquelle (23) ansteuerbar ist, durch die ein Knoten einer ersten Kapazität (18) als Ausgang der ersten (Teil-)Aufladestufe (41) mit einem ersten Strom (I_s) aufladbar ist; – wenigstens zwei zweite (Teil-)Aufladestufen (42) jeweils mit: einem zweiten Komparator (32), wobei ein positiver und ein negativer Eingang des zweiten Komparators (32) einen positiven bzw. negativen zweiten Eingang der zweiten (Teil-)Aufladestufe (42) bilden, wobei über einen Ausgang des zweiten Komparators (32) eine zweite gesteuerte Stromquelle (24) ansteuerbar ist, durch die ein Knoten einer zweiten Kapazität (28) als Ausgang der zweiten (Teil-)Aufladestufe (42) mit einem zweiten Strom (I_f) aufladbar ist; wobei die ersten (Teil-)Aufladestufen (41) in einer ersten Kette (43) und die zweiten (Teil-)Aufladestufen (42) in einer zweiten Kette (44) hintereinandergeschaltet sind, wobei einer der ersten Eingänge der i-ten ersten (Teil-)Aufladestufe (41) jeweils von einer Spannung (sl_i) am Ausgang der (i-1)-ten ersten (Teil-)Aufladestufe (41) ansteuerbar ist, wobei einer der zweiten Eingänge der i-ten zweiten (Teil-)Aufladestufe (42) jeweils von einer Spannung (fa_i) am Ausgang der (i-1)-ten zweiten (Teil-)Aufladestufe (42) ansteuerbar ist, wobei die negativen Eingänge der ersten und zweiten (Teil-)Aufladestufen (41, 42) ab der zweiten der (Teil-)Aufladestufen einer der Ketten (43, 44) mit einer Schwellspannung (U_th) verbunden ist, wobei einer der ersten Eingänge der ersten der (Teil-)Aufladestufen (41) der ersten Kette (43) von der Startsignalflanke (1) ansteuerbar ist, wobei einer der zweiten Eingänge der ersten der (Teil-)Aufladestufen (42) der zweiten Kette (44) von der Endsignalflanke (2) ansteuerbar ist, wobei ein Ausgangskomparator (38) von einem positiven (plus) und einem negativen Ausgang (minus) einer prioritätsdekodierenden Multiplexerschaltung (45) ansteuerbar ist, welche durch die Ausgangsspannungen (sl_i, fa_i) der (Teil-)Aufladestufen (41, 42) sowie die Ausgangssignale (en_i) der ersten Komparatoren (31) ab der zweiten der (Teil-)Aufladestufen (41) der ersten Kette (43) ansteuerbar ist und jeweils einen der Ausgänge der (Teil-)Aufladestufen (41, 42) entsprechenden der nachfolgenden Logiktabelle mit einem der Ausgänge (plus, minus) der prioritätsdekodierenden Multiplexerschaltung (45) verbinden kann: en₁ en₂ en₃ ... en_i plus minus 0 0 0 ... 0 sl₀ fa₀ 1 0 0 ... 0 sl₁ fa₁ 1 1 0 ... 0 sl₂ fa₂ ... ... ... ... ... ... ... 1 1 1 1 sl_i fa_i
Vorrichtung nach Anspruch 25, welche eingerichtet ist, die Laufzeit der prioritätsdekodierenden Multiplexerschaltung (45) bei der Ermittlung des dritten Zeitpunkts (t₂) zu berücksichtigen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 26, wobei jede der ersten (41) und/oder zweiten (Teil-)Aufladestufen (42) der ersten (43) bzw. der zweiten Kette (44) wenigstens einen Steuereingang aufweist, wobei die Steuereingänge zu einem Steuereingangsbus ([I_{h_control}(1), I_{h_control}(2), ... I_{h_control}(n)]) zusammengefasst sein können, und wobei über die Steuereingänge die ersten (I_l) und/oder zweiten Ströme (I_h) der einzelnen ersten (41) bzw. zweiten (Teil-)Aufladestufen (42) unabhängig voneinander einstellbar sind.
System, insbesondere zur starken Verbreiterung wenigstens eines Messimpulses (5), welches wenigstens zwei Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 16 bis 27 als Verbreiterungsstufen (50) umfasst, wobei jede der Verbreiterungsstufen (50) einen Startsignaleingang (17) zum Empfang von Startsignalflanken (1) zur Festlegung eines stufenspezifischen ersten Zeitpunkts, und einen Endsignaleingang (27) zum Empfang von Endsignalflanken (2) zur Festlegung eines stufenspezifischen zweiten Zeitpunkts, und einen Verbreiterungssignalausgang (37) zur Ausgabe von Verbreiterungssignalflanken (3) zur Festlegung eines stufenspezifischen dritten Zeitpunkts aufweist, wobei die Verbreiterungsstufen (50) derart in einer Verbreiterungskaskade (60) hintereinandergeschaltet sind, dass der Verbreiterungssignalausgang (37) einer vorbestimmten Verbreiterungsstufe (50) den Endsignaleingang (27) der jeweils nachgeschalteten Verbreiterungsstufe (50) ansteuern kann, wobei die Startsignaleingänge (17) aller Verbreiterungsstufen (50) von der den ersten Zeitpunkt (t₀) des Messimpulses (5) markierenden Startsignalflanke (1) ansteuerbar sind und wobei der Endsignaleingang (27) der ersten Verbreiterungsstufe (50) der Verbreiterungskaskade (60) von der den zweiten Zeitpunkt (t₁) des Messimpulses (5) markierenden Endsignalflanke (2) ansteuerbar ist.
System nach Anspruch 28, wobei jede Verbreiterungsstufe (50) der Verbreiterungskaskade (60) wenigstens einen Steuereingang aufweist, und wobei über die Steuereingänge die ersten und/oder zweiten Änderungsraten der einzelnen Verbreiterungsstufen (50) unabhängig voneinander einstellbar sind.