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Schmelzsicherungen,
die auch als Durchbrennelemente, oder als einmalprogrammierbare Zelle,
englisch: one time programmable, OTP, oder englisch: fuse, bezeichnet
werden, sind weit verbreitete Elemente, um Daten wie Seriennummern, Trimmeinstellungen
von analogen Schaltungen oder ähnliches
dauerhaft auf einem Chip zu speichern. Beim Einschalten einer derartigen
Schaltung muss der in den Schmelzsicherungen gespeicherte Dateninhalt
analog ausgelesen und bewertet werden. Das Ergebnis wird üblicherweise
in einem digitalen Speicher abgelegt.
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Herkömmliche
Schaltungen umfassen neben der Schmelzsicherung ein Vergleichselement,
einen Komparator und ein Speicherelement. Der Zustand der Schmelzsicherung
wird anhand einer Potentialdifferenz zwischen Schmelzsicherung und
Vergleichselement bestimmt. Zum Auslesen des Zustands der Schmelzsicherung
muss ein statisch stabiler Zustand der Schaltung erreicht werden,
um eine stabile Potential- beziehungsweise Spannungsdifferenz zu
erhalten und diese anschließend
auszuwerten. Dazu ist es erforderlich, die Schaltung exakt symmetrisch
aufzubauen, um Laufzeitunterschiede, die durch parasitäre Kapazitäten, vor
allem eines zur Programmierung der Schmelzsicherung üblicherweise
erforderlichen Brenntransistors, verursacht werden, auszugleichen.
Des Weiteren ist es erforderlich, mit dem Auslesen des Zustands
der Schmelzsicherung zu warten, bis der Einschwingvorgang, der zeitlich
im Bereich von 100 Nanosekunden liegt, abgeschlossen ist.
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Das
Dokument
US 4,837,520
A beschreibt eine Schaltung zur Zustandsbestimmung einer Schmelzsicherung,
bei der in zwei parallel geschalteten Signalpfaden jeweils eine
Serienschaltung einer Schmelzsicherung und eines Kondensators vorgesehen
ist. Ein Feldeffekttransistor ist jeweils parallel zu dem Kondensator
geschaltet.
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Das
Dokument
US 5,812,468
A zeigt eine Schaltung mit einer programmierbaren Antifuse
für integrierte
Schaltungen mit redundanten Speicherelementen.
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Das
Dokument
US 6,384,664
B1 betrifft eine differentielle Ausleseschaltung zur Zustandsbestimmung
einer CMOS kompatiblen Fuse mit niedriger Versorgungsspannung.
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Das
Dokument
DE 10
2006 017 480 A1 offenbart eine Schaltungsanordnung mit
einer nicht-flüchtigen
Speicherzelle.
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Das
Dokument
US 6,995,601
B2 beschreibt eine Schaltung zur Bestimmung des Zustands
einer Schmelzsicherung.
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Eine
zu lösende
Aufgabe ist es, eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren anzugeben,
die beziehungsweise das das Ermitteln des Zustands einer Schmelzsicherung
verbessert und beschleunigt.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch die Schaltungsanordnung des Patentanspruchs 1, sowie durch
das Verfahren des Patentanspruchs 10. Weiterführungen und Ausgestaltungen
sind jeweils Gegenstände
der abhängigen
Ansprüche.
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In
einer Ausführungsform
weist eine Schaltungsanordnung mit Schmelzsicherung einen mit einem
Steuereingang gekoppelten Sicherungspfad, einen mit dem Steuereingang
gekoppelten Referenzpfad, sowie eine Auswertungseinheit auf. Der
Sicherungspfad umfasst die Schmelzsicherung und einen dazu in Reihe
geschalteten ersten Ladungsspeicher, und ist zum Bereitstellen eines
ersten Ladezustands ausgelegt. Der Referenzpfad umfasst ein Vergleichselement
und einen dazu in Reihe geschalteten zweiten Ladungsspeicher, und
ist zum Bereitstellen eines zweiten Ladezustands ausgelegt. Die
Auswertungseinheit weist einen ersten Eingang, einen zweiten Eingang,
sowie einen Datenausgang zum Bereitstellen eines Zustands der Schmelzsicherung
auf. Der erste Eingang ist schaltbar mit dem Sicherungspfad, der
zweite Eingang ist schaltbar mit dem Referenzpfad verbunden. Das
Bereitstellen des Zustands der Schmelzsicherung erfolgt in Abhängigkeit
eines Unterschieds zwischen dem ersten und dem zweiten Ladezustand.
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Der
Zustand der Schmelzsicherung ist dabei niederohmig oder hochohmig
und repräsentiert
somit eine unprogrammierte oder eine programmierte Schmelzsicherung.
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Über den
Steuereingang wird die Schaltungsanordnung in eine Entladephase
oder in eine Aufladephase gesteuert. In der Entladephase werden
durch Verbinden des Steuereingangs mit einem Bezugspotentialanschluss
der erste und der zweite Ladungsspeicher entladen. Folglich stimmt
der erste Ladezustand mit dem zweiten Ladezustand überein. In
der Aufladephase erfolgt durch Verbinden des Steuereingangs mit
einem Versorgungspotentialanschluss ein paralleles Aufladen des
Sicherungspfades und des Referenzpfades, also des ersten und des
zweiten Ladungsspeichers. Die Auswertungseinheit ermittelt den Zustand
der Schmelzsicherung in Abhängigkeit
eines Unterschieds zwischen dem ersten und dem zweiten Ladezustand
während
der Aufladephase.
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Durch
die Auswertung des Unterschieds zwischen dem jeweiligen Ladezustand
im Sicherungspfad und im Referenzpfad ist es vorteilhafterweise möglich, den
Zustand der Schmelzsicherung zu bestimmen, ohne einen kompletten
Einschwingvorgang der Schaltungsanordnung abzuwarten. Damit wird die
Ermittlung des Zustands der Schmelzsicherung beschleunigt.
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Der
erste sowie der zweite Ladungsspeicher können beispielsweise jeweils
als Transistor, beispielsweise als metal Oxide semiconductor, MOS-Transistor
ausgeführt
sein. Dabei kann ein üblicherweise
im Sicherungspfad zur Programmierung der Schmelzsicherung erforderlicher
Brenntransistor als erster Ladungsspeicher wieder verwendet werden.
Somit werden der Brenntransistor im Sicherungspfad, sowie eine dazu
symmetrische Kompensation in Form eines MOS-Transistors, beziehungsweise
einer äquivalenten
Kapazität,
im Referenzpfad im jeweils ausgeschalteten Zustand unter Ausnutzung
der jeweiligen parasitären
Kapazität
als erster oder zweiter Ladungsspeicher eingesetzt. Der erste und
der zweite Ladungsspeicher sind da bei jeweils direkt auf einen Bezugspotentialanschluss
bezogen.
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Alternativ
kann anstatt der Schmelzsicherung auch eine sogenannte Antifuse,
beispielsweise eine Zenerdiode, als Speicherelement verwendet werden.
Dieses Element ist im unprogrammierten Zustand hochohmig und im
programmierten Zustand niederohmig.
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In
einer Weiterbildung wird der erste Ladezustand in Abhängigkeit
einer ersten Ladezeitkonstante, die durch einen Widerstand der Schmelzsicherung
und eine Kapazität
des ersten Ladungsspeichers gebildet ist, bereitgestellt. Der erste
Ladezustand wird an einem ersten Verbindungspunkt zwischen der Schmelzsicherung
und dem ersten Ladungsspeicher bereitgestellt. Der zweite Ladezustand
wird in Abhängigkeit
einer zweiten Ladezeitkonstante, die durch einen Widerstand des
Referenzelements und eine Kapazität des zweiten Ladungsspeichers
gebildet ist, bereitgestellt. Der zweite Ladezustand wird dabei
an einem zweiten Verbindungspunkt zwischen dem Referenzelement und dem
zweiten Ladungsspeicher bereitgestellt.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist die Kapazität
des ersten Ladungsspeichers an die Kapazität des zweiten Ladungsspeichers
angepasst. Der Widerstand des Vergleichselements ist von dem Widerstand
der Schmelzsicherung verschieden.
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Der
Widerstand der Schmelzsicherung unterscheidet sich im unprogrammierten
Zustand und im programmierten Zustand um mehrere Dekaden. Der Widerstand
des Vergleichselements kann deshalb so gewählt werden, dass sich die erste
Ladezeitkonstante deutlich von der zweiten Ladezeitkonstanten unterscheidet.
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Der
daraus resultierende Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten
Ladezustand ist vorteilhafterweise bereits nach kurzer Zeit auslesbar.
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In
einer weiteren Ausführungsform
weist die Auswertungseinheit einen Speicherkomparator und einen
Ladezustandswächter
auf. Der Speicherkomparator umfasst den ersten Eingang, der schaltbar mit
dem ersten Verbindungspunkt des Sicherungspfades gekoppelt ist,
den zweiten Eingang, der schaltbar mit dem zweiten Verbindungspunkt
des Referenzpfades gekoppelt ist, sowie den Datenausgang. Der Ladezustandswächter umfasst
einen Eingang, der mit dem Datenausgang des Speicherkomparators
gekoppelt ist, und einen Ausgang, an dem ein Schaltsignal zur Ansteuerung
des Speicherkomparators bereitgestellt ist.
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Der
Speicherkomparator vergleicht den an seinem ersten Eingang anliegenden
ersten Ladezustand mit dem an seinem zweiten Eingang anliegenden
zweiten Ladezustand. Das Vergleichsergebnis wird am Datenausgang
bereitgestellt und dem Eingang des Ladezustandswächters zugeführt. Der
Ladezustandswächter
stellt das Schaltsignal in Abhängigkeit
des Vergleichsergebnisses am Datenausgang ein und steuert damit
die Kopplung zwischen den Eingängen
des Speicherkomparators und dem ersten und zweiten Verbindungspunkt
derart, dass bei Veränderung
des Datenausgangs diese Verbindungen getrennt werden. Dadurch wird
das Vergleichsergebnis, also der Zustand der Schmelzsicherung, im Speicherkomparator
gehalten. Der Speicherkomparator kann aufgrund seiner Funktionsweise
auch als differentieller Komparator bezeichnet werden.
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Vorteilhafterweise
wird durch das Abkoppeln der Eingänge des Speicherkomparators
von dem ersten beziehungsweise zweiten Verbindungspunkt unmittelbar
nach der Ermittlung des Zustands der Schmelzsicherung der Speicherkomparator
automatisch abgeschaltet und der Zustand der Schmelzsicherung gespeichert.
Dadurch wird die Leistungsaufnahme verringert.
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In
einer Weiterbildung wird der Zustand der Schmelzsicherung am Datenausgang
in Form eines digitalen Datensignals und eines zu diesem invertierten
digitalen Datensignals bereitgestellt.
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Dabei
entspricht beispielsweise, der unprogrammierte Zustand einer Schmelzsicherung
einer logischen 0 des digitalen Datensignals und einer logischen
1 des invertierten digitalen Datensignals. Der programmierte Zustand
der Schmelzsicherung entspricht einer logischen 1 des digitalen
Datensignals, sowie einer logischen 0 des invertierten digitalen
Datensignals.
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In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst der Speicherkomparator einen ersten und einen zweiten Inverter.
Der erste Inverter weist einen Eingang, der mit dem ersten Eingang
des Speicherkomparators gekoppelt ist, und einen Ausgang zum Bereitstellen
des digitalen Datensignals auf. Der zweite Inverter weist einen
Eingang, der mit dem zweiten Eingang des Speicherkomparators gekoppelt
ist und einen Ausgang zum Bereitstellen des invertierten digitalen
Datensignals auf.
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In
einer Weiterbildung ist der Ausgang des ersten Inverters gesteuert
von dem Schaltsignal schaltbar mit dem Eingang des zweiten Inverters
gekoppelt. Der Ausgang des zweiten Inverters ist gesteuert von dem
Schaltsignal schaltbar mit dem Eingang des ersten Inverters verbunden.
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Der
erste Ladezustand wird dem ersten Inverter, der zweite Ladezustand
wird dem zweiten Inverter zugeführt.
Sobald einer der Inverter schaltet, bewirkt das vom Ladezustandswächter erzeugte Schaltsignal
eine Rückkopplung
der beiden Inverter. Diese wirkt aufgrund der zueinander invertierten
Eingänge
der Inverter als Mitkopplung. Gleichzeitig werden die Eingänge der
Inverter von dem Sicherungspfad beziehungsweise dem Referenzpfad
getrennt. Diese Funktion entspricht der oben genannten Ansteuerung
des Speicherkomparators mittels Schaltsignal.
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Durch
die Verwendung der Rückkopplung zwischen
den beiden Invertern werden diese sowohl als Komparator als auch
als Speicher verwendet, was die Anzahl der Schaltelemente vorteilhafterweise
gering hält.
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In
einer Weiterbildung weist der Ladezustandswächter ein NAND-Gatter mit einem
Eingang zum Zuführen
des digitalen Datensignals, einem weiteren Eingang zum Zuführen des
invertierten digitalen Datensignals und einem Ausgang zum Bereitstellen
des Schaltsignals auf.
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In
der Entladephase der Schaltungsanordnung ist sowohl das digitale
Datensignal, als auch das invertierte digitale Datensignal auf logisch
1. Das NAND-Gatter des Ladezustandswächters liefert an seinem Ausgang
eine logische 0, wodurch der erste Eingang des ersten Inverters
mit dem ersten Verbindungspunkt des Sicherungspfades gekoppelt ist
und der zweite Eingang des zweiten Inverters über den zweiten Verbindungspunkt
mit dem Referenzpfad gekoppelt ist. Die schaltbare Verbindung zwischen
dem Ausgang des ersten Inverters und dem Eingang des zweiten Inverters
ist geöffnet
ebenso wie die schaltbare Verbindung zwischen dem Ausgang des zweiten
Inverters und dem Eingang des ersten Inverters. Sobald in der Auf ladephase
der Schaltungsanordnung der erste oder der zweite Ladezustand über eine
jeweilige Schaltschwelle des ersten oder des zweiten Inverters ansteigt,
geht der Ausgang des NAND-Gatters des Ladezustandswächters auf
logisch 1. Dies bewirkt ein Abkoppeln des Eingangs des ersten Inverters
vom ersten Verbindungspunkt sowie des zweiten Inverters vom zweiten
Verbindungspunkt. Die Rückkopplungsschleife
zwischen dem ersten und dem zweiten Inverter wird geschlossen, wodurch
der Zustand der Schmelzsicherung in dem Speicherkomparator gehalten
wird. Die Auswertungseinheit wird damit verriegelt. Dadurch, dass
lediglich zwei Kapazitäten,
nämlich
der erste und der zweite Ladungsspeicher, geladen werden, und durch die
rasche Verriegelung der Auswertungseinheit fließt vorteilhafterweise nur ein
sehr geringer dynamischer Ladestrom. Bei Einsatz jeweils eines MOS-Transistors
für den
ersten und den zweiten Ladungsspeicher werden lediglich die parasitären Kapazitäten dieser
Transistoren genutzt. Somit wird in der Aufladephase der Schaltungsanordnung
die Ladezeit durch die Laufzeit der Inverter und des NAND-Gatters
des Ladezustandswächters
bestimmt. Die Ladezeit wird damit vorteilhafterweise stark verkürzt, was
die Bestimmung des Zustands der Schmelzsicherung deutlich, beispielsweise
um den Faktor 100, beschleunigt.
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In
einer Weiterbildung ist dem Steuereingang ein digitales Steuersignal
zugeführt,
welches zum Umschalten zwischen der Entlade- und der Aufladephase
der Schaltungsanordnung ausgelegt ist.
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Das
digitale Steuersignal bewirkt ein Verbinden des Steuereingangs mit
dem Bezugspotentialanschluss in der Entladephase, sowie das Verbinden des
Steuereingangs mit dem Versorgungspotentialanschluss in der Aufladephase.
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Für die Speicherung
des Schmelzsicherungszustands im ersten und im zweiten Inverter
ist die Verbindung des Steuereingangs mit dem Versorgungspotentialanschluss
nicht erforderlich, sodass diese Verbindung getrennt werden kann.
Vorteilhafterweise verringert sich damit ein Leckstrom wesentlich.
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In
einer Ausführungsform
umfasst ein Verfahren zum Ermitteln eines Zustands einer Schmelzsicherung
das Entladen eines Sicherungspfads mit einer Schmelzsicherung und
das Entladen eines Referenzpfades, das Aufladen des Sicherungspfades und
des Referenzpfades und das Ermitteln des Zustands der Schmelzsicherung.
Beim Aufladen wird in dem Sicherungspfad ein erster Ladezustand
als Funktion einer ersten Ladezeitkonstante und in dem Referenzpfad
ein zweiter Ladezustand als Funktion einer zweiten Ladezeitkonstante
generiert. Der Zustand der Schmelzsicherung wird in Abhängigkeit
eines Unterschieds zwischen dem ersten und dem zweiten Ladezustand
ermittelt.
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Vorteilhafterweise
wird durch die Verwendung unterschiedlicher Ladezeitkonstanten,
die in unterschiedlichen Ladezuständen resultieren, das Ermitteln
des Zustands der Schmelzsicherung beschleunigt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Figuren
näher erläutert. Funktions-
beziehungsweise wirkungsgleiche Bauelemente und Schaltungsteile
tragen gleiche Bezugszeichen. Insoweit sich Schaltungsteile oder
Bauelemente in ihrer Funktion entsprechen, wird deren Beschreibung
nicht in jeder der folgenden Figuren wiederholt. Es zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
einer Schaltungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
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2A beispielhafte
Signaldiagramme für die
Ermittlung des Zustands einer unprogrammierten Schmelzsicherung,
und
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2B beispielhafte
Signaldiagramme für die
Ermittlung des Zustands einer programmierten Schmelzsicherung.
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Schaltungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die
Schaltungsanordnung umfasst einen Sicherungspfad SP, einen Referenzpfad
RP, eine Auswertungseinheit AE, sowie einen Steuereingang SE. Der
Sicherungspfad SP, sowie der Referenzpfad RP sind mit dem Steuereingang
SE gekoppelt. Der Sicherungspfad SP umfasst eine Reihenschaltung
aufweisend eine Schmelzsicherung RS und einen ersten Ladungsspeicher
C1. Die Schmelzsicherung SP ist über
einen ersten Schalter S1 mit einem Bezugspotentialanschluss 10 oder
mit einem Versorgungspotentialanschluss 20 verbunden. Der
erste Ladungsspeicher C1 ist direkt auf den Bezugspotentialanschluss 10 bezogen.
Ein Verbindungspunkt zwischen Schmelzsicherung RS und erstem Ladungsspeicher
C1 bildet einen ersten Verbindungspunkt P1, an dem ein erster Ladezustand
L1 bereitgestellt wird. Der Referenzpfad RP umfasst eine Reihenschaltung
aufweisend ein Vergleichselement RV und einen zweiten Ladungsspeicher
C2. Das Vergleichselement RV ist über den ersten Schalter S1
mit dem Bezugspotentialanschluss 10 oder mit dem Versorgungspotentialanschluss 20 gekoppelt.
Der zweite Ladungsspeicher C2 ist direkt auf den Bezugspotentialanschluss 10 bezogen.
Ein Verbindungspunkt zwischen dem Vergleichselement RV und dem zweiten Ladungsspeicher
C2 bildet einen zweiten Verbindungspunkt P2, an dem ein zweiter
Ladezustand L2 bereitgestellt wird. Der Steuereingang SE schaltet die
Schalterstellung des ersten Schalters S1 entweder auf den Bezugspotentialanschluss 10 oder
auf den Versorgungspotentialanschluss 20. Dem Steuereingang
SE wird ein Steuersignal St zugeführt.
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Der
erste Ladungsspeicher C1, sowie der zweite Ladungsspeicher C2 sind
in diesem Ausführungsbeispiel
jeweils als NMOS-Transistoren
realisiert. Der erste Ladungsspeicher C1 entspricht in diesem Fall
einem üblicherweise
zum Programmieren der Schmelzsicherung RS eingesetzten Brenntransistor.
Das Verbinden eines Gate-Anschluss F1 des Brenntransistors mit dem
Versorgungspotentialanschluss 20 programmiert die Schmelzsicherung
RS. Die parasitären
Kapazitäten
dieses Brenntransistors werden als erster Ladungsspeicher C1 wieder
verwendet. Eine Kapazität
des zweiten Ladungsspeichers C2 ist an eine Kapazität des ersten
Ladungsspeichers C1 angepasst. Im Sicherungspfad SP wird somit durch
einen Widerstand der Schmelzsicherung RS und die Kapazität des ersten
Ladungsspeichers C1 eine erste Ladezeitkonstante gebildet. Der erste Ladezustand
L1 wird als Funktion der ersten Ladezeitkonstanten im ersten Verbindungspunkt
P1 bereitgestellt. Analog dazu wird im Referenzpfad RP aus einem
Widerstand des Vergleichselements RV und der Kapazität des zweiten
Ladungsspeichers C2 eine zweite Ladezeitkonstante gebildet. Der
zweite Ladezustand L2 wird als Funktion der zweiten Ladezeitkonstanten
am zweiten Verbindungspunkt P2 bereitgestellt. Der Widerstand der
Schmelzsicherung RS ist im unprogrammierten Zustand gering, beispielsweise
im Bereich von 50 bis 100 Ohm. Im programmierten Zustand ist der
Widerstand der Schmelzsicherung RS hoch, beispielsweise im Bereich
von 1 Megaohm. Der Widerstand des Vergleichselements RV wird so
gewählt,
dass er sich deutlich von dem Widerstand der Schmelzsicherung RS
unter scheidet. Beispielsweise kann der Widerstand des Vergleichselements
RV 1 Kiloohm betragen. Damit unterscheidet sich die erste Ladezeitkonstante
deutlich von der zweiten Ladezeitkonstanten, was sich als deutlicher
Unterschied zwischen dem ersten Ladezustand L1 und dem zweiten Ladezustand
L2 zu einem definierten Zeitpunkt ausdrückt.
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Die
Auswertungseinheit AE weist einen ersten Eingang E1, einen zweiten
Eingang E2, sowie einen Datenausgang DA auf. Der erste Eingang E1
ist entweder über
einen zweiten Schalter S2a mit dem Bezugspotentialanschluss 10 oder über einen
dritten Schalter S3a mit dem ersten Verbindungspunkt P1 des Sicherungspfades
SP verbunden. Der zweite Eingang E2 ist entweder über einen
zweiten Schalter S2b mit dem Bezugspotentialanschluss 10 oder über einen
dritten Schalter S3b mit dem zweiten Verbindungspunkt P2 des Referenzpfades
RP verbunden. Der Datenausgang DA umfasst ein digitales Datensignal
Data, sowie ein dazu invertiertes digitales Datensignal NData. Die
Auswertungseinheit AE weist einen Speicherkomparator SPK und einen
mit diesem gekoppelten Ladezustandswächter LZW auf.
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Der
Speicherkomparator SPK umfasst einen ersten Inverter INV1 und einen
zweiten Inverter INV2. Ein Eingang des ersten Inverters INV1 ist
mit dem ersten Eingang E1 der Auswertungseinheit AE gekoppelt. Ein
Ausgang des ersten Inverters INV1 stellt das invertierte digitale
Datensignal NData bereit. Ein Eingang des zweiten Inverters INV2
bildet den zweiten Eingang E2 der Auswertungseinheit AE. An einem
Ausgang des zweiten Inverters INV2 wird das digitale Datensignal
Data bereitgestellt. Der Ausgang des ersten Inverters INV1 ist über einen
vierten Schalter S4a mit dem Eingang des zweiten Inverters INV2
gekoppelt. Der Ausgang des zweiten Inverters INV2 ist über einen
vierten Schalter S4b mit dem Eingang des ersten Inverters INV1 gekoppelt.
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Der
Ladezustandswächter
LZW umfasst ein NAND-Gatter. Ein Eingang des Ladezustandswächters LZW
ist mit dem Ausgang des ersten Inverters INV1 verbunden. Ein zweiter
Eingang des Ladezustandswächters
LZW ist mit dem Ausgang des zweiten Inverters INV2 verbunden. Am
Ausgang des NAND-Gatters des Ladezustandswächters LZW wird ein Schaltsignal
Sw bereitgestellt.
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Das
dem Steuereingang SE zugeführte Steuersignal
St steuert den ersten Schalter S1, sowie die zweiten Schalter S2a
und S2b. Ein positiver Pegel des Steuersignals St bewirkt dabei
ein Verbinden des ersten Schalters S1 mit dem Bezugspotentialanschluss 10,
sowie ein Schließen
der zweiten Schalter S2a und S2b. Der erste und der zweite Eingang
E1 und E2 werden jeweils mit dem Bezugspotentialanschluss 10 verbunden.
Eine fallende Flanke des Steuersignals St bewirkt ein Verbinden
des Steuereingangs SE mit dem Versorgungspotentialanschluss 20,
sowie ein Öffnen
der zweiten Schalter S2a und S2b. Das Schaltsignal Sw steuert die
dritten Schalter S3a und S3b, sowie die vierten Schalter S4a und
S4b.
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Ein
positiver Pegel des Steuersignals St steuert die Schaltungsanordnung
in eine Entladephase. Der Steuereingang SE, der erste und der zweite Eingang
E1 und E2, sowie der Gate-Anschluss
F1 sind jeweils mit dem Bezugspotentialanschluss 10 verbunden.
Der erste und der zweite Ladungsspeicher C1 und C2 werden entladen.
An den Eingängen der
beiden Inverter INV1 und INV2 liegt jeweils eine logische 0 an.
Dadurch sind der Ausgang des ersten und derjenige des zweiten Inverters
INV1, INV2 auf logisch 1. Sowohl das digitale Datensignal Data,
als auch das invertierte digitale Datensignal NData sind auf lo gisch
1, was eine logische 0 am Ausgang des NAND-Gatters des Ladezustandswächters LZW
bewirkt. Eine logische 0 des Schaltsignals Sw bewirkt ein Schließen der
dritten Schalter S3a und S3b, sowie ein Öffnen der vierten Schalter
S4a und S4b. Nach dem Entladen des ersten und des zweiten Ladungsspeichers
C1 und C2 fließt
kein Strom mehr.
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Das
Ermitteln des Zustands der Schmelzsicherung RS wird durch eine fallende
Flanke des Steuersignals St und das Umschalten in eine Aufladephase
eingeleitet. Die zweiten Schalter S2a und S2b werden geöffnet. Der
Steuereingang SE wird mit dem Versorgungspotentialanschluss 20 gekoppelt. Der
erste Verbindungspunkt P1 sowie der zweite Verbindungspunkt P2 laden
sich jeweils verzögert
mit der ersten Ladezeitkonstanten, beziehungsweise der zweiten Ladezeitkonstanten
auf. Sobald einer der Verbindungspunkte P1 oder P2 die Schaltschwelle des
damit verbundenen Inverters INV1 oder INV2 erreicht, schaltet eines
der Datensignale Data oder NData auf 0, wodurch ein Umschalten des NAND-Gatters
des Ladezustandswächters
LZW bewirkt wird. Die derart bereitgestellte logische 1 des Schaltsignals
Sw öffnet
die dritten Schalter S3a und S3b und schließt die vierten Schalter S4a
und S4b. Somit wird der erste Eingang E1 vom ersten Verbindungspunkt
P1 getrennt und der zweite Eingang E2 wird vom zweiten Verbindungspunkt
P2 getrennt. Das Schließen
der Rückkopplungsverbindung über die
vierten Schalter S4a und S4b zwischen dem ersten und dem zweiten
Inverter INV1 und INV2 bewirkt eine Mitkopplung. Ein Pegel des digitalen
Datensignals Data, welcher den Zustand der Schmelzsicherung RS repräsentiert,
sowie ein Pegel des invertierten digitalen Datensignals NData bleiben
somit in dem Speicherkomparator SPK gespeichert. Durch die Mitkopplung
werden die Pegel des digitalen Datensignals Data, sowie des invertierten
digitalen Datensignals NData in digitale Pegel überführt.
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Nach
der Ermittlung des Zustands der Schmelzsicherung RS kann der erste
Schalter S1 wieder auf Bezugspotentialanschluss 10 geschaltet werden,
die Schalter S2a und S2b bleiben offen. Dadurch werden sowohl der
erste Ladungsspeicher C1 als auch der zweite Ladungsspeicher C2
mit dem Bezugspotentialanschluss 10 gekoppelt und entladen. Ein
möglicherweise
auftretender Leckstrom verringert sich auf ein Minimum.
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Durch
den Einsatz unterschiedlicher Ladezeitkonstanten wird der Zustand
der Schmelzsicherung RS sehr viel schneller bereitgestellt. Der
Ermittlungszeitraum liegt im Bereich von Pikosekunden. Das Trennen
des Speicherkomparators SPK vom Sicherungspfad SP und dem Referenzpfad
RP nach dem Ermitteln des Zustands der Schmelzsicherung RS verringert
Ladeströme
und reduziert Leckströme. Vorteilhafterweise
benötigt
die Schaltungsanordnung keine Biasstromquelle.
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2A zeigt
beispielhafte Signaldiagramme für
die Ermittlung des Zustands einer unprogrammierten Schmelzsicherung.
Hierfür
wird die Schaltungsanordnung aus 1 zugrunde
gelegt.
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Im
unprogrammierten Zustand der Schmelzsicherung RS ist eine erste
Ladezeitkonstante T1 kleiner als eine zweite Ladezeitkonstante T2. 2A zeigt
Verläufe
unterschiedlicher Signale beziehungsweise Potentiale bezogen auf
die Zeit t. Die oberste Zeile zeigt einen Verlauf des Steuersignals
St, die zweite Zeile einen Verlauf eines Potentials am Steuereingang
SE, die dritte Zeile einen Verlauf eines Potentials am ersten Verbindungspunkt
P1, die vierte Zeile einen Verlauf eines Potentials am zweiten Verbindungspunkt
P2, die fünfte
Zeile einen Verlauf des digitalen Datensignals Data, die sechste
Zei le einen Verlauf des invertierten digitalen Datensignals NData und
die siebte Zeile einen Verlauf des Schaltsignals Sw.
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Zu
einem ersten Zeitpunkt t1 wird das Steuersignal St auf logisch 1
gesetzt. Dies ist der Beginn einer Entladephase. Der Steuereingang
SE nimmt das Potential des Bezugspotentialanschlusses 10, also
logisch 0 an. Die Potentiale der Verbindungspunkte P1 und P2 bleiben
aufgrund der Entladung auf logisch 0. Folglich sind die Pegel sowohl
des digitalen Datensignals Data als auch des invertierten digitalen
Datensignals NData auf logisch 1. Der Pegel des Schaltsignals Sw
ist auf logisch 0.
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Durch
eine fallende Flanke des Steuersignals St zu einem zweiten Zeitpunkt
t2 wird die Aufladephase initiiert. Das Potential am Sicherungspfad SP
und am Referenzpfad RP steigt folglich auf logisch 1. Ebenso steigen
das Potential am ersten Verbindungspunkt P1, sowie das Potential
am zweiten Verbindungspunkt P2 an. Der jeweilige Anstieg ist geprägt durch
die jeweilige erste beziehungsweise zweite Ladezeitkonstante T1
oder T2. Da die erste Ladezeitkonstante T1 des Sicherungspfades
kleiner ist als die zweite Ladezeitkonstante T2 des Referenzpfades,
steigt das Potential am ersten Verbindungspunkt P1 schneller an.
Dementsprechend wird die Schaltschwelle des ersten Inverters INV1
früher
erreicht und das digitale Datensignal Data geht zu einem dritten
Zeitpunkt t3 auf logisch 0. Das invertierte digitale Datensignal
NData bleibt auf logisch 1. Dies führt zu einem Umschalten des
Schaltsignals Sw von logisch 0 auf logisch 1 zu einem vierten Zeitpunkt
t4. Der Zustand des digitalen Datensignals Data und der Zustand
des invertierten digitalen Datensignals NData werden jeweils gehalten.
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2B zeigt
beispielhafte Signaldiagramme für
die Ermittlung des Zustands einer programmierten Schmelzsicherung.
Es wird hier ebenfalls wieder die Schaltungsanordnung aus 1 zugrunde
gelegt. Die Pegelverläufe
der Signale beziehungsweise Potentiale sind entsprechend 2A untereinander dargestellt.
Der Verlauf der Entladephase zwischen dem ersten Zeitpunkt t1 und
dem zweiten Zeitpunkt t2 entspricht dem Verlauf der in 2A beschriebenen
Entladephase.
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Zum
zweiten Zeitpunkt t2 wird durch die fallende Flanke des Steuersignals
St die Aufladephase initiiert. Bei der für diese Figur zugrunde gelegten programmierten
Schmelzsicherung ist die das Potential am ersten Verbindungspunkt
P1 beeinflussende erste Ladezeitkonstante T1 größer als die das Potential am
zweiten Verbindungspunkt P2 beeinflussende zweite Ladezeitkonstante
T2. Somit steigt das Potential am ersten Verbindungspunkt P1 nach
dem zweiten Zeitpunkt T2 langsamer an als das Potential am zweiten
Verbindungspunkt P2. In diesem Fall wird die Schaltschwelle des
zweiten Inverters INV2 früher
erreicht und das invertierte digitale Datensignal NData ist zum
dritten Zeitpunkt t3 auf logisch 0. Das digitale Datensignal Data
bleibt auf logisch 1. Folglich ist das Schaltsignal Sw am Ausgang
des NAND-Gatters zum vierten Zeitpunkt t4 auf logisch 1. Der Zustand der
Schmelzsicherung wird in Form des digitalen Datensignals Data sowie
des invertierten digitalen Datensignals NData gespeichert.
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- 10
- Bezugspotentialanschluss
- 20
- Versorgungspotentialanschluss
- DA
- Datenausgang
- SE
- Steuereingang
- LZW
- Ladezustandswächter
- SPK
- Speicherkomparator
- SP
- Sicherungspfad
- RP
- Referenzpfad
- P1,
P2
- erster,
zweiter Verbindungspunkt
- L1,
L2
- erster,
zweiter Ladezustand
- Sw
- Schaltsignal
- RS
- Schmelzsicherung
- RV
- Vergleichselement
- C1,
C2
- erster,
zweiter Ladungsspeicher
- Data
- digitales
Datensignal
- NData
- invertiertes
digitales Datensignal
- INV1
- erster
Inverter
- INV2
- zweiter
Inverter
- E1,
E2
- erster,
zweiter Eingang
- St
- Steuersignal
- T1,
T2
- erste,
zweite Ladezeitkonstante
- AE
- Auswertungseinheit
- S1
- erster
Schalter
- S2a,
S2b
- zweite
Schalter
- S3a,
S3b
- dritte
Schalter
- S4a,
S4b
- vierte
Schalter
- F1
- Gate-Anschluss
- t1,
.., t4
- Zeitpunkt