DE102010006578A1 - Schaltungsanordnung mit einer Prüfschaltung und einer Referenzschaltung und ein entsprechendes Verfahren - Google Patents

Schaltungsanordnung mit einer Prüfschaltung und einer Referenzschaltung und ein entsprechendes Verfahren Download PDF

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Abstract

Es werden Implementierungen vorgestellt, die eine Prüfschaltung und eine Referenzschaltung enthalten.

Description

  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Moderne Elektroniksysteme, beispielsweise Handys, Digitalkameras und PDA (Personal Digital Assistants), verlangen immer stärker nach hochintegrierten und energieeffizienten Halbleiterschaltungen. Um diesen Anforderungen zu genügen, wird die physikalische Größe von Feldeffekttransistoren (FETs) innerhalb der Halbleiterschaltungen reduziert. Weiterhin wird die Spannungsversorgung reduziert, um Strom zu sparen sowie den Anforderungen der Reduktion bei der physikalischen Größe der FETs zu genügen und um eine Vergrößerung von elektrischen Feldern von skalierten FETs zu vermeiden.
  • Wegen der schrumpfenden Größe und der Reduktion der Spannung werden die FETs anfälliger für Verschlechterungseffekte wie etwa NBTI (Negative Bias Temperature Instability – Stabilität unter negativer Gatespannungsbelastung), HCI (Hot Carrier Instability – Stabilität der heißen Ladungsträger) und PBTI (Positive Bias Temperature Instability – Stabilität unter positiver Gatespannungsbelastung). Diese Verschlechterungseffekte treten über die Lebensdauer der Halbleiterschaltungen hinweg auf und werden durch hohe Temperaturen, hohe Spannungen und eine hohe Anzahl von Schaltereignissen in digitalen Schaltungen beschleunigt. NBTI verursacht eine Verschiebung einer Schwellwertspannung (VT) eines p-Kanal- Feldeffekttransistors (pFET), und analog bewirkt PBTI eine Verschiebung von VT in einem n-Kanal-Feldeffekttransistor (nFET). HCI beeinflußt die Mobilität von Ladungsträgern in FETs und wird durch Schaltereignisse in den Digitalschaltungen verursacht, wenn Eingangs- und Ausgangsknoten eines Logikgatters ihre logischen Zustände ändern.
  • Um eine Fehlfunktion einer Halbleiterschaltung zu vermeiden, muß die Verschlechterung der Halbleiterschaltung überwacht werden. Fehlfunktionen, die aufgrund einer Verschlechterung auftreten können, beinhalten eine Reduktion der Schaltgeschwindigkeit von Digitalschaltungen, eine relative Verzögerungsverschiebung von synchronen Signalen innerhalb einer Halbleiterschaltung, wie etwa Taktsignalen an verschiedenen Teilen der Halbleiterschaltung, oder eine vollständige Nichtfunktionalität von Pipeline-Schaltungen aufgrund von Haltezeitvariationen.
  • Zur Lösung der vorstehend benannten Probleme bzw. Nachteile des Standes der Technik werden erfindungsgemäß eine Schaltungsanordnung, ein Halbleiterbauelement sowie ein Verfahren vorgeschlagen.
  • Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, umfasst:
    eine Test- bzw. Prüfschaltung, die konfiguriert ist, synchron mit einem Takt in einem ersten Modus zu arbeiten, wobei die Prüfschaltung weiterhin konfiguriert ist, asynchron bezüglich des Takts in einem zweiten Modus zu arbeiten; und eine Referenzschaltung, die konfiguriert ist, asynchron bezüglich der Prüfschaltung in dem zweiten Modus zu arbeiten.
  • Die Referenzschaltung ist vorzugsweise konfiguriert, in dem ersten Modus blockiert zu sein. Bei einer zweckmäßigen Fortbildung der Schaltungsanordnung ist die Referenzschaltung an eine Versorgungsspannung gekoppelt, wobei die Referenzschaltung blockiert wird, indem die Referenzschaltung von der Versorgungsspannung getrennt wird.
  • Vorzugsweise umfasst jede Prüfschaltung und Referenzschaltung mindestens ein Speicherelement und mindestens eine Stufe einer kombinatorischen Logik, wobei ein Ausgang der kombinatorischen Logik in dem zweiten Modus an einen Takteingang des Speicherelementes gekoppelt ist.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Schaltungsanordnung umfasst eine Evaluierungsschaltung, die an einen Ausgang der Prüfschaltung und an einen Ausgang der Referenzschaltung gekoppelt ist.
  • Vorzugsweise ist die Evaluierungsschaltung konfiguriert, um auf der Basis eines am Ausgang der Prüfschaltung bereitgestellten Signals und eines an dem Ausgang der Referenzschaltung bereitgestellten weiteren Signals eine Differenzfrequenzmessung durchzuführen.
  • Gemäß einer Ausgestaltung umfasst die Evaluierungsschaltung einen an den Ausgang der Prüfschaltung gekoppelten ersten Zähler und einen an den Ausgang der Referenzschaltung gekoppelten zweiten Zähler.
  • Bevorzugt umfasst die Evaluierungsschaltung weiterhin einen an den Takt gekoppelten dritten Zähler. Der Takt ist vorzugsweise ein gattergesteuerter Takt.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der Schaltungsanordnung umfasst weiterhin eine Funktionsschaltung, die konfiguriert ist, mit dem Takt zu arbeiten, wobei die Prüfschaltung und die Funktionsschaltung an eine gemeinsame Versorgungsspannung gekoppelt sind. Die Versorgungsspannung ist bevorzugt eine geschaltete Versorgungsspannung, wobei die Versorgungsspannung konfiguriert ist, zu der Prüfschaltung und zu der Funktionsschaltung im Wesentlichen zur gleichen Zeit in dem ersten Modus ein- und ausgeschaltet zu werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der erste Modus ein Modus bei dem Bauelemente der Prüfschaltung einer Alterung unterworfen sind und wobei der zweite Modus ein Meßmodus ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Schaltungsanordnung eine Funktionsschaltung, die an eine Versorgungsspannung gekoppelt und konfiguriert ist, von der Versorgungsspannung getrennt zu werden;
    eine Test- bzw. Prüfschaltung, die an die Versorgungsspannung gekoppelt ist und in einem ersten Modus konfiguriert ist, im wesentlichen zur gleichen Zeit von der Versorgungsspannung getrennt zu werden, wie die Funktionsschaltung von der Versorgungsspannung getrennt wird; und eine Referenzschaltung, die konfiguriert ist, in dem ersten Modus von der Versorgungsspannung getrennt zu werden, wobei die Referenzschaltung weiterhin konfiguriert ist, in einem zweiten Modus mit der Versorgungsspannung verbunden zu werden. Bevorzugt ist die Funktionsschaltung konfiguriert, mit einem Takt zu arbeiten, wobei die Prüfschaltung konfiguriert ist, im ersten Modus synchron mit dem Takt zu arbeiten, und wobei die Prüfschaltung weiterhin konfiguriert ist, in dem zweiten Modus asynchron bezüglich des Takts zu arbeiten. Vorzugsweise ist die Referenzschaltung konfiguriert, asynchron bezüglich der Prüfschaltung gemäß dem Signal mit dem zweiten Modus zu arbeiten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Halbleiterbauelement, eine belastete Test- bzw. Prüfschaltung, die konfiguriert ist, in einem Belastungsmodus synchron mit einem Takt zu arbeiten, bei dem Bauelemente der belasteten Prüfschaltung einer Alterung unterworfen sind, wobei die belastete Prüfschaltung weiterhin konfiguriert ist, in einem Meßmodus asynchron bezüglich des Takts zu arbeiten;
    eine unbelastete Referenzschaltung, die konfiguriert ist, in dem Belastungsmodus blockiert zu werden, wobei die unbelastete Referenzschaltung weiterhin konfiguriert ist, in dem Meßmodus asynchron bezüglich der belasteten Prüfschaltung zu arbeiten; und eine Evaluierungsschaltung, die konfiguriert ist, auf der Basis eines Ausgangs der belasteten Prüfschaltung und eines Ausgangs der unbelasteten Referenzschaltung eine Differenzfrequenzmessung durchzuführen. Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement umfasst vorzugsweise weiterhin eine in der Nähe der belasteten Prüfschaltung angeordnete Funktionsschaltung, wobei die Funktionsschaltung konfiguriert ist, mit dem Takt zu arbeiten, wobei die belastete Prüfschaltung und die Funktionsschaltung an die gleiche Versorgungsspannung gekoppelt sind. Bevorzugt ist, jede belastete Prüfschaltung und unbelastete Referenzschaltung konfiguriert, in dem Meßmodus in einer Oszillatortopologie zu arbeiten.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren umfasst folgende Schritte:
    Schalten in einen ersten Betriebsmodus;
    Blockieren einer Referenzschaltung;
    Liefern eines Takts an eine Test- bzw. Prüfschaltung;
    Schalten zu einem zweiten Betriebsmodus;
    Freigeben der Referenzschaltung;
    Trennen des Takts von der Prüfschaltung und Durchführen einer Differenzfrequenzmessung auf der Basis eines Ausgangs der Testschaltung und eines Ausgangs der Referenzschaltung. Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, umfasst jede Testschaltung und Referenzschaltung mindestens ein Speicherelement und mindestens eine Stufe einer kombinatorischen Logik, wobei das Verfahren weiterhin folgendes umfasst:
    Koppeln eines Ausgangs der mindestens einen Stufe einer kombinatorischen Logik an einen Eingang des mindestens einen Speicherelements in dem zweiten Betriebsmodus.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens umfasst weiterhin die Schritte:
    Kalibrieren der Testschaltung und der Referenzschaltung;
    Speichern eines Kalibrierungswerts in einem Speicherelement und Einstellen eines Ergebnisses der Differenzfrequenzmessung auf der Basis des Kalibrierungswerts.
  • Vorzugsweise umfasst das Verfahren weiterhin den Schritt:
    Einstellen eines Betriebsparameters einer Funktionsschaltung auf der Basis eines Ergebnisses der Differenzfrequenzmessung. Der Betriebsparameter ist vorzugsweise eine Versorgungsspannung, eine Frequenz oder eine Body-Bias-Spannung. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst ein System, eine Funktionsschaltung, die konfiguriert ist, mit einem Systemtakt zu arbeiten;
    eine Test- bzw. Prüfschaltung, die konfiguriert ist, in einem ersten Modus synchron mit dem Systemtakt zu arbeiten, wobei die Prüfschaltung weiterhin konfiguriert ist, in einem zweiten Modus asynchron bezüglich des Systemtakts zu arbeiten;
    eine Referenzschaltung, die konfiguriert ist, in dem zweiten Modus asynchron bezüglich der Prüfschaltung zu arbeiten; eine Evaluierungsschaltung, die konfiguriert ist, auf der Basis eines Ausgangs der Prüfschaltung und eines Ausgangs der Referenzschaltung eine Differenzfrequenzmessung durchzuführen; und eine Regelschaltung, die konfiguriert ist, als Reaktion auf einen Ausgang der Evaluierungsschaltung einen Betriebsparameter der Funktionsschaltung einzustellen. Der Betriebsparameter ist bevorzugt eine Versorgungsspannung, eine Frequenz oder eine Body-Bias-Spannung.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend und zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen dargestellt und wird in folgendem unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die ausführliche Beschreibung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben. In den Figuren identifiziert die ganz links stehende Stelle einer Bezugszahl diejenige Figur, in der die Bezugszahl zuerst erscheint. Die Verwendung von ähnlichen Bezugszahlen in unterschiedlichen Fällen in der Beschreibung und den Figuren kann ähnliche oder identische Elemente angeben.
  • 1 zeigt eine beispielhafte Schaltungsanordnung mit einer Prüfschaltung und einer Referenzschaltung.
  • 2 zeigt eine beispielhaft Schaltungsanordung mit einer Prüfschaltung, einer Referenzschaltung und einer Funktionsschaltung.
  • 3 zeigt eine beispielhafte Schaltungsanordung mit einer Prüfschaltung, einer Referenzschaltung und einer Evaluationsschaltung.
  • 4 zeigt eine weitere beispielhafte Schaltungsanordnung, die der Schaltungsanordnung von 3 ähnlich ist.
  • 5 zeigt eine beispielhafte Schaltungsanordnung gemäß einer der Implementierungen wie in 1-4 ausführlicher dargestellt.
  • 6 zeigt eine weitere beispielhafte Schaltungsanordnung, die der Schaltungsanordnung von 5 ähnlich ist.
  • 7 zeigt eine beispielhafte Schaltungsanordnung mit einer Referenzschaltung und drei Prüfschaltungen.
  • 8 zeigt ein System mit einer Prüfschaltung, einer Referenzschaltung, einer Evaluationsschaltung und einer Regelschaltung.
  • 9 zeigt ein Flußdiagramm, das eine Anzahl von Operationen enthält, die einen Alterungszustand einer Schaltung bestimmen. Beispielhafte Ausführungsformen
  • 1 zeigt eine beispielhafte Schaltungsanordnung 100 mit einer Test- bzw. Prüfschaltung 102 und einer Referenzschaltung 104. Die Schaltungsanordnung 100 kann in einem ersten Modus oder in einem zweiten Modus arbeiten. Der Modus kann über ein Signal 106 eingestellt werden, das hierin als „Modussignal” bezeichnet werden kann. In dem ersten Modus arbeitet die Prüfschaltung 102 synchron mit einem Takt 108, und im zweiten Modus arbeitet die Prüfschaltung 102 asynchron bezüglich des Takts 108. Weiterhin arbeitet die Referenzschaltung 104 im zweiten Modus asynchron bezüglich der Prüfschaltung 102.
  • Der Takt 108 kann ein lokaler Systemtakt von einer oder mehreren Funktionsschaltungen sein, die alle zu einem gemeinsamen Taktbereich eines Halbleiterbauelements gehören. Das heißt, jede der einen oder mehreren Funktionsschaltungen kann von dem Takt 108 getaktet werden. Bei einer Implementierung kann der Takt 108 ein gattergesteuerter Takt sein. Um einen Stromverbrauch des Halbleiterbauelements zu reduzieren, kann der Takt 108 während Zeitperioden abgeschaltet werden, wenn eine Funktionalität der einen oder mehreren Funktionsschaltungen nicht erforderlich ist. In dem ersten Modus ist die Prüfschaltung 102 an den Takt 108 gekoppelt, und deshalb können sie die gleiche Taktaktivität wie eine Funktionsschaltung erfahren, die zum Taktbereich des Takts 108 gehört. Einrichtungen der Prüfschaltung 102 können entsprechend einer Aktivität des Takts 108 einer Alterung unterworfen sein. Deshalb kann die Prüfschaltung 102 eine Darstellung eines Alterungszustands einer Funktionsschaltung bezüglich der Taktaktivität liefern. Die Prüfschaltung 102 kann als „belastete Prüfschaltung” oder „gealterte Prüfschaltung” bezeichnet werden.
  • Im zweiten Modus ist die Prüfschaltung 102 von dem Takt 108 entkoppelt, und sie arbeitet asynchron bezüglich des Takts 108. Im zweiten Modus kann ein Alterungszustand der Prüfschaltung 102 beispielsweise durch Messen einer Leistung der Prüfschaltung 102 bestimmt werden. Der zweite Modus kann als ein „Meßmodus” bezeichnet werden.
  • Bei einer Implementierung kann die Prüfschaltung 102 eine ähnliche oder eine identische Struktur wie eine Funktionsschaltung oder ein Schaltungsweg der Funktionsschaltung eines Halbleiterbauelements aufweisen. Beispielsweise kann die Prüfschaltung 102 einen Schaltungsweg enthalten, der einem kritischen Weg einer Funktionsschaltung entspricht, und die Funktionsschaltung kann zu dein Taktbereich des Takts 108 gehören. In diesem Fall kann die Prüfschaltung 102 eine Darstellung eines Alterungszustands einer Funktionsschaltung bezüglich der Struktur sowie bezüglich der Taktaktivität liefern. Mit anderen Worten können die Prüfschaltung 102 und die Alterung der Prüfschaltung 102 für ein Halbleiterbauelement oder für einen Teil des Halbleiterbauelements spezifisch sein.
  • Im allgemeinen kann die Schaltungsanordnung 100 dazu implementiert werden, eine Alterung eines Halbleiterbauelements oder eines Teils des Halbleiterbauelements über die Prüfschaltung 102 zu überwachen. In dem Meßmodus kann ein Alterungszustand der Prüfschaltung 102 dadurch bestimmt werden, daß die Leistung der Prüfschaltung 102 mit einer Leistung der Referenzschaltung 104 verglichen wird. Die Referenzschaltung 104 kann asynchron bezüglich der Prüfschaltung 102 arbeiten, und sie kann asynchron bezüglich des Takts 108 arbeiten.
  • Bei einer Implementierung kann die Referenzschaltung 104 die gleiche Struktur wie die Prüfschaltung 102 besitzen. Eine identische Struktur der Prüfschaltung 102 und der Referenzschaltung 104 können einen direkten Vergleich der Leistung der Prüfschaltung 102 mit einer Leistung der Referenzschaltung 104 gestalten. Deshalb kann der Vergleich über eine einfache Schaltung vorgenommen werden, und die Vergleichsoperation kann schnell ausgeführt werden.
  • 2 zeigt ein beispielhaftes Schaltungsdiagramm 200 mit einer Test- bzw. Prüfschaltung 202, einer Referenzschaltung 204 und einer Funktionsschaltung 210. Die Schaltungsanordnung 200 kann in einem ersten Modus oder in einem zweiten Modus arbeiten. Der Modus kann durch ein Modussignal 206 bestimmt werden. Wie in Verbindung mit 1 beschrieben wurde, kann der erste Modus als ein „Belastungsmodus” und der zweite Modus als ein „Meßmodus” bezeichnet werden. Weiterhin kann, wie in Verbindung mit 1 beschrieben wurde, die Prüfschaltung 202 eine identische Struktur wie die Funktionsschaltung 210 oder wie ein Schaltungsweg der Funktionsschaltung 210 aufweisen, und die Referenzschaltung 204 kann die gleiche Struktur wie die Prüfschaltung 202 aufweisen. Ein Alterungszustand der Prüfschaltung 202 kann bestimmt werden, indem eine Leistung der Prüfschaltung 202 mit einer Leistung der Referenzschaltung 204 verglichen wird, und die Prüfschaltung 202 kann eine Darstellung eines Alterungszustands der Funktionsschaltung 210 liefern.
  • Mit der Bezugname auf 2 sind die Prüfschaltung 202, die Referenzschaltung 204 und die Funktionsschaltung 210 alle an eine gemeinsame Versorgungsspannung 212 gekoppelt. Die Funktionsschaltung 210 kann Teil eines Halbleiterbauelements sein, und die Versorgungsspannung 212 kann einen Strombereich des Halbleiterbauelements definieren. Das heißt, die Prüfschaltung 202 und die Referenzschaltung 204 können zum gleichen Strombereich wie die Funktionsschaltung 210 gehören.
  • Die Funktionsschaltung 210 kann vorübergehend von der Versorgungsspannung 212 getrennt werden. Um beispielsweise einen Stromverbrauch des Halbleiterbauelements zu reduzieren, kann die Funktionsschaltung 210 immer dann abgeschaltet werden, wenn die Funktionalität der Funktionsschaltung 210 nicht erforderlich ist. In den folgenden Sektionen wird ein Betrieb jeder der Prüfschaltung 202 und der Referenzschaltung 204 im Belastungsmodus und im Meßmodus ausführlicher beschrieben.
  • Im Belastungsmodus kann die Prüfschaltung 202 zu der gleichen Zeit von der Versorgungsspannung 212 getrennt sein, wie die Funktionsschaltung 210 von der Versorgungsspannung 212 getrennt ist. Ein Signal 214 kann ein Schalten der Versorgungsspannung 212 für jede der Funktionsschaltung 210 und der Prüfschaltung 202 steuern. Das Signal 214 kann hierin als ein „Ruhezustandssignal” bezeichnet werden. In dem Belastungsmodus können Bauelemente der Prüfschaltung 202 einer Alterung gemäß dem Schalten der Versorgungsspannung 212 unterzogen werden. Die Bauelemente der Prüfschaltung 202 können die gleiche Stromaktivität erfahren wie Bauelemente der Funktionsschaltung 210, und deshalb kann die Prüfschaltung 202 eine Alterung der Funktionsschaltung 210 hinsichtlich Stromaktivität darstellen.
  • Im Meßmodus kann die Prüfschaltung 202 an die Versorgungsspannung 212 angeschlossen sein. Das Modussignal 206 und das Ruhezustandssignal 214 können in einer Kombinationslogikschaltungsstufe 222 kombiniert werden, und ein Ausgang der Kombinationslogikschaltungsstufe 222 kann das Schalten der Versorgungsspannung 212 der Prüfschaltung 202 steuern. Die Kombinationslogikschaltungsstufe 222 kann ein OR-Gatter enthalten, das das Modussignal 206 und das Ruhezustandssignal 214 derart verknüpfen kann, daß die Prüfschaltung 202 entweder in den Meßmodus freigegeben wird oder dann freigegeben wird, wenn die Funktionsschaltung 210 an die Versorgungsspannung 212 angeschlossen wird.
  • In dem Belastungsmodus kann die Referenzschaltung 204 blockiert werden, indem beispielsweise die Versorgungsspannung 212 von der Referenzschaltung 204 getrennt wird. In dem Meßmodus kann die Referenzschaltung 204 mit der Versorgungsspannung 212 verbunden werden, um einen Vergleich der Leistung der Prüfschaltung 202 mit der Leistung der Referenzschaltung 204 zu gestatten. Bei einer Ausführungsform können im Meßmodus jede der Prüfschaltung 202 und der Referenzschaltung 204 mit der Versorgungsspannung 212 verbunden werden, um den Vergleich zu gestatten.
  • Im Belastungsmodus wird möglicherweise, da die Versorgungsspannung 212 von der Referenzschaltung 204 getrennt ist, keine Spannungsdifferenz an interne Knoten der Referenzschaltung 204 angelegt, so daß die Referenzschaltung 204 eine Alterung vermeiden kann. Deshalb kann die Referenzschaltung 204 hierin als eine „unbelastete Referenzschaltung” oder eine „ungealterte Referenzschaltung” bezeichnet werden. Die Referenzschaltung 204 kann vor Alterung geschützt werden, indem Belastungszustände an allen FET-Transistoren innerhalb der Referenzschaltung 204 vermieden werden. Erreicht wird dies dadurch, daß man keine Spannungsabfälle zwischen Drain-, Source- und Gateanschlüssen der FET-Transistoren hat. Im allgemeinen erfordern Alterungseffekte wie etwa NBTI und HCI mindestens einen Spannungsabfall von in der Regel größer als 0,5 V, bevor elektrische Felder groß genug sind, um eine Bauelementverschlechterung zu initiieren. Im Meßmodus kann die Referenzschaltung 204 eine präzise Referenz für eine ungealterte Schaltung liefern, da die Leistung der Referenzschaltung 204 sich aufgrund von Alterung möglicherweise nicht verschlechtert hat.
  • Unter Bezugnahme auf 2 kann das Schalten der Versorgungsspannung 212 über Schaltbauelemente 216, 218 und 220 durchgeführt werden. Die Schaltbauelemente 216, 218 und 220 können die Versorgungsspannung 212 als Reaktion auf das Ruhezustandssignal 214 und/oder das Modussignal 206 schalten. Bei einer Implementierung kann mindestens eines der Schaltbauelemente 216, 218 und 220 einen FET-Transistor enthalten, und das Ruhezustandssignal 214 und/oder das Modussignal 206 kann an einen Gateanschluß des FET-Transistors gekoppelt sein, um das Schalten der Versorgungsspannung 212 zu steuern. Bei einer Implementierung kann jedes der Schaltbauelemente 216, 218 und 220 identisch ausgelegt sein.
  • Die Versorgungsspannung 212 kann eine Masseversorgungsspannung oder eine Stromversorgungsspannung sein. Bei einer Implementierung können sowohl die Masseversorgungsspannung als auch die Stromversorgungsspannung geschaltet werden. In diesem Fall kann für jede der Funktionsschaltung 210, der Prüfschaltung 202 und der Referenzschaltung 204 ein erstes Schaltbauelement die Masseversorgungsspannung schalten und ein zweites Schaltbauelement die Stromversorgungsspannung schalten. Das erste Schaltbauelement und das zweite Schaltbauelement können durch das gleiche Signal gesteuert werden, bei dem es sich um das Ruhezustandssignal 214, das Modussignal 206 oder eine logische Kombination aus dem Ruhezustandssignal 214 und dem Modussignal 206 handeln kann. Bei der Implementierung, wo die Versorgungsspannung 212 eine Masseversorgungsspannung ist, kann es sich bei jedem der Schaltbauelemente 216, 218 und 220 um einen nFET handeln. Bei der Implementierung, wo die Versorgungsspannung 212 die Stromversorgungsspannung ist, kann jedes der Schaltbauelemente 216, 218 und 220 ein pFET sein.
  • Die Implementierung, wie in Verbindung mit 1 dargestellt und beschrieben, kann mindestens teilweise mit der Implementierung, wie in Verbindung mit 2 dargestellt und beschrieben, kombiniert werden. Es werden hierin zwei beispielhafte Kombinationen ausführlicher beschrieben.
  • Bei einer ersten beispielhaften Kombination von 1 und 2 kann eine Versorgungsspannung der Referenzschaltung 104 von 1 über ein Schaltbauelement analog zu dem Schaltbauelement 220 von 2 geschaltet werden. Das heißt, in dem Belastungsmodus kann die Referenzschaltung 104 von 1 blockiert sein, und sie kann durch Trennen der Versorgungsspannung vor Alterung geschützt sein. Da die Bauelemente der Referenzschaltung 104 vor Alterung geschützt werden können, kann die Leistung der Referenzschaltung 104 eine präzise Referenz für eine Leistung einer ungealterten Schaltung liefern. Im Meßmodus kann die Referenzschaltung 104 mit der Versorgungsspannung verbunden sein, um einen Vergleich der Leistung der Prüfschaltung 102 mit der Leistung der Referenzschaltung 104 zu gestatten.
  • Bei einer zweiten beispielhaften Kombination von 1 und 2 kann die Prüfschaltung 102 an die gleiche Versorgungsspannung wie eine Funktionsschaltung gekoppelt sein. Ein Schalten der Versorgungsspannung kann über Schaltbauelemente analog zu den Schaltbauelementen 216 und 218 von 1 gesteuert werden. Weiterhin kann die Prüfschaltung 102 an den gleichen Takt 108 wie die Funktionsschaltung gekoppelt sein. Die Prüfschaltung 102 und die Funktionsschaltung können zum gleichen Taktbereich sowie zum gleichen Strombereich gehören. Während des Betriebs eines Halbleiterbauelements können die Taktaktivität und/oder die Stromaktivität der Funktionsschaltung je nach einer Verwendung davon variieren. In dem Belastungsmodus kann die Prüfschaltung 102 die gleiche Taktaktivität und die gleiche Stromaktivität wie die Funktionsschaltung antreffen. Deshalb kann die Prüfschaltung 102 als eine Referenz für die Funktionsschaltung im Hinblick auf Alterung dienen.
  • Im allgemeinen kann die Prüfschaltung 102 und 202 als ein präziser Alterungsmonitor für mindestens einen Teil eines Halbleiterbauelements dienen. Die Prüfschaltung 102 und 202 kann ähnlich oder äquivalent einer Funktionsschaltung des Halb Leiterbauelements aufgebaut sein, so daß die Prüfschaltung 102 und 202 die gleichen Belastungszustände wie die Funktionsschaltung antreffen kann. Deshalb kann die Prüfschaltung 102 und 202 dazu verwendet werden, den Alterungszustand mindestens eines Teils eines Halbleiterbauelements präzise zu bestimmen.
  • Die Implementierungen, wie in Verbindung mit 1-2 dargestellt und beschrieben, können leicht in ein existierendes Design eines Halbleiterbauelements mit begrenzter oder keiner Modifikation davon integriert werden. Außerdem erfordert die Integration einer der Implementierungen möglicherweise nur eine kleine Fläche. Weiterhin kann die Schaltungsanordnung gemäß einer der Implementierungen eine rein digitale Logik enthalten. Deshalb ist möglicherweise nur wenig Designaufwand erforderlich, um die Schaltungsanordnung auf eine andere Prozeßtechnologie zu übertragen.
  • 3 zeigt eine weitere beispielhafte Schaltungsanordnung 300. Die Schaltungsanordnung 300 enthält eine Test- bzw. Prüfschaltung 302, eine Referenzschaltung 304, ein Modussignal 306 und ein Taktsignal 308. Die Anordnung jener Elemente kann ähnlich oder identisch sein zu den Implementierungen, wie in Verbindung mit 1-2 dargestellt und beschrieben. Die Schaltungsanordnung 300 enthält weiterhin eine Evaluationsschaltung 324, eine lokale Steuereinheit 326 und eine zentrale Steuereinheit 328.
  • Die lokale Steuereinheit 326 kann einen Betrieb der Prüfschaltung 302, der Referenzschaltung 304 und der Evaluationsschaltung 324 steuern. Beispielsweise kann die lokale Steuereinheit 326 das Modussignal 306 an die Prüfschaltung 302 und an die Referenzschaltung 304 liefern.
  • Die Evaluationsschaltung 324 kann über ein Prüfschaltungsausgangssignal 340 an einen Ausgang der Prüfschaltung 302 und über ein Referenzschaltungsausgangssignal 342 an einen Ausgang der Referenzschaltung 304 gekoppelt sein. In dem Meßmodus kann das Prüfschaltungsausgangssignal 340 mit einer Frequenz f1 schwingen, die einer Leistung der belasteten Prüfschaltung 302 entsprechen kann, und das Referenzschaltungsausgangssignal 342 kann mit einer Frequenz f2 schwingen, die einer Leistung der unbelasteten Referenzschaltung 304 entsprechen kann. In dem Belastungsmodus, wie in Verbindung mit 1-2 dargestellt und beschrieben, kann die Prüfschaltung 302 einer Alterung unterworfen sein, so daß sich Bauelemente der Prüfschaltung 302 verschlechtern können. Im Gegensatz dazu kann die Referenzschaltung 304 im Belastungsmodus blockiert sein, um eine Alterung zu verhindern. Folglich kann in dem Meßmodus die Frequenz 11 kleiner sein als die Frequenz f2, d. h., die gealterte Prüfschaltung 302 kann langsamer sein als die ungealterte Referenzschaltung 304.
  • Bei einer Implementierung (in 3 nicht gezeigt) kann die Evaluationsschaltung 324 mindestens zwei Zeit-Digital-Wandler enthalten, um eine Differenz zwischen Frequenz f1 und Frequenz f2 zu bestimmen. Bei dieser Implementierung wird eine Zeitdifferenz zwischen einer Schwingungsperiode t1 = 1/f1 und einer Schwingungsperiode t2 = 1/f2 durch eine hochaufgelöste Zeitmessung gemessen. Bei einer weiteren Implementierung kann die Evaluationsschaltung 324 die Differenz durch Verwenden einer Differenzfrequenzmeßtechnik bestimmen. Die Differenzfrequenzmeßtechnik kann präzise Ergebnisse liefern, da sie einen Effekt von Gleichtaktumgebungsvariationen wie etwa Temperatur- und globalen Prozeßvariationen eliminieren kann, die die Prüfschaltung 302 und die Referenzschaltung 304 auf die gleiche Weise beeinflussen können. Bei einer Implementierung (in 3 nicht gezeigt) kann die Differenzfrequenzmeßtechnik durch Messen einer Überlagerungsfrequenz des Prüfschaltungsausgangssignals 340 und des Referenzschaltungsausgangssignals 342 implementiert werden. Bei einer weiteren Implementierung kann die Differenzfrequenzmessung anhand von Zählern durchgeführt werden, wie hierin in Verbindung mit 3 näher beschrieben werden wird.
  • Die Evaluationsschaltung 324 kann einen Prüfzähler 330 enthalten, der an das Prüfschaltungsausgangssignal 340 gekoppelt ist, und einen Referenzzähler 332, der an das Referenzschaltungsausgangssignal 342 gekoppelt ist. Jeder des Prüfzählers 330 und des Referenzzählers 332 kann n Stufen enthalten, d. h., jeder des Prüfzählers 330 und des Referenzzählers 332 kann eine Auflösung von n Bit aufweisen. Die lokale Steuereinheit 326 kann ein Meßsteuersignal 334 an jeden des Prüfzählers 330 und des Referenzzählers 332 liefern. Das Meßsteuersignal 334 kann jeden des Prüfzählers 330 und des Referenzzählers 332 initiieren, das Zählen bzw. Herunterzählen zu starten. Mit anderen Worten kann das Meßsteuersignal 334 eine Meßphase starten. Die lokale Steuereinheit 326 kann weiter ein Einstellsignal 335 liefern, um eine Einstellung des Prüfzählers 330 und des Referenzzählers 332 auf einen vorbestimmten Wert zu stellen. Der Prüfzähler 330 und der Referenzzähler 332 können vor oder im wesentlichen zur gleichen Zeit wie dem Start der Meßphase auf den vorbestimmten Wert eingestellt werden.
  • Bei einer Implementierung können jeder des Prüfzählers 330 und des Referenzzählers 332 auf den gleichen Wert eingestellt werden. Beispielsweise können der Prüfzähler 330 und der Referenzzähler 332 dadurch initialisiert werden, daß sie auf ihren Höchstwert eingestellt werden, d. h., alle n Bit können auf einen logischen Wert „1” gesetzt werden. Während der Meßphase kann der Prüfzähler 330 mit jedem Zyklus des Prüfschaltungsausgangssignals 340 dekrementiert werden. Gleichermaßen kann der Referenzzähler 332 mit jedem Zyklus des Referenzausgangssignals 342 dekrementiert werden. Da die ungealterte Referenzschaltung 304 möglicherweise schneller ist als die gealterte Prüfschaltung 302, kann der Referenzzähler 332 als erster einen Nullwert erreichen. Sobald der Referenzzähler 332 den Nullwert erreichen kann, kann er ein Stoppsignal 344 aktivieren. Das Stoppsignal 344 kann an den Prüfzähler 330 geliefert werden und bewirken, daß der Prüfzähler 330 das Herunterzählen stoppt. Der Wert des Prüfzählers 330 zu der Zeit, wenn er durch das Stoppsignal 344 gestoppt wird, kann direkt die Differenz bei der Leistung zwischen der gealterten Prüfschaltung 302 und der ungealterten Referenzschaltung 304 angeben. Mit anderen Worten kann der Alterungszustand der Prüfschaltung 302 direkt von dem Wert des Prüfzählers 330 ohne die Notwendigkeit für irgendeine Subtraktionsoperation oder dergleichen hergeleitet werden. Der Zählerwert des Prüfzählers 330 kann ein n-Bit digitales Ausgangswort sein, und es kann parallel an die lokale Steuereinheit 326 über ein Prüfzählerzustandssignal 336 geliefert werden. Alternativ kann der Prüfzähler 330 als ein Schieberegister konfiguriert sein, und der Zählerwert des Prüfzählers 330 kann seriell zu der lokalen Steuereinheit 326 übertragen werden.
  • Die lokale Steuereinheit 326 kann den Zählerwert über ein Meßergebnissignal 346 an die zentrale Steuereinheit 328 liefern. Der Zählerwert kann innerhalb der lokalen Steuereinheit 326 umgewandelt werden, und er kann seriell von der lokalen Steuereinheit 326 zu der zentralen Steuereinheit 328 übertragen werden. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Zählerwert in einer Speichereinheit gespeichert werden. Die lokale Steuereinheit 326 kann weiter ein Statussignal 348 an die zentrale Steuereinheit 328 liefern, wo das Statussignal 348 ein Ende der Meßphase bezeichnen kann. Die zentrale Steuereinheit 328 kann ein Steuersignal 350 an die lokale Steuereinheit liefern, und die lokale Steuereinheit 326 kann das Modussignal 306 und das Meßsteuersignal 334 als Reaktion auf das Steuersignal 350 generieren.
  • Die Prüfschaltung 302, die Referenzschaltung 304, die lokale Steuereinheit 326, der Prüfzähler 330 und der Referenzzähler 332 können zusammen eine lokale Monitoreinheit 352 bilden. Mehrere lokale Monitoreinheiten können an verschiedenen Stellen in einem Halbleiterbauelement positioniert werden. Beispielsweise können lokale Monitoreinheiten in verschiedenen Strombereichen und/oder in verschiedenen Taktbereichen positioniert werden. Da die Alterung einer Schaltung von verschiedenen Parameter wie Versorgungsspannung, Schaltaktivität und Temperatur abhängt, kann ein Alterungszustand einer Schaltung in einem Halbleiterbauelement je nach seiner Position auf dem Chip differieren. Anhand der mehreren lokalen Monitoreinheiten können Variationen bei der Alterung innerhalb des Halbleiterbauelements bestimmt werden. Die zentrale Steuereinheit 328 kann in dem Halbleiterbauelement lediglich einmal implementiert werden, um die mehreren lokalen Monitoreinheiten zentral zu steuern.
  • 4 zeigt eine weitere beispielhafte Schaltungsanordnung 400. Die Schaltungsanordnung 400 ist ähnlich der Schaltungsanordnung 300, wie in Verbindung mit 3 dargestellt und beschrieben. Deshalb werden jene Elemente, die 3 gemeinsam sind, nachfolgend möglicherweise nicht ausführlich erörtert. Die folgende Beschreibung von 4 konzentriert sich auf Differenzen zwischen der Schaltungsanordnung 400 und der Schaltungsanordnung 300.
  • Ähnlich der Implementierung, wie in Verbindung mit 3 dargestellt und beschrieben, wird jeder eines Prüfzählers 430 und eines Referenzzählers 432 über ein Meßsteuersignal 434 gestartet, das von einer lokalen Steuereinheit 426 empfangen wird. Im Gegensatz zu der Implementierung von 3 wird jeder des Prüfzählers 430 und des Referenzzählers 432 über das Meßsteuersignal 434 gestoppt. D. h., der Prüfzähler 430 und der Referenzzähler 432 können gleichzeitig gestoppt werden. Die lokale Steuereinheit 426 kann das Meßsteuersignal 434 als Reaktion auf ein Steuersignal 450 liefern, das von einer zentralen Steuereinheit 428 empfangen wird. Die lokale Steuereinheit 426 kann einen Wert des Prüfzählers 430 über ein Prüfzählerzustandssignal 436 und einen Wert des Referenzzählers 432 über ein Referenzzählerzustandssignal 438 empfangen. Nachdem der Prüfzähler 430 und der Referenzzähler 432 gestoppt sind, kann die lokale Steuereinheit 426 eine Differenz zwischen dem Wert des Prüfzählers 430 und dem Wert des Referenzzählers 432 bestimmen, und die lokale Steuereinheit 426 kann die Differenz über ein Meßergebnissignal 446 an die zentrale Steuereinheit 428 liefern. Die Differenz kann einen Alterungszustand der Prüfschaltung 402 anzeigen.
  • Die zentrale Steuereinheit 428 kann mehrere lokale Monitoreinheiten 452 steuern, die in einem Halbleiterbauelement verteilt sind, um Variationen bei der Alterung innerhalb des Halbleiterbauelements zu messen. Bei einer Implementierung kann die zentrale Steuereinheit 428 mehrere lokale Monitoreinheiten derart steuern, daß die mehreren lokalen Monitoreinheiten das Zählen bzw. Herunterzählen der Prüfzähler und der Referenzzähler gleichzeitig starten und stoppen. Somit kann ein Alterungszustand von verschiedenen Teilen des Halbleiterbauelements gleichzeitig gemessen werden. Bei einer Implementierung kann die zentrale Steuereinheit 428 eine Arithmetikeinheit zum Berechnen von Differenzen von Alterungszuständen der mehreren lokalen Monitoreinheiten enthalten. Bei einer weiteren Implementierung kann die zentrale Steuereinheit 428 eine Schnittstelleneinheit eines Mikroprozessors oder eines DSP sein, der dazu verwendet wird, die Differenzen der Alterungszustände der mehreren lokalen Monitoreinheiten zu berechnen.
  • 5 zeigt eine beispielhafte Schaltungsanordnung 500 nach einer der Implementierungen, wie in Verbindung mit 14 ausführlicher dargestellt und beschrieben. Die Schaltungsanordnung 500 enthält eine Prüfschaltung 502, eine Referenzschaltung 504 und eine Evaluationsschaltung 524.
  • Gemäß einer Ausführungsform, wie in Verbindung mit 2 dargestellt und beschrieben, kann die Prüfschaltung 502 über ein Schaltbauelement 518 an eine Versorgungsspannung 512 gekoppelt sein. Das Schaltbauelement 518 kann die Versorgungsspannung 512 als Reaktion auf ein Ruhezustandssignal 514 und/oder ein Modussignal 506 schalten. In einem Meßmodus kann die Prüfschaltung 502 an die Versorgungsspannung 512 angeschlossen sein, um das Bestimmen einer Leistung der Prüfschaltung 502 zu gestatten. In einem Beanspruchungsmodus kann die Prüfschaltung 502 gemäß dem Ruhezustandssignal 514 an die Versorgungsspannung 512 angeschlossen und von dieser getrennt werden, d. h., sie kann auf die gleiche Weise wie eine Funktionsschaltung (in 5 nicht gezeigt) eines Halbleiterbauelements angeschlossen und getrennt werden. Deshalb kann die Prüfschaltung 502 im Belastungsmodus die gleiche Belastung hinsichtlich Stromaktivität antreffen wie die Funktionsschaltung.
  • Die Referenzschaltung 504 kann über ein Schaltbauelement 520 an eine Versorgungsspannung 512 gekoppelt sein. Das Schaltbauelement 520 kann die Versorgungsspannung 512 als Reaktion auf das Modussignal 506 schalten. In dem Belastungsmodus kann die Referenzschaltung 504 blockiert werden, indem sie über das Schaltbauelement 520 von der Versorgungsspannung 512 getrennt wird. Das bedeutet, daß die Referenzschaltung 504 im Belastungsmodus an einer Alterung gehindert werden kann. Dies kann dadurch erreicht werden, daß ein Drainanschluß des Schaltbauelements 520 an alle Sourceanschlüsse von allen Bauelementen vom n-Typ in der Referenzschaltung 504 angeschlossen wird. Auf diese Weise wirkt der Drainanschluß des Schaltbauelements 502 als eine virtuelle Massespannung. In dem Belastungsmodus ist die virtuelle Massespannung gegenüber VDD potentialfrei. Folglich sind alle internen Knoten der Referenzschaltung 504 gegenüber VDD potentialfrei. Dies vermeidet Spannungsabfälle über alle Bauelemente innerhalb der Referenzschaltung 504 und hindert die Referenzschaltung 504 an der Alterung. In dem Meßmodus kann die Referenzschaltung 504 an die Versorgungsspannung 512 angeschlossen sein, um eine Leistungsmessung der Referenzschaltung 504 zu gestatten.
  • Wie in 5 gezeigt, kann jedes der Schaltbauelemente 518 und 520 als ein nFET-Transistor implementiert sein. Das Ruhezustandssignal 514 und/oder das Modussignal 506 können an Gates des nFET-Transistors gekoppelt sein, um das Schalten der Versorgungsspannung 512 zu steuern. Ein an den Gateanschlüssen der nFET-Transistoren bereitgestelltes Signal kann von Invertern 554 und 556 invertiert werden.
  • Die Prüfschaltung 502 und die Referenzschaltung 504 können eine identische Struktur aufweisen. Jede von ihnen kann ein Speicherungselement 558 und 560 und eine Logikeinheit 562 und 564 enthalten. Ein Ausgang des Prüfspeicherungselements 558 kann an einen Eingang der Prüflogikeinheit 562 gekoppelt sein und ein Ausgang des Referenzspeicherungselements 560 kann an einen Eingang der Referenzlogikeinheit 562 gekoppelt sein. Die Speicherungselemente 558 und 560 können als getaktete Speicherungselemente implementiert sein, zum Beispiel als Flipflops oder als Zwischenspeicher. Die Speicherungselemente 558 und 560 können als Reaktion auf ein Setzsignal 535 gesetzt bzw. zurückgesetzt werden. Die Speicherungselemente 558 und 560 können auf einen vorbestimmten Wert gesetzt werden, bevor eine Meßphase gestartet wird.
  • Bei einer Implementierung kann jede der Logikeinheiten 562 und 564 eine reine kombinatorische Logik enthalten, d. h., die Logikeinheiten 562 und 564 enthalten möglicherweise nur NAND-Gatter oder nur NOR-Gatter oder eine Zusammensetzung von NAND-Gattern und NOR-Gattern. Eine Anfälligkeit der Prüfschaltung 502 auf gewisse Verschlechterungseffekte kann durch eine Auswahl von bestimmten Gattern gesteuert werden. Beispielsweise kann eine kombinatorische Logik, die nur oder meist NOR-Gatter enthält, für NBTI besonders anfällig sein und eine kombinatorische Logik, die nur oder meist NAND-Gatter enthält, kann für HCI besonders anfällig sein. Bei einer weiteren Implementierung kann jede der Logikeinheiten 562 und 564 mehrere Stufen enthalten, d. h. mehrere Register-Logik-Register-Stufen. Bei einer Implementierung kann gemäß der Beschreibung von 1 jede der Logikeinheiten 562 und 564 identisch sein mit einem Schaltungsweg einer Funktionsschaltung eines Halbleiterbauelements, zum Beispiel können die Logikeinheiten 562 und 564 einen kritischen Weg der Funktionsschaltung darstellen.
  • Unter Bezugnahme auf 5 ist bei jeder der Prüfschaltung 502 und der Referenzschaltung 504 ein Dateneingang des Speicherungselements 558, 560 an einen Datenausgang einer Flankengeneratoreinheit 568, 570 gekoppelt, d. h., ein Dateneingang des Prüfspeicherungselements 558 wird mit einem Prüfdatensignal 565 von einer Prüfflankengeneratoreinheit 568 versorgt und ein Dateneingang des Referenzspeicherungselements 560 wird mit einem Referenzdatensignal 559 von einer Referenzflankengeneratoreinheit 570 versorgt. Da die Prüfschaltung 502 und die Referenzschaltung 504 identisch strukturiert sind, wird eine Funktion jeder der Prüfflankengeneratoreinheit 568 und der Referenzflankengeneratoreinheit 570 hierin unter Bezugnahme auf die Prüfschaltung 502 näher beschrieben.
  • Die Prüfflankengeneratoreinheit 568 kann das Prüfdatensignal 565 an ihrem Datenausgang auf der Basis mindestens eines von der Prüflogikeinheit 562 gelieferten Signals liefern. Bei einer Implementierung kann die Prüfflankengeneratoreinheit 568 ein an einem Ausgang der Prüflogikeinheit 562 bereitgestelltes Prüfschaltungsausgangssignal 540 invertieren. Über die Prüfflankengeneratoreinheit 558 wird der Dateneingang des Prüfspeicherungselements 558 mit einem Datensignal mit einer bestimmten Datenaktivität versorgt.
  • In dem Belastungsmodus kann das Prüfspeicherungselement 558 von einem Takt 508 getaktet werden. Wie in Verbindung mit 1 dargestellt und beschrieben, kann der Takt 508 ein Systemtakt eines Taktbereichs eines Halbleiterbauelements sein. Dies bedeutet, daß die Prüfschaltung 502 im Belastungsmodus die gleiche Belastung hinsichtlich Taktaktivität antreffen kann wie eine Funktionsschaltung, die zu dem gleichen Taktbereich gehört. Der Takt 508 kann über eine Prüfmultiplexereinheit 566 an das Prüfspeicherungselement 558 gekoppelt sein. Die Prüfmultiplexereinheit 566 kann den Takt 508 als Reaktion auf das Modussignal 506 an einem Takteingang des Prüfspeicherungselements 558 durchlassen. Die Schaltungsanordnung 500 kann über das Modussignal 506 auf den Meßmodus bzw. den Belastungsmodus eingestellt werden. Im allgemeinen kann die Prüfschaltung 502 im Belastungsmodus in einer Register-Logik-Konfiguration konfiguriert sein und sie kann synchron mit dem Takt 508 arbeiten.
  • Allgemein kann der Takteingang des Prüfspeicherungselements 558 im Meßmodus an mindestens ein von der Prüflogikeinheit 562 geliefertes Signal gekoppelt sein. Insbesondere kann das Prüfspeicherungselement 558 von einem an einem Taktausgang der Prüfflankengeneratoreinheit 568 gelieferten lokalen Prüftaktsignal 563 getaktet werden. Das lokale Prüftaktsignal 563 am Taktausgang der Prüfflarkengeneratoreinheit 568 kann über die Prüfmultiplexereinheit 566 an den Takteingang des Prüfspeicherungselements 558 geliefert werden. Dies bedeutet, in dem Meßmodus kann die Prüfschaltung 502 asynchron zu dem Takt 508 arbeiten. Mit anderen Worten kann sich die Prüfschaltung 502 selbst steuern.
  • Die Prüfflankengeneratoreinheit 568 kann das lokale Prüftaktsignal 563 aufgrund von mindestens zwei von der Prüflogikeinheit 562 gelieferten Signalen liefern. Bei einer Implementierung, wie in 5 dargestellt, kann die Prüfflankengeneratoreinheit 568 das lokale Prüftaktsignal 563 auf der Basis einer XOR-Verbindung des Prüfschaltungsausgangssignals 540 und eines Zwischensignals 561 der Prüflogikeinheit 562 liefern. Aufgrund einer zeitlichen Verzögerung zwischen dem Prüfschaltungsausgangssignal 540 und dem Zwischensignal 561 kann das lokale Prüftaktsignal 563 ein gepulstes Signal sein. Eine Impulsbreite des gepulsten Signals kann etwa der Hälfte einer Laufzeit der Prüflogikeinheit 562 entsprechen. Die Impulsbreite des gepulsten Signals nimmt möglicherweise zu, wenn sich die Leistung der Prüflogikeinheit 562 aufgrund von Alterung verschlechtert.
  • In dem Meßmodus wird ein lokales Referenztaktsignal 557 an dem Takteingang des Referenzspeicherungselements 560 auf die gleiche Weise bereitgestellt wie das lokale Prüftaktsignal 563 am Takteingang des Prüfspeicherungselements 558. Dies bedeutet, daß die Referenzschaltung 504 sich möglicherweise ebenfalls selbst steuert, und sie kann asynchron bezüglich des Takts 508 arbeiten. Da die Leistung der belasteten Prüfschaltung 502 von der Leistung der unbelasteten Referenzschaltung 504 abweichen kann, kann die Referenzschaltung 504 außerdem asynchron bezüglich der Prüfschaltung 502 arbeiten.
  • Im Belastungsmodus kann das Referenzspeicherungselement 560 ungetaktet sein und ein Takteingang des Referenzspeicherungselements 560 kann über eine Referenzmultiplexereinheit 567 an einen konstanten Logikwert gekoppelt sein. Die Referenzmultiplexereinheit 567 kann den konstanten Logikwert, zum Beispiel einen Logikwert „0”, als Reaktion auf das Modussignal 506 an den Takteingang des Referenzspeicherungselements 560 durchlassen. Im allgemeinen kann die Referenzschaltung 504 in dem Belastungsmodus blockiert sein. Die Referenzschaltung 504 kann blockiert werden, indem sie über das Schaltbauelement 520 von der Versorgungsspannung 512 getrennt wird. Zusätzlich oder alternativ kann die Referenzschaltung 504 ungetaktet sein.
  • Im allgemeinen kann die Prüfschaltung 502 im Belastungsmodus die gleiche Belastung wie eine Funktionsschaltung eines Halbleiterbauelements antreffen. Bauelemente der Prüfschaltung 502 können den gleichen Versorgungsspannungspegel, die gleiche Stromaktivität und die gleiche Taktaktivität wie die Funktionsschaltung antreffen. Wenn die Prüfschaltung 502 in der Nähe der Funktionsschaltung plaziert wird, kann die Prüfschaltung 502 weiterhin die gleiche Belastung hinsichtlich Temperatur antreffen wie die Funktionsschaltung. Deshalb kann die Prüfschaltung 502 eine genaue Darstellung eines Alterungszustands der Funktionsschaltung liefern.
  • Die Referenzschaltung 504 kann im Belastungsmodus blockiert sein und deshalb am Altern gehindert werden. Da die Referenzschaltung 504 und die Prüfschaltung 502 die gleiche Struktur aufweisen, kann die ungealterte Referenzschaltung 504 während eines Vergleichs mit der gealterten Prüfschaltung 502 eine Referenz liefern. Es ist anzumerken, daß eine Zeitperiode des Belastungsmodus im Vergleich zu einer Zeitperiode des Meßmodus kurz ist. Deshalb kann eine Alterung von Bauelementen der Referenzschaltung 504 während der Meßphase vernachlässigbar sein.
  • Im allgemeinen können jede der Prüfschaltung 502 und der Referenzschaltung 504 im Meßmodus in einer Regelkreiskonfiguration arbeiten. Die Prüfschaltung 502 kann das Prüfschaltungsausgangssignal 540 liefern, das mit einer Frequenz f1 gemäß der Leistung der Prüfschaltung 502 schwingt, und die Referenzschaltung 504 kann ein Referenzschaltungsausgangssignal 542 liefern, das mit einer Frequenz f2 gemäß der Leistung der Referenzschaltung 504 schwingt. Ein Alterungszustand der Prüfschaltung 502 kann durch Durchführen einer Differenzfrequenzmessung bestimmt werden. Die Differenzfrequenzmessung kann von einer Evaluationsschaltung 524 durchgeführt werden, und für diese Messung ist möglicherweise kein externes Prüfgerät erforderlich.
  • Bei einer Implementierung kann es sich bei jeder der Logikeinheiten 562 und 564 und der Speicherungselemente 558 und 560 um Duplikate eines kritischen Wegs einer Funktionsschaltung eines Halbleiterbauelements handeln, die mit einer höchsten Taktfrequenz f0 arbeiten können. Die höchste Taktfrequenz f0 kann eine Frequenz des Takts 508 sein, die Frequenz 12 des Referenzschaltungsausgangssignals 542 kann f2 = f0/2 sein, und die Frequenz f1 des Prüfschaltungsausgangssignals 540 kann f1 < f0/2 aufgrund der Alterung von FET-Transistoren innerhalb der Prüfschaltung 502 sein.
  • Wie in Verbindung mit 34 dargestellt und beschrieben, kann die Evaluationsschaltung 524 einen Prüfzähler 530 und einen Referenzzähler 532 enthalten. Unter Bezugnahme auf 5 kann jeder des Prüfzählers 530 und des Referenzzählers 532 als ein asynchroner Rückwärtszähler bzw. als eine Frequenzteilerstufe, die n Flipflops enthält, implementiert sein. Die n Flipflops können in einer Kette angeordnet sein, und ein Datenausgang jedes Flipflop kann an einen Takteingang des nächsten Flipflop in der Kette gekoppelt sein. Ein Takteingang des ersten Flipflop in der Kette kann an das Prüfschaltungsausgangssignal 540 bzw. das Referenzschaltungsausgangssignal 542 gekoppelt sein. Bevor eine Meßphase gestartet wird, können alle Flipflops des Prüfzählers 530 und des Referenzzählers 532 über das Setzsignal 535 auf einen Logikwert „1” gesetzt werden. Die Meßphase kann als Reaktion auf ein Meßsteuersignal 534 starten und stoppen. Wenn das Meßsteuersignal 534 einen Logikwert „1” aufweist, kann ein AND-Gatter 569 das Prüfzählerausgangssignal 540 an den Takteingang des ersten Flipflop in der Kette des Prüfzählers 530 weiterleiten, und ein AND-Gatter 571 kann das Referenzzählerausgangssignal 542 an den Takteingang des ersten Flipflop in der Kette des Referenzzählers 532 durchlassen. Wenn das Meßsteuersignal 534 einen Logikwert „0” aufweist, kann jeder des Prüfzählers 530 und des Referenzzählers 532 mit dem Zählen aufhören, und ein Zählwert kann über ein Prüfzählerzustandssignal 536 bzw. ein Referenzzählerzustandssignal 538 geliefert werden.
  • Der Wert des Prüfzählerzustandsignals 536 kann von dem Wert des Referenzzählerzustandssignals 538 subtrahiert werden, um die Alterung der Prüfschaltung 502 zu bestimmen. Bei einer weiteren Implementierung, wie in Verbindung mit 4 dargestellt und beschrieben, kann der Referenzzähler 532 ein Signal liefern, das das Zählen des Prüfzählers 530 und des Referenzzählers 532 anhält. Beispielsweise kann das Zählen als Reaktion auf einen Ausgang des letzten Flipflop in der Kette von Flipflops des Referenzzählers 532 angehalten werden. Das Zählen kann angehalten werden, sobald das Signal an dem Ausgang dieses letzten Flipflop in der Kette des Referenzzählers 532 einen Logikwert „0” erreicht. In diesem Fall kann die Alterung der Prüfschaltung 502 direkt von dem Zählwert des Prüfzählers 530 hergeleitet werden, ohne eine Notwendigkeit für irgendeine Subtraktionsoperation.
  • 6 zeigt eine weitere beispielhafte Schaltungsanordnung 600. Die Schaltungsanordnung 600 ist ähn1ich der Schaltungsanordnung 500, wie in Verbindung mit 5 dargestellt und beschrieben. Deshalb werden jene, 5 gemeinsamen Elemente nachfolgend möglicherweise nicht ausführlich beschrieben.
  • Unter Bezugnahme auf 6 enthält die Schaltungsanordnung 600 ein Prüfspeicherungselement 658. und eine Datenaktivität eines an einem Dateneingang des Prüfspeicherungselements 658 bereitgestellten Signals kann konfigurierbar sein. Die Datenaktivität an dem Dateneingang des Prüfspeicherungselements 658 kann eine Anfälligkeit einer Prüfschaltung 602 für bestimmte Verschlechterungseffekte beeinflussen. Beispielsweise kann die Prüfschaltung 602 besonders für NTBI anfällig sein, wenn die Datenaktivität hoch ist, und die Prüfschaltung 602 kann besonders anfällig sein für HCI, wenn die Datenaktivität niedrig ist.
  • Die Datenaktivität am Dateneingang des Prüfspeicherungselements 658 kann über eine Teilereinheit 672 gesteuert werden. Bei einer Implementierung kann die Teilereinheit 672 einen Frequenzteiler enthalten, und der Frequenzteiler kann ein Taktsignal 608 empfangen. Bei einer Implementierung kann eine Teilungsrate des Frequenzteilers über ein Steuersignal (in 6 nicht gezeigt) konfiguriert werden. Bei einer weiteren Implementierung kann die Teilungsrate des Frequenzteilers über eine fest verdrahtete Logik bestimmt werden, die Teil der Teilereinheit 672 ist. Der Frequenzteiler kann eine Frequenz des Taktsignals 608 teilen, und ein geteiltes Taktsignal kann von einem Ausgang der Teilereinheit 672 an den Dateneingang des Prüfspeicherungselements 658 über eine Datenmultiplexierungseinheit 674 geliefert werden. Die Datenmultiplexierungseinheit 674 kann über ein Modussignal 606 gesteuert werden. In dem Belastungsmodus kann die Datenmultiplexierungseinheit 674 das geteilte Taktsignal an den Dateneingang des Prüfspeicherungselements 658 durchlassen, und im Meßmodus kann die Datenmultiplexierungseinheit 674 einen Ausgang der Prüfflankengeneratoreinheit 668 mit dem Dateneingang des Prüfspeicherungselements 658 koppeln. Deshalb kann die Prüfschaltung 602 in dem Meßmodus auf die gleiche Weise arbeiten wie die Prüfschaltung 502, wie in Verbindung mit 5 dargestellt und beschrieben.
  • Analog zu der Datenmultiplexierungseinheit 674 kann eine Referenzschaltung 604 eine Multiplexierungseinheit 676 enthalten. Die Multiplexierungseinheit 676 kann eine Scheinmultiplexierungseinheit sein und sie beeinflußt möglicherweise nicht die Funktionalität der Referenzschaltung 604. Die Multiplexierungseinheit 676 kann bereitgestellt werden, um eine Differenz bei einer Weglänge der Prüfschaltung 602 und der Referenzschaltung 604 zu kompensieren.
  • Bei der Implementierung wie in 6 dargestellt wird das Signal am Dateneingang des Prüfspeicherungselements 658 im Belastungsmodus von dem Taktsignal 608 hergeleitet. Bei einer weiteren Implementierung kann ein Signal, das von dem Taktsignal 608 unabhängig ist, in dem Belastungsmodus an dem Dateneingang des Prüfspeicherungselements 658 geliefert werden.
  • 7 zeigt eine beispielhafte Schaltungsanordnung 700 mit einer Referenzschaltung 704 und drei Prüfschaltungen, die eine Hochaktivitätsprüfschaltung 778, eine Mittelaktivitätsprüfschaltung 780 und eine Niedrig- bzw. Geringaktivitätsprüfschaltung 782 enthalten. Die Struktur der Referenzschaltung 704 kann der Struktur der Referenzschaltung 604 entsprechen, wie in Verbindung mit 6 dargestellt und beschrieben. Die Struktur jeder der Hochaktivitätsprüfschaltung 778, der Mittelaktivitätsprüfschaltung 780 und der Geringaktivitätsprüfschaltung 782 kann der Struktur der Prüfschaltung 602 entsprechen, wie in Verbindung mit 6 dargestellt und beschrieben. Die Referenzschaltung 704, die Hochaktivitätsprüfschaltung 778, die Mittelaktivitätsprüfschaltung 780 und die Geringaktivitätsprüfschaltung 782 können in zwei Modi arbeiten, einem Belastungsmodus und einem Meßmodus, und eine Einstellung des Modus kann über ein Modussignal 706 konfiguriert werden. Die Hochaktivitätsprüfschaltung 778, die Mittelaktivitätsprüfschaltung 780 und die Geringaktivitätsprüfschaltung 782 können in einer Einstellung ihrer jeweiligen Teilereinheiten differieren. Deshalb kann in dem Belastungsmodus jede der Hochaktivitätsprüfschaltung 778, der Mittelaktivitätsprüfschaltung 780 und der Geringaktivitätsprüfschaltung 782 mit einer anderen Datenschaltaktivität arbeiten. Beispielsweise kann eine Datenaktivität an einem Dateneingang eines Prüfspeicherungselements der Hochaktivitätsprüfschaltung 778 höher sein als eine Datenaktivität an einem Dateneingang eines Prüfspeicherungselements der Mittelaktivitätsprüfschaltung 780. Weiterhin kann die Datenaktivität am Dateneingang des Prüfspeicherungselements der Mittelaktivitätsprüfschaltung 780 höher sein als eine Datenaktivität an einem Dateneingang eines Prüfspeicherungselements der Geringaktivitätsprüfschaltung 782. Aufgrund der verschiedenen Datenaktivitäten kann eine Anfälligkeit der Hochaktivitätsprüfschaltung 778, der Mittelaktivitätsprüfschaltung 780 und der Geringaktivitätsprüfschaltung 732 gegenüber bestimmten Verschlechterungseffekten differieren. Beispielsweise kann die Hochaktivitätsprüfschaltung 778 besonders anfällig für HCI sein, die Geringaktivitätsprüfschaltung 782 kann besonders anfällig gegenüber NBTI sein, und die Mittelaktivitätsprüfschaltung 780 kann in ungefähr gleichen Teilen gegenüber NBTI und HCI anfällig sein. Bei einer Implementierung können die Datenaktivitäten der Hochaktivitätsprüfschaltung 78, der Mittelaktivitätsprüfschaltung 780 und der Geringaktivitätsprüfschaltung 782 derart konfiguriert sein, daß unterschiedliche Datenaktivitäten einer Funktionsschaltung eines Halbleiterbauelements dargestellt werden. Beispielsweise kann die Hochaktivitätsprüfschaltung 778 eine größte Datenaktivität der Funktionsschaltung darstellen und die Geringaktivitätsprüfschaltung 782 eine kleinste Datenaktivität der Funktionsschaltung darstellen.
  • Ein Ausgang jeder der Referenzschaltung 704, der Hochaktivitätsprüfschaltung 778, der Mittelaktivitätsprüfschaltung 780 und der Geringaktivitätsprüfschaltung 782 kann an einen jeweiligen Zähler gekoppelt sein: die Referenzschaltung 704 kann an einen Referenzzähler 732 gekoppelt sein, die Hochaktivitätsprüfschaltung 778 kann an einen Hochaktivitätsprüfzähler 784 gekoppelt sein, die Mittelaktivitätsprüfschaltung 780 kann an einen Mittelaktivitätsprüfzähler 786 gekoppelt sein und die Geringaktivitätsprüfschaltung 782 kann an einen Geringaktivitätsprüfzähler 788 gekoppelt sein. Ein Signal am Ausgang jeder der Referenzschaltung 704, der Hochaktivitätsprüfschaltung 778, der Mittelaktivitätsprüfschaltung 780 und der Geringaktivitätsprüfschaltung 782 kann über einen Freigabeschaltung 790 an den jeweiligen Zähler 732, 784, 786, 788 geliefert werden. Die Freigabeschaltungen 790 können das Signal als Reaktion auf ein Meßsteuersignal 734, das einen Start und einen Stopp einer Meßphase steuert, durchlassen. Wie in Verbindung mit 5 dargestellt und beschrieben, kann jede der Freigabeschaltungen 790 ein AND-Gatter enthalten. Während der Meßphase können die Zähler 732, 784, 786 und 788 gemäß einer Frequenz des am Ausgang der jeweiligen Schaltung 704, 778, 780 und 782 bereitgestellten Signals inkrementiert bzw. dekrementiert werden. Wie in Verbindung mit 6 dargestellt und beschrieben, können die Werte der Zähler 732, 784, 786 und 788 am Ende der Meßphase evaluiert werden, um einen Alterungszustand einer Funktionsschaltung zu bestimmen.
  • Die Schaltungsanordnung 700 kann eine Schaltung enthalten, die eine Absolutzeitreferenz liefert. Bei einer Implementierung, wie in 7 dargestellt, kann ein Absolutzeitreferenzzähler 792 über eine Freigabeschaltung 790 an das Taktsignal 708 gekoppelt sein. Die Freigabeschaltung 790 kann das Taktsignal 708 als Reaktion auf das Meßsteuersignal 734 an einer Eingang des Absolutzeitreferenzzählers 792 durchlassen. Während der Meßphase kann der Absolutzeitreferenzzähler 792 gemäß dem Taktsignal 708 inkrementiert bzw. dekrementiert werden. Am Ende der Meßphase kann ein Wert des Absolutzeitreferenzzählers 792 eine Absolutzeitreferenz bezeichnen. Dieser Wert des Absolutzeitreferenzzählers 792 kann von der Länge der Meßphase abhängen. Deshalb kann dieser Wert des Absolutzeitreferenzzählers 792 von etwaigen Wegverzögerungen oder Alterungseffekten unabhängig sein.
  • Der Absolutzeitreferenzzähler 792 kann implementiert werden, um eine Kalibrierungsmessung zu einer Zeit t0 durchzuführen. Zur Zeit t0 sind die Prüfschaltungen 778, 780 und 782 möglicherweise noch nicht belastet. Für die Kalibrierungsmessung kann die Schaltungsanordnung 700 über das Modussignal 706 in den Meßmodus geschaltet werden und eine Meßphase kann über das Meßsteuersignal 734 gestartet und gestoppt werden. Am Ende der Meßphase kann eine Absolutzeitdifferenz bei der Leistung der Schaltungen 704, 778, 780 und 782 bestimmt werden, indem die Werte der jeweiligen Zähler 732, 784, 786 und 788 mit dem Wert des Absolutzeitreferenzzählers 792 verglichen werden. Wenn die Referenzschaltung 704, die Hochaktivitätsprüfschaltung 778, die Mittelaktivitätsprüfschaltung 780 und die Geringaktivitätsprüfschaltung 782 identisch strukturiert sind, können die Werte der Zähler 732, 784, 786 und 788 zur Zeit t0 identisch sein. Differenzen bei der Schaltungsstruktur oder bei der Bauelementstruktur der Schaltungen 704, 778, 780 und 782 können eine Differenz bei der Leistung bereits zur Zeit t0 verursachen. Ein oder mehrere Werte, die der Differenz bei der Leistung zur Zeit t0 entsprechen, können hierin als „Kalibrierungswerte” bezeichnet werden. Die Kalibrierungswerte können in einem Speicherungselement gespeichert werden, zum Beispiel in einem Speicher. Der eine oder die mehreren Kalibrierungswerte können dazu verwendet werden, ein Ergebnis einer Differenzfrequenzmessung einzustellen bzw. zu justieren, die durchgeführt wird, um einen Alterungszustand einer Funktionsschaltung zu bestimmen. Weiterhin können der eine oder die mehreren Kalibrierungswerte dazu verwendet werden, einen Zeitsteuerungsspielraum der Prüfschaltungen 778, 780, 782 zu bestimmen und daraus einen Zeitsteuerungsspielraum eines kritischen Wegs einer Funktionsschaltung herzuleiten.
  • Bei der Implementierung, wie in Verbindung mit 7 dargestellt und beschrieben, enthält die Schaltungsanordnung 700 drei Prüfschaltungen 778, 780 und 782, und die Datenaktivität jeder der drei Prüfschaltungen 778, 780 und 782 ist in dem Meßmodus verschieden. Bei anderen Implementierungen kann die Schaltungsanordnung lediglich zwei Prüfschaltungen mit verschiedenen Datenschaltaktivitäten oder mehr als drei Prüfschaltungen mit verschiedenen Datenschaltaktivitäten enthalten. Es ist anzumerken, daß ein Absolutzeitreferenzzähler wie der Absolutzeitreferenzzähler 792 ebenfalls in einer beliebigen der Schaltungsanordnungen, wie in Verbindung mit
  • 16 dargestellt und beschrieben, implementiert sein kann und der Absolutzeitreferenzzähler in einer Evaluationsschaltung enthalten sein kann. Das bedeutet, ein Absolutzeitreferenzzähler kann in einer Schaltungsanordnung implementiert sein, die eine Referenzschaltung und nur eine Prüfschaltung enthält.
  • 8 zeigt ein System 800 mit einer Prüfschaltung 802, einer Referenzschaltung 804 und einer Evaluationsschaltung 824. Ein Modussignal 806 kann bereitgestellt werden, um einen Betriebsmodus jeder der Prüfschaltung 802 und der Referenzschaltung 804 zu steuern.
  • In einem ersten Betriebsmodus kann die Prüfschaltung 802 durch einen Takt 808 getaktet werden, d. h.. die Prüfschaltung 802 kann synchron mit dem Takt 808 arbeiten. Die Bauelemente der Prüfschaltung 802 können gemäß einer Schaltaktivität des Takts 808 einer Alterung unterworfen sein. Deshalb kann der erste Betriebsmodus als ein Belastungsmodus bezeichnet werden und die Prüfschaltung 802 kann als eine belastete Prüfschaltung 802 oder gealterte Prüfschaltung 802 bezeichnet werden.
  • In einem zweiten Betriebsmodus kann die Prüfschaltung 802 von dem Takt 808 getrennt werden. Die Prüfschaltung 802 kann auf eine Weise konfiguriert sein, daß sie asynchron bezüglich des Takts 808 arbeitet. In dem zweiten Betriebsmodus kann eine Leistung der belasteten Prüfschaltung 802 gemessen werden. Deshalb kann der zweite Betriebsmodus als ein Meßmodus bezeichnet werden.
  • In dem Belastungsmodus kann die Referenzschaltung 804 blockiert werden. Deshalb können Bauelemente der Referenzschaltung 804 an einer Alterung gehindert werden und die Referenzschaltung 804 kann als eine unbelastete Referenzschaltung 804 oder eine ungealterte Referenzschaltung 804 bezeichnet werden.
  • In dem Meßmodus kann eine Leistung der unbelasteten Referenzschaltung 804 gemessen werden, und die unbelastete Referenzschaltung 804 kann asynchron bezüglich der belasteten Prüfschaltung 802 arbeiten. Da die Referenzschaltung 804 nicht an den Takt 808 gekoppelt ist, kann sie weiterhin asynchron bezüglich des Takts 308 arbeiten.
  • Die Evaluierungsschaltung 824 kann an einen Ausgang der Prüfschaltung 802 und mit einem Ausgang der Referenzschaltung 804 gekoppelt sein. Die Evaluierungsschaltung 824 kann eine Differenzfrequenzmessung auf der Basis eines am Ausgang der Prüfschaltung 802 gelieferten Signals und auf der Basis eines am Ausgang der Referenzschaltung 804 gelieferten Signals durchführen. Bei einer Implementierung kann die Evaluierungsschaltung 824 die Differenzfrequenzmessung durchführen, während jede der Prüfschaltung 802 und der Referenzschaltung 804 im Meßmodus arbeiten kann. Über die Differenzfrequenzmessung kann eine Differenz bei der Leistung der belasteten Prüfschaltung 802 und der Referenzschaltung 804 bestimmt werden.
  • Bei einer Implementierung kann im Meßmodus jede der Prüfschaltung 802 und der Referenzschaltung 804 in einer Oszillatortopologie konfiguriert sein, und das am Ausgang jeder der Prüfschaltung 802 und der Referenzschaltung 804 gelieferte Signal kann mit einer Frequenzschwingung schwingen, die einem Alterungszustand der Prüfschaltung 802 bzw. der Referenzschaltung 804 entspricht. Da die Referenzschaltung 804 in dem Belastungsmodus vor Alterung geschützt ist, kann die unbelastete Referenzschaltung 804 mit einer höheren Frequenz schwingen als die belastete Prüfschaltung 802.
  • Unter Bezugnahme auf 8 kann das System 800 weiterhin eine Funktionsschaltung 810 enthalten. Die Funktionsschaltung 810 kann Datenverarbeitung und/oder Datenspeicherung durchführen. Beispielsweise kann die Funktionsschaltung 810 ein Prozessor oder ein Teil eines Prozessors sein. Die Funktionsschaltung 10 kann an den Takt 808 gekoppelt sein, d. h., die Funktionsschaltung 810 und die Prüfschaltung 802 können zu einem gemeinsamen Taktbereich des Systems 800 gehören. Zusätzlich oder alternativ können die Funktionsschaltung 810 und die Prüfschaltung 802 an eine gemeinsame Versorgungsspannung gekoppelt sein. Mit anderen Worten können die Funktionsschaltung 810 und die Prüfschaltung 802 zu dem gleichen Strombereich des Systems 800 gehören. Bei einer Implementierung kann die Prüfschaltung 802 in der Nähe der Funktionsschaltung 810 innerhalb des Systems 800 plaziert sein. Dies bedeutet, die Prüfschaltung 802 kann die gleiche Belastung im Hinblick auf Temperatur erfahren wie die Funktionsschaltung 810, und die Bauelementparameter der Prüfschaltung 802 und der Funktionsschaltung 810 können die gleichen sein.
  • Im allgemeinen kann das System 800 verschiedene Funktionsschaltungen enthalten, und ein Alterungszustand jeder dieser Funktionsschaltungen kann in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren, zum Beispiel von einer Taktaktivität, einer Stromaktivität und/oder einer Position der Funktionsschaltung innerhalb des Systems 800 variieren. Die Prüfschaltung 802 kann der gleichen Belastung wie eine Funktionsschaltung 810 des Systems 800 ausgesetzt werden, indem an die Prüfschaltung 802 die gleiche Taktaktivität und die gleiche Stromaktivität wie an die Funktionsschaltung 810 geliefert wird und indem die Prüfschaltung 802 in der Nähe der Funktionsschaltung 810 plaziert wird. Deshalb kann die Prüfschaltung 802 eine genaue Darstellung eines Alterungszustands der Funktionsschaltung 810 innerhalb des Systems 800 liefern.
  • Unter Bezugnahme auf 8 kann das System 800 weiterhin eine Regelschaltung 894 enthalten. Die Regelschaltung 894 kann einen Betriebsparameter der Funktionsschaltung 810 auf der Basis eines Ausgangs der Evaluierungsschaltung 824 einstellen bzw. justieren. Der Ausgang der Evaluierungsschaltung kann einen Alterungszustand der Prüfschaltung 802 bzw. der Funktionsschaltung 10 anzeigen. Die Regelschaltung 894 kann den Betriebsparameter justieren, um Auswirkungen der Alterung zu kompensieren. Beispielsweise kann der Betriebsparameter eine Versorgungsspannung, eine Frequenz und/oder eine Body-Bias-Spannung sein. Bei einer Implementierung kann die Versorgungsspannung der Funktionsschaltung zum Kompensieren der Alterung heraufgesetzt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Frequenz des Takts 808 heruntergesetzt werden, d. h., die Funktionsschaltung 810 kann mit einer niedrigeren Taktfrequenz arbeiten, um eine Fehlfunktion der Funktionsschaltung 810 zu vermeiden. Zusätzlich oder alternativ kann eine Body-Bias-Spannung von Bauelementen der Funktionsschaltung 810 geregelt werden, d. h., der Body-Bias von nFETs und pFETs innerhalb der Funktionsschaltung 810 können derart justiert werden, daß Schwellwertspannungen der nFETs und pFETs reduziert werden, um einen Leistungsverlust aufgrund von Alterung zu kompensieren.
  • Die Implementierung, wie in Verbindung mit 8 dargestellt und beschrieben, kann mit einer beliebigen der Implementierungen, wie in Verbindung mit 1-7 dargestellt und beschrieben, kombiniert werden. Beispielsweise kann die Evaluierungsschaltung 824 Zähler enthalten, um die Differenzfrequenzmessung durchzuführen. Zusätzlich oder alternativ kann jede der Prüfschaltung 802 und der Referenzschaltung 804 mindestens ein getaktetes Speicherungselement enthalten, das an eine Stufe einer kombinatorischen Logik gekoppelt ist. Bei einer Implementierung können mehrere Prüfschaltungen und Referenzschaltungen über das System 800 verteilt sein, um Alterungszustände von verschiedenen Funktionsschaltungen zu bestimmen, die an verschiedenen Orten innerhalb des Systems 800 plaziert sind. Bei einer weiteren Implementierung kann das Taktsignal 808 als eine Absolutzeitreferenz innerhalb der Evaluierungsschaltung 824 verwendet werden. Beispielsweise kann die Evaluierungsschaltung 824 einen Absolutzeitreferenzzähler enthalten, wie in Verbindung mit 7 dargestellt und beschrieben.
  • Beispielhaftes Verfahren
  • 9 zeigt ein Flußdiagramm 900, das eine Anzahl von Operationen enthält, die einen Alterungszustand einer Schaltung bestimmen. Sofern nicht etwas anderes angegeben ist, soll die Reihenfolge, in der die Operationen beschrieben sind, nicht als eine Beschränkung ausgelegt werden. Operationen können sich wiederholen, können in einer beliebigen Reihenfolge kombiniert werden und/oder können parallel sein, um den Prozeß zu implementieren. In Abschnitten der folgenden Erörterung kann auf die Darstellungen von 1-8 und den Gegenstand davon Bezug genommen werden. Die in Verbindung mit 9 beschriebenen Prozeduren können unter Nutzung der zuvor beschriebenen Implementierungen realisiert werden.
  • Unter Bezugnahme auf 9 wird bei Block 902 eine Anordnung in einen ersten Betriebsmodus geschaltet. Der erste Betriebsmodus kann dem Belastungsmodus entsprechen, der hierin weiter oben beschrieben wurde.
  • Bei Block 904 wird eine Referenzschaltung blockiert. Die Referenzschaltung kann blockiert werden, indem sie von einer Versorgungsspannung getrennt wird. Deshalb können Bauelemente der Referenzschaltung an einer Alterung gehindert werden.
  • Bei Block 906 kann ein Takt an eine Prüfschaltung geliefert werden. Während des Belastungsmodus können Bauelemente der Prüfschaltung einer Alterung gemäß einer Schaltaktivität des Takts unterworfen werden.
  • Bei Block 908 wird eine Anordnung in einem zweiten Betriebsmodus geschaltet. Der zweite Betriebsmodus kann dem Meßmodus entsprechen, wie er hierin weiter oben beschrieben wurde. Bei einer Implementierung kann einmal pro Tag in den Meßmodus eingetreten werden. Zusätzlich oder alternativ kann in den Meßmodus während jeder Einschaltphase eines Halbleiterbauelements eingetreten werden.
  • Bei Block 910 wird die Referenzschaltung freigegeben. Die Referenzschaltung kann freigegeben werden, indem sie an die Versorgungsspannung angeschlossen wird.
  • Bei Block 912 wird der Takt von der Prüfschaltung getrennt.
  • Bei Block 914 wird ein Differenzfrequenzmessung auf der Basis eines Ausgangs der Prüfschaltung und eines Ausgangs der Referenzschaltung durchgeführt. Jede der Prüfschaltung und der Referenzschaltung kann asynchron zu dem Takt und zueinander arbeiten. Ein Signal am Ausgang jeder der Prüfschaltung und der Referenzschaltung kann mit einer Frequenz schwingen, die einer Leistung der Prüfschaltung bzw. der Referenzschaltung entspricht. Über die Differenzfrequenzmessung kann eine Differenz bei der Leistung der Prüfschaltung und der Referenzschaltung bestimmt werden. Die Differenz bei der Leistung der Prüfschaltung und der Referenzschaltung kann den Alterungszustand der Prüfschaltung anzeigen. Es ist anzumerken, daß eine Zeitperiode des Meßmodus im Vergleich zu einer Zeitperiode des Belastungsmodus kurz ist. Deshalb kann eine Alterung jeder der Referenzschaltung und der Prüfschaltung während des Meßmodus vernachlässigbar sein.
  • Bei einer Implementierung kann jede der Prüfschaltung und der Referenzschaltung mindestens ein Speicherungselement und mindestens eine Stufe einer kombinatorischen Logik umfassen. Im Meßmodus kann ein Ausgang der mindestens einen Stufe von kombinatorischer Logik an einen Eingang des mindestens einen Speicherungselements gekoppelt sein. Deshalb kann jede der Prüfschaltung und der Referenzschaltung in einer Regelkreiskonfiguration arbeiten, und ein jeweiliger Ausgang kann gemäß einer Leistung jeder der Prüfschaltung und der Referenzschaltung schwingen.
  • Bei einer Implementierung können die Prüfschaltung und die Referenzschaltung kalibriert werden. Die Kalibrierung kann zu einer Zeit t0 durchgeführt werden, wenn die Prüfschaltung noch nicht belastet worden ist. Über die Kalibrierung kann ein Kalibrierungswert bestimmt werden, der einer Differenz bei der Leistung der Prüfschaltung und der Referenzschaltung zur Zeit t0 entspricht. Die Differenz bei der Leistung kann durch eine Differenz bei der Schaltungsstruktur und/oder eine Differenz bei der Bauelementstruktur verursacht werden. Ein Ergebnis der Differenzfrequenzmessung kann auf der Basis des Kalibrierungswerts eingestellt bzw. justiert werden. Beim Bestimmen des Alterungszustands der Prüfschaltung werden deshalb Differenzen zwischen der Prüfschaltung und der Referenzschaltung berücksichtigt. Der Kalibrierungswert kann in einem Speicherungselement gespeichert werden. Bei einer Implementierung kann ein Betriebsparameter einer Funktionsschaltung auf der Basis eines Ergebnisses der Differenzfrequenzmessung justiert werden.
  • Die Prüfschaltung kann auf solch eine Weise implementiert werden, daß sie die Funktionsschaltung im Hinblick auf Alterung darstellt. Wenn die Alterung der Prüfschaltung detektiert wird, kann deshalb ein Betriebsparameter der Funktionsschaltung eingestellt bzw. justiert werden, um die Auswirkungen der Alterung zu kompensieren. Beispielsweise kann der Betriebsparameter eine Versorgungsspannung, eine Frequenz oder eine Body-Biss-Spannung sein. Bei einer Implementierung kann die Versorgungsspannung der Funktionsschaltung zum Kompensieren der Alterung heraufgesetzt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Frequenz eines Takts, der an die Funktionsschaltung gekoppelt ist, herabgesetzt werden. Folglich kann die Funktionsschaltung mit einer niedrigeren Taktfrequenz arbeiten, um eine Fehlfunktion der Funktionsschaltung aufgrund einer Alterung zu verhindern. Zusätzlich oder alternativ kann eine Body-Biss-Spannung von Bauelementen der Funktionsschaltung geregelt werden.
  • Schlußfolgerung
  • Für die Zwecke dieser Offenbarung und der Ansprüche, die folgen, sind die Ausdrücke „gekoppelt” und „verbunden” verwendet worden, um zu beschreiben, wie verschiedene Elemente zusammenarbeiten. Dieses beschriebene Zusammenarbeiten von verschiedenen Elementen kann entweder direkt oder indirekt sein. Wenngleich der Gegenstand in einer Sprache beschrieben worden ist, die spezifisch für strukturelle Merkmale und/oder methodische Akte ist, ist zu verstehen, daß der in den beigefügten Ansprüchen definierte Gegenstand nicht notwendigerweise auf die beschriebenen spezifischen Merkmale oder Akte beschränkt ist. Vielmehr werden die spezifischen Merkmale und Akte als Beispielformen des Implementierens der Ansprüche offenbart. Es liegt innerhalb des Schutzbereichs dieser Offenbarung, verschiedene Merkmale der verschiedenen Implementierung und Ansprüche zu kombinieren, um Variationen davon zu produzieren.

Claims (17)

  1. Schaltungsanordnung, umfassend: eine Prüfschaltung, die konfiguriert ist, synchron mit einem Takt in einem ersten Modus zu arbeiten, wobei die Prüfschaltung weiterhin konfiguriert ist, asynchron bezüglich des Takts in einem zweiten Modus zu arbeiten; und eine Referenzschaltung, die konfiguriert ist, asynchron bezüglich der Prüfschaltung in dem zweiten Modus zu arbeiten.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die Referenzschaltung konfiguriert ist, in dem ersten Modus blockiert zu sein.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Referenzschaltung an eine Versorgungsspannung gekoppelt ist und wobei die Referenzschaltung blockiert wird, indem die Referenzschaltung von der Versorgungsspannung getrennt wird.
  4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1–3, wobei jede Prüfschaltung und Referenzschaltung mindestens ein Speicherelement und mindestens eine Stufe einer kombinatorischen Logik umfaßt, wobei ein Ausgang der kombinatorischen Logik in dem zweiten Modus an einen Takteingang des Speicherelement gekoppelt ist.
  5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1–4, weiterhin umfassend: eine Evaluierungsschaltung, die an einen Ausgang der Prüfschaltung und an einen Ausgang der Referenzschaltung gekoppelt ist.
  6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, wobei die Evaluierungsschaltung konfiguriert ist, auf der Basis eines am Ausgang der Prüfschaltung bereitgestellten Signals und eines an dem Ausgang der Referenzschaltung bereitgestellten weiteren Signals eine Differenzfrequenzmessung durchzuführen.
  7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Evaluierungsschaltung einen an den Ausgang der Prüfschaltung gekoppelten ersten Zähler und einen an den Ausgang der Referenzschaltung gekoppelten zweiten Zähler umfaßt.
  8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5–7, wobei die Evaluierungsschaltung weiterhin einen an den Takt gekoppelten dritten Zähler umfaßt.
  9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1–8, wobei der Takt ein gattergesteuerter Takt ist.
  10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1–9, weiterhin umfassend eine Funktionsschaltung, die konfiguriert ist, mit dem Takt zu arbeiten, wobei die Prüfschaltung und die Funktionsschaltung an eine gemeinsame Versorgungsspannung gekoppelt sind.
  11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, wobei die Versorgungsspannung eine geschaltete Versorgungsspannung ist, wobei die Versorgungsspannung konfiguriert ist, zu der Prüfschaltung und zu der Funktionsschaltung im wesentlichen zur gleichen Zeit in dem ersten Modus ein- und ausgeschaltet zu werden.
  12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1–11, wobei der erste Modus ein Modus ist, bei dem Bauelemente der Prüfschaltung einer Alterung unterworfen sind und wobei der zweite Modus ein Meßmodus ist.
  13. Verfahren, umfassend: Schalten in einen ersten Betriebsmodus; Blockieren einer Referenzschaltung; Liefern eines Takts an eine Prüfschaltung; Schalten zu einem zweiten Betriebsmodus; Freigeben der Referenzschaltung; Trennen des Takts von der Prüfschaltung und Durchführen einer Differenzfrequenzmessung auf der Basis eines Ausgangs der Prüfschaltung und eines Ausgangs der Referenzschaltung.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei jede Prüfschaltung und Referenzschaltung mindestens ein Speicherelement und mindestens eine Stufe einer kombinatorischen Logik umfaßt, wobei das Verfahren weiterhin folgendes umfaßt: Koppeln eines Ausgangs der mindestens einen Stufe einer kombinatorischen Logik an einen Eingang des mindestens einen Speicherelements in dem zweiten Betriebsmodus.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, weiterhin umfassend: Kalibrieren der Prüfschaltung und der Referenzschaltung; Speichern eines Kalibrierungswerts in einem Speicherungselement und Einstellen eines Ergebnisses der Differenzfrequenzmessung auf der Basis des Kalibrierungswerts.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, weiterhin umfassend: Einstellen eines Betriebsparameters einer Funktionsschaltung auf der Basis eines Ergebnisses der Differenzfrequenzmessung.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Betriebsparameter eine Versorgungsspannung, eine Frequenz oder eine Body-Bias-Spannung ist.
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