DE10323379A1 - Integrated circuit has Hall probe structure arranged close to conducting track so Hall voltage dependent on measurement voltage can be measured depending on magnetic field caused by track current - Google Patents

Integrated circuit has Hall probe structure arranged close to conducting track so Hall voltage dependent on measurement voltage can be measured depending on magnetic field caused by track current Download PDF

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Abstract

The integrated circuit has a measurement structure for measuring a current in a circuit. The measurement structure has a conducting track (1,2) in which the current flows and a Hall probe structure (4) carrying a defined measurement current and arranged close to the conducting track so that a Hall voltage (UH), which is dependent on the measurement voltage, can be measured depending on the magnetic field caused by the track current. AN Independent claim is also included for the following: (a) an a method of measuring a current in a circuit in an integrated circuit.

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung mit einer Messstruktur zum Messen eines Stromes in einem Schaltkreis. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Messen eines Stromes in einem Schaltkreis einer integrierten Schaltung.The invention relates to an integrated Circuit with a measuring structure for measuring a current in one Circuit. The invention further relates to a method for Measuring a current in a circuit of an integrated circuit.

Beim Testen einer integrierten Schaltung werden unter anderem die auf der integrierten Schaltung angeordneten Logikschaltkreise und Generatorschaltkreise auf Kurzschlüsse oder offene Leitungen getestet. Dies erfolgt üblicherweise mit Hilfe einer Strommessung, wobei der Stromfluss in den zu testenden Schaltkreisen gemessen wird und dieser Strom einer Testschaltung zur Verfügung gestellt wird, um zu überprüfen, ob sich der in den Schaltkreis fließenden Strom innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt.When testing an integrated circuit among other things, the logic circuits arranged on the integrated circuit and generator circuits tested for short circuits or open lines. This is usually done with the help of a current measurement, the current flow in the to be tested Circuits is measured and this current is a test circuit to disposal is asked to check whether the current flowing into the circuit within one predetermined range.

Die Strommessung wird beispielsweise mit Hilfe eines Messwiderstandes, der in den Strompfad geschaltet ist, bzw. mit Hilfe einer Stromspiegelschaltung, die den durch den Schaltkreis fließenden Strom auf einen Messpfad spiegelt durchgeführt. Messwiderstände und Stromspiegelschaltungen verändern jedoch den Wiederstand des Strompfades und verfälschen dadurch die Strommessung.The current measurement is, for example with the help of a measuring resistor, which is connected in the current path is, or with the help of a current mirror circuit, which by the Circuit flowing Electricity carried on a measurement path reflects. Measuring resistors and Current mirror circuits change, however the resistance of the current path and thereby falsify the current measurement.

Üblicherweise werden zum Testen von Logikschaltungen externe Strommessgeräte eingesetzt, die den Strom durch die Versorgungsspannungsquellen messen und somit den Ruhestrom der Logikschaltung bestimmen können. Anhand des Ruhestroms wird festgestellt, ob die Stromaufnahme der Schaltkreise der Logikschaltung im gewünschten Bereich liegt oder nicht. Bei DRAM-Speicherbausteinen kann dieses Verfahren nicht verwendet werden, da extern nicht zwischen fehlerfreien und fehlerbe hafteten Bausteinen unterschieden werden kann, wenn redundante Speicherbereiche eingesetzt werden, mit denen defekte Bausteine repariert werden. Die real vorhandenen Kurzschlüsse in den defekten Speicherbereichen erhöhen beispielsweise die Stromaufnahme, so dass auch nach einer Reparatur fehlerfreie Speicherbausteine über eine sehr hohe bzw. eine sehr niedrige Stromaufnahme verfügen können.Usually external current measuring devices are used to test logic circuits, which measure the current through the supply voltage sources and thus can determine the quiescent current of the logic circuit. Based on the quiescent current it is determined whether the current consumption of the circuits of the logic circuit in the desired area lies or not. This procedure can be used for DRAM memory chips not be used as externally not between error free and faulty blocks can be distinguished if redundant Memory areas are used with which defective blocks be repaired. The real short circuits in the defective memory areas increase For example, the power consumption, so that even after a repair, error-free Memory modules via can have a very high or a very low power consumption.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine integrierte Schaltung mit einer oder mehreren Messstrukturen zur Verfügung zu stellen, mit der das Vorliegen eines Fehlers aufgrund zu hoher oder zu niedriger Stromaufnahmen erkannt werden kann. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Messen eines Stromes in einem Schaltkreis zur Verfügung zu stellen, mit dem ein Fehler des Schaltkreises festgestellt werden kann, ohne dass der Strompfad des Schaltkreises durch Messelemente belastet wird.It is an object of the present invention integrated circuit with one or more measuring structures for disposal with which the existence of an error due to excessive or current consumption that is too low can be detected. It is still Object of the present invention, a method for measuring a To provide current in a circuit with which an error of the circuit can be determined without the current path of the circuit is loaded by measuring elements.

Diese Aufgabe wird durch die integrierte Schaltung nach Anspruch 1 sowie durch das Verfahren nach Anspruch 9 gelöst.This task is accomplished through the integrated circuit according to claim 1 and solved by the method according to claim 9.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous configurations of the invention are in the dependent claims specified.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine integrierte Schaltung mit einer Messstruktur zum Messen eines Stromes in einem Schaltkreis vorgesehen. Die Messstruktur weist eine Leiterbahn auf, durch die der zu messende Strom fließt. Die Messstruktur weist weiterhin eine Hall-Sonden-Struktur auf, die durch einen definierten Messstrom durchflossen ist und so in unmittelbarer Nähe der Leiterbahn angeordnet ist, dass abhängig von einem durch den in der Leiterbahn fließenden Strom gebildeten Magnetfeld eine Hall-Spannung an der Hall-Sonden-Struktur messbar ist. Der zu messende Strom ist abhängig von der Hall-Spannung.According to a first aspect of the invention an integrated circuit with a measuring structure for measuring a Current provided in a circuit. The measurement structure points a conductor track through which the current to be measured flows. The Measurement structure also has a Hall probe structure that is flowed through by a defined measuring current and thus in immediate Near the Conductor path is arranged depending on one by the in the conductive path flowing Current formed magnetic field a Hall voltage at the Hall probe structure measurable is. The current to be measured depends on the Hall voltage.

Die erfindungsgemäße integrierte Schaltung nutzt zur Messung eines fließenden Strom eine Hall-Sonden-Struktur, mit der das aufgrund des Stromflusses gebildete Magnetfeld gemessen werden kann. Da die Stärke des Magnetfeldes proportional abhängig ist von dem Strom, der das Magnetfeld bildet, kann über die Messung des Magnetfeldes der Strom in der Leiterbahn bestimmt werden. Diese Art der Messung ist für die Strommessung sehr geeignet, da die Stromaufnahme der Schaltung durch die Messung nicht beeinflusst wird.The integrated circuit according to the invention uses for measuring a flowing Electricity is a Hall probe structure that is used because of the current flow formed magnetic field can be measured. Because the strength of the Magnetic field proportionally dependent is from the current that forms the magnetic field, over the Measurement of the magnetic field to determine the current in the conductor track. This type of measurement is for the current measurement is very suitable since the current consumption of the circuit is not affected by the measurement.

Vorzugsweise ist eine Testschaltung vorgesehen, um die Hall-Spannung mit einer Referenzspannung zu vergleichen und um ein Fehlersignal auszugeben, das anzeigt, ob die Hall-Spannung größer oder kleiner als die Referenzspannung ist.A test circuit is preferred provided to the Hall voltage to compare with a reference voltage and to output an error signal, that indicates whether the Hall voltage is greater or less than the reference voltage is.

Auf diese Weise kann mit einer in der integrierten Schaltung vorgesehenen Testschaltung eine Bewertung der Stromaufnahme des Schaltkreises durchgeführt werden, wobei lediglich ein Fehlersignal ausgegeben wird, mit dem festgestellt werden kann, ob die Stromaufnahme in einem Sollbereich liegt oder nicht.That way, with one in the integrated circuit test circuit an evaluation the current consumption of the circuit can be carried out, whereby only an error signal is output with which it can be determined whether the current consumption is in a target range or not.

Es kann auch eine Testschaltung mit einer Analog-Digital-Wandlerschaltung vorgesehen sein, um die Hall-Spannung zu digitalisieren und diese als digitalisierten Wert auszugeben. Auf diese Weise kann der exakte Stromwert von der integrierten Schaltung ausgegeben werden, so dass eine externe Testereinheit anhand des digitalisierten Spannungswertes den Stromwert ermitteln kann und feststellen kann, ob der Stromwert in dem Sollbereich liegt oder nicht.It can also use a test circuit an analog-to-digital converter circuit be provided to digitize the Hall voltage and this output as digitized value. In this way, the exact Current value are output from the integrated circuit so that an external tester unit based on the digitized voltage value can determine the current value and can determine whether the current value is in the target range or not.

Da die Hall-Spannung sehr gering ist, ist vorzugsweise eine Testschaltung mit einem Verstärker vorgesehen, um die Hall-Spannung zu verstärken und die verstärkte Spannung auszugeben. Die verstärkte Spannung kann dann von der Testereinheit empfangen und gemessen werden und damit auf den in den Schaltkreis fließenden Strom rückgeschlossen werden.Since the Hall voltage is very low, a test circuit with an amplifier is preferably provided in order to amplify the Hall voltage and to output the amplified voltage. The amplified voltage can then be received and measured by the tester unit and thus on the current flowing in the circuit can be inferred.

Vorzugsweise sind in unmittelbarer Nähe der Leiterbahn zwei Hall-Sonden-Strukturen mit gleichem Abstand zur Leiterbahn so angeordnet, dass ein durch den zu messenden Strom gebildetes Magnetfeld, die Hall-Sonden-Strukturen in unterschiedlicher Richtung durchdringt. Es ist eine Testschaltung vorgesehen, die die in den zwei Hall-Sonden-Strukturen gemessenen Hall-Spannungen addiert, um den zu messenden Strom zu bestimmen. Auf diese Weise können Störeinflüsse von zeitlich veränderlichen aber räumlich homogenen Magnetfeldern vermieden werden. Da durch das Addieren der Hall-Spannungen der Störanteil der Hall-Spannung eliminiert werden kann.Preferably in immediate Near the conductor track two Hall probe structures at the same distance from the conductor track arranged so that a formed by the current to be measured Magnetic field, the Hall probe structures in different directions penetrates. A test circuit is provided, which the in the two Hall probe structures measured Hall voltages added to the one to be measured To determine current. In this way, disturbances of time-varying, however spatial homogeneous magnetic fields can be avoided. Because by adding of the Hall voltages the interference component the Hall voltage can be eliminated.

Vorzugsweise ist die Hall-Sonden-Struktur als Halbleiterbereich bzw. die Leiterbahn als Metallisierungsbereich ausgebildet.The Hall probe structure is preferably as Semiconductor area or the conductor track as a metallization area educated.

Eine weitere Leiterbahn kann in unmittelbarer Nähe der Hall-Sonden-Struktur angeordnet sein, wobei der in der weiteren Leiterbahn ebenfalls der zu messende Strom fließt, jedoch in entgegengesetzter Richtung. Auf diese Weise kann das Magnetfeld, dass durch den zu messenden Strom bewirkt wird, in definierter Weise erhöht werden, so dass die dadurch bewirkte Hall-Spannung größer ist und weniger störempfindlich bezüglich Fremdmagnetfelder ist, als bei Messung des Magnetfeldes von nur einer Leiterbahn.Another conductor track can be in the immediate vicinity Near the Hall probes structure be arranged, which also in the further conductor track the current to be measured flows however in the opposite direction. In this way, the magnetic field that is caused by the current to be measured, in a defined manner elevated become so that the Hall voltage caused thereby is greater and less sensitive to interference in terms of External magnetic fields is less than when measuring the magnetic field a trace.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der definierte Messstrom von einer steuerbaren Stromquelle geliefert wird, die mit der Testschaltung verbunden ist. Die Testschaltung misst eine erste Hall-Spannung bei einem ersten angelegten definierten Messstrom und eine zweite Hall-Spannung bei einem zweiten definierten Messstrom, wobei der erste und der zweite definierte Messstrom die gleiche Stromstärke und verschiedene Vorzeichen aufweisen. Der zu messende Strom durch die Leiterbahn hängt dann von der Differenz zwischen der ersten und der zweiten Hall-Spannung ab. Dadurch wird die nutzbare Signal stärke verdoppelt und der störende Effekt von Offsetfehlern in den Verstärkerstufen eliminiert.It can also be provided that the defined measuring current is supplied by a controllable current source that is connected to the test circuit. The test circuit measures a first Hall voltage when a first defined one is applied Measuring current and a second Hall voltage at a second defined Measuring current, the first and the second defined measuring current same current and have different signs. The current to be measured by the track is hanging then the difference between the first and the second Hall voltage from. This doubles the usable signal strength and the disruptive effect of offset errors in the amplifier stages eliminated.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Messen eines Stromes in einem Schaltkreis einer integrierten Schaltung vorgesehen. Der zu messende Strom wird in eine Leiterbahn eingeprägt, wobei eine Hall-Sonden-Struktur in unmittelbarer Nähe der Leiterbahn angeordnet ist und mit einem definierten Messstrom durchflossen wird. Abhängig von einem durch den in der Leiterbahn fließenden Strom gebildeten Magnetfeld wird eine Hall-Spannung an der Hall-Sonden-Struktur gemessen, wobei der zu messende Strom abhängig von der Hall-Spannung bestimmt wird.According to another aspect of The present invention is a method of measuring a current provided in a circuit of an integrated circuit. The Current to be measured is impressed on a conductor track, whereby a Hall probe structure close the conductor track is arranged and flowed through with a defined measuring current becomes. Dependent from a magnetic field formed by the current flowing in the conductor track a Hall voltage is measured on the Hall probe structure, where the current to be measured depends is determined by the Hall voltage.

Das Verfahren hat den Vorteil, dass durch die Messung der Hall-Spannung an der Hall-Sonden-Struktur ein von dem fließenden Strom abhängiger Spannungswert gemessen werden kann, so dass der fließende Strom aus der gemessenen Hall-Spannung ermittelt werden kann. Dies dient dazu, festzustellen, ob der fließende Strom zu groß oder zu gering ist, wobei auf einen Fehler geschlossen werden kann, wenn sich der Wert des Stromes nicht in einem Sollbereich befindet.The process has the advantage that by measuring the Hall voltage on the Hall probe structure one of the flowing Electricity dependent Voltage value can be measured so that the flowing current can be determined from the measured Hall voltage. This serves to determine if the flowing current is too large or too is low, an error can be concluded if the value of the current is not in a target range.

Vorzugsweise sind in unmittelbarer Nähe der Leiterbahn zwei Hall-Sonden-Strukturen mit gleichem Abstand zu der Leiterbahn so angeordnet, dass ein durch den zu messenden Strom gebildetes Magnetfeld die Hall-Sonden-Strukturen in unterschiedlicher Richtung durchdringt. Die resultierenden Hall-Spannungen werden gemessen und addiert, wobei der zu messende Strom aus der addierten Hall-Spannungen bestimmt wird.Preferably in immediate Near the conductor track two Hall probe structures at the same distance from the conductor track arranged so that a magnetic field formed by the current to be measured penetrates the Hall probe structures in different directions. The resulting Hall voltages are measured and added, whereby the current to be measured is determined from the added Hall voltages becomes.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. It demonstrate:

1 eine Darstellung einer Teststruktur zur Strommessung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; 1 an illustration of a test structure for current measurement according to a first embodiment of the invention;

2 einen Querschnitt entlang einer Schnittlinie I-I in der Darstellung nach 1; 2 a cross section along a section line II in the illustration 1 ;

3 eine Schnittansicht einer Halbleiterstruktur für eine erfindungsgemäße Messstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform; 3 a sectional view of a semiconductor structure for a measurement structure according to the invention according to a further embodiment;

4 eine Schnittansicht einer Halbleiterstruktur für eine Messstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; 4 a sectional view of a semiconductor structure for a measurement structure according to a further embodiment of the invention;

5 eine Schaltung für eine Messstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mit zwei Hall-Sonden-Strukturen; und 5 a circuit for a measurement structure according to a further embodiment of the invention with two Hall probe structures; and

6 eine Schaltung für eine mögliche Messstruktur zur Messung der Leistungsaufnahme eines Schaltkreises in einer integrierten Schaltung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. 6 a circuit for a possible measurement structure for measuring the power consumption of a circuit in an integrated circuit according to a further preferred embodiment of the invention.

In 1 ist eine Messstruktur für eine integrierte Schaltung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Messstruktur weist einen ersten Leiterabschnitt 1 und einen zweiten Leiterabschnitt 2 auf, die im Wesentlichen parallel zueinander geführt sind. Der erste und der zweite Leiterabschnitt 1, 2 sind vorzugsweise in einer Metallisierungsebene, insbesondere in einer untersten Metallisierungsebene der integrierten Schaltung geführt.In 1 shows a measurement structure for an integrated circuit according to a first embodiment of the invention. The measurement structure has a first conductor section 1 and a second conductor section 2 on, which are performed essentially parallel to each other. The first and the second conductor section 1 . 2 are preferably guided in a metallization level, in particular in a lowest metallization level of the integrated circuit.

Der erste Leiterbahnabschnitt 1 und der zweite Leiterbahnabschnitt 2 sind in Reihe geschaltet und durch eine Verbindungsleitung 3 miteinander verbunden. Ein zu messender Strom I1 wird von einem ersten Anschluss A der Messstruktur zunächst durch den ersten Leiterbahnabschnitt 1 und dann so durch den zweiten Leiterbahnabschnitt 2 geführt, dass die Stromrichtungen der parallelen Leiterbahnabschnitte gegeneinander gerichtet sind. Der zu messende Strom I1 wird dann von einem zweiten Anschluss B von der Messstruktur entnommen.The first trace section 1 and the second conductor track section 2 are connected in series and through a connecting line 3 connected with each other. A current I 1 to be measured is first passed from a first connection A of the measurement structure through the first conductor track section 1 and then through the second conductor track section 2 led that the current directions of the parallel conductor track sections are directed towards each other. The too Measuring current I 1 is then taken from the measurement structure by a second connection B.

Die Messstruktur ist in einen Strompfad eines Schaltkreise (nicht gezeigt) der integrierten Schaltung eingesetzt, so dass der Versorgungsstrom über den ersten Anschluss A zu dem zweiten Anschluss B und anschließend durch den Schaltkreis, dessen Stromaufnahme gemessen werden soll, zu einem Massepotential fließt. Bei einem Betrieb des Schaltkreise der integrierten Schaltung fließt also zu jeder Zeit der Versorgungsstrom durch die Messstruktur.The measurement structure is in a current path a circuit (not shown) of the integrated circuit, so the supply current is over the first connection A to the second connection B and then through the circuit whose current consumption is to be measured into one Ground potential flows. When the circuit of the integrated circuit is in operation, it flows the supply current through the measuring structure at all times.

Der erste und der zweite Leiterbahnabschnitt 1, 2 sind vorzugsweise so niederohmig wie möglich ausgeführt, so dass ein möglichst geringer Spannungsabfall über diesen Leiterbahnabschnitten erfolgt. Der durch den ersten Leiterbahnabschnitt 1 und den zweiten Leiterbahnabschnitt 2 fließende Strom ruft ein Magnetfeld hervor, das im Wesentlichen konzentrisch um die stromführenden Leiterbahnabschnitte 1, 2 verläuft. Zwischen dem ersten und dem zweiten Leiterbahnabschnitt 1, 2 ist in gleichem Abstand r von den Leiterbahnabschnitten 1, 2 eine Hall-Sonden-Struktur 4 angeordnet. Die Hall-Sonden-Struktur 4 ist so bezüglich der Leiterbahnabschnitte 1, 2 ausgerichtet, dass ein senkrecht zu einer durch die Leiterbahnabschnitte 1, 2 aufgespannten Ebene verlaufender Magnetfeldvektor eine Hall-Spannung zwischen zwei Hall-Sonden-Anschlüssen 5 bewirkt. Um eine Hallspannung UH erhalten zu können, ist es notwendig, in die Hall-Sonden-Struktur einen Messstrom I2 einzuprägen, der im Wesentlichen während der gesamten Messdauer konstant gehalten wird.The first and the second conductor track section 1 . 2 are preferably as low-resistance as possible so that the voltage drop across these conductor track sections is as small as possible. That through the first trace section 1 and the second conductor track section 2 flowing current creates a magnetic field that is essentially concentric around the current-carrying conductor track sections 1 . 2 runs. Between the first and the second conductor track section 1 . 2 is at the same distance r from the conductor track sections 1 . 2 a Hall probe structure 4 arranged. The Hall probe structure 4 is so with regard to the conductor track sections 1 . 2 aligned that one perpendicular to one through the trace sections 1 . 2 spanned plane magnetic field vector a Hall voltage between two Hall probe connections 5 causes. In order to be able to obtain a Hall voltage U H , it is necessary to impress a measurement current I 2 into the Hall probe structure, which current is kept essentially constant during the entire measurement period.

Die Hall-Sonden-Struktur wird vorzugsweise als dotierter Halbleiterbereich ausgebildet, die einen Schichtwiderstand von etwa 2000 Ω/⧠ und eine Beweglichkeit von Ladungsträgern von etwa 103 cm2/Vs aufweist. Auch andere Werte für den Schichtwiderstand und die Ladungsträgerbeweglichkeit sind denkbar.The Hall probe structure is preferably designed as a doped semiconductor region which has a sheet resistance of approximately 2000 Ω / / and a mobility of charge carriers of approximately 10 3 cm 2 / Vs. Other values for the sheet resistance and the mobility of the charge carriers are also conceivable.

In 2 ist schematisch ein Querschnitt der in 1 gezeigten Messstruktur dargestellt. In 2 erkennt man die Ausrichtung des von den Strom durchflossenen Leiterbahnabschnitten 1, 2, die gebildeten Magnetfelder B1, B2, die je weils in einem radialen und einen tangentialen Magnetfeldvektor geteilt werden können. Die tangentialen Magnetfeldvektoren beider Magnetfelder B1, B2 heben sich durch Addition gegenseitig auf, während sich die radialen Magnetfeldvektoren addieren. Eine Hallspannung UH ist an den Hall-Sonden-Anschlüssen 5 der Hallsondenstruktur 4 abgreifbar, wenn senkrecht zum Verlauf der Hall-Spannung UH und senkrecht zur Stromrichtung des Messstroms I2 durch die Hall-Sonden-Struktur 4 ein Magnetfeld BH wirkt. Da sich die Magnetfeldvektoren in Richtung des für die Hall-Sonden-Struktur 4 relevanten Magnetfeldes addieren, kann somit ein von dem zu messenden Strom I1 abhängiges Magnetfeld mit Hilfe der Hall-Sonden-Struktur 4 über die Hall-Spannung UH gemessen werden.In 2 is a schematic cross section of the in 1 shown measurement structure. In 2 one recognizes the orientation of the conductor track sections through which the current flows 1 . 2 , the magnetic fields B1, B2 formed, which can each be divided into a radial and a tangential magnetic field vector. The tangential magnetic field vectors of both magnetic fields B1, B2 cancel each other out by addition, while the radial magnetic field vectors add up. A Hall voltage U H is at the Hall probe connections 5 the Hall probe structure 4 tapped if perpendicular to the course of the Hall voltage U H and perpendicular to the current direction of the measuring current I 2 through the Hall probe structure 4 a magnetic field B H acts. As the magnetic field vectors move in the direction of the for the Hall probe structure 4 relevant magnetic field can add a magnetic field dependent on the current I 1 to be measured with the help of the Hall probe structure 4 can be measured via the Hall voltage U H.

Bei einem Schichtwiderstand einer p-dotierten Schicht von etwa 2000 Ω/⧠ und einer Beweglichkeit von etwa 103 cm2/Vs ergibt sich die zweidimensionale Trägerdichte n2 mit 3 × 1012 cm2. Die Größenordnung impliziert bei einem Längen- zu Breitenverhältnis von etwa 1,25 (z. B. bei 0,5 μm Breite und 0,625 μm Länge der Diffusionsregion für die Hall-Sonden-Struktur) und bei einer an die Hall-Sonden-Struktur 4 angelegten Messspannung Vext = 2,5 Volt einen Messstrom I2 von 1 mA. Wählt man den Abstand zwischen der Hall-Sonden-Struktur 4 und den Leiterbahnabschnitten jeweils mit einem um folgt für die Hall-Spannung UH ungefähr gleich 60 μV × I1 [mA].With a sheet resistance of a p - -doped layer of about 2000 Ω / ⧠ and a mobility of about 103 cm 2 / Vs, the two-dimensional carrier density n 2 with 3 × 10 12 cm 2 results. The order of magnitude implies with a length to width ratio of approximately 1.25 (e.g. with 0.5 μm width and 0.625 μm length of the diffusion region for the Hall probe structure) and with an to the Hall probe structure 4 applied measuring voltage V ext = 2.5 volts a measuring current I 2 of 1 mA. Choosing the distance between the Hall probe structure 4 and the conductor track sections each with a follows for the Hall voltage U H approximately equal to 60 μV × I 1 [mA].

Ein zu messender Strom I1 von 100 mA liefert eine Spannung von 6 mV. Die gemessene Hall-Spannung UH muss daher verstärkt an einen Ausgang der integrierten Schaltung übertragen werden. Ein höherer Messstrom könnte zwar eine höhere Hall-Spannung bewirken, jedoch müsste dafür bei konstanter externer Messspannung der Widerstand der Hall-Sonden-Struktur verkleinert werden. Dies würde eine Erhöhung der Trägerdichte n2 bedeuten. Die Trägerdichte n2 steht aber in der Formel für die Hall-Spannung UH in Nenner, so dass die Erhöhung des Messstromes über die Erhöhung der Trägerdichte sich in der Hall-Spannung UH insgesamt kompensiert.A current I 1 to be measured of 100 mA supplies a voltage of 6 mV. The measured Hall voltage U H must therefore be increasingly transmitted to an output of the integrated circuit. A higher measuring current could cause a higher Hall voltage, but the resistance of the Hall probe structure would have to be reduced if the external measuring voltage was constant. This would mean an increase in the carrier density n 2 . In the formula, however, the carrier density n 2 stands for the Hall voltage U H in denominator, so that the increase in the measuring current is compensated for in the Hall voltage U H as a whole by increasing the carrier density.

Eine Erhöhung der Messempfindlichkeit kann erreicht werden, indem man den Messstrom I2 nacheinander in unterschiedlicher Richtung fließen lässt. Die resultierenden Hall-Spannungen für beide Stromrichtungen werden dann voneinander subtrahiert. Dies wird mit Hilfe einer Testschaltung durchgeführt, die mit einem steuerbaren Stromgenerator verbunden ist, so dass der Messstrom I2 in unterschiedliche Richtung durch die Hall-Sonden-Struktur geleitet werden kann. Durch diese Art der Messung kann die nutzbare Signalstärke verdoppelt werden und den störenden Effekt von Offsetfehlern in den Verstärkerstufen eliminiert werden.An increase in measuring sensitivity can be achieved by allowing the measuring current I 2 to flow in different directions one after the other. The resulting Hall voltages for both current directions are then subtracted from each other. This is carried out with the aid of a test circuit which is connected to a controllable current generator, so that the measuring current I 2 can be passed through the Hall probe structure in different directions. With this type of measurement, the usable signal strength can be doubled and the disturbing effect of offset errors in the amplifier stages can be eliminated.

Durch die Leiterbahnabschnitte 1, 2 wird der zu messende Strom I1 geführt. Da der zu messende Strom I1 in den Leitebahnabschnitten 1, 2 entgegengesetzt gerichtet ist, bewirkt in dieser Anordnung einer Addition der gewünschten Feldkomponente des Magnetfeldes und eine Aufhebung einer unerwünschten Feldkomponente (in Richtung des Hall-Spannungs-Vektors) an der Hall-Sonden-Struktur. Der zu messende Strom erzeugt ein Magnetfeld B, das eine Addition der Magnetfelder B1 und B2 ist und dass in der Hall-Sonden-Struktur in der der Messstrom I2 fließt, eine Ladungstrennung durch den Hall-Effekt hervorgerufen wird. Die Hall-Spannung UH ist

Figure 00090001
wobei e die Elektronenladung, n die Elektronendichte im Diffusionsgebiet und d die Dicke der Hall-Sonden-Struktur, wie in 1 eingezeichnet ist. Das Magnetfeld ist durch die senkrechte Komponente B als rechtwinklig zur Richtung des Stromflusses gegeben. Die Feldstärke ergibt sich aus den Biot-Savart-Gesetz für einen stromdurchflossenen Leiter
Figure 00090002
unter Berücksichtung des Faktors 2 für den ersten und zweiten Leiterbahnabschnitt 1, 2 ergibt sich dann die zugehörige magnetische Induktion:
Figure 00100001
Through the conductor track sections 1 . 2 the current I 1 to be measured is carried. Since the current I 1 to be measured in the conductor track sections 1 . 2 is directed in the opposite direction in this arrangement causes an addition of the desired field component of the magnetic field and a cancellation of an undesired field component (in the direction of the Hall voltage vector) on the Hall probe structure. The current to be measured generates a magnetic field B, which is an addition of the magnetic fields B1 and B2 and that in the Hall probe structure in which the measuring current I 2 flows, a charge separation is caused by the Hall effect. The Hall voltage U H is
Figure 00090001
where e is the electron charge, n the electron density in the diffusion area and d the thickness of the Hall probe structure, as in 1 is drawn. The magnetic field is given by the vertical component B as being perpendicular to the direction of the current flow. The field strength results from the Biot-Savart law for a current-carrying conductor
Figure 00090002
considering the factor 2 for the first and second conductor track section 1 . 2 the associated magnetic induction then results:
Figure 00100001

Als Näherung kann angenommen werden, dass der Anteil des Magnetfeldes sich im Wesentlichen auf tangentialen und radialen Anteil für jeden Leiterbahnabschnitt 1, 2 im Wesentlichen gleich verteilt. Dies ist bei einem Winkel von 45° des Magnetfeldvektors durch die Hall-Sonden-Struktur 4 in Bezug auf die Richtung der gewünschten Feldkomponente des Magnetfeldes für die Hall-Sonden-Struktur gegeben, so dass folgt:

Figure 00100002
As an approximation, it can be assumed that the portion of the magnetic field is essentially equally distributed over the tangential and radial portion for each conductor track section 1, 2. This is at an angle of 45 ° of the magnetic field vector due to the Hall probe structure 4 given in relation to the direction of the desired field component of the magnetic field for the Hall probe structure, so that it follows:
Figure 00100002

Eingesetzt in die Formel für die Hall-Spannung UH ergibt sich somit:

Figure 00100003
When used in the formula for the Hall voltage U H, the result is:
Figure 00100003

Die Anordnung kann weiter optimiert werden, indem der Abstand zwischen dem Leiterbahnabschnitt und der Hall-Sonden-Struktur weiter verkleinert wird und auf die Hall-Sonden-Struktur eine größere senkrechte Magnetfeldkomponente wirkt. In 3 ist eine Anordnung einer Hall-Sonden-Struktur und Leiterbahnabschnitten in einer Schnittansicht durch eine integrierte Schaltung dargestellt. Die Leiterbahnabschnitte sind in einer untersten Metalllage 10 einer integrierten Schaltung ausgebildet. Durch eine Isolationsschicht 11 getrennt ist eine Polysiliziumschicht 12 ausgebildet, über die die Hall-Spannung UH aus der gebildeten Messstruktur heraus geführt wird. Die Hall-Sonden-Struktur ist in einer dotierten Halbleiterschicht 13 ausgebildet, die von der Polysiliziumschicht 12 durch eine weitere Isolationsschicht 14 getrennt ist. Hall-Struktur- Anschlüsse 5 sind in Polysilizium ausgebildet und reichen beidseitig des die Hall-Sonden-Struktur bildenden Diffusionsbereiches an den Diffusionsbereich heran. Bei den in der 3 angegebenen Abmessungen betrifft der Abstand zwischen dem Diffusionsgebiet und den Leiterbahnabschnitten 1, 2r = 890 nm und der Winkel für die senkrechte Magnetfeldkomponente beträgt etwa 66°. Dies resultiert in einer Genauigkeit von etwa 76 μV pro mA bei einer ansonsten gegenüber dem oben beschriebenen Beispiel unveränderten Struktur.The arrangement can be further optimized by further reducing the distance between the conductor track section and the Hall probe structure and acting on the Hall probe structure by a larger vertical magnetic field component. In 3 an arrangement of a Hall probe structure and conductor track sections is shown in a sectional view through an integrated circuit. The conductor track sections are in a lowermost metal layer 10 an integrated circuit. Through an insulation layer 11 a polysilicon layer is separated 12 formed, via which the Hall voltage U H is led out of the measurement structure formed. The Hall probe structure is in a doped semiconductor layer 13 formed by the polysilicon layer 12 through another layer of insulation 14 is separated. Hall structure connectors 5 are formed in polysilicon and reach the diffusion region on both sides of the diffusion region forming the Hall probe structure. In the in the 3 Dimensions given relate to the distance between the diffusion area and the conductor track sections 1 , 2r = 890 nm and the angle for the vertical magnetic field component is approximately 66 °. This results in an accuracy of approximately 76 μV per mA with an otherwise unchanged structure compared to the example described above.

Wie in 4 dargestellt, kann der Strom anstatt in der untersten Metallisierungsschicht auch in einer Polysiliziumschicht geführt werden und dadurch der Abstand zwischen den Leiterbahnabschnitten 1, 2 und dem Diffusionsgebiet weiter verringert werden. Bei den in 4 angegebenen Abmessungen beträgt der Abstand zwischen Leiterbahnabschnitten und Hall-Sonden-Struktur r = 630 nm und der Winkel etwa 45°, so dass die Empfindlichkeit der Hall-Sonden-Struktur einen Wert von 190 μV pro mA erreicht. Grundsätzlich lässt sich die Empfindlichkeit mittels der Geometrien in realistischen Anordnungen bis auf etwa 340 μV pro mA optimieren, wenn ein Winkel von 90° angesetzt wird, bei einem Abstand von 500 nm. Dies wäre in einer planaren Anordnung, bei der die Hall-Sonden-Struktur sich zwischen den beiden Leiterbahnabschnitten befindet, der Fall.As in 4 shown, the current can be carried in a polysilicon layer instead of in the lowermost metallization layer and thereby the distance between the conductor track sections 1 . 2 and the diffusion area can be further reduced. In the 4 The dimensions given are the distance between the conductor track sections and the Hall probe structure r = 630 nm and the angle is approximately 45 °, so that the sensitivity of the Hall probe structure reaches a value of 190 μV per mA. In principle, the sensitivity can be optimized by means of the geometries in realistic arrangements up to approximately 340 μV per mA if an angle of 90 ° is applied at a distance of 500 nm. This would be in a planar arrangement in which the Hall probe Structure is between the two conductor track sections, the case.

In dem in 4 gezeigten Beispiel muss die gemessene Hall-Spannung in einem dotierten Halbleiterbereich 15 nach außen geführt werden. Dies hat den Nachteil, dass aufgrund der hohen Schichtwiderstände des dotierten Halbleiter nur ein geringer Strom von der Hall-Sonden-Struktur abgegriffen werden darf, da sonst ein nicht zu vernachlässigender Spannungsabfall über die nach außen geführten Anschlüsse der Hall-Sonden-Struktur erfolgt.In the in 4 The example shown must have the measured Hall voltage in a doped semiconductor region 15 be led outside. This has the disadvantage that, owing to the high sheet resistances of the doped semiconductor, only a small current can be tapped from the Hall probe structure, since otherwise a not insignificant voltage drop takes place via the connections of the Hall probe structure which are led to the outside.

Um den Abstand zwischen den Leiterbahnstrukturen und der Hall-Sonden-Struktur weiter zu verringern, können auch die Leiterbahnabschnitte verkleinert werden. Dabei ist darauf zu achten, dass die maximale Stromtragfähigkeit der Leiterbahnabschnitte nicht überschritten wird. Beispielsweise ist daher vorstellbar, dass anstatt die Leiterbahnstrukturen in einer Metallisierungs- oder Polysiliziumebene auszuführen, diese auch in Form von Carbon-Nano-Tubes ausgeführt werden, die eine hohe Stromtragfähigkeit aufweisen und einen geringen Durchmesser. Dies ermöglicht es, den Abstand zwischen den Leiterbahnabschnitten und der Hall-Sonden-Struktur weiter zu verringern, so dass eine weitaus höhere Empfindlichkeit erreicht werden kann.The distance between the conductor track structures and to further reduce the Hall probe structure, too the conductor track sections are reduced. It is towards make sure that the maximum current carrying capacity of the conductor track sections not exceeded becomes. For example, it is therefore conceivable that instead of the conductor track structures to perform in a metallization or polysilicon level, this can also be executed in the form of carbon nano tubes, which have a high current carrying capacity have and a small diameter. This enables the distance between the conductor track sections and the Hall probe structure further decrease so that a much higher sensitivity is achieved can be.

In 5 ist schematisch eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Bei dieser Messstruktur sind im Gegensatz zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen nur ein Strom durchflossener Leiterbahnabschnitt 22 dargestellt, in dessen Nähe zwei Hall-Sonden-Strukturen 20, 21 angeordnet sind. Die Hall-Sonden-Strukturen 20, 21 sind im Wesentlichen bezüglich des Leiterbahnabschnittes versetzt zueinander angeordnet, so dass die bezüglich einer durch die Messstromverläufe in den Hall-Sonden-Strukturen 20, 21 aufgespannte Ebene senkrechte Komponente des Magnetfeldes, das durch den zu messenden Strom I1 in den Leiterbahnabschnitt induziert wird, in entgegengesetzte Richtungen verläuft. Die Hall-Sonden-Strukturen 20, 21 sind so geschaltet, dass die darin fließenden Messströme I2 im Wesentlichen die gleiche Größe, jedoch unterschiedliche Vorzeichen aufweisen. Weiterhin sind die Hall-Sonden-Strukturen 20, 21 im Wesentlichen mit gleichem Abstand von dem stromdurchflossenen Leiterbahnabschnitt angeordnet. Durch die unterschiedlichen Richtungen der Messströme I2 und den entgegengesetzten Magnetfeldkomponenten des durch den zu messenden strombewirkten Magnetfeldes BZ(t) erhält man in beiden Hall-Sonden-Strukturen 20, 21 eine resultierende Hall-Spannung UH gleichen Vorzeichens bezüglich des durch den zu messenden Strom I1 im Leiterbahnabschnitt 22 hervorgerufenen Magnetfeldes BZ(t).In 5 another embodiment of the invention is shown schematically. In contrast to the exemplary embodiments described above, in this measuring structure there are only one conductor section through which current flows 22 shown, in the vicinity of two Hall probe structures 20 . 21 are arranged. The Hall probe structures 20 . 21 are essentially offset with respect to each other with respect to the conductor track section, so that with respect to one due to the measurement current profiles in the Hall probe structures 20 . 21 spanned plane vertical component of the magnetic field, which is induced by the current I 1 to be measured in the conductor track section, runs in opposite directions. The Hall probe structures 20 . 21 are switched so that the flowing ones Measuring currents I 2 are essentially the same size, but have different signs. Furthermore, the Hall probe structures 20 . 21 arranged essentially at the same distance from the conductor section through which current flows. Due to the different directions of the measuring currents I 2 and the opposite magnetic field components of the magnetic field B Z (t) to be measured by the current to be measured, one obtains in both Hall probe structures 20 . 21 a resulting Hall voltage U H of the same sign with respect to the current I 1 to be measured in the conductor track section 22 caused magnetic field B Z (t).

Eine solche Schaltung ist sinnvoll, um Störeinflüsse, die üblicherweise in zeitlich veränderlichen Magnetfeldern auftreten, auf die durch den zu messenden Strom bewirkte Hall-Spannung UH zu vermeiden. Zeitlich veränderliche Magnetfelder können beispielsweise durch schaltkreisinterne Ströme von Signalen in der Nähe der Messstruktur erzeugt werden. Ein in der 5 angegebenes Störmagnetfeld BS(t) wirkt sich aufgrund der entgegengesetzt gerichteten Messströme I2 in beiden Messstrukturen unterschiedlich aus. So wird in der ersten Hall-Sonden-Struktur 20 eine Erniedrigung der Hall-Spannung UH (t) um den Betrag e und in der zweiten Hall-Sonden-Struktur 21 eine Erhöhung der Hall-Spannung UH (t) um den Betrag e bewirkt. In der Summe der beiden gemessenen Hall-Spannungen UH kompensieren sich die beiden Beträge des Störmagnetfeldes.Such a circuit is useful in order to avoid interference influences, which usually occur in time-varying magnetic fields, on the Hall voltage U H caused by the current to be measured. Magnetic fields that change over time can be generated, for example, by circuit-internal currents of signals in the vicinity of the measurement structure. An Indian 5 The specified interference magnetic field B S (t) has different effects in the two measuring structures due to the oppositely directed measuring currents I 2 . So in the first Hall probe structure 20 a decrease in the Hall voltage U H (t) by the amount e and in the second Hall probe structure 21 an increase in the Hall voltage U H (t) by the amount e. The two amounts of the interference magnetic field are compensated for by the sum of the two measured Hall voltages U H.

Eine Feldbündelung durch ferromagnetische Materialien, die über den Messstrukturen angeordnet sind, könnte den Anteil der senkrecht auf die Hall-Struktur treffenden Feldlinien des Magnetfeldes und damit das Verhältnis der Hall-Spannung UH (t) zum zu messenden Strom I1 (t) deutlich erhöhen.A field bundling by ferromagnetic materials, which are arranged above the measuring structures, could clearly show the proportion of the field lines of the magnetic field perpendicular to the Hall structure and thus the ratio of the Hall voltage U H (t) to the current I 1 (t) to be measured increase.

In 6 ist eine Messschaltung zur Messung der Verbraucherleistung PV dargestellt. Dies ist möglich, wenn der Messstrom I2 nicht konstant sondern abhängig von der Spannung U1 des Verbrauchers gewählt wird. Dies kann beispielsweise durchgeführt werden, indem über einen Widerstand R die Hall-Sonden-Struktur zwischen die Versorgungspotentiale der Versorgungsspannung U1 des zu vermessenden Schaltkreis 23 geschaltet wird. Da das Diffusionsgebiet der Hall-Sonden-Struktur 4 ebenfalls einen festen nicht veränderlichen Widerstandswert aufweist, ist somit der durch die Hall-Sonden-Struktur 4 fließende Messstrom I2 proportional zur Versorgungsspannung U1. In Verbindung mit dem durch den Schaltkreis 23 fließenden Strom I1 ist eine solche Schaltung geeignet, z. B. Generatorwirkungsgrade bei unterschiedlichen Bausteinbetriebszuständen zu messen.In 6 a measuring circuit for measuring the consumer power P V is shown. This is possible if the measuring current I 2 is not chosen to be constant but as a function of the voltage U 1 of the consumer. This can be done, for example, by using a resistor R to place the Hall probe structure between the supply potentials of the supply voltage U 1 of the circuit to be measured 23 is switched. Because the diffusion area of the Hall probe structure 4 also has a fixed, non-variable resistance value, that is the one due to the Hall probe structure 4 flowing measuring current I 2 proportional to supply voltage U 1 . In conjunction with that through the circuit 23 flowing current I 1 , such a circuit is suitable, for. B. Measure generator efficiencies at different block operating states.

In 7 ist ein Blockschaltbild eines Ausschnittes einer integrierten Schaltung dargestellt, wobei eine Messschaltung 30 vorgesehen ist, die eine Hall-Sonden-Struktur wie oben beschrieben aufweist. Die Messschaltung 30 ist so in Reihe mit einem zu vermessenden Schaltkreis 31 geschaltet, dass Messschaltung 30 und Schaltkreis 31 zwischen einem hohen Versorgungspotential VDD und einem Massepotential UGND liegen. Weiterhin ist in die Messschaltung 30 ein Messstrom I2 eingeprägt, der von einer Stromquelle 32 zur Verfügung gestellt wird. Die Stromquelle 32 kann entweder intern in der integrierten Schaltung oder über einen externen Anschluss der integrierten Schaltung zur Verfügung gestellt werden. Wesentlich ist, dass der Strom I2 konstant und einen definierten, bekannten Wert aufweist.In 7 a block diagram of a section of an integrated circuit is shown, with a measuring circuit 30 is provided which has a Hall probe structure as described above. The measuring circuit 30 is in series with a circuit to be measured 31 switched that measuring circuit 30 and circuit 31 lie between a high supply potential V DD and a ground potential U GND . Furthermore is in the measuring circuit 30 a measuring current I 2 is impressed by a current source 32 is made available. The power source 32 can either be provided internally in the integrated circuit or via an external connection of the integrated circuit. It is essential that the current I 2 is constant and has a defined, known value.

Von der Messstruktur 30 wird weiterhin eine Hall-Spannung UH zwischen zwei Messanschlüssen 33 abgegriffen und einer Testschaltung zur Verfügung gestellt. Die Testschaltung ist mit einem externen Anschluss 34 der integrierten Schaltung verbunden und kann das Ergebnis der Strommessung auf verschiedene Weise zur Verfügung stellen.From the measurement structure 30 there is still a Hall voltage U H between two measuring connections 33 tapped and made available to a test circuit. The test circuit is with an external connection 34 connected to the integrated circuit and can provide the result of the current measurement in various ways.

Zum Einen ist es möglich, dass die Testschaltung 35 eine Analog-Digital-Wandlerschaltung aufweist, um die gemessene Hall-Spannung UH zu digitalisieren und den digitalisierten Spannungswert über den externen Anschluss 34 auszugeben. In einer zum Testen der integrierten Schaltung verwendeten Testereinheit (nicht gezeigt) kann dann der digitalisierte Spannungswert mit einem Referenzspannungswert verglichen werden, um herauszufinden, ob der gemessene Strom innerhalb oder außerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt. Es kann auch möglich sein, dass die Testschaltung 35 eine Verstärkerschaltung aufweist um einen verstärkten Spannungswert in analoger Weise an den externen Anschluss 34 auszugeben, wobei der ausgegebene Spannungswert im Wesentlichen proportional zur gemessenen Hall-Spannung UH ist.For one, it is possible that the test circuit 35 has an analog-digital converter circuit in order to digitize the measured Hall voltage U H and the digitized voltage value via the external connection 34 issue. In a tester unit (not shown) used to test the integrated circuit, the digitized voltage value can then be compared with a reference voltage value in order to find out whether the measured current lies within or outside a predetermined range. It may also be possible that the test circuit 35 an amplifier circuit has an amplified voltage value in an analog manner to the external connection 34 output, the output voltage value being substantially proportional to the measured Hall voltage U H.

Zum Anderen ist es möglich, dass ein Vergleich der gemessenen Hall-Spannung mit einer Referenzspannung bereits intern in der integrierten Schaltung stattfindet, wobei ein Fehlersignal an dem externen Anschluss 34 ausgegeben wird, dass angibt, ob die gemessene Hall-Spannung und damit der gemessene Strom durch den Schaltkreis 31 oberhalb bzw. unterhalb eines bestimmten, durch eine Referenzspannung vorgegebenen Wert liegt.On the other hand, it is possible that a comparison of the measured Hall voltage with a reference voltage already takes place internally in the integrated circuit, with an error signal at the external connection 34 is output that indicates whether the measured Hall voltage and thus the measured current through the circuit 31 is above or below a certain value specified by a reference voltage.

11
erster Leiterbahnabschnittfirst Trace section
22
zweiter Leiterbahnabschnittsecond Trace section
33
Verbindungsleitungconnecting line
44
Hall-Sonden-StrukturHall probes structure
55
Hall-Sonden-AnschlüsseHall probes connections
1010
Metallisierungsschichtmetallization
1111
Isolationsschichtinsulation layer
1212
Polysiliziumschichtpolysilicon layer
1313
HalbleiterschichtSemiconductor layer
1414
weitere IsolationsschichtFurther insulation layer
1515
HalbleiterbereichSemiconductor region
20, 2120 21
Hall-Sonden-StrukturHall probes structure
2222
LeiterbahnabschnittTrace section
2323
Schaltkreiscircuit
3030
Messstrukturmeasurement structure
3131
Schaltkreiscircuit
3232
Stromquellepower source
3333
Hall-Sonden-AnschlüsseHall probes connections
3434
externer Anschlussexternal connection
3535
Testschaltungtest circuit

Claims (10)

Integrierte Schaltung mit einer Messstruktur zum Messen eines Stromes (I1) in einen Schaltkreis, wobei die Messstruktur eine Leiterbahn (1, 2) aufweist, durch die der zu messende Strom (I1) fließt, wobei die Messstruktur eine Hall-Sonden-Struktur (4) aufweist, die durch einen definierten Messstrom (I1) durchflossen ist und so in unmittelbarer Nähe der Leiterbahn (1, 2) angeordnet ist, dass abhängig von einem durch den in der Leiterbahn fließenden Strom (I1) gebildeten Magnetfeld eine Hall-Spannung (UH) an der Hall-Sonden-Struktur (4) messbar ist, wobei die Hall-Spannung abhängig von dem zu messenden Strom (I1) ist.Integrated circuit with a measuring structure for measuring a current (I 1 ) in a circuit, the measuring structure being a conductor track ( 1 . 2 ) through which the current to be measured (I 1 ) flows, the measuring structure being a Hall probe structure ( 4 ) through which a defined measuring current (I 1 ) flows and so in the immediate vicinity of the conductor track ( 1 . 2 ) is arranged such that a Hall voltage (U H ) on the Hall probe structure (depending on a magnetic field formed by the current flowing in the conductor track (I 1 )) ( 4 ) is measurable, the Hall voltage depending on the current to be measured (I 1 ). Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei eine Testschaltung (35) vorgesehen ist, um die Hall-Spannung (UH) mit einer Referenzspannung zu vergleichen und um ein Fehlersignal auszugeben, das anzeigt, ob die Hall-Spannung größer oder kleiner als die Referenzspannung ist.Integrated circuit according to claim 1, wherein a test circuit ( 35 ) is provided in order to compare the Hall voltage (U H ) with a reference voltage and to output an error signal which indicates whether the Hall voltage is greater or less than the reference voltage. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei eine Testschaltung (35) mit einer Analog-Digital-Wandlerschaltung vorgesehen ist, um die Hall-Spannung in einen Spannungswert zu digitalisieren und den digitalisierten Spannungswert auszugeben.Integrated circuit according to claim 1, wherein a test circuit ( 35 ) is provided with an analog-digital converter circuit in order to digitize the Hall voltage into a voltage value and to output the digitized voltage value. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei eine Testschaltung (25) einen Verstärker aufweist, um die Hall-Spannung zu verstärken und die verstärkte Spannung auszugeben.Integrated circuit according to claim 1, wherein a test circuit ( 25 ) has an amplifier to amplify the Hall voltage and output the amplified voltage. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1, wobei in unmittelbarer Nähe der Leiterbahn (1, 2) zwei Hall-Sonden-Strukturen (20, 21) mit gleichem Abstand zur Leiterbahn (22) so angeordnet sind, dass ein durch den zu messenden Strom (I1) gebildetes Magnetfeld die Hall-Sonden-Strukturen (20, 21) in unterschiedlicher Richtung durchdringt, wobei eine Testschaltung vorgesehen ist, um durch Addieren der in den zwei Hall-Sonden-Strukturen gemessenen Hall-Spannungen den zu messenden Strom zu bestimmen.Integrated circuit according to one of claims 1, wherein in the immediate vicinity of the conductor track ( 1 . 2 ) two Hall probe structures ( 20 . 21 ) at the same distance from the conductor track ( 22 ) are arranged so that a magnetic field formed by the current to be measured (I 1 ) causes the Hall probe structures ( 20 . 21 ) penetrates in different directions, a test circuit being provided in order to determine the current to be measured by adding the Hall voltages measured in the two Hall probe structures. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Hall-Sonden-Struktur (4) als Halbleiterbereich und/oder die Leiterbahn (1, 2) als Metallisierungsbereich ausgebildet ist.Integrated circuit according to one of claims 1 to 5, wherein the Hall probe structure ( 4 ) as a semiconductor area and / or the conductor track ( 1 . 2 ) is designed as a metallization area. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine weitere Leiterbahn (1, 2) in unmittelbarer Nähe der Hall-Sonden-Struktur (4) angeordnet ist, wobei in der weiteren Leiterbahn der zu messende Strom in entgegengesetzter Richtung fließt.Integrated circuit according to one of claims 1 to 6, wherein a further conductor track ( 1 . 2 ) in the immediate vicinity of the Hall probe structure ( 4 ) is arranged, the current to be measured flowing in the opposite direction in the further conductor track. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der definierte Messstrom (I1) von einer steuerbaren Stromquelle (32) geliefert wird, die mit der Testschaltung verbunden ist, wobei die Testschaltung eine erste Hall-Spannung misst bei einem ersten angelegten definierten Messstrom und eine zweite Hall-Spannung misst bei einem zweiten definierten Messstrom, wobei der erste und der zweite definierte Messstrom die gleiche Stromstärke und verschiedene Vorzeichen aufweisen, wobei der zu messende Strom von der Differenz zwischen der ersten und der zweiten Hall-Spannung abhängt.Integrated circuit according to one of Claims 1 to 7, the defined measuring current (I 1 ) from a controllable current source ( 32 ) is supplied, which is connected to the test circuit, the test circuit measuring a first Hall voltage with a first applied defined measurement current and a second Hall voltage with a second defined measurement current, the first and the second defined measurement current having the same current strength and have different signs, the current to be measured depending on the difference between the first and the second Hall voltage. Verfahren zum Messen eines Stromes (I1) in einen Schaltkreis einer integrierten Schaltung, wobei der zu messende Strom (I1) in eine Leiterbahn (1, 2) eingeprägt wird, wobei eine Hall-Sonden-Struktur (4) in unmittelbarer Nähe der Leiterbahn (1, 2) angeordnet ist und mit einem definierten Messstrom (I2) durchflossen wird, wobei abhängig von einem durch den in der Leiterbahn (1, 2) fließenden Strom (I1) gebildeten Magnetfeld eine Hall-Spannung (UH) an der Hall-Sonden-Struktur (4) gemessen wird, wobei der zu messende Strom (I1) abhängig von der Hall-Spannung (UH) bestimmt wird.Method for measuring a current (I 1 ) in a circuit of an integrated circuit, the current (I 1 ) to be measured in a conductor track ( 1 . 2 ) is impressed, whereby a Hall probe structure ( 4 ) in the immediate vicinity of the conductor track ( 1 . 2 ) is arranged and a defined measuring current (I 2 ) flows through, depending on the current in the conductor track ( 1 . 2 ) flowing current (I 1 ) formed a Hall voltage (U H ) at the Hall probe structure ( 4 ) is measured, the current to be measured (I 1 ) being determined as a function of the Hall voltage (U H ). Verfahren nach Anspruch 9, wobei in unmittelbarer Nähe der Leiterbahn (1, 2) zwei Hall-Sonden-Strukturen mit gleichem Abstand zur Leiterbahn so angeordnet sind, dass ein durch den zu messenden Strom gebildetes Magnetfeld die Hall-Sonden-Strukturen (4) in unterschiedlicher Richtung durchfließt, wobei die resultierenden Hall-Spannungen (UH) gemessen und addiert werden, wobei der zu messende Strom aus der addierten Hall-Spannung bestimmt wird.The method of claim 9, wherein in the immediate vicinity of the conductor track ( 1 . 2 ) two Hall probe structures are arranged at the same distance from the conductor track so that a magnetic field formed by the current to be measured causes the Hall probe structures ( 4 ) flows in different directions, the resulting Hall voltages (U H ) being measured and added, the current to be measured being determined from the added Hall voltage.
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