DE112009005104B4

DE112009005104B4 - Prozess-, Spannungs- und Temperatursensor

Info

Publication number: DE112009005104B4
Application number: DE112009005104.9T
Authority: DE
Inventors: Jung Hee Lee
Original assignee: Skyworks Solutions Inc
Current assignee: Skyworks Solutions Inc
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2009-09-22
Publication date: 2022-03-03
Anticipated expiration: 2029-09-23
Also published as: TW201530272A; GB2503839B; GB201201448D0; HK1172156A1; US8049527B2; JP2014160831A; US9372222B2; HK1199329A1; GB2484442B; US8717060B2; WO2011014206A1; JP5723879B2; GB2484442A; JP2015195393A; CN104135236A; CN102576686A; GB2506538B; CN104135236B; KR20120055570A; US20140159767A1

Abstract

Integrierte Schaltung (100), mit:einem Prozesssensor (116; 200; 300), welcher zum Erfassen eines Prozessparameters, der kennzeichnend ist für einen Halbleiterprozess, in dem die integrierte Schaltung (100) gefertigt wird, und zum Bereitstellen einer auf dem erfassten Prozessparameter basierenden Charakterisierung des Halbleiterprozesses an einem Ausgang (128) des Prozesssensors (116; 200; 300) ausgelegt ist;einem mit dem Ausgang (128) des Prozesssensors (116; 200; 300) gekoppelten Temperatursensor (112; 400), welcher zur Bereitstellung einer Angabe der Temperatur der integrierten Schaltung an einem Ausgang (120; 416) des Temperatursensors (112; 400) ausgelegt ist und eine Fehlerkorrekturschaltung (402) aufweist, welche dazu ausgelegt ist, die an dem Ausgang (120; 416) des Temperatursensors (112; 400) bereitgestellte Angabe der Temperatur in Abhängigkeit von der von dem Ausgang (128) des Prozesssensors (116; 200; 300) empfangenen Charakterisierung des Halbleiterprozesses zu kompensieren; undeinem Spannungssensor (114; 500), welcher zur Bereitstellung einer Angabe eines Leistungsversorgungsspannungspegels der integrierten Schaltung (100) an einem Ausgang (124; 516) des Spannungssensors (114; 500) ausgelegt ist und eine Fehlerkorrekturschaltung aufweist, welche dazu ausgelegt ist, die an dem Ausgang (124; 516) des Spannungssensors (114; 500) bereitgestellte Angabe des Leistungsversorgungsspannungspegels in Abhängigkeit von der von dem Ausgang (128) des Prozesssensors (116; 200; 300) empfangenen Charakterisierung des Halbleiterprozesses zu kompensieren.

Description

Querverweis auf zugehörige Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität gemäß 35 U.S.C. 119(e) für die US Provisional Application mit der Seriennummer 61/229,056 , die den Titel hat „Process-, Voltage- und Temperature Sensor“, eingereicht am 28. Juli 2009.
Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Halbleitervorrichtungen, und spezieller einen Sensor, der in der Lage ist, Betriebsparameter einer Halbleitervorrichtung zu überwachen.
2. Diskussion der zugehörigen Technik
Die Performance bzw. Leistungsfähigkeit von Halbleitervorrichtungen kann sich in Abhängigkeit von den Bedingungen, unter denen die Vorrichtung verwendet wird, ändern. Beispielsweise ändern sich Leistungsfähigkeitseigenschaften, wie beispielsweise Anstiegszeit, Abfallzeit, Gewinn, Bandbreite, Linearität, Frequenzantwort, etc. der Halbleitervorrichtung typischerweise in Abhängigkeit von dem Leistungsversorgungsspannungspegel, mit dem die Vorrichtung verwendet wird, und von der Temperatur der Vorrichtung. Selbst wenn zwei Vorrichtungen vom gleichen Typ hergestellt werden, indem die gleiche Herstellungsausstattung verwendet wird, und wenn sie unter identischen Bedingungen betrieben werden, kann die eine Vorrichtung immer noch anders arbeiten als die andere. Derartige Unterschiede in der Leistungsfähigkeit treten typischerweise auf trotz der Tatsache, dass zur Bildung der Vorrichtung die gleiche Herstellungsausstattung und die gleichen Verarbeitungsschritte verwendet werden, da immer noch kleinste Unterschiede in dem Prozess, durch den jede individuelle Vorrichtung gebildet wird, auftreten können. Derartige Unterschiede in dem Prozess, durch den eine individuelle Vorrichtung gebildet wird, sind typischerweise stärker zwischen Vorrichtungen verbreitet, die auf unterschiedlichen Halbleiterwafern gebildet werden, oder zwischen Vorrichtungen, die auf unterschiedlichen Wafern und zu unterschiedlichen Zeiten (also in unterschiedlichen Stapeln, „Batches“) gebildet werden, jedoch können selbst Unterschiede zwischen Vorrichtungen auftreten, die auf dem gleichen Wafer gebildet werden (beispielsweise wenn eine erste Vorrichtung sich am Rand des Wafers befindet und die andere an einer zentraleren Stelle). Aufgrund dieser kleinen Unterschiede in dem Prozess, durch den eine individuelle Vorrichtung gebildet wird, kann die Leistungsfähigkeit einer Vorrichtung von der einer anderen abweichen.
In vielen Anwendungen sind derartige kleine Abweichungen in dem Prozess, durch den eine Vorrichtung gebildet wird, und irgendwelche resultierende Unterschiede bezüglich der Leistungsfähigkeit wenig von Bedeutung, oder können aufgrund des Designs der elektronischen Schaltung oder des Geräts, in dem die Vorrichtung verwendet wird, toleriert werden. In einigen Anwendungen können derartige Unterschiede bezüglich der Leistungsfähigkeit zwischen Vorrichtungen vom gleichen Typ jedoch den Betrieb der elektronischen Schaltung oder des Geräts, in dem die Vorrichtung verwendet wird, beeinträchtigen.
Die Druckschrift US 2008/0117702 A1 offenbart eine integrierte Schaltung mit einem PVT-Sensor, welcher momentane PVT-Zustände der Schaltung an einen Prozessor zur Auswertung abgibt.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Anmelder haben festgestellt, dass bestimmte Halbleitervorrichtungen empfindlich reagieren auf Temperatur, Spannungsversorgungspegel, und den Prozess, durch den die Vorrichtung gebildet wird. Eine derartige Empfindlichkeit kann problematisch sein, wenn die Halbleitervorrichtungen gleichen Designs und gleicher Herstellung konsistent arbeiten sollen. Entsprechend haben die Anmelder einen Sensor entwickelt, der in der Lage ist, den Spannungspegel und die Temperatur, bei denen eine Vorrichtung betrieben wird, zu erfassen, und Parameter zu erfassen, die kennzeichnend für den Prozess sind, durch den die Vorrichtung hergestellt wird, um die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung zu charakterisieren. Diese Information kann dann verwendet werden, um die Vorrichtung zu kompensieren, um eine konsistentere Leistungsfähigkeit zwischen unterschiedlichen Vorrichtungen mit gleichem Design und gleicher Herstellung sicherzustellen, ungeachtet der Performanceunterschiede zwischen den Vorrichtungen, Unterschieden in der Temperatur oder der Versorgungsspannung, bei denen die Vorrichtungen betrieben werden, oder alles obige zusammen genommen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine integrierte Schaltung geschaffen. Die integrierte Schaltung enthält einen Prozesssensor, einen Temperatursensor und einen Spannungssensor. Der Prozesssensor ist gestaltet, um einen Prozessparameter zu erfassen, der für einen Halbleiterprozess, durch den die integrierte Schaltung gebildet wird, kennzeichnend ist, und um basierend auf dem erfassten Prozessparameter eine Charakterisierung des Halbleiterprozesses an einem Ausgabe des Prozesssensors bereitzustellen. Der Temperatursensor ist gestaltet bzw. aufgebaut, um eine Angabe einer Temperatur der integrierten Schaltung an einem Ausgang des Temperatursensors bereitzustellen. Der Spannungssensor ist gestaltet, um eine Angabe eines Leistungsversorgungsspannungspegels der integrierten Schaltung an einem Ausgang des Spannungssensors bereitzustellen. Der Ausgang des Prozesssensors ist mit mindestens einem von dem Temperatursensor und dem Spannungssensor elektrisch gekoppelt, um mindestens eine Angabe von der Temperatur und des Leistungsversorgungsspannungspegels in Antwort auf die Charakterisierung des Halbleiterprozesses zu kompensieren.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Ausgang des Prozesssensors mit beiden, dem Temperatursensor und dem Spannungssensor elektrisch gekoppelt, um beides, die Angabe der Temperatur und die Angabe des Leistungsversorgungsspannungspegels, in Antwort auf die Charakterisierung des Halbleiterprozesses zu kompensieren.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel stellt der Prozesssensor die Charakterisierung des Halbleiterprozesses jedes Mal bereit, wenn der Prozesssensor eingeschaltet bzw. mit Leistung versorgt wird. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Temperatursensor aufgebaut, um die Angabe der Temperatur der integrierten Schaltung an dem Ausgang des Temperatursensors dynamisch bereitzustellen, und der Spannungssensor ist gestaltet, um die Angabe des Leistungsversorgungsspannungspegels der integrierten Schaltung am Ausgang des Spannungssensors dynamisch bereitzustellen.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel enthält die integrierte Schaltung eine zugehörige Halbleitervorrichtung, die mit dem Prozesssensor, dem Temperatursensor und dem Spannungssensor gemeinsam bzw. allgemein gebildet wird, indem die gleichen Halbleiterprozessherstellungsschritte verwendet werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die zugehörige Halbleitervorrichtung programmierbar. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die zugehörige Halbleitervorrichtung in Antwort auf die Charakterisierung des Halbleiterprozesses, die durch den Prozesssensor bereitgestellt wird, die Angabe der Temperatur, die durch den Temperatursensor bereitgestellt wird, und die Angabe des Leistungsversorgungsspannungspegels, die durch den Spannungssensor bereitgestellt wird, kompensiert.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel enthält die integrierte Schaltung ferner eine Algorithmuszustandsmaschine. Die Algorithmuszustandsmaschine ist elektrisch mit dem Ausgang des Prozesssensors, dem Ausgang des Temperatursensors, dem Ausgang des Spannungssensors und einem programmierbaren Eingang der zugehörigen Halbleitervorrichtung gekoppelt. Die Algorithmuszustandsmaschine ist gestaltet, um die zugehörige Halbleitervorrichtung in Antwort auf die Charakterisierung des Halbleiterprozesses, die durch den Prozesssensor bereitgestellt wird, die Angabe der Temperatur, die durch den Temperatursensor bereitgestellt wird, und die Angabe des Leistungsversorgungsspannungspegels, die durch den Spannungssensor bereitgestellt wird, zu kompensieren. In einem weiteren Ausführungsbeispiel enthält die zugehörige Halbleitervorrichtung einen programmierbaren Gewinnverstärker, und die Algorithmuszustandsmaschine enthält einen Eingang zum Empfangen einer Betriebseinstellung, die kennzeichnend ist für mindestens einen Gewinn und/oder eine Frequenzantwort des programmierbaren Gewinnverstärkers. Die Algorithmuszustandsmaschine ist gestaltet, um den programmierbaren Gewinnverstärker in Antwort auf die Charakterisierung des Halbleiterprozesses, die durch den Prozesssensor bereitgestellt wird, die Angabe der Temperatur, die durch den Temperatursensor bereitgestellt wird, und die Angabe des Leistungsversorgungsspannungspegels, die durch den Spannungssensor bereitgestellt wird, gemäß der Betriebseinstellung zu kompensieren.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel enthält die integrierte Schaltung ferner mindestens ein Interface bzw. eine Schnittstelle, die mit dem Ausgang des Prozesssensors, dem Ausgang des Temperatursensors, dem Ausgang des Spannungssensors und einem programmierbaren Eingang der zugehörigen Halbleitervorrichtung elektrisch gekoppelt ist. Die Schnittstelle ist gestaltet, um die Charakterisierung des Halbleiterprozesses, die durch den Prozesssensor bereitgestellt wird, die Angabe der Temperatur, die durch den Temperatursensor bereitgestellt wird, und die Angabe des Leistungsversorgungsspannungspegels, die durch den Spannungssensor bereitgestellt wird, an eine externe Vorrichtung zu geben, und von der externen Vorrichtung eine kompensierte Betriebseinstellung zu empfangen, zur Bereitstellung an dem programmierbaren Eingang der zugehörigen Halbleitervorrichtung.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel hat die zugehörige Halbleitervorrichtung einen Ausgang, um ein Ausgangssignal bereitzustellen. Die integrierte Schaltung enthält ferner mindestens eine Schnittstelle, die mit dem Ausgang des Prozesssensors, dem Ausgang des Temperatursensors und dem Ausgang des Spannungssensors elektrisch gekoppelt ist. Die mindestens eine Schnittstelle ist gestaltet, um die Charakterisierung des Halbleiterprozesses, die durch den Prozesssensor bereitgestellt wird, die Angabe der Temperatur, die von dem Temperatursensor bereitgestellt wird, und die Angabe des Leistungsversorgungsspannungspegels, die durch den Spannungssensor bereitgestellt wird, an einer externen Vorrichtung bereitzustellen, um der externen Vorrichtung zu erlauben, das Ausgangssignal der zugehörigen Halbleitervorrichtung basierend auf der Charakterisierung des Halbleiterprozesses, der Angabe der Temperatur und der Angabe des Leistungsversorgungsspannungspegels zu kompensieren.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren geschaffen zum Überwachen einer Halbleitervorrichtung, die gemäß einem Halbleiterprozess gebildet wird. Das Verfahren enthält Schritte des Erfassens eines Prozessparameters, der für den Halbleiterprozess, durch den die Halbleitervorrichtung gebildet wird, kennzeichnend ist, und des Charakterisierens des Halbleiterprozesses basierend auf dem erfassten Prozessparameter. Das Verfahren enthält ferner ein Erfassen einer Temperatur der Halbleitervorrichtung, ein Erfassen eines Leistungsversorgungsspannungspegels, der der Halbleitervorrichtung bereitgestellt wird, und ein Kompensieren von mindestens der erfassten Temperatur der Halbleitervorrichtung und/oder des erfassten Leistungsversorgungsspannungspegels, der der Halbleitervorrichtung bereitgestellt wird, in Antwort auf den Schritt des Charakterisierens.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel enthält der Schritt des Kompensierens einen Schritt des Kompensierens von sowohl der erfassten Temperatur der Halbleitervorrichtung als auch des erfassten Leistungsversorgungsspannungspegels, der der Halbleitervorrichtung bereitgestellt wird, in Antwort auf den Schritt des Charakterisierens. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel werden die Schritte des Erfassens des Prozessparameters, des Erfassens der Temperatur, des Erfassens des Leistungsversorgungsspannungspegels, der der Halbleitervorrichtung bereitgestellt wird, und des Kompensierens von sowohl der erfassten Temperatur der Halbleitervorrichtung als auch des erfassten Leistungsversorgungsspannungspegels, der der Halbleitervorrichtung bereitgestellt wird, dynamisch in Antwort auf den Schritt des Charakterisierens durchgeführt.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel enthält der Schritt des Charakterisierens des Halbleiterprozesses einen Schritt des Charakterisierens des Halbleiterprozesses als schnell, soll oder langsam.
Gemäß einem anderen Ausfuhrungsbeispiel ist die Halbleitervorrichtung eine programmierbare Halbleitervorrichtung und das Verfahren enthält ferner einen Schritt des Einstellens von mindestens einem programmierbaren Parameter der Halbleitervorrichtung in Antwort auf die kompensierte erfasste Temperatur, den kompensierten erfassten Leistungsversorgungsspannungspegel, und den charakterisierten Halbleiterprozess. In einem weiteren Ausführungsbeispiel enthält der Schritt des Einstellens Schritte des Empfangens einer Betriebseinstellung für die programmierbare Halbleitervorrichtung, des Indexierens der Betriebseinstellung mit der kompensierten erfassten Temperatur, dem kompensierten erfassten Leistungsversorgungsspannungspegel und dem charakterisierten Halbleiterprozess, um eine kompensierte Betriebseinstellung zu bestimmen, und des Bereitstellens der kompensierten Betriebseinstellung an der programmierbaren Halbleitervorrichtung, um den mindestens einen programmierbaren Parameter einzustellen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die Schritte des Empfangens, Indexierens und Bereitstellens für eine gleiche integrierte Schaltung wie die programmierbare Halbleitervorrichtung durchgeführt. In einem alternativen Ausführungsbeispiel werden die Schritte des Empfangens und Indexierens durch einen Prozessor durchgeführt, der sich auf einer anderen integrierten Schaltung als die programmierbare Halbleitervorrichtung befindet.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Halbleiterprozesssensor geschaffen zur Charakterisierung eines Halbleiterprozesses, durch den der Halbleiterprozesssensor gebildet wurde. Der Halbleiterprozesssensor enthält eine konstante Referenzspannungsquelle, einen Prozesserfassungswiderstand, eine konstante Stromquelle und einen analog-zu-digital Wandler. Die konstante Referenzspannungsquelle hat einen Ausgang, um ein konstantes Referenzspannungssignal bereitzustellen. Der Prozesserfassungswiderstand hat einen ersten Anschluss, der mit dem Ausgang der konstanten Referenzspannungsquelle elektrisch gekoppelt ist, und einen zweiten Anschluss, um ein erfasstes Spannungssignal bereitzustellen, wobei der Prozesserfassungswiderstand einen Widerstand hat, der von mindestens einer Abweichung in dem Halbleiterprozess, der verwendet wird, um den Halbleiterprozesssensor zu bilden, abhängt. Die konstante Stromquelle ist mit dem zweiten Anschluss des Prozesserfassungswiderstandes elektrisch gekoppelt. Der analog-zu-digital Wandler ist mit dem zweiten Anschluss des Prozesserfassungswiderstandes gekoppelt, um mindestens ein Ausgangssignal bereitzustellen, das den Halbleiterprozess charakterisiert, durch den der Halbleiterprozesssensor gebildet wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel enthält der Prozesssensor ferner einen Spannungsteiler, der einen Eingang, der mit dem Ausgang der konstanten Referenzspannungsquelle elektrisch gekoppelt ist, und einen Ausgang aufweist. Der Spannungsteiler enthält eine Mehrzahl von Widerständen, die zwischen den Eingang des Spannungsteilers und den Ausgang des Spannungsteilers in Serie geschaltet sind. Der analog-zu-digital Wandler ist zusätzlich mit dem Spannungsteiler gekoppelt, wobei der Spannungsteiler mindestens eine Spannung dem analog-zu-digital Wandler als ein Referenzspannungssignal bereitstellt. Gemäß einem weiteren Aspekt dieses Ausführungsbeispiels hat jeder der Widerstände des Spannungsteilers im Wesentlichen die gleiche Höhe, Breite und Länge, und der Prozesserfassungswiderstand hat eine Höhe und eine Breite. Die Höhe des Prozesserfassungswiderstandes ist ungefähr die gleiche wie die Höhe jedes Widerstands des Spannungsteilers, und die Breite des Prozesserfassungswiderstandes ist im Wesentlichen kleiner als die Breite von jedem der Widerstände des Spannungsteilers.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel enthält der Prozesssensor ferner einen Spannungsteiler, der einen Eingang, der elektrisch mit dem Ausgang der konstanten Referenzspannungsquelle gekoppelt ist, und einen Ausgang aufweist. Der Spannungsteiler stellt eine Mehrzahl von unterschiedlichen Referenzspannungssignalen bereit. Der analog-zu-digital Wandler enthält mindestens einen Komparator, der einen ersten Eingang aufweist, der mit dem Spannungsteiler elektrisch gekoppelt ist, um ein erstes Referenzspannungssignal von der Mehrzahl der unterschiedlichen Referenzspannungssignale zu empfangen, einen zweiten Eingang, der mit dem Spannungsteiler elektrisch gekoppelt ist, um ein zweites Referenzspannungssignal von der Mehrzahl der unterschiedlichen Spannungssignale zu empfangen, und einen dritten Eingang, der mit dem zweiten Anschluss des Prozesserfassungssensors elektrisch gekoppelt ist, um das erfasste Spannungssignal zu empfangen. Der mindestens eine Komparator ist gestaltet, um das erfasste Spannungssignal mit dem ersten und zweiten Spannungsreferenzsignal zu vergleichen und mindestens ein Komparatorausgangssignal bereitzustellen, wobei das mindestens eine Komparatorausgangssignal das mindestens eine Ausgangssignal ist, das den Halbleiterprozess, durch den der Halbleiterprozesssensor gebildet wird, charakterisiert.
Gemäß einem weiteren Aspekt dieses Ausführungsbeispiels enthält der Spannungsteiler eine Mehrzahl von Serienwiderständen, die elektrisch zwischen den Eingang und den Ausgang des Spannungsteilers geschaltet sind. Die Mehrzahl der Serienwiderstände enthält einen ersten Widerstand, einen zweiten Widerstand, einen dritten Widerstand und einen vierten Widerstand. Der erste Widerstand hat einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss, wobei der erste Anschluss des ersten Widerstands elektrisch mit dem Eingang des Spannungsteilers und mit dem ersten Anschluss des Prozesserfassungswiderstands gekoppelt ist, und der zweite Anschluss des ersten Widerstands elektrisch mit dem ersten Eingang des mindestens einen Komparators gekoppelt ist. Der zweite Widerstand hat einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss, wobei der erste Anschluss des zweiten Widerstands elektrisch mit dem zweiten Anschluss des ersten Widerstands gekoppelt ist. Der dritte Widerstand hat einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss, wobei der erste Anschluss des dritten Widerstands elektrisch mit dem zweiten Anschluss des zweiten Widerstands gekoppelt ist, und der zweite Anschluss des dritten Widerstands elektrisch mit dem zweiten Eingang des mindestens einen Komparators gekoppelt ist. Der vierte Widerstand hat einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss, wobei der erste Anschluss des vierten Widerstands elektrisch mit dem zweiten Anschluss des dritten Widerstands gekoppelt ist, und der zweite Anschluss des vierten Widerstands elektrisch mit dem Ausgang des Spannungsteilers gekoppelt ist. In einem weiteren Aspekt dieses Ausführungsbeispiels ist der zweite Anschluss des zweiten Widerstands elektrisch mit einem Eingang der konstanten Referenzspannungsquelle gekoppelt.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel enthält der mindestens eine Komparator einen ersten Komparator und einen zweiten Komparator. Der erste Komparator hat einen ersten Eingang, um das erste Referenzspannungssignal zu empfangen, und einen zweiten Eingang, um das erfasste Spannungssignal zu empfangen. Der erste Komparator ist gestaltet zum Vergleichen des erfassten Spannungssignals mit einem ersten Referenzspannungssignal und zum Bereitstellen eines ersten Komparatorausgangssignals in Antwort auf das erfasste Spannungssignal, das größer ist als das erste Referenzspannungssignal, und zum Bereitstellen eines zweiten Komparatorausgangssignals in Antwort auf das erfasste Spannungssignal, das kleiner ist als das erste Referenzspannungssignal. Der zweite Komparator hat einen ersten Eingang zum Empfangen des zweiten Referenzspannungssignals und einen zweiten Eingang zum Empfangen des erfassten Spannungssignals. Der zweite Komparator ist gestaltet zum Vergleichen des erfassten Spannungssignals mit dem zweiten Referenzspannungssignal und zum Bereitstellen eines dritten Komparatorausgangssignals in Antwort auf das erfasste Spannungssignal, das größer ist als das zweite Referenzspannungssignal, und zum Bereitstellen eines vierten Komparatorausgangssignals in Antwort auf das erfasste Spannungssignal, das kleiner ist als das zweite Referenzspannungssignal.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel enthält der Halbleiterprozesssensor ferner einen Kodierer. Der Kodierer hat einen ersten Eingang zum Empfangen des ersten Komparatorausgangssignals, einen zweiten Eingang zum Empfangen des zweiten Komparatorausgangssignals, einen dritten Eingang zum Empfangen des dritten Komparatorausgangssignals, und einen vieren Eingang zum Empfangen des vierten Komparatorausgangssignals. Der Kodierer ist gestaltet zur Behauptung eines ersten Ausgangssignals in Antwort auf das erfasste Spannungssignal, das größer als das erste Referenzspannungssignal ist, zum Behaupten eines zweiten Ausgangssignals in Antwort auf das erfasste Spannungssignal, das kleiner als das erste Referenzspannungssignal und größer als das zweite Referenzspannungssignal ist, und zum Behaupten eines dritten Ausgangssignals in Antwort auf das erfasste Spannungssignal, das kleiner als das zweite Referenzspannungssignal ist. Gemäß einem weiteren Aspekt dieses Ausführungsbeispiels ist die Halbleitervorrichtung als schnell charakterisiert in Antwort auf die Behauptung des ersten Ausgangssignals durch den Kodierer, der Halbleiterprozess ist als Soll charakterisiert in Antwort auf die Behauptung des zweiten Ausgangssignals durch den Kodierer, und der Halbleiterprozess ist als langsam charakterisiert in Antwort auf die Behauptung des dritten Ausgangssignals durch den Kodierer.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren des Charakterisierens eines Halbleiterprozesses, durch den ein Halbleiterprozesssensor gebildet wird, geschaffen. Das Verfahren enthält Schritte, um einem Spannungsteiler und einem Prozesserfassungswiderstand eine im Wesentlichen konstante Referenzspannung bereitzustellen, um eine Mehrzahl von unterschiedlichen Referenzspannungen in dem Spannungsteiler basierend auf der im Wesentlichen konstanten Referenzspannung zu erzeugen, und um eine erfasste Spannung, die über dem Prozesserfassungswiderstand abfällt, basierend auf der im Wesentlichen konstanten Referenzspannung zu bestimmen, wobei ein Widerstand des Prozesserfassungswiderstands mindestens abhängt von einer Änderung in dem Halbleiterprozess, der verwendet wird, um den Halbleiterprozesssensor zu bilden. Das Verfahren enthält ferner ein Vergleichen der Mehrzahl von unterschiedlichen Referenzspannungen mit der erfassten Spannung, und ein Charakterisieren des Halbleiterprozesses, durch den der Halbleiterprozesssensor gebildet wird, basierend auf dem Schritt des Vergleichens.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel enthält der Schritt des Erzeugens einen Schritt des Erzeugens einer ersten Referenzspannung und einer zweiten Referenzspannung, und der Schritt des Vergleichens enthält einen Schritt des Vergleichens der erfassten Spannung mit der ersten Referenzspannung und der zweiten Referenzspannung. In einem weiteren Ausführungsbeispiel enthält der Schritt des Charakterisierens Schritte des Charakterisierens des Halbleiterprozesses als schnell in Antwort auf die erfasste Spannung, die größer ist als die erste Referenzspannung, ein Charakterisieren des Halbleiterprozesses als soll in Antwort auf die erfasste Spannung, die kleiner ist als die erste Referenzspannung und größer als die zweite Referenzspannung, und ein Charakterisieren des Halbleiterprozesses als langsam in Antwort auf die erfasste Spannung, die kleiner als die zweite Referenzspannung ist. In einem noch weiteren Ausführungsbeispiel enthält das Verfahren ferner ein Behaupten eines ersten Ausgangssignals in Antwort darauf, dass der Halbleiterprozess als schnell charakterisiert wird, ein Behaupten eines zweiten Ausgangssignals in Antwort darauf, dass der Halbleiterprozess als soll charakterisiert wird, und ein Behaupten eines dritten Ausgangssignals in Antwort darauf, dass der Halbleiterprozess als langsam charakterisiert wird.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen sollen nicht als maßstabsgetreu angesehen werden. In den Zeichnungen ist jede identische oder nahezu identische Komponente, die in verschiedenen Figuren dargestellt ist, durch ein gleiches Bezugszeichen repräsentiert. Für Zwecke der Klarheit kann es sein, dass nicht jede Komponente in jeder Zeichnung benannt ist. Es zeigen:

1 ein Blockdiagramm eines Prozess-, Spannungs- und Temperatursensors (PVT-Sensor) gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Prozesssensors, der in dem PVT-Sensor von 1 brauchbar ist;
3 ein detaillierteres schematisches Diagramm des Prozesssensors von 2;
4 ein Blockdiagramm eines Temperatursensors, der in dem PVT-Sensor von 1 brauchbar ist;
4A ein detaillierteres schematisches Diagramm eines Bereichs des Temperatursensors von 4;
5 ein Blockdiagramm eines Spannungssensors, der in dem PVT-Sensor von 1 brauchbar ist;
5A ein detaillierteres schematisches Diagramm eines Bereichs des Spannungssensors von 5;
6 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens des Betriebs des Prozess-, Spannungs- und Temperatursensors von 1;
7 ein Blockdiagramm eines beispielhaften programmierbaren Gewinnverstärkers mit einer on-chip-Nachschlage/Zustands-Maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8 ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Verstärkers oder Dämpfers in dem programmierbaren Gewinnverstärker von 7;
9 einen Bereich einer Nachschlagetabelle gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
10 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens des Betriebs des programmierbaren Gewinnverstärkers von 6;
11 ein Blockdiagramm eines beispielhaften programmierbaren Gewinnverstärkers mit einer Off-Chip Firmware-Nachschlagetabelle und einer Busschnittstelle gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
12 ein Blockdiagramm eines programmierbaren Gewinnverstärkers mit einer Off-Chip Firmware-Nachschlagetabelle gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
13 ein Flussdiagramm eines Verfahrens des Betriebs der programmierbaren Gewinnverstärker von den 11 und 12.

Detaillierte Beschreibung
In vielen Halbleitervorrichtungsanwendungen ist es für eine Halbleitervorrichtung von Vorteil ein konsistentes Ausgangssignal bereitzustellen. Beispielsweise verlangen Kabelfernsehsysteme (CATV) einen programmierbaren Gewinnverstärker (PGA = Programmable Gain Amplifier) für einen Upstream, der ein konsistentes Ausgangssignal bereitstellt und beibehält (ausgedrückt in Leistungsfähigkeitscharakteristiken wie beispielsweise DC-Gewinn, Gewinnbandbreite, Gewinnflachheit bzw. Gain Flatness, Frequenzkompensation, Linearität, etc.), um sicherzustellen, dass Downstream-Komponenten zuverlässig oder effizient arbeiten. In derartigen Anwendungen kann es ferner verlangt sein, ein konsistentes Ausgangssignal über verschiedenen Vorrichtungen des gleichen Designs und der gleichen Herstellung bereitzustellen. Obwohl individuelle Vorrichtungen getestet werden können, um Leistungsfähigkeiteigenschaften bzw. Charakteristiken zu bestimmen, und dann sortiert werden, um verschiedene Vorrichtungen, die ähnliche Leistungsfähigkeitseigenschaften haben, einem Endbenutzer bereitzustellen, erhöht ein derartiges Testen und Sortieren typischerweise die Kosten der Vorrichtung. Ferner versagt ein derartiges Testen dabei, Unterschiede in der Umgebung, in der die Vorrichtung verwendet wird, zu berücksichtigen, so dass Unterschiede in dem Versorgungsspannungspegel und/oder der Temperatur, bei denen die Vorrichtung betrieben wird, immer noch zur Folge haben können, dass eine Vorrichtung anders arbeitet als eine andere.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung richten sich an einen Prozess-, Spannungs- und Temperatursensor (PVT-Sensor), der gestaltet ist zum Erfassen von Prozessparametern, die kennzeichnend sind für den Prozess, durch den der PVT-Sensor produziert wird, den Leistungsversorgungsspannungspegel, bei dem der PVT-Sensor betrieben wird, und die Temperatur, bei der der PVT betrieben wird. Der PVT-Sensor wird vorzugsweise auf der gleichen integrierten Schaltung implementiert, wie eine zugehörige Vorrichtung, und wird durch die gleichen Verarbeitungsschritte gebildet, wie die zugehörige Vorrichtung, so dass die Parameter, die von dem PVT-Sensor erfasst werden, exakt diejenigen der zugehörigen Vorrichtung reflektieren. Der PVT-Sensor und die zugehörige Vorrichtung können jedoch auf separaten integrierten Schaltungen implementiert sein. Wenn der PVT-Sensor und die zugehörige Vorrichtung auf separaten integrierten Schaltungen implementiert sind, kann der PVT-Sensor immer noch verwendet werden, um Parameter zu erfassen, die exakt diejenigen der zugehörigen Vorrichtung reflektieren. Wenn der PVT-Sensor beispielsweise in naher Umgebung der zugehörigen Vorrichtung angeordnet wird, oder auf einem gemeinsamen Substrat mit der zugehörigen Vorrichtung montiert wird, und die jeweilige Spannungsversorgung durch die gleiche Leistungsversorgung bereitgestellt wird, reflektieren die Spannungs- und Temperaturparameter, die von dem PVT-Sensor erfasst werden, exakt diejenigen der zugehörigen Vorrichtung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem der PVT-Sensor und die zugehörige Vorrichtung auf der gleichen integrierten Schaltung und durch die gleichen Verarbeitungsschritte gebildet sind, werden die erfassten Prozessparameter, die kennzeichnend sind für den Prozess, durch den die zugehörige Vorrichtung gebildet wird, verwendet, um die Leistungsfähigkeit der zugehörigen Vorrichtung qualitativ zu charakterisieren, und Ausgangssignale, die die Leistungsfähigkeit der zugehörigen Vorrichtung, die erfasste Betriebsleistungsversorgungsspannungspegel der zugehörigen Vorrichtung und die erfasste Betriebstemperatur der zugehörigen Vorrichtung betreffen, werden bereitgestellt. Diese Ausgangssignale können verwendet werden zum Gestalten der zugehörigen Vorrichtung, um die zugehörige Vorrichtung zu kompensieren zum Bereitstellen einer konsistenteren Ausgabe, ungeachtet der Leistungsfähigkeitsunterschiede zwischen unterschiedlichen Chips des gleichen Designs und gleicher Herstellung, und ungeachtet der Unterschiede in den Bedingungen, unter denen die Vorrichtung betrieben wird. In einem Ausführungsbeispiel ist mindestens ein Bereich der zugehörigen Vorrichtung programmierbar und der Bereich ist programmierbar in Antwort auf die Ausgangssignale, um die zugehörige Vorrichtung zu kompensieren zum Bereitstellen einer konsistenten Ausgabe. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine Vorrichtung stromabwärts von der zugehörigen Vorrichtung gestaltet in Antwort auf die Ausgangssignale, um die Leistungsfähigkeitsunterschiede in der zugehörigen Vorrichtung zu kompensieren.
Bezugnehmend auf 1 ist ein Blockdiagramm einer Schaltung 100 gezeigt, die gestaltet ist, um (z.B. physikalisch, elektrisch oder beides) an eine zugehörige Halbleitervorrichtung (nicht gezeigt) gekoppelt zu werden, enthaltend einen PVT-Sensor 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der PVT-Sensor 102 ist an eine Spannungsreferenzschaltung 104 gekoppelt. Wie nachfolgend genauer diskutiert enthält die Spannungsreferenzschaltung 104 eine Bandlücken(BandGap)-Spannungsreferenzquelle 106, die mit einem allgemeinen LDO (= Low-Dropout)-Regler 108 gekoppelt ist. Der PVT-Sensor 102 enthält einen Temperatursensor 112, einen Spannungssensor 114, einen Prozesssensor 116 und eine Vorspannschaltung 103. Der Prozesssensor 116 hat eine Mehrzahl von Eingängen, enthaltend einen Eingang 126a, der mit einem Ausgang 111 der Vorspannungsschaltung 103 gekoppelt ist, und einen Eingang 126b, der an einen Ausgang 110 der Spannungsreferenzschaltung 104 gekoppelt ist. Der Temperatursensor 112 hat eine Mehrzahl von Eingängen, enthaltend einen Eingang 118a, der mit dem Ausgang 111 der Vorspannschaltung 103 gekoppelt ist, einen Eingang 118b, der mit dem Ausgang 110 der Referenzspannungsschaltung 104 gekoppelt ist, und einen Eingang 118c, der mit einem Ausgang 128 des Prozesssensors 116 gekoppelt ist. Der Spannungssensor 114 hat eine Mehrzahl von Eingängen, enthaltend einen Eingang 122a, der mit dem Ausgang 111 der Vorspannschaltung 103 gekoppelt ist, einen Eingang 122b, der mit dem Ausgang 110 der Spannungsreferenzschaltung 104 gekoppelt ist, und einen Eingang 122c, der mit dem Ausgang 128 des Prozesssensors 116 gekoppelt ist. Wie in 1 dargestellt, ist die Vorspannschaltung 103 in dem PVT-Sensor 102 enthalten; in einem anderen Ausführungsbeispiel jedoch kann die Vorspannschaltung 103 nicht in dem PVT-Sensor 102 enthalten sein.
Die Spannungsreferenzschaltung 104 liefert mehrere stabile Referenzspannungen an den Temperatursensor 112, den Spannungssensor 114 und den Prozesssensor 116. Eine herkömmliche Bandlücken- bzw. Bandgap-Referenz 106 arbeitet als eine Referenz für einen herkömmlichen LDO-Spannungsregler 108, derart, dass Ausgangssignale von der Spannungsreferenzschaltung 104 bezüglich Temperatur und Leistungsversorgungsspannung stabil sind, beispielsweise 3,3 V. Die Vorspannungsschaltung 103, die auf die Spannungsreferenzschaltung 104 reagiert, liefert mehrere stabile Vorspannungsströme und -spannungen an den Temperatursensor 112, den Spannungssensor 114 und den Prozesssensor 116. Es sei verstanden, dass die Spannungsreferenzschaltung und die Vorspannungsschaltung 103 mit dem PVT-Sensor 102 integriert oder separat davon ausgebildet sein können. Zur Einfachheit sind einige der Verbindungsdetails zwischen der Vorspannungsschaltung 103 und den Sensoren 112-116 nicht in späteren Figuren gezeigt.
Wie nachfolgend in Verbindung mit den 2 und 3 genauer erklärt, ist der Prozesssensor 116 gestaltet zum Erfassen bzw. Messen von Prozessparametern, die kennzeichnend sind für den Prozess, durch den der PVT-Sensor (und eine zugehörige, gemeinsam gebildete Halbleitervorrichtung) hergestellt wird, und zum Bereitstellen einer Charakterisierung dieses Prozesses an dem Ausgang 128. In einem Ausführungsbeispiel ist die Charakterisierung des Prozesses eine 3-Bit Zahl, bei der einer der drei Werte die „Geschwindigkeit“ des Prozesses angibt, also die relative Leistungsfähigkeit bzw. Performance der Transistoren und anderer gebildeter Vorrichtungen bezüglich eines Leistungsfähigkeitsdesignnennwerts für einen gegebenen Herstellungsprozess, beispielsweise Transistorgewinn, Polysiliziumleitfahigkeit, implantierte Dosis, etc. Ein erstes Bit ist beispielsweise auf High gesetzt und die anderen zwei Bits sind auf Low gesetzt, wenn bestimmt wird, dass die Prozessgeschwindigkeit langsam ist verglichen mit dem Sollwert (im Folgenden als „langsamer“ Prozess bezeichnet). Ein zweites Bit ist auf High gesetzt und die anderen zwei Bits sind auf Low gesetzt, wenn bestimmt wird, dass die Prozessgeschwindigkeit ein Sollwert ist (im Folgenden als „soll“ Prozess bezeichnet). Ein drittes Bit ist auf High gesetzt und die anderen zwei Bits sind auf Low gesetzt, wenn bestimmt wird, dass die Prozessgeschwindigkeit schnell ist (im Folgenden als „schneller“ Prozess bezeichnet). Es sei erwähnt, dass in anderen Ausführungsbeispielen die Prozesscharakterisierung irgendeine Anzahl von Bits oder Werten enthalten kann, und unterschiedlich kodiert werden kann, und für einen Prozessparameter kennzeichnend sein kann, der ein anderer ist als Geschwindigkeit, beispielsweise Kapazität.
Wie nachfolgend in Verbindung mit den 4 und 4A genauer erklärt, ist der Temperatursensor 112 gestaltet zum Erfassen bzw. Messen der Die-Temperatur bzw. der Chiptemperatur des PVT-Sensors (und der zugehörigen algemein geformten Halbleitervorrichtung) und zum Bereitstellen einer Angabe der Chiptemperatur des PVT-Sensors und der zugehörigen Halbleitervorrichtung an dem Ausgang 120. In einem Ausführungsbeispiel enthält die Angabe der Temperatur fünf Bits, die einen Temperaturbereich von -40 °C bis 85 °C darstellen. Die fünf Bits (angeordnet von 00000 bis 11111) repräsentieren 32 unterschiedliche Unterteilungen des Temperaturbereichs, über den die Angabe der Chiptemperatur des PVT-Sensors (und der zugehörigen allgemein geformten Halbleitervorrichtung) betrieben werden kann. Es sei erwähnt, dass die Angabe der Chiptemperatur irgendeine Anzahl von Bits umfassen kann, irgendeinen Temperaturbereich darstellen kann und in irgendeine Anzahl von kleineren (oder größeren) Schritten unterteilt sein kann. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann beispielsweise die Angabe der Temperatur sechs Bits enthalten, die einen Temperaturbereich von -20 °C bis 65 °C darstellen. Die sechs Bits (angeordnet von 000000 bis 111111) können 64 unterschiedliche Unterteilungen des Temperaturbereichs repräsentieren. Es sei erwähnt, dass die Unterteilungen gleichmäßig sein können, müssen es aber nicht.
Wie nachfolgend in Verbindung mit den 5 und 5A genauer erklärt, ist der Spannungssensor 114 gestaltet zum Erfassen bzw. Messen der Spannung der Leistungsversorgung (nicht gezeigt) des PVT-Sensors (und der zugehörigen allgemein gebildeten Halbleitervorrichtung), und zum Bereitstellen einer Angabe des Leistungsversorgungsspannungspegels an dem Ausgang 124. In einem Ausführungsbeispiel enthält die Angabe des Leistungsversorgungsspannungspegels vier Bits, die einen Spannungsbereich von 4,5 Volt bis 5,5 Volt darstellen. Die vier Bits (0000 bis 1111) repräsentieren 16 unterschiedliche Unterteilungen des Spannungsbereichs, in dem die Angabe des Leistungsversorgungsspannungspegels des PVT-Sensors (und der zugehörigen allgemein gebildeten Halbleitervorrichtung) arbeitet. Es sei erwähnt, dass die Angabe des Leistungsversorgungsspannungspegels irgendeine Anzahl von Bits umfassen kann, irgendeinen Spannungsbereich darstellen kann, und in irgendeine Anzahl von kleineren (oder größeren) gleichmäßigen oder ungleichmäßigen Schritten unterteilt sein kann. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann beispielsweise die Angabe des Leistungsversorgungsspannungspegels drei Bits enthalten, die einen Spannungsbereich von 4,7 Volt bis 5,2 Volt darstellen. Die drei Bits (000 bis 111) können acht verschiedene Unterteilungen des Spannungsbereichs darstellen.
Weitere Details des Prozesssensors 116 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden jetzt unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Der Prozesssensor 200 enthält eine konstante Referenzspannungsquelle 202, die der Spannungsreferenzschaltung 104 (1) entspricht, ein Prozesssensorbauteil 204, das an die konstante Referenzspannungsquelle 202 gekoppelt ist, einen Kodierer 206, der an das Prozesssensorelement 204 gekoppelt ist, und ein optionales digitales Puffer 208, das an den Kodierer 206 gekoppelt ist, wobei der Ausgang des digitalen Puffers 208 einen Ausgang 210 des Prozesssensors 200 bildet.
Die konstante Referenzspannungsquelle 202 liefert ein konstantes Referenzspannungssignal an das Prozesssensorelement 204. In einem Ausführungsbeispiel ist die konstante Referenzspannungsquelle 202 durch die Spannungsreferenzschaltung 104 von 1 bereitgestellt, es sei jedoch verstanden, dass die Konstantspannungsquelle 202 eine separate, stabilisierte Spannungsreferenzquelle sein kann. Das Prozesssensorbauteil 204 erfasst einen oder mehrere Parameter, die kennzeichnend sind für den Prozess, durch den das Sensorbauteil (und die zugehörige gemeinsam gebildete Halbleitervorrichtung) hergestellt wird, charakterisiert diesen Prozess und gibt ein digitales Signal aus, das für diese Charakterisierung kennzeichnend ist. In dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel charakterisiert das Prozesssensorbauteil 204 die Geschwindigkeit in einem von drei Niveaus: langsam, soll oder schnell.
Es sei erwähnt, dass die Geschwindigkeit des PVT-Sensors und der zugehörigen allgemein gebildeten Halbleitervorrichtung in Abhängigkeit von dem Prozess, durch den diese Vorrichtungen hergestellt worden sind, variieren kann. In einem 90 nm CMOS-Herstellungsprozess hat die Variabilität in dem Herstellungsprozess im Allgemeinen einige Vorrichtungen, die durch die Verwendung dieses Prozesses hergestellt werden, zur Folge, die besser arbeiten (beispielsweise schneller) als ein Designsollwert, und einige Vorrichtungen, die schlechter arbeiten (beispielsweise langsamer) als der Designsollwert. Diese Unterschiede in der Leistungsfähigkeit resultieren im Allgemeinen durch Änderungen in einem Prozessparameter oder in mehreren Prozessparametern, beispielsweise Merkmalsgrößen (Transistorgrößen), Dotierungsdosierungsänderungen, und sogar Änderungen in der zugrunde liegenden Waferorientierung und der Dotierungen selbst. Ferner können derartige Änderungen der Prozessparameter bestimmte Bauteile der Vorrichtung (beispielsweise PMOS-Transistoren) mehr oder weniger beeinträchtigen als andere Bauteile der Vorrichtung (beispielsweise NMOS-Transistoren). Entsprechend sei erwähnt, dass das Prozesssensorbauteil 204 designed sein kann, um die Geschwindigkeiten in weniger als oder mehr als drei Niveaus zu unterteilen in Abhängigkeit von den potenziellen Prozessänderungen. Wenn beispielsweise ein Typ von Transistor (beispielsweise ein PMOS-Transistor) anders arbeitet als ein anderer Typ von Transistor (beispielsweise ein NMOS-Transistor), kann die Leistungsfähigkeit Transistortyp-spezifisch sein und als schnell/schnell, schnell/soll, schnell/langsam, langsam/schnell, etc. charakterisiert werden. Wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 genauer erklärt, liefert in einem Ausführungsbeispiel das Prozesssensorbauteil 204 ein Prozessmessausgangssignal (schnell, soll, langsam), das auf einer Widerstandsänderung eines Polysiliziumwiderstands basiert, obwohl andere Prozesserfassungsansätze und Ausgangscharakterisierungen möglich sind.
Der Kodierer 206 kodiert die Signale von dem Prozesssensorbauteil 204 in die digitalen Signale, bei denen in diesem Beispiel nur eines der drei Bits zu einem gegebenen Zeitpunkt verwendet wird. Das digitale Puffer 208 stellt die digitalen Signale am Ausgang 210 bereit. In einem Ausführungsbeispiel ist beispielsweise ein erstes Bit auf High gesetzt und die anderen zwei Bits sind auf Low gesetzt, wenn die Prozessgeschwindigkeit als langsam bestimmt wird. Ein zweites Bit ist auf High gesetzt und die anderen zwei Bits sind auf Low gesetzt, wenn die Prozessgeschwindigkeit als Soll bestimmt wird. Ein drittes Bit ist auf High gesetzt und die anderen zwei Bits sind auf Low gesetzt, wenn die Prozessgeschwindigkeit als schnell bestimmt wird. Es sei erwähnt, dass in anderen Ausführungsbeispielen die Prozesscharakterisierung irgendeine Anzahl von Bits enthalten und unterschiedlich kodiert sein kann, in Abhängigkeit von den potenziellen Prozessänderungen.
3 zeigt ein genaueres beispielhaftes Ausführungsbeispiel des Prozesssensors 200 von 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Prozesssensor 300 enthält eine konstante Referenzspannungsquelle 202, einen Spannungsteiler 311, einen Prozesserfassungswiderstand Rs 304, einen Prozesserfassungstransistor 307, mehrere Komparatoren 306, einen Kodierer 312 und eine Mehrzahl von gepufferten Ausgängen 314, 316, 318. Ein Eingang 302, der an den Ausgang der konstanten Referenzspannungsquelle 202 (die die Spannungsreferenzschaltung 104 von 1 sein kann) gekoppelt ist, empfängt von dieser eine stabile Spannung und treibt den Spannungsteiler 311 an. Der Prozesserfassungswiderstand Rs 304 und der Prozesserfassungstransistor 307 sind an den Spannungsteiler 311 gekoppelt. Die mehreren Komparatoren 306 sind an den Spannungsteiler 311, den Prozesserfassungswiderstand Rs 304 und den Prozesserfassungstransistor 307 gekoppelt. Der Kodierer 312 ist an die Komparatoren 306 und die Mehrzahl von Ausgängen 314, 316, 318 gekoppelt.
In dem gezeigten Beispiel empfängt der Prozesserfassungswiderstand Rs 304 eine konstante Spannung von dem Eingang 302 über den Spannungsteiler 311. Der Gateanschluss des Prozesserfassungstransistors 307 empfängt eine konstante Vorspannung von der Vorspannungsquelle 103 (nicht in 3, sondern in 1 gezeigt) und arbeitet als konstante Stromquelle. Wie nachfolgend genauer erklärt, ist der Widerstand des Prozesserfassungswiderstands Rs 304 empfindlicher gegenüber Änderungen des Herstellungsprozesses, der zur Herstellung des Prozesssensors 300 verwendet wird, als die Widerstände der Spannungsteiler 311. Als ein Ergebnis ist die Spannung Vs 305, die von dem Prozesserfassungswiderstand Rs 304 erzeugt wird, abhängig von dem Prozess, der verwendet wird, um das Prozesssensorbauteil herzustellen. Die Komparatoren 306 überwachen die Spannungen V1 308 und V2 310 von dem Spannungsteiler 311 zusammen mit der Spannung Vs 305 und liefern digitale Signale, die den Prozess charakterisieren, der verwendet wird, um das Prozesssensorbauteil herzustellen. Der Prozess, der verwendet wird, um das Prozesssensorbauteil zu produzieren, ist charakterisiert in Antwort darauf, ob die Spannung Vs 305 größer als V1 308 ist, zwischen V1 308 und V2 310 liegt, oder kleiner ist als V2 310. In einem Ausführungsbeispiel ist die Charakterisierung des Prozesses kennzeichnend für die Geschwindigkeit des Prozesses, der zur Bildung des Prozesssensorbauteils verwendet wird, und folglich für die Geschwindigkeit des Prozesses, der verwendet wird, um die zugehörige Halbleitervorrichtung zu bilden. Die Geschwindigkeit ist als langsam charakterisiert, wenn die Spannung Vs 305 kleiner als die Spannung V2 310 ist, ist als soll charakterisiert, wenn die Spannung Vs 305 zwischen den Spannungen V1 308 und V2 310 liegt, und ist als schnell charakterisiert, wenn die Spannung Vs 305 größer als V1 308 ist. Der Kodierer 312 empfängt die digitalen Signale von den Komparatoren 306 und erzeugt ein 3-Bit Signal, das kennzeichnend ist für die Geschwindigkeit des Prozesses, der verwendet wird, um das Sensorbauteil (und die zugehörige allgemein gebildete Halbleitervorrichtung) zu bilden, wie oben diskutiert, enthaltend ein Langsam-Bit 314, ein Soll-Bit 316 und ein Schnell-Bit 318. Es sei erwähnt, dass in anderen Ausführungsbeispielen die Prozesscharakterisierung irgendeine Anzahl von Bits enthalten und unterschiedlich kodiert sein kann. Es sei auch erwähnt, dass die Charakterisierung der Geschwindigkeit unterschiedlich durchgeführt werden kann, beispielsweise mit einem Ringoszillator oder Takt.
Wie gut bekannt ist, bezieht sich der Widerstand eines integrierten Schaltungswiderstands auf die Widerstandsfähigkeit bzw. den spezifischen Widerstand des Materials, das verwendet wird, um den Widerstand zu bilden, und auf die physikalischen Abmessungen des Widerstands. Ferner ist der Widerstand eines Widerstands proportional zu dem Verhältnis der Länge des Widerstands zu dem Querschnittsbereich (Höhe mal Breite) des Widerstands. Unterschiede in dem Widerstand des Prozesserfassungswiderstands Rs 304 sind starke Indikatoren für die gesamte Vorrichtungsleistungsfähigkeit, obwohl nicht direkt die Geschwindigkeit der Vorrichtung gemessen wird. Um den Widerstand 304 für Prozessänderungen empfindlicher zu machen als die Widerstände in dem Spannungsteiler, ist der Querschnittsbereich des Prozesserfassungswiderstands Rs 304 signifikant kleiner als der Querschnittsbereich der Widerstände in dem Spannungsteiler 311. In diesem Beispiel sind der Prozesserfassungswiderstand Rs 304 und die Widerstände des Spannungsteilers 311 herkömmliche Polysiliziumwiderstände und die Höhen aller Widerstände sind im Wesentlichen gleich. Die Widerstände aller Widerstände in dem Spannungsteiler 311 und des Prozesserfassungswiderstands Rs 304 sind ungefähr gleich (beispielsweise ungefähr 25 kΩ für den Prozesserfassungswiderstand Rs 304 und ungefähr 27 kΩ für die Widerstände in dem Spannungsteiler 311), die Breiten der Widerstände in dem Teiler 311 sind ungefähr doppelt so groß wie bei dem Prozesserfassungswiderstand Rs 304, und die Länge von jedem der Widerstände in dem Teiler 311 ist etwas größer als ungefähr das Doppelte von dem Prozesserfassungswiderstand Rs 304. Es soll verstanden werden, dass der Querschnittsbereich der Widerstände ein anderer sein kann als 2:1 (beispielsweise 3:1), die Höhen der Widerstände voneinander verschieden sein können, und der Widerstand der Spannungsteilerwiderstände und der Widerstand des Prozesserfassungswiderstands Rs 304 voneinander verschieden sein können. Es soll ferner verstanden werden, dass Techniken, die andere sind als eine Änderung des Widerstands, verwendet werden können, um Prozessveränderungen zu detektieren (beispielsweise Ringoszillatorfrequenz).
Es sei erwähnt, dass der Prozesssensor 300 im Wesentlichen nicht beeinträchtigt wird durch Änderungen des Leistungsversorgungsspannungspegels und Änderungen der Temperatur. Dies ist ein Ergebnis der stabilen Referenzspannung, die von der konstanten Referenzspannungsquelle 202 bereitgestellt wird, und ebenso aufgrund der Natur der Prozesscharakterisierung, die durch die Komparatoren 306 bereitgestellt wird. Die Komparatoren überwachen die Beziehung zwischen der Spannung Vs 305 und den Spannungen V1 308 und V2 310 (beispielsweise ob Vs 305 größer ist als V1 308, zwischen V1 308 und V2 310 liegt, oder kleiner ist als V2 310). Da jeglicher Einfluss von Änderungen der Temperatur alle Spannungen V1, V2 und V3 im Wesentlichen gleich beeinträchtigt, bleibt folglich die Beziehung zwischen Vs 305 und V1 308 und V2 310 im Wesentlichen gleich. Als solches bleibt der Prozesssensor 300 unbeeinträchtigt von Änderungen in dem Leistungsspannungsversorgungspegel und der Temperatur.
Weitere Details des Temperatursensors 112 von 1 werden gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Der Temperatursensor 400 enthält eine Fehlerkorrekturschaltung 402 für einen prozessinduzierten Fehler, ein Temperatursensorbauteil 404, einen Puffer 406, eine konstante Referenzspannungsquelle 408, einen Analog-zu-Digital (A/D)-Wandler 410, einen Thermometer-zu-Binärcode-Umwandler 412, und ein optionales digitales Puffer 414, wobei der Ausgang des digitalen Puffers 414 einen Ausgang 416 des Temperatursensors 400 bildet. Das Temperatursensorbauteil 404 ist an die Fehlerkorrekturschaltung 402 für einen prozessinduzierten Fehler gekoppelt. Das Puffer 406 ist an das Temperatursensorbauteil 404 gekoppelt. Der Analog-zu-digital-Wandler 410 ist an das Puffer 406 und die konstante Referenzspannungsquelle 408 gekoppelt. Der Thermometer-zu-Binärcode-Wandler 412 ist an den Analog-zu-digital-Wandler 410 gekoppelt. Das digitale Puffer 414 ist an den Thermometer-zu-Binärcode-Wandler 412 gekoppelt.
Die Fehlerkorrekturschaltung 402 für einen prozessinduzierten Fehler empfängt die 3-Bit Prozesscharakterisierungsdaten von dem Prozesssensor 300 (3) und arbeitet, um zumindest teilweise das Temperatursensorbauteil 404 in Antwort auf die Prozesscharakterisierungsdaten zu kompensieren, um die Wirkungen der Prozessabweichungen auf den Temperatursensor zu reduzieren. Wie nachfolgend detailliert erklärt detektiert das Temperatursensorbauteil 404 die Chiptemperatur des Temperatursensors, und folglich der zugehörigen Halbleitervorrichtung, und liefert ein Spannungssignal, das kennzeichnend ist für die Temperatur des Chips, an das Puffer 406. Das Puffer 406 ist gestaltet zum Puffern des Temperatursensorbauteils 404 von dem Analog-zu-Digital-Wandler 410, um zu verhindern, dass die Last des Analog-zu-Digital-Wandlers 410 das Temperatursensorbauteil 404 beeinträchtigt. In einem Ausführungsbeispiel ist das Puffer 406 eine optionale Komponente des Temperatursensors 400.
Die konstante Referenzspannungsquelle 408, beispielsweise die Spannungsreferenzschaltung 104 (1) liefert ein konstantes Referenzspannungssignal an den Analog-zu-Digital-Wandler 410. Alternativ kann die konstante Referenzspannungsquelle 408 einen LDO-Regler separat von dem LDO-Regler 108 in 1 enthalten. Der Analog-zu-Digital-Wandler 410 vergleicht das Spannungssignal von dem Puffer 406 mit dem konstanten Referenzspannungssignal, und stellt basierend auf dem Vergleich dem Thermometer-zu-Binärcode-Wandler 412 ein thermometercodiertes digitales Signal bereit, das für die Chiptemperatur kennzeichnend ist. Ein herkömmlicher Thermometer-zu-Binärcode-Wandler 412 wandelt die thermometercodierten digitalen Signale in binärcodierte digitale Signale, die eine kleinere Anzahl an Bits aufweisen. Schließlich stellt das digitale Puffer 414 die binärcodierten digitalen Signale, die für die Chiptemperatur der zugehörigen Halbleitervorrichtung kennzeichnend sind, dem Ausgang 416 bereit. Wie oben diskutiert hat die digitalisierte Angabe der Chiptemperatur 5-Bit.
Weitere Details der Fehlerkorrekturschaltung 402 für einen prozessinduzierten Fehler und des Temperatursensorbauteils 404 werden gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung jetzt unter Bezugnahme auf 4A beschrieben. Die Fehlerkorrekturschaltung 402 für einen prozessinduzierten Fehler enthält eine Logikschaltung 402A, eine Mehrzahl von Schaltern 410A, 412A und eine Mehrzahl von Widerständen 414A, 416A. Die Logikschaltung 402A ist an die Mehrzahl der Ausgänge 314, 316, 318 von dem Prozesssensor 300 ( 3) gekoppelt. Jeder der Mehrzahl von Schaltern 410A, 412A wird durch das Ausgangssignal der Logikschaltung 402A gesteuert. Jeder der Mehrzahl von Widerständen 414A, 416A ist mit einem Ausgang der Mehrzahl von Schaltern 410A, 412A gekoppelt.
Das Temperatursensorbauteil 404 enthält einen temperaturstabilen Temperaturerfassungswiderstand 408A und einen temperaturabhängigen Stromquellentransistor 420. Der Temperaturerfassungswiderstand 408A ist in Serie mit der Mehrzahl von temperaturstabilen Widerständen 414A, 416A der Fehlerkorrekturschaltung 402 für einen prozessinduzierten Fehler geschaltet.
Die Logikschaltung 402A empfängt die 3-Bit Prozesscharakterisierung von dem Prozesssensor 300 (3). In Antwort auf die Prozesscharakterisierung, die von dem Prozesssensor empfangen wird, betreibt die Logikschaltung 402A die Mehrzahl von Schaltern 410A, 412A. Indem individuelle Schalter 410A, 412A ein- oder ausgeschaltet werden, können die individuellen Widerstände 414A, 416A entweder mit Energie versorgt werden oder umgangen werden. Als ein Ergebnis kann der Strom, der in den Widerständen 414A, 416A fließt, und folglich der Strom, der in dem Temperaturerfassungswiderstand 408A fließt, eingestellt werden, um mindestens Änderungen in dem Prozess zu kompensieren, der verwendet wird, um das Temperatursensorbauteil 404 herzustellen. In einem Ausführungsbeispiel arbeitet beispielsweise die Logikschaltung 402A in Antwort auf die Prozesscharakterisierung, die einen langsamen Prozess angibt, wie oben diskutiert, um den Schalter 410A ein- und den Schalter 412A auszuschalten. Als Ergebnis werden die Widerstände 414A und 416A umgangen, um den Strom durch den Temperaturerfassungswiderstand 408A einzustellen, um mindestens teilweise einen langsamen Prozess zu kompensieren. In einem anderen Beispiel arbeitet die Logikschaltung 402A in Antwort auf die Prozesscharakterisierung, die einen schnellen Prozess angibt, wie oben diskutiert, um beide, den Schalter 410A und den Schalter 412A, auszuschalten. Als ein Ergebnis werden die Widerstände 414A und 416A beide mit Energie versorgt, um den Strom durch den Temperaturerfassungswiderstand 408A einzustellen, um mindestens teilweise den schnellen Prozess zu kompensieren. Folglich bleibt das Temperatursensorbauteil 404 relativ unbeeinträchtigt von Änderungen in dem Prozess, der verwendet wird, um das Sensorbauteil herzustellen. Es sei erwähnt, dass die Logikschaltung 402A, die Mehrzahl von Schaltern 410A, 412A und die Widerstände 414A, 416A unterschiedlich gestaltet sein können, um die gewünschte Kompensierung des Sensorbauteils 404 bereitzustellen.
Um das Spannungssignal, das von dem Analog-zu-Digital-Wandler 410 (4) zu digitalisieren ist, zu erzeugen, ist der temperaturabhängige Stromquellentransistor 420 an die Bandgap-Schaltung 106 (1) gekoppelt, um einen Strom, der proportional zu der absoluten Temperatur (PTAT) ist, an den Temperaturerfassungswiderstand 408A zu liefern. In Abhängigkeit von der Temperatur und dem resultierenden Widerstand des Temperaturerfassungswiderstands 408A erzeugt der konstante Strom von dem Transistor 420 ein Spannungssignal über dem Erfassungswiderstand 408A, und wenn eine Versorgung mit Energie erfolgt, über den Widerständen 414A, 416A. Folglich ändert sich das Spannungssignal, das von dem Temperatursensorbauteil 404 an dem Knoten 418A erzeugt wird, in Abhängigkeit von der Temperatur.
Weitere Details des Spannungssensors 114 (1) gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden jetzt unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Der Spannungssensor 500 enthält eine Fehlerkorrekturschaltung 502 für einen prozessinduzierten Fehler, ein Spannungssensorelement 504, ein Puffer 506, eine konstante Referenzspannungsquelle 508, einen Analog-zu-Digital-Wandler 510, einen Thermometer-zu-Binärcode-Wandler 512 und ein optionales digitales Puffer 514, wobei der Ausgang des digitalen Puffers 514 einen Ausgang 516 des Spannungssensors 500 bildet. Das Spannungssensorbauteil 504 ist mit dem Ausgang der Fehlerkorrekturschaltung 502 für einen prozessinduzierten Fehler gekoppelt. Das Puffer 506 ist mit dem Ausgang des Spannungssensorbauteils 504 gekoppelt. Der Analog-zu-Digital-Wandler 510 ist mit dem Ausgang des Puffers 506 und mit der konstanten Referenzspannungsquelle 508 gekoppelt. Der Thermometer-zu-Binärcode-Wandler 512 ist mit dem Ausgang des Analog-zu-Digital-Wandlers 510 gekoppelt. Das digitale Puffer 514 ist mit dem Ausgang des Thermometer-zu-Binärcode-Wandlers 512 gekoppelt.
Die Fehlerkorrekturschaltung 502 für einen prozessinduzierten Fehler empfängt die 3-Bit Prozesscharakterisierung von dem Prozesssensor 300 (3) und arbeitet, um das Spannungssensorbauteil 504 in Antwort auf die Prozesscharakterisierung zu kompensieren, um die Wirkungen der Prozessänderungen auf den Spannungssensor zu reduzieren. Wie nachfolgend detaillierter beschrieben wird, detektiert das Spannungssensorbauteil 504 den Leistungsversorgungsspannungspegel, der an den Spannungssensor und an die zugehörige allgemein gebildete Halbleitervorrichtung (nicht gezeigt) angelegt wird, und liefert ein Spannungssignal, das für den Leistungsversorgungsspannungspegel kennzeichnend ist, an das Puffer 506. Das Puffer 506 ist gestaltet zum Puffern des Spannungssensorbauteils 504 von dem Analog-zu-Digital-Wandler 510, um zu verhindern, dass eine Last des Analog-zu-Digital-Wandlers 510 das Spannungssensorbauteil 504 beeinträchtigt. In einem Ausführungsbeispiel ist das Puffer 506 eine optionale Komponente des Spannungssensors 500. Die konstante Referenzspannungsquelle 508, beispielsweise die Spannungsreferenzschaltung 104 (1) liefert ein konstantes Referenzspannungssignal an den Analog-zu-Digital-Wandler 510. Alternativ kann die konstante Referenzspannungsquelle 508 einen LDO-Regler enthalten, der separat von dem der Spannungsreferenzschaltung 104 gebildet ist. Der Analog-zu-Digital-Wandler 510 vergleicht das Spannungssignal mit dem konstanten Referenzspannungssignal und liefert in Antwort auf den Vergleich ein thermometercodiertes digitales Signal, das für den Leistungsversorgungsspannungspegel kennzeichnend ist, an den Thermometer-zu-Binärcode-Wandler 512. Der Thermometer-zu-Binärcode-Wandler 512 wandelt die thermometercodierten digitalen Signale in binärcodierte digitale Signale, die eine kleinere Anzahl an Bits haben. Letztendlich stellt das digitale Puffer 514 die binärcodierten digitalen Signale, die für den Leistungsversorgungsspannungspegel der zugehörigen Halbleitervorrichtung kennzeichnend sind, an dem Ausgang 516 bereit. Wie oben diskutiert kann die Angabe des Leistungsversorgungsspannungspegels vier Bits enthalten.
Weitere Details der Fehlerkorrekturschaltung 502 für einen prozessinduzierten Fehler und des Spannungssensorbauteils 504 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden jetzt unter Bezugnahme auf 5A beschrieben. Die Fehlerkorrekturschaltung 502 für einen prozessinduzierten Fehler enthält eine erste Mehrzahl von Schaltern 512A, 514A, 516A und eine zweite Mehrzahl von Schaltern 506A, 508A, 510A. Jeder von der ersten Mehrzahl von Schaltern 512A, 514A, 516A ist mit dem Ausgang 110 der Spannungsreferenzschaltung 104 gekoppelt. Individuelle Schalter 506A, 508A, 510A sind jeweils mit einem der drei Ausgänge 314, 316, 318 von dem Prozesssensor 300 (3) gekoppelt. In einem Ausführungsbeispiel ist beispielsweise der erste Schalter 506A mit dem Langsam-Bit 314 des Prozesssensors 300 gekoppelt, der zweite Schalter 508A ist mit dem Soll-Bit 316 des Prozesssensors 300 gekoppelt, und der dritte Schalter 508A ist mit dem Schnell-Bit 318 des Prozesssensors 300 gekoppelt. Die erste Mehrzahl von Schaltern 512A, 514A, 516A ist ebenfalls mit der zweiten Mehrzahl von Schaltern 506A, 508A, 510A gekoppelt, um drei Schaltungszweige zu bilden. Beispielsweise kann der erste Schaltungszweig Schalter 512A und 506A enthalten, der zweite Schaltungszweig kann Schalter 514A und 508A enthalten, und der dritte Schaltungszweig kann Schalter 516A und 510A enthalten. Das Spannungssensorbauteil 504 enthält einen Widerstand 518A, der mit jedem der ersten Mehrzahl von Schaltern 512A, 514A, 516A gekoppelt ist, und einen Knoten 520A.
Der Ausgang 110 der Spannungsreferenzschaltung 104 (1) stellt eine stabile Referenzspannung an jedem von der ersten Mehrzahl von Schaltern 512A, 514A, 516A bereit. Die zweite Mehrzahl von Schaltern 506A, 508A, 510A ist gesteuert, um die drei Zweige der Fehlerkorrekturschaltung 502 für einen prozessinduzierten Fehler zu betreiben und das Spannungssensorbauteil 504 gegenüber Änderungen in dem Prozess zu kompensieren, der verwendet wird, um das Spannungssensorbauteil zu erzeugen. In einem Ausführungsbeispiel kann jedoch nur einer der drei Zweige zu einem Zeitpunkt mit Energie versorgt sein. In einem Ausführungsbeispiel wird in Antwort auf die Prozesscharakterisierung, die einen langsamen Prozess angibt, beispielsweise der erste Zweig mit Energie versorgt durch das Langsam-Bit 314, das den ersten Schalter 506A einschaltet, durch das Soll-Bit 316, das den zweiten Schalter 508A ausschaltet, und durch das Schnell-Bit 318, das den dritten Schalter 510A ausschaltet. In einem anderen Beispiel wird in Antwort auf die Prozesscharakterisierung, die einen schnellen Prozess angibt, der dritte Zweig mit Energie versorgt durch das Langsam-Bit 314, das den ersten Schalter 506A ausschaltet, durch das Soll-Bit 316, das den zweiten Schalter 508A ausschaltet und durch Schnell-Bit 318, das den dritten Schalter 510A einschaltet. In einem abschließenden Beispiel wird in Antwort auf die Prozesscharakterisierung, die einen Soll-Prozess angibt, der zweite Zweig mit Energie versorgt durch das Langsam-Bit 314, das den ersten Schalter 506A ausschaltet, durch das Soll-Bit 316, das den zweiten Schalter 508A einschaltet und durch das Schnell-Bit 318, das den dritten Schalter 510A ausschaltet.
Der Strom, der in dem Spannungssensorbauteil 504 fließt, ändert sich in Abhängigkeit davon, welcher Zweig mit Energie versorgt ist. In einem Ausführungsbeispiel kann der Strom, der in einem energetisierten Zweig fließt, und folglich der Strom, der in dem Spannungssensorbauteil 504 fließt, abhängen von Parametern einer Vorrichtung innerhalb des mit Energie versorgten Zweigs. In einem Ausführungsbeispiel ist der Strom, der in dem energetisierten Zweig fließt, abhängig von Größencharakteristiken eines Schalters innerhalb des energetisierten Zweigs, so dass der Strom, der in dem energetisierten Zweig fließt, proportional zu einem Breiten-zu-Längen-Verhältnis eines Schalters innerhalb des energetisierten Zweigs ist.
Als ein Beispiel hat in einem Ausführungsbeispiel jeder der Schalter der zweiten Mehrzahl von Schaltern 506A, 508A, 510A im Wesentlichen gleiche Größenparameter (beispielsweise eine Länge von 0,6 µm, eine Breite von 10 µm und enthält drei Gate-Finger), während jeder der Schalter der ersten Mehrzahl von Schaltern 512A, 514A, 516A unterschiedliche Größenparameter hat. Beispielsweise enthält jeder von dem ersten, zweiten und dritten Schalter 512A, 514A und 516A vier Gate-Finger und hat eine Länge von 2 µm, jedoch hat der erste Schalter 512A eine Breite von 4,8 µm, der zweite Schalter 514A hat eine Breite von 5 µm und der dritte Schalter 516A hat eine Breite von 5,2 µm. Da der Drainstrom von jedem von der ersten Mehrzahl von Schaltern 512A, 514A, 516A proportional zu seinem Breiten-zu-Längen-Verhältnis ist, variiert folglich auch der Strom durch jeden der Zweige. Durch Energetisieren von einem der drei Zweige in Antwort auf die Prozesscharakterisierung kann folglich der Strom in dem Spannungssensorbauteil 504 eingestellt werden, um irgendwelche Änderungen in dem Prozess zu kompensieren, der verwendet wird, um das Spannungssensorbauteil herzustellen. Es sei erwähnt, dass die Betriebs- und Größenparameter der Schalter unterschiedlich gestaltet sein können.
Wie in 5A gezeigt enthält das Spannungssensorbauteil 504 einen Transistor 522A, der in Serie mit dem temperaturstabilen Widerstand 518A gekoppelt ist. Der Transistor 522A arbeitet im Wesentlichen als ein gesättigter Schalter, und in Abhängigkeit davon, welcher der drei Schaltungszweige mit Energie versorgt ist, ändert sich der Strom, der durch den Widerstand 518A fließt. Die Spannung, die über dem Widerstand 518A abfällt, die durch den Widerstand des Widerstands 518A und den Strom, der durch die Fehlerkorrekturschaltung 502 für einen prozessinduzierten Fehler geliefert wird, bestimmt wird, versetzt bzw. verschiebt die Leistungsversorgungsspannung Vcc, um ein prozesskompensiertes Spannungssignal am Knoten 520A zu erzeugen, das kennzeichnend ist für den Leistungsversorgungsspannungspegel. In Antwort auf eine langsame Prozesscharakterisierung wird folglich der erste Schaltungszweig (enthaltend die Schalter 512A und 506A) mit Energie versorgt, weniger Spannung fällt über dem Widerstand 518A ab, und das Spannungssignal, das an dem Knoten 520A bereitgestellt ist, wird weniger versetzt als wenn der dritte Schaltungszweig (mit den Schaltern 516A und 510A) mit Energie versorgt wird, basierend auf einer Charakterisierung für einen schnellen Prozess. Das prozesskompensierte Spannungssignal, das an dem Knoten 520A erzeugt wird, wird an das Puffer 506 (5) geliefert. Als solches verbleibt das Spannungssensorbauteil 504 im Wesentlichen unbeeinträchtigt von Änderungen in dem Prozess, der verwendet wird, um das Sensorbauteil zu erzeugen, und von Änderungen der Temperatur.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens des Arbeitens des PVT-Sensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren startet bei Block 602. Bei Block 604 wird eine Halbleitervorrichtung, die einen allgemein gebildeten und zugehörigen PVT-Sensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält, eingeschaltet. In Antwort auf das Einschalten charakterisiert bei Block 606 der PVT-Sensor den Prozess, durch den das Prozesssensorbauteil des PVT-Sensors und folglich die zugehörige Halbleitervorrichtung hergestellt werden. Wie oben diskutiert kann in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der PVT-Sensor die Geschwindigkeit des Prozesssensorbauteils charakterisieren (und die der allgemein gebildeten Halbleitervorrichtung). In Antwort auf ein Charakterisieren des Prozesses stellt der PVT-Sensor Prozesssteuerungssignale, die kennzeichnend sind für den Prozess, durch den der PVT-Sensor (und die zugehörige Halbleitervorrichtung) hergestellt wird, dem Ausgang des PVT-Sensors bereit. Bei Block 608 kompensiert der PVT-Sensor den Spannungssensor in Antwort auf Prozesssteuerungssignale und bestimmt den Leistungsversorgungsspannungspegel. In Antwort auf das Bestimmen des Leistungsversorgungsspannungspegels stellt der PVT-Sensor Spannungssteuerungssignale, die für den Leistungsversorgungspegel des PVT-Sensors und der zugehörigen Halbleitervorrichtung kennzeichnend sind, bereit. Bei Block 610 kompensiert der PVT-Sensor den Temperatursensor in Antwort auf die Prozesscharakterisierung und bestimmt die Chiptemperatur des Temperatursensors des PVT-Sensors und der zugehörigen Halbleitervorrichtung. In Antwort auf das Bestimmen der Chiptemperatur stellt der Temperatursensor Temperatursteuerungssignale, die kennzeichnend sind für die Chiptemperatur des PVT-Sensors und der zugehörigen Halbleitervorrichtung, bereit. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die Blöcke 606, 608 und 610 wiederholt werden, um kontinuierlich und dynamisch den Prozess zu charakterisieren, durch den der PVT-Sensor und die zugehörige Halbleitervorrichtung hergestellt werden, den Leistungsversorgungsspannungspegel des PVT-Sensors und der zugehörigen Halbleitervorrichtung erfassen, und die Chiptemperatur des PVT-Sensors und der zugehörigen Halbleitervorrichtung erfassen. Es sei erwähnt, dass die Reihenfolge, in der die Blöcke 608 und 610 durchgeführt werden, variieren kann. Es sei auch erwähnt, dass der Prozess dynamisch charakterisiert sein kann, um jegliche Prozesscharakterisierungsänderungen (beispielsweise aufgrund des Alters der Vorrichtung) im Laufe der Lebensdauer der zugehörigen Halbleitervorrichtung zu berücksichtigen. In einem Ausführungsbeispiel erfolgt die Prozesscharakterisierung jedes Mal, wenn die zugehörige Halbleitervorrichtung eingeschaltet wird.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt der PVT-Sensor Steuerungssignale bereit, die verwendet werden können, um eine zugehörige Halbleitervorrichtung basierend auf einem erfassten Prozess, Leistungsversorgungsspannungspegeln und Chiptemperaturpegeln zu gestalten bereit, um ein konsistenteres Ausgangssignal bereitzustellen. Wie oben diskutiert ist ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung, die signifikant von einem konsistenten Ausgangssignal profitieren kann, ein Upstream-PGA eines CATV-Systems.
7 zeigt ein Blockdiagramm einer Halbleitervorrichtung 700, die einen integrierten PVT-Sensor gemäß der vorliegenden Erfindung enthält. Wie gezeigt enthält die Halbleitervorrichtung einen PGA 701 und einen PVT-Sensor 702 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der PGA 701 enthält einen zweistufigen Verstärker 714, einen zweistufigen Dämpfer 712, Treiber 716a, 716b und einen Schalter 718. Der Treiber 716a ist mit dem Ausgang des Verstärkers 714 gekoppelt. Der Treiber 716b ist mit dem Ausgang des Dämpfers 712 gekoppelt. Der Schalter 718 ist mit den Ausgängen beider Treiber 716a, 716b gekoppelt.
Die Halbleitervorrichtung 700 enthält auch eine Bandgap-Spannungsreferenzschaltung 710, einen LDO-Regler 708, mindestens eine Vorspannungsschaltung 706, mindestens eine Vorspannungssteuerung 704, eine On-Chip-Nachschlagetabelle/Zustands-Maschine 720, eine serielle periphere Schnittstelle (SPI = Serial Peripheral Interface) 722. Der LDO-Regler 708 ist mit dem Ausgang der Bandgap-Spannungsreferenzschaltung 710 gekoppelt. Die mindestens eine Vorspannungsschaltung 706 ist mit dem Ausgang des LDO-Reglers 708 verbunden, und mit Eingängen des Verstärkers 714 und des Dämpfers 712. Die mindestens eine Vorspannungssteuerung 704 ist mit einem Eingang der mindestens einen Vorspannungsschaltung 706 verbunden. Die On-Chip-Nachschlagetabelle/Zustands-Maschine 720 ist mit Gewinneingängen (Gain-Eingängen) des Verstärkers 714, dem Dämpfer 712 und dem Ausgang PVT-Sensors 702 gekoppelt, und das SPI (Serial Peripheral Interface) 722 ist mit der On-Chip-Nachschlagetabelle/Zustands-Maschine 720 gekoppelt.
Wie oben diskutiert stellen die Bandgap-Spannungsreferenzschaltung 710 und der LDO-Regler 708 eine konstante Referenzspannung der mindestens einen Vorspannungsschaltung 706 und dem PVT-Sensor 702 (Verbindung nicht gezeigt) bereit. Wie oben diskutiert charakterisiert der PVT-Sensor 702 auch den Prozess, der verwendet wird, um den PVT-Sensor (und die zugehörige allgemein gebildete Halbleitervorrichtung) herzustellen, erfasst den Leistungsversorgungsspannungspegel der zugehörigen Halbleitervorrichtung, erfasst die Chiptemperatur der zugehörigen Halbleitervorrichtung, und stellt entsprechende Steuerungssignale bereit.
Die Steuerungssignale werden der mindestens einen Vorspannungssteuerung 704 bereitgestellt, die gestaltet ist, um die mindestens eine Vorspannungsschaltung 706 in Antwort auf die Steuerungssignale zu steuern. In einem Ausführungsbeispiel sind die Steuerungssignale, die von dem PVT-Sensor 702 bereitgestellt werden, auch der On-Chip-Nachschlagetabelle/Zustands-Maschine 720 bereitgestellt.
Der Gewinn bzw. die Gewinn- und Frequenzantwort des PGA 700 kann mit dem Verstärker 714, dem Dämpfer 712, den Treibern 716, der mindestens einen Vorspannungsschaltung 706 und dem Schalter 718 gesteuert werden. In einem Beispiel hat der Verstärker einen DC-Gewinn von -1 bis 32 dB und der Dämpfer hat einen DC-Gewinn von -2 bis -27 dB.
8 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer ersten oder zweiten Stufe 800 des Verstärkers/Dämpfers 712/714 und einer Vorspannungsschaltung 806. Jede Stufe 800 des Verstärkers/Dämpfers ist ein gemeinsamer-Emitter-basierter Verstärker/Dämpfer (der auf einem gemeinsamen Emitter basiert) mit auswählbaren degenerierten Widerständen 804 und auswählbaren Frequenzkompensationskondensatoren 802. In einem Ausführungsbeispiel hat die erste Stufe eine feine Gewinnstufe von 0,1 dB, während die zweite Stufe einen 1 dB-Gewinnschritt aufweist. Es sei erwähnt, dass der Verstärker/Dämpfer in mehr als oder weniger als zwei Stufen gestaltet werden kann, und dass die Gewinnstufen unterschiedlich definiert sein können. Die Vorspannungsschaltung 806 enthält eine Mehrzahl von auswählbaren Stromquellen.
Bezugnehmend auf die 7 und 8 betreibt die Vorspannungssteuerung 704 in Antwort auf die Steuerungssignale, die von dem PVT-Sensor 702 bereitgestellt werden, die Mehrzahl der auswählbaren Stromquellen der Vorspannungsschaltung 806, um einen gewünschten Vorspannungsstrom der Verstärker/Dämpfer-Stufe 800 bereitzustellen. In einem Ausführungsbeispiel kann zu irgendeinem Zeitpunkt nur eine Stromquelle ausgewählt sein.
Um Steuerungssignale von dem PVT-Sensor 702 zu empfangen, kann darüber hinaus auch die Nachschlagetabelle/Zustands-Maschine 720 ein Signal empfangen, das einen gewünschten DC-Gewinn des PGA enthält. In einem Ausführungsbeispiel wird der gewünschte DC-Gewinn in die Nachschlagetabelle/Zustands-Maschine über die SPI 722 eingegeben. Es sei jedoch erwähnt, dass der gewünschte DC-Gewinn über andere Verfahren (beispielsweise parallele Eingaben) an die Nachschlagetabelle/Zustands-Maschine kommuniziert werden kann.
In Antwort auf die Steuerungssignale, die von dem PVT-Sensor 702 bereitgestellt werden, und auf den gewünschten DC-Gewinn, der der Nachschlagetabelle/Zustands-Maschine 720 bereitgestellt wird, steuert die On-Chip-Nachschlagetabelle/Zustands-Maschine 720 den DC-Gewinn und die Frequenzantwort des Verstärkers 714 und des Dämpfers 712. Die Nachschlagetabelle/Zustands-Maschine 720 steuert die auswählbaren degenerierten Widerstände 804, die auswählbaren Frequenzkompensationskondensatoren 802 und den Schalter 718, um den gewünschten DC-Gewinn am Ausgang des PGA 700 einzustellen. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält die Nachschlagetabelle/Zustands-Maschine 720 eine Algorithmus-Zustandmaschine (ASM = Algorithmic State Machine), die in der Lage ist zum Steuern des Betriebs des Verstärkers 714, des Dämpfers 712 und des Schalters 718 in Antwort auf den PVT-Sensor und die gewünschten Gewinneingaben.
Ein Ausführungsbeispiel eines Bereichs bzw. Teils der On-Chip-Nachschlagetabelle der Nachschlagetabelle/Zustands-Maschine kann in 9 gesehen werden. Die On-Chip-Nachschlagetabelle 900 enthält einen DC-Gewinnpegelindex 902, Temperatursensoreingangspegelindices 904 und Prozesssensoreingangspegelindices 906. Die On-Chip-Nachschlagetabelle 900 kann auch Spannungssensoreingangspegelindices (nicht gezeigt) enthalten. Es sei erwähnt, dass die in 9 gezeigte Tabelle beispielhafte Eingaben und Ausgaben der On-Chip-Nachschlagetabelle/Zustands-Maschine zeigt. Abhängig von dem gewünschten DC-Gewinn und den PVT-Steuerungssignalen, die in die Nachschlagetabelle eingegeben werden, identifiziert die Nachschlagetabelle 900, welche Widerstände der ersten Stufe und der zweiten Stufe schaltbar gesetzt werden sollen, um den gewünschten DC-Gewinn zu erzeugen, und die Zustandsmaschine der Nachschlagetabelle/Zustands-Maschine arbeitet, um die identifizierten Widerstände einzustellen bzw. zu setzen. Bezugnehmend auf 9, wenn das Temperatursensorsteuerungssignal von dem PVT beispielsweise 10001 ist, die Prozesscharakterisierung von dem PVT gleich 010 ist, und der gewünschte Gewinn gleich 111011 ist, bildet die On-Chip-Nachschlagetabelle/Zustands-Maschine die Steuerungssignale und den gewünschten Gewinn auf die entsprechenden Indices ab, und arbeitet, um den Schalter, der dem Widerstand 12 der ersten Stufe und dem Widerstand 17 der zweiten Stufe entspricht, zu schließen, um den gewünschten 111011-Gewinn aufrecht zu erhalten. Indices zum Bestimmen, welche der auswählbaren Frequenzkompensationskondensatoren 802 gemäß der Ausgabe des PVT-Sensors und der gewünschten Frequenzantwort des PGA ausgewählt werden, können in ähnlicher Art und Weise bereitgestellt werden.
10 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens des Betriebs eines PGA mit einer On-Chip-Nachschlagetabelle/Zustands-Maschine und einem PVT-Sensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren beginnt bei Block 1002. Bei Block 1004 empfängt die On-Chip-Nachschlagetabelle/Zustands-Maschine einen gewünschten DC-Gewinn, der von einem Benutzer bereitgestellt wird. Bei Block 1006 empfängt die On-Chip-Nachschlagetabelle/Zustands-Maschine die Sensordaten von dem PVT-Sensor. Bei Block 1008 gestaltet die On-Chip-Nachschlagetabelle/Zustands-Maschine den PGA, wie oben diskutiert in Antwort auf die Sensordaten von dem PVT-Sensor und dem gewünschten DC-Gewinn, um den gewünschten DC-Gewinn am Ausgang des PGA zu erzeugen. Bei Block 1010 erfolgt eine Bestimmung, ob irgendein Parameter des PGA (beispielsweise ein gewünschter Gewinn, eine Prozesscharakterisierung, Chiptemperatur und/oder Leistungsversorgungsspannung) sich geändert hat. Wenn bestimmt wird, dass sich keine Parameter geändert haben, dann wird der Block 1010 wiederholt. Wenn eine Bestimmung erfolgt, dass mindestens ein PGA-Parameter sich geändert hat, dann modifiziert bei Block 1012 die Nachschlagetabelle/Zustands-Maschine die Gestaltung bzw. die Konfiguration des PGA, wie oben diskutiert, um den gewünschten DC-Gewinn aufrecht zu erhalten. Nachdem der PGA bei Block 1012 modifiziert worden ist, wird der Block 1010 wiederholt. Es sei erwähnt, dass die Modifikation der Frequenzantwort des PGA in einer analogen Art und Weise durchgeführt werden kann.
11 zeigt eine Halbleitervorrichtung 1100, die einen PGA 1101 und einen PVT-Sensor 1106 enthält, gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der in 11 gezeigte PGA 1101 ist vergleichbar mit dem in 7 gezeigten PGA 701, ausgenommen was die Integration der Nachschlagetabelle/Zustands-Maschine betrifft. Im Gegensatz zu der PGA 701 von 7 enthält der PGA 1101 keine On-Chip-Nachschlagetabelle/Zustands-Maschine. Stattdessen kommuniziert der PGA 1101 mit einem Off-Chip-Mikroprozessor 1002, der eine Firmware-Nachschlagetabelle 1104 herunter geladen hat. Die Firmware-Nachschlagetabelle 1104 kann das Steuerungssignal und die gewünschten Gewinnindices, wie oben unter Bezugnahme auf 9 diskutiert, enthalten. In einem Beispiel ist die Firmware-Nachschlagetabelle mit einer Schaltungsbeschreibung des PGA programmiert (beispielsweise in C++ geschrieben), um eine gewünschte Gewinneinstellung und die Ausgangssignale des PVT-Sensors zu empfangen und basierend darauf eine kompensierte Gewinneinstellung zurück an den PGA bereitzustellen. Es sei erwähnt, dass die Schaltungsbeschreibung, die in der Nachschlagetabelle gespeichert ist, in irgendeiner anderen Programmiersprache geschrieben sein kann. In einem anderen Beispiel ist die Firmware-Nachschlagetabelle in einem SRAM, EEPROM und/oder Flashspeicher des Mikroprozessors gespeichert, jedoch sei erwähnt, dass die Firmware-Nachschlagetabelle in irgendeinem Typ von Computerspeicher gespeichert sein kann. Der Mikroprozessor 1102 kann sich auf der gleichen Leiterplatte (PCB = Printed Circuit Board) befinden (nicht gezeigt), wie der PGA 1101.
Der Mikroprozessor 1102 ist programmiert, um den Gewinn bzw. Gewinn- und Frequenzantwort des PGA 1101 zu steuern. Der PVT-Sensor 1106 charakterisiert den Prozess, der verwendet wird, um den PVT-Sensor (und die zugehörige Halbleitervorrichtung) herzustellen, erfasst den Leistungsversorgungsspannungspegel der zugehörigen Halbleitervorrichtung, erfasst die Chiptemperatur der zugehörigen Halbleitervorrichtung und stellt über einen Bus 1112 dem Mikroprozessor 1002 entsprechende P-, V-, T-Sensorsignale. Der Mikroprozessor 1102 empfängt die P, V, T-Sensorsignale von dem PVT-Sensor 1106 und bildet die Sensorsignale und den gewünschten Gewinn, der von dem Benutzer bereitgestellt wird, auf entsprechende Indices in der herunter geladenen Firmware-Nachschlagetabelle 1104 ab, um ein kompensiertes Gewinnsignal dem PGA 1101 bereitzustellen, um die erfassten Parameter zu kompensieren. In einem Ausführungsbeispiel wird das kompensierte Gewinnsignal an den PGA 1101 über die SPI 1108 übertragen und ist gestaltet, um den Betrieb des Verstärkers 1111 und des Dämpfers 1110, wie oben diskutiert, zu steuern. Durch das Speichern der Firmware-Nachschlagetabelle auf einem separaten Mikroprozessor 1102 kann der Chipbereich des PGA 1101 verkleinert werden, und die Firmware-Nachschlagetabelle 1104 kann einfach aktualisiert werden, indem eine aktualisierte Version der Firmware-Nachschlagetabelle herunter geladen wird.
12 zeigt eine Halbleitervorrichtung 1200 mit einem PGA 1202 und einem PVT-Sensor 1206 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der PGA 1202 von 12 ist vergleichbar mit dem PGA 1101 von 11, ausgenommen der Aufbau der Verbindung zwischen dem PVT-Sensor 1206 und dem Mikroprozessor 1208. Im Gegensatz zu dem PGA 1101 von 11 enthält der PGA 1202 von 12 keinen separaten Bus, der den PVT-Sensor 1206 mit dem Mikroprozessor 1208 verbindet. Stattdessen stellt der PVT-Sensor 1206 der SPI 1210 P-, V-, T-Sensorsignale bereit, und die SPI 1210 kommuniziert die Sensorsignale von dem PVT-Sensor 1206 an den Mikroprozessor 1208.
Der Mikroprozessor 1208 ist programmiert zum Steuern des Gewinns bzw. der Gewinn- und Frequenzantwort des PGA 1202. Der PVT-Sensor 1206 charakterisiert den Prozess, der verwendet wird, um den PVT-Sensor (und die zugehörige Halbleitervorrichtung) herzustellen, erfasst den Leistungsversorgungsspannungspegel der zugehörigen Halbleitervorrichtung, erfasst die Chiptemperatur der zugehörigen Halbleitervorrichtung, und stellt der SPI 1210 P-, V-, T-Sensorsignale bereit. Der Mikroprozessor 1208 empfängt die P, V, T-Sensorsignale von der SPI 1210 und bildet die Sensorsignale und den gewünschten Gewinn, der von dem Benutzer bereitgestellt wird, auf entsprechende Indices in der herunter geladenen Firmware-Nachschlagetabelle 1212 ab, um ein kompensiertes Gewinnsignal dem PGA 1202 bereitzustellen, um die erfassten Parameter zu kompensieren. In einem Ausführungsbeispiel wird das kompensierte Gewinnsignal an den PGA 1200 über die SPI 1210 übertragen und ist ge-staltet zum Steuern des Betriebs des Verstärkers 1214 und des Dämpfers 1216, wie oben diskutiert.
Bei der Verwendung der SPI 1210, um den PVT-Sensor 1206 und den Mikroprozessor 1208 zu verbinden, kann ein verkleinerter PCB-Bereich oder einfach ein vereinfachtes PCB-Routingschema verwendet werden. Es sei erwähnt, dass obwohl die Verbindung zwischen dem PVT-Sensor 1206 und dem Mikroprozessor 1208 anders ist als in den 7 oder 11, das Format des Steuerungssignals und die gewünschten Gewinnindices die gleichen sein können, wie unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
13 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens des Betriebs eines PGA mit einer Off-Chip-Firmware-Nachschlagetabelle und einem PVT-Sensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren startet bei Block 1302. Bei Block 1304 empfängt die Off-Chip-Firmware-Nachschlagetabelle einen gewünschten DC-Gewinn, der von einem Benutzer bereitgestellt wird. Bei Block 1306 empfängt die Off-Chip-Firmware-Nachschlagetabelle die Sensordaten von dem PVT-Sensor. Bei Block 1308 gestaltet der Mikroprozessor den PGA, wie oben diskutiert, in Antwort auf die Sensordaten von dem PVT-Sensor und dem gewünschten DC-Gewinn, der von dem Benutzer bereitgestellt wird, um den gewünschten DC-Gewinn am Ausgang des PGA zu erzeugen. Bei Block 1310 erfolgt eine Bestimmung, ob irgendwelche Parameter des PGA (beispielsweise der gewünschte Gewinn, Prozesscharakterisierung, Chiptemperatur oder Leistungsversorgungsspannung) sich geändert haben. In Antwort auf eine Bestimmung, dass sich keine Parameter geändert haben, wird der Block 1310 wiederholt. Alternativ, in Antwort auf eine Bestimmung, dass sich mindestens ein PGA-Parameter geändert hat, schaut bei Block 1312 der Mikroprozessor eine entsprechende Modifikation in der Firmware-Nachschlagetabelle nach. Bei Block 1314 gestaltet der Mikroprozessor in Antwort auf die entsprechende Modifikation, die in der Firmware-Nachschlagetabelle gefunden wurde, den PGA 1202, indem eine kompensierte Gewinneinstellung dem PGA bereitgestellt wird, um dem geänderten Parameter entgegen zu wirken, wie oben diskutiert, und um einen gewünschten DC-Gewinn aufrecht zu erhalten. Es sei erwähnt, dass die Modifikation der Frequenzantwort des PGA in einer analogen Art und Weise durchgeführt werden kann.
Es sei erwähnt, dass obwohl der PVT-Sensor der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem PGA eines CATV-Systems beschrieben wurde, der PVT-Sensor auch mit irgendeiner Vorrichtung verwendet werden kann, die bezüglich Temperatur-, Spannungs- oder Prozessänderungen empfindlich ist, und in der ein stabiles Ausgangssignal gewünscht ist. Beispielsweise kann der PVT-Sensor mit digitalen Logikschaltungen verwendet werden, um Eingangs- oder Ausgangspufferimpedanzen einzustellen oder um die Stabilität eines integrierten Oszillators zu verbessern und die Gleichförmigkeit der integrierten Schaltungsoszillatorperforniance von Oszillatorchip zu Oszillatorchip zu verbessern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Nachteile, die in Verbindung stehen mit empfindlichen Halbleitervorrichtungen, beispielsweise Inkonsistenz, reduziert, indem ein Sensor bereitgestellt wird, der in der Lage ist, den Spannungspegel und die Temperatur, bei denen eine Vorrichtung betrieben wird, zu erfassen, Parameter zu erfassen, die kennzeichnend sind für den Prozess, durch den die Vorrichtung hergestellt wurde, um die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung zu charakterisieren, und Sensorsignale bereitzustellen, die verwendet werden können, um die Vorrichtung zu kompensieren, um eine konsistentere Leistungsfähigkeit sicherzustellen.
Wie oben diskutiert richten sich die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung an einen Prozess-, Spannungs- und Temperatur- (PVT)-Sensor, der gestaltet ist zum Erfassen von Prozessparametern, die kennzeichnend sind für den Prozess, durch den eine zugehörige allgemein gebildete Vorrichtung hergestellt wurde, für den Leistungsversorgungsspannungspegel, bei dem die zugehörige Vorrichtung betrieben wird, und für die Temperatur, bei der die zugehörige Vorrichtung betrieben wird. Es sei erwähnt, dass in einem Ausführungsbeispiel der PVT-Sensor auf der gleichen integrierten Schaltung implementiert ist, wie die zugehörige Vorrichtung, und durch die gleichen Herstellungsschritte gebildet ist, so dass die Parameter, die von dem PVT-Sensor erfasst werden, genau diejenigen der zugehörigen Vorrichtung wiederspiegeln. In einem anderen Ausführungsbeispiel können jedoch der PVT-Sensor und die zugehörige Vorrichtung auf separaten integrierten Schaltungen implementiert sein, die in einer relativen Nähe zueinander sind (beispielsweise auf dem gleichen Substrat aufgebracht). Wenn der PVT-Sensor auf einer von der zugehörigen Vorrichtung separaten integrierten Schaltung implementiert ist, jedoch in enger physikalischer Nähe zueinander (beispielsweise auf dem gleichen Substrat), und eine Leistung durch die gleiche Spannungsversorgung bereitgestellt wird, kann der PVT-Sensor verwendet werden, um ein prozesskompensiertes Temperatursignal und Versorgungsspannungssignal bereitzustellen, die genau die Temperatur und die Versorgungsspannung der zugehörigen Halbleitervorrichtung widerspiegeln.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die erfassten Prozessparameter, die kennzeichnend sind für den Prozess, durch den der PVT-Sensor und die zugehörige allgemein gebildete Halbleitervorrichtung hergestellt wurden, verwendet zur qualitativen Charakterisierung der Leistungsfähigkeit der zugehörigen Vorrichtung, und Ausgangssignale werden bereit gestellt, die kennzeichnend sind für die Leistungsfähigkeit des PVT-Sensors und der zugehörigen Vorrichtung, für den erfassten Betriebsleistungsversorgungsspannungspegel des PVT-Sensors und der zugehörigen Vorrichtung, und für die erfasste Betriebstemperatur des PVT-Sensors und der zugehörigen Vorrichtung. Diese Ausgangssignale können verwendet werden, um die zugehörige Vorrichtung zu gestalten, zur Kompensierung der zugehörigen Vorrichtung, um ein konsistenteres Ausgangssignal bereitzustellen, trotz Leistungsfähigkeitsunterschieden zwischen unterschiedlichen Chips des gleichen Designs und der gleichen Herstellung, und trotz Unterschieden in den Bedingungen, unter denen die Vorrichtung betrieben wird. In einem Ausführungsbeispiel ist mindestens ein Teil der zugehörigen Schaltung programmierbar und der Teil wird in Antwort auf die Ausgangssignale programmiert, um die zugehörige Vorrichtung zu kompensieren zur Bereitstellung eines konsistenten Ausgangssignals. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann eine Vorrichtung, die betriebsmäßig stromabwärts von der zugehörigen Vorrichtung ist, gestaltet werden in Antwort auf die Ausgangssignale, um Leistungsfähigkeitsunterschiede in der zugehörigen Vorrichtung zu kompensieren.

Claims

Integrierte Schaltung (100), mit: einem Prozesssensor (116; 200; 300), welcher zum Erfassen eines Prozessparameters, der kennzeichnend ist für einen Halbleiterprozess, in dem die integrierte Schaltung (100) gefertigt wird, und zum Bereitstellen einer auf dem erfassten Prozessparameter basierenden Charakterisierung des Halbleiterprozesses an einem Ausgang (128) des Prozesssensors (116; 200; 300) ausgelegt ist; einem mit dem Ausgang (128) des Prozesssensors (116; 200; 300) gekoppelten Temperatursensor (112; 400), welcher zur Bereitstellung einer Angabe der Temperatur der integrierten Schaltung an einem Ausgang (120; 416) des Temperatursensors (112; 400) ausgelegt ist und eine Fehlerkorrekturschaltung (402) aufweist, welche dazu ausgelegt ist, die an dem Ausgang (120; 416) des Temperatursensors (112; 400) bereitgestellte Angabe der Temperatur in Abhängigkeit von der von dem Ausgang (128) des Prozesssensors (116; 200; 300) empfangenen Charakterisierung des Halbleiterprozesses zu kompensieren; und einem Spannungssensor (114; 500), welcher zur Bereitstellung einer Angabe eines Leistungsversorgungsspannungspegels der integrierten Schaltung (100) an einem Ausgang (124; 516) des Spannungssensors (114; 500) ausgelegt ist und eine Fehlerkorrekturschaltung aufweist, welche dazu ausgelegt ist, die an dem Ausgang (124; 516) des Spannungssensors (114; 500) bereitgestellte Angabe des Leistungsversorgungsspannungspegels in Abhängigkeit von der von dem Ausgang (128) des Prozesssensors (116; 200; 300) empfangenen Charakterisierung des Halbleiterprozesses zu kompensieren.
Integrierte Schaltung (100) nach Anspruch 1, wobei der Ausgang des Prozesssensors (116; 200; 300) sowohl mit dem Temperatursensor (112; 400) als auch mit dem Spannungssensor (114; 500) elektrisch gekoppelt ist, um die Angabe der Temperatur und die Angabe des Leistungsversorgungsspannungspegels Abhängigkeit von der Charakterisierung des Halbleiterprozesses auszugleichen.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 2, wobei der Prozesssensor (116; 200; 300) die Charakterisierung des Halbleiterprozesses jedes Mal bereitstellt, wenn der Prozesssensor (116; 200; 300) angeschaltet wird.
Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Temperatursensor (112; 400) zur dynamischen Bereitstellung der Angabe der Temperatur der integrierten Schaltung an dem Ausgang des Temperatursensors (112; 400) und der Spannungssensor (114; 500) zur dynamischen Bereitstellung der Angabe des Leistungsversorgungsspannungspegels der integrierten Schaltung an dem Ausgang des Spannungssensors (114; 500) ausgelegt sind.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 4, weiterhin mit: einer gemeinsam mit dem Prozesssensor (116; 200; 300), dem Temperatursensor (112; 400) und dem Spannungssensor (114; 500) unter Verwendung der gleichen Halbleiterprozessfertigungsschritte gefertigten zugehörigen Halbleitervorrichtung.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 5, wobei die zugehörige Halbleitervorrichtung programmierbar ist.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 6, wobei die zugehörige Halbleitervorrichtung in Abhängigkeit von der durch den Prozesssensor (116; 200; 300) bereitgestellten Charakterisierung des Halbleiterprozesses, der durch den Temperatursensor (112; 400) bereitgestellten Angabe der Temperatur, und der durch den Spannungssensor (114; 500) bereitgestellten Angabe des Leistungsversorgungsspannungspegels ausgeglichen wird.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 7, ferner mit: einer elektrisch mit dem Ausgang des Prozesssensors (116; 200; 300), dem Ausgang des Temperatursensors (112; 400), dem Ausgang des Spannungssensors (114; 500) und einem programmierbaren Eingang der zugehörigen Halbleitervorrichtung gekoppelten algorithmischen Zustandsmaschine, welche dazu ausgelegt ist, die zugehörige Halbleitervorrichtung in Abhängigkeit von der durch den Prozesssensor (116; 200; 300) bereitgestellten Charakterisierung des Halbleiterprozesses, der durch den Temperatursensor (112; 400) bereitgestellten Angabe der Temperatur und der durch den Spannungssensor (114; 500) bereitgestellten Angabe des Leistungsversorgungsspannungspegels auszugleichen.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 8, wobei die zugehörige Halbleitervorrichtung einen Verstärker mit programmierbarer Verstärkung und die algorithmische Zustandsmaschine einen Eingang zum Empfangen einer für eine Verstärkung und/oder einen Frequenzgang des Verstärkers mit programmierbarer Verstärkung kennzeichnende Betriebseinstellung aufweist, und wobei die Algorithmuszustandsmaschine dazu ausgelegt ist, den Verstärker mit programmierbarer Verstärkung in Abhängigkeit der durch den Prozesssensor (116; 200; 300) bereitgestellten Charakterisierung des Halbleiterprozesses, der durch den Temperatursensor (112; 400) bereitgestellten Angabe der Temperatur, und der durch den Spannungssensor (114; 500) bereitgestellten Angabe des Leistungsversorgungsspannungspegels gemäß der Betriebseinstellung auszugleichen.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 7, ferner mit: mindestens einer mit dem Ausgang des Prozesssensors (116; 200; 300), dem Ausgang des Temperatursensors (112; 400), dem Ausgang des Spannungssensors (114; 500) und einem programmierbaren Eingang der zugehörigen Halbleitervorrichtung elektrisch gekoppelten Schnittstelle, welche dazu ausgelegt ist, die durch den Prozesssensor (116; 200; 300) bereitgestellte Charakterisierung des Halbleiterprozesses, die durch den Temperatursensor (112; 400) bereitgestellte Angabe der Temperatur, und die durch den Spannungssensor (114; 500) bereitgestellte Angabe des Leistungsversorgungsspannungspegels in eine externe Vorrichtung einzuspeisen und eine ausgeglichene an dem programmierbaren Eingang der zugehörigen Halbleitervorrichtung bereitzustellende Betriebseinstellung von der externen Vorrichtung zu empfangen.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 5, wobei die zugehörige Halbleitervorrichtung einen Ausgang zur Bereitstellung eines Ausgangssignals aufweist und die integrierte Schaltung ferner aufweist: mindestens eine mit dem Ausgang des Prozesssensors (116; 200; 300), dem Ausgang des Temperatursensors (112; 400) und dem Ausgang des Spannungssensors (114; 500) elektrisch gekoppelte Schnittstelle, welche dazu ausgelegt ist, die durch den Prozesssensor (116; 200; 300) bereitgestellte Charakterisierung des Halbleiterprozesses, die durch den Temperatursensor (112; 400) bereitgestellte Angabe der Temperatur, und die durch den Spannungssensor (114; 500) bereitgestellte Angabe des Leistungsversorgungsspannungspegels in eine externe Vorrichtung einzuspeisen, um es der externen Vorrichtung zu erlauben, das Ausgangssignal der zugehörigen Halbleitervorrichtung basierend auf der Charakterisierung des Halbleiterprozesses, der Angabe der Temperatur und der Angabe des Leistungsversorgungsspannungspegels auszugleichen.
Verfahren zum Überwachen einer Halbleitervorrichtung, die gemäß einem Halbleiterprozess gefertigt wird, mit den Schritten: Erfassen eines Prozessparameters, der kennzeichnend ist für den Halbleiterprozess, in dem die Halbleitervorrichtung gefertigt wird, mit einem Prozesssensor (116; 200; 300); Charakterisieren des Halbleiterprozesses basierend auf dem erfassten Prozessparameter als im Soll, über dem Soll oder unter dem Soll durch den Prozesssensor (116; 200; 300); Erfassen einer Temperatur der Halbleitervorrichtung mit einem Temperatursensor (112; 400); Erfassen eines Leistungsversorgungsspannungspegels, der der Halbleitervorrichtung bereitgestellt wird, mit einem Spannungssensor (114; 500); Ausgleichen der erfassten Temperatur der Halbleitervorrichtung und des erfassten Leistungsversorgungsspannungspegels, der der Halbleitervorrichtung bereitgestellt wird, in Abhängigkeit von der Charakterisierung des Halbleiterprozesses; Bereitstellen der ausgeglichenen Temperatur an einem Ausgang des Temperatursensors (112; 400); und Bereitstellen des ausgeglichenen Leistungsversorgungsspannungspegels an einem Ausgang des Spannungssensors (114; 500).
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Ausgleichen ein Ausgleichen sowohl der erfassten Temperatur der Halbleitervorrichtung als auch des erfassten Leistungsversorgungsspannungspegels, der der Halbleitervorrichtung bereitgestellt wird, in Abhängigkeit von der Charakterisierung des Halbleiterprozesses aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Erfassen des Prozessparameters, das Erfassen der Temperatur, das Erfassen des Leistungsversorgungsspannungspegels, der der Halbleitervorrichtung bereitgestellt wird, und das Ausgleichen von sowohl der erfassten Temperatur der Halbleitervorrichtung als auch des erfassten Leistungsversorgungsspannungspegels, der der Halbleitervorrichtung bereitgestellt wird, dynamisch in Abhängigkeit von der Charakterisierung durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Charakterisieren des Halbleiterprozesses ein Bestimmen eines Leistungsfähigkeitswerts der Halbleitervorrichtung als über, unter oder bei einem Leistungsfähigkeitsdesignnennwertes für einen gegebenen Herstellungsprozess aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Halbleitervorrichtung eine programmierbare Halbleitervorrichtung ist, und das Verfahren ferner aufweist: Einstellen von mindestens einem programmierbaren Parameter der Halbleitervorrichtung in Abhängigkeit von der ausgeglichenen erfassten Temperatur, des ausgeglichenen erfassten Leistungsversorgungsspannungspegels und des charakterisierten Halbleiterprozesses.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Einstellen aufweist: Empfangen einer Betriebseinstellung für die programmierbare Halbleitervorrichtung; Skalieren der Betriebseinstellung mit der ausgeglichenen erfassten Temperatur, dem ausgeglichenen erfassten Leistungsversorgungsspannungspegel und dem charakterisierten Halbleiterprozess, um eine ausgeglichene Betriebseinstellung zu bestimmen; und Einspeisen der ausgeglichenen Betriebseinstellung in die programmierbare Halbleitervorrichtung, um den mindestens einen programmierbaren Parameter einzustellen.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Schritte des Empfangens, Skalierens und Einspeisens auf der gleichen integrierten Schaltung durchgeführt werden, auf der sich die programmierbare Halbleitervorrichtung befindet.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Schritte des Empfangens und Skalierens durch einen Prozessor durchgeführt werden, der sich auf einer anderen integrierten Schaltung befindet als derjenigen, auf der sich die programmierbare Halbleitervorrichtung befindet.