DE4235317A1

DE4235317A1 - Programmierbares kapazitaets-zeitfeineinstellsystem und kapazitaets-zeitfeineinstellverfahren

Info

Publication number: DE4235317A1
Application number: DE19924235317
Authority: DE
Inventors: Alberto Fort Collins Col. Us Guitierrez Jun.; Chris Longmont Col. Us Koerner; Masaharu Hanno City Saitama Jp Goto; James Oliver Fort Collins Col. Us Barnes
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1991-11-01
Filing date: 1992-10-20
Publication date: 1993-05-06
Anticipated expiration: 2012-10-21
Also published as: DE4235317C2

Description

Allgemein betrifft die vorliegende Erfindung elektronische Systeme, bei denen eine genaue und stabile Signalflanken einstellung erforderlich ist. Genauer gesagt bezieht sich die Erfindung bei Computertestsystemen für die Überprüfung integrierter Schaltungen auf ein System zum Addieren einer zeitlichen Verzögerung auf ein Eingangssignal. Das sich er gebende Signal ist stabil, (d. h. es hat lediglich eine ge ringe Drift oder Schrägheit) bezüglich Änderungen der Ver sorgungsleistung und der Temperatur.

Allgemein bezieht sich daher die Erfindung auf eine Zeit feineinstellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1, auf ein Kalibrierungsverfahren nach dem Oberbe griff des Patentanspruchs 6 sowie auf ein Verfahren zur Ka librierung einer Zeitfeineinstellvorrichtung nach dem Ober begriff des Patentanspruchs 8.

Üblicherweise verwenden die Hersteller von Testsystemen für integrierte Schaltungen die Bipolartechnologie zur Reali sierung der Zeitsteuerung. Jedoch haben Hochleistungslösun gen, wie beispielsweise diejenigen, die mit Bipolartechno logie implementiert sind, eine beschränkte Funktionalität verglichen mit Lösungen in Niederleistungstechnologie, wie beispielsweise der CMOS-Technologie. Ferner benötigen derar tige Hochleistungslösungen häufig eine zusätzliche Wasser kühlung, um eine arbeitsfähige Systemumgebung aufrecht zu erhalten.

Für Fachleute ist es verständlich, daß Lösungen bzw. Ausfüh rungen unter Verwendung der CMOS-Technologie im Gegensatz zu der Bipolartechnologie in einem erheblichem Umfang die Sy stemleistungsanforderungen reduzieren und daher eine Was serkühlung überflüssig machen können. Die CMOS-Technologie bietet einen höheren Grad der Funktionalität bei erheblich verminderter Leistung.

Ein Aspekt der Testsystementwicklung betrifft die Konstruk tion von Vektor-Formatierern. Ein Vektor-Formatierer erzeugt grobe zeitliche Flanken, die für die Überprüfung integrier ter Schaltungen verwendet werden. Die Erfinder des vorlie genden Anmeldungsgegenstandes haben früher einen Vektor-For matierer entworfen, der Spezifikationen von hohen Anfor derungen erfüllt, wie beispielsweise die Spezifikationen einer niedrigen Schrägheit oder Drift oder eines niedrigen Zitterns bzw. einer niedrigen Instabilität innerhalb der kritischen Signalwege der integrierten Schaltungsvorrich tung. Die groben zeitlichen Flanken, die durch Vektor-Forma tierer erzeugt werden, erfordern jedoch allgemein eine ge wisse Feinabstimmung.

Die Probleme, die mit bisherigen Entwürfen einhergehen, wer den unter Bezugnahme auf eine Implementierung verdeutlicht, bei der die Feinabstimmung durch Treiben des Ausgangssigna les des Vektor-Formatierers in einer Zeitfeineinstellvor richtung des Types BT605 von der Firma Brooktree Corpora tion, San Diego, CA erhalten wird. Diese Zeitfeineinstell vorrichtung des Types BT605 bewirkt eine Feinzeiteinstellung bezüglich der Flankenzeitdrift bzw. der relativen Zeiten zwischen den einzelnen Flanken des Eingangssignalverlaufes. Da diese BT605-Zeitfeineinstellvorrichtung in Bipolartech nologie implementiert ist, erfordert diese Konstruktion hohe Leistungsanforderungen verglichen mit einer CMOS-Implemen tierung.

Ferner ist die Bipolarlösung unter Verwendung der BT605-Zeit feineinstellvorrichtung in ihrer Bandbreite aufgrund der Rampen-Komparator-Technik begrenzt. Diese Rampen-Kompara tor-Technik umfaßt das Laden eines Kondensators mit einem Konstantstrom zum Erzeugen einer Spannungsrampe, die an schließend unter Verwendung eines Komparators mit einer Be zugsspannung verglichen wird. Das Erfordernis der Entladung des Kondensators zwischen den Flanken führt zu einer be grenzten Bandbreite.

Ferner erfordert diese BT605-Zeitfeineinstellvorrichtungs-Im plementierung N Schaltungen des Types BT605, wobei N die Anzahl der funktionalen Testpins multipliziert mit der An zahl der Datenformattypen pro Flanke ist. Die Erfordernisse hinsichtlich der Leistung und des Raumes dieser Bipolarim plementierung sind daher mit dem Faktor N zu multiplizieren.

Diese Leistungs- und Raum-Anforderungen könnten erheblich vermindert werden, wenn die Bipolar-Zeitfeineinstellvorrich tung vermieden wird und wenn die Funktionen des Vektor-For matierers und der Zeitfeineinstellvorrichtung auf einer Siliziumscheibe integriert werden, welche unter Verwendung der CMOS-Technologie hergestellt wird. Die Herausforderung bei der Konstruktion eines derartigen Systemes liegt in der Konstruktion einer Zeitfeineinstellvorrichtung unter Verwen dung von CMOS-Technologie, das zumindest den Eigenschaften eines Systemes in konventioneller Bipolartechnologie gleich kommt. Diese Zielsetzung ist eine Herausforderung, da man üblicherweise die Bipolartechnologie hinsichtlich der höhe ren Bandbreite als der CMOS-Technologie überlegen ansieht. Obwohl gewisse CMOS-Zeitfeineinstellkonstruktionen existie ren, die eine zeitliche Feineinstellung bei groben zeitli chen Flanken vornehmen, sind deren Leistungsfähigkeit in Hinblick auf Drift und Instabilität unzureichend. (In diesem Zusammenhang wird verwiesen auf die Fachveröffentlichung von Branson et al. "Integrated PIN Electronics for a VLSI Test System", IEEE International Test Conference 1988, Seiten 23 bis 27.) Diese bestehenden CMOS-Konstruktionen verwenden Vielfachverzögerungselemente, die mit einem Abgriff versehen sind oder in einer Multiplex-Art ausgeführt sind, um die ge wünschte Verzögerung zu erzielen. Redundante Hardware Ele mente und große RAM-Speicher mit Festwertzugriffstabellen werden für die Kalibrierung benötigt. Da die Leistungsdaten hinsichtlich der Drift und der Linearität derartiger CMOS-Inte grationen von Verzögerungsleitungen nicht den Marktan forderungen entsprechen, werden solche CMOS-Konstruktionen nur bei Systemen mit niederen Leistungsdaten eingesetzt. Bislang wurden für die Erzeugung einer feinen Zeiteinstel lung mit hohen Leistungsdaten Bipolaruntersysteme verwendet, die eine hohe Leistungsaufnahme haben.

Wie die Erläuterung der momentanen Technologie verdeutlicht, besteht ein erheblicher Bedarf innerhalb der Testsystem-Her stellerindustrie an einer integrierten Lösung für preisgün stige Zeitfeineinstellvorrichtungen mit niedriger Leistungs aufnahme und hohen Betriebsanforderungen, die auf dem glei chen Chip mit einem Vektor-Formatierer integriert sind.

Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß das Erfordernis von Bipolarteilen mit hoher Leistungsaufnahme, die gegebenenfalls eine Wasserküh lung erfordern, entfällt, ohne daß irgendein nennenswerter Verlust hinsichtlich der Betriebseigenschaften oder Funktio nalität eintritt.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie durch Verfahren gemäß den Ansprüchen 6 und 8 gelöst.

Die Integration des Vektor-Formatierers und der Zeitfein einstellvorrichtung unter Verwendung einer Niederleistungs technologie, wie beispielsweise der CMOS-Technologie, ermög licht eine erhöhte Funktionalität bei der Implementierung auf dem Chip mit erheblich verminderter Leistungsanforderung und Raumanforderung.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Konstruktion unter Verwendung der CMOS-Technologie oder einer äquivalenten Technologie zur Integrierung der benötigten Zeitfeinein stellvorrichtungen auf dem gleichen Chip wie der Vektor-For matierer. Die vorliegende Erfindung vermindert in einem erheblichem Maße die Anforderungen an die Systemleistung, macht die Wasserkühlung überflüssig und erhält sowie über trifft die Betriebsleistungsdaten von in Bipolartechnik realisierten Zeitfeineinstellvorrichtungen. Da eine Imple mentierung unter Verwendung der CMOS-Technologie sich in einem erheblichen Umfang von einer Implementierung in Bi polar-Technologie unterscheidet, konnten für die Zwecke der Erfindung nicht die gleichen Schaltungstypen verwendet wer den, die bei der Bipolar-Technologie eingesetzt werden. Als Ergebnis hiervon liefert die Erfindung eine neue Schaltungs konstruktion unter Verwendung von CMOS-Technologie.

Allgemein liefern das System und das Verfahren der vorlie genden Erfindung strukturell einen Weg zur Integration von Zeitfeineinstellvorrichtungen auf dem gleichen Chip unter Verwendung einer Technologie, wie beispielsweise der CMOS-Tech nologie, im Gegensatz zu der Bipolar-Technologie, um eine erhöhte Funktionalität bei erheblich verminderter Lei stungsaufnahme zu ermöglichen.

Das System und Verfahren nach der Erfindung liefern einen Weg, bei dem eine erheblich engere Kontrolle bezüglich der Verminderung der zeitlichen Veränderlichkeit der logischen Elemente in einer integrierten Schaltung aufgrund von Pro zeßveränderungen, Temperaturveränderungen und Leistungs versorgungsveränderungen erreicht wird, welche während der Herstellung und des Betriebes des Chips auftreten. Insbeson dere wird eine verminderte Drift für die logischen Elemente, die in CMOS-Technologie realisiert sind, erreicht, indem Pseudo-NMOS-Schaltungen (n-Kanal-MOS-Schaltungen) verwendet werden. Diese Pseudo-NMOS-Schaltungen werden so genannt, da diese Schaltungen eine Verhältnislogik implementieren, wie dies bei Schaltungen der Fall ist, die unter Verwendung der NMOS-Technologie realisiert sind. Ferner wird die Pseudo-NMOS-Schaltung unter Verwendung eines PMOS-FET (p-Kanal MOS-Feldeffekttransistor) implementiert, wobei eine Steuer spannung vorgesehen ist, die analog zur Verarmungslast bei NMOS-Schaltungen ist. Von der Funktion her stellen daher Pseudo-NMOS-Schaltungen eine Emulation von NMOS-Schaltungen selbst dann dar, wenn die Pseudo-NMOS-Schaltungen nicht in technischer Weise in NMOS-Technologie implementiert sind.

Die vorliegende Erfindung ist bei elektronischen Geräten an wendbar, bei denen der Flankeneinstellzeitpunkt kritisch ist. Ein Ausführungsbeispiel betrifft Computertestsysteme, die für das Testen integrierter Schaltungen verwendet wer den. Pseudo-NMOS-Implementierungen werden verwendet, um ne gative zeitliche Flanken bzw. negative Taktflanken zu ver zögern. Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfin dung umfassen Pseudo-PMOS-Schaltungen für die gesteuerte Verzögerung von positiven zeitlichen Flanken bzw. positiven Taktflanken. Wiederum andere Ausführungsbeispiele der vor liegenden Erfindung umfassen Pseudo-NMOS/PMOS-Schaltungen für die gesteuerte Verzögerung sowohl der positiven wie auch der negativen Flanken.

Gemäß der Erfindung umfaßt die Schaltungsarchitektur einen Stromspiegel-Digital-Anaolog-Wandler (DAW), der eine Steuer spannung zu wenigstens einem Zeitfeineinstelluntersystem auf einem integrierten Schaltungschip liefert. Da der DAW als Stromspiegel ausgeführt ist, kompensiert die Steuerspannung von dem DAW automatisch die Temperaturveränderungen und Lei stungsversorgungsänderungen, die auf dem Chip auftreten. Das Zeitfeineinstelluntersystem umfaßt eine Unterstützungsspei cher- und Decodier-Schaltung für ein Verzögerungsleitungsun tersystem. Das Verzögerungsleitungsuntersystem umfaßt Ver zögerungselemente, die miteinander mit einem verdrahteten ODER-Multiplexer verknüpft sind. Sämtliche kritischen Zeit gabeelemente sind unter Verwendung der oben beschriebenen Pseudo-NMOS-Technologie implementiert. Als Ergebnis hiervon liefert die vorliegende Erfindung ein System und ein Verfah ren für die Leistungsversorgungs- und Temperatur-Kompensa tion und für die Steuerung der Verzögerung von groben zeit lichen Flanken zum feinen Abstimmen der groben Flanken be züglich der Zeit unter Verwendung einer Implementierung, die eine erhöhte Funktionalität bei erheblich verminderten Lei stungsanforderungen verglichen mit bisherigen Entwürfen er möglicht.

Die Erfindung überwindet die Nachteile des Standes der Tech nik, die oben wiedergegeben wurden, und liefert die folgen den Vorteile.

Ein Vorteil der Verwendung von Pseudo-NMOS-Vorrichtungen liegt in der Tatsache, daß die Steuerspannung verwendet wer den kann, um die Geschwindigkeit der Vorrichtung einzustel len. Als Ergebnis kann der Anwender durch Veränderung eines Bezugsstromes Prozeßvariationen oder dergleichen kompensie ren. Ferner hat eine Pseudo-NROS-Schaltung eine niedrige Drift aufgrund der Leistungsversorgungs- und Temperatur-Kom pensation verglichen mit standardmäßigen CMOS-Schaltungen, so daß sich eine Implementierung einer hochverdichteten in tegrierten Schaltung (VLSI) mit hohen Betriebsleistungsdaten ergibt.

Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung basieren auf der Verwendung der CMOS-Technologie. Da die CMOS-Technologie eine erhöhte Funktionalität bei erheblich verminderten Lei stungsaufnahmeanforderungen verglichen mit ähnlichen Imple mentierungen in anderen Technologien, die höhere Leistung erfordern, liefert, kann das System auf einfachere Weise mit anderen Systemen integriert werden, die unter Verwendung der CMOS-Technologie implementiert sind, als dies im Falle der Bipolar-Technologie der Fall wäre. Ferner beseitigt die Ver wendung der CMOS-Technologie das Erfordernis einer Wasser kühlung, die bei einigen Anwendungen mit Bipolar-Teilen be nötigt wird.

Die vorliegende Erfindung schafft gleichfalls eine automa tische Kalibrierung von Herstellungsprozeßvariationen und Photolithographie-Variationen, die über den integrierten Schaltungschip auftreten. Der Kalibrierungsprozeß wird durch ein Kalibrierungsaufzeichnungsgerät gesteuert, welches eine Mittelung von Daten ermöglicht, um in statistischer Weise die Kalibrierungsgenauigkeit zu verbessern. Ferner sind das Kalibrierungsaufzeichnungsgerät und die Verzögerungsleitung derart angeordnet, daß die Schaltung in indirekter Weise ihre eigene Verzögerung bezüglich einer genauen Zeitflanke messen kann, so daß sie ihren eigenen Betrieb während des Herstellungstestens überwacht.

Der Erfindungsgegenstand kann eine Mehrzahl von Zeitfeinein stelluntersystemen umfassen, die zusammen mit einem einzigen Digital-Analog-Wandler integriert sind, um die Fähigkeit zur Bezugnahme auf verschiedene Verzögerungsleitungen pro inte griertem Schaltungschip zu liefern, um feingestaffelte Ver zögerungen für ein Eingangssignal oder mehrere Eingangssig nale zu liefern. Die Erfindung schafft diese feinen Verzö gerungseinstellungen durch digitale Programmierung der Kapa zität eines Puffers.

Ferner ermöglicht die Schaltungsarchitektur gemäß der Erfin dung eine größere Bandbreite (Durchlaß) bezogen auf bekannte Systeme. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die bei liegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm auf hohem Niveau eines Zeitfein einstellsystemes gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ein Blockdiagramm auf hohem Niveau von einem der in Fig. 1 gezeigten Zeitfeineinstelluntersystemen ge mäß der Erfindung;

Fig. 3 ein Blockdiagramm eines der Verzögerungselemente gemäß Fig. 2 gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ein Blockdiagramm eines Digital-Analog-Wandlersy stemes (DAW-Systemes) gemäß der vorliegenden Er findung;

Fig. 5 ein repräsentatives logisches Diagramm eines Pseu do-NMOS-Verzögerungselementes nach der Erfindung;

Fig. 6 ein repräsentatives logisches Diagramm eines Pseu do-PMOS-Verzögerungselementes nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 ein repräsentatives logisches Diagramm einer Verzö gerungsleitung nach der Erfindung;

Fig. 8 ein repräsentatives logisches Diagramm eines ver drahteten ODER-Multiplexers nach der Erfindung;

Fig. 9 ein Blockdiagramm einer Zeitfeineinstellvorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 10 ein Flußdiagramm eines bevorzugten Verfahrens einer PCNTRL-Signalkalibrierung, die bei einem bevorzug ten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird;

Fig. 11 ein Flußdiagramm eines bevorzugten Verfahrens einer Feinverzögerungskalibrierung, die bei einem bevor zugten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird; und

Fig. 12 ein Flußdiagramm eines bevorzugten Verfahrens einer Grobverzögerungskalibrierung, die bei einem bevor zugten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird.

Allgemein liefern das System und das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung einen Weg zur Integration von Zeit feineinstellvorrichtungen auf dem gleichen Chip unter Ver wendung einer Technologie, wie beispielsweise der CMOS-Tech nologie, im Gegensatz zu der Bipolar-Technologie, um eine erhöhte Funktionalität bei verminderter Leistungsaufnahme zu schaffen.

Das System und Verfahren gemäß der Erfindung arbeiten zur Schaffung einer programmierbaren Verzögerungsleitung für ein oder mehrere Eingangssignale mit groben zeitlichen Flanken. Die programmierbare Verzögerung ist in der ersten Ordnung stabil bezüglich Schwankungen der Leistungsversorgung und der Temperaturen. Diese Stabilität ist erforderlich, um das Verhalten der zu testenden Schaltung von dem Verhalten des Testgerätes selbst zu isolieren. Insbesondere wird eine ver minderte Drift für die logischen Elemente erhalten, die in CMOS-Technologie unter Verwendung von Pseudo-NMOS-(n-Kanal- MOS)-Feldeffekttransistor-(FET)-Schaltungen implementiert sind.

Der Erfindungsgegenstand findet Anwendungen in elektroni schen Geräten, bei denen die zeitliche Lage der ansteigenden oder fallenden Flanke eines Signales kritisch ist. Ein Aus führungsbeispiel eines derartigen Anwendungsfalles betrifft ein Computertestsystem, welches für die Überprüfung bzw. das Testen integrierter Schaltungen eingesetzt wird. Pseudo- NMOS-Implementierungen werden verwendet, um negative Zeit flanken oder Taktflanken zu verzögern. Weitere Ausführungs beispiele des Erfindungsgegenstandes umfassen Pseudo-PMOS-Schal tungen für die gesteuerte Verzögerung positiver zeit licher Flanken. Wiederum andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung umfassen Pseudo-NMOS/PMOS-Schaltungen für die gesteuerte Verzögerung sowohl negativer als auch po sitiver Flanken. Die spezielle Verzögerung kann entweder durch abwechselnde Anordnung von Pseudo-PMOS-Elementen und Pseudo-NMOS-Elementen oder durch Aufbau eines Elementes so wohl mit PMOS-Steuerspannungen als auch mit NMOS-Steuerspan nungen realisiert werden.

Diese Pseudo-NMOS-Schaltungen, (welche nachfolgend auch als PNMOS-Schaltungen bezeichnet werden), sind derart genannt, da sie eine Verhältnis-Logik implementieren, wie dies bei Schaltungen der Fall ist, die unter Verwendung der NMOS-Tech nologie implementiert sind. Die PNMOS-Technik wird unter Verwendung eines p-Kanal-MOSFET mit einer Steuerspannung implementiert, die analog zur Verarmungsbetriebsart-NMOS-FETs ist. Pseudo-PMOS-Ausführungsbeispiele, die unter Ver wendung von n-Kanal-MOSFETs implementiert sind, kommen gleichfalls in Betracht.

Übliche Verarmungsmode-NMOS-FETs haben eine negative Schwel lenspannung, was bedeutet, daß der Kanal des FET leitfähig ist, wenn eine Spannung von Null Volt an seine Gateelektrode angelegt wird. Bei Pseudo-NMOS-Schaltungen wird eine Steuer spannung an die Gateelektrode eines PMOS-FET eines standard mäßigen CMOS-Gerätes derart angelegt, daß der PMOS-FET die ganze Zeit leitfähig bleibt. Beispielsweise wird ein Pseu do-NMOS-Inverter durch Treiben des Gate des PMOS-FET eines CMOS-Inverters mit einer Steuerspannung gebildet. Daher bleibt der PMOS-FET eingeschaltet. Als Ergebnis arbeitet der CMOS-Inverter ähnlich wie ein NMOS-Inverter, bei dem der Last-FET, der an die Versorgungsspannung gekoppelt ist, ständig eingeschaltet ist und das Eingangssignal verwendet wird, um das Gate des NMOS-FET des CMOS-Inverters zu steu ern. Daher wird die Pseudo-NMOS-Schaltung aus einer Stan dard-CMOS-Schaltung mit einem PMOS-FET und einem NMOS-FET gebildet, die einen reinen NMOS-Inverter technisch nachah men, obwohl diese Schaltung in technischem Sinne keine NMOS-Schaltung darstellt.

Der Erfindungsgegenstand wird nunmehr unter Bezugnahme auf die Blockdiagramme der Fig. 1 bis 12 erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm mit einer Struktur auf hohem Niveau bezüglich eines Zeitfeineinstellsystemes 101, welches verwendet wird, um eine veränderliche Anzahl (n) von genau gesteuerten Ausgangssignalen 102 mit fein abgestimmten zeit lichen Flanken aufgrund einer veränderlichen Anzahl (n) von Eingangssignalen 103 mit groben zeitlichen Flanken zu schaf fen.

Das System besteht aus zwei grundlegenden Schaltungsblöcken: einem Stromspiegel-Digital-Analog-Wandler (DAW) 104 und einem oder mehreren Zeitfeineinstellblöcken 106, 108, 110, die mit den Bezugszeichen TV₁, TV₂ und TV_n bezeichnet sind. Jede Zeitfeineinstellschaltung 106 bis 110 kann verwendet werden, um ein Eingangssignal 103 zu verzögern, um ein zeit lich verzögertes Ausgangssignal 102 zu schaffen. Die n-Ein gangssignale 103 werden einer der Zeitfeineinstellvorrich tungen 106, 108, 110 zugeführt, um die groben zeitlichen Flanken einzustellen, um n-Ausgangssignale 102 mit feinen zeitlich abgestimmten Flanken zu schaffen.

Der Stromspiegel-DAW 104 erzeugt ein Steuerspannungssignal (PCNTRL) 112, welches automatisch Temperaturschwankungen und Leistungsversorgungsschwankungen kompensiert, wie nachfol gend detailliert unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert wer den wird. Der Stromspiegel-DAW 104 ist derart programmier bar, daß das PCNTRL-Signal 112 so eingestellt werden kann, daß eine Verzögerungssteuerung geschaffen wird. Diese Steuerung kann auch verwendet werden, um Prozeßvariationen einzustellen. Das PCNTRL-Signal wird jeder Zeitfeineinstell vorrichtung 106, 108, 110 zugeführt, die auf dem Chip des Zeitfeineinstellsystemes 101 angeordnet sind.

Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm eines Zeitfeineinstellunter systemes 106 und seiner Unterstützungsschaltung. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, empfängt das Zeitfeineinstelluntersystem 106 das PCNTRL-Signal 112 und das Dateneingangssignal 203 und liefert ein Datenausgangssignal 204 als Ergebnis der Funktionalität der Zeitfeineinstellvorrichtung und der Un terstützungsschaltung. Insbesondere umfaßt die Unterstüt zungsschaltung für die Zeitfeineinstellvorrichtung 106 eine Verzögerungsleitung 206. Die Verzögerungsleitung 206 umfaßt einen Block 208, der einen oder mehrere Verzögerungselement blöcke 210, 212, 214 und einen verdrahteten ODER-Multiplexer 215 umfaßt. Der verdrahtete ODER-Multiplexer 215 ist elek trisch mit den Verzögerungselement 210 bis 214 über Verbin dungen 216 gekoppelt. Die speziellen Eigenschaften der Ver zögerungselemente 210, 212 und 214 sowie der Verzögerungs leiter 206 werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 sowie unter Bezugnahme auf die Fig. 7 und 8 de tailliert erläutert.

Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm eines der Verzögerungsele mente 210, die in dem Block 208 enthalten sind. Das Verzö gerungselement 210 bewirkt mittels einer digitalen Steuerung die Hinzufügung von Kapazitäten von äußerst geringen Beträ gen, um feinabgestuft eine Verzögerung des Eingangssignales 203 zu bewirken. Das Verzögerungselement 210 empfängt das PCNTRL-Signal 112 und das Eingangssignal 203 sowie das Steuerbuseingangssignal 306. Das PCNTRL-Signal 112 wird als Spannung einem Pseudo-NMOS-Inverter 307 zugeführt, der die ses invertiert und das Eingangssignal 203 puffert.

Ein Satz von Kondensatorbankschaltungen 308 ist mit einem inneren Knoten 310 verbunden. Die Kondensatorbankschaltungen 308 liefern programmierbare Kapazitäten an den inneren Kno ten 310. Daher können kleine Beträge der Kapazitäten an den inneren Knoten 310 über eine digitale Steuerung addiert wer den. Insbesondere werden die Kondensatorbankschaltungen 308 über eine binäre Schaltung und Thermometerdecoder-Logik schaltung 312, welche über den Steuerbuseingang 306 ange schlossen ist, abgestimmt. Die Decoderlogikschaltung 312 legt ein binäres Steuersignal an die Kondensatorbankschal tung 308 entsprechend eines speziellen digitalen Eingangs signales an, welches durch den speziellen Anwendungsfall be stimmt wird. Die Decoderlogikschaltung 312 liefert eine zu sätzliche Thermometerdecodierung zur Steuerung weiterer Kon densatorschaltungsbanken, um Nichtlinearitäten in der Schal tung zu vermindern. Der Knoten 310, an den eine bestimmbare Menge von Kapazitäten von der Kondensatorschaltungsbank 308 angelegt wird, wird verwendet, um einen zweiten Pseudo-NMOS-In verter 314 zu steuern, der gleichfalls das PCNTRL-Signal 112 als Steuerspannung empfängt. Das vorliegende Signal an dem Knoten 310 wird wiederum durch den Inverter 314 inver tiert, um ein verzögertes, fein abgestimmtes Ausgangssignal 318 zu schaffen, das den gleichen logischen Zustand wie das Eingangsignal 203 hat.

Da der DAW 104 zu einer stabilen Feststromquelle in Bezug gesetzt ist, wie nachfolgend detailliert erläutert wird, bewirkt das PCNTRL-Signal 112 eine automatische Anpassung hinsichtlich Temperaturvariationen und Leistungsversorgungs variationen. Mit anderen Worten wird unter einer theoreti schen Betrachtung eine "feste" Verzögerung unabhängig von Leistungsversorgungsvariationen und Temperaturvariationen geschaffen, wodurch dem System eine einzigartige Methode der Temperaturkompensation und Leistungsversorgungskompensation verliehen wird.

Ein repräsentatives Logikdiagramm des DAW 104 gemäß der vor liegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert. Der DAW 104 ist gemäß dieser Darstellung mit einem programmierbaren Pseudo-NMOS-(PNMOS)-Kapazitäts verzögerungselement 210 über eine Spannungssteuerung oder ein PCNTRL-Signal 112 verbunden, das von einem Knoten 108 als Abgriff abgeleitet wird. Der DAW 104 umfaßt einen PMOS-FET 410, dessen Gate und Drain mit Analogstromquelle 412 verbunden sind. Diese Verbindungen schaffen den Knoten 408, der eine automatische Einstellung bewirkt, um eine Spiege lung der gleichen Stromgröße (I_ref) vorzunehmen, welche durch die Stromquelle 412 zugeführt wird.

Eine Mehrzahl von PMOS-FET-Bankschaltungen 414, 416, 418, 420, 422 und 430 sind schaltbar mit dem Knoten 408 des DAW 104 verbunden, um kleine Spannungseinstellungen des Knotens 408 zu ermöglichen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbei spiel umfaßt die Schaltungsbank 414 einen FET, die Schal tungsbank 416 zwei FETs, die Schaltungsbank 418 vier FETs, die Schaltungsbank 420 acht FETs und die Schaltungsbanken 422 bis 430 jeweils 16 FETs.

Die Spannungseinstellungen werden durch einen digitalen Eingang 432 gesteuert, der in einem digitalen Format die erforderliche Einstellung festlegt. Wie durch einen Decoder 434 verdeutlicht wird, wird das digitale Eingangssignal 432 decodiert, um in schaltbarer Weise ausgewählte FET-Banken mit dem Knoten 408 zu verbinden. Dies gestattet es, daß be stimmte Größen der FET-Breiten von den Banken 414 bis 430 zu der Breite des PMOS-FET 410 addiert werden. Die Ausgangslei tung des Decoders 434, der der Schaltungsbank 414 ent spricht, stellt das Bit mit der geringsten Bedeutung (LSB) dar, während die Leitung entsprechend der Schaltungsbank 430 das Bit mit der höchsten Bedeutung (MSB) darstellt. Der Strom, der gespiegelt für das PNMOS-Verzögerungselement 210 erzeugt wird, wird durch das Breiten-Längen-Verhältnis der Gesamtzahl der PMOS-FETs in dem DAW 104 und durch das Brei ten-Längen-Verhältnis des PNMOS-Verzögerungselementes 210 festgelegt. Diese Beziehung folgt folgender Gleichung:

(es sei angenommen, daß Sättigung vorliegt).

Die FET-Breite des Stromspiegel-DAW 104 ist veränderlich, wie durch folgende Gleichung wiedergegeben wird:

W_DAW = W₀ + NW_i

In dieser Gleichung bezeichnen:

W₀ = die anfängliche äquivalente Kanalbreite des Systemes,
N = der Wert des digitalen Eingangs 432 und
W_i = die Kanalbreite des FET mit dem Bit der geringsten Bedeutung (LSB).

Daher gilt für den gespiegelten Strom folgende Gleichung:

In dieser Gleichung wird von der Annahme ausgegangen, daß sich sämtliche FETs in ihrer Sättigung befinden, wobei diese Annahme jedoch nicht immer erfüllt ist. Nichtsdestoweniger ist diese Gleichung hilfreich, um die Betriebsweise des DAW-Systemes zu verdeutlichen.

Da die Ausgangsspannung (PCNTRL112) durch einen Stromspiegel gesteuert wird, kompensiert der DAW 104 Änderungen der Tem peratur und der Leistungsversorgung, so daß der Strom I_REF reflektiert wird, wie dies durch die obigen Gleichungen be schrieben wird.

Zwei verschiedene Arten der Decodierung werden durch den De coder 434 eingesetzt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbei spiel ist eine Vielzahl von PMOS-FET-Schaltungsbanken mit dem DAW 104 an einem Knoten 408 verbunden. Die PMOS-FET-Schal tungsbanken 420 bis 430 liefern das MSB (höchstwertige Bit) für den Stromspiegel. Diese Bits werden unter Verwen dung einer Thermometerdecodierungsmethode decodiert, bei der inkrementale Einheiten ohne binäre Gewichtung decodiert wer den. Ein Beispiel dieser sogenannten Thermometerdecodierung für die Werte Null bis Drei ist in der Tabelle 1 darge stellt.

Im Gegensatz hierzu liefern die PMOS-FET-Schaltungsbanken 414 bis 418 die niedrigstwertigen Bits (LSB) des Stromspie gels. Diese Schaltungsbanken werden ausgewählt, indem ein binäres Decodierungsverfahren ausgewählt wird. Hierbei wird gemäß einer standardmäßigen binären Gewichtung decodiert.

Der Teilerpunkt, zwischen dem binären Decodieren und dem Thermometer-Decodieren wird durch die spezielle Anwendung festgelegt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel be wirkt der Teilerpunkt in einer FET-Schaltungsbank mit 16 PMOS-FETs ein 16-zu-1 MSB-zu-LSB-Verhältnis. Dieses Verhält nis steht im Gegensatz zu einem 64-zu-1 MSB-zu-LSB-Verhält nis, falls eine strikte binäre Decodierung durch die gesamte Gruppe der FET-Schaltungsbanken eingesetzt wird. Der sich ergebende Effekt besteht darin, daß eine Gerätefehlanpassung aufgrund der Verarbeitung auf das 16-zu-1 MSB-zu-LSB-Ver hältnis reduziert wird.

Die Übertragungsfunktion der Spannung an dem Knoten 408 ist nichtlinear und umgekehrt proportional zu N, wobei N der Wert des digitalen Eingangssignales 432 ist. Das PCNTRL-Signal 112, das an dem Knoten 408 erzeugt wird, wird dem variablen Kapazitätsverzögerungselement 210 zugeführt, um das Verzögerungselement 210 in die Lage zu versetzen, auf das Eingangssignal 203 mit den groben zeitlichen Flanken eine spezielle Verzögerung auszuüben. Wie nachfolgend de taillierter erläutert werden wird, schafft das Verzögerungs element 210 ein zeitlich fein abgestimmtes Ausgangssignal 316 (vergleiche Fig. 3).

Die Funktion des digitalen Eingangssignales 432 und des PCNTRL-Signales 112 (der gespiegelte Strom an dem Knoten 408) sind umgekehrt proportional zu N gemäß folgender Glei chung:

(es sei angenommen, daß Sättigung vorliegt).

Hieraus folgt:

(es sei angenommen, daß Sättigung vorliegt).

In dieser Gleichung ist V_GS äquivalent zu dem PCNTRL-Signal 112, wobei hierauf als positive Versorgungsspannung 411 Be zug genommen wird. V_T bezeichnet die Schwellenspannung des PMOS-FET 410 und der PMOS-FET-Schaltungsbanken 414 bis 430.

Obwohl sowohl die Spannung als auch der Strom von dem DAW 104 in einer umgekehrten Beziehung zu N stehen, ist die Ver zögerung, die durch das Verzögerungselement 210 geschaffen wird, proportional zu dem digitalen Eingangssignal 432. Dieses Merkmal der vorliegenden Erfindung wird am besten da durch verdeutlicht, daß die zeitliche Größe betrachtet wird, die erforderlich ist, um den Kondensator C mit einem kon stanten Strom zu laden.

annäherungsweise gilt:

Indem der gespiegelte Strom von dem DAW 104 für den Wert I in die obige Gleichung eingesetzt wird, ergibt sich:

Anders ausgedrückt läßt sich diese Gleichung folgendermaßen formulieren:

Daher wird die lineare Verzögerung für die oben angegebene Situation durch folgende intrinsische Verzögerung gegeben:

Hierzu addiert sich folgende diskrete Verzögerungszeit:

Diese Größe wird durch die digitale Programmierung von dem digitalen Eingangssignal 432 addiert.

Das Verzögerungselement 210 der vorliegenden Erfindung, das in Fig. 5 gezeigt ist, wird nachfolgend erläutert. Die grundlegende Schaltungsarchitektur des Verzögerungselementes 210 umfaßt einen Pseudo-NMOS-Puffer oder einen Pseudo-PMOS-Puf fer, der aus zwei Pseudo-NMOS-Invertern oder zwei Pseudo- PMOS-Invertern 307 und 314 mit einer programmierbaren Kapa zität 308 aufgebaut ist, die zu dem inneren Knoten 310 zwi schen Invertern 307 und 314 zugefügt ist.

Die Pseudo-NMOS-Schaltung, die in Fig. 5 gezeigt ist, be wirkt eine feine zeitliche Abstimmung der negativen zeitli chen Flanke des Eingangssignales 203. Eine Pseudo-PMOS-Schal tung, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist, liefert eine feine zeitliche Abstimmung einer positiven Zeitflanke des Ein gangssignales 203. Gleiche Bezugszeichen in diesen Figuren bezeichnen identische oder funktional ähnliche Elemente.

Die Gates der PMOS-FETs 502 und 504 der Pseudo-NMOS-Inver terausführungsform, die in Fig. 5 gezeigt ist, sowie die Gates der NMOS-FETs 602 und 604 der Pseudo-NMOS-Inverteraus führungsform, die in Fig. 6 gezeigt ist, werden durch das PCNTRL-Signal 112 angesteuert, das durch den DAW 104 erzeugt wird. Wie erläutert wurde, stellt eine unabhängige Variable N die digitalen Eingangssignale 432 für den DAW dar. Die Übertragungsfunktion zwischen dem Ausgangssignal des Strom spiegels und dem digitalen Eingangssignal steht in einer um gekehrt proportionalen Beziehung zu N. Da der DAW zu einer stabilen Feststromquelle in Beziehung steht, stellt das PCNTRL-Signal 112 automatisch Temperaturveränderungen und Leistungsversorgungsveränderungen ein. Daher wird eine Tem peraturkompensation und eine Leistungsversorgungskompensa tion für die Pseudo-NMOS-Inverter und die Pseudo-PMOS-Inver ter geschaffen.

Das PCNTRL-Signal 112 reguliert den Ladestrom (der von dem DAW gespiegelte Strom), mit dem die veränderliche Kapazität 308 geladen wird, und wird verwendet, um die Verzögerung des Puffers 210 einzustellen. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird das PCNTRL-Signal 112 gleichfalls zur Elimi nierung von Prozeßvariationen eingesetzt, um auf diese Weise eine nominale Zeitverzögerung zu erhalten. Durch Änderung des Spiegelverhältnisses des DAW ändert sich der Ladestrom. Die Ladezeit zum Laden des inneren Knoten ist umgekehrt pro portional zu dem Ladestrom. Jedoch ist der Ladestrom umge kehrt proportional zu der DAW-FET-Breite. Daraus folgt, wie bereits erwähnt wurde, daß die Verzögerung proportional zu der DAW-FET-Breite ansteigt.

Die veränderliche Kapazität 308 gemäß der vorliegenden Er findung wird erhalten, indem die Gate-Source-Spannung (V_GSS) von einem oder von mehreren NMOS-FETs moduliert wird. Das Gate eines jeden NMOS-FET ist mit dem inneren Knoten 310 des Puffers 210 verbunden. Die Sourceelektrode und die Drain elektrode sind miteinander kurzgeschlossen. Die Gate-Kapazi tät wird wirksam in die Schaltung eingeschaltet oder aus der Schaltung herausgeschaltet, indem der Source-Drain-Knoten mit der negativen bzw. positiven Versorgungsspannung beauf schlagt wird. Daher können kleine, fein gesteuerte Größen der Kapazität zu dem inneren Knoten 310 über eine digitale Steuerung zugefügt werden. Für Fachleute ist es offenkundig, daß die Größe des Kondensator-FET derart gewählt ist, daß eine feine Zeitabstimmungsauflösung, die von dem Anwendungs fall der Erfindung gefordert ist, erzielt wird. Die Anzahl der an den inneren Knoten angebrachten Kondensatoren ist durch die Erfordernisse des Dynamikbereiches vorgegeben. Da die Verzögerung des Elementes linear proportional zu der Ka pazität des inneren Knotens ist, bietet diese Technik eine lineare Beziehung zwischen der programmierten Kondensator einstellung und der Verzögerung der Schaltung. Für die Zweck der vorliegenden Erfindung werden Kondensatoren höherer Ordnung als Kondensatorschaltungsbanken implementiert, um Nichtlinearitäten zu reduzieren.

Eine Pseudo-NMOS-Implementierung gemäß Fig. 5 wird verwen det, um negative zeitliche Flanken zu verzögern. Weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung umfassen Pseudo-PMOS-Schal tungen für eine gesteuerte Verzögerung positiver zeit licher Flanken (vergleiche Fig. 6).

Wiederum weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Er findung umfassen Pseudo-NMOS/PMOS-Schaltungen für die ge steuerte Verzögerung sowohl der positiven als auch der ne gativen Flanken. Diese spezielle Verzögerung kann erzielt werden, indem entweder Pseudo-PMOS (PPMOS)-Elemente und Pseudo-NMOS (PNMOS)-Elemente abwechselnd angeordnet werden oder indem ein Element sowohl mit PMOS- wie auch mit NMOS-Steuer spannungen realisiert wird.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, umfaßt des PNMOS-Verzögerungs element 210 Inverter 307 und 314 und verschiedene Kondensa torschaltungsbanken 518, 524, 528, 534, 538 und 544, die allgemein mit dem Bezugszeichen 308 bezeichnet sind und von der Decoderschaltung 312 angesteuert werden und in Parallel schaltung mit dem inneren Knoten 310 verbunden sind.

Der Inverter 307 umfaßt einen PMOS-FET 502, dessen Gate-Elek trode mit dem PCNTRL-Signal 112 verbunden ist. Der PMOS-FET 512 bleibt ständig eingeschaltet, jedoch ist dessen Leitfähigkeit durch Änderung der Spannung des PCNTRL-Signa les 112 veränderlich. Das Einstellen dieser Spannung model liert das Laden der Kapazität an dem inneren Knoten 310.

Der Inverter 307 umfaßt gleichfalls einen NMOS-FET 506, der ein Eingangssignal 203 empfängt, das an dessen Gate-Elektro de anliegt. Der PMOS-FET 502 und der NMOS-FET 506 arbeiten zusammen, um das Eingangssignal 203 zu invertieren. Ein in vertiertes Ausgangssignal von dem Inverter 307 wird an dem Knoten 310 durch die genannte Kondensatorschaltungsbank 308 verzögert, welche schaltbar mit dem Knoten verbunden ist.

Die Kondensatorschaltungsbanken der niedrigen Ordnung (FET-Schal tungsbanken mit weniger als acht FETs) werden durch Steuersignale G1 bis G3 aktiv geschaltet (vergleiche Leitun gen 520, 522 und 526). Wenn sie aktiv sind, d. h. einge schaltet sind, arbeiten die FETs wie Kondensatoren und bil den eine Ladungssenke für den Knoten 310, um dadurch ein Signal zu verzögern, das sich von dem Inverter 307 zu dem Inverter 314 ausbreitet. Steuersignale G1 bis G3 sind boole′sch codiert, um eine zusätzliche Kapazität an den Knoten 310 in einer linearen Art anzulegen. Die Bits höherer Ordnung (FET-Schaltungsbanken mit acht oder mehr FETs) wer den durch die Steuersignale G4 und G5 aktiv geschaltet (ver gleiche Leitungen 530, 532). Die Steuersignale G4 und G5 sind Thermometer-codiert, um ein Vorrichtungsfehlanpassung aufgrund von Prozeßtoleranzen zu minimieren. Die Leitungen 520, 522, 526, 530, 532 umfassen den Steuerbus 306, der oben unter Bezugnahme auf Fig. 3 diskutiert wurde. Eine erste Kondensatorschaltungsbank 518 umfaßt einen NMOS-FET, der in Parallelschaltung mit seinem Gate an den Knoten 310 ange schlossen ist und einen kurzgeschlossenen Source-Drain-Kno ten hat, der durch das Gate-Steuereingangssignal G1 auf der Leitung 520 gesteuert wird. Das Signal G1 wird durch einen Inverter 521 logisch invertiert und gepuffert. Das Eingangs signal G1 ist das niedrigstwertige Bit (LSB) des Steuerwor tes, welches die Eingangssignale G1 bis G5 umfaßt. Das Gate steuereingangssignal G2 auf der Leitung 522 wird durch einen Inverter 523 invertiert und gepuffert und steuert den kurz geschlossenen Source-Drain-Knoten eines Paares von parallel geschalteten FETs, welche die Kondensatorbank 524 bilden. Die Kondensatorbank 524 ist mit dem Knoten 310 verbunden, um das nächsthöherwertige Bit des Knotens zu steuern. Ein Gate-Steu ereingangssignal G3 auf der Leitung 526, welches durch einen Inverter 527 invertiert wird, steuert eine Gruppe von vier FETs, die zusammen eine Kondensatorschaltungsbank 528 bilden. Die Kondensatorschaltungsbank 528 liegt parallel zu dem Knoten 310 über die Gates der Kondensatorschaltungsbank 528, um das nächsthöherwertige Bit des Knotens zu steuern.

Ein logisches NOR-Gate 529 für ein Gate-Steuereingangssignal G4 auf der Leitung 530 und ein Gate-Steuereingangssignal G5 auf der Leitung 532 steuert den Source-Drain-Knoten einer Kondensatorschaltungsbank 534. Die Schaltungsbank 534 umfaßt acht NMOS-FETs, die das nächsthöherwertige Bit der Verzö gerung für den Knoten 310 bilden. Ein Inverter 535 erzeugt ein invertiertes Ausgangssignal 536 des Gate-Steuereingangs signales G4. Ein Ausgangssignal 536 steuert den Source- Drain-Knoten einer Kondensatorschaltungsbank 538 mit acht NMOS-FETs, die eine kapazitive Verzögerung für das nächst höherwertige Bit an dem Knoten 310 bilden. Die Gate-Steuer eingangssignale G4 und G5 werden an jeweilige Eingangsan schlüsse eines logischen NAND-Gatters 540 angelegt. Ein Ausgangssignal 542 des logischen NAND-Gatters 540 steuert den Source-Drain-Knoten einer Kondensatorschaltungsbank 544. Die Kondensatorschaltungsbank 544 umfaßt acht NMOS-FETs, die eine kapazitive Verzögerung des höchstwertigen Bits (MSB) für den Knoten 310 bilden.

Es sei angemerkt, daß die FETs der ersten vier Kondensator schaltungsbanken in einer binären Art angeordnet sind (1, 2, 4, 8), um programmierte Kapazitätsfähigkeiten zu liefern, die durch eine binäre Decodierung der Eingänge G1 bis G3 geliefert werden. Die beiden höchstwertigen Bits G4 und G5 werden in einer Thermometer-Art in der Weise decodiert, daß die Kondensatorschaltungsbank 308 aus acht NMOS-FETs anstel le des darauffolgenden binären Äquivalentes von sechzehn ge bildet ist. Die Thermometer-Decodierung ist derart, daß die drei Acht-FET-Kondensatorbanken 534, 538 und 544 in einer monotonen Weise eingeschaltet werden, wenn die Eingangssig nale G4 und G5 von einer binären Null (00 ₂) bis zu einer binären Drei (11 ₂) ansteigen.

Das verzögerte Signal an dem Knoten 310, das durch die Kon densatorschaltungsbanken 308 gebildet wird, ist ein Ein gangssignal des Gates des NMOS-FET 508 des Inverters 314.

Der Inverter 314 umfaßt den NMOS-FET 508 und den PMOS-FET 504, wobei das PCNTRL-Signal 112 mit dem Gate des PMOS-FET 504 verbindbar ist, so daß dessen Leitfähigkeit einstellbar ist. Das verzögerte Datensignal an dem Knoten 310 wird dann erneut invertiert, um ein Datenausgangssignal 316 zu erzeu gen, das logisch mit dem Dateneingangssignal 203 konsistent ist.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, hat das Pseudo-PMOS-Verzögerungs element einen Eingang 203, der mit dem Gate des p-Kanal-FET 602 des ersten Inverters 307 verbunden ist. Der Ausgang des ersten Inverters 307 ist mit dem Gate des p-Kanal-FET 604 des zweiten Inverters 314 verbunden. Das PCNTRL-Signal 112 ist mit dem Gate der n-Kanal-FETs 606 und 608 verbunden. Diese Umkehrung des Steuersignales und der Eingangssignale gestattet eine gesteuerte Verzögerung der positiven Signal flanken.

Die Verzögerungsleitung 206 gemäß der vorliegenden Erfindung wird nunmehr erläutert. Die Verzögerungsleitung ist eine Strukturkombination von Verzögerungselementen 210, die elek trisch mit einem in PNMOS-Schaltungstechnik aufgebauten ODER-Multiplexer 215 verbunden sind (vergleiche Fig. 2). Insbesondere ist eine Gruppe von Verzögerungselementen se riell derart angeordnet, daß der Datenausgang von einem Ver zögerungselement mit dem Dateneingang des nächsten Verzö gerungselementes verbunden ist. Ein Teil dieser Gruppe von gestapelten Verzögerungselementen wird verwendet, um die Eingangssignalflanke in kleinen zeitlichen Inkrementen zu verzögern, während ein anderer Teil dieser Gruppe der gesta pelten Verzögerungselemente verwendet wird, um große zeit liche Verzögerungen zu bewirken. Ein weiterer Teil dieser Gruppe kann zu Kalibrierungszwecken eingesetzt werden.

Fig. 7 zeigt ein logisches Diagramm einer Struktur auf hohem Niveau bezüglich eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Verzögerungsleitung 210 der vorliegenden Erfindung. Die Ver zögerungsleitung 206 umfaßt in Reihe geschaltete Verzöge rungselemente 706 bis 726 und einen PNMOS-geschalteten ODER-Mul tiplexer 215. Die Verzögerungselemente 706, 708 und 714 umfassen feine Verzögerungselemente F₁, F₂, . . ., F_n, wäh rend die Verzögerungselemente 716, 718, und 726 grobe Ver zögerungselemente C₁, C₂, . . ., C_n haben. Das Eingangssignal 203 mit groben zeitlichen Flanken wird an den Eingang des Elementes 706 angelegt.

Die Anzahl der Verzögerungselemente wird durch die gewünsch te Anwendung der Verzögerungsleitung 206 bestimmt. Die An zahl der feinen Verzögerungselemente (F₁, F₂, . . ., F_n) ist derart gewählt, daß der kombinierte Bereich der feinen Ver zögerungselemente den Bereich eines groben Verzögerungsele mentes umfaßt, jedoch nicht eine maximale intrinsische Ver zögerungsfestlegung überschreitet, die folgendermaßen lau tet:

Intrinsische_Verzögerung = feine_intrinsische_Verzögerung + Multiplexer_Verzögerung
Gesamtverzögerung = intrinsische_Verzögerung + feine_programmierte_Verzögerung + grobe_programmierte_Verzögerung

Jedes feine Verzögerungselement hat einen Steuereingang GF_1-n (1:5), der dem Steuerbus 306 gemäß Fig. 3 entspricht, und hat ferner Leitungen G1 bis G5, wie dies in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist. Die Steuereingänge GF_1-n (1:5) legen die Größe der Verzögerung fest, die durch das entsprechende fei ne Verzögerungselement vorzunehmen ist. In ähnlicher Weise hat jedes grobe Verzögerungselement einen Steuereingang GC_1-n (1:5), der die Größe der Verzögerung festlegt, welche durch das entsprechende grobe Verzögerungselement vorzuneh men ist.

Das letzte feine Verzögerungselement F_i und alle groben Ver zögerungselemente 716 bis 726 haben jeweils Abgriffe an ihren jeweiligen Ausgängen D(1), D(2), . . ., D(N) für den PNMOS-geschalteten ODER-Multiplexer 215. Eine nominale grobe Verzögerung wird durch jedes grobe Verzögerungselement durch Steuern der jeweiligen Kondensatorschaltungsbank einge stellt. Daher arbeitet der PNMOS-geschaltete ODER-Multiple xer 215, indem die hereinkommende Flanke abgegriffen wird, nachdem eine ganze Zahl S (1:N) von nominalen groben Verzö gerungen auf die hereinkommende Flanke ausgeübt wurden, wie dies durch den Auswahlbus 748 festgelegt ist.

Der Auswahlbus 748 bewirkt eine individuelle digitale Steuerung für jedes abgegriffene Ausgangssignal D(1) bis D(N), welche durch den PNMOS-geschalteten ODER-Multiplexer 215 empfangen werden. Die Bitgröße des Auswahlbusses 748 wird durch den speziellen Anwendungsfall festgelegt. Ferner empfängt der PNMOS-geschaltete ODER-Multiplexer 215 das PCNTRL-Signal 112, welches eine Steuerung der PMOS-Gates der Pseudo-NMOS-Implementierungen des PNMOS-geschalteten ODER-Mul tiplexers 215 bewirkt.

Die Verzögerungsleitung 206 ermöglicht eine Kombination der feinen Verzögerung, die durch die Verzögerungselemente F₁, . . ., F_n erzeugt wird, mit der groben Verzögerung, welche durch die groben Verzögerungselemente C₁, . . ., C_n erzeugt wird. Daher wird das Ausgangssignal 204 mit einer fein ein gestellten Flanke von dem Eingangssignal 203 mit einer zeit lich groben Flanke erhalten, indem eine geeignete Anzahl von feinen und groben Verzögerungen ausgeführt wird. Das Aus gangssignal 204 mit der fein eingestellten Flanke hat eine konstante intrinsische Verzögerungskomponente, welche durch die feine Verzögerung und den PNMOS-geschalteten ODER-Multi plexer 215 bewirkt wird.

Fig. 8 zeigt ein Feldeffekttransistor-Pegeldiagramm einer Multiplexerausführung des PNMOS-geschalteten ODER-Multiple xers 215 gemäß Fig. 7 nach der vorliegenden Erfindung. Der PNMOS-geschaltete ODER-Multiplexer 215 ist unter Verwendung der Pseudo-NMOS-Technologie implementiert. Der Bus 216 lie fert das gewünschte Eingangssignal für den Multiplexer 215 aufgrund einer beliebigen Anzahl (H) von Verzögerungsein gangssignalen D(1), D(2), . . ., D(N). Der PNMOS-geschaltete ODER-Multiplexer 215 empfängt das PCNTRL-Signal 112, um die PMOS-Gates der Pseudo-NMOS-Ausführungsform des PNMOS-ge schalteten ODER-Multiplexers 215 anzusteuern. Ein Auswahlbus 748 mit N Eingängen (S[1:N]) liefert ein digitales Steuer signal zur Auswahl eines beliebigen Eingangsignales aus H Verzögerungseingangssignalen D(1), D(2), . . ., D(N).

Eine Mehrzahl von NMOS-FETs 802a, 802b, . . ., 802n sind mit entsprechenden PMOS-FETs 822a, 822b, . . ., 822n verbunden, um invertierte Ausgangsknoten 842a, 842b, . . ., 842n zu bil den. Jedes einzelne Verzögerungseingangssignal D(1) bis D(N) ist mit einem Gate eines entsprechenden NMOS-FETs 802 verbun den. Bei dieser PNMOS-Ausführungsform des PNMOS-geschalteten ODER-Multiplexers 215 wird jeder PMOS-FET 822 durch das PCNTRL-Signal 112 gesteuert, wodurch die gleichen Prozeß-, Leistungsversorgungs- und Temperatur-Kompensationscharak teristika einer Pseudo-NMOS-Technik bewirkt werden.

Jeder invertierte Ausgangsknoten 842 ist mittels eines Sig nales S(1:N) über einen Auswahlbus 748 auswählbar, welches einen NMOS-FET 862a, 862b, . . ., 862n ansteuert, der pa rallel an die jeweiligen Knoten 842 geschaltet ist. Die ein zelnen Leitungen auf dem Auswahlbus 748 haben eine negative Binärcodierung, wobei lediglich eine Auswahlleitung (S[i], L = 1 bis n) jeweils gleichzeitig aktiv geschaltet sein darf.

Letztlich ist der digital ausgewählte Knoten 842, an dem ein invertiertes verzögertes Eingangssignal D(1) bis D(N) an liegt, mit einem entsprechenden NMOS-FET 882a, 882b, . . ., 882n verbunden. Jeder dieser NMOS-FETs 882 liegt in Paral lelschaltung an einem PMOS-FET 897, um einen zweiten Inver ter zu bilden, der erneut das ausgewählte invertierte Verzö gerungseingangssignal D(1) bis D(N) an dem jeweiligen Knoten 842 invertiert, um ein Ausgangssignal 204 zu schaffen, das logisch mit dem verzögerten Eingangssignal D(1) bis D(N) konsistent ist, welches durch den Auswahlbus 748 ausgewählt ist.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß der PNMOS-geschaltete ODER-Multiplexer 215 PNMOS-ODER-Schaltungen umfaßt, die je weils einen offenen Drain-Ausgang haben. Die offenen Drain-Ausgänge sind alle mit einem einzigen PMOS-Hochzieh-FET 897 verbunden, dessen Gate durch das PCNTRL-Signal 112 ange steuert wird. Ein Eingangssignal eines jeden PNMOS-ODER-Gat ters wird durch einen Verzögerungsleitungsabgriff ange steuert. Der andere Eingang eines jeden PNMOS-ODER-Gatters wird durch ein Auswahleingangssignal angesteuert, welches ein Aktivschalten oder Abschalten eines speziellen Abgriffes bewirkt. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung wird lediglich ein Abgriff zu einem bestimmten Zeit punkt aktiv geschaltet. Bei einer hereinkommenden Flanke an dem entsprechenden aktiv geschalteten Abgriff breitet sich das Signal anschließend durch die PNMOS-ODER-Schaltung aus und zieht den gemeinsamen PMOS-Hochzieh-FET nach unten, wo durch das abgegriffene Signal sich an den Ausgang des Multi plexers ausbreitet. Der gemeinsame Hochzieh-FET, an den sämtlichen offenen Drain-Knoten elektrisch angeschlossen sind, arbeitet als ein ODER-Gatter (geschaltes ODER), um einen aktiven Abgriff zur Ausbreitung zu dem Ausgang zu er möglichen.

Da ein Anwendungsfall der Erfindung sich auf Testeinrichtun gen in intergrierter Schaltungstechnik bezieht, bei denen die Fähigkeit zur Temperatur-, Leistungsversorgungs- und Prozeßvariations-Kompensation erfordert wird, ist es nötig, das Verhalten der zu testenden Schaltung von demjenigen des Testsystemes zu isolieren. Daher liefert die Schaltungs architektur ein Kalibrierungsverfahren unter Verwendung einer Pseudo-NMOS- (d. h. einer sogenannten PNMOS) Fein/Grob-Abgriffsverzögerungsschaltung als geschaltetes ODER-Gatter mit entsprechender Unterstützungsschaltung.

Die Unterstützungsschaltung umfaßt:

1) ein Datenregister, welches einen Digitalwert empfängt, der eine gewünschte Zeitverzögerung darstellt, die auf das Eingangssignal mit den groben zeitlichen Flanken auszuüben ist;
2) ein RAM, welches einen Kalibrierungsspeicher für den Aspekt der feinen Verzögerung der programmierten digi talen Verzögerung schafft;
3) eine Registerschaltungsbank, die den Kalibrierungsspei cher für den Aspekt der groben Verzögerung der program mierten digitalen Verzögerung liefert;
4) eine Decoderschaltung sowohl für feine als auch für grobe Verzögerungen der programmierten digitalen Ver zögerung als Eingang der PNMOS-geschalteten Abgriffs verzögerungsleitung in ODER-Schaltungstechnik, um das Ausgangssignal mit der gewünschten fein eingestellten Flanke zu erhalten, und
5) eine Kalibrierungsschaltung zur Unterstützung verschie denen Kalibrierungsvorgehensweisen.

Fig. 9 zeigt ein Blockdiagramm einer Zeitfeineinstellschal tung 106, die verwendet wird, um ein Ausgangssignal mit einer genau gesteuerten zeitlichen Flanke aufgrund eines Eingangssignales mit einer groben zeitlichen Flanke zu bil den. Ein Datenbus 904 liefert ein Eingangsdatensignal 906 für ein Alpharegister 908. Das Eingangsdatensignal 906 legt eine gewünschte programmierte digitale Verzögerung fest, die in dem Alpharegister 908 gespeichert ist. Die höchstwertigen Bits (MSB) des Wertes, der in dem Alpharegister 908 gespei chert ist, werden durch den groben Decoder 910 über einen Bus 911 empfangen. Die niederwertigen Bits (LSB) des Wertes in dem Alpharegister 908, die die feine Verzögerung festle gen, die durch die Zeitfeineinstellvorrichtung 106 zu erzeu gen ist, werden als eine Adresse für das RAM 912 über einen Bus 913 empfangen.

Der grobe Decoder 910 decodiert die höchstwertigen Bits des in dem Alpharegister 908 gespeicherten Wertes, um ein Aus wahleingangssignal 914 für eine PNMOS-geschaltete ODER-Ab griffsverzögerungsleitung 206 zu schaffen. Die PNMOS-ge schaltete ODER-Abgriffsverzögerungsleitung 206 wählt einen einzigen Abgriff in der Verzögerungsleitung aus und arbeitet daher, um die feinen und groben Verzögerungen zu kombinie ren, welche durch das Eingangsdatensignal 906 festgelegt sind. Die Registerbank 918 bewirkt eine Speicherung, auf die von dem Datenbus 904 über einen Bus 919 zu der PNMOS-ge schalteten ODER-Abgriffsverzögerungsleitung 206 über einen Bus 920 zugegriffen werden kann, um die Kalibrierungsdaten zu liefern, die durch die groben Verzögerungselemente benö tigt werden, die intern einen Teil der PNMOS-geschalteten ODER-Abgriffsverzögerungsleitung 206 bilden.

Das RAM 912 speichert Kalibrierungsdaten für die Feinverzö gerung, die durch die geringstwertigen Bits (LSB) des Wertes festgelegt ist, der in dem Alpharegister 908 gespeichert ist. Ein Bus 921 schafft einen Zugriff von dem Datenbus 904 auf das RAM 912. Ein Bus 922 schafft einen Zugriff von dem RAM 912 auf einen Decoder 924 für die feine Verzögerung, der eine Decodierung der in dem RAM 912 gespeicherten binären Daten in eine Kombination von binär decodierten Daten und Thermometer-decodierten Daten schafft. Dieses kombinierte Decodieren ermöglicht eine erhöhte Linearität. Die Thermo meter-Decodierung wird unter der Vielzahl von Verzögerungs elementen (Zwischenverzögerungselementen) verwendet, die in der PNMOS-geschalteten ODER-Abgriffs-Verzögerungsleitung 206 enthalten sind. Die binäre Decodierung wird innerhalb eines jeden Verzögerungselementes (Zwischenverzögerungselementes) verwendet, welches in der PNMOS-geschalteten ODER-Verzö gerungsleitung 206 enthalten ist. Der Bus 926 bewirkt einen Zugriff von dem Decoder 924 für die feine Verzögerung auf die PNMOS-geschaltete ODER-Verzögerungsleitung 206.

Wie in Fig. 9 gezeigt ist, wird ein Eingangssignal 203 mit zeitlich groben Flanken, auf das die Zeitverzögerung ange wendet werden soll, zusammen mit einem Systemtaktsignal CLK 932 einem Halte-Flip-Flop-1 930 (last-Flip-Flop-1, LFF1) zugeführt. Die Ausgangsstufe des LFF1 930 ist in PNMOS-Tech nologie ausgeführt, um eine Verstärkungs-, Leistungsversor gungs- und Temperatur-Kompensation zu bewirken. Das Ein gangssignal 203 wird getaktet, um ein grobflankiges Signal 934 zu erzeugen, welches der PNMOS-geschalteten ODER-Ab griffsverzögerungsleitung 206 der Zeitfeineinstellvorrich tung 106 zugeführt wird. Die PNMOS-geschaltete ODER-Ab griffsverzögerungsleitung 206 empfängt gleichfalls ein PCNTRL-Signal 112 als Steuerspannung für die PNMOS-Implemen tierung. Eine genau gesteuerte verzögerte Flanke entspre chend der programmierten Verzögerung, die über das Ein gangsdatensignal 906 empfangen wird, wird als Ausgangssignal 204 mit zeitlich hochgenauer Flanke erzeugt.

Ferner wird das Signal 934 mit der zeitlich groben Flanke eingangsseitig dem D-Eingang eines LFF2 (last-Flip-Flop-2) 940 zugeführt, welches gleichfalls durch das Taktsignal CLK 932 getaktet wird. Das LFF2 940 stimmt strukturell identisch mit dem LFF1 930 überein, da die Verzögerungscharakteristika des LFF2 940 mit denjenigen Charakteristika des LFF1 930 zusammenpassen sollten. Bei dem nächsten Taktsignal CLK 932 nach Empfang des Signales 934 mit der groben zeitlichen Flanke erzeugt das LFF2 940 ein Bezugsflankensignal PCLK 942 für einen Phasendetektor 944. Dieser Phasendetektor 944 em pfängt gleichfalls das Signal mit der feinen zeitlichen Flanke 204. Der Phasendetektor 944 vergleicht die Perioden dauer des Signales CLK 932 mit der Verzögerung der Verzö gerungsleitung, die aufgrund des Signales 204 mit der genau gesteuerten zeitlichen Flanke ermittelt wird. Ein PHDOUT-Aus gangssignal 946 nimmt den logischen Wert "1" an, falls die Verzögerung aufgrund der Verzögerungsleitung, die durch das Signal 204 mit der feinen zeitlichen Flanke dargestellt wird, kleiner als eine Taktperiode des Signales PCLK 942 ist. Anderenfalls nimmt das PHDOUT-Ausgangssignal 946 den logischen Wert "0" an.

Eine Kalibrierung kann aus verschiedenen Gründen erforder lich sein. Ein Bedarf an der Kalibrierung kann aufgrund von Prozeßvariationen von verschiedenen Chargen des gleichen Chips oder aufgrund von Schaltungsfehlanpassungen auf dem gleichen Chip herrühren. Die Schaltungsarchitektur gemäß der vorliegenden Erfindung unterstützt drei bevorzugte Kali brierungsmethoden:

1) Die PCNTRL-Kalibrierung, die Prozeßvariationen kom pensiert;
2) die Kalibrierung mit feiner Verzögerung, die eine Schaltungsfehlanpassung in den Elementen für die feine Verzögerung kompensiert; und
3) Die Kalibrierung für grobe Verzögerung, welche eine Schaltungsfehlanpassung in Elementen für die grobe Verzögerung kompensiert.

Abhängig von den speziellen Systemanforderungen wird eine Teil dieser Kalibrierungsverfahren oder sämtliche Kali brierungsverfahren benötigt oder auch nicht benötigt.

Jedes der obigen Kalibrierungsverfahren erfordert eine ge naue Zeitreferenz. Diese Zeitreferenz wird in der Form einer fein gesteuerten, an sich konventionellen Taktperiodendauer des Signales CLK 932 gemäß Fig. 9 gebildet. Das Verfahren der Kalibrierung wird durch eine digitale Steuerschaltung (d. h. durch einen sogenannten Kalibrierungs-Logger) ge steuert und ermöglicht eine Mittelung der Daten, um die Kalibrierung statistisch zu verbessern. Für Fachleute ist es offenkundig, daß viele an sich bekannte Techniken für die Durchführung der Speicherung und des Zählens des Kali brierungs-Loggers in Betracht kommen. Einzelheiten des Ka librierungs-Loggers sind für Fachleute zur Ausführung der Erfindung nicht erforderlich. Der Kalibrierungs-Logger kann mehrere Zähler und Register, eine digitale Logikschaltung oder dergleichen umfassen. Der Zweck der Logger-Schaltung liegt in der Überwachung und Speicherung der gesamten Zäh lung der verschiedenen Phasendetektorausgangsergebnisse und im Vergleich derselben mit einem Schwellenwert, der vorab in den Kalibrierungs-Logger programmiert worden ist. Dieser Vergleich ermöglicht es, daß der Kalibrierungs-Logger be stimmt, ob die zeitliche Flanke, die betrachtet wird, ein gewünschtes zeitliches Verhalten hat. Der Kalibrierungs logger schafft gleichzeitig eine Einrichtung für die Schal tung, um auf indirekte Weise zeitempfindliche Messungen durchzuführen, so daß ein Selbsttest während des Herstel lungstestvorganges durchgeführt werden kann.

Das Kalibrierungsverfahren kann unter Bezugnahme auf zwei aufeinanderfolgende ansteigende Flanken des Taktsignales CLK 932 in Fig. 9 beschrieben werden. Die erste Flanke treibt das Signal mit der zeitlich groben Flanke in die Verzö gerungsleitung 206 und setzt ein zweites Flip-Flop LFF2 940. Das LFF2 940 wird durch das Taktsignal CLK 932 getaktet und erzeugt ein Ausgangssignal PCLK 942, welches nachfolgend ein zweites Taktsignal wird und den Phasendetektor treibt. Wenn daher die Periode, welche die Zeit zwischen zwei aufeinan derfolgenden ansteigenden Flanken des Taktes CLK 932 ist, gemäß der Programmierung die gewünschte Verzögerung durch die Verzögerungsleitung 206 ist, steigt das Ausgangssignal 204 mit der zeitlich feinen Flanke zu dem gleichen Zeitpunkt wie das zweite Taktsignal PCLK 942 bei dessen ansteigender Flanke an. Die zeitlich fein eingestellte Signalflanke des Ausgangssignales 204 und die Signalflanke des PCLK-Signales 942 sind nicht in der oben beschriebenen Art zueinander auf gereiht, wobei das Ausgangssignal 204 mit der fein einge stellten zeitlichen Flanke außer Kalibrierung ist. In dieser Situation wird die Einstellung der Verzögerungsleitung 206 nachgestellt, bis die Signalflanke des Ausgangssignales mit der fein eingestellten Flanke 204 und die Flanke des PCLK-Signales 942 zueinander ausgerichtet sind. Das Ergebnis dieses Kalibrierungsprozesses wird in dem RAM 912, dem Regi ster 918 abgespeichert oder verwendet, um die DAW-Einstel lung nachzustellen, in Abhängigkeit davon, ob die Feinkali brierung, die Grobkalibrierung oder das PCNTRL-Signal 112 kalibriert werden. Im wesentlichen treibt das PHDOUT-Signal 942 einen Rückkopplungsabschnitt, der eine Phasenrastschlei fenfunktion emoliert und ermöglicht die Durchführung einer erfindungsgemäßen Kalibrierung durch eine konstante digitale Einstellung der Taktperiodendauer, bis diese die gewünschte Verzögerungszeit durch die Verzögerungsleitung 206 zur An passung bringt.

Die Fig. 10, 11 und 12 zeigen Flußdiagramme von Verfahren, die zu Kalibrierungszwecken bei dem bevorzugten Ausführungs beispiel der Erfindung gemäß Fig. 9 Anwendung finden. Fig. 10 ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens der PCNTRL-Kali brierung, bei dem Prozeßvariationen kompensiert werden.

Wie in Fig. 10 gezeigt ist, programmiert ein Kalibrierungs verfahren des PCNTRL-Signales 112 sämtliche Verzögerungs elemente innerhalb der PNMOS-geschalteten ODER-Abgriffsver zögerungsleitung 206 auf eine nominale Kondensatoreinstel lung. Das PCNTRL-Kalibrierungsverfahren beginnt mit dem Block 1001 durch Einstellung einer Zeitreferenz (CLK 932) auf eine gewünschte Frequenz. Als Beispiel zur Erläuterung dieses Verfahrens, das nachfolgend durchgängig verwendet wird, sei angenommen, daß die gewünschte Verzögerung auf acht ns zu kalibrieren ist. In diesem Fall muß die Zeitre ferenz CLK 932 auf eine Periode von acht ns eingestellt wer den. Diese Einstellung bedeutet, daß die Zeitdauer zwischen der ansteigenden Flanke und einer nachfolgenden ansteigenden Flanke acht ns beträgt. Es sei angemerkt, daß bei dem vor liegenden Ausführungsbeispiel jedes Verzögerungselement der Verzögerungsleitung 206 eine nominale Verzögerung von zwei ns hat, wobei in diesem Fall vier Verzögerungselemente er forderlich werden, damit die Verzögerungsleitung 206 die ge wünschte Verzögerung von acht ns liefert. Der DAW 104, der das PCNTRL-Signal 112, welches zu kalibrieren ist, erzeugt, wird dann auf seine niedrigste Einstellung eingestellt, wie dies in dem Block 1002 gezeigt ist, um das minimale PCNTRL-Signal 112 zu erzeugen. Es sei im Zusammenhang mit dem wei terhin betrachteten Ausführungsbeispiel erwähnt, daß diese Minimumeinstellung des PCNTRL-Signales 112 die Verzögerungs leitung 206 in die Lage versetzten muß, eine Verzögerung zu erzeugen, die geringer ist als die gewünschte Verzögerung von acht ns, so daß die gewünschte Verzögerung von acht ns durch langsame Erhöhung des PCNTRL-Signales 112 angenähert werden kann.

Als nächstes wird in dem Block 1004 erfaßt, daß eine Takt flanke zu der Zeitfeineinstellvorrichtung 1006 durch das Eingangssignal 203 eingegeben wird. Der Block 1006 verdeut licht, daß die verzögerte Flanke des zeitlich fein einge stellten Ausgangssignales 204 mit dem PCLK-Signal 942 (wel ches von der Zeitreferenz CLK 932 erzeugt wird und eine identische Taktdauer hat) durch den Phasendetektor 944 ver glichen wird. Wie in der Beschreibung der Fig. 9 geschildert wurde, legt das PHDOUT-Ausgangssignal 946 den logischen Wert "1" fest, falls die Verzögerung von der Verzögerungsleitung 206 auf das Signal mit der zeitlich fein eingestellten Flan ke 204 kleiner ist als eine Periodendauer des PCLK-Signales 942. Anderenfalls nimmt das PHDOUT-Ausgangssignal 946 den logischen Wert "0" an. Das externe Kalibrierungsaufzeich nungsgerät (der Kalibrierungs-Logger) zeichnet dann das PHDOUT-Ausgangssignal 946 auf, wie dies durch den Block 1008 verdeutlicht wird, um dadurch die Anzahl von Malen zu zäh len, bei denen das Ausgangssignal einen hohen Wert annimmt.

Der Entscheidungsblock 1009 verdeutlicht, daß der Prozeß von dem Block 1004 Nfach wiederholt wird, wobei N eine digitale Zahl ist, die in dem Kalibrierungsaufzeichnungsgerät bzw. Kalibrierungs-Logger aufgezeichnet wird. Die Wiederholung dieses Zyklus von dem Block 1004 bis zu dem Block 1009 ist erforderlich, wenn die Verzögerung der Verzögerungsleitung 206 die Periode der Zeitreferenz CLK 932 annähert, da zu diesem Zeitpunkt der Phasendetektor 944 in eine instabile Be triebsart eintritt, bei der das Ausgangssignal unbestimmt wird. Daher muß das Ausgangssignal durch eine Wahrschein lichkeitsüberprüfung bestimmt werden. Wenn der Wert N an steigt, nimmt die Wahrscheinlichkeit zu, daß das richtige Ausgangssignal auf korrekte Weise bestimmt worden ist.

Zu dem Zeitpunkt, zu dem ein richtiges Ausgangssignal in vernünftiger Weise während N aufeinanderfolgenden Iteratio nen bestimmt worden ist, wird von dem Entscheidungsblock 1010 eine diesbezügliche Bestimmung vorgenommen, falls der Zählwert, welcher als Kalibrierungsaufzeichnungszählwert gespeichert ist, welcher die gesamte Anzahl von Malen dar stellt, bei denen der Phasendetektor 944 das Ergebnis "1" liefert, größer ist oder gleich ist einem externen unabhän gigen programmierbaren Schwellenwert. Falls dies der Fall ist, wie dies durch den Block 912 verdeutlicht wird, ist jedes Verzögerungselement gleich der nominalen Verzögerung, was bedeutet, daß die Verzögerung der Verzögerungsleitung 206 ungefähr auf die Verzögerung kalibriert wird, die durch die Periodendauer der Zeitreferenz CLK 932 spezifiziert wird. Daher ist das PCNTRL-Signal 112 nunmehr bezüglich Va riationen des Herstellungsprozesses kalibriert.

Anderenfalls wird, wie dies durch den "Nein"-Zweig vom Block 1010 verdeutlicht wird, die Einstellung des DAW 104, die das PCNTRL-Signal 112 steuert, um ein niedrigstwertiges Bit erhöht, um das PCNTRL-Signal 112 zu erhöhen und um da durch die Verzögerung zu vergrößern, die durch jedes Verzö gerungselement geliefert wird, welches in der Verzögerungs leitung 206 enthalten ist. Diese Vorgehensweise wird von dem Block 1004 wiederholt, bis der Entscheidungsblock 1010 der "Ja"-Verzweigung zu dem Block 1012 folgt.

Fig. 13 ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens einer Fein verzögerungskalibrierung, die eine Schaltungsfehlanpassung bezüglich der Feinverzögerungselemente kompensiert. Als Er gebnis werden die Feinverzögerungselemente bezüglich der auf einem Schaltungschip entstandenen photolithographischen Va riationen kalibriert. Das Feinverzögerungskalibrierungsver fahren beginnt mit dem Block 1101 durch Einstellen der Zeit referenz (CLK 932) auf eine gewünschte Frequenz. Bei dem ständig betrachteten Beispiel, welches der Erläuterung die ses Verfahrens dienen soll, bei dem eine gewünschte Verzö gerung auf acht ns zu kalibrieren ist, sollte die Zeitre ferenz CLK 932 innerhalb einer Periode von acht ns einge stellt werden. Diese Einstellung bedeutet, daß die Zeit zwischen einer ansteigenden Flanke und der folgenden anstei genden Flanke acht ns ist. Als nächstes zeigt der Block 1102, daß die Kondensatoreinstellung für die Feinverzö gerungselemente, die innerhalb der PNMOS-geschalteten ODER-Abgriffsverzögerungsleitung enthalten sind, auf die Minimaleinstellung einzustellen ist. Bei dem ständig be trachteten Ausführungsbeispiel wird dies einer Feinverzö gerung von weniger als acht ns entsprechen.

Nunmehr bezeichnet der Block 1104, daß die zeitliche Flanke zu der Zeitfeineinstellvorrichtung 106 über das Eingangs signal 203 eingegeben ist. Der Block 1106 gibt an, daß die verzögerte Flanke des zeitlich fein eingestellten Aus gangssignales 204 mit dem PCLK-Signal 942 (welches von der Zeitreferenz CLK 932 erzeugt wird und eine identische Takt zeit hat) durch den Phasendetektor 944 verglichen wird. Wie in der Beschreibung im Zusammenhang mit Fig. 9 erläutert worden ist, nimmt das PHDOUT-Ausgangssignal 946 den logi schen Wert "1" an, falls die Verzögerung der Verzögerungs leitung 206 auf das Signal mit der zeitlich fein eingestell ten Flanke 204 geringer ist als eine Taktdauer des Signales PCLK 942. Anderenfalls nimmt das PHDOUT-Ausgangssignal 946 den logischen Wert "0" an. Das externe Kalibrierungsauf zeichnungsgerät nimmt dann das PHDOUT-Ausgangssignal 946 auf, wie dies durch den Block 1108 verdeutlicht wird, um dadurch die Anzahl von Malen zu zählen, bei denen das Aus gangssignal hoch ist.

Der Entscheidungsblock 1109 gibt an, daß das Verfahren von dem Block 1104 Nfach wiederholt wird, wobei N eine digitale Zahl ist, die in dem Kalibrierungsaufzeichnungsgerät pro grammiert ist. Die Wiederholung dieses Zyklus vom Block 1104 bis zu dem Block 1109 ist erforderlich, wenn sich die Ver zögerung der Verzögerungsleitung 206 an die Periodendauer der Zeitreferenz CLK 932 annähert, da zu diesem Zeitpunkt der Phasendetektor 944 in ein instabile Betriebsart ein tritt, bei der das Ausgangssignal ungewiß wird. Daher muß das Ausgangssignal auf seine Wahrscheinlichkeit hin unter sucht werden. Mit zunehmendem Wert N nimmt die Wahrschein lichkeit zu, daß das Ausgangssignal korrekt ermittelt ist.

Bei dem Entscheidungsblock 1110 führt das System eine Be stimmung durch, ob der Zählwert, der als Kalibrierungsauf zeichnungszählwert gespeichert ist und die Gesamtzahl von Malen darstellt, bei denen der Phasendetektor 944 das Er gebnis einer logischen "1" geliefert hat, größer ist oder gleich einem externen, unabhängig programmierbaren Schwel lenwert. Falls diese Bedingung nicht erfüllt ist, werden die Feinverzögerungselementkondensatoren um eine Einstellung erhöht, wie dies durch den Block 1191 verdeutlicht ist, woraufhin das Verfahren von dem Block 1104 wiederholt wird. Falls die Entscheidung bei dem Block 1110 positiv ist, so wird das erste feine Verzögerungselement nunmehr auf die gewünschte Feinverzögerung bezüglich photolithographischer Variationen auf dem Chip kalibriert, wie dies durch den Block 1112 dargestellt ist, wobei das diesbezügliche Ergeb nis in dem RAM 912 abgespeichert wird.

Da das Verfahren vielfache feine Verzögerungseinstellungen mit sich bringt, wird bei dem Block 1114 überprüft, ob alle Feinverzögerungseinstellungen kalibriert worden sind. Falls dies nicht der Fall ist, werden die Feinverzögerungselemen tekondensatoren auf eine Minimumeinstellung geschaltet, wie dies bei dem 1115 gezeigt ist. Dann wird die Bezugszeit CLK 932 um eine Verzögerungselementauflösung erhöht, wie dies durch den Block 1116 gezeigt ist. Das Verfahren wird dann von dem Block 1104 für die nächste Feinverzögerungseinstel lung wiederholt. Wie in dem Block 1117 gezeigt ist, ist das Kalibrierungsverfahren für das Feinverzögerungselement ver vollständigt, wenn alle Feinverzögerungseinstellungen kali briert sind.

Fig. 12 ist ein Blockdiagramm eines bevorzugten Verfahrens für die Grobverzögerungskalibrierung zur Kompensation von Schaltungsfehlanpassungen in den Grobverzögerungselementen. Im wesentlichen werden die Grobverzögerungselemente zur Kom pensation von photolitographischen Variationen auf dem Schaltungschip kalibriert sowie zur Kompensation von Verän derungen durch die Abgriffsverzögerungsleitung kalibriert. Das Grobverzögerungskalibrierungsverfahren beginnt bei dem Block 1201 mit der Einstellung der Zeitreferenz (CLK 932) auf eine gewünschte Frequenz. Dann wird bei dem Block 1202 die Kondensatoreinstellung eines ersten Grobverzögerungs elementes innerhalb der PNMOS-geschalteten ODER-Abgriffs verzögerungsleitung 206 auf die Minimumeinstellung program miert. Es sei angemerkt, daß diese Minimumeinstellung der Gesamtverzögerung vermindert um die "gewünschte Verzögerung" entspricht.

Das Grobverzögerungskalibrierungsverfahren, welches in den Blöcken 1204 bis 1211 gezeigt ist, ist sehr ähnlich vergli chen mit dem Verfahren, das oben unter Bezugnahme auf Fig. 11 und dort auf die Blöcke 1104 bis 1111 erläutert ist. Eine detaillierte Diskussion der Blöcke 1204 bis 1211 wird daher fortgelassen. Falls jedoch die Entscheidung bei dem Block 1210 positiv ist, wird das erste Grobverzögerungselement auf die gewünschte Grobverzögerung bezüglich der auf dem Chip vorliegenden photolitographischen Variationen kalibriert, wobei dieses Ergebnis in dem Register 918 gespeichert wird, wie dies durch den Block 1212 verdeutlicht ist.

Da das Verfahren gemäß Fig. 12 vielfältige Grobverzögerungs elemente in Betracht zieht, wird bei dem Entscheidungsblock 1214 überprüft, ob alle Grobverzögerungselemente kalibriert worden sind. Falls dies nicht der Fall ist, werden die Fein verzögerungskondensatoren auf eine gewünschte Auflösung ge schaltet, wie dies bei dem Schritt 1215 gezeigt ist. Dann wird die Zeitreferenz CLK 932 um eine Verzögerungselemente auflösung erhöht, wie dies bei dem Block 1216 gezeigt ist, wobei tatsächlich ein nächstes Grobverzögerungselement in die Kalibrierung einbegriffen wird. Das Verfahren wird dann von dem Block 1204 für dieses nächste Grobverzögerungsele ment ausgehend wiederholt. Wie der Block 1217 zeigt, ist dieses Grobverzögerungselementekalibrierungsverfahren be endet, wenn sämtliche Grobverzögerungselemente kalibriert sind.

Claims

1. Zeitfeineinstellvorrichtung (106) zum Schaffen einer feinen Steuerung eines Eingangssignales (128) mit groben Zeitflanken, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) eine Empfangseinrichtung (908) zum Empfangen eines Wertes, der eine gewünschte Zeitverzögerung dar stellt, die auf die grobe zeitliche Flanke des Ein gangssignales auszuüben ist, wobei die gewünschte Zeitverzögerung feine und grobe Verzögerungsaspekte aufweist;
b) eine erste Decodereinrichtung (924) zum Decodieren des feinen Verzögerungsaspektes und zum Erzeugen von Steuersignalen für die feine Verzögerung;
c) eine zweite Decodereinrichtung (910) zum Decodieren des groben Verzögerungsaspektes und zum Erzeugen von Steuersignalen für die grobe Verzögerung; und
d) eine Verzögerungsleitung (206) mit Eingängen, die das Eingangssignal mit den groben zeitlichen Flan ken, die Steuersignale für die grobe und feine Ver zögerung und eine Steuerspannung (112) empfangen, und die eine automatische Einstellung in Abhängig keit von Temperatur- und Leistungsversorgungs-Ver änderungen vornimmt, um eine Temperatur- und Lei stungsversorgungskompensation zu schaffen, wobei die Verzögerungsleitung die feinen und groben Ver zögerungssignale kombiniert, um ein Ausgangssignal mit feinen zeitlichen Flanken zu erzeugen.

2. Zeiteinstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die gewünschte Zeitverzögerung die Form eines digi talen Signales hat.

3. Zeitfeineinstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß die Empfangseinrichtung (908) ferner ein Register (918) umfaßt, um Bits zu speichern, die dem Digitalsig nal für die gewünschte Zeitverzögerung zugeordnet sind und den feinen und groben Verzögerungsaspekten der ge wünschten Verzögerung entsprechen.

4. Zeitfeineinstellvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die erste Decodereinrichtung (924) ferner ein RAM (912) hat, das mit seinem Eingang an das Register (918) angeschlossen ist, um Daten für den feinen Verzögerungs aspekt zu speichern, und eine Feinverzögerungs-Decoder einheit (924) umfaßt, die mit ihrem Eingang an das RAM (912) angeschlossen ist, um die Daten zu decodieren und um die Decodierungsergebnisse der Verzögerungsleitung (206) zuzuführen.

5. Zeitfeineinstellvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, da durch gekennzeichnet, daß eine zweite Decodereinheit (910) vorgesehen ist, die eine Mehrzahl von Registern zum Speichern von Bits um faßt, die der Verzögerungsleitung (206) zugeordnet sind, und eine Grobverzögerungsdecodereinheit (910) umfaßt, die mit ihrem Eingang an das Register zum Decodieren der Bits für den groben Verzögerungsaspekt angeschlossen ist und weitere Decodierungsergebnisse für die Verzögerungs leitung (206) liefert.

6. Verfahren zum Kalibrieren eines Steuerspannungsein gangssignales (112) für eine Zeitfeineinstellvorrichtung (106), welche verwendet wird, um eine feine Steuerung auf ein Eingangssignal mit groben zeitlichen Flanken auszuüben, gekennzeichnet durch folgende Verfahrens schritte:

1) Einstellen einer Zeitreferenz auf eine gewünschte Verzögerung:
2) Einstellen des Spannungssteuereingangssignales (112) auf einen ersten Pegel;
3) Empfangen des Eingangssignales mit groben zeitli chen Flanken in der Zeitfeineinstellvorrichtung, um ein Ausgangssignal (204) mit feinen zeitlichen Flanken zu erzeugen;
4) Vergleichen der Verzögerung des Ausgangssignales mit den feinen zeitlichen Flanken mit der Perioden dauer eines Systemtaktes (942) mittels eines Pha sendetektors (944), um ein Phasendetektorausgangs signal (946) zu schaffen;
5) Aufzeichnen des Phasendetektorausgangssignales in einer Zählereinrichtung zum Zählen einer Maximal zahl, mit der der Schritt (4) ausgeführt worden ist;
6) Ausführen der Schritte (3), (4) und (5) eine vor bestimmte Anzahl von Malen; und
7) Erhöhen des Steuerspannungseingangssignales (112) bei dem Schritt (2) und Wiederholen des Verfahrens beginnend ab dem Schritt (3), falls die Maximalzahl gemäß Schritt (5) nicht größer ist als ein Schwel lenwert oder diesem Schwellenwert gleicht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert programmierbar ist.

8. Verfahren zum Kalibrieren einer Zeitfeineinstellvor richtung (106), die zur feinen Steuerung eines Ein gangssignales mit groben zeitlichen Flanken verwendet wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

1) Einstellen einer Zeitreferenz (932) auf eine ge wünschte Verzögerung;
2) Einstellen eines ersten Verzögerungselementes auf eine minimale Verzögerung;
3) eingangsseitiges Zuführen eines Eingangssignales (203) mit groben zeitlichen Flanken zu der Zeit feineinstellvorrichtung;
4) Vergleichen der Verzögerung des Ausgangssignales (204) mit den feinen zeitlichen Flanken mit der Periodendauer eines Systemtaktes (942) mittels eines Phasendetektors (944), um ein Phasendetektor ausgangssignal (946) zu erzeugen;
5) Aufzeichnen des Phasendetektorausgangssignales in einer Zählereinrichtung zum Zählen einer Maximal zahl von Malen, die der Schritt (4) wiederholt worden ist;
6) Durchführen der Schritte (3), (4) und (5) eine vor bestimmte Anzahl von Malen;
7) Erhöhen der Verzögerungselementeinstellung in dem Schritt (2) und Wiederholen des Verfahrens begin nend ab dem Schritt (3), falls die maximale Zahl gemäß Schritt (5) nicht größer als ein Schwellen wert ist oder diesem gleicht; und
8) Speichern der Verzögerungselementeinstellung in einer Speichereinrichtung zum Speichern von Daten und Inkrementieren der Zeitreferenz im Schritt (1) und Wiederholen des Verfahrens beginnend ab dem Schritt (3), falls die Maximalzahl gemäß Schritt (5) nicht größer als ein Schwellenwert ist oder diesem gleicht.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren eine Kalibrierung durch Kompensation von Schaltungsfehlanpassungen innerhalb der Grobverzö gerungselemente vornimmt.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich net, daß das Verfahren eine Kalibrierung durch Kompensation von Schaltungsfehlanpassungen der Feinverzögerungsele mente vornimmt.