DE4481362B4

DE4481362B4 - Temperaturkompensationsschaltung für IC-Baustein

Info

Publication number: DE4481362B4
Application number: DE4481362A
Authority: DE
Inventors: Masatoshi Gyoda Sato; Noriyuki Ageo Masuda
Original assignee: Advantest Corp; Advantest America Inc
Current assignee: Advantest Corp; Advantest America Inc
Priority date: 1994-11-29
Filing date: 1994-11-29
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2014-11-30
Also published as: WO1996017389A1; KR100307683B1; DE4481362T1; US5886564A; KR987000694A

Abstract

Temperaturkompensationsschaltung für einen IC-Baustein mit:
einer Signaldetektionsschaltung geeignet für das Detektieren, ob eine Logiksignal einer Zielschaltung auf dem IC-Baustein zugeführt wird, wobei die Signaldetektionsschaltung eine Flipflopschaltung und eine Exklusiv-ODER-Schaltung aufweist;
einem Heizelement, das aus einem Halbleiterelement gebildet ist; und
einem Schalter geeignet für das Trennen oder Verbinden einer elektrischen, Stromquelle von bzw. mit dem Heizelement abhängig von einem Signal von der Signaldetektionsschaltung, wobei der Schalter geeignet ist, die Stromquelle von dem Heizelement immer dann trennen, wenn die Signaldetektionsschaltung die Zuführung eines Logiksignals zu der Zielschaltung detektiert.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Temperaturkompensationsschaltung zur Verwendung in einem Halbleiter-IC und insbesondere eine Temperaturkompensationsschaltung einer variablen Verzögerungsschaltung in einer digitalen integrierten Schaltung (IC), die eine temperaturbedingte Signallaufzeit bzw. Verzögerungszeit der Signalübertragung kompensieren kann.
Hintergrund der Erfindung
In einer IC-Prüfvorrichtung mit mehreren Prüfsignal-Zufuhrwegen (im folgenden "Kanäle" genannt), die Prüfmustersignale zu mehreren Kontaktstiften des zu prüfenden IC führen, sollten Verzögerungszeiten zwischen den Kanälen abgeglichen sein. Somit muß jede Verzögerungszeit für jeden Kanal auf die gleiche Verzögerungszeit eingestellt sein, und eine solche eingestellte Verzögerungszeit sollte über einen langen Zeitraum beibehalten werden. Werden jedoch IC-Schaltungen zur Bildung der jeweiligen Kanäle verwendet, um die Größe der Prüfvorrichtung zu verringern, entsteht ein Problem, daß in solchen IC-Schaltungen Signallaufzeiten bzw. Verzögerungszeiten der Signalausbreitung je nach Temperaturänderungen variieren.
Besonders bei Verwendung von ICs mit CMOS-Struktur (Komplementär-Metalloxid-Halbleiterstruktur) ist eine solche Änderung der Verzögerungszeit auffällig, da die Wärmeerzeugung in Abhängigkeit davon völlig unterschiedlich ist, ob sie in Ruhe oder in Betrieb ist. Das heißt, in der CMOS-Schaltung ist in einem Nichtbetriebszustand (wenn keine Signale von ihr erzeugt werden) die Menge eines in ihr verbrauchten Stroms sehr klein. Sind dagegen die CMOS-ICs in einem Betriebszustand (wenn eine Logik des Signals invertiert wird), ist ihr Stromverbrauch gegenüber dem Nichtbetriebszustand einige tausendmal größer. In den ICs mit CMOS-Struktur differieren somit die in ihnen verbrauchten Strommengen zwischen Betriebs- und Nichtbetriebszustand stark. Dadurch unterscheiden sich Eigenerwärmungswerte in jedem Zustand. Treten Betriebs- und Nichtbetriebszustand unregelmäßig auf, steigt die Temperatur der IC-Bausteine nur, wenn sie sich im Betriebszustand befinden, was unmöglich zu steuern ist. Dadurch kommt es zum Fehlabgleich der Verzögerungszeiten zwischen den Kanälen.
Zur Lösung dieses Problems verwendet die herkömmliche Vorrichtung ICs mit einer Temperaturkompensationsfunktion für eine Schaltung mit dem Ziel der Aufrechterhaltung der Verzögerungszeiten in einer bestimmten Periode.
9 zeigt einen Aufbau des herkömmlichen IC mit eingebauter Temperaturkompensationsfunktion. In 9 bezeichnet die Bezugszahl 10 einen Baustein, der ein IC bildet. Der Baustein 10 besteht aus einer Zielschaltung 11 zur Bildung eines Kanals der IC-Prüfvorrichtung, dessen Verzögerungszeit in einer bestimmten Periode aufrecht zu erhalten ist, einem Temperatursensor 12, der nahe der Zielschaltung 11 gebildet ist, mehreren Heizelementen H, die nahe der Zielschaltung 11 verteilt sind, und mehreren Schalterelementen 13 zum Ein- und Ausschalten eines an die Heizelemente H angelegten Stroms. In der herkömmlichen Vorrichtung werden Detektionssignale vom Temperatursensor 12 zu einer Heizsteuervorrichtung 20 geführt, und Steuerausgangssignale von der Heizsteuervorrichtung 20 werden zu den Schalterelementen 13 geführt, in denen der den Heizelementen H zugeführte Strom ein- und ausgeschal tet wird, um die Temperatur im Baustein 10 durchgängig beizubehalten.
Das heißt, im Nichtbetriebszustand der Zielschaltung 11 werden die Heizelemente H durch einen an sie angelegten Strom erwärmt (bei dem es sich um den gleichen Strom handelt, der in der Zielschaltung 11 verbraucht wird). Anschließend beginnt ein Betrieb der Zielschaltung 11, wodurch der an die Heizelemente H angelegte Strom ausgeschaltet wird, wenn eine Umgebungstemperatur der Zielschaltung 11 steigt.
Wird ein Signal der Zielschaltung 11 zugeführt und beginnt ihr Betrieb, steigt die Temperatur der Schaltung. In der Folge detektiert der Temperatursensor 12 die Temperaturänderung und schaltet den Strom zu den Heizelementen H aus, was die Zeitverzögerung verursacht. Allerdings hat dieser herkömmliche Aufbau folgenden Nachteil: Da die Detektion der Temperaturänderung von der zeitweiligen Temperaturerhöhung im Baustein 10 abhängig ist, bewirkt sie eine Schwankung der Verzögerungszeiten.
Aufgrund der verzögerten Detektion werden ferner die Ströme sowohl an die Zielschaltung 11 als auch die Heizelemente H angelegt. Dies bedeutet, daß eine elektrische Stromquelle einen Strom empfängt, der etwa doppelt so groß wie der in der Zielschaltung 11 verbrauchte Strom ist. Daher sollte für die elektrische Stromquelle verwendetes Material einem Strom standhalten, der mindestens doppelt so groß wie der durch die Zielschaltung 11 verbrauchte Strom ist. Die Anzahl der elektrischen Stromquellen entspricht der Anzahl der Schaltungen 11. In einer IC-Prüfvorrichtung können z. B. 100 elektrische Stromquellen in Übereinstimmung mit der Anzahl der IC-Kontaktstifte, d. h. 100 IC-Kontaktstiften, notwendig sein, was zur Erhöhung der Herstellungskosten führt.
Bei einem weiteren herkömmlichen Verfahren kommt eine Schaltung zum Einsatz, die die Lauf- bzw. Ausbreitungsverzögerungszeit in einem IC durch Steuern eines Heizelements in dem IC sowie der Wärmemenge steuert, die das IC durch das Heizelement zugeführt wird. Das heißt, dieses herkömmliche Verfahren realisiert eine Steuerschaltung zum Einstellen der Verzögerungszeit der Signalausbreitung auf eine im wesentlichen konstante Zeit durch Steuern der Temperatur des IC.
Gemäß dem herkömmlichen Verfahren kann die Ausbreitungsverzögerungszeit eines Signals, das mindestens einen Teil des IC durchläuft, gemessen und mit einer Standardverzögerungszeit verglichen werden. Ist die Meßverzögerungszeit kleiner als die Standardverzögerungszeit, erfolgt eine Steuerung zur Erhöhung der Wärmeerzeugung des Heizelements. Ist dagegen die Meßverzögerungszeit länger als die Standardverzögerungszeit, erfolgt eine Steuerung, um die Wärmeerzeugung des Heizelements zu verringern.
10 ist ein Blockschaltbild eines herkömmlichen Aufbaus, der in der JP 01-114067 A offenbart ist. Da eine Verzögerungsmeßschaltung 30 in einem IC-Baustein 32 eingebaut ist, wird eine Verzögerungszeit in der Verzögerungsmeßschaltung 30 durch die Temperatur im wesentlichen wie in anderen Schaltungen im IC-Baustein 32 beeinflußt.
Ein thermisch mit dem IC-Baustein verbundenes Heizelement 34 stellt die Verzögerungszeit der Signalübertragung durch selektives Erwärmen des IC-Bausteins 32 ein. Vorzugsweise ist das Heizelement 34 ein integriertes Heizelement, das im IC-Baustein 32 mit anderen Schaltungskomponenten angeordnet ist. Normalerweise ist das Heizelement 34 relativ nahe an der Verzögerungsmeßschaltung 30 vorgesehen. Dadurch kann es die Zeitverzögerung minimieren, bis die Verzögerungsmeßschaltung 30 durch das Heizelement 34 erwärmt wird. Ein typischer IC-Baustein mit einem metallischen Systemträger hat ein gutes Wärmeleitvermögen. Dadurch kann er die durch das Heizelement 34 erzeugte Wärme zu jeder Schaltung im Baustein übertragen. Gewöhnlich umgibt ein Kunststoff- oder Keramikgehäuse 36 mit relativ guter Wärmedämmung den Baustein 32. Mit dem Gehäuse 36 läßt sich das Innere des IC-Bausteins auf einer höheren Temperatur als der Umgebungstemperatur halten.
Wie zuvor beschrieben wurde, sind alle Schaltungen im IC-Baustein 32 so angeordnet, daß sie nahe beieinander liegen, und aus Materialien mit hohem Wärmeleitvermögen hergestellt. Daher wird für alle Schaltungen im IC-Baustein 32 die gleiche Temperatur beibehalten. Zudem sind die Faktoren, die die Verzögerungszeit in einer Schaltung im Baustein ändern, z. B. Temperatur und Spannung, so eingestellt, daß sie in jeder Schaltung innerhalb desselben IC im wesentlichen gleich sind. Somit kann die Verzögerungszeit aller Schaltungen im Baustein eingestellt werden, indem eine der Schaltungen, z. B. die Verzögerungsmeßschaltung 30, gemessen und die Temperatur im Baustein auf der Grundlage ihrer Informationen eingestellt wird.
Eine Steuereinrichtung 40 steuert das Heizelement 34 auf der Grundlage des Meßergebnisses der Verzögerungszeit, das von der Verzögerungsmeßschaltung 30 empfangen wird. Das heißt, ist ein Meßwert der Verzögerungszeit kürzer als ein Sollwert, steuert die Steuereinrichtung 40 das Heizelement 34, um die Wärmeerzeugung zu erhöhen. Ist dagegen ein Meßwert der Verzögerungszeit länger als der Sollwert, steuert die Steuereinrichtung 40 das Heizelement 34, um die Wärmeerzeugung zu verringern. Durch diesen Verfahrensablauf wird die Verzögerungszeit folglich genau gesteuert.
Eine Standardverzögerungsschaltung 42 in 10 erzeugt Standardverzögerungssignale, die einer Sollverzögerungszeit der Übertragung entsprechen. Eine Verzögerungsvergleichsschaltung 44 vergleicht ein Standardverzögerungssignal von der Standardverzögerungsschaltung 42 und ein Meßverzögerungssignal von der Verzögerungsmeßschaltung 30. Die Ausgabe der Verzögerungsvergleichsschaltung 44 ist eine Anzeige für eine Zeitdifferenz zwischen der Sollverzögerungszeit und der tatsächlich gemessenen Verzögerungszeit. Anschließend wird das Heizelement 34 durch ein Heizelementsteuersignal gesteuert, um auf der Grundlage einer Beziehung zwischen dem Standardverzögerungssignal und dem Meßverzögerungssignal zu entscheiden, ob die erzeugte Wärme beibehalten oder nachgestellt wird. Eine Einstellschaltung 50 für die Standardverzögerungszeit mit einem Mikroprozessor stellt eine Sollverzögerungszeit ein. Ferner mißt die Verzögerungsmeßschaltung 30 die Übertragungsverzögerungszeit als Reaktion auf ein Prüfsignal, das von einer Prüfsignalquelle 52 empfangen wird.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren kann die Temperatur im IC-Baustein im wesentlichen aufrecht erhalten werden. Allerdings kann das herkömmliche Verfahren keine lo kalen Temperaturänderungen in kurzer Zeit handhaben.
DE 41 35 853 A1 betrifft ein aktives Halbleiterbauelement mit regelbarer Wärmequelle. Dabei soll die Temperatur des aktiven Halbleiterbauelements auf der höchsten zu erwartenden Temperatur gehalten werden. Dafür ist eine Wärmequelle über eine Wärmebrücke mit dem aktiven Halbleiterbauelement verbunden. Die Menge der dem aktiven Bauelement zugeführten Wärme wird durch ein Regelsignal geregelt. Dieses Regelsignal wird durch einen Temperatursensor in dem zu erwärmenden aktiven Halbleiterbauelement gewonnen.
Zusammenfassung der Erfindung
Daher besteht eine Hauptaufgabe der Erfindung darin, die Temperaturänderungen im Baustein zu minimieren und eine integrierte Schaltung (IC) mit einer Temperaturkompensationsfunktion bereitzustellen, durch die die elektrischen Stromquellen eine Belastbarkeit haben können, um dem gleichen Strom standzuhalten, der in der Zielschaltung verbraucht wird.
Die Aufgabe wird durch eine Temperaturkompensationsschaltung gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.
Durch die Erfindung kann ein Anlegen des Stroms an die Heizelemente immer dann beendet werden, wenn Signale zur Zielschaltung geführt werden. Die in der Erfindung verwendete elektrische Stromquelle braucht nur der gleichen Strommenge standzuhalten, die an die Zielschaltung angelegt wird. Dadurch können Stromverbrauch und damit zusammenhängende Kosten stark gesenkt werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Stabilisierung von Wärmeschwankungen in einem IC-Baustein durch Bereitstellung einer Schaltungsanordnung zur Temperaturkompensation eigenerzeugter Wärmeschwankungen in einer variablen Verzögerungsschaltung, wenn eine Betriebsfrequenz in der variablen Verzögerungsschaltung variiert.
Die Aufgabe wird durch eine Temperaturkompensationsschaltung gemäß dem Patentanspruch 4 gelöst.
Der Selektor wird so gesteuert, daß er eines der Taktsignale auswählt, um im Zusammenwirken mit der logischen Verzögerungsschaltung ein Maskensignal zu erzeugen, das für eine bestimmte Zeitperiode den Durchlauf des Taktsignals mit geringerer Frequenz verhindert. Die Ausgabe der Maskenschaltung wird zur Verzögerungsschaltung geführt und verwendet, um z. B. ein eigentliches Prüfsignal in der IC-Prüfvorrichtung zu erzeugen. Ferner wird die Maskenausgabe zur Taktanzahl-Einstellschaltung geführt, deren Ausgangssignal zur anderen variablen Verzögerungsschaltung (Heizschaltung) geführt wird.
Die Taktanzahl-Einstellschaltung funktioniert so, daß die Anzahl von Taktsignalen, die zur Heizschaltung zu führen sind, in Abhängigkeit von der Anzahl von Taktsignalen gesteuert wird, die zur variablen Verzögerungsschaltung geführt werden. Beispielsweise steuert die Taktanzahl-Einstellschaltung die Anzahl der zur Heizschaltung geführten Taktsignale so, daß die Summe der Anzahl der zur variablen Verzögerungsschaltung geführten Taktsignale und der zur Heizschaltung geführten Taktsignale gleich dem ursprünglichen Taktsignal mit höherer Frequenz ist. Daher wird die Gesamtanzahl der Taktsignale in den beiden Verzögerungsschaltungen (von denen eine eine Heizschaltung ist) so gesteuert, daß sie konstant ist, was auch die Temperatur des IC-Bausteins konstant macht.
Erfindungsgemäß kann daher die Temperatur im IC-Baustein konstant gehalten werden weshalb auch die Verzögerungszeiten der Signalausbreitung für den IC-Baustein durchlaufende Signale konstant gehalten werden können.
Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Schaltbild eines Aufbaus einer Temperaturkompensationsschaltung in einer IC-Schaltung der Erfindung.
2 ist ein Zeitdiagramm eines Betriebs der Schaltung von 1.
3 ist ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
4 ist ein Schaltbild einer Temperaturkompensationsschaltung des zweiten Aspekts der Erfindung zum Einbau in einen IC-Baustein.
5 ist ein Zeitdiagramm einer Zeitbeziehung in der Temperaturkompensationsschaltung von 4.
6 ist ein Zeitdiagramm einer Zeitbeziehung in der Temperaturkompensationsschaltung von 4.
7 ist ein Zeitdiagramm einer Zeitbeziehung in der Temperaturkompensationsschaltung von 4.
8 ist ein Zeitdiagramm einer Zeitbeziehung in der Temperaturkompensationsschaltung von 4.
9 zeigt einen Aufbau der herkömmlichen IC mit eingebauter Temperaturkompensationsfunktion.
10 zeigt ein weiteres Beispiel für einen herkömmlichen Aufbau einer Temperaturkompensationsschaltung eines IC-Bausteins.
Nähere Beschreibung der Erfindung
In 1 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt. In der Zeichnung bezeichnet die Bezugszahl 10 einen IC-Baustein. Die Bezugszahl 11 bezeichnet eine Zielschaltung. Der Bezugsbuchstabe H bezeichnet Heizelemente. Mit der Bezugszahl 13 sind Schalterelemente bezeichnet. In dieser Ausführungsform ist eine Signaldetektionsschaltung 15 an einem Signalzufuhrweg 14 vorgesehen, der Signale zur Zielschaltung 11 führt. In dieser Ausführungsform weist die Signaldetektionsschaltung ein D-Flipflop 15A und ein logisches Operationsglied 15B auf, das fehlangepaßte Signale zwischen einer Eingangs- und Ausgangsseite des D-Flipflops 15A detektiert. In diesem Fall ist das logische Operationsglied 15B eine Exklu siv-ODER-Schaltung. Ein Taktsignal CP (2) mit einem konstanten Zyklus wird von einem Taktgeber 16 zu einem Takteingangsanschluß des D-Flipflops 15A geführt. Der Taktgeber 16 kann innerhalb oder außerhalb des Bausteins 10 angeordnet sein.
Bei Zufuhr eines Treibersignals S₁ gemäß 2B zum Si gnalzufuhrweg 14 wird das Treibersignal S₁ in das Flipflop 15A infolge des Anstiegs des Takts CP eingelesen. Anschließend wird das Treibersignal S₁ zur Ausgangsseite des Flipflops 15A mit einer Verzögerung von einem Zyklus des Takts CP geführt. Das heißt, das D-Flipflop 15A arbeitet als Synchronisierschaltung durch Zuführen des mit dem Takt CP synchronisierten Treibersignals zur Zielschaltung 11. 2C zeigt eine Wellenform eines Signals S₂, das eine Ausgabe des D-Flipflops 15A ist.
Anschließend vergleicht das logische Operationsglied 15B logische Signale zwischen der Eingangs- und Ausgangsseite des Flipflops 15A. Stellt das logische Operationsglied eine Fehlanpassung zwischen den beiden logischen Signalen fest, gibt es z. B. ein Signal mit dem logischen Pegel H aus. 2D zeigt eine Ausgabe des logischen Operationsglieds 15B. Darstellungsgemäß wird ein Signal S₃ mit dem logischen Pegel H in das Schalterelement 13 als Ergebnis der Fehlanpassung zwischen den logischen Signalen S₁ und S₂ eingegeben. In dieser Ausführungsform wird ein P-Kanal-FET (Feldeffekttransistor) für die Schalterelemente 13 verwendet. Der P-Kanal-FET ist so gesteuert, daß er bei Zufuhr des Signals mit dem logischen Pegel H zu einem Gate ausgeschaltet und bei Zufuhr des Signals mit dem logischen Pegel L eingeschaltet wird.
Gemäß 2 gibt die Signaldetektionsschaltung 15 das Signal mit dem logischen Pegel H aus, während das Treibersignal S₁ zur Zielschaltung 11 geführt wird, und schaltet den an die Heizelemente H angelegten Strom aus. In dieser Periode erzeugt die Zielschaltung 11 aufgrund des Betriebs durch das Treibersignal S₁ Eigenwärme. Bei Beendigung des Treibersignals S1 durch das Signal mit dem logischen Pegel H oder dem logischen Pegel L gibt die Signaldetektionsschaltung 15 das Signal mit dem logischen Pegel L aus und schaltet die Schalterelemente 13 ein, um den Strom an die Heizelemente H anzulegen. Dadurch werden die Heizelemente H stromführend und erzeugen Wärme anstelle der Eigenwärme der Zielschaltung 11, und die Temperatur im Baustein 10 wird auf dem gleichen Wert gehalten.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. In dieser Ausführungsform sind mehrere Zielschaltungen 11A und 11B in Reihe im Baustein 10 vorgesehen. Zwischen den Zielschaltungen 11A und 11B ist ein zusätzliches D-Flipflop 15A genau wie das Flipflop 15A in der Ausführungsform von 15 verbunden. Die Anordnung ist so, daß wie in der Beschreibung der vorherigen Ausführungsform die in den Heizelementen H verbrauchte Gesamtstrommenge gleich der in den Schaltungen 11A und 11B verbrauchten Gesamtstrommenge ist.
Erfindungsgemäß wird die Stromzufuhr zu den Heizelementen H in Echtzeit beendet, wenn die Zufuhr des Signals zu den Zielschaltungen 11A und 11B beginnt. Bei Beendigung der Signalzufuhr zu den Zielschaltungen 11A und 11B werden dagegen die Heizelemente H zur Wärmeerzeugung eingeschaltet.
In der Erfindung wird die im Baustein 10 verbrauchte Strommenge unabhängig davon konstant gehalten, ob den Zielschaltungen 11A und 11B das Treibersignal zugeführt wird. Daher bleibt die Temperatur im Baustein 10 konstant, was bewirkt, daß die Verzögerungszeiten im Baustein 10 den gleichen Wert behalten. Außerdem braucht die Gesamtbelastbarkeit der elektrischen Stromquellen des IC-Bausteins nur jene Strombelastbarkeit zu sein, die der gleichen Strommenge standhalten kann, die nur in der Zielschaltung 11 verbraucht wird. Dadurch verringert die Erfindung überdies wirksam den elektrischen Stromverbrauch und damit zusammenhängende Kosten.
4 ist ein Schaltbild einer Temperaturkompensationsschaltung des zweiten Aspekts der Erfindung zum Einbau in einen IC-Baustein. In dieser Ausführungsform werden einem Selektor 60 zwei Taktsignalarten CLKA und CLKB zugeführt. Der Ausgang des Selektors 60 ist mit einem Eingang einer logischen Verzögerungsschaltung 62 und mit einer Reihe von Flip flops 63 bis 66 verbunden. Ferner wird der Takt CLKA einer variablen Verzögerungsschaltung 72 über ein UND-Glied 61 zugeführt. Die Ausgabe des UND-Glieds 61 wird außerdem zum Dateneingang des Flipflops 63 geführt. Der Ausgang des Flipflops 66 ist mit einem UND-Glied 69 über ein Exklusiv-NOR-Glied 67 verbunden, das auch eine Ausgabe vom Flipflop 65 auf die in 4 gezeigte Weise empfängt.
Der Ausgang des UND-Glieds 69 ist mit einer variablen Verzögerungsschaltung 74 verbunden. Die variablen Verzögerungsschaltungen 72 und 74 weisen jeweils mehrere Sätze von Puffern B₁ bis B_n auf, die in Reihe verbunden sind, um Verzögerungszeiten auf der Grundlage der Ausbreitungszeitverzögerung in den Puffern B₁ bis B_n zu erreichen. Jede der variablen Verzögerungsschaltungen 72 und 74 weist eine Einrichtung zum Ändern eines Signalwegs mit den Puffern B₁ bis B_n sowie ohne Puffer auf. Im Beispiel von 4 arbeitet die variable Verzögerungsschaltung 74 als Heizelement zum Erzeugen von Wärme, um die Temperatur des IC-Bausteins zu erhöhen. Ein Selektorsignal S wird zum Eingang des Selektors 60 geführt, um einen der Takte CLKA oder CLKB auszuwählen.
In diesem Beispiel arbeitet die Temperaturkompensationsschaltung grundsätzlich in zwei Situationen. Die erste Situation liegt vor, wenn der Takt CLKA durch den Selektor 60 ausgewählt ist. Der Takt CLKA wird für eine bestimmte Periode maskiert, die durch die Ausgabe der logischen Verzögerungsschaltung 62 bestimmt ist, die das UND-Glied 61 öffnet oder schließt. Über das UND-Glied 61 wird der Takt CLKA zur variablen Verzögerungsschaltung 72 und über die Reihe von Flipflops 63 bis 66 zur variablen Verzögerungsschaltung 74 geführt. In dieser Anordnung wird die Summe von Taktimpulsen je Zeiteinheit in den variablen Verzögerungsschaltungen 72 und 74 gleich der des Takts CLKA. Daher wird die Gesamtwärme, die durch die variablen Verzögerungsschaltungen 72 und 74 erzeugt wird, die im IC-Baustein nahe beieinander positioniert sind, konstant und gleichmäßig. Somit liegt keine Schwankung der Wärmeerzeugung infolge der Differenzen der Takterzeugung vor.
Die zweite Situation kommt zustande, wenn der Takt CLKB durch den Selektor 60 ausgewählt wird. Der Takt CLKB hat eine höhere Frequenz als der Takt CLKA. Die variable Verzögerungsschaltung 72 empfängt den Takt CLKA über das UND-Glied 61, da der Takt CLKA direkt zum UND-Glied 61 geführt wird. Dagegen empfängt die variable Verzögerungsschaltung 74 die Differenz zwischen dem Takt CLKA und dem Takt CLKB durch die logischen Schaltungen, die durch die Flipflops 63 bis 66, das Exklusiv-NOR-Glied 67 und das UND-Glied 69 gebildet sind.
In dieser Anordnung wird die Summe der Taktimpulse je Zeiteinheit, die in beiden Verzögerungsschaltungen 72 und 74 empfangen werden, gleich der des Takts CLKB. Daher wird die Gesamtmenge der Wärmeerzeugung, die durch die Takte in den nahe beieinander positionierten variablen Verzögerungsschaltungen 72 und 74 bewirkt wird, konstant. Somit besteht keine Schwankung der Wärmeerzeugung infolge der Frequenzänderung des Takts CLKA, der zur variablen Verzögerungsschaltung 72 geführt wird.
5 zeigt ein Zeitdiagramm der Signale in der vorgenannten ersten Situation. Hat das Auswahlsignal S (5A) des Selektors 60 den L-Pegel, wird der Takt CLKA in der ersten Situation als Signal a ausgewählt (5D). In dieser Situation ist eine Frequenz f₁ im Takt CLKA eingestellt. Im Beispiel von 5 ist für eine Ausgabe c der logischen Verzögerungsschaltung 62 der L-Pegel festgelegt, wobei die Ausgabe c mit dem Signal a synchronisiert ist (5F). Da das Eingangssignal c zum UND-Glied 61 den L-Pegel hat, behält gemäß 5N ein Ausgangssignal k des UND-Glieds 61 den L-Pegel bei. Da das Ausgangssignal k den L-Pegel beibehält, behält auch die nachfolgende variable Verzögerungsschaltung 72 den L-Pegel bei.
Als Ergebnis behält eine Ausgabe OUT1 den L-Pegel bei (50). Andererseits haben Ausgaben e, f, g der Flipflops 64 bis 66 sämtlich den L-Pegel (5H, 5I und 5J), wobei das Signal a in sie als Takt eingegeben wird. Als Ergebnis nimmt eine Ausgabe h des Exklusiv-NOR-Glieds 67 den H-Pegel an (5K). Dadurch wird das Signal a mit der Frequenz f₁ durch einen Inverter 68 invertiert (Signal i) und durchläuft das UND-Glied 69 (5L). Als Ergebnis wird ein Ausgangssignal j (5M) des UND-Glieds 69 an einem Ausgang OUT2 über die variable Verzögerungsschaltung 74 erzeugt (5P).
Die variable Verzögerungsschaltung 72 mit der Ausgabe OUT1 und die variable Verzögerungsschaltung 74 mit der Aus gabe OUT2 sind miteinander identisch. Da zudem die physikalischen Schaltungsbilder der variablen Verzögerungsschaltungen 72 und 74 in unmittelbarer Nähe im IC-Baustein angeordnet sind, können beide variablen Verzögerungsschaltungen 72 und 74 als ein Schaltungssatz im Hinblick auf die Innentemperatur angesehen werden. Das heißt, die variablen Verzögerungsschaltungen 72 und 74 befinden sich in der gleichen Temperaturumgebung im IC-Baustein.
Da in der Erfindung somit die Gesamtanzahl von Impulsen, die die variable Verzögerungsschaltung 72 und die variable Verzögerungsschaltung 74 durchlaufen, stets gleich der Anzahl von Impulsen des Signals a ist (Frequenz f₁ in diesem Fall), ist die Gesamtwärmeabfuhr durch den Betrieb beider Verzögerungsschaltungen 72 und 74 konstant und stabil. In der bevorzugten Ausführungsform wird die variable Verzögerungsschaltung 72 verwendet, um eine tatsächliche Verzögerungszeit für ein Prüfsignal auf einem Kanal vorzusehen, während die variable Verzögerungsschaltung 74 als Wärmeerzeuger dient.
6 ist ein Zeitdiagramm, wenn ein Signal S den L-Pegel hat und die Signalfrequenz in der variablen Verzögerungsschaltung 72 durch die logische Verzögerungsschaltung 62 geändert ist. Da der Takt CLKA (6B) durch den Selektor 60 ausgewählt ist, haben die Signale a und b (6D und 6E) ebenfalls den Takt CLKA. Das Signal c (6F) wird durch die logische Verzögerungsschaltung 62 ausgegeben, um teilweise zu verhindern, daß der Takt CLKA das UND-Glied 61 zur variablen Verzögerungsschaltung 72 durchläuft. Das Flipflop 63 ändert seinen Zustand (Signal d in 6G) jedesmal, wenn ihm das Signal k (6N) zugeführt wird, das der gegatterte Takt CLKA ist.
Das Ausgangssignal d wird durch die anderen Flipflops 64 bis 66 um das Signal a mit der Taktfrequenz f₁ verzögert (6H, 6I und 6J). Das Signal h (6K) ist eine Ausgabe des Exklusiv-NOR-Glieds 67 und durch die Signale f und g an den Ausgängen der Flipflops 65 bzw. 66 bestimmt. Hat das Signal h den H-Pegel, wird ein Signal i, das das invertierte Signal a mit der Frequenz f₁ ist, vom UND-Glied 69 ausgegeben und wird damit die Ausgabe OUT2.
Nach den vorstehend beschriebenen Operationen entspricht die Summe der die variablen Verzögerungsschaltungen 72 und 74 durchlaufenden Impulse der Frequenz f₁. Als Ergebnis ist die Gesamtwärmeerzeugung durch die variablen Verzögerungsschaltungen 72 und 74 stets konstant, wodurch auch die Temperaturumgebung der variablen Verzögerungsschaltungen 72 und 74 konstant ist.
In 7 hat das Signal S den H-Pegel, wodurch der Takt CLKB als Signal a durch den Selektor 60 ausgewählt wird. In diesem Beispiel ist der Takt CLKB auf die Frequenz f₁ und der Takt CLKA auf die Frequenz f₁/2 eingestellt, obwohl die Frequenzbeziehung zwischen ihnen beliebig ist. Die Ausgabe der logischen Verzögerungsschaltung 62 hat den H-Pegel und beeinflußt nicht die anderen logischen Operationen. Der Takt CLKA mit der Frequenz f₁/2 wird am UND-Glied 61 als Signal k (7N) ausgegeben und durchläuft danach die variable Verzögerungsschaltung 72 zum Ausgangsanschluß OUT1 (70).
Das Signal d am Ausgang des Flipflops 63 wird bei jedem Impuls des Signals k invertiert (7G). Das Signal d wird mit dem Signal a synchronisiert und an den Flipflops 64 bis 66 so verschoben, daß Intervalle für das Signal h (7K) vom Exklusiv-NOR-Glied 67 ausgegeben werden, um das UND-Glied 69 zu steuern. Das Signal i (7L), bei dem es sich um das invertierte Signal a mit der Frequenz f₁ handelt, wird zum UND-Glied 69 geführt. Dadurch wird das Signal j (7M) am Ausgang des UND-Glieds 69 erhalten, das sich öffnet, wenn das Signal h den H-Pegel hat. Das Signal j durchläuft die als Heizelement dienende variable Verzögerungsschaltung 74 und wird am Ausgangsanschluß OUT2 ausgegeben (7P). Gemäß 7M beträgt die Frequenz des Signals j f₁/2. Daher ist die Summe der die beiden Verzögerungsschaltungen 72 und 74 durchlaufenden Impulse gleich der Frequenz f₁.
8 zeigt ein Zeitdiagramm, wenn das Signal S den H-Pegel hat. In diesem Fall ist CLKA auf 166 MHz eingestellt (Periode 6 ns, d. h. 5 Impulse in 30 Nanosekunden), und CLKB beträgt 200 MHz (Periode 5 ns, d. h. 6 Impulse in 30 Nanosekunden). Die logische Verzögerungsschaltung 62 ist auf den H-Pegel eingestellt. Beschreibungsgemäß empfängt die variable Verzögerungsschaltung 72 das Signal k (8N) mit der gleichen Frequenz wie der Takt CLKA, d. h. 166 MHz, und gibt es zum Ausgangsanschluß OUT1 aus (80).
Das Signal j (8M) vom UND-Glied 69 durchläuft die variable Verzögerungsschaltung 74 als OUT2 und wird am Ausgangsanschluß OUT2 ausgegeben (8P). Die Frequenz des Signals j ist durch die aus den Flipflops 63 bis 66 und dem Exklusiv-NOR-Glied 67 gebildete Schaltungsanordnung so bestimmt, daß die Summe der Impulse in den Signalen k und j gleich der Frequenz des Takts CLKB ist. In diesem Beispiel werden z. B. für eine Periode von 30 ns 5 Impulse als Takt CLKA und 6 Impulse als Takt CLKB zugeführt. Gemäß 80 durchlaufen 5 Impulse die variable Verzögerungsschaltung 72 in 30 ns, und ein Impuls durchläuft die variable Verzögerungsschaltung 74 in 30 ns. Somit durchlaufen insgesamt 6 Impulse die variablen Verzögerungsschaltungen 72 und 74, was der Frequenz des Takts CLKB entspricht. Als Ergebnis ist die Gesamtmenge der Wärmeerzeugung durch die Verzögerungsschaltungen 72 und 74 gemäß der Bestimmung durch die Anzahl von Impulsen im Takt CLKB stets konstant.
Wenngleich die Erfindung anhand spezieller Anwendungen offenbart und veranschaulicht wurde, wird dem Fachmann deutlich sein, daß ihre Grundsätze für zahlreiche andere Anwendungen gültig sind. Daher ist die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche beschränkt.

Claims

Temperaturkompensationsschaltung für einen IC-Baustein mit: einer Signaldetektionsschaltung geeignet für das Detektieren, ob eine Logiksignal einer Zielschaltung auf dem IC-Baustein zugeführt wird, wobei die Signaldetektionsschaltung eine Flipflopschaltung und eine Exklusiv-ODER-Schaltung aufweist; einem Heizelement, das aus einem Halbleiterelement gebildet ist; und einem Schalter geeignet für das Trennen oder Verbinden einer elektrischen, Stromquelle von bzw. mit dem Heizelement abhängig von einem Signal von der Signaldetektionsschaltung, wobei der Schalter geeignet ist, die Stromquelle von dem Heizelement immer dann trennen, wenn die Signaldetektionsschaltung die Zuführung eines Logiksignals zu der Zielschaltung detektiert.
Temperaturkompensationsschaltung nach Anspruch 1, wobei das Heizelement mehrere Halbleitertransistoren aufweist.
Temperaturkompensationsschaltung nach Anspruch 1, wobei mehrere Flipflops entsprechend mehreren in Reihe angeordneten Zielschaltungen des IC-Bausteins vorgesehen sind.
Temperaturkompensationsschaltung für einen IC-Baustein mit: einer ersten Schaltung geeignet für das Senden eines Impulssignals, das als Prüfsignal für eine elektronische Vorrichtung zu verwenden ist; einer zweiten Schaltung mit dem gleichen Schaltungsaufbau wie die erste Schaltung, wobei die zweite Schaltung als Heizelement dient und in unmittelbarer Nähe der ersten Schaltung angeordnet ist; einer Auswahleinrichtung, der zwei Taktsignale mit unterschiedlichen Frequenzen zugeführt werden zum Auswählen eines der Taktsignale; einer logischen Verzögerungsschaltung geeignet für das Erzeugen einer Zeitverzögerung, die ein Vielfaches einer Periode eines der Taktsignale ist; einer Maskenschaltung geeignet für das Verhindern eines Durchlaufs des von der Auswahleinrichtung ausgewählten Taktsignals durch sie für die durch die logische Verzögerungsschaltung bestimmte Zeitperiode, die ein Vielfaches einer Periode eines der Taktsignale ist, wobei die Maskenschaltung sonst ihre Ausgabe der ersten Schaltung bereitstellt; und einer Taktanzahl-Einstellschaltung geeignet für das Einstellen der Anzahl von Taktsignalen, die der zweiten Schaltung bereitzustellen sind, so dass die Summe der Anzahl von Impulsen, die zu der ersten und zweiten Schaltung geführt werden, stets gleich der Summe der Impulse des Taktsignals mit höherer Frequenz ist, wobei die Gesamtzahl der Impulse in dem IC-Baustein konstant gehalten wird.
Temperaturkompensationsschaltung nach Anspruch 4, wobei die Taktanzahl-Einstellschaltung mehrere Flipflops, ein Exklusiv-ODER-Glied und ein UND-Glied aufweist.