-
Die
vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der integrierten Schaltungen
und näherhin
die Detektion von Variationen bzw. Änderungen von Umgebungs- bzw.
Umwelt-Parametern eines integrierten Schaltungs-Chips im Betriebszustand.
-
Die
Systeme zur Überwachung
von mit der Umgebung einer integrierten Schaltung verknüpften Variablen,
wie beispielsweise der Temperatur, der Versorgungsspannung usw.,
dienen insbesondere zur Detektion einer eventuellen Verletzung des
integrierten Schaltungs-Chips in geschützten Systemen. Beispielsweise
kann es sich darum handeln, eventuelle Piraterie an in der integrierten
Schaltung enthaltenen Daten zu detektieren. Diese letztgenannte
Anwendung betrifft insbesondere Chip-Karten.
-
Ein
anderes Anwendungsbeispiel von Systemen zur Überwachung einer Umgebungsvariablen einer
integrierten Schaltung ist die Autorisierung, d. h. Genehmigung
und Zulassung des Betriebs einer derartigen Schaltung relativ bezüglich einem
Bereich, beispielsweise von Temperaturen.
-
Im
allgemeinen sind die Überwachungselemente
einer bestimmten gegebenen Variablen zugeordnet. Beispielsweise
verwendet man eine Schwell-Spannung
zur Detektion eventueller Temperaturänderungen bzw. -schwankungen,
und in analoger Weise interpretiert man die Ergebnisse der Messung,
um eine eventuelle Verletzung der äußeren Umgebung des Chips zu
bestimmen.
-
Ein
Nachteil ist dann, dass man mit der Zahl von Variablen oder Parametern,
die überwacht
werden sollen, die Anzahl der Detektionsschaltungen vervielfachen
muss.
-
Ein
anderer Nachteil ist, dass das Ergebnis, das man mit einer analogen
Messung erhält,
eine Umwandlung erfordert, um durch ein digitales System, mit dem
im allgemeinen der integrierte Schaltungs-Chip ausgerüstet ist,
interpretiert zu werden, um über
die Folgen der eventuellen Verletzung eine Entscheidung zu treffen.
-
Ein
anderer Nachteil ist, dass eine Variation oder Änderung der Umgebungs-Parameter stattfinden
kann, ohne dass eine Verletzung des Chips vorliegt. Beispielsweise
können
die äußeren Temperaturbedingungen
sich in erheblicher Weise (um mehrere zehn Grad) ändern. Es
wäre erwünscht, eine
mit einer Verletzung verknüpfte Änderung
von einer mit einer normalen Änderung
der Betriebsbedingungen verbundenen Änderung unterscheiden zu können.
-
Die
vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung eines neuen Verfahrens
zur Detektion von Änderungen
bzw. Schwankungen wenigstens eines Umgebungs- bzw. Umwelt-Parameters
einer integrierten Schaltung, das die Nachteile der bekannten Lösungen vermeidet.
-
Die
Erfindung bezweckt insbesondere die Schaffung einer Lösung, welche
mit Hilfe ein und derselben Schaltung die Überwachung mehrerer Umgebungs-Parameter
der integrierten Schaltung gestattet.
-
Die
Erfindung bezweckt auch die Detektion eines Abstands bzw. einer
Differenz der Umgebungs-Parameter relativ bezüglich einem Referenz- bzw.
Bezugswert.
-
Die
Erfindung bezweckt auch die Schaffung einer Lösung, welche den Rückgriff
auf Analog/Digital-Wandler für
die Messergebnisse erübrigt.
-
Die
Erfindung bezweckt des weiteren die Ermöglichung einer automatischen
Anpassung des Detektionssystems an die normalen Umgebungsänderungen
bzw. -schwankungen.
-
Zur
Erreichung dieser Ziele sieht die vorliegende Erfindung vor ein
Verfahren zur Detektion von Änderungen
wenigstens eines Umgebungs- bzw. Umwelt-Parameters einer integrierten Schaltung,
wobei das Verfahren umfasst:
- – Evaluieren
einer Verzögerung
der Ausbreitung bzw. Fortpflanzung einer Signalfront bzw. -flanke in
Verzögerungselementen,
die empfindlich für Änderungen
des Umgebungs-Parameters sind, sowie
- – Vergleichen
der jeweiligen laufenden bzw. aktuellen Verzögerung relativ bezüglich wenigstens
einem Bezugswert.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass man eine jeweilige
gemessene laufende Verzögerung
relativ bezüglich
zwei vorgegebenen Schwellwerten, welche einen autorisierten bzw.
zulässigen
Betriebsbereich der integrierten Schaltung definieren, vergleicht.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass man die jeweilige
laufende bzw. aktuelle Verzögerung
relativ bezüglich
einem einzigen Bezugs- bzw. Referenzwert vergleicht.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass man den Betrag eines
programmierbaren Verzögerungselements steuert
bzw. regelt in Abhängigkeit
von dem Abstand zwischen der jeweiligen laufenden, aktuellen Verzögerung und
dem Referenz- bzw. Bezugswert, wobei der mögliche Änderungs- bzw. Variationsbereich
vorzugsweise vorbestimmt ist.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass man den genannten
Abstand relativ bezüglich
zwei vorbestimmten Schwellwerten vergleicht.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass man einen Zeitpunkt
der Ablesung von Kipp- bzw. Flip-Flop-Schaltun gen, deren entsprechende
Eingänge
mit dem Ausgang der Verzögerungselemente verbunden
sind, synchronisiert zur Gewinnung eines Binärworts, das eine Evaluation
der jeweiligen laufenden bzw. aktuellen Ausreitungs- bzw. Fortpflanzungsverzögerung darstellt.
-
Die
vorliegende Erfindung sieht auch eine integrierte Schaltung vor,
welche umfasst:
- – ein Netzwerk von Verzögerungselementen,
die mit Kipp- bzw. Flip/Flop-Schaltungen
verbunden sind, deren entsprechende Ausgänge Bits eines Binärworts definieren,
das mit wenigstens einem Umgebungs-Parameter der integrierten Schal-tung
verknüpft
ist, sowie
- – Mittel
zum Vergleichen des genannten laufenden bzw. aktuellen Worts relativ
bezüglich
wenigstens einem Bezugs- bzw. Referenz-Binärwort.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die genannten Verzögerungselemente
in Parallelschaltung angeordnet sind und deren gemeinsamer Eingangsanschluss
mit dem Ausgang eines programmierbaren Verzögerungselements verbunden ist,
von welchem ein Eingangsanschluss einen Eingangsanschluss der Detektionsschaltung
bildet.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der genannte Komparator
ein Konfigurations-Wort für
die Konfiguration der programmierbaren Verzögerungsvorrichtung auf der
Grundlage eines Vergleichs des jeweiligen laufenden bzw. aktuellen
Worts relativ mit einem Referenz- bzw. Bezugswert liefert.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Schaltung Mittel
zum Festlegen eines Änderungsbereichs der
programmierbaren Verzögerungsvorrichtung
aufweist.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die genannten Verzögerungselemente
in Reihe angeordnet sind.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Schaltung des
weiteren ein Verzögerungselement
mit einer mittleren oder durchschnittlichen Verzögerung aufweist, das zwischen
einem Anschluss zum Anlegen eines Signals für die Auslösung bzw. Triggerung des Ablesens
und den jeweiligen Takteingängen
der verschiedenen Kipp- bzw. Flip-Flop-Schaltungen angeordnet ist.
-
Diese
sowie weitere Ziele, Gegenstände,
Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden in der vorliegenden nichteinschränkenden Beschreibung spezieller
Ausführungsbeispiele
im einzelnen auseinandergesetzt, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren;
in diesen zeigen:
-
1 in
schematischer Ansicht eine mit einer Detektionsschaltung gemäß der vorliegenden
Erfindung versehene integrierte Schaltung,
-
2 eine
erste Ausführungsform
einer Detektionsschaltung gemäß der vorliegenden
Erfindung,
-
3 eine
erste Ausführungsform
einer Schaltung zur automatischen Anpassung der Schaltung von 2,
-
4 eine
zweite Ausführungsform
einer Schaltung zur automatischen Anpassung der Schaltung aus 2,
sowie
-
5 eine
zweite Ausführungsform
einer Detektionsschaltung gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
In
den Zeichnungsfiguren sind gleiche Elemente in den verschiedenen
Figuren mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Aus Gründen der
Klarheit und Übersichtlichkeit
wurden nur die für
das Verständnis
der Erfindung notwendigen Elemente in den Zeichnungsfiguren dargestellt
und werden im folgenden beschrieben. Insbesondere liegt die Verwertung der
Detektions ergebnisse, den Zugang zu den Daten zu verhindern, oder
für jede
andere Verwendung im Rahmen des fachmännischen Könnens.
-
Ein
Charakteristikum der vorliegenden Erfindung ist die Aus- und Verwertung
einer Verzögerung der
Ausbreitung eines elektrischen Signals in Verzögerungselementen, die individuell
für Änderungen bzw.
Schwankungen der Umgebung der integrierten Schaltung empfindlich
sind.
-
Die
Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, dass zahlreiche Umgebungs-
bzw. Umwelt-Parameter einer integrierten Schaltung, d. h. Parameter, die
nicht direkt mit dem inneren Aufbau der Schaltung verbunden sind,
wie beispielsweise die Temperatur oder die Versorgungs- bzw. Speisespannung
der Schaltung, wenn sie sich ändern
bzw. schwanken, die Ausbreitungsverzögerungen eines Signals entlang
einem elektrischen Weg modifizieren können.
-
So
nutzt die Erfindung diese Eigenschaft zur Detektion von Änderungen
bzw. Schwankungen eines oder mehrerer Umgebungs- bzw. Umwelt-Parameter(s)
der integrierten Schaltung insbesondere relativ bezüglich einem
Betriebswert, ohne dass es notwendig wäre, diesen bzw. diese Parameter
direkt zu messen.
-
1 stellt
in sehr schematischer Weise eine Ausführungsform einer integrierten
Schaltung 1 dar, die mit einer Detektionsschaltung 2 gemäß der vorliegenden
Erfindung versehen ist. Nur die Schaltung 2 ist in Form
eines Blocks wiedergegeben, der in der integrierten Schaltung 1,
bei der es sich im übrigen
um eine beliebige Schaltung handeln kann, enthalten ist.
-
Die
Schaltung 1 wird mit wenigstens einer Versorgungs- bzw.
Speisespannung V versorgt, die beispielsweise von einem Generator 3 geliefert
wird. Die Versorgungsspannung V der Schaltung 1 bildet im
Sinne der Erfindung einen Umgebungs-Parameter dieser Schaltung.
Ein anderer in 1 veranschaulichter Umgebungs-Parameter
ist die Temperatur T, welcher die Schaltung 1 ausgesetzt
ist. Diese Temperatur T kann von der inneren Erwärmung der Schaltung infolge
ihres Betriebs oder von einer äußeren Quelle
herrühren.
In allen Fällen
stellt dies im Sinne der Erfindung ebenfalls einen Umgebungs- bzw.
Umwelt-Parameter dar. Andere Umgebungs-Parameter können die
Ausbreitungszeit eines Signals beeinflussen. Hierbei handelt es
sich beispielsweise um die Stabilität der Versorgungsspannung,
der Feuchtigkeit, von Strahlungen usw.
-
Gemäß der Erfindung
umfasst die Detektionsschaltung 2 wesentlich eine Schaltung 21 zur Messung
der Ausbreitungs- bzw. Fortpflanzungszeit einer Front zur Auslösung einer
Messung, näherhin einer
Zustandsänderung
eines Binär-Signals.
Der Ausgang der Schaltung 21 ist mit dem Eingang eines Komparators 22 verbunden,
der an einem anderen Eingang einen Vergleichsbezugswert REF zugeführt erhält. Der
Ausgang des Komparators 22 liefert das Ergebnis einer eventuellen
Abweichung der Verzögerung
relativ bezüglich
der Bezugs- bzw. Referenzverzögerung.
-
2 gibt
eine erste Ausführungsform
einer Detektionsschaltung 2 gemäß der vorliegenden Erfindung
wieder.
-
Die
Schaltung 21 zur Messung der Ausbreitungs- bzw. Fortpflanzungszeiten
umfasst im wesentlichen n Verzögerungselemente 211 (C1,
..., Ci, ..., Cn) oder elektrische Pfade, welche vorzugsweise voneinander
verschiedene Verzögerungen
einführen.
Die jeweiligen Ausgänge
der Elemente 211 sind mit den Dateneingängen (D) von n Kippschaltungen 212 (D1,
..., Di, ..., Dn) verbunden. Die jeweiligen entsprechenden Ausgänge (beispielsweise
die Q-Direktausgänge) der
Kippschaltungen bzw. Flip-Flops 212 liefern direkt n Bits
(B1, ..., Bi, ..., Bn) eines das Messergebnis darstellenden Binärworts.
Beispielsweise werden die Bits des Worts in ein Register 213 oder ein
beliebiges anderweitiges Element zur analogen zeitweiligen Speicherung
eingeschrieben.
-
Bei
der in 2 veranschaulichten Ausführungsform sind die verschiedenen
Verzögerungselemente 211 zueinander
parallel angeordnet. Ihre entsprechenden Eingangsanschlüsse sind
daher miteinander verbunden. Eine Stirnflanke bzw. Front, auf welche
die verschiedenen Verzögerungen
ausgeübt werden
sollen, wird an einen Eingangsanschluss 24 der Schaltung 2 angelegt.
Dieser Anschluss 24 ist mit einer Eingangsschaltung 25 verbunden,
welche eine einstellbare Verzögerung
einführt
und, wie im weiteren Verlauf noch erläutert wird, für eine automatische Anpassung
(Kalibrierung) der Schaltung 2 dient. Die Schaltung 25 oder
,einstellbare bzw. regelbare Pufferschaltung' (BUF) ist an ihrem Ausgang 251 mit
den entsprechenden Eingängen
der Verzögerungselemente 211 verbunden.
-
Die
entsprechenden Takteingänge
Ck der Kipp- bzw. Flip-Flop-Schaltungen 212 sind miteinander
verbunden, damit die Ablesung der am Eingang der verschiedenen Flip-Flops
anliegenden Binärzustände für die n
Kippschaltungen simultan ist.
-
Vorzugsweise
durchläuft
ein an einem Anschluss 23 der Schaltung 2 angelegtes
Signal CLK zur Auslösung
der Ablesung ein zusätzliches
Verzögerungselement 215.
Das Element 215 führt
eine Verzögerung
ein, welche der mittleren oder durchschnittlichen Verzögerung (Cav)
der verschiedenen durch die Elemente 211 eingeführten elektrischen Pfade
entspricht (unter Berücksichtigung
der Kippschaltungen bzw. Flip-Flops 212, welche für sämtliche
Pfade eine identische Verzögerung
hinzufügen).
-
Das
Verzögerungselement 215 ist
optional. Es hat im wesentlichen die Aufgabe, die Verwendung eines
Signals CLK zu ermöglichen,
das dem die Front bzw. Stirnflanke an dem Anschluss 24 liefernden
Binär-Signal
entspricht. In diesem Fall fallen die Anschlüsse 23 und 24 zusammen.
Das Verzögerungselement 215 gestattet
dann eine Verschiebung der Ablesung der an den Eingängen der
Flip-Flops 212 anliegenden Daten um die für die mittlere
Fortpflanzung bzw. Ausbreitung in den elektrischen Pfaden 211 erforderliche
Zeit. Als Abwandlungsalternative kann die (nicht dargestellte) Schaltung
zur Erzeugung der Messfront bzw. -stirnflanke das Taktsignal der
Flip-Flops mit Verzögerung
zuführen.
Es kann sich beispielsweise um einen (gegebenenfalls mit der Schaltung 1 integrierten)
Prozessor zur Steuerung der Änderungen
und zur Auslösung
der angepassten Akte handeln.
-
Legt
man an den Eingangsanschluss 24 eine Signalfront bzw. -stirnflanke
an, so tritt diese Front bzw. Vorderflanke an den entsprechenden
Eingängen
D der Kippschaltungen 212 zu unterschiedlichen Zeitpunkten
auf, je nach der Größe der Verzögerungen
infolge der jeweiligen Elemente 211 sowie der mit der Schaltung 25 verknüpften, sämtlichen
elektrischen Pfaden gemeinsamen Verzögerung. Alle elektrischen Pfade,
welche eine Verzögerung
hervorrufen, die größer als
die Verzögerung
Cav entsprechend dem Element 215 ist, liefern ein Bit mit
dem Zustand ,0',
insofern die am Eingang 24 angelegte Signalfront bzw. -vorderflanke
noch nicht zu ihnen gelangt ist. Alle Pfade, welche eine Verzögerung kleiner
als die Verzögerung
Cav hervorrufen, liefern ein Bit mit dem Zustand ,1', insofern die Front
bzw. Vorderflanke an dem Eingang D der entsprechenden Kipp- bzw.
Flip-Flop-Schaltung vor dem Ablauf der Verzögerung Cav eintrifft.
-
Die
eventuelle Änderung
bzw. Schwankung der Verzögerung
der verschiedenen Pfade liefert eine indirekte Anzeige für die Abweichung
der äußeren Umgebung
der integrierten Schaltung, ob es sich um die Temperatur oder die
Versorgungsspannung handelt.
-
Für die Realisierung
der Verzögerungselemente 211 der
elektrischen Pfade kann man beliebige integrierte Elemente verwenden,
wie sie als konstituierende Bestandteile von Verzögerungselementen
geläufig
sind. Beispielsweise kann es sich um Oxid-Kapazitäten oder
um Metallwiderstände
handeln. Wohlgemerkt können
die Verzögerungselemente
auch in anderen Formen angewandt werden, vorausgesetzt, dass sie
für die
Umgebungs-Parameter empfindlich sind, welche für die Schaltung gemessen werden
sollen. Des weiteren hängt
die Wahl des Variationsbereichs der durch die verschiedenen Elemente
eingeführten
Verzögerungen
von der jeweiligen Anwendung und der gewünschten Empfindlichkeit ab.
-
Die
Schaltung 2 weist des weiteren einen Komparator 22 (COMP)
auf; dieser erhält
an einem ersten Eingang das in dem Register 213 vorübergehend
gespeicherte Binärwort
B1, ..., Bi, ..., Bn zugeführt
und an einem zweiten Bezugseingang ein zuvor in einem Register 221 oder
dergleichen gespeichertes Bezugs-Binärwort (Br1, ..., Bri, ...,
Brn). Das Ergebnis des Vergleichs steht an einem Ausgangsanschluss 222 des
Komparators 22 zur Verfügung.
-
In
der bevorzugten Ausführungsform
von 2 weist der Komparator 22 des weiteren
n Ausgänge 223 mit
Bestimmung für
die Schaltung 25 auf. Diese n Ausgänge liefern ein Binärwort ΔB1, ..., ΔBn von n
Bits, das gegebenenfalls zur Rekalibrierung der Schaltung 25 dient,
wie dies weiter unten im einzelnen erläutert wird.
-
Die
durch die Elemente 211 beigetragenen Verzögerungen
sind vorzugsweise anwachsend-zunehmend (oder abnehmend) mit dem
Gewicht des entsprechenden Bits in dem von den Kipp- bzw. Flip-Flop-Schaltungen 212 gelieferten
Wort. Der Abstand zwischen den jeweiligen Wertigkeiten der ersten
Bits mit dem Zustand 0 (bzw. mit dem Zustand 1) des gemessenen Worts
und des Bezugsworts bildet dann eine Anzeige für die Amplitude der Änderung bzw.
Schwankung der Umgebungs-Parameter. Diese Anzeige kann beispielsweise
verwendet werden, um die Geschwindigkeit der Änderung der Umgebungs-Parameter
mittels aufeinanderfolgender Messungen zu berechnen. Man kann dann
eine verhältnismäßig langsame,
mit den normalen Änderungen von
Betriebsbedingungen (beispielsweise eine statische Änderung
der Versorgungsspannung) verbundene Änderung unterscheiden von einer
brüsken Änderung
(beispielsweise einer dynamischen Instabilität der Versorgungsspannung),
die mit einem Versuch zum unberechtigten Zugang zu Daten des Chips
verbunden ist.
-
Das
in dem Register 221 gespeicherte Bezugs-Binärwort erhält man in
einer Parametrier-Phase der Schaltung 2. Diese Phase wird
unter Bezugsbedingungen ausgeführt
(beispielsweise unter einer kontrollierten Bezugs-Versorgungsspannung
und bei einer Temperatur von 25 °C).
-
Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform der
Erfindung charakterisiert man dann die Schaltung unter Betriebsbedingungen
entsprechend extrem hohen und extrem niedrigen Bedingungen. Wieder
mit Bezugnahme auf das Bei spiel von Temperatur und Versorgungsspannung
misst man das erhaltene Binärwort
in Fenstern, die von der minimalen Spannung VccMIN zur maximalen
Spannung VccMAX gehen und von der minimalen Temperatur TMIN zur
maximalen Temperatur TMAX gemäß der ,Spezifikation' der Schaltung (durch
den Hersteller garantierter Betriebsbereich).
-
Die
Phase der Charakterisierung der Schaltung gestattet die Gewinnung
von zwei extremen Binärwerten,
welche den Bezugswert BREF einrahmen. Der Abstand zwischen den beiden
Werten entspricht dem autorisierten Bereich. Die extremen Werte
dienen zur Konfiguration der Schaltung 25 (beispielsweise
mittels einer Reihe von programmierbaren Schaltern), um einen möglichen
Einstell- bzw. Justierbereich zu definieren, um die an den Anschluss 24 angelegte
Front bzw. Stirnflanke zu verlangsamen oder zu beschleunigen.
-
Die
so erhaltene Einstell- bzw. Justierschleife gestattet dann, bei
jeder Charakterisierungsphase die Schaltung für die Extraktion des Mess-Binärworts (elektrische
Pfade 211, 212) wieder in Bezugsbedingungen einzustellen.
Die beiden extremen Werte der Binärworte, jenseits welchen die
Anpassungsschaltung nicht mehr ausreicht, entsprechen den Grenz-Umgebungsbedingungen,
die man sich gesetzt hat.
-
Im
Betrieb, wenn die Schaltung 25 nicht mehr in der Lage ist,
das System auf dem Bezugswort zu zentrieren, liefert der Komparator 22 am
Ausgang ein Signal (in der Praxis eine Änderung des Binärzustands)
als Anzeige für
eine Verletzung der Umgebungsbedingungen, für welche die Schaltung vorgesehen
ist.
-
Ein
Vorteil der Erfindung ist, dass sie eine Schaltung zur globalen Überwachung
eines Ensembles oder einer Gruppe von Umgebungsvariablen der integrierten
Schaltung ergibt. Gewiss kann man nur mit dieser Schaltung nicht
bestimmen, ob die Änderung
durch den einen oder den anderen der Parameter bestimmt ist. Jedoch
haben die Erfinder festgestellt, dass es zumeist wichtig ist, eine
Abweichung relativ bezüglich
dem autorisierten Betriebsbereich irgendeines der Parameter zu detektieren.
-
Ein
anderer Vorteil der Erfindung ist, dass die Eingänge/Ausgänge der Detektionsschaltung
einfach aufgrund der Natur der Schaltung selbst digital sind, ohne
dass es notwendig wäre,
irgendeine Umwandlung durchzuführen.
-
Ein
anderer Vorteil der Erfindung ist, dass durch Autorisierung einer
digitalen Anpassung oder Kalibrierung des Elements 25 diese
Anpassung unempfindlich gegenüber äußeren gemessenen
Bedingungen (insbesondere der Temperatur) gemacht wird.
-
Ein
anderer Vorteil der Erfindung ist, dass die Schaltung unschwer in
einen Schaltungs-Chip, insbesondere einen vom Chipkartentyp, integrierbar
ist.
-
3 zeigt
ein erstes Beispiel einer Schaltung 25 zur Anpassung der
Mess-Schaltung 2 gemäß der Erfindung.
In diesem Beispiel findet eine Mehrzahl von Tor- bzw. Gatterschaltungen 252 Anwendung,
die in Reihe zwischen dem Eingangsanschluss 24 der Schaltung 25 und
ihrem Ausgangsanschluss 251 liegen. Die Tor- bzw. Gatterschaltungen 252 sind beispielsweise
einfache nicht-invertierende Elemente vom Puffertyp. Die jeweiligen
entsprechenden Eingänge 253 der
Torschaltungen 252 sind individuell mit einem ersten Anschluss
eines Kondensators C254 verbunden, dessen anderer Anschluss über einen
Schalter K255 (beispielsweise einen MOS-Transistor) mit Masse (M)
verbunden ist. Die Gates der verschiedenen Transistoren K255 erhalten
jeweils eines der Bits ΔB1, ΔB2, ..., ΔBi, ..., ΔBn des von
dem Komparator 22 (2) gelieferten
Programmierworts zugeführt.
Die jeweiligen Beträge
bzw. Größen der
Kondensatoren C254 sind unterschiedlich, in Abhängigkeit von der Wertigkeit
des Bits in dem Binärwort ΔB. Das Programmierwort
kann in verschiedenen Weisen erhalten werden. Beispielsweise kann man
direkt jeweils Bit für
Bit den Unterschied zwischen dem gemessenen Wort 213 (2)
und dem Bezugswort verwenden. Man kann auch komplexere Mittel verwenden,
beispielsweise Informatikmittel zur Vornahme der speziellen Anpassungen.
-
Man
erkennt ohne weiteres, dass eine Änderung des gemessenen Worts
in dem autorisierten Bereich die Überführung eines betreffenden der
Schalter K255 in den leitenden Zustand oder seine Sperrung bewirkt
und als Folge hiervon die Einfügung
des Kondensators C254 des entsprechenden Zweigs in die durch die
in Reihe liegenden Elemente 252 gebildete Verzögerungsleitung.
Immer, wenn ein Transistor K255 leitend wird, führt er eine zusätzliche
Verzögerung
in die Schaltung 25 ein.
-
4 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel eines
,einstellbaren bzw. justierbaren Puffers' 25', zum Einsatz in der Schaltung 2 von 2.
-
Wie
im Falle der 3 wird der ,Puffer' 25' mit Hilfe des
von dem Anschluss 223 des Komparators 22 in 2 gelieferten
Binärworts ΔB (ΔB1, ΔB2, ..., ΔBn) konfiguriert.
Jedes Bit dieses Worts steuert jeweils eine Stufe 256 der
Schaltung 25'.
-
Jede
Stufe 256 besteht jeweils aus zwei P-Kanal-MOS-Transistoren
in Reihe mit zwei N-Kanal-MOS-Transistoren, zwischen zwei Anschlüssen 257 und 258 zum
Anlegen einer Versorgungsspannung Vcc. Ein erster P-Kanal-MOS-Transistor P1 hat sein
Gate mit einem Inverter 259 verbunden, dessen Eingang das
entsprechende Bit ΔBi
zugeführt
erhält. Ein
zweiter P-Kanal-MOS-Transistor
P2 jeder Stufe 256 hat jeweils sein Gate mit dem Eingangsanschluss 24 der
Schaltung 25' verbunden.
Die Transistoren P1 und P2 liegen in Reihe zwischen dem Anschluss 257 und
dem Ausgangsanschluss 214 der Schaltung 25'. Ein erster
N-Kanal-Transistor N1 hat sein Gate mit dem Anschluss zum Anlegen
des entsprechenden Bits ΔBi
verbunden. Ein zweiter N-Kanal-Transistor N2 hat sein Gate mit dem
Eingangsanschluss 24 verbunden. Die Transistoren N1 und
N2 liegen in Reihe zwischen dem Anschluss 214 und dem Masse-Anschluss 258.
-
Schließlich weist
die Schaltung 25' eine
Eingangsstufe 260 auf, die aus zwei in Reihe miteinander
liegenden Transistoren, nämlich
einem P-Kanal-Transistor
P3 und einem N-Kanal-Transistor N3, zwischen den Anschlüssen 257 und 258 besteht.
Der Mittelpunkt dieser Reihenschaltung ist mit dem Anschluss 214 verbunden
und die entsprechenden Gates der Transistoren P3 und N3 sind beide
mit dem Anschluss 24 verbunden.
-
Befindet
sich eines der Bits des Worts ΔB
im Zustand ,1',
so werden hierdurch die Transistoren P1 und N1 der entsprechenden
Stufe leitend gemacht. Wenn das an dem Anschluss 24 anliegende
Signal sich im niedrigen Zustand befindet (d. h. vor dem Eintreffen
einer eine Ablesung auslösenden
Signalfront bzw. -stirnflanke), so sind der Transistor N3 sowie sämtliche
Transistoren N2 der Stufen 256 gesperrt. Der Transistor
P3 und die Transistoren P2 der Stufen 256 sind leitend.
In diesem Zustand befindet sich der Anschluss 214 im Zustand
,1', wenn ein Bit ΔBi sich im
Zustand ,1' befindet.
-
Beim
Eintreffen einer ansteigenden Front bzw. Vorderflanke des Signals
an dem Anschluss 24 bewirkt dies die Umschaltung der Transistoren
P3 und N3, wobei der Transistor P3 sich sperrt, während der
Transistor N3 leitend wird. Der Zeitpunkt, zu dem der Anschluss 214 in
Richtung auf Masse umschaltet, hängt
von der Anzahl von Stufen 256 ab, die durch den Zustand
,1' des entsprechenden
Bits ΔBi leitend
gemacht werden. Tatsächlich
werden die Transistoren N2 sämtlicher
Stufen beim Auftreten der Front an dem Anschluss 24 leitend
gemacht, während
sämtliche
Transistoren P2 in diesem Zeitpunkt gesperrt werden. Daher ist der Übergang
des Anschlusses 214 in den niedrigen Zustand umso rascher,
je größer die
Zahl von leitenden Stufen 256 ist.
-
Andere
in der Schaltung von 2 verwendbare variable und programmierbare
Verzögerungsschaltungselemente
können
ins Auge gefasst werden, vorausgesetzt, dass sie eine Verzögerung in
Abhängigkeit
von einem von dem Komparator 22 gelieferten Konfigurations-Binärwort ΔB einführen.
-
Beispielsweise
kann man mehrere Inverter oder logische Torschaltungen in Reihe
verwenden wie in der Ausführungsform
von 3 und die entsprechenden Ausgänge jeweils jedes Inverters
mit den Eingängen
eines Multiplexers verbinden. Die Auswahl des Eingangs des als Ausgang
verwendeten Multiplexers erfolgt dann durch ein Programmierwort,
beispielsweise das Wort ΔB,
wie weiter oben in Verbindung mit den 3 und 4 beschrieben.
-
In
der vorstehenden Beschreibung wurde zur Vereinfachung der Darlegung
von einem Wort ΔB
auf n Bits ausgegangen. Es ist jedoch ersichtlich, dass die Programmierung
des Elements 25 auf der Grundlage des Vergleichs des laufenden
aktuellen Worts (Register 213) mit dem Bezugswort (221)
mit einer unterschiedlichen Bit-Zahl erfolgen kann. Die Anwendung
ein und derselben Zahl von Bits vereinfacht jedoch den Vergleich,
indem beispielsweise eine Bit-für-Bit-Kombination
des jeweiligen laufenden Worts und des Bezugsworts vorgenommen werden kann.
-
In
einer bevorzugten Anwendung erfolgt die Detektion periodisch, was
eine permanente Steuerung bzw. Regelung des Bezugs-Binärworts gestattet.
-
Gemäß einer
abgewandelten Ausführung dient
das Binärwort ΔB direkt
als Vergleichswort. Man speichert zwei Vergleichswerte, welche einen zulässigen Bereich
begrenzen. Man detektiert sodann ein Überschreiten dieses Bereichs
durch den jeweiligen laufenden, aktuellen Wert. Das in dem Register 221 gespeicherte
Bezugswort Br dient dann ausschließlich zur Rekalibrierung des
Systems.
-
5 gibt
eine zweite Ausführungsform
einer Schaltung zur Detektion der Überschreitung eines Schwellwerts
durch einen Umgebungs-Parameter einer integrierten Schaltung gemäß der vorliegenden
Erfindung wieder.
-
Bei
dieser Ausführungsform
finden wiederum Verzögerungselemente 211 und
Kipp- bzw. Flip-Flop-Schaltungen 212 zur Erzeugung eines
Binärworts
B1, B2, ..., Bn in einem Register 213 Verwendung. Jedoch
sind im Unterschied zu der Ausführungsform
nach 2 die elektrischen Pfade 211 hier in
Reihe geschaltet. Der D-Eingang jeder Flip-Flop-Schaltung 212 ist
daher zwischen zwei Pfaden angeschlossen (mit Ausnahme der letzten
Stufe Dn, die am Ausgang des Pfades Cn angeschlossen ist).
-
Wie
in der Ausführungsform
nach 2 findet ein Element 215 Anwendung, das
eine mittlere oder durchschnittliche Verzögerung Cav einführt und dessen
Eingang mit dem Anschluss 23 zum Anlegen des das Lesen
der Kipp- bzw. Flip-Flop-Schaltungen auslösenden Signals
verbunden ist. Der Eingang 24 der Schaltung 2' erhält, wie
in den vorhergehenden Ausführungsformen,
eine Front bzw. Vorderflanke zugeführt, die durch die verschiedenen
in Reihe liegenden Pfade aufeinanderfolgend verzögert wird.
-
Der
Hauptunterschied der Ausführungsform von 5 relativ
gegenüber
der Ausführung
nach 2 ist das Fehlen von programmierbaren Verzögerungselementen
(25, 2).
-
In
der Ausführungsform
von 5 werden die dem Minimalwert BMIN und dem Maximalwert BMAX
des zulässigen
Bereichs entsprechenden Binärworte
in (nicht dargestellten) Speicherelementen gespeichert. Beispielsweise
könnte
man nicht-flüchtige
Speicher verwenden. Im Betrieb wird das vorübergehend in dem Register 213 gespeicherte
jeweils gemessene Binärwort
mit dem in dem nicht-flüchtigen Speicher
gespeicherten Wort verglichen. Wenn das jeweilige laufende, aktuelle
Wort nicht zwischen den beiden Extremwerten BMIN und BMAX liegt,
so liefert der Komparator 22' an
seinem Anschluss 222 eine Anzeige für eine Verletzung der äußeren Umgebungsbedingungen
der integrierten Schaltung.
-
Da
die elektrischen Pfade (die Verzögerungselemente 211)
in Reihe liegen, besteht das Binärwort
aufeinanderfolgend aus Zuständen
,1' und dann Zuständen ,0'. Der Vergleich erfolgt
dann gemäß dem Rang
der Grenze zwischen den ,0'-
und den ,1'-Ziffern
des Binärworts.
-
Selbstverständlich ist
die vorliegende Erfindung verschiedenen Änderungen, Abwandlungen und
Modifizierungen zugänglich,
die sich für
den Fachmann ergeben. Insbesondere die praktische Ausführung der
die Verzögerungselemente
konstituierenden elektrischen Pfade liegt im Bereich des fachmännischen
Könnens,
auf der Grundlage der funktionellen Hinweise und der jeweiligen
in Aussicht genommenen Anwendung. Beispielsweise verwendet man je
nachdem, ob die Umgebungstemperatur der integrierten Schaltung einen
zu detektierenden Parameter bildet oder nicht, metallische Widerstände oder
Widerstände
aus polykristallinem Silizium.
-
Des
weiteren hängt
die Länge
der binären Detektionsworte
von dem zulässigen
Bereich von Änderungen
und von der gewünschten
Empfindlichkeit ab. Als Beispiel einer speziellen Ausführungsform
liegt die Länge
der Binärworte
zwischen 8 und 16 Bits.
-
Schließlich liegt
die praktische Realisierung des Komparators 22 zur Bestimmung
eines Signals als Anzeige einer Umgebung außerhalb vorgesehener Grenzen
und eines für
eine variable Verzögerungsvorrichtung
bestimmten Steuer- bzw. Regelsignals im Bereich des fachmännischen
Könnens,
unter Verwendung herkömmlicher
Mittel auf der Grundlage der hier vorstehend gegebenen funktionellen
Hinweise.