DE69004830T2

DE69004830T2 - Anordnung zum Ermitteln eines Ruhestroms einer integrierten monolithischen digitalen Schaltung, integrierte monolithische digitale Schaltung mit einer derartigen Anordnung und Prüfgerät mit einer derartigen Anordnung.

Info

Publication number: DE69004830T2
Application number: DE69004830T
Authority: DE
Inventors: Keith Nl-5656 Aa Eindhoven Baker; Evert Nl-5656 Aa Eindhoven Seevinck; Sebastiaan Constant Nl-5656 Aa Eindhoven Verhelst
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: NXP BV
Priority date: 1989-01-10
Filing date: 1990-01-04
Publication date: 1994-05-19
Anticipated expiration: 2010-01-05
Also published as: JPH02227670A; EP0386804B1; NL8900050A; DE69004830D1; US5057774A; KR900012103A; EP0386804A2; EP0386804A3; KR0142080B1; JP3088727B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen eines Ruhestroms einer integrierten monolithischen digitalen Schaltung, wobei die Anordnung einen Transistor als Stromsensor zur Messung des Ruhestroms enthält, der mit einer ersten Anschlußklemme zur Kopplung mit einem Versorgungsanschluß der integrierten monolithischen Schaltung und mit einer zweiten Anschlußklemme zur Kopplung mit einer Versorgung versehen ist
Die Erfindung betrifft weiterhin eine integrierte monolithische digitale Schaltung mit einer solchen Anordnung.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Prüfgerät mit einer solchen Anordnung.
Eine solche Anordnung zur Messung eines Ruhestroms einer integrierten monolithischen digitalen Schaltung ist aus dem Beitrag "Built-In-Current Testing- Feasibility Study", W. Maly und P. Nigh, Proceeding ICCAD 1988, S. 340-343, IEEE bekannt. In dieser Veröffentlichung wird das Testen digitaler VLSI-Schaltungen mit Hilfe eines in der integrierten monolithischen Schaltung aufgenommenen Stromsensors beschrieben. Als Stromsensor wird ein Sensor mit einer nichtlinearen Kennlinie beschrieben, insbesondere ein Bipolartransistor als Stromsensor mit einer exponentiellen I-U-Kennlinie. Der Stromsensor liegt zwischen der monolithischen Schaltung und der Versorgung der monolithischen Schaltung und dient dazu, abnormale Ruheströme zu messen, die beispielsweise auf Kurzschlüsse und/oder Gate-Elektroden mit freischwebendem Potential, von beispielsweise MOSFETs in der VLSI-Schaltung, zurückzuführen sind. Es wird dynamisch gemessen, das heißt, daß Eingängen der VLSI- Schaltung Testvektoren zugeführt werden und der Ruhestrom in Ruheperioden zwischen Schaltoperationen gemessen wird. Wenn die VLSI-Schaltung zufriedenstellend arbeitet, kann der Ruhestrom im Vergleich zu unzureichendem Betrieb um Größenordnungen kleiner sein. Eine Ruhestrommessung kann daher eine Anzeige für ausreichenden oder nicht ausreichenden Betrieb der VLSI-Schaltung sein. Die Spannung am Stromsensor wird mit einer Bezugsspannung in Ruhestromperioden verglichen. Wenn die Spannung größer ist als ein vorgegebener Wert, ist die VLSI-Schaltung vermutlich defekt. Wegen der exponentiellen Kennlinie des Transistors ist es möglich, zwischen relativ großem Strom während des Schaltens von Transistoren in der VLSI-Schaltung und den relativ kleinen Ruheströmen zu unterscheiden. In der Anordnung wird ein Bipolarstromsensor in einer MOS-Umgebung verwendet, wodurch Probleme bei der Integration in der gleichen integrierten monolithischen Schaltung entstehen können. Außerdem arbeitet eine gut funktionierende VLSI-Schaltung, in der ein Stromsensor enthalten ist, viel langsamer als eine VLSI-Schaltung ohne Stromsensor.
Der Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs erwähnten Art zu verschaffen, mit der eine schnelle Ruhestrommessung mit hoher Auflösung ausgeführt werden kann.
Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Messung eines Ruhestroms einer integrierten monolithischen Schaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung Spannungsstabilisierungsmittel zur Stabilisierung einer Spannung an der ersten Anschlußklemme und mit den Spannungsstabilisierungsmitteln gekoppelte Signalverarbeitungsmittel für die Signalverarbeitung des Ruhestroms enthält. Infolge der Tatsache, daß auch bei großen Stromschwankungen die Spannung am Stromsensor nahezu gleich bleibt, wird einerseits bei Messung des Ruhestroms eine hohe Auflösung erhalten und andererseits wird der Betrieb der integrierten monolithischen Schaltung von Schaltspitzenströmen nicht nachteilig beeinflußt.
In dem Beitrag von L.K. Horning et al. "Measurement of qiescent power supply current for CMOS IC's in production testing" auf der IEEE 1987 International Test Conference, Washington D.C., 1.-3. September 1987, S. 300-309 der Tagungsaate, wird beschrieben, eine zu prüfende Anordnung (DUT: device under test) über eine Parallelschaltung aus einem Widerstand Rm und einem FET mit einem Tester zu verbinden. Ruhestrommessung wird durch Messung der Spannung Vm am VDD- Anschlußstift der DUT bei gesperrtem FET ausgeführt. Die beim Test gemessene Größe ist der Spannungsabfall am Widerstand Rm. Als Stromsensor für den Ruhestrom wird kein Transistor verwendet. Außerdem enthält diese bekannte Anordnung keine Spannungsstabilisierungsmittel zur Aufrechterhaltung einer nahezu konstanten Spannung am Stromsensor selbst bei großen Stromschwankungen. Die beschriebene Anordnung erreicht nur eine Verringerung des Spannungsabfalls am VDD-Anschluß während der Einschwingstromdauer.
Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsstabilisierungsmittel einen Differenzverstärker umfassen, von dem ein erster Eingang mit der ersten Anschlußklemme, ein zweiter Eingang mit der zweiten Anschlußklemme oder einer Anschlußklemme zum Anschluß an eine Bezugsspannungsquelle gekoppelt ist und ein Ausgang mit einer Gate-Elektrode eines Transistors gekoppelt ist. Wenn der zweite Eingang mit der zweiten Anschlußklemme gekoppelt ist, wird mit einer vorgegebenen Offsetspannung (z.B. 100 mV) des Differenzverstärkers erreicht, daß der Spannungsabfall am Transistor klein ist und wegen der Rückkopplungsschleife wird der Spannungsabfall selbst bei verhältnismäßig großen Stromschwankungen nur relativ wenig variieren. Wenn der zweite Eingang mit einer Anschlußklemme zum Anschluß einer Bezugsspannungsquelle gekoppelt ist, werden für integrierte monolithische Schaltungen, an die als Betriebsspannung eine höhere externe Versorgungsspannung gelegt ist als eine interne Versorgungsspannung ("Spannungsabwärtswandlung"), Funktionen der Strommessung, Spannungsstabilisierung und schrittweises Herabsetzen der externen Versorgungsspannung kombiniert. Wenn die vorgegebene Offsetspannung nahezu 0 V ist, ist die Spannung an der ersten Anschlußklemme und damit die Betriebsspannung der integrierten monolithischen Schaltung nahezu gleich der Spannung der Bezugsspannungsquelle.
Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Differenzverstärkers mit der Gate-Elektrode über eine Modifikationsschaltung zur Modifikation der Arbeitsweise des Stromsensors außerhalb einer Ruhestrommeßperiode oder außerhalb einer Ruhestrommessung der integrierten monolithischen Schaltung gekoppelt ist. Hierdurch kann unter normalen Bedingungen ein Betrieb erreicht werden, der nahezu gleich einem Betrieb ohne Stromsensor ist, falls die Anordnung mit der integrierten monolithischen Schaltung integriert ist.
Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsmittel einen ersten Transistor enthalten, der mit dem Stromsensor in Form eines Transistors eine Stromspiegelkonfiguration bildet, die für die Lieferung eines Stroms über eine Ausgangselektrode des ersten Transistors entworfen ist, wobei der Strom eine Spiegelung des Ruhestroms ist. Hierdurch wird ein gemessener Ruhestrom erhalten, an dem weitere Verarbeitungen durchgeführt werden können, ohne den Betrieb der integrierten monolithischen Schaltung wesentlich nachteilig zu beeinflussen, was beispielsweise bei Kopplung einer ohmschen Last mit der ersten Anschlußklemme, um eine aus dem Ruhestrom abgeleitete Meßspannung zu erhalten, der Fall wäre.
Eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsmittel einen Differenzverstärker enthalten, der über einen ersten Eingang mit der ersten Anschlußklemme, über einen zweiten Eingang mit der Ausgangselektrode des ersten Transistors und über einen Ausgang mit einer Gate-Elektrode eines zweiten Transistors gekoppelt ist, wobei der zweite Transistor über eine erste Ausgangselektrode mit der Ausgangselektrode des ersten Transistors gekoppelt ist, während eine zweite Ausgangselektrode dieses zweiten Transistors zur Lieferung eines weiteren verarbeiteten Ruhestroms dient. Der Differenzverstärker der Spannungsstabilisierungsmittel wird so eingestellt, daß der Spannungsabfall am Stromsensor sehr klein ist. Die Versorgungsspannung der integrierten monolithischen Schaltung ist dann sehr stabil und nahezu gleich der externen Versorgungsspannung. Der Differenzverstärker der Signalverarbeitungsmittel und der zweite Transistor sorgen dafür, daß der erste Transistor, wie der Stromsensor- Transistor, in dem linearen Bereich (Triodenbereich) arbeitet. Hierdurch wird erreicht, daß ein Strom gleich (bei gleichen Abmessungen des Stromsensor-Transistors und des ersten Transistors) oder ein Strom proportional (bei unterschiedlichen geometrischen Abmessungen) zu dem durch den Stromsensor-Transistor fließenden Strom durch den ersten Transistor fließt. Der zweite Transistor liefert einen gemessenen Strom für die weitere Verarbeitung.
Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsmittel weitere Transistoren enthalten, die mit dem Stromsensor eine Stromspiegelkonfiguration bilden, wobei die Transistoren der Signalverarbeitungsmittel verschiedene geometrische Abmessungen haben, um verschiedene verarbeitete Ruheströme zu erhalten. Hierdurch werden verschiedene zu dem Ruhestrom proportionale Ströme für die weitere Verarbeitung erhalten.
Eine erfindungsgemäße integrierte monolithische Schaltung mit mindestens einer Teilschaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte monolithische Schaltung mindestens eine Anordnung oder mindestens einen Teil davon nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Messung des Ruhestroms von Teilschaltungen, von Kombinationen von Teilschaltungen oder aller Teilschaltungen enthält. Wenn die integrierte monolithische Schaltung den Stromsensor, die Spannungsstabilisierungsmittel und die Signalverarbeitungsmittel enthält, kann der gemessene Ruhestrom einem Anschlußstift der integrierten monolithischen Schaltung für die weitere Verarbeitung auf Printplattenniveau oder mit Hilfe eines Prüfgeräts für integrierte monolithische Schaltungen zugeführt werden. Wenn die Vergleichsmittel ebenfalls in der integrierten monolithischen Schaltung integriert sind (alles "on-chip"), kann vor einer nächsten Schaltspitze der digitalisierte Wert des verarbeiteten Ruhestroms beispielsweise einem Flipflop zugeführt werden. Für eine integrierte monolithische Schaltung mit mehreren Teilschaltungen können die digitalisierten Werte der erhaltenen Ruheströme in "on- chip"- oder "off-chip"-Prüfgeräten weiterverarbeitet werden, die beispielsweise Techniken wie "Scan-Test", "Selbsttest" und "Boundary-Scan" verwenden. Bezüglich der letztgenannten Techniken sei auf die entsprechende Literatur verwiesen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1A eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung,
Fig. 1B einen Strom durch eine integrierte monolithische Schaltung als Funktion der Zeit, wenn ein gegebener Testvektor Eingängen der Schaltung zugeführt wird,
Fig. 2 eine Ausführungsform von Signalverarbeitungsmitteln und Vergleichsmitteln in einer erfindungsgemäßen Anordnung,
Fig. 3 eine Ausführung einer Multiplikation eines gemessenen Ruhestroms,
Fig. 4A eine erfindungsgemäße Strommessung, um einen metastabilen Zustand in einer digitalen Schaltung zu messen,
Fig. 4B einen Strom einer solchen Schaltung,
Fig. 4C eine Spannung an einer Ausgangsklemme einer solchen digitalen Schaltung,
Fig. 5 eine erfindungsgemäße Strommessung, um Informationen zur Stabilität von Ausgangssignalen kombinatorischer digitaler Teilschaltungen zu erhalten,
Fig. 6 ein Prüfgerät mit einer erfindungsgemäßen Anordnung,
Fig. 7A eine Ausführungsform der Strommeßschaltung mit einer Ausführungsform der Modifikationsschaltung,
Fig 7B eine weitere Ausführungsform der Modifikationsschaltung,
Fig. 8A und 8B Konfigurationen von ICs, in die eine erfindungsgemäße Strommeßanordnung aufgenommen ist,
Fig. 9 die Kopplung der Strommeßanordnung mit einer Scan-Kette in einem IC und
Fig. 10 die Kopplung der Strommeßschaltung mit einer Selbsttestschaltung in einem IC.
Fig. 1A zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung 1, die mit einer integrierten monolithischen digitalen Schaltung 2 gekoppelt ist, für die ein Ruhestrom IDD gemessen wird. Die Anordnung 1 umfaßt einen Transistor Ts als Stromsensor zur Messung des Ruhestroms. Der Transistor Ts ist mit der integrierten monolithischen Schaltung 2 zwischen einer ersten Versorgungsleitung VDD und einer zweiten Versorgungsleitung VSS in Reihe geschaltet. Erfindungsgemaß wird die Spannung an einer ersten Anschlußklemme kl1 mit Hilfe von Spannungsstabilisierungsmitteln stabilisiert, in dem dargestellten Beispiel mit Hilfe eines rückgekoppelten Differenzverstärkers A1. Der Stromsensor Ts ist über eine zweite Anschlußklemme kl2 mit der Versorgungsleitung VDD gekoppelt. Der Stromsensor Ts und der Differenzverstärker A1 bilden eine erfindungsgemäße Strommeßschaltung CMS. Der Differenzverstärker A1 ist über einen ersten Eingang 11(+) mit der ersten Anschlußklemme kl1, über einen zweiten Eingang 12 (-) mit der Versorgungsleitung VDD oder über eine Bezugsquelle Vref mit der Versorgungsleitung VSS und über einen Ausgang 01 unmittelbar oder über eine Modifikationsschaltung M mit einer Gate- Elektrode gs des Stromsensors Ts verbunden. Die Modifikationsschaltung M kann ein Verstärker oder ein Filter sein und kann zusätzliche Eingänge haben, um den Transistor Ts außerhalb der Messung des Ruhestroms voll auszusteuern. Wenn der Eingang 12 mit der Versorgungsleitung VDD verbunden ist, beträgt bei einem Offset des Differenzverstärkers A1 von beispielsweise 100 mV der Spannungsabfall am Sensor Ts ungefähr 100 mV. Mittels des rückgekoppelten Differenzverstärkers A1 wird die Spannung an der Anschlußklemme kl1 stabilisiert. Wenn der Eingang 12 über die Bezugsspannungsquelle Vref mit der Versorgungsleitung V55 verbunden wird, wird bei einem Offset von nahezu 0 V die Spannung an der Anschlußklemme kl1 auf nahezu Vref stabilisiert. Die Strommeßschaltung CMS kann mit der integrierten monolithischen Schaltung integriert sein, auf einer Printplatte mit der integrierten monolithischen Schaltung angebracht werden, in einem Prüfgerät für integrierte monolithische Schaltungen eingebaut sein oder in einem Schnittstellenmodul für ein solches Prüfgerät vorhanden sein. Im Zusammenhang mit der Geschwindigkeit und mit anderen Testverfahren "on-chip", wie z.B. "Scan-Test", ist es vorteilhaft, die Strommeßschaltung mit der integrierten monolithischen Schaltung zu integrieren. Die Anordnung 1 umfaßt weiterhin Signalverarbeitungsmittel SPC zur Verarbeitung des Ruhestroms IDD Die Signalverarbeitungsmittel SPC umfassen den ersten Transistor T1, der mit dem Transistor Ts eine Stromspiegelkonfiguration bildet. Über eine Ausgangselektrode di wird ein Strom zugeführt, der eine Spiegelung des Ruhestroms IDD ist. Außerdem umfaßt die Anordnung 1 Vergleichsmittel COM zum Vergleich des verarbeiteten Ruhestroms I&sub0; mit einem Bezugsstrom Iref. An einem Ausgang 02 der Vergleichsmittel COM erscheint eine Anzeige, ob der Bezugsstrom von dem Strom I&sub0; überschritten wird. Die Anzeige kann digital sein: eine logische "1" bedeutet dann beispielsweise Überschreiten.
Fig. 1B zeigt einen Strom IDD durch eine integrierte monolithische Schaltung 2 als Funktion der Zeit t bei Lieferung eines gegebenen Testvektors an deren Eingänge In. t1, t2, t3 und t4 geben einige Zeitpunkte an. Zu den Zeitpunkten t1 und t3 findet in der integrierten monolithischen Schaltung 2 Schalten statt. Zwischen t1 und t2 und zwischen t3 und t4 führt das Schalten zu Stromspitzen p1 und p2. Zwischen t2 und t3 und nach t4 befindet sich die integrierte monolithische Schaltung im Ruhezustand. In einer CMOS-Schaltung hat beispielsweise eine Stromspitze eine Stärke von etwa 10 mA und in einer Situation, bei der die CMOS-Schaltung keinen Defekt aufweist, einen Ruhestrom in der Größenordnung pA/nA. Wenn ein Defekt vorliegt, wie beispielsweise ein Kurzschluß, kann der Ruhestrom auf beispielsweise eine Größenordnung von nA/mA ansteigen. Der gemessene Strom in dem Ruhezustand ist I&sub0;. Wenn I&sub0; > Iref, kann dies auf einen Defekt in der CMOS-Schaltung weisen. Der Schwellenwert Iref ist einstellbar.
Es sei bemerkt, daß die Strommeßschaltung noch vereinfacht werden kann, indem der Differenzverstärker A1 weggelassen wird und dann die Gate-Elektrode gs mit der Anschlußklemme kl1 verbunden wird, aber wegen niedriger Schleifenverstärkung wird dann keine ausreichende Stabilisierung der Spannung an der Anschlußklemme kl1 erhalten. Außerdem sei bemerkt, daß mit unterschiedlichen geometrischen Abmessungen der Transistoren Ts und T1 Stromverstärkung erreicht werden kann.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform von Signalverarbeitungsmitteln SPC und Vergleichsmitteln COM in einer erfindungsgemäßen Anordnung. Symbole, die mit Fig. 1A übereinstimmen, sind in gleicher Weise bezeichnet. Die Signalverarbeitungsmittel umfassen weiterhin einen Differenzverstärker A2, der über einen ersten Eingang 13 (+) mit der ersten Anschlußklemme kl1, über einen zweiten Eingang 14 (-) mit der Ausgangselektrode d1 des ersten Transistors T1 und über einen Ausgang 03 mit einer Gate-Elektrode g2 eines zweiten Transistors T2 verbunden ist. Der Transistor T2 ist mittels einer ersten Ausgangselektrode s2 mit der Ausgangselektrode d1 des ersten Transistors T1 verbunden. Eine zweite Ausgangselektode d2 dient der Lieferung eines Stroms 10 an die Vergleichsmittel COM. Die Vergleichsmittel COM umfassen eine Stromspiegelkonfiguration aus den Transistoren T3 und T4 mit einem ersten Eingang T5 zur Lieferung des verarbeiteten Ruhestroms I&sub0; einem zweiten Eingang I6 zur Lieferung eines Bezugstroms Iref und mit einem digitalen Ausgang 04. Wenn der Strom 10 kleiner als Iref ist, nimmt der Ausgang 04 einen ersten Wert ("0") an und wenn I0 > Iref, nimmt der Ausgang 04 einen zweiten Wert ("1") an.
Fig. 3 zeigt eine Multiplikation eines gemessenen Ruhestroms. Die Signalverarbeitungsmittei SPC umfassen n Transistoren T1, ..., T1n und liefern n Ausgangsströme I&sub0;&sub1;, ... I0n. Die Transistoren T1, ...T1n können zunehmende Chipoberflächen haben, wodurch im Wert zunehmende Ströme für weitere Verarbeitung erhalten werden können. Die Ströme I&sub0;, ... I0n können analogen oder digitalen Vergleichsmitteln zugeführt werden. Für I&sub0;&sub1; wird ein analoger Fall gezeigt; I&sub0;&sub1; wird mit einem Widerstand R in eine Spannung U umgewandelt, die einem analogen Spannungsvergleicher (nicht abgebildet) zugeführt wird, wie er beispielsweise in einem Prüfgerät zum Testen einer integrierten monolithischen Schaltung enthalten ist.
Fig. 4A zeigt eine erfindungsgemäße Strommessung zur Messung eines metastabilen Zustandes in einer digitalen Schaltung. Ein metastabiler Zustand, d.h. ein nicht definierter Ausgangswert zwischen "0" und "1" kann beispielsweise infolge von Timing-Fehlern auftreten und kommt beispielsweise in Flipflops vor. Ein Flipflop als integrierte monolithische Schaltung 1 und eine erfindungsgemäße Anordnung 2 werden gezeigt. Das Flipflop 1 hat einen Dateneingang D, einen Takteingang C und einen Ausgang Q. Die Anordnung 2 hat Steuereingänge S und einen Ausgang 0. In einem CMOS-Flipflop kann ein verhältnismäßig hoher Strom (> 1 mA) gemessen werden, der infolge eines metastabilen Zustandes auftritt. Das Ausgangssignal 0 kann verwendet werden, um den Betrieb durch die Flipflops anzusteuernder Schaltungen zu verzögern, bis der metastabile Zustand vorbei ist.
In Fig. 4B wird IDD gezeigt, und in Fig. 4C wird UQ, d.h. die Spannung am Ausgang Q des Flipflops in einem metastabilen Zustand gezeigt. Man sieht, daß während eines metastabilen Zustandes m ein relativ großer Strom IDD auftritt. Die normalen Anfangsbedingungen für die Flipflops werden mit "0" und "1" angegeben.
In Fig. 5 wird eine erfindungsgemäße Strommessung zum Erhalten von Informationen zur Stabilität von Ausgangssignalen kombinatorischer digitaler Teilschaltungen gezeigt. Die Anordnung 1 hat zusätzliche Ein- und Ausgänge in Form von Abstimmungssignalen H. Die integrierte monolithische Schaltung 2 hat Eingänge I1, ..., In und Ausgänge O1, ..., On. Bei diesen Schaltungen ist schwierig zu erkennen, wann ein stabiler Zustand erreicht ist. Mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Anordnung kann ein Hinweis erhalten werden, ob von der Schaltung 2 eine Operation ausgeführt worden ist. Die Ruhestromanordnung 1 wird dann mit einem Abstimmungssystem ("Handshake"-System) integriert, das notwendig ist, um eine solche Schaltung 2 mit gleichartigen Schaltungen zu koppeln. Die Anordnung 1 wird in den betriebsbereiten Zustand gebracht, wenn ein Abstimmungssignal erhalten wird, und wartet, bis ein Spitzenstrom auf einen Ruhestrom abgenommen hat. Die Anordnung 1 liefert dann ein Abstimmungssignal an eine gleichartige Schaltung, um anzuzeigen, daß Daten weitergegeben worden sind. Zwischen Kaskadenschaltungen sind Verzögerungen nicht mehr notwendig, wodurch im Prinzip schnellere Schaltungen erhalten werden können.
Fig. 6 zeigt ein Prüfgerät TD mit einer erfindungsgemaßen Anordnung 1. Die Anordnung 1 kann auch als Schnittstelle für ein Prüfgerät TD konstruiert sein. Ein im Handel erhältliches Gerät zum Testen von VLSI-Schaltungen ist beispielsweise ein "Sentry 50"-Tester von Schlumberger. Die erfindungsgemäße Anordnung kann darin vollständig oder teilweise eingebaut werden.
Fig. 7A zeigt eine Ausführungsform der Strommeßschaltung CMS mit einer Ausführungsform der Modifikationsschaltung M. Der Operationsverstärker A1 (siehe Fig. 1A) wird von den Transistoren T5, T6, T7, T8, T9 und T10 gebildet und die Modifikationsschaltung von dem Transistor TM. Die übrigen Bezugszeichen entsprechen denen von Fig. 1. In der gezeigten Ausführungsform wird die Stabilität auch außerhalb der Ruhestrommessung garantiert, wenn beträchflich größere Ströme fließen, weil bei der gewählten Konfiguration A1 eine niedrige Verstärkung hat.
Fig. 7B zeigt eine weitere Ausführungsform der Modifikationsschaltung M, die mit dem Ausgang O1 des Verstärkers A1 von Fig. 1 und dem Eingang gs des Stromsensors Ts gekoppelt ist. Die Modifikationsschaltung M umfaßt einen mit dem Transistor TM gekoppelten Inverter T11, T12. Ein Taktsignal C1, beispielsweise aus dem Taktgenerator der Schaltung 2, der DUT ("Device under Test"), wird an einen Eingang 13 des Inverters gelegt. Da der Inverter eine feste Verzögerung aufweist, sollte die Phase des Taktsignals so sein, daß die Modifikationsschaltung M schneller schaltet als die DUT.
Fig. 8A und 8B zeigen Konfigurationen von integrierten Schaltungen (ICs), in die eine erfindungsgemäße Strommeßanordnung aufgenommen ist. Der IC hat außer den normalerweise vorhandenen Anschlußstiften einen zusätzlichen Stift Pe in der in Fig. 8A gezeigten Konfiguration. Wenn der IC hohe Ströme ziehende Schaltungen enthält, die außerhalb der IDDQ-Messung bleiben, weil die hohe Ströme ziehenden Schaltungen bereits über einen zusätzlichen Anschlußstift versorgt werden, d.h. dem zusätzlichen Anschlußstift zur IDDQ-Messung, ist die Anschlußklemme kl1 dann erdfrei und wird VDD an kl2 gelegt. Fig. 8B zeigt eine solche Konfiguration.
Fig. 9 zeigt die Kopplung der erfindungsgemäßen Strommeßanordnung mit einer Scan-Kette in einem IC. Eine Scan-Kette, die an sich bekannt ist, wird aus einer Anzahl Flipflops ..., FFn-1, FFn in einem IC während des Testens des ICs gebildet. Die Flipflops in dem IC werden beim Testen mit Hilfe von Multiplexern Mn-1, Mn zu einem Schieberegister zusammengefügt. Zu Beginn einer Scan-Kette werden Daten einem Multiplexer am Eingang SI zugeführt und in das so gebildete Schieberegister im Takt eingegeben. Am Ende der Scan-Kette stehen die Daten wieder an einem Ausgang SO an einem IC-Stift zur Verfügung. Ein erfindungsgemäßer IDDQ- Monitor MON kann an einem zuvor bestimmten Punkt der Scan-Kette mit der Scan-Kette verbunden werden, beispielsweise über einen zusätzlichen Multiplexer. Die Scan-Kette wird von einem Steuersignal Tst eingeschaltet. Da für den Scan-Test bereits ein Anschlußstift notwendig war, ist für die IDDQ-Messung kein weiterer Anschlußstift erforderlich. Der IDDQ-Monitor MON kann auch mit dem Ausgang der Scan-Kette gemultiplext werden. Im Scan-Test-Betrieb, d.h. daß das Signal Tst einen ersten Wert hat, wird das Ausgangssignal der Scan-Kette an einen IC-Stift übergeben, während im Normalbetrieb, d.h. daß das Signal Tst einen zweiten Wert hat, das Ausgangssignal des DDQ-Monitors an den IC-Stift übergeben wird. Pro IC können mehrere IDDQ-Monitore vorhanden sein, die alle mit der Scan-Kette gekoppelt werden können. Zum Prüfen von Printplatten (PCBs) kann eine integrierte Schaltung mit einem erfindungsgemäßen IDDQ-Monitor und einem sogenannten Boundary-Scan- Controller, der an sich bekannt ist, gebildet werden. Der IDDQ-Monitor mißt dann den Strom durch eine Versorgungsleitung, die mit einer Anzahl zu messender ICs gekoppelt ist. Das Ergebnis der Strommessung kann in einem Register in dem Boundary-Scan- Controller gespeichert werden.
Fig. 10 zeigt die Kopplung der erfindungsgemäßen Strommeßanordnung MON mit einer Selbsttestschaltung ST in einer integrierten Schaltung IC. Der Monitor MON mißt den Ruhestrom IDDQ der Logikschaltung LC. Die Selbsttestschaltung ST ist nicht nur mit Ausgängen O1, O2, ..., On der Logikschaltung LC, sondern auch mit dem Ausgang OM des Monitors verbunden. Wenn in dem IC eine Selbsttestschaltung vorhanden ist, ist auf diese Weise kein zusätzlicher Anschlußstift für den IDDQ-Monitor erforderlich. Die Selbsttestschaltung ist beispielsweise ein sogenanntes "lineares Rückkopplungsschieberegister", das auf dem Gebiet des Testens gut bekannt ist. Es sei bemerkt, daß die Anzahl Anwendungen nicht auf die beschriebenen Anwendungen begrenzt ist. Wenn beispielsweise die (oder Teile der) Anordnung (mehrfach) auf einer Printplatte vorhanden sind, kann die Strommessung für das Überprüfen der Verbindungen ("connectivity checking"), d.h. zum Detektieren von unterbrochenen Leiterbahnen oder Kurzschlüssen zwischen Leiterbahnen, verwendet werden. Die erfindungsgemäße Anordnung kann auch in eine "Boundary-Scan"-Kette aufgenommen werden. Außer in MOS-Technologie kann die Anordnung auch in einer anderen Technik, wie beispielsweise der Bipolartechnik, ausgeführt werden. Weiterhin sei bemerkt, daß bei Integration des IDDQ-Monitors in einen IC mit Schaltungen, dessen IDDQ gemessen wird, der IDDQ-Monitor typischerweise etwa 1 % des "aktiven Gebiets" belegt. In einem solchen Fall wird der Monitor in einem ungenutzten Gebiet am Rande des IC angeordnet. Im allgemeinen sind keine zusätzlichen Prozeßschritte erforderlich, um auch den IDDQ-Monitor zu integrieren.

Claims

1. Anordnung (1) zum Messen eines Ruhestroms einer integrierten monolithischen digitalen Schaltung (2), wobei die Anordnung einen Transistor (Ts) als Stromsensor zur Messung des Ruhestroms (IDD) enthält, der mit einer ersten Anschlußklemme (kl1) zur Kopplung mit einem Versorgungsanschluß der integrierten monolithischen Schaltung und mit einer zweiten Anschlußklemme (kl2) zur Kopplung mit einer Versorgung (VDD) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung Spannungsstabilisierungsmittel (A1) zur Stabilisierung einer Spannung an der ersten Anschlußklemme (kl1) und mit den Spannungsstabilisierungsmitteln gekoppelte Signalverarbeitungsmittel (SPC) für die Signalverarbeitung des Ruhestroms enthält.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsstabilisierungsmittel einen Differenzverstärker (A1) umfassen, von dem ein erster Eingang (I1) mit der ersten Anschlußklemme (kl1), ein zweiter Eingang I2) mit der zweiten Anschlußklemme (kl2) oder einer Anschlußklemme zum Anschluß an eine Bezugsspannungsquelle (VDD; Vref) gekoppelt ist und ein Ausgang (O1) mit einer Gate- Elektrode (gs) eines Transistors (Ts) gekoppelt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (O1) des Differenzverstärkers (A1) mit der Gate-Elektrode (gs) über eine Modifikationsschaltung (M) zur Modifikation der Arbeitsweise des Stromsensors (Ts) außerhalb einer Ruhestrommeßperiode oder außerhalb einer Ruhestrommessung der integrierten monolithischen Schaltung (2) gekoppelt ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Modifikationsschaltung (M) für die Modifikation der Arbeitsweise des Stromsensors eingerichtet ist, indem der Transistor (Ts) voll ausgesteuert wird.

5. Anordnung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsmittel (SPC) einen ersten Transistor (T1) enthalten, der mit dem Stromsensor in Form eines Transistors (Ts) eine Stromspiegelkonfiguration bildet, die für die Lieferung eines Stroms über eine Ausgangselektrode (d1) des ersten Transistors (T1) entworfen ist, wobei der Strom eine Spiegelung des Ruhestroms (IDD) ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsmittel (SPC) einen Differenzverstärker (A2) enthalten, der über einen ersten Eingang (13) mit der ersten Anschlußklemme (kl1), über einen zweiten Eingang (14) mit der Ausgangselektrode (d1) des ersten Transistors (T1) und über einen Ausgang (O3) mit einer Gate-Elektrode (g2) eines zweiten Transistors (T2) gekoppelt ist, wobei der zweite Transistor (T2) über eine erste Ausgangselektrode (s2) mit der Ausgangselektrode (d1) des ersten Transistors (T1) gekoppelt ist, während eine zweite Ausgangselektrode (d2) dieses zweiten Transistors (T2) zur Lieferung eines weiteren verarbeiteten Ruhestroms (I&sub0;) dient.

7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsmittel (SPC) weitere Transistoren (T1, ..., T1n) enthalten, die mit dem Stromsensor (Ts) eine Stromspiegelkonfiguration bilden, wobei die Transistoren (T1, ..., T1n) der Signalverarbeitungsmittel verschiedene geometrische Abmessungen haben, um verschiedene verarbeitete Ruheströme (I&sub0;&sub1;, ..., I0n) zu erhalten.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung mit den Signalverarbeitungsmitteln (SPC) gekoppelte Vergleichsmittel (COM) zum Vergleich des verarbeiteten Ruhestroms (10) mit mindestens einem Bezugsstrom (Iref) oder einer Bezugsspannung enthält, wobei die Vergleichsmittel (COM) für das Anzeigen des Überschreitens des Bezugsstroms (Iref) oder der Bezugsspannung entworfen sind.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsmittel (COM) mindestens eine Stromspiegelkonfiguration (T3, T4) enthalten, mit einem ersten Eingang (15) für die Lieferung eines verarbeiteten Ruhestroms (I&sub0;), einem zweiten Eingang (16) für die Lieferung eines Bezugsstroms (Iref) und einem Digitalausgang (O4), der abhängig von den verarbeiteten Ruheströmen (10) in bezug auf die Bezugsströme (Iref) einen ersten bzw. zweiten Wert annimmt.

10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsmittel (COM) von Analogspannungsvergleichsmitteln gebildet werden.

11. Anordnung nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgang der Vergleichsmittel mit einer Scan-Kette (FFn-1, FFn) gekoppelt ist.

12. Anordnung nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Vergleichsmittel mit einer Selbsttestschaltung (ST) gekoppelt ist.

13. Integrierte monolithische digitale Schaltung mit mindestens einer Teilschaltung (LC) und mindestens einer Anordnung mit einem Transistor als Stromsensor und eine an der ersten Anschlußklemme der genannten Teilschaltung (LC) auftretende Spannung stabilisierenden Spannungsstabilisierungsmitteln zur Messung des Ruhestroms der Teilschaltung (LC), von Kombinationen von Teilschaltungen oder aller Teilschaltungen.

14. Integrierte monolithische digitale Schaltung mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und einer Boundary-Scan-Logikschaltung zum Prüfen von integrierten Schaltungen auf Printplatten, wobei die Ruhestrommeßanordnung und die Boundary-Scan-Logikschaltung miteinander gekoppelt sind.

15. Prüfgerät zum Messen eines Ruhestroms einer integrierten monolithischen digitalen Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfgerät damit gekoppelte Signalverarbeitungsmittel hat, um beim Testen eine Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zu bilden.