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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung einer integrierten Schaltung,
wobei die Schaltung eine Vielzahl von Teilschaltungen umfasst und das
Verfahren die Ermittlung eines ersten Versorgungsstroms in einer
Versorgungsleitung einer ersten Teilschaltung der Teilschaltungen
umfasst.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin eine integrierte Schaltung, die eine
Vielzahl von Teilschaltungen umfasst und die eine Strommessanordnung
für die Messung
eines Versorgungsstroms in einer Versorgungsleitung mindestens einer
der Teilschaltungen umfasst.
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Solch
ein Verfahren und Schaltung sind aus der japanischen Patentanmeldung,
veröffentlich
unter JP-A 62-278473, bekannt. Die bekannte Schaltung umfasst eine
Anzahl von Teilschaltungen und eine Stromerfassungsschaltung. Jede
Teilschaltung hat in ihrer Versorgungsleitung einen steuerbaren Schalter,
der die Teilschaltung mit der Stromerfassungsschaltung verbinden
kann, um Strom an die Teilschaltung zu legen. Zu einem bestimmten
Moment werden eine oder mehrere der Teilschaltungen mit der Stromerfassungsschaltung
verbunden und die Stromerfassungsschaltung misst die Ströme zu diesen
angeschlossenen Teilschaltungen. Die nicht angeschlossenen Teilschaltungen
erhalten keinen Strom und sind deshalb nicht betriebsbereit. Die
bekannte Schaltung hat einen Nachteil darin, dass der ansteuerbare
Schalter in der Versorgungsleitung der Teilschaltung das Verhalten
der Teilschaltung auch dann beeinflusst, wenn ein solcher Schalter
geschlossen ist. Abhängig
von der Implementierung erzeugt der Schalter einen Spannungsabfall
in der Versorgungsleitung und beeinflusst nachteilig das dynamische
Verhalten der Teilschaltung. In der Praxis ist es wünschenswert,
zugleich den Strom zu messen, der in eine Teilschaltung fließt, weil
das die genaueste Strommessung ergibt. Die bekannte Schaltung hat dann
den Nachteil, dass nur die eine, an die Stromerfassungsschaltung
angeschlossene Teilschaltung betriebsbereit ist und die anderen
Teilschaltungen nicht betriebsbereit bleiben. In dem Fall, dass
die Teilschaltungen eng gekoppelt sind, wie zum Beispiel in einer
komplexen analogen integrierten Schaltung, kann eine nicht betriebsbereite
Teilschaltung einen nicht vor hersagbaren Einfluss auf den Stromverbrauch
in einer anderen, betriebsbereiten Teilschaltung haben und sogar
eine Teilschaltung beschädigen.
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren wie in der dargelegten
An zu schaffen, welches die Schaltung in geringerem Maß beeinflusst und
welches besser zu verwenden ist als das bekannte Verfahren. Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
durch ein Verfahren gelöst,
das dadurch gekennzeichnet ist, dass über einen Abschnitt der Versorgungsleitung
eine erste Spannung gemessen wird, während alle Teilschaltungen
betriebsbereit sind, und dass die Ermittlung des ersten Versorgungsstroms
auf Basis der ersten Spannung und des Widerstands des Abschnitts
der Versorgungsleitung ausgeführt
wird. Das Verfahren gemäß der Erfindung hat
den Vorteil, dass keine zusätzlichen
Komponenten in die Versorgungsleitung der Teilschaltung eingefügt werden.
Das Verfahren nutzt den Effekt, dass ein Spannungsabfall in der
Versorgungsleitung selbst wegen des inhärent vorhandenen Widerstands
der Versorgungsleitung auftritt. Nach Messung des Spannungsabfalls über einem
gegebenen Abschnitt der Versorgungsleitung kann der Versorgungsstrom basiert
auf dem Widerstandwert der Versorgungsleitung berechnet werden.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung ist, dass eine
Teilschaltung betriebsbereit bleibt, auch in der Situation, wo ihr
Versorgungsstrom nicht ermittelt wird. Das heißt, dass mögliche Wechselwirkungen zwischen
Teilschaltungen alle so bleiben wie im normalen betriebsbereiten
Modus und keine unvorhersagbaren Ströme fließen werden.
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Eine
Ausführungsform
des Verfahrens gemäß der Erfindung
mit der Ermittlung eines zweiten Versorgungsstroms in einer Versorgungsleitung
einer zweiten Teilschaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine
zweite Spannung über
einem Abschnitt der Versorgungsleitung der zweiten Teilschaltung
gemessen wird und dass die erste und zweite Spannung dadurch gemessen
werden, dass eine einzelne Spannungsmessanordnung nacheinander an
die Abschnitte der ersten Versorgungsleitung bzw. der zweiten Versorgungsleitung
angeschlossen wird. Eine einzelne Spannungsmessanordnung reicht
nun aus, um die Spannungen über
die verschiedenen Abschnitte der Versorgungsleitungen der Teilschaltungen
zu messen, anstatt einer Spannungsmessanordnung für jeden
individuellen Abschnitt.
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Eine
Ausführungsform
des Verfahrens gemäß der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Spannungen
mit einem differentiellen Transistorpaar gemessen wird. Die Topologie von
Schaltungen in der Praxis und der Prozess zu ihrer Herstellung sind
derart, dass ein differentielles Transistorpaar für einen
Bereich zu messen der Spannungswerte eingesetzt werden kann. Das
differentielle Transistorpaar ist ein sehr einfaches Bauelement
aus nur zwei Transistoren und erfordert so sehr wenige zusätzliche
Komponenten zu der Schaltung. Außerdem ist der Eingangswiderstand
des differentiellen Paars verglichen mit der von der Versorgungsleitung
gespeisten Teilschaltung sehr hoch und es gibt keinen feststellbaren
Einfluss auf die Versorgungsleitung durch das differentielle Paar.
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Eine
Ausführungsform
des Verfahrens gemäß der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Spannungen
in folgenden Schritten gemessen wird:
- – Verbindung
eines ersten Eingangs des differentiellen Transistorpaares mit einer
ersten Seite des speziellen Abschnitts, Verbindung eines zweiten Eingangs
des differentiellen Transistorpaares mit einer zweiten Seite des
speziellen Abschnitts und Durchführung
einer ersten Messung,
- – Verbindung
des ersten Eingangs des differentiellen Transistorpaares mit der
zweiten Seite des speziellen Abschnitts, Verbindung des zweiten Eingangs
des differentiellen Transistorpaares mit der ersten Seite des speziellen
Abschnitts und Durchführung
einer zweiten Messung,
- – Kombination
der ersten Messung und der zweiten Messung zu einem Ergebnis zur
Verwendung als die gemessene Spannung über dem speziellen Abschnitt.
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In
dieser Ausführungsform
ist die Genauigkeit einer DC-Messung durch Ausführung von Messungen mit miteinander
vertauschten Verbindungen zu dem speziellen Abschnitt und der dabei
erfolgten Eliminierung der Abweichung des differentiellen Transistorpaares
erhöht.
Diese Abweichung ist in beiden Messungen vorhanden und kann durch
Kombination der zwei Messungen eliminiert werden.
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Eine
Ausführungsform
des Verfahrens gemäß der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Versorgungsstrom mit einem
für den
speziellen Versorgungsstrom ermittelten Bereich verglichen wird,
und dass die Schaltung zurückgewiesen
wird, wenn der Versorgungsstrom aus diesem Bereich herausfällt. Durch
Vergleich des gemessenen Versorgungsstroms mit einem zu erwartenden
Standardwert können
Fehler in der Schaltung festgestellt und, wenn vorhanden, kann die
Schaltung zurückgewiesen
werden. Fehler in einer Schaltung können zu einer Abweichung des
Versorgungsstroms von dem Versorgungsstrom einer vollständig korrekten
Schaltung führen.
Durch genaues Messen des Versorgungsstroms kann die Existenz eines
solches Fehlers in der Schaltung ermittelt werden. Die Genauigkeit
eines solchen Tests kann durch Aufteilung der Schaltung in eine
Anzahl von Teilschaltungen, wobei jede weniger Komponenten als die
Originalschaltung hat, erhöht
werden. Dann kann die Abweichung durch den Fehler im Vergleich zur
Situation einer großen
Schaltung mit vielen Komponenten besser erkannt werden. Dieses Verfahren
gemäß der Erfindung
kann zum Testen der Korrektheit von integrierten Schaltungen in
verschiedenen Stadien des Produktionsprozesses, z. B. als Test auf
einer Scheibe mit integrierten Schaltungen, aber auch für verschiedene
Tests am fertigen Produkt, z. B. Zuverlässigkeitstests während des
operationellen Lebens einer integrierten Schaltung benutzt werden.
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Eine
Ausführungsform
des Verfahrens gemäß der Erfindung,
welche die Ermittlung von mindestens zwei Versorgungsströmen für entsprechende
Teilschaltungen umfasst, ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromverhältnis zwischen
einem ersten und einem zweiten der zwei Versorgungsströme bestimmt
wird und dass die integrierte Schaltung zurückgewiesen wird, wenn das Stromverhältnis aus einem
für das
spezielle Stromverhältnis
ermittelten Bereich herausfällt.
Der Produktionsprozess der integrierten Schaltung beeinflusst beide
Versorgungsströme
in gleicher Weise, z. B. ein bestimmter Anstieg des Stroms. Durch
Vergleich des Verhältnisses zwischen
den beiden Strömen
derselben Schaltung mit einem Standardwert statt eines Vergleichs
des Absolutwerts des Stroms mit einem Standardwert wird der Einfluss
des Produktionsprozesses auf den Test der Schaltung reduziert.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Prüfung einer
integrierten Schaltung zu schaffen, wobei das Verfahren die Ermittlung eines
Stroms in einer Signalleitung in der Schaltung umfasst, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Spannung über einen Abschnitt der Signalleitung
gemessen wird und dass die Ermittlung des Stroms auf der Basis der
Spannung und des Widerstands des Abschnitts der Signalleitung durchgeführt wird.
Das oben beschriebene Verfahren gemäß der Erfindung zur Ermittlung
des Versorgungsstroms in einer oder mehrerer Versorgungsleitungen
nutzt die Tatsache, dass eine Versorgungsleitung inhärent einen
parasitären
Widerstand hat. Nun hat auch eine Signalleitung in der Schaltung
einen inhärent
vorhandenen parasitären
Widerstand. Deshalb kann ein Strom in einer solchen Signalleitung
in ähnlicher
Weise bestimmt werden wie der Strom in der Versorgungsleitung. In
dem Verfahren gemäß der Erfindung
wird der Signal strom auf nicht-invasive Art bestimmt, ohne das Hinzufügen von
Komponenten oder Ähnlichem, was
das Verhalten der Schaltung beeinflussen könnte, in die Signalleitung.
Die Spannung über
dem Abschnitt der Signalleitung kann gemessen werden, ohne merkbaren
Einfluss auf die Schaltung zu verursachen. Diese Vorteile sind besonders
wichtig für
Signalleitungen, die empfindlich für externe Störungen sind.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine integrierte Schaltung
der dargelegten Art zu schaffen, in welcher ein Versorgungsstrom
in einer Teilschaltung in einer, mit der bekannten integrierten Schaltung
verglichen, verbesserten Weise gemessen werden kann. Diese Aufgabe
wurde gemäß der Erfindung
in einer integrierten Schaltung erreicht, die dadurch gekennzeichnet
ist, dass die Strommessanordnung eine Spannungsmessanordnung zur
Messung der Spannung über
einem Abschnitt der Versorgungsleitung umfasst. In dieser Schaltung
kann der Versorgungsstrom in einer Versorgungsleitung ohne jegliche
zusätzlichen
Komponenten in der Versorgungsleitung gemessen werden. Solche zusätzlichen Komponenten
könnten
das operationelle Verhalten der Teilschaltung beeinflussen. Die
Messung des Spannungsabfalls über
einem Abschnitt der Versorgungsleitung und der Widerstand dieses
Abschnitts machen es möglich,
den Strom durch die Versorgungsleitung zu ermitteln. Außerdem hat
die integrierte Schaltung gemäß der Erfindung
den Vorteil, dass eine Teilschaltung auch während des Zeitraums, wo keine
Messungen des Strom für
die spezielle Teilschaltung gemacht wird, betriebsbereit bleibt.
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Eine
Ausführungsform
der integrierten Schaltung gemäß der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Strommessanordnung Verbindungsmittel
umfasst, um die Spannungsmessanordnung nacheinander an den Abschnitt
der Versorgungsleitung und einen Abschnitt der Versorgungsleitung
einer der weiteren Teilschaltungen anzuschließen. Der Vorteil einer solchen
Schaltung ist, dass eine einzelne Spannungsmessanordnung ausreicht,
um Messungen über
mehrere Abschnitte von Versorgungsleitungen mehrerer Teilschaltungen
zu machen. Das reduziert die Anzahl zusätzlicher, für die Messungen notwendiger
Komponenten.
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Eine
Ausführungsform
der integrierten Schaltung gemäß der Erfindung,
die eine Auswerte- und/oder diagnostische Teilschaltung umfasst,
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und/oder diagnostische
Teilschaltung ausgebildet ist, um das Ergebnis der Strommessanordnung
zu verarbeiten und ein Ergebnis der Verarbeitung aus der Schaltung herauszuführen. Durch
das Verarbeiten des Ergebnisses der Strommessanordnung in der Auswerte- und/oder
diagnostischen Teilschaltung der integrierten Schaltung kann eine
Beurteilung des Funktionierens der Schaltung ohne die Notwendigkeit
externer Apparatur intern durchgeführt werden. Eine derartige Beurteilung
kann mit einem funktionellen Test zur Verifikation, ob die Schaltung
innerhalb spezifizierter Grenzen funktioniert, zusammenhängen. Außerdem kann
bei regelmäßiger Durchführung einer
solchen Beurteilung der Güteverlust
der Schaltung über
die Zeit bestimmt werden und die erwartete Lebensdauer der Schaltung
abgeschätzt
werden. Besonders in sicherheitskritischen Anwendungen ist eine
solche Beurteilung wertvoll, um den Moment für einen Austausch der Schaltung
zu bestimmen. Das Ergebnis der Auswerte- und/oder diagnostischer
Teilschaltung kann auf verschiedene Weisen ausgegeben werden, abhängig von
der gemachten Beurteilung. Beispiele sind eine Ausgabe in Form einer
einfachen „Pass/Fail"-Indikation an einem
Anschluss der Schaltung, und eine Ausgabe in Form einer Signatur
von einem oder mehreren Wörtern
aus mehreren Bits, die eine weitere Qualifikation der Ergebnisse
umfassen. Solche Wörter
können
seriell über
einen Anschluss der Schaltung ausgegeben werden.
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Eine
Ausführungsform
der Schaltung gemäß der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsmessanordnung ein
differentielles Transistorpaar umfasst. Das differentielle Transistorpaar hat
einen hohen Eingangswiderstand und deshalb verglichen mit der von
der Versorgungsleitung gespeisten Teilschaltung einen vernachlässigbaren
Einfluss auf die Versorgungsleitung. Da das differentielle Transistorpaar
nur zwei Transistoren erfordert, werden nur wenige zusätzliche
Komponenten benötigt, um
die Spannungsmessanordnung zu realisieren.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine integrierte Schaltung
zu schaffen, die eine Strommessanordnung zum Messen des Stroms in
einer Signalleitung in der Schaltung umfasst, die dadurch gekennzeichnet
ist, dass die Strommessanordnung eine Spannungsmessanordnung zum
Messen einer Spannung über
einem Abschnitt der Signalleitung umfasst. Das Ausnutzen der Tatsache,
dass die Signalleitung einen inhärent
vorhandenen Widerstand hat, der einen Spannungsabfall über einem
Abschnitt der Signalleitung erzeugt, ist ein vorteilhaftes Verfahren
zur Ermittlung des Stroms in einer solchen Signalleitung. Das Verfahren
gemäß der Erfindung
ist nicht-invasiv und hat einen vernachlässigbaren Einfluss auf das
Verhalten der Schaltung.
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Die
Erfindung und die damit zusammenhängenden Vorteile werden mit
Hilfe beispielhafter Ausführungsformen
und den dazugehörigen
schematischen Zeichnungen weiter erklärt. Dabei zeigen:
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1 schematisch
eine Anwendung der Erfindung,
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2 schematisch
eine Strommessanordnung gemäß der Erfindung,
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3 schematisch
eine alternative Strommessanordnung gemäß der Erfindung,
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4 eine
Implementierung der alternativen Strommessanordnung gemäß der Erfindung,
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5 das
Impulsdiagramm der Signale, welche die Strommessanordnung gemäß der Erfindung steuern,
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6 einige
Elemente einer integrierten Schaltung gemäß der Erfindung, und
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7 schematisch
eine Anwendung der Erfindung für
Signalströme.
Entsprechende Merkmale in den verschiedenen Zeichnungen sind mit
den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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1 zeigt
schematisch eine Anwendung gemäß der Erfindung.
In dieser Anwendung soll der Versorgungsstrom einer integrierten
Schaltung gemessen werden, um die Qualität der Schaltung zu verifizieren.
Ein Versorgungsstrom, der bis zu einem gewissen Grad von dem erwarteten
Wert abweicht, deutet auf einen Fehler in der Schaltung hin und
eine solche Schaltung wird dann zurückgewiesen. Wenn zu diesem
Zweck der Versorgungsstrom der gesamten Schaltung gemessen würde, dann
könnte
die Existenz eines Fehlers nicht entdeckt werden. Die durch den
Fehler verursachte Variation des Versorgungsstromsist dann, verglichen
mit dem Gesamtversorgungsstrom, sehr klein. Wenn die Schaltung eine
Anzahl kleinerer Teilschaltungen umfasst und der Versorgungsstrom
zu solchen Teilschaltungen gemessen wird, ist die relative Variation
im Versorgungsstrom der Teilschaltungen auf Grund eines Fehlers
größer und
kann zuverlässiger
festgestellt werden. Die Aufteilung einer Schaltung in Teilschaltungen
könnte
bereits in Hinsicht auf das Design der Schaltung getan worden sein,
z. B. ist die geforderte Funktion einer Schaltung in eine Anzahl
von Teilfunktionen aufgeteilt, die nachfolgend als Teilschaltungen designt
werden. Aber die Schaltung kann auch in Hinblick auf den Test, der
die Messung des Stroms in den Teilschaltungen umfasst, geteilt oder
weiter geteilt sein. Eine Schaltung, in der die Erfin dung erfolgeich
angewendet wurde, wurde in 24 Teilschaltungen aufgeteilt. Jede einzelne
Teilschaltung hatte einen durchschnittlichen Versorgungsstrom von
4,6 mA. Eine integrierte Schaltung 102 umfasst eine Anzahl
von Teilschaltungen, symbolisiert durch die Blöcke 104, 106 und 108.
Die Blöcke
erhalten ihren Versorgungsstrom über
die Versorgungsleitungen 112, 114 beziehungsweise 116 von
einem Kontaktfleck 110. Der Versorgungsstrom zu einer Teilschaltung wird
durch Messung des Spannungsabfalls über einen Abschnitt der speziellen
Versorgungsleitung ermittelt. Die Versorgungsleitung hat einen bestimmten internen
Widerstand und ein Strom, der durch die Versorgungsleitung fließt, wird
einen Spannungsabfall erzeugen. Die Versorgungsleitung 112 hat
Messpunkte M1 und M2 und zwischen diesen beiden Punkten wird eine
Spannung gemessen. Der Strom durch die Versorgungsleitung 112 kann
basierend auf dieser Spannung und dem Widerstand des Abschnitts
zwischen M1 und M2 berechnet werden. Genauso hat die Versorgungsleitung 114 Messpunkte M3
und M4 und Versorgungsleitung 116 hat Messpunkte M5 und
M6.
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Die
Ermittlung der Versorgungsströme
entsprechend diesem Verfahren hat den Vorteil, dass alle Teilschaltungen
in ihrem normalen Betriebszustand bleiben können. Wenn zum Beispiel der
Versorgungsstrom zu Teilschaltung 104 durch Messung der
Spannung zwischen M1 und M2 bestimmt wird, erhalten die Teilschaltungen 106 und 108 ihren
Versorgungsstrom auf normale Weise und bleiben betriebsbereit. Das
ist besonders vorteilhaft für
eine integrierte Schaltung mit Teilschaltungen, die eng gekoppelt
sind. Wenn in einer solchen Schaltung die Messung des Versorgungsstroms
von zum Beispiel Teilschaltung 104 erfordern würde, die
Teilschaltungen 106 und 108 abzuschalten, dann
würde die
Messung stark durch unvorhersagbare Ströme beeinflusst werden. Diese
unvorhersagbaren Ströme
treten auf, weil die Teilschaltungen 106 und 108 abgeschaltet
werden und Teilschaltung 104 eng an sie gekoppelt ist.
Außerdem
könnten
in einer solchen Schaltung sogar Beschädigung auftreten, wenn willkürlich Teilschaltungen
betriebsbereit geschaltet werden, während andere außer Betrieb
geschaltet werden. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahren der Strommessung
ist, dass weder die Teilschaltungen noch ihre Versorgungsleitungen
modifiziert werden müssen,
um die Messung zu ermöglichen.
Das ist so, weil das Verfahren das Vorhandensein des Widerstands der
Versorgungsleitung und den damit zusammenhängenden Spannungsabfall über einem
Abschnitt der Versorgungsleitung ohne jegliche zusätzlichen Komponenten
oder Schalter in der Versorgungsleitung nutzt. Um die Messgenauigkeit
zu optimieren, können
kleine Modifikationen an der Schaltung angewendet werden, z. B. die
Einführen
von einer Verzweigung in einer Versorgungsleitung oder eine neue Leitungsführung von
einem Teil der Versorgungsleitung. Außerdem kann die Spannung mit
einer Anordnung, die keinen feststellbaren Einfluss auf die Versorgungsleitung
hat, gemessen werden. Das wurde mit einer Spannungsmessanordnung
mit einer, verglichen mit der von der Versorgungsleitung gespeisten
Teilschaltung, sehr hohen Impedanz realisiert.
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Für das Empfangen
von Leistung ist eine Schaltung, und auch eine Teilschaltung, mit
einer Seite an eine Stromversorgung und mit der anderen Seite an
Masse angeschlossen. Die Leitung, welche die Schaltung mit der Stromversorgungsleitung
verbindet, wird dann Versorgungsleitung genannt und kann als „wahre" Versorgungsleitung
betrachtet werden, und die Leitung, welche die Schaltung mit Masse
verbindet, wird die Masseleitung genannt. Die Erfindung kann dazu
verwendet werden, den Strom in der „wahren" Versorgungsleitung zu ermitteln, wie auch
dazu, den Strom in der Masseleitung zu ermitteln. So soll im Zusammenhang
mit dieser Erfindung „Versorgungsleitung" so verstanden werden,
dass sie sowohl eine wahre Versorgungsleitung wie auch die Masseleitung
beinhaltet.
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Der überall in
diesem Dokument benutzte Begriff „integrierte Schaltung" soll so verstanden
werden, dass er nicht nur „traditionelle" ICs mit einer elektronischen
Schaltung auf einem Halbleitersubstrat, sondern auch Anordnungen
mit Zusammensetzungen dieser Substrate, so wie Multichipmodule und
Anordnungen, die auf anderen Technologien wie „Silicon On Isolator" beruhen, umfasst.
Absolut erforderlich für
den Typ Schaltung, auf den die Erfindung angewendet werden kann,
ist, dass die Leitungen, die einen Strom transportieren, einen inhärenten parasitären Widerstand
haben, der einen Spannungsabfall, der für die Messung des Stroms benutzt
werden kann, erzeugt. Außerdem
kann die Erfindung auf eine elektronische Schaltung unabhängig vom
spezifischen Typ der elektronischen Schaltung angewendet werden.
Sie kann für
analoge Schaltungen genauso wie für digitale Schaltungen und
Mixed-Signal-Schaltungen verwendet werden.
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2 zeigt
schematisch eine Strommessanordnung gemäß der Erfindung. Die Strommessanordnung 202 kann
den Strom in der Versorgungsleitung der in 1 gezeigten
Teilschaltung messen. Das ist explizit für die Versorgungsleitung 112 mit
den Messpunkten M1 und M2 und für
die Versorgungsleitung 114 mit den Messpunkten M3 und M4
gezeigt. Die Spannungen über
den Messpunktpaaren werden mit der Spannungsmessanordnung 204 bzw. 206 gemessen.
Die Spannungsmessanordnung ist in 2 als ein
differentielles Transistorpaar dargestellt. Dies ist eine spezielle
Realisierung ein differentielles Transistorpaar dargestellt. Dies
ist eine spezielle Realisierung der Spannungsmessanordnung und viele
andere Realisierungen sind möglich.
Der Ausgang der Spannungsmessanordnung wird über die Leitungen 208 und 210 zur
weiteren Verarbeitung übertragen. Das
kann intern in der Schaltung geschehen, aber der Ausgang kann auch
zur externen Behandlung, z. B. durch irgendeine Testapparatur, an
Testkontaktflecke übertragen
werden. Ein Schieberegister 212 steuert die Aktivierung
der Spannungsmessanordnung, indem logische Signale entsprechende
Schalter aktivieren. Das Signal Q1 selektiert die spezielle Spannungsmessanordnung 204 durch
Aktivierung von Schalter 214. Das Schieberegister 212 ist
ausgebildet, um das Signal IN unter Kontrolle des Taktsignals CLK,
das die nachfolgenden Signal Qi veranlasst, H (High) zu werden,
durch das Register zu schieben. Das verursacht die Aktivierung der
nachfolgenden Schalter 214–215 und, dadurch,
der nachfolgenden Spannungsmessanordnungen 204–206. Nun
ist in der Ausführungsform
mit differentiellen Transistorpaaren als Spannungsmessanordnung
ein Kippschalter 216 vorhanden, der die Spannungsmessanordnung
veranlasst, zwei Messungen vorzunehmen, wobei die Verbindung zu
den Messpunkten M1 und M2 zwischen den Messungen umgepolt wird. Kippschalter 216 wird
durch ein Signal, das durch ein UND-Gatter 218 aus den
Signalen CLK und Q1 erzeugt wird, gesteuert. Transistoren eines
differentiellen Paares haben einen kleinen gegenseitigen Unterschied,
der eine Abweichung in einer Spannungsmessung erzeugt. Um nun die
DC-Messung mit so einem differentiellen Paar zu verbessern, werden,
wie oben beschrieben, zwei Messungen mit umgepolten Verbindungen
zu den Messpunkten gemacht. Die Abweichung ist in beiden Messungen
vorhanden und durch Kombinieren beider Messungen zu einem Ergebnis
wird die Abweichung eliminiert. Das Kombinieren kann durch Berechnung
des Durchschnittswertes aus den absoluten Werten der zwei Messungen
realisiert werden. Der Kippschalter wird als optionales Element
zur Verbesserung der Genauigkeit der DC-Messung mit einem differentiellen
Transistorpaar verwendet. Wenn eine verbesserte Genauigkeit nicht
nötig ist
oder wenn AC-Messungen gemacht werden, kann auf den Kippschalter
verzichtet werden. Auch wenn die Spannungsmessanordnung in anderer
Weise als durch ein differentielles Transistorpaar realisiert wird,
kann der Kippschalter nicht erforderlich sein.
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3 zeigt
schematisch eine alternative Strommessanordnung gemäß der Erfindung.
Die Strommessanordnung 302 hat eine einzelne Spannungsmessanordnung 304,
die unter der Kontrolle des Schieberegisters 212 mit den
Messpunkten M1 und M2 oder M3 und M4 verbunden werden kann. Das
Signal IN passiert das Schieberegister und verursacht, dass die
nachfolgenden Signal Qi H werden und dabei die nachfolgenden Schalter 306–308 aktivieren.
Die Schalter verbinden die Spannungsmessanordnung 304 mit
den entsprechenden Messpunkten. Außerdem gibt es einen optionalen
Kippschalter 310, der die Spannungsmessanordnung veranlasst, zwei
Messungen an jedem der Messpunktepaare mit umgepolten Anschlüssen auszuführen. Der
Kippschalter ist nun unter der Kontrolle des Taktsignals CLK. Der
Vorteil dieser Strommessanordnung ist, dass nur eine Spannungsmessanordnung
notwendig ist, um Messungen an einer möglicherweise großen Zahl
von Punkten durchzuführen.
Dann sind weniger Komponenten in der Strommessanordnung notwendig.
In einer Schaltung, in der die Erfindung angewendet wurde, wurde
die Spannung an 24 Paaren von Messpunkten gemessen.
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4 zeigt
eine Implementierung der alternativen Strommessanordnung gemäß der Erfindung. Element 402 generiert
Taktimpulse phi 1 und phi2 aus dem Taktsignal CLK wie in 5 gezeigt.
In 4 sind die Leitungen, die diese Impulse verteilen, aus
Gründen
der Klarheit nicht gezeigt und die entsprechenden Verbindungen sind
durch die Namen der Impulse symbolisiert. Der Schalter 306 ist
durch die Transistoren 404 und 406 und der Schalter 308 durch
die Transistoren 408 und 410 implementiert. Das
Schieberegister umfasst verschiedene Sektionen, wie Sektion 412,
wobei jede ein spezielles Schaltsignal Qi generiert. Eine solche
Sektion enthält eine
serielle Verbindung von einem Transistor 414 unter der
Kontrolle des Taktimpulses phi1, einem Puffer 416, einem
Transistor 418 unter der Kontrolle von phi2 und einem Puffer 420.
Das Signal IN wird in zwei Zyklen des Taktsignal CLK durch eine
Sektion des Schieberegisters geschoben, wie aus dem Impulsdiagramm
in 5 gesehen werden kann. Die Signale Q (Q1–Qi) empfangen
nacheinander den Signalimpuls IN und aktivieren die speziellen Transistoren (404 und 406 bis 408 und 410),
welche die Spannungsmessanordnung 304 mit den speziellen
Messpunkten (M1 und M2 bis M2 und M4) verbinden. Der optionale Kippschalter 310 ist
durch 4 Transistoren implementiert, welche die Spannungsmessanordnung
unter der Kontrolle von phil und phi2 auf zwei verschiedene, entgegengesetzte
Weisen mit den Messpunkten verbinden.
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5 zeigt
das Impulsdiagramm der Signale, welche die Strommessanordnung gemäß der Erfindung
steuern. Diese Figur zeigt das zeitabhängige Verhalten der in der
in 4 gezeigten Strommessanordnung benutzten Signale.
Das Signal IN wird durch das Schieberegister geschoben und macht
die nachfolgenden Signale Qi H. Wenn das Sig nal Q1 H ist, wird der
Schalter 306 aktiviert und die Spannungsmessanordnung 304 wird
mit den Messpunkten M1 und M2 verbunden. Wenn Signal Qi H ist, wird Schalter 308 aktiviert
und die Spannungsmessanordnung 304 wird mit den Messpunkten
M3 und M4 verbunden.
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6 zeigt
einige Elemente einer integrierten Schaltung gemäß der Erfindung. Die integrierte Schaltung 602 umfasst
eine Teilschaltung 604 mit einer Versorgungsleitung 606,
die mit dem Kontaktfleck 608 verbunden ist. Der Versorgungsstrom
in der Versorgungsleitung 606 kann mit einer Strommessanordnung 610 gemäß der Erfindung
ermittelt werden. Die integrierte Schaltung umfasst weiterhin eine
Auswerte- und/oder diagnostische Teilschaltung 612, welche
die Strommessanordnung 610 steuert und Daten von dieser
empfangen kann. Die Auswerte- und/oder diagnostische Teilschaltung
und die Strommessanordnung können
so ausgebildet werden, den Strom in Versorgungsleitungen von vielen
anderen Teilschaltungen der integrierten Schaltung zu messen. Mit
einer solchen Auswerte- und/oder diagnostische Teilschaltung können verschiedene
Tests implementiert werden. Es ist möglich, einen sogenannten eingebauten
Selbsttest (BIST) zu implementieren, der durch ein Signal von außen, das über den
Kontaktfleck 614 an die Auswerte- und/oder diagnostische Teilschaltung
transferiert wird, gestartet wird. Das Ergebnis des Selbsttests
kann über
denselben Kontaktfleck 614 ausgegeben werden. Außerdem ist es
möglich,
einen Test zu implementieren, der die Zuverlässigkeit der Schaltung verifiziert.
Regelmäßige Messungen
können
das Ausmaß des
Güteverlustes der
integrierten Schaltung zeigen und können für sicherheitsrelevante Anwendungen
die Notwendigkeit, die Schaltung zu einem bestimmten Moment auszutauschen,
erkennen lassen. Ein Beispiel solchen Güteverlusts ist die sogenannte
Elektromigration, welche einen Effekt auf die Versorgungsleitung
hat und ein Anwachsen des Widerstands der Versorgungsleitung bewirkt.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
kann benutzt werden, die Korrektheit der integrierten Schaltung
zu testen. Ein Versorgungsstrom zu einer Teilschaltung, der vom
erwarteten Wert abweicht, deutet auf einen Fehler in der Teilschaltung
hin. Nach dem Nachweisen eines solchen Fehlers in einem Test wird
die integrierte Schaltung zurückgewiesen. Das
Verfahren kann im Test des IDDQ-Stroms verwendet werden, wo eine
bestimmte Klasse von Fehlern einen Anstieg in einem solchen Strom,
der mit dem Verfahren gemäß der Erfindung
gemessen werden kann, ergibt. Der aktuelle Versorgungsstrom einer
Teilschaltung wird von bestimmten Parametern der Teilschaltung bestimmt,
die von dem Produktionsprozess der integrierten Schaltung abhängen, z. B.
der Widerstand der verschiedenen Leitungsbahnen in der Teilschaltung.
Das heißt,
dass der Versorgungsstrom einer speziellen Teilschaltung einer bestimmten
integrierten Schaltung unterschiedlich zu dem Versorgungsstrom einer
entsprechenden Teilschaltung einer gleichen integrierten Schaltung
sein kann, die in einem unterschiedlichen Los produziert wurde,
während
beide Teilschaltungen korrekt sind. Das kann sogar für integrierte
Schaltungen auf derselben Scheibe wahr sein. Wenn man also den Versorgungsstrom
einer Teilschaltung mit einem standardisierten, zu erwartendem Wert
vergleicht, muss man eine Streuung in dem gemessenen Strom erlauben,
ehe man die integrierte Schaltung zurückweist, um das Zurückweisen
einer korrekten Schaltung zu vermeiden. Eine Alternative, den absoluten
Wertes des Versorgungsstroms einer Teilschaltung mit einem Standardwert
zu vergleichen, ist es, das Verhältnis
der Versorgungsströme
von zwei Teilschaltungen derselben integrierten Schaltung mit einem
Standardwert zu vergleichen. Wenn eine der Teilschaltungen einen
Fehler hat, der eine Änderung
im Versorgungsstrom verursacht, wird das gemessene Verhältnis von
dem erwarteten Verhältnis
abweichen und deshalb kann die integrierte Schaltung zurückgewiesen
werden. Der Vorteil ist, dass das Verhältnis zweier Versorgungsströme weniger
abhängig
von dem Produktionsprozess der integrierten Schaltung ist als ein
individueller Versorgungsstrom. Beide Versorgungsströme werden
von dem Prozess in gleicher Weise beeinflusst, was eine vergleichbare
Veränderung
in beiden Strömen
verursacht. Bei der Division eines Stroms durch den anderen hebt
eine Änderung die
andere Änderung
in hohem Maße
auf und die Nettoänderung
des Verhältnisses
ist gering.
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Eine
weitere Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist ein Test
auf das Vorhandensein und die korrekte Verbindung der Bonddrähte in einer integrierten
Schaltung. Ein solcher Test wird an der integrierten Schaltung durchgeführt, nachdem
sie in ein Gehäuse
montiert wurde. Die Anwendung des Verfahrens ist besonders vorteilhaft,
wenn die Schaltung mehrere Versorgungskontaktflecken hat, die mit Bonddrähten mit
einem einzigen Versorgungsanschluss des Gehäuses verbunden werden sollen. Entsprechend
dem Verfahren kann der Strom in jeder, mit einem entsprechenden
Versorgungskontaktflecken verbundenen, Leitungen ermittelt werden. Ein
Fehler in der Verbindung eines speziellen Bonddrahtes wird festgestellt,
da ermittelt wird, dass in der entsprechenden Versorgungsleitung
kein Strom vorhanden ist.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
kann verwendet werden, um einen Gleichstrom (DC), der durch eine
Leitung der integrierten Schaltung fließt, zu messen. Das Verfahren
kann durch wiederholten Messen der Spannung über dem Abschnitt der speziellen
Leitung auch verwendet werden, einen Wechselstrom (AC) durch eine
Leitung zu messen. Auf diese Weise kann auch das Einschwingverhalten
im Versorgungsstrom gemessen werden.
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7 zeigt
schematisch eine Anwendung der Erfindung für Signalströme. Die integrierte Schaltung 702 umfasst
die Teilschaltungen 704, 706 und 708.
Die integrierte Schaltung empfängt
ein Eingangssignal an Kontaktfleck 710 und gibt das Signal über Kontaktfleck 712 aus.
Das Eingangssignal wir zuerst von der Teilschaltung 704 verarbeitet,
die ihr Ergebnis über
die Signalleitung 714 an die Teilschaltung 706 liefert.
Diese Teilschaltung 706 verarbeitet dieses Ergebnis und
liefert ihr eigenen Ergebnis über die
Signalleitung 716 an die Teilschaltung 708. Um die
Ströme
in den Signalleitungen 714 und 716 zu ermitteln,
ist die Schaltung mit einer Strommessanordnung wie oben beschrieben
versehen. Zwei Messpunke in der Signalleitung 714 sind
mit der Messeinheit 718 verbunden. Diese Einheit umfasst
eine Sektion von Schieberegistern und den entsprechenden Transistorschaltern
wie in 4 beschrieben, z. B. Sektion 412 und
Transistoren 408 und 410. Ähnlich sind zwei Messpunkte
in der Signalleitung 716 mit der Messeinheit 720 verbunden.
Die Einheiten 718 und 720 sind über die
Leitung 722 miteinander verbunden, um das Signal IN zum
nacheinander Aktivieren der Einheiten zu transportieren. Die Einheiten 718 und 720 sind
mit einer Spannungsmessanordnung 724 – wie Anordnung 304 –, die optional
einen Kippschalter 310 umfasst. Der Strom in der Signalleitung
wird durch Messung des Spannungsabfalls zwischen den Messpunkten
ermittelt. Dieser Spannungsabfall wird durch den internen, parasitären Widerstand
der Signalleitung verursacht. Die Erfindung bietet eine flexible
Weise, Signalströme
an verschiedenen Plätzen
in der integrierten Schaltung zu messen und erfordert nur einen
kleinen Overhead einiger weniger Komponenten und einiger zusätzlicher
Leitungen. Die Erfindung erfordert keine zusätzlichen Komponenten in der
Signalleitung und erzeugt nur einen geringen Einfluss auf die Signalleitung.