WO2001014895A1 - Circuit and method for evaluating capacitances - Google Patents

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WO2001014895A1
WO2001014895A1 PCT/DE2000/001962 DE0001962W WO0114895A1 WO 2001014895 A1 WO2001014895 A1 WO 2001014895A1 DE 0001962 W DE0001962 W DE 0001962W WO 0114895 A1 WO0114895 A1 WO 0114895A1
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WO
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circuit arrangement
branch
measuring
capacitance
evaluated
Prior art date
Application number
PCT/DE2000/001962
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German (de)
French (fr)
Inventor
Roland Thewes
Carsten Linnenbank
Stephan Sauter
Original Assignee
Infineon Technologies Ag
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2605Measuring capacitance
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26Testing of individual semiconductor devices
    • G01R31/27Testing of devices without physical removal from the circuit of which they form part, e.g. compensating for effects surrounding elements

Definitions

  • the present invention relates generally to a circuit arrangement and a method for evaluating capacitances.
  • CMOS processes and other technologies it is necessary to determine the value of certain capacities, for example intended on-chip capacities for analog applications, and unintended but technically unavoidable parasitic apacitates, for example line coverings, line crossings at different metal levels and the like. Very high accuracy is desirable and necessary for certain applications.
  • the known circuit arrangements and concepts are therefore not able to permit a simple and precise determination of capacitances, for example on-chip capacitances, free of parasitic effects and the influence of non-ideal properties of the components used in the respective evaluator circuit. Furthermore, the previously known circuit arrangements are very complex in terms of circuitry.
  • the present invention is based on the object of providing a circuit arrangement and a method for evaluating capacitances with which the disadvantages described with regard to the prior art are avoided.
  • a circuit arrangement and a method are to be created the one that is easy to implement in terms of circuitry and delivers a highly precise result.
  • a circuit arrangement for evaluating capacities with a measuring branch which is connected via a node to an electrode of the capacitance to be evaluated, one or more parasitic capacitances being present in the measuring branch, and with a second branch for setting different operating modes of the circuit arrangement, which is connected via a node to the other electrode of the capacitance to be evaluated and which is designed such that within the measuring branch either the sum of the capacitance to be evaluated and the parasitic capacity (s) or but only the parasitic capacity (s) is / are or can be assessed.
  • a circuit arrangement for evaluating capacitances is provided, with a measuring branch which is connected via a node to an electrode of the capacitance to be evaluated, one or more parasitic capacitances being present in the measuring branch, and with a second branch for setting Different operating modes m of the circuit arrangement, which is connected via a node to the other electrode of the capacitance to be evaluated and which is designed such that the sum of the parasitic capacitance (s) and a defined, specifically variable portion of the capacitance to be evaluated are evaluated within the measuring branch will / will be or can be evaluated.
  • the circuit arrangements according to the invention make it possible in a simple manner in terms of circuit technology to be able to determine capacitances with high precision.
  • the circuit arrangements according to the invention are completely parasitic-compensated circuits which are particularly suitable for the highly precise evaluation of small on-chip capacitances and capacitance coatings.
  • the influence of parasitic large and non-ideal properties of the m of the invention measured circuitry components completely eliminated. This achieves a resolution that is clearly superior to all previously known methods and circuits.
  • the circuit arrangement according to the invention can advantageously be used in CMOS processes.
  • a basic idea of the present invention is to convert the capacitance value m to be determined into a linear current. Such a current can be measured particularly simply and precisely.
  • Both of the aforementioned embodiments of the circuit arrangement according to the invention are based on a principle which is described in detail below in connection with FIG. 1.
  • two different operating modes can be selected in the circuit arrangement according to the invention with the aid of corresponding additional circuits which are implemented in the second switching branch.
  • the actual characterization of the capacitance to be evaluated always takes place in the measuring branch.
  • the difference between the measured values from the measurements in the two operating modes which are referred to below as mode A and mode B, gives an error-free measured value for the capacity to be evaluated.
  • the sum of the parasitic capacitances and a clearly definable, specifically changeable portion ⁇ of the capacitance to be assessed to be measured within one and the same branch (measuring branch).
  • the difference between the measurement from the measurements in the two operating modes knowing the weighting factors ⁇ (mode A) and ⁇ (mode B), a measurement value for the capacity to be determined which is unaffected by the properties.
  • the circuit arrangements according to the invention can, for example, also generally be used as circuits for the — advantageously on-chip capacitance voltage or — advantageously — on-chip capacitance current conversion.
  • they can be used, for example, in m products, in which sensor signals that come from capacitive sensors have to be evaluated and processed.
  • sensors are, for example, capacitive pressure sensors, acceleration sensors or the like.
  • other possible uses for the circuit arrangements according to the invention are also conceivable.
  • the evaluation of the capacitance using the circuit arrangements according to the invention always leads to a mismatch-error-free measurement result. This enables a particularly precise assessment of even small capacities.
  • the circuit arrangements according to the invention preferably have, as will be explained in more detail with reference to FIGS. 3 to 8, a number of different switching elements.
  • the invention is not restricted to certain switching elements. However, at least some of the switching elements can advantageously be designed as transistors.
  • Figure 1 e general measuring principle for evaluating small capacitors with idealized components, which as
  • FIG. 2 shows a circuit arrangement known from the prior art, in which the influence of parasitic capacitances could be reduced;
  • FIG. 3a and 3b show a first embodiment of a circuit arrangement according to the invention, FIG. 3a representing operating mode A and FIG. 3b representing operating mode B;
  • FIG. 4 shows another embodiment of a circuit arrangement according to the invention
  • Figure 5 shows another embodiment of an inventive
  • FIG. 6a representing operating mode A
  • FIG. 6b representing operating mode B
  • Figure 7 shows another embodiment of an inventive
  • FIG. 8 shows an extended modification of the circuit arrangement according to FIG. 7.
  • FIG. 1 shows a circuit arrangement 60 for evaluating a capacitance 64.
  • This circuit arrangement 60 which is constructed from idealized components, illustrates the general principle according to which the circuit arrangements according to the invention function, as are shown, for example, in FIGS. 3 to 8.
  • the basic circuit with idealized components is shown in the upper area of FIG.
  • the circuit arrangement 60 has two changeover switches 62, 63, which are connected to a node N12.
  • the changeover switches 62, 63 are controlled via pulses S1 and S2.
  • a time slide is shown. shown that shows the temporal course of the pulses Sl and S2.
  • a capacity value converted into a current can be measured via a current measuring device 61.
  • one of the two electrodes of the capacitance to be evaluated is placed at a fixed potential.
  • the GND potential was chosen for this in FIG. However, any other fixed potential is also conceivable.
  • the other electrode of the capacitance 64 is connected to the potentials VDD and GND by means of the changeover switches 61, 62 m, so that the capacitance 64 to be evaluated is reloaded with the same period between these two potentials.
  • the mean value of the charging or discharging current is measured via the current measuring device 61, the current measuring device 61 either, as shown in FIG. 1, between the changeover switch 62 and VDD potential, or alternatively between the changeover switch 63 and GND -Potential can be arranged.
  • the change-over switches 62, 63 should be closed during the "CLOSED” phases and during the "OPEN” phases in the non-conductive state.
  • the pulses S1 and S2 used to control the changeover switches 62, 63 form so-called non-overlapping clocks, which is a necessary condition for the use of this idealized circuit arrangement 60.
  • the node N12 floats" and no current flows anywhere in the circuit arrangement 60.
  • the condition must be met that the duration of the "CLOSED" phases is at least in each case long enough that the capacitance 64 can be practically completely reloaded, which means that the node N12 has reached GND or VDD potential at the beginning of the "OPEN" phases.
  • Capacity 64 112 / (VDD x f) (lb)
  • the left-hand switching branch 72 of the circuit arrangement 70 according to FIG. 2 can be considered, that the changeover switch 62 by a transistor T1 (for example a p-MOS transistor) and the changeover switch 63 by a transistor T2 (for example an n-MOS) Transistor) was replaced.
  • T1 for example a p-MOS transistor
  • T2 for example an n-MOS Transistor
  • 71 parasitic capacitors Cpl and Cp2 are shown at node N12. These parasitic capacitances essentially consist of the capacities of the respective drain regions of the transistors against the substrate or the well.
  • equation (1) the circuit arrangement 70 results for the branch 72
  • Capacity 71 [112 / (VDD x f)] - (Cpl + Cp2) (2)
  • the measured value was between 25 and 30 fF, i.e. a macceptable if there is a large deviation of more than 100% from the actual value of the capacity to be assessed 71.
  • This circuit arrangement 70 has two identical switching branches 72, 74, which each have transistors T1, T2 and T3 and T4.
  • the transistors have the same dimensions and the same layout and each receive the same drive signals S1 and S2.
  • the capacitance 71 to be evaluated is only realized in one branch 72.
  • the branch 72 is used to determine the sum of the capacitance 71 to be evaluated and the parasitic capacitances Cpl and Cp2, while the other branch 74 is used to exclusively characterize the sum of the parasitic capacitances Cp3 and Cp4.
  • FIGS. 3 to 8 now describe exemplary embodiments of circuit arrangements according to the present invention with which these mismatch effects can be prevented, so that an error-free, highly accurate evaluation of capacities is possible.
  • FIG. 3 shows a first embodiment of the circuit arrangement 10 according to the invention for evaluating a capacitance 11.
  • This circuit arrangement 10 is based on the Principle of the circuit arrangement 60 shown in FIG. 1.
  • the circuit arrangement 10 has a measuring branch 20 which is connected via a node N12 to an electrode 12 of the capacitance 11 to be evaluated.
  • an measuring instrument is advantageously provided, in the present case an current measuring instrument 21.
  • the circuit arrangement 10 has a second branch 30.
  • the second branch 30 can be used to set two operating modes of the circuit arrangement 10, namely an operating mode A, as shown in FIG. 3a, and an operating mode B, as shown in FIG. 3b.
  • the second branch 30 is connected via a node N34 to the second electrode 13 of the capacitance 11 to be evaluated.
  • mode A and mode B the difference between the measured values from the measurements m in the two operating modes A and B (hereinafter referred to as mode A and mode B) results in an error-free measured value for the capacitance 11 to be evaluated.
  • the measurement is in each case carried out in the measuring branch 20 (the left branch of the circuit arrangements), consisting of one or more, preferably two, transistors T1 and T2 and the measuring instrument 21.
  • the measuring branch 20 the left branch of the circuit arrangements
  • an electrode 12 of capacitance 11 is connected to the common dram node N12 of transistors T1 and T2.
  • the second electrode 13 of the capacitance 11 to be evaluated is not opened fixed potential, but connected to the node N34 of the second branch 30, the second branch 30, preferably consisting of the transistors T3 and T4, except for the measuring instrument being constructed like the measuring branch 20. Alldmgs is an exact match Characteristics of the transistors of both branches are not required.
  • the gates of the transistors T3 and T4 can be switched so that T3 receives the same signal as T1, in the present case thus a clock signal S1, and T4 receives the same signal as T2, in the present case em Clock signal S2.
  • the circuit arrangement 10 is in mode A.
  • the gates of T3 and T4 it is also possible for the gates of T3 and T4 to be at VDD potential via the position of the changeover switches 31, 32, so that T3 m is closed and T4 m is open located. In this case, the circuit arrangement 10 is in mode B.
  • both electrodes 12, 13 of the capacitance 11 to be evaluated are switched in the same direction between VDD and GND potential, so that the state of charge of the capacitance 11 does not change.
  • Differences in the node potentials N12 and N34 during the recharging processes of the nodes N12 and N34 due to the mismatch of the transistors T1 and T3 or T2 and T4 have no disadvantageous effects. It is only important that the voltage drop across the capacitance 11 is identical at the point in time when the signal S1 goes to L potential (see lower area of FIG.
  • Capacity 11 (112 (mode A) - 112 (mode B)) / (VDD x f) (9)
  • FIG. 4 shows another embodiment of the circuit arrangement 10 according to the invention.
  • the circuit arrangement 10 has the basic structure and the basic function like that from FIG. 3.
  • the switch 31 is another embodiment of the circuit arrangement 10 according to the invention.
  • transistors T9 and T10 are sufficient, which can be designed as p-MOS transistors.
  • control signal SEL which together with one via an inverter
  • the transfer gates and pass transistors em- is coupled and controls the state of the transfer gates T5, T6 or T7, T8 and the pass transistors T9 and T10.
  • the selection of the respective operating modes A or B according to the basic circuit according to FIG. 3 can also be made by removing the changeover switches 31 and 32 and by replacing two clock signals S1 and S2 with four clock signals or Control signals Sl to S4 are used. Each of these clock and control signals S1 to S4 is fed directly to the gate of a respective transistor T1 to T4.
  • the mode of operation m mode A is analogous to the corresponding mode of operation m mode A in FIGS. 3 to 5, so that reference is made to the above statements in this regard.
  • the measured current 112 thus results in
  • both electrodes 12, 13 of the capacitor 11 are recharged in opposite phases.
  • the capacitance 11 to be evaluated now acts on this node N12, based on the known so-called Miller effect, weighted by the difference in the voltage swing on both electrodes 12, 13 of the capacitance 11.
  • the capacitance 11 can be assessed precisely.
  • the switching of the clocks or operating modes can be carried out by similar measures as described when the circuit arrangement 10 m FIG. 3 was changed to the circuit arrangements m FIGS. 4 and 5.
  • FIG. 20 m Another embodiment of a circuit arrangement 20 according to the invention is shown in FIG.
  • the two operating modes A and B each measure the sum of the parasitic capacitances and a clearly definable, specifically changeable portion of the capacity to be evaluated.
  • the difference between the measured values from the measurements in both operating modes when the weighting factors ⁇ (mode A) and ⁇ (mode B) are known, gives a measurement value for the capacitance to be evaluated which is unaffected by the properties of the parasitic capacitors.
  • the transistors T1 to T4 in both modes receive unchanged clock signals.
  • the circuit arrangement 10 has two voltage sources 34 35, which are connected to the node N34 via the transistors T3 and T4. Variable voltage values can be set via the voltage sources 34, 35.
  • Capacity 11 [112 (mode A) - 112 (mode B) / [( ⁇ (mode A) - ⁇ (mode B)) x VDD x f] (17)
  • transistors T3 and T4 match the selected voltages. can also switch through at full height at node N34.
  • FIG. 8 shows a further modification of the circuit arrangement 10 according to FIG. 7 in order to allow a completely free choice of the potentials V3 and V4 within the framework given by GND potential and VDD.
  • second switching branch 30 of the circuit arrangement 10 the connection from node N34 to the voltage sources

Abstract

The invention relates to a method and a circuit (10) for evaluating capacitances (11). The aim is to provide a means of evaluating even small capacitances without making mismatch errors. To this end, a first capacitance value that has been converted into a current is measured in a measuring branch (20) of the circuit (10), said branch having a series of parasitic capacitances (Cp1, Cp2). A first operating mode (mode A) in which only the parasitic capacitances (Cp1, Cp2) in the measuring branch (20) are measured is initiated by means of a second branch (30) of the circuit. A second capacitance value that has been converted into a current is then measured in the same measuring branch (20) of the circuit (10), a second operating mode (mode B) in which the sum of the capacitance (11) to be evaluated and the parasitic capacitances (Cp1, Cp2) in the measuring branch (20) is evaluated being initiated by means of the second branch (30) of the circuit (10). The capacitance (11) to be evaluated is then determined by finding the difference between the values measured in mode A and mode B in the same measuring branch (20).

Description

Beschreibungdescription
Schaltungsanordnung und Verfahren zum Bewerten von KapazitätenCircuitry and method for evaluating capacities
Die vorliegende Erfindung betrifft generell eine Schaltungsanordnung sowie ein Verfahren zum Bewerten von Kapazitäten.The present invention relates generally to a circuit arrangement and a method for evaluating capacitances.
Für die parametrische Beschreibung von CMOS-Prozessen und an- deren Technologien ist es notwendig, den Wert bestimmter Kapazitäten, zum Beispiel beabsichtigter On-Chip-Kapazitaten für Analoganwendungen, und unbeabsichtigter, aber technisch unvermeidbarer Parasitar apazitaten, zum Beispiel Leitungsbelage, Leitungskreuzungen m verschiedenen Metallebenen und dergleichen, zu charakterisieren. Dabei ist f r bestimmte Anwendungen eine sehr hohe Genauigkeit wünschenswert und erforderlich.For the parametric description of CMOS processes and other technologies, it is necessary to determine the value of certain capacities, for example intended on-chip capacities for analog applications, and unintended but technically unavoidable parasitic apacitates, for example line coverings, line crossings at different metal levels and the like. Very high accuracy is desirable and necessary for certain applications.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Schaltungsanord- nungen bekannt, die den Wert von zu bestimmenden Kapazitäten, etwa On-Chip-Kapazitaten, oder das Verhältnis zweier oder mehrerer Kapazitäten zueinander in eine einfacher handzuhabende Große wie Strom und/oder Spannung beziehungsweise Strom- und/oder Spannungsverhaltnisse umsetzen. Diese Großen sind m der Regel relativ problemlos und mit hoher Genauigkeit meßbar. Eine direkte Messung der Kapazitatswerte ist aufgrund von Parasitarkapazitaten m externen Zuleitungen, auf dem Chip befindlichen Pads und Zuleitungen oder dergleichen indes nicht möglich.Various circuit arrangements are known from the prior art which convert the value of capacitances to be determined, for example on-chip capacitances, or the ratio of two or more capacitances to one another into a size which is easier to handle, such as current and / or voltage or current and / or implement voltage relationships. These sizes are generally relatively easy to measure and can be measured with high accuracy. A direct measurement of the capacitance values is not possible due to parasitic capacitances in external feed lines, pads and feed lines located on the chip or the like.
Die im Stand der Technik bekannten Schaltungsanordnungen und Verfahren zum Bewerten von Kapazitäten weisen jedoch eine Reihe von Nachteilen auf. Parasitarkapazitaten und andere nicht-ideale Eigenschaften der m einer jeweiligen Bewerter- Schaltung eingesetzten realen Bauelemente verfalschen das Meßergebnis oder müssen mit großem schaltungstechnischem Auf- wand so weit wie möglich kompensiert werden. Dabei ist eine vollständige Fehlerunterdruckung bisher nicht realisierbar.However, the circuit arrangements and methods known in the prior art for evaluating capacitances have a number of disadvantages. Parasitic capacitances and other non-ideal properties of the real components used in a respective evaluator circuit falsify the measurement result or have to be carried out with great circuitry wall as far as possible. A complete error suppression has not yet been possible.
Viele der bekannten Konzepte normieren die gemessenen Werte auf eine ebenfalls integrierte, quantitativ jedoch nicht exakt bekannte Referenzgroße. Diese Konzepte gestatten damit nur Aussagen über Kapazitatsverhaltnisse . Absolutwertbestim- mungen insbesondere kleiner Kapazitäten, beispielsweise von Leitungskreuzungen oder dergleichen, die für eine genaue Pro- zeß-Parametriesierung unabdingbar sind, sind mit solchen Schaltungsanordnungen bisher nicht möglich.Many of the known concepts normalize the measured values to a reference quantity that is also integrated, but not quantitatively known exactly. These concepts therefore only allow statements to be made about capacity relationships. Absolute value determinations, in particular of small capacitances, for example of line crossings or the like, which are indispensable for precise process parameterization, have so far not been possible with such circuit arrangements.
Die bekannten Schaltungsanordnungen und -konzepte sind somit nicht m der Lage, eine einfache und präzise, von Parasita- reffekten und dem Einfluß nicht idealer Eigenschaften der m der jeweiligen Bewerterschaltung verwendeten Bauelemente freie Bestimmung von Kapazitäten, beispielsweise On-Chip- Kapazitaten zu gestatten. Weiterhin sind die bisher bekannten Schaltungsanordnungen schaltungstechnisch sehr aufwendig.The known circuit arrangements and concepts are therefore not able to permit a simple and precise determination of capacitances, for example on-chip capacitances, free of parasitic effects and the influence of non-ideal properties of the components used in the respective evaluator circuit. Furthermore, the previously known circuit arrangements are very complex in terms of circuitry.
Aus einer Reihe von Publikationen, beispielsweise "An On- Chip, Attofarad Interconnect Charge Based Capacitance Measu- rement (CBCM) Technique von Chen et al, IEDM 96, Seiten 69 bis 72", "A Simple Method For On-Chip, Sub-Femto Farad Inter- connect Capacitance Measurement von Chen et al, IEEE Electron Device Letters, Vol.18, No.l, January 1997, Seiten 21 bis 23", "An On-Chip, Interconnect Capacitance Characterization Method With Sub-Femto-Farad Resolution von Chen et al, Proc.IEEE 1997 Int . Conference on Microelectronic Test Struc- tures, Vol.10, March 1997, Seiten 77 bis 80" und "An On-Chip, Interconnect Capacitance Characterization Method With Sub- Femto-Farad Resolution von Chen et al, IEEE Transactions on semiconductor Manufactuπng, Vol.11, No.2, May 1998, Seiten 204 bis 209" ist eine Schaltungsanordnung zum Bewerten von Kapazitäten beschrieben, mit der die vorstehend beschriebenen Nachteile bezuglich der Bewertbarkeit von Kapazitäten bereits reduziert werden können. Diese bekannte Schaltungsanordnung, die im Zusammenhang mit Figur 2 eingehend erläutert wird, weist zwei identische Schaltzweige auf, die jeweils Transistoren mit gleichen Ab- essungen und gleichem Layout aufweisen und die jeweils paarweise gleiche Ansteuersignale erhalten. Die zu bewertende Kapazität wird nur m einem der beiden Schaltzweige realisiert. Ein Schaltzweig wird verwendet, um die Summe aus zu bewertender Kapazität und Parasitarkapazitaten zu bestimmen, wahrend der andere Schaltzweig genutzt wird, um ausschließlich dieFrom a number of publications, for example "An On-Chip, Attofarad Interconnect Charge Based Capacitance Measurement (CBCM) Technique by Chen et al, IEDM 96, pages 69 to 72", "A Simple Method For On-Chip, Sub- Femto Farad Interconnect Capacitance Measurement by Chen et al, IEEE Electron Device Letters, Vol.18, No.l, January 1997, pages 21 to 23 "," An On-Chip, Interconnect Capacitance Characterization Method With Sub-Femto-Farad Resolution by Chen et al, Proc.IEEE 1997 Int. Conference on Microelectronic Test Structures, Vol.10, March 1997, pages 77 to 80 "and" An On-Chip, Interconnect Capacitance Characterization Method With Sub-Femto-Farad Resolution by Chen et al, IEEE Transactions on semiconductor Manufacturing, Vol.11, No.2, May 1998, pages 204 to 209 "describes a circuit arrangement for evaluating capacities with which the disadvantages described above with regard to the evaluability of capacities are already reduced can. This known circuit arrangement, which is explained in detail in connection with FIG. 2, has two identical switching branches, each of which has transistors with the same dimensions and the same layout and which each receive the same control signals in pairs. The capacitance to be assessed is only realized in one of the two switching branches. One switching branch is used to determine the sum of the capacitance to be evaluated and parasitic capacitances, while the other switching branch is used to determine only the
Summe der Parasitarkapazitaten zu charakterisieren. Anschließend werden die so ermittelten Werte voneinander subtrahiert, wodurch sich der Wert der zu bewertenden Kapazität ergibt.Characterize the sum of the parasitic capacities. The values determined in this way are then subtracted from one another, resulting in the value of the capacity to be assessed.
Auch wenn diese Schaltungsanordnung im Vergleich zu den weiter oben genannten Konzepten Vorteile aufweist, bestehen im Hinblick auf die genaue Bewertbarkeit von Kapazitäten auch bei diesem Losungsvorschlag noch eine Reihe von Nachteilen.Even if this circuit arrangement has advantages compared to the concepts mentioned above, there are still a number of disadvantages with regard to the precise assessment of capacities even with this proposed solution.
So ist bekannt, daß auch Bauelemente mit gleichen Abmessungen, gleichem Layout, gleicher Orientierung und gleicher To- pologie m der Umgebung aufgrund von stochastischen Ursachen Parametervariationen aufweisen. Das heißt, daß zwei benachbarte Bauelemente trotz gleicher Konfiguration Unterschiede in ihren elektrischen Parametern aufweisen. Dieser Effekt wird Mismatch genannt. Dieser Mismatch-Effekt kann mit der bekannten Schaltungsanordnung nicht vermieden werden, so daß auch hier Fehler bei der Bewertung von Kapazitäten auftreten, was insbesondere bei der Bewertung kleiner Kapazitäten von erheblichem Nachteil ist.It is known, for example, that components with the same dimensions, the same layout, the same orientation and the same topology in the environment have parameter variations due to stochastic causes. This means that, despite the same configuration, two adjacent components have differences in their electrical parameters. This effect is called mismatch. This mismatch effect cannot be avoided with the known circuit arrangement, so that errors also occur here when evaluating capacities, which is a considerable disadvantage particularly when evaluating small capacities.
Ausgehend vom genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung sowie ein Verfahren zum Bewerten von Kapazitäten bereit- zustellen, mit dem die im Hinblick auf den Stand der Technik beschriebenen Nachteile vermieden werden. Insbesondere sollen eine Schaltungsanordnung sowie ein Verfahren geschaffen wer- den, die/das schaltungstechnisch einfach zu realisieren ist und dabei ein hochprazises Ergebnis liefert.Starting from the prior art mentioned, the present invention is based on the object of providing a circuit arrangement and a method for evaluating capacitances with which the disadvantages described with regard to the prior art are avoided. In particular, a circuit arrangement and a method are to be created the one that is easy to implement in terms of circuitry and delivers a highly precise result.
Diese Aufgabe wird gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ge- lost durch eine Schaltungsanordnung zum Bewerten von Kapazitäten, mit einem Meßzweig, der über einen Knoten mit einer Elektrode der zu bewertenden Kapazität verbunden ist, wobei im Meßzweig ein oder mehrere Parasitarkapazitaten vorhanden sind, und mit einem zweiten Zweig zum Einstellen verschiede- ner Betriebsmodi m der Schaltungsanordnung, der über einen Knoten mit der anderen Elektrode der zu bewertenden Kapazität verbunden ist und der derart ausgebildet ist, daß innerhalb des Meßzweigs entweder die Summe aus zu bewertender Kapazität und Parasitarkapazitat (en) oder aber nur die Parasitarkapazi- tat(en) bewertet wird/werden oder bewertbar ist/sind.This object is achieved according to the first aspect of the invention by a circuit arrangement for evaluating capacities, with a measuring branch which is connected via a node to an electrode of the capacitance to be evaluated, one or more parasitic capacitances being present in the measuring branch, and with a second branch for setting different operating modes of the circuit arrangement, which is connected via a node to the other electrode of the capacitance to be evaluated and which is designed such that within the measuring branch either the sum of the capacitance to be evaluated and the parasitic capacity (s) or but only the parasitic capacity (s) is / are or can be assessed.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Schaltungsanordnung zum Bewerten von Kapazitäten bereitgestellt, mit einem Meßzweig, der über einen Knoten mit einer Elektrode der zu bewertenden Kapazität verbunden ist, wobei im Meßzweig ein oder mehrere Parasitarkapazitaten vorhanden sind, und mit einem zweiten Zweig zum Einstellen verschiedener Betriebsmodi m der Schaltungsanordnung, der über einen Knoten mit der anderen Elektrode der zu bewertenden Kapazität verbunden ist und der derart ausgebildet ist, daß innerhalb des Meßzweigs jeweils die Summe der Parasitarkapazitat (en) und einem definierten, gezielt veränderbaren Anteil der zu bewertenden Kapazität bewertet wird/werden oder bewertbar ist/sind.According to a second aspect of the invention, a circuit arrangement for evaluating capacitances is provided, with a measuring branch which is connected via a node to an electrode of the capacitance to be evaluated, one or more parasitic capacitances being present in the measuring branch, and with a second branch for setting Different operating modes m of the circuit arrangement, which is connected via a node to the other electrode of the capacitance to be evaluated and which is designed such that the sum of the parasitic capacitance (s) and a defined, specifically variable portion of the capacitance to be evaluated are evaluated within the measuring branch will / will be or can be evaluated.
Durch die erfmdungsgemaßen Schaltungsanordnungen wird es auf schaltungstechnisch einfache Weise möglich, Kapazitäten hochgenau bestimmen zu können. Bei den erfmdungsgemaßen Schaltungsanordnungen handelt es sich um vollständig parasitaref- fekt-kompensierte Schaltungen, die insbesondere zur hochpra- zisen Bewertung kleiner On-Chip-Kapazitaten und -kapazitats- belage geeignet sind. Dabei wird der Einfluß parasitärer Großen und nicht-idealer Eigenschaften der m der erfmdungsge- maßen Schaltungsanordnung verwendeten Bauelemente vollkommen eliminiert. Dadurch wird eine Auflosung erreicht, die allen bisher bekannten Methoden und Schaltungen deutlich überlegen ist. Die erfindungsgemaße Schaltungsanordnung kann vorteil- haft bei CMOS-Prozessen verwendet werden.The circuit arrangements according to the invention make it possible in a simple manner in terms of circuit technology to be able to determine capacitances with high precision. The circuit arrangements according to the invention are completely parasitic-compensated circuits which are particularly suitable for the highly precise evaluation of small on-chip capacitances and capacitance coatings. The influence of parasitic large and non-ideal properties of the m of the invention measured circuitry components completely eliminated. This achieves a resolution that is clearly superior to all previously known methods and circuits. The circuit arrangement according to the invention can advantageously be used in CMOS processes.
Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, den zu bestimmenden Kapazitatswert m einen linearen Strom umzusetzen. Ein solcher Strom kann besonders einfach und ge- nau gemessen werden.A basic idea of the present invention is to convert the capacitance value m to be determined into a linear current. Such a current can be measured particularly simply and precisely.
Beide vorstehend genannten Ausfuhrungsformen der erfmdungs- gemaßen Schaltungsanordnung gehen von einem Prinzip aus, das weiter unten m Zusammenhang mit Figur 1 detailliert be- schrieben wird. Im Unterschied zu dem in Figur 1 beschriebenen Prinzip können bei der erfmdungsgemaßen Schaltungsanordnung mit Hilfe von entsprechenden Zusatzschaltungen, die im zweiten Schaltzweig realisiert sind, zwei unterschiedliche Betriebsmodi gewählt werden. Die eigentliche Charakteπsie- rung der zu bewertenden Kapazität erfolgt immer im Meßzweig.Both of the aforementioned embodiments of the circuit arrangement according to the invention are based on a principle which is described in detail below in connection with FIG. 1. In contrast to the principle described in FIG. 1, two different operating modes can be selected in the circuit arrangement according to the invention with the aid of corresponding additional circuits which are implemented in the second switching branch. The actual characterization of the capacitance to be evaluated always takes place in the measuring branch.
Bei dem erstgenannten Ausfuhrungsbeispiel wird m den beiden unterschiedlichen Betriebsmodi innerhalb ein und desselben Schaltungszweigs, nämlich dem Meßzweig, entweder die Summe aus zu bewertender Kapazität und Parasitarkapazitaten, oder aber nur die Summe der Parasitarkapazitaten bewertet. Da die Bewertung der Parasitarkapazitaten immer innerhalb des gleichen Zweiges (Meßzweig) erfolgt, ergibt die Differenzbildung der Meßwerte aus den Messungen in den beiden Betriebsmodi, die im folgenden mit Modus A und Modus B bezeichnet werden, einen fehlerfreien Meßwert für die zu bewertende Kapazität.In the first exemplary embodiment, in the two different operating modes within one and the same circuit branch, namely the measuring branch, either the sum of the capacitance to be assessed and parasitic capacitances, or only the sum of the parasitic capacitances, is evaluated. Since the evaluation of the parasitic capacitances always takes place within the same branch (measuring branch), the difference between the measured values from the measurements in the two operating modes, which are referred to below as mode A and mode B, gives an error-free measured value for the capacity to be evaluated.
Gemäß dem zweitgenannten Ausfuhrungsbeispiel ist es möglich, daß innerhalb ein und desselben Zweigs (Meßzweig) jeweils die Summe der Parasitarkapazitaten und eines klar definierbaren, gezielt veränderbaren Anteils α der zu bewertenden Kapazität gemessen wird. Auch hier ergibt die Differenzbildung der Meß- werte aus den Messungen in den beiden Betriebsmodi bei Kenntnis der Gewichtungsfaktoren α (Modus A) und α (Modus B) einen von den Eigenschaften unbeeinflußten Meßwert für die zu bestimmende Kapazität.According to the second exemplary embodiment mentioned, it is possible for the sum of the parasitic capacitances and a clearly definable, specifically changeable portion α of the capacitance to be assessed to be measured within one and the same branch (measuring branch). Here, too, the difference between the measurement from the measurements in the two operating modes, knowing the weighting factors α (mode A) and α (mode B), a measurement value for the capacity to be determined which is unaffected by the properties.
Die erfmdungsgemaßen Schaltungsanordnungen können beispielsweise auch generell als Schaltungen für die -vorteilhaft On- Chip- Kapazitats-Spannungs- oder die -vorteilhaft On-Chip- Kapazitats-Strom-Umsetzung verwendet werden. In diesem Fall können sie beispielsweise m Produkten verwendet werden, m denen Sensorsignale, die von kapazitiven Sensoren stammen, bewertet und weiterverarbeitet werden müssen. Solche Sensoren sind beispielsweise kapazitive Drucksensoren, Beschleuni- gungssensoren oder dergleichen. Natürlich sind auch andere Anwendungsmoglichkeiten für die erfmdungsgemaßen Schaltungsanordnungen denkbar.The circuit arrangements according to the invention can, for example, also generally be used as circuits for the — advantageously on-chip capacitance voltage or — advantageously — on-chip capacitance current conversion. In this case, they can be used, for example, in m products, in which sensor signals that come from capacitive sensors have to be evaluated and processed. Such sensors are, for example, capacitive pressure sensors, acceleration sensors or the like. Of course, other possible uses for the circuit arrangements according to the invention are also conceivable.
Da die Parasitarkapazitaten, die bei den Messungen m den jeweiligen Betriebsmodi bestimmt werden, immer aus ein und dem- selben Zweig (Meßzweig) stammen, fuhrt die Bewertung der Kapazität unter Verwendung der erfmdungsgemaßen Schaltungsan- ordnungen immer zu einem Mismatch-fehlerfreien Meßergebnis. Dadurch ist eine besonders genaue Bewertung auch kleiner Kapazitäten möglich.Since the parasitic capacitances, which are determined in the measurements in the respective operating modes, always come from one and the same branch (measurement branch), the evaluation of the capacitance using the circuit arrangements according to the invention always leads to a mismatch-error-free measurement result. This enables a particularly precise assessment of even small capacities.
Die erf dungsgemaßen Schaltungsanordnungen weisen -wie dies im Hinblick auf die Figuren 3 bis 8 naher erläutert wird- vorzugsweise eine Anzahl von verschiedenen Schaltelementen auf. Dabei ist die Erfindung nicht auf bestimmte Schaltele- mente beschrankt. Vorteilhaft können jedoch zumindest einzelne der Schaltelemente als Transistoren ausgebildet sein.The circuit arrangements according to the invention preferably have, as will be explained in more detail with reference to FIGS. 3 to 8, a number of different switching elements. The invention is not restricted to certain switching elements. However, at least some of the switching elements can advantageously be designed as transistors.
Auch wenn die Erfindung nicht auf die Verwendung von Transistoren als Schaltelemente beschrankt ist, soll sie zum besse- ren Verständnis anhand einer derartigen Ausgestaltungsform erläutert werden. Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird em Verfahren zum Bewerten von Kapazitäten bereitgestellt. Wenn das Verfahren unter Verwendung der erstgenannten Ausfuhrungsform einer Schaltungsanordnung durchgeführt wird, weist dieses erfin- dungsgemaß folgende Schritte auf:Even if the invention is not limited to the use of transistors as switching elements, it should be explained for better understanding on the basis of such an embodiment. Gem ä ß a third aspect of the invention there is provided em method for evaluating capacity. If the method is carried out using the first-mentioned embodiment of a circuit arrangement, it has the following steps according to the invention:
a) Messen eines ersten, m einen Strom umgesetzten Kapazi- tatswerts im Meßzweig der Schaltungsanordnung, wobei durch den zweiten Zweig der Schaltungsanordnung em erster Be- triebs odus (Modus A) der Schaltungsanordnung eingestellt wird, m dem nur die im Meßzweig befindlichen Parasitarkapazitaten bewertet werden;a) Measuring a first capacitance value converted into a current in the measuring branch of the circuit arrangement, whereby the first branch (mode A) of the circuit arrangement is set by the second branch of the circuit arrangement, with which only the parasitic capacitances in the measuring branch are evaluated ;
b) Messen eines zweiten m einen Strom umgesetzten Kapazi- tatswerts im gleichen Meßzweig der Schaltungsanordnung, wobei durch den zweiten Zweig der Schaltungsanordnung em zweiter Betriebsmodus (Modus B) der Schaltungsanordnung eingestellt wird, m dem die Summe aus zu bewertender Kapazität und der im Meßzweig befindlichen Parasitarkapazitaten bewertet wird; undb) Measuring a second capacitance value converted into a current in the same measuring branch of the circuit arrangement, the second branch of the circuit arrangement em setting the second operating mode (mode B) of the circuit arrangement, which is the sum of the capacitance to be evaluated and that in the measuring branch Parasitic capacities is assessed; and
c) Bestimmen der zu bewertenden Kapazität durch Differenzbil- dung der m Schritt a) und b) gemessenen Werte.c) Determining the capacitance to be assessed by forming the difference between the values measured in steps a) and b).
Gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung wird schließlich em anderes Verfahren zum Bewerten von Kapazitäten bereitgestellt. Wenn das Verfahren unter Verwendung der zweitgenannten Ausfuhrungsform einer Schaltungsanordnung durchgeführt wird, weist dieses erfmdungsgemaß folgende Schritte auf:Finally, according to the fourth aspect of the invention, another method for evaluating capacities is provided. If the method is carried out using the second-mentioned embodiment of a circuit arrangement, it has the following steps according to the invention:
a) Messen eines ersten, m einen Strom umgesetzten Kapazi- tatswerts im Meßzweig der Schaltungsanordnung, wobei durch den zweiten Zweig der Schaltungsanordnung em erster Betriebsmodus (Modus A) der Schaltungsanordnung eingestellt wird, m dem die Summe aus den im Meßzweig befindlichen Parasitarkapazitaten und einem definierten, gezielt veränderbaren Anteil der zu bewertenden Kapazität gemessen wird; b) Messen eines zweiten m einen Strom umgesetzten Kapazi- tatswerts im gleichen Meßzweig der Schaltungsanordnung, wobei durch den zweiten Zweig der Schaltungsanordnung em zweiter Betriebsmodus (Modus B) der Schaltungsanordnung eingestellt wird, m dem die Summe aus den im Meßzweig befindlichen Parasitarkapazitaten und einem definierten, gezielt veranαerbaren Anteil der zu bewertenden Kapazität gemessen wird, wobei die Anteile der zu bewertenden Kapazität m den Schritten a) und b) unterschiedlich groß sind; unda) Measuring a first capacitance value converted into a current in the measuring branch of the circuit arrangement, the first operating mode (mode A) of the circuit arrangement being set by the second branch of the circuit arrangement, m the sum of the parasitic capacitances in the measuring branch and a defined one , specifically changeable proportion of the capacity to be assessed is measured; b) Measuring a second current value in the same measuring branch of the circuit arrangement, whereby the second branch of the circuit arrangement sets a second operating mode (mode B) of the circuit arrangement, which is the sum of the parasitic capacitances in the measuring branch and a defined one , the portion of the capacitance to be assessed, which can be specifically implemented, is measured, the portions of the capacitance to be assessed in steps a) and b) being of different sizes; and
c) Bestimmen der zu bewertenden Kapazität durch Differenzbildung der Schritt a) und b) gemessenen Werte.c) Determining the capacitance to be evaluated by forming the difference between the values measured in steps a) and b).
Durch die erfmdungsgemaßen Verfahren wird es auf einfacheThe process according to the invention makes it simple
Weise möglich, zu bewertende Kapazitäten hochprazise bewerten zu können. Zu den Vorteilen, Wirkungen, Effekten und der Funktionsweise der erfmdungsgemaßen Verfahren wird ebenfalls auf die Ausfuhrungen zu den entsprechenden erfmdungsgemaßen Schaltungsanordnungen vollinhaltlich Bezug genommen und hiermit verwiesen.In this way it is possible to evaluate the capacities to be evaluated with high precision. With regard to the advantages, effects, effects and the mode of operation of the method according to the invention, reference is also made in full to the explanations of the corresponding circuit arrangements according to the invention, and reference is hereby made.
Bevorzugte Ausfuhrungsformen der erfmdungsgemaßen Schaltungsanordnungen sowie der erfmdungsgemaßen Verfahren zum Bewerten von Kapazitäten ergeben sich aus den jeweiligen Un- teranspruchen .Preferred embodiments of the circuit arrangements according to the invention and the method according to the invention for evaluating capacities result from the respective subclaims.
Im folgenden sollen verschiedene bevorzugte Ausfuhrungsformen und Merkmale der Erfindung im Allgemeinen vorgestellt und er- läutert werden. Hierbei wird auch auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen, m der jeweils konkrete Ausfuhrungsformen der Erfindung beispielhaft dargestellt sind. Es zeigen:In the following, various preferred embodiments and features of the invention are to be presented and explained in general. In this connection, reference is also made to the accompanying drawing, in which each specific embodiment of the invention is shown as an example. Show it:
Figur 1 e allgemeines Meßprmzip zur Bewertung kleiner Ka- pazitaten mit idealisierten Bauelementen, das alsFigure 1 e general measuring principle for evaluating small capacitors with idealized components, which as
Grundlage für die vorliegende Erfindung fungiert; Figur 2 eine aus dem Stand der Technik bekannte Schaltungsanordnung, m der der Einfluß von Parasitarkapazitaten verringert werden konnte;The basis for the present invention functions; FIG. 2 shows a circuit arrangement known from the prior art, in which the influence of parasitic capacitances could be reduced;
Figur 3a und 3b eine erste Ausfuhrungsform einer erfmdungs- gemaßen Schaltungsanordnung, wobei Figur 3a den Betriebsmodus A und Figur 3b den Betriebsmodus B darstellt;3a and 3b show a first embodiment of a circuit arrangement according to the invention, FIG. 3a representing operating mode A and FIG. 3b representing operating mode B;
Figur 4 eine andere Ausfuhrungsform einer erfmdungsgemaßen Schaltungsanordnung;FIG. 4 shows another embodiment of a circuit arrangement according to the invention;
Figur 5 eine weitere Ausfuhrungsform einer erfmdungsgemaßenFigure 5 shows another embodiment of an inventive
Schaltungsanordnung;Circuitry;
Figur 6a und 6b noch eine weitere Ausfuhrungsform einer er- fmdungsgemaßen Schaltungsanordnung, wobei Figur 6a den Betriebsmodus A und Figur 6b den Betriebsmodus B repräsentiert;6a and 6b yet another embodiment of a circuit arrangement according to the invention, FIG. 6a representing operating mode A and FIG. 6b representing operating mode B;
Figur 7 eine andere Ausfuhrungsform einer erfmdungsgemaßenFigure 7 shows another embodiment of an inventive
Schaltungsanordnung; undCircuitry; and
Figur 8 eine erweiterte Modifikation der Schaltungsanordnung gemäß Figur 7.8 shows an extended modification of the circuit arrangement according to FIG. 7.
In Figur 1 ist eine Schaltungsanordnung 60 zur Bewertung einer Kapazität 64 dargestellt. Diese Schaltungsanordnung 60, die aus idealisierten Bauelementen aufgebaut ist, verdeut- licht das allgemeine Prinzip, nach dem die erfmdungsgemaßen Schaltungsanordnungen funktionieren, wie sie beispielsweise in den Figuren 3 bis 8 dargestellt sind. Im oberen Bereich von Figur 1 ist die Prinzipschaltung mit idealisierten Bauelementen dargestellt. Die Schaltungsanordnung 60 weist zwei Umschalter 62, 63 auf, die mit einem Knoten N12 verbunden sind. Die Ansteuerung der Umschalter 62, 63 erfolgt über Pulse Sl und S2. Im unteren Bereich von Figur 1 ist em Zeitdia- gramm dargestellt, das den zeitlichen Verlauf der Pulse Sl und S2 zeigt. E m einen Strom umgesetzter Kapazitatswert kann über em Strom-Meßgerat 61 gemessen werden.1 shows a circuit arrangement 60 for evaluating a capacitance 64. This circuit arrangement 60, which is constructed from idealized components, illustrates the general principle according to which the circuit arrangements according to the invention function, as are shown, for example, in FIGS. 3 to 8. The basic circuit with idealized components is shown in the upper area of FIG. The circuit arrangement 60 has two changeover switches 62, 63, which are connected to a node N12. The changeover switches 62, 63 are controlled via pulses S1 and S2. In the lower area of FIG. 1, a time slide is shown. shown that shows the temporal course of the pulses Sl and S2. A capacity value converted into a current can be measured via a current measuring device 61.
Wie sich aus Figur 1 ergibt, wird eine der beiden Elektroden der zu bewertenden Kapazität auf festes Potential gelegt. In Figur 1 wurde dafür das GND-Potential gewählt. Allerdings ist auch jedes andere feste Potential denkbar. Die andere Elektrode der Kapazität 64 wird mittels der Umschalter 61, 62 m periodischem Wechsel mit den Potentialen VDD und GND verbunden, so daß die zu bewertende Kapazität 64 mit der gleichen Periode zwischen diesen beiden Potentialen umgeladen wird. Der Mittelwert des Lade- oder Entladestroms wird über das Strom-Meßgerat 61 gemessen, wobei das Strom-Meßgerat 61 ent- weder, wie m Figur 1 gezeigt, zwischen dem Umschalter 62 und VDD-Potential, oder aber alternativ zwischen dem Umschalter 63 und GND-Potential angeordnet sein kann.As can be seen from FIG. 1, one of the two electrodes of the capacitance to be evaluated is placed at a fixed potential. The GND potential was chosen for this in FIG. However, any other fixed potential is also conceivable. The other electrode of the capacitance 64 is connected to the potentials VDD and GND by means of the changeover switches 61, 62 m, so that the capacitance 64 to be evaluated is reloaded with the same period between these two potentials. The mean value of the charging or discharging current is measured via the current measuring device 61, the current measuring device 61 either, as shown in FIG. 1, between the changeover switch 62 and VDD potential, or alternatively between the changeover switch 63 and GND -Potential can be arranged.
Gemäß dem m Figur 1 dargestellten Zeitdiagramm sollen die Umschalter 62, 63 wahrend der "CLOSED"-Phasen geschlossen und wahrend der "OPEN"-Phasen m nicht leitendem Zustand sein. Die zur Ansteuerung der Umschalter 62, 63 verwendeten Pulse Sl und S2 bilden sogenannte nicht-uberlappende Takte, was eine notwendige Bedingung für die Anwendung dieser ldealisier- ten Schaltungsanordnung 60 darstellt. Wahrend der Intervalle, in denen beide Umschalter 62, 63 geöffnet sind, "floated" der Knoten N12 und innerhalb der Schaltungsanordnung 60 fließt an keiner Stelle em Strom. Unter Berücksichtigung des endlichen Leitwerts der Umschalter 62, 63 im geschlossenen Zustand muß die Bedingung eingehalten werden, daß die Dauer der "CLOSED"- Phasen mindestens jeweils so lang ist, daß die Kapazität 64 praktisch vollkommen umgeladen werden kann, was bedeutet, daß der Knoten N12 bei Beginn der "OPEN"-Phaseen jeweils GND- beziehungsweise VDD-Potential erreicht hat.According to the time diagram shown in FIG. 1, the change-over switches 62, 63 should be closed during the "CLOSED" phases and during the "OPEN" phases in the non-conductive state. The pulses S1 and S2 used to control the changeover switches 62, 63 form so-called non-overlapping clocks, which is a necessary condition for the use of this idealized circuit arrangement 60. During the intervals in which both changeover switches 62, 63 are open, the node N12 "floats" and no current flows anywhere in the circuit arrangement 60. Taking into account the finite conductance of the switches 62, 63 in the closed state, the condition must be met that the duration of the "CLOSED" phases is at least in each case long enough that the capacitance 64 can be practically completely reloaded, which means that the node N12 has reached GND or VDD potential at the beginning of the "OPEN" phases.
Der zeitliche Mittelwert des Stroms 112 ergibt sich f r diese ideale Schaltungsanordnung 60 zu 112 = Kapazität 64 x VDD x f (la)The time average of the current 112 results for this ideal circuit arrangement 60 112 = capacity 64 x VDD xf (la)
wobei f=l/T und T die Periodendauer ist. Daraus ergibt sich für die zu bewertende Kapazitätwhere f = 1 / T and T is the period. This results in the capacity to be assessed
Kapazität 64 = 112 / (VDD x f) (lb)Capacity 64 = 112 / (VDD x f) (lb)
Wenn die Umschalter 62, 63 nun durch reale Bauelemente er- setzt werden, spielen die Parasitarkapazitaten dieser Bauelemente eine bedeutende Rolle.If the changeover switches 62, 63 are now replaced by real components, the parasitic capacitances of these components play an important role.
Als Beispiel kann der linke Schaltzweig 72 der Schaltungsanordnung 70 gemäß Figur 2 betrachtet werden, m der der Um- Schalter 62 durch einen Transistor Tl (beispielsweise einen p-MOS-Transistor) und der Umschalter 63 durch einen Transistor T2 (beispielsweise einen n-MOS-Transistor ) ersetzt wurde. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, sind am Knoten N12 neben den beiden genannten Transistoren Tl und T2 und der zu bewer- tenden Kapazität 71 Parasitarkapazitaten Cpl und Cp2 eingezeichnet. Diese Parasitarkapazitaten setzen sich im wesentlichen aus den Kapazitäten der jeweiligen Draingebiete der Transistoren gegen Substrat beziehungsweise Wanne zusammen. Anstelle der Gleichung (1) ergibt sich für den Zweig 72 der Schaltungsanordnung 70As an example, the left-hand switching branch 72 of the circuit arrangement 70 according to FIG. 2 can be considered, that the changeover switch 62 by a transistor T1 (for example a p-MOS transistor) and the changeover switch 63 by a transistor T2 (for example an n-MOS) Transistor) was replaced. As can be seen from FIG. 2, in addition to the two transistors T1 and T2 mentioned and the capacitance to be evaluated, 71 parasitic capacitors Cpl and Cp2 are shown at node N12. These parasitic capacitances essentially consist of the capacities of the respective drain regions of the transistors against the substrate or the well. Instead of equation (1), the circuit arrangement 70 results for the branch 72
Kapazität 71 = [112 / (VDD x f) ] - (Cpl + Cp2 ) (2)Capacity 71 = [112 / (VDD x f)] - (Cpl + Cp2) (2)
Es wurde eine Simulation mit konkret dimensionierten Bauele- menten durchgeführt, die folgende Ergebnisse lieferte. DieA simulation with concrete dimensioned elements was carried out, which gave the following results. The
Simulation wurde auf der Basis eines 0.5μm CMOS-Prozesses mit Minimalabmessungen für beide Transistoren Tl und T2, das heißt mit einer Weite W=0.7μm und einer Lange L=0.5μm, und mit einer zu bewertenden Kapazität von lOfF durchgeführt. Für die aus dem Strom 112 ermittelte Gesamtkapazitat ergab sich em Meßwert zwischen 25 und 30 fF, das heißt eine makzepta- bei große Abweichung von über 100% vom Istwert der zu bewertenden Kapazität 71.Simulation was carried out on the basis of a 0.5μm CMOS process with minimum dimensions for both transistors T1 and T2, i.e. with a width W = 0.7μm and a length L = 0.5μm, and with a capacitance to be assessed of 10fF. For the total capacity determined from stream 112, the measured value was between 25 and 30 fF, i.e. a macceptable if there is a large deviation of more than 100% from the actual value of the capacity to be assessed 71.
Zur Losung dieses Problems ist im Stand der Technik, wie er auch m der Beschreibungsemleitung beschrieben wurde, eine Schaltungsanordnung entwickelt worden, wie sie m Figur 2 dargestellt ist. Dies Schaltungsanordnung 70 verfugt über zwei identische Schaltzweige 72, 74, die jeweils Transistoren Tl, T2 sowie T3 und T4 aufweisen. Die Transistoren weisen gleiche Abmessungen und gleiches Layout auf und erhalten jeweils paarweise gleiche Ansteuersignale Sl und S2. Die zu bewertende Kapazität 71 wird jedoch nur m dem einen Zweig 72 realisiert. Der Zweig 72 wird genutzt, um die Summe aus zu bewertender Kapazität 71 und Parasitarkapazitaten Cpl und Cp2 zu bestimmen, wahrend der andere Zweig 74 genutzt wird, um ausschließlich die Summe der Parasitarkapazitaten Cp3 und Cp4 zu charakterisieren. Analytisch ausformuliert ergibt sich für die mit den Strom-Meßgeraten 73 und 75 gemessenen Strome 112 und 134To solve this problem, a circuit arrangement as shown in FIG. 2 has been developed in the prior art, as was also described in the description. This circuit arrangement 70 has two identical switching branches 72, 74, which each have transistors T1, T2 and T3 and T4. The transistors have the same dimensions and the same layout and each receive the same drive signals S1 and S2. However, the capacitance 71 to be evaluated is only realized in one branch 72. The branch 72 is used to determine the sum of the capacitance 71 to be evaluated and the parasitic capacitances Cpl and Cp2, while the other branch 74 is used to exclusively characterize the sum of the parasitic capacitances Cp3 and Cp4. Formulated analytically results for the currents 112 and 134 measured with the current measuring devices 73 and 75
112 (Kapazität 71 + Cpl + Cp2) x VDD x f112 (capacity 71 + Cpl + Cp2) x VDD x f
sowiesuch as
134 = (Cp3 + Cp4) x VDD x f (4134 = (Cp3 + Cp4) x VDD x f (4th
Die Differenzbildung beider Gleichungen fuhrt zuThe difference between the two equations leads to
112-134 = (Kapazität 71 +Cpl+Cp2) - (Cp3+Cp4) x VDD x f (5;112-134 = (capacity 71 + Cpl + Cp2) - (Cp3 + Cp4) x VDD x f (5;
Unter der AnnahmeUnder the assumption
Cpl + Cp2 = Cp3 + Cp4 (6a)Cpl + Cp2 = Cp3 + Cp4 (6a)
beziehungsweiserespectively
(Cpl + Cp2) / (Cp3 + Cp4) = r = 1 (mit "r" für "ratio") (6b) laßt sich also aus der Messung beider Strome gemäß Gleichung (5) der exakte Wert der zu bewertenden Kapazität 71 bestimmen.(Cpl + Cp2) / (Cp3 + Cp4) = r = 1 (with "r" for "ratio") (6b) the exact value of the capacitance 71 to be evaluated can thus be determined from the measurement of both currents in accordance with equation (5).
Wie im Rahmen der Beschreibungsemleitung bereits dargelegt wurde, weisen auch Bauelemente mit gleicher Abmessung und Konfiguration wegen des Mismatch-Effekts jeweils Unterschiede m ihren elektrischen Parametern auf.As has already been explained in the context of the description, even components with the same dimensions and configuration have differences in their electrical parameters due to the mismatch effect.
Der Mismatch-Effekt der Transistoren Tl, T2, T3 und T4 der Schaltungsanordnung 70 gemäß Figur 2 fuhrt dazu, daß der Wert "r" m Gleichung (6b) für mehrfache (identische Realisierung) der Schaltungsanordnung 70 unterschiedliche Werte annimmt, die sich um 1 herum bewegen. Somit bestimmen die Mismatch-The mismatch effect of the transistors T1, T2, T3 and T4 of the circuit arrangement 70 according to FIG. 2 means that the value "r" in equation (6b) assumes different values for multiple (identical implementation) of the circuit arrangement 70, which values are around 1 move around. Thus, the mismatch
Eigenschaften der Transistoren m Figur 2 beziehungsweise die mit diesen Transistoren assoziierten Parasitarkapazitaten auf negative Weise die erreichbare Auflosung dieser Schaltungsanordnung zur Charakterisierung insbesondere von kleinen Kapa- Zitaten 71. Aus der Tatsache, daß Mismatch nicht vermieden werden kann, folgt, daß dieser Meßfehler eine inhärente und unvermeidbare Eigenschaft des bekannten Konzepts gemäß Figur 2 ist, bei dem m einem ersten Zweig 72 der Schaltungsanordnung 70 die Summe aus zu bewertender Kapazität 71 und den Pa- rasitarkapazitaten Cpl und Cp2 dieses Zweigs 72 und im anderen Zweig 74 nur die Parasitarkapazitaten Cp3 und Cp4 des zweiten Zweigs bestimmt werden.Properties of the transistors in FIG. 2 or the parasitic capacitances associated with these transistors, the achievable resolution of this circuit arrangement for characterizing, in particular, small capacitances 71 in a negative manner. It follows from the fact that mismatch cannot be avoided that this measurement error is an inherent and Unavoidable property of the known concept according to FIG. 2, in which in a first branch 72 of the circuit arrangement 70 the sum of the capacitance 71 to be evaluated and the parasitic capacitances Cpl and Cp2 of this branch 72 and in the other branch 74 only the parasitic capacitances Cp3 and Cp4 des second branch can be determined.
In den Figuren 3 bis 8 werden nun Ausfuhrungsbeispiele für Schaltungsanordnungen gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben, mit denen diese Mismatch-Effekte verhindert werden können, so daß eine fehlerfreie, hochgenaue Bewertung von Kapazitäten möglich wird.FIGS. 3 to 8 now describe exemplary embodiments of circuit arrangements according to the present invention with which these mismatch effects can be prevented, so that an error-free, highly accurate evaluation of capacities is possible.
In Figur 3 ist eine erste Ausfuhrungsform der erfmdungsgemaßen Schaltungsanordnung 10 zum Bewerten einer Kapazität 11 dargestellt. Diese Schaltungsanordnung 10 basiert auf dem Prinzip der Figur 1 dargestellten Schaltungsanordnung 60. Die Schaltungsanordnung 10 weist einen Meßzweig 20 auf, der über einen Knoten N12 mit einer Elektrode 12 der zu bewertenden Kapazität 11 verbunden ist. Dabei sind im Meßzweig 20 em oder mehrere, vorzugsweise zwei Parasitarkapazitaten Cpl und Cp2 vorhanden, die vorteilhaft mit entsprechenden Transistoren Tl und T2 assoziiert sind. Zur Messung eines Stroms 112 im Meßzweig 20 ist vorteilhaft em Meßinstrument, im vorliegenden Fall em Strom-Meßmstrument 21 vorgesehen.FIG. 3 shows a first embodiment of the circuit arrangement 10 according to the invention for evaluating a capacitance 11. This circuit arrangement 10 is based on the Principle of the circuit arrangement 60 shown in FIG. 1. The circuit arrangement 10 has a measuring branch 20 which is connected via a node N12 to an electrode 12 of the capacitance 11 to be evaluated. There are 20 em or more, preferably two parasitic capacitors Cpl and Cp2 in the measuring branch, which are advantageously associated with corresponding transistors T1 and T2. To measure a current 112 in the measuring branch 20, an measuring instrument is advantageously provided, in the present case an current measuring instrument 21.
Weiterhin weist die Schaltungsanordnung 10 einen zweiten Zweig 30 auf. Mit Hilfe des zweiten Zweigs 30 können zwei Betriebsmodi der Schaltungsanordnung 10 eingestellt werden, nämlich em Betriebsmodus A, wie er m Figur 3a dargestellt ist, und em Betriebsmodus B, wie er m Figur 3b dargestellt ist. Der zweite Zweig 30 ist über einen Knoten N34 mit der zweiten Elektrode 13 der zu bewertenden Kapazität 11 verbunden.Furthermore, the circuit arrangement 10 has a second branch 30. The second branch 30 can be used to set two operating modes of the circuit arrangement 10, namely an operating mode A, as shown in FIG. 3a, and an operating mode B, as shown in FIG. 3b. The second branch 30 is connected via a node N34 to the second electrode 13 of the capacitance 11 to be evaluated.
Über die Auswahl eines geeigneten Betriebsmodus kann innerhalb em und desselben Meßzweigs 20 entweder die Summe aus zu bewertender Kapazität 11 und den Parasitarkapazitaten Cpl und Cp2 oder aber nur die Summe der Parasitarkapazitaten bewertet werden. Da die Bewertung immer innerhalb des Meßzweigs 20 er- folgt, ergibt die Differenzbildung der Meßwerte aus den Messungen m den beiden Betriebsmodi A und B (nachfolgend Modus A und Modus B genannt) einen fehlerfreien Meßwert für die zu bewertende Kapazität 11.By selecting a suitable operating mode, either the sum of the capacitance 11 to be evaluated and the parasitic capacitances Cpl and Cp2 or only the sum of the parasitic capacitances can be evaluated within the same measuring branch 20. Since the evaluation always takes place within the measuring branch 20, the difference between the measured values from the measurements m in the two operating modes A and B (hereinafter referred to as mode A and mode B) results in an error-free measured value for the capacitance 11 to be evaluated.
In Figur 3 und allen weiteren Figuren 4 bis 8 wird die Messung jeweils im Meßzweig 20 (der linke Zweig der Schaltungsanordnungen) , bestehend aus einem oder mehreren, vorzugsweise zwei Transistoren Tl und T2 sowie dem Meßinstrument 21, vorgenommen. Ähnlich wie m Figur 2 wird m Figur 3 eine Elek- trode 12 der Kapazität 11 an den gemeinsamen Dramknoten N12 der Transistoren Tl und T2 angeschlossen. Die zweite Elektrode 13 der zu bewertenden Kapazität 11 wird jedoch nicht auf festes Potential, sondern an den Knoten N34 des zweiten Zweigs 30 angeschlossen, wobei der zweite Zweig 30, vorzugsweise bestehend aus den Transistoren T3 und T4, bis auf das Meßinstrument ebenso aufgebaut ist wie der Meßzweig 20. Al- lerdmgs ist eine genaue Übereinstimmung m den Kenngroßen der Transistoren beider Zweige nicht erforderlich.In FIG. 3 and all other FIGS. 4 to 8, the measurement is in each case carried out in the measuring branch 20 (the left branch of the circuit arrangements), consisting of one or more, preferably two, transistors T1 and T2 and the measuring instrument 21. Similar to FIG. 2, in FIG. 3 an electrode 12 of capacitance 11 is connected to the common dram node N12 of transistors T1 and T2. However, the second electrode 13 of the capacitance 11 to be evaluated is not opened fixed potential, but connected to the node N34 of the second branch 30, the second branch 30, preferably consisting of the transistors T3 and T4, except for the measuring instrument being constructed like the measuring branch 20. Alldmgs is an exact match Characteristics of the transistors of both branches are not required.
Mittels zweier Umschalter 31 und 32 können die Gates der Transistoren T3 und T4 so geschaltet werden, daß T3 das glei- ehe Signal wie Tl erhalt, im vorliegenden Fall also em Taktsignal Sl, und T4 das gleiche Signal wie T2 erhalt, im vorliegenden Fall em Taktsignal S2. In diesem Fall befindet sich die Schaltungsanordnung 10 im Modus A. Es ist jedoch auch möglich, daß über die Stellung der Umschalter 31, 32 die Gates von T3 und T4 auf VDD-Potential liegen, so daß sich T3 m geschlossenem und T4 m geöffnetem Zustand befindet. In diesem Fall befindet sich die Schaltungsanordnung 10 im Modus B.By means of two changeover switches 31 and 32, the gates of the transistors T3 and T4 can be switched so that T3 receives the same signal as T1, in the present case thus a clock signal S1, and T4 receives the same signal as T2, in the present case em Clock signal S2. In this case, the circuit arrangement 10 is in mode A. However, it is also possible for the gates of T3 and T4 to be at VDD potential via the position of the changeover switches 31, 32, so that T3 m is closed and T4 m is open located. In this case, the circuit arrangement 10 is in mode B.
Im Betriebsmodus A werden beide Elektroden 12, 13 der zu bewertenden Kapazität 11 gleichsinnig zwischen VDD- und GND- Potential hm- und hergeschaltet, so daß sich der Ladungszustand der Kapazität 11 nicht ändert. Kieme Unterschiede m den Knotenpotentialen N12 und N34 wahrend der Umladevorgange der Knoten N12 und N34 bedingt durch Mismatch der Transistoren Tl und T3 beziehungsweise T2 und T4 haben keine nachteiligen Auswirkungen. Wichtig ist lediglich, daß der Spannungsabfall über der Kapazität 11 zu dem Zeitpunkt, zu dem das Signal Sl auf L-Potential geht (siehe unterer Bereich von Figur 3b), also dem Beginn der "CLOSED"-Phase von Tl und T3, identisch ist mit dem Spannungsabfall über der Kapazität 11 zu dem Zeitpunkt, zu dem das Signal Sl wieder auf H-Potential geht, also bei der Beendigung der "CLOSED"-Phase von Tl und T3. Diese Rahmenbedingung fuhrt dazu, daß über das Meßmstru- ment 21, das den Strom 112 mißt, kein Nettostrom fließ, welcher zum Umladung der Kapazität 11 beitragt. Im Modus A ergibt sich als Meßergebnis für den StromIn operating mode A, both electrodes 12, 13 of the capacitance 11 to be evaluated are switched in the same direction between VDD and GND potential, so that the state of charge of the capacitance 11 does not change. Differences in the node potentials N12 and N34 during the recharging processes of the nodes N12 and N34 due to the mismatch of the transistors T1 and T3 or T2 and T4 have no disadvantageous effects. It is only important that the voltage drop across the capacitance 11 is identical at the point in time when the signal S1 goes to L potential (see lower area of FIG. 3b), that is to say the beginning of the "CLOSED" phase of T1 and T3 with the voltage drop across the capacitance 11 at the time at which the signal S1 goes back to H potential, that is to say when the "CLOSED" phase of T1 and T3 ends. This general condition means that no net current flows through the measuring element 21, which measures the current 112, which contributes to the recharging of the capacitance 11. In mode A, the result of the measurement is the current
112 (Modus A( = (Cpl + Cp2) x VDD x f (7)112 (mode A (= (Cpl + Cp2) x VDD x f (7)
wahrend sich m Modus B ergibtwhile mode B results
112 (Modus B) = (Kapazität 11 + Cpl + Cp2 ) x VDD x f (8)112 (mode B) = (capacity 11 + Cpl + Cp2) x VDD x f (8)
Wichtig dabei ist, daß m beiden Gleichungen (7) und (8) die gleichen Parasitargroßen stehen -anders als m den Gleichungen (3) und (4) gemäß dem Stand der Technik-, so daß die Subtraktion von Gleichung (8) und Gleichung (7) zu einem Mis- match-fehlerfreien Ergebnis für die Kapazität 11 f hrt:It is important that m two equations (7) and (8) have the same parasite sizes - different from m the equations (3) and (4) according to the prior art - so that the subtraction of equation (8) and equation (7) leads to a mismatch error-free result for the capacitance 11:
Kapazität 11 = (112 (Modus A) - 112 (Modus B) ) / (VDD x f) (9)Capacity 11 = (112 (mode A) - 112 (mode B)) / (VDD x f) (9)
In Figur 4 ist eine andere Ausfuhrungsform der erfmdungsgemaßen Schaltungsanordnung 10 dargestellt. Die Schaltungsanordnung 10 weist den Grundaufbau und die Grundfunktion wie diejenige aus Figur 3 auf. Allerdings sind die Umschalter 31,FIG. 4 shows another embodiment of the circuit arrangement 10 according to the invention. The circuit arrangement 10 has the basic structure and the basic function like that from FIG. 3. However, the switch 31
32 aus Figur 3 durch eine Anzahl von Transfergates T5, T6, T7, T8 sowie Pass-Transistoren T9 und T10 ersetzt worden. Die Kopplung der Gates von T3 und T4 an die Signale Sl und S2 m Modus A wird hierbei über die Transfergates T6 und T5 bezie- hungsweise T8 und T7 vorgenommen, die vorzugsweise als n- und p-MOS-Transistoren ausgebildet sind.. Dadurch wird sichergestellt, daß die Taktsignale Sl und S2 m voller Amplitude übertragen werden.32 from FIG. 3 has been replaced by a number of transfer gates T5, T6, T7, T8 and pass transistors T9 and T10. The coupling of the gates of T3 and T4 to the signals S1 and S2 in mode A is carried out here via the transfer gates T6 and T5 or T8 and T7, which are preferably designed as n- and p-MOS transistors ensures that the clock signals S1 and S2 m are transmitted in full amplitude.
Für die Kopplung der Gates T3 und T4 an VDD-Potential m Modus B reichen hingegen die Transistoren T9 und T10 alleme, die als p-MOS-Transistoren ausgebildet sein können.For the coupling of gates T3 and T4 to VDD potential in mode B, on the other hand, transistors T9 and T10 are sufficient, which can be designed as p-MOS transistors.
Die Auswahl des jeweiligen Betriebsmodus erfolgt über e Steuersignal SEL, das zusammen mit einem über einen InverterThe selection of the respective operating mode takes place via a control signal SEL, which together with one via an inverter
33 generiertes komplementäres Signal zum Signal SEL über Verbindungen 40 die Transfergates und Pass-Transistoren em- gekoppelt wird und den Zustand der Transfergates T5, T6 beziehungsweise T7, T8 und der Pass-Transistoren T9 und T10 steuert .33 generated signal complementary to the SEL signal via connections 40 the transfer gates and pass transistors em- is coupled and controls the state of the transfer gates T5, T6 or T7, T8 and the pass transistors T9 and T10.
Wie m der Schaltungsanordnung 10 gemäß Figur 5 dargestellt ist, kann die Wahl der jeweiligen Betriebsmodi A oder B gemäß der Grundschaltung nach Figur 3 auch dadurch erfolgen, daß die Umschalter 31 und 32 entfernt werden und daß anstelle von zwei Taktsignalen Sl und S2 vier Taktsignale beziehungsweise Steuersignale Sl bis S4 verwendet werden. Dabei wird jedes dieser Takt- beziehungsweise Steuersignale Sl bis S4 direkt an das Gate eines jeweiligen Transistors Tl bis T4 gefuhrt.As shown in the circuit arrangement 10 according to FIG. 5, the selection of the respective operating modes A or B according to the basic circuit according to FIG. 3 can also be made by removing the changeover switches 31 and 32 and by replacing two clock signals S1 and S2 with four clock signals or Control signals Sl to S4 are used. Each of these clock and control signals S1 to S4 is fed directly to the gate of a respective transistor T1 to T4.
In Modus A müssen die Signale S3 und S4 dann gleich den Si- gnalen Sl und S2 gewählt werden, das heißt Sl = S3 und S2 = S4. In Modus B werden die Signale S3 und S4 auf H-Potential gelegt .In mode A, the signals S3 and S4 must then be selected equal to the signals S1 and S2, that is to say S1 = S3 and S2 = S4. In mode B, the signals S3 and S4 are set to H potential.
In Figur 6 ist eine Schaltungsanordnung 10 dargestellt, in der die zu bestimmende Kapazität 11 m Modus A genau wie in Figur 3 keinen Beitrag zum Strom 112 liefert, wahrend sie m Modus B mit einer Gewichtung α, im vorliegenden Fall vorzugsweise einer Gewichtung α = 2, beaufschlagt wird. Die Funktionsweise m Modus A erfolgt analog zur entsprechenden Funktionsweise m Modus A bei den Figuren 3 bis 5, so daß diesbezüglich auf die vorstehenden Ausfuhrungen verwiesen wird. Der gemessene Strom 112 ergibt sich somit zuFIG. 6 shows a circuit arrangement 10 in which the capacitance 11 to be determined in mode A, like in FIG. 3, makes no contribution to current 112, while in mode B it has a weighting α, in the present case preferably a weighting α = 2 , is applied. The mode of operation m mode A is analogous to the corresponding mode of operation m mode A in FIGS. 3 to 5, so that reference is made to the above statements in this regard. The measured current 112 thus results in
112 (Modus A) = (Cpl + Cp2) x VDD x f (10)112 (mode A) = (Cpl + Cp2) x VDD x f (10)
In Modus B werden, wie aus Figur 6 ersichtlich ist, beide Elektroden 12, 13 der Kapazität 11 gegenphasig umgeladen. Wenn der im Meßzweig 20 befindliche Knoten N12 als Eingangsknoten bezeichnet wird, so wirkt die zu bewertende Kapazität 11 nun auf diesen Knoten N12 aufgrund des bekannten sogenannten Miller-Effekts gewichtet mit der Differenz der Spannungshube an beiden Elektroden 12, 13 der Kapazität 11 -vorzei- chenrichtig1 - normiert auf den Hub am Eingangsknoten N12. Da der Hub am Eingangsknoten N12 wahrend der Aufladephase des Knotens N12, das heißt wahrend der Phase, m der der Strom 112 durch das Meßinstrument 21 generiert wird, VDD betragt, der Hub am Knoten N34 jedoch gleich -VDD ist, erhalt man als GewichtungsfaktorIn mode B, as can be seen from FIG. 6, both electrodes 12, 13 of the capacitor 11 are recharged in opposite phases. If the node N12 located in the measuring branch 20 is referred to as the input node, the capacitance 11 to be evaluated now acts on this node N12, based on the known so-called Miller effect, weighted by the difference in the voltage swing on both electrodes 12, 13 of the capacitance 11. correct 1 - normalized to the stroke at the input node N12. Since the stroke at the input node N12 during the charging phase of the node N12, that is to say during the phase in which the current 112 is generated by the measuring instrument 21, is VDD, but the stroke at the node N34 is equal to -VDD, one obtains the weighting factor
α = (VDD - (-VDD) ) / VDD = 2 (11)α = (VDD - (-VDD)) / VDD = 2 (11)
Somit ergibt sich für den Strom m Modus BThis results in mode B for the current m
112 (Modus B) = (2 x Kapazität 11 + Cpl + Cp2 ) x VDD x f (12)112 (mode B) = (2 x capacity 11 + Cpl + Cp2) x VDD x f (12)
und als Endergebnis für die zu bewertende Kapazität 11and as a final result for the capacity to be assessed 11
Kapazität 11 = (112 (Modus B) -112 (Modus A) ) / (2 x VDD x f) (13)Capacity 11 = (112 (mode B) -112 (mode A)) / (2 x VDD x f) (13)
Da der Gewichtungsfaktor bekannt ist, kann die Kapazität 11 genau bewertet werden. Die Umschaltung der Takte beziehungs- weise Betriebsmodi kann durch ahnliche Maßnahmen erfolgen, wie sie beim Übergang der Schaltungsanordnung 10 m Figur 3 zu den Schaltungsanordnungen m Figur 4 und 5 beschrieben worden sind.Since the weighting factor is known, the capacitance 11 can be assessed precisely. The switching of the clocks or operating modes can be carried out by similar measures as described when the circuit arrangement 10 m FIG. 3 was changed to the circuit arrangements m FIGS. 4 and 5.
In Figur 7 ist eine andere Ausfuhrungsform einer erfmdungs- gemaßen Schaltungsanordnung 20 dargestellt. Hierbei wird innerhalb des Meßzweigs 20 m den beiden Betriebsmodi A und B jeweils die Summe der Parasitarkapazitaten und eines klar de- fmierbaren, gezielt veränderbaren Anteils der zu bewer- tenden Kapazität gemessen. Auch hier ergibt die Differenzbildung der Meßwerte aus den Messungen m beiden Betriebsmodi bei Kenntnis der Gewichtungsfaktoren α (Modus A) und α (Modus B) einen von den Eigenschaften der Parasitarkapazitaten unbeeinflußten Meßwert für die zu bewertende Kapazität.Another embodiment of a circuit arrangement 20 according to the invention is shown in FIG. In this case, within the measuring branch 20 m, the two operating modes A and B each measure the sum of the parasitic capacitances and a clearly definable, specifically changeable portion of the capacity to be evaluated. Here, too, the difference between the measured values from the measurements in both operating modes, when the weighting factors α (mode A) and α (mode B) are known, gives a measurement value for the capacitance to be evaluated which is unaffected by the properties of the parasitic capacitors.
Bei der Schaltungsanordnung 10 gemäß Figur 7 erfolgt die Diskriminierung von zu bewertender Kapazität 11 und den Parasi- tarkapazitaten Cpl und Cp2 dadurch, daß bei der Messung des Stroms 112 m den unterschiedlichen Betriebsmoden A und B die Kapazität 11 mit unterschiedlichen Wichtungen eingeht. Im Gegensatz zu den vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnungen erhalten die Transistoren Tl bis T4 m beiden Moden unveränderte Taktsignale. Die Schaltungsanordnung 10 weist zwei Spannungsquellen 34 35 auf, die über die Transistoren T3 und T4 mit dem Knoten N34 verbunden sind. Über die Spannungsquellen 34, 35 können veränderliche Spannungswerte eingestellt werden.In the circuit arrangement 10 according to FIG. 7, the capacitance 11 to be assessed and the parasitic Capacity capacitors Cpl and Cp2 in that when measuring the current 112 m, the different operating modes A and B receive the capacitance 11 with different weightings. In contrast to the circuit arrangements described above, the transistors T1 to T4 in both modes receive unchanged clock signals. The circuit arrangement 10 has two voltage sources 34 35, which are connected to the node N34 via the transistors T3 and T4. Variable voltage values can be set via the voltage sources 34, 35.
In Abhängigkeit der Wahl der Spannungen V3 und V4 ergibt sich für den MeßstromDepending on the choice of voltages V3 and V4, the measuring current results
112= [Kapazität 11 x (VDD- (V3-V ) ) + (Cp3+Cp4) x VDD] x f (14)112 = [capacity 11 x (VDD- (V3-V)) + (Cp3 + Cp4) x VDD] x f (14)
beziehungsweise unter Zuhilfenahme der Schreibweise mit dem Gewichtungsfaktor αor using the notation with the weighting factor α
112 = (α x Kapazität 11 + Cp3 + Cp4) x VDD x f (15)112 = (α x capacity 11 + Cp3 + Cp4) x VDD x f (15)
mitWith
α [VDD- (V3-V4) ] / VDD = 1 - (V3-V4) / VDD :iβ:α [VDD- (V3-V4)] / VDD = 1 - (V3-V4) / VDD: i β :
In den Betriebsmoden A und B werden verschiedene Wertepaare für die Spannungen V3 und V4 gewählt, so daß sich m Modus A und B verschiedene Gewichtungsfaktoren α gemäß Gleichung (16) ergeben. Die Subtraktion von Gleichung (15) für beide Moden ergibt schließlichIn the operating modes A and B, different value pairs are selected for the voltages V3 and V4, so that m modes A and B result in different weighting factors α according to equation (16). Subtracting equation (15) for both modes finally gives
Kapazität 11 = [112 (Modus A) - 112 (Modus B) / [ (α (Modus A) - α (Modus B) ) x VDD x f] (17)Capacity 11 = [112 (mode A) - 112 (mode B) / [(α (mode A) - α (mode B)) x VDD x f] (17)
Bei der Wahl der Spannungen V3 und V4 muß darauf geachtet werden, daß die Transistoren T3 und T4 die gewählten Spannun- gen auch jeweils m voller Hohe an den Knoten N34 durchschalten können.When selecting voltages V3 and V4, care must be taken that transistors T3 and T4 match the selected voltages. can also switch through at full height at node N34.
Nachfolgend werden nun einige exemplarische Beispiele für die Wahl dieser beiden Potentiale m den Moden A und B beschrieben:Some exemplary examples of the selection of these two potentials in modes A and B are described below:
Modus A: V3 = VDD; V4 = GND-Potential = 0; (=> α = 0) (18a) Modus B: V3 = V4 = VDD/2; (=> α = 1) (18b)Mode A: V3 = VDD; V4 = GND potential = 0; (=> α = 0) (18a) mode B: V3 = V4 = VDD / 2; (=> α = 1) (18b)
oderor
Modus A: V4 = GND-Potential = 0; V3 = 0.5xVDD; (=> α = 0.5)Mode A: V4 = GND potential = 0; V3 = 0.5xVDD; (=> α = 0.5)
(19a) Modus B: V4 = GND-Potential = 0; V3 = 0.75xVDD; (=> α=0.25)(19a) Mode B: V4 = GND potential = 0; V3 = 0.75xVDD; (=> α = 0.25)
(19b)(19b)
wobei die Erfindung nicht auf die genannten Beispiele beschrankt ist.the invention is not restricted to the examples mentioned.
Die Wahl V3 = GND-Potential = 0; V4 = VDD; (=> α = 2) ist hingegen nicht möglich, da der Transistor T4, der vorzugsweise als n-MOS-Transistor ausgebildet ist, nicht m der Lage ist, das VDD-Potential der Spannungsquelle 35 an Knoten N34 ohne Spannungsverlust weiterzugeben, wie auch der Transistor T3, der vorzugsweise als p-MOS-Transistor ausgebildet ist, nicht m der Lage ist, das GND-Potential der Spannungsquelle 34 an Knoten N34 ohne Spannungsverlust weiterzugeben.The choice V3 = GND potential = 0; V4 = VDD; (=> α = 2), on the other hand, is not possible since the transistor T4, which is preferably designed as an n-MOS transistor, is not able to pass on the VDD potential of the voltage source 35 to node N34 without voltage loss, either transistor T3, which is preferably designed as a p-MOS transistor, is not able to pass on the GND potential of voltage source 34 to node N34 without voltage loss.
In Figur 8 ist schließlich eine erweitere Modifikation der Schaltungsanordnung 10 gemäß Figur 7 dargestellt, um eine vollkommen freie Wahl der Potentiale V3 und V4 innerhalb des durch GND-Potential und VDD gegebenen Rahmens zu gestatten. Im rechten, zweiten Schaltzweig 30 der Schaltungsanordnung 10 wird die Verbindung von Knoten N34 zu den SpannungsquellenFinally, FIG. 8 shows a further modification of the circuit arrangement 10 according to FIG. 7 in order to allow a completely free choice of the potentials V3 and V4 within the framework given by GND potential and VDD. In the right, second switching branch 30 of the circuit arrangement 10, the connection from node N34 to the voltage sources
34, 35 jeweils über Transfergates T3 und Transistor 38 beziehungsweise T4 und Transistor 39 vorgenommen, die m jedem Fall in der Lage sind, vollen Pegel am Knoten N34 zu garantieren. Die für die -gegenüber Figur 7 neu eingeführten- Transistoren 38 und 39 erforderlichen Signale werden durch Inversion der Signale Sl und S2 über die Inverter 36 und 37 bereitgestellt . 34, 35 each made via transfer gates T3 and transistor 38 or T4 and transistor 39, which m each Case are able to guarantee full level at node N34. The signals required for the transistors 38 and 39 newly introduced compared to FIG. 7 are provided by inversion of the signals S1 and S2 via the inverters 36 and 37.

Claims

Patentansprüche claims
1. Schaltungsanordnung zum Bewerten von Kapazitäten (11), mit einem Meßzweig (20), der über einen Knoten (N12) mit einer Elektrode (12) der zu bewertenden Kapazität (11) verbunden ist, wobei im Meßzweig (20) em oder mehrere Parasitarkapazitaten (Cpl, Cp2) vorhanden sind, und mit einem zweiten Zweig (30) zum Einstellen verschiedener Betriebsmodi m der Schaltungsanordnung (10), der über einen Knoten (N34) mit der an- deren Elektrode (13) der zu bewertenden Kapazität (11) verbunden ist und der derart ausgebildet ist, daß innerhalb des Meßzweigs (20) entweder die Summe aus zu bewertender Kapazität (11) und Parasitarkapazitat (en) (Cpl, Cp2) oder aber nur die Parasitarkapazitat (en) (Cpl, Cp2) bewertet wird/werden oder bewertbar ist/sind.1. Circuit arrangement for evaluating capacitances (11), with a measuring branch (20) which is connected via a node (N12) to an electrode (12) of the capacitance (11) to be evaluated, wherein in the measuring branch (20) em or more Parasitic capacitances (Cpl, Cp2) are present, and with a second branch (30) for setting different operating modes m of the circuit arrangement (10), which is connected via a node (N34) to the other electrode (13) of the capacitance (11 ) is connected and is designed such that within the measuring branch (20) either the sum of the capacitance (11) to be assessed and the parasite capacity (s) (Cpl, Cp2) or only the parasite capacity (s) (Cpl, Cp2) is evaluated will / will be or can be evaluated.
2. Schaltungsanordnung zum Bewerten von Kapazitäten (11), mit einem Meßzweig (20), der über einen Knoten (N12) mit einer Elektrode (12) der zu bewertenden Kapazität (11) verbunden ist, wobei im Meßzweig (20) em oder mehrere Parasitarkapazitaten (Cpl, Cp2) vorhanden sind, und mit einem zweiten Zweig (30) zum Einstellen verschiedener Betriebsmodi m der Schaltungsanordnung (10), der über einen Knoten (N34) mit der anderen Elektrode (13) der zu bewertenden Kapazität (11) ver- bunden ist und der derart ausgebildet ist, daß innerhalb des Meßzweigs (20) jeweils die Summe der Parasitarkapazitat (en) (Cpl, Cp2) und einem definierten, gezielt veränderbaren Anteil (α) der zu bewertenden Kapazität (11) bewertet wird/werden oder bewertbar ist/sind.2. Circuit arrangement for evaluating capacitances (11), with a measuring branch (20) which is connected via a node (N12) to an electrode (12) of the capacitance (11) to be evaluated, wherein in the measuring branch (20) em or more Parasitic capacitances (Cpl, Cp2) are present, and with a second branch (30) for setting different operating modes m of the circuit arrangement (10), which ver (N34) with the other electrode (13) of the capacitance (11) to be evaluated - Bound and which is designed such that within the measuring branch (20) the sum of the parasitic capacity (s) (Cpl, Cp2) and a defined, specifically changeable portion (α) of the capacity (11) to be evaluated is / are evaluated or is / are assessable.
3 . Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Meßzweig (20) em oder mehrere, vorzugsweise zwei Schaltelemente (Tl, T2) aufweist, das/die mit dem Knoten (N12) verbunden ist/sind. 3rd Circuit arrangement according to Claim 1 or 2, characterized in that the measuring branch (20) has one or more, preferably two, switching elements (T1, T2) which are connected to the node (N12).
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im Meßzweig (20) em Meßinstrument (21), insbesondere em Strom-Meßinstrument, vorgesehen ist.4. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that in the measuring branch (20) em measuring instrument (21), in particular em current measuring instrument, is provided.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der zweite Zweig (30) em oder mehrere, vorzugsweise zwei, Schaltelemente (T3, T4) aufweist, das/die mit dem Knoten (N34) verbunden ist/sind.5. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the second branch (30) has em or more, preferably two, switching elements (T3, T4) which is / are connected to the node (N34).
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Ansteuereung der Schaltelemente (Tl, T2; T3, T4)6. Circuit arrangement according to one of claims 3 to 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that for driving the switching elements (Tl, T2; T3, T4)
Taktsignale, vorzugsweise zwei oder vier Taktsignale (Sl, S2, S3, S4) vorgesehen sind, die direkt und/oder indirekt m die Schaltelemente (Tl, T2 ; T3, T4) gefuhrt sind.Clock signals, preferably two or four clock signals (S1, S2, S3, S4) are provided, which are guided directly and / or indirectly in the switching elements (T1, T2; T3, T4).
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, soweit auf Anspruch 1 ruckbezogen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der zweite Zweig (30) einen oder mehrere, vorzugsweise zwei, Umschalter (31, 32) zum Umschalten der Schaltelemente (T3, T4) aufweist.7. Circuit arrangement according to claim 5 or 6, if jerk-related to claim 1, so that the second branch (30) has one or more, preferably two, switches (31, 32) for switching the switching elements (T3, T4).
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der oder die Umschalter (31, 32) aus jeweils einem oder mehreren Schaltelementen (T5 bis T10) gebildet ist/sind.8. Circuit arrangement according to claim 7, so that the switch or switches (31, 32) is / are each formed from one or more switching elements (T5 to T10).
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Einstellung des Betriebsmodus der Schaltungsanordnung (10) e Steuersignal (SEL) und em Inverter (33) zur Erzeugung eines zum Steuersignal (SEL) komplementären Signals vorgesehen ist, wobei das/die Signal (e) über Verbindungen (40) m die Schaltelemente (T5 bis T10) eingekoppelt wird/werden oder emkoppelbar ist/sind.9. Circuit arrangement according to claim 8, characterized in that for setting the operating mode of the circuit arrangement (10) e control signal (SEL) and em inverter (33) is provided for generating a signal complementary to the control signal (SEL), the signal (s) ) via connections (40) m the switching elements (T5 to T10) are / are or can be / are uncoupled.
10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, so- weit auf Anspruch 2 ruckbezogen, , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine oder mehrere, vorzugsweise zwei, Spannungsquellen (34, 35) im zweiten Zweig (30) vorgesehen ist/sind, die über das oder die Schaltelemente (T3, T4) mit dem Knoten (N34) verbunden ist/sind.10. Circuit arrangement according to one of claims 5 to 9, as far as jerk-related to claim 2, characterized in that one or more, preferably two, voltage sources (34, 35) is / are provided in the second branch (30), which via the or the switching elements (T3, T4) is / are connected to the node (N34).
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Spannungsquelle (n) (34, 35) zusatzlich über jeweils e Schaltelement (38, 39) und jeweils einen Inverter (36, 37) mit dem Knoten (N34) verbunden ist/sind.11. Circuit arrangement according to claim 10, so that the voltage source (s) (34, 35) is / are additionally connected to the node (N34) via each e switching element (38, 39) and one inverter (36, 37).
12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zumindest einzelne Schaltelemente (Tl bis T10, 38, 39) als Transistoren ausgebildet sind.12. Circuit arrangement according to one of claims 3 to 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that at least individual switching elements (Tl to T10, 38, 39) are designed as transistors.
13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Schaltelemente (T5 bis T8) als Transfergates und/oder die Schaltelemente (T9, T10) als Pass-Transistoren ausgebildet sind.13. Circuit arrangement according to claim 12, that the switching elements (T5 to T8) are designed as transfer gates and / or the switching elements (T9, T10) are designed as pass transistors.
14. Verfahren zum Bewerten von Kapazitäten unter Verwendung einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 sowie 3 bis 13, mit folgenden Schritten:14. A method for evaluating capacities using a circuit arrangement according to one of claims 1 and 3 to 13, with the following steps:
a) Messen eines ersten, m einen Strom umgesetzten Kapazi- tatswerts im Meßzweig der Schaltungsanordnung, wobei durch den zweiten Zweig der Schaltungsanordnung em erster Betriebsmodus (Modus A) der Schaltungsanordnung eingestellt wird, m dem nur die im Meßzweig befindlichen Parasitarkapazitaten bewertet werden;a) Measuring a first capacitance value converted into a current in the measuring branch of the circuit arrangement, the first operating mode (mode A) of the circuit arrangement being set by the second branch of the circuit arrangement will be evaluated only the parasitic capacitances in the measuring branch;
b) Messen eines zweiten in einen Strom umgesetzten Kapazi- tatswerts im gleichen Meßzweig der Schaltungsanordnung, wobei durch den zweiten Zweig der Schaltungsanordnung em zweiter Betriebsmodus (Modus B) der Schaltungsanordnung eingestellt wird, m dem die Summe aus zu bewertender Kapazität und der im Meßzweig befindlichen Parasitarkapazitaten bewertet wird; undb) measuring a second capacitance value converted into a current in the same measuring branch of the circuit arrangement, the second operating mode (mode B) of the circuit arrangement being set by the second branch of the circuit arrangement, the sum of the capacitance to be evaluated and that in the measuring branch Parasitic capacities is assessed; and
c) Bestimmen der zu bewertenden Kapazität durch Differenzbil- dung der m Schritt a) und b) gemessenen Werte.c) Determining the capacitance to be assessed by forming the difference between the values measured in steps a) and b).
15. Verfahren nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Einstellung der unterschiedlichen Betriebsmodi für die Schaltungsanordnung über einen oder mehrere Umschalter erfolgt, die jeweils e oder mehrere Schaltelemente im zwei- ten Zweig der Schaltungsanordnung umschalten.15. The method according to claim 14, so that the different operating modes for the circuit arrangement are set via one or more changeover switches, each of which switches one or more switching elements in the second branch of the circuit arrangement.
16. Verfahren nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Einstellung der unterschiedlichen Betriebsmodi für die Schaltungsanordnung über einen oder mehrere Umschalter erfolgt, die jeweils aus einem oder mehreren Schaltelementen gebildet sind, wobei die Einstellung des jeweiligen Betriebsmodus über em Steuersignal erfolgt, das zusammen mit einem über einen Inverter generierten komplementären Signal des Steuersignals den Zustand des oder der Schaltelemente steuert.16. The method according to claim 14, characterized in that the setting of the different operating modes for the circuit arrangement via one or more changeover switches, which are each formed from one or more switching elements, the setting of the respective operating mode via em control signal, which is carried out together with a controls the state of the switching element or elements via an inverter-generated complementary signal of the control signal.
17. Verfahren nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Einstellung der unterschiedlichen Betriebsmodi für die Schaltungsanordnung über eine Anzahl von Taktsignalen er- folgt, wobei jeweils em Taktsignal an jeweils em Schaltele¬ ment des Meßzweigs und des zweiten Zweigs gefuhrt wird.17. The method according to claim 14, characterized in that the setting of the different operating modes for the circuit arrangement over a number of clock signals. follows, with each clock signal at each em em scarf Tele ¬ ment of the measuring branch and the second branch is guided.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die gemäß Schritt b) im Betriebsmodus B bewerteten Kapa- zitatswerte mit einem Gewichtungsfaktor (α) beaufschlagt werden.18. The method according to any one of claims 14 to 17, so that the capacity values evaluated according to step b) in operating mode B are loaded with a weighting factor (α).
19. Verfahren zum Bewerten von Kapazitäten unter Verwendung einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 113, mit folgenden Schritten:19. A method for evaluating capacities using a circuit arrangement according to one of claims 2 to 113, comprising the following steps:
a) Messen eines ersten, m einen Strom umgesetzten Kapazi- tatswerts im Meßzweig der Schaltungsanordnung, wobei durch den zweiten Zweig der Schaltungsanordnung em erster Be- tπebsmodus (Modus A) der Schaltungsanordnung eingestellt wird, m dem die Summe aus den im Meßzweig befindlichen Parasitarkapazitaten und einem definierten, gezielt veränderbaren Anteil der zu bewertenden Kapazität gemessen wird;a) measuring a first capacitance value converted into a current in the measuring branch of the circuit arrangement, the first branch mode (mode A) of the circuit arrangement being set by the second branch of the circuit arrangement, m the sum of the parasitic capacitances in the measuring branch and a defined, specifically changeable proportion of the capacity to be assessed is measured;
b) Messen eines zweiten m einen Strom umgesetzten Kapazi- tatswerts im gleichen Meßzweig der Schaltungsanordnung, wobei durch den zweiten Zweig der Schaltungsanordnung em zweiter Betriebsmodus (Modus B) der Schaltungsanordnung eingestellt wird, m dem die Summe aus den im Meßzweig befindlichen Parasitarkapazitaten und einem definierten, gezielt veränderbaren Anteil der zu bewertenden Kapazität gemessen wird, wobei die Anteile der zu bewertenden Kapazität m den Schritten a) und b) unterschiedlich groß sind; undb) Measuring a second capacitance value converted into a current in the same measuring branch of the circuit arrangement, the second branch of the circuit arrangement em setting the second operating mode (mode B) of the circuit arrangement, the sum of the parasitic capacitances in the measuring branch and a defined one , a specifically variable proportion of the capacity to be assessed is measured, the proportions of the capacity to be assessed m in steps a) and b) being of different sizes; and
c) Bestimmen der zu bewertenden Kapazität durch Differenzbil- dung der m Schritt a) und b) gemessenen Werte.c) Determining the capacitance to be assessed by forming the difference between the values measured in steps a) and b).
20. Verfahren nach Anspruch 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die m Schritt a) und b) unterschiedlich großen, definierten Anteile der zu bewertenden Kapazität über eine oder mehrere, vorzugsweise zwei, veränderliche Spannungsquellen im zweiten Zweig der Schaltungsanordnung eingestellt werden. 20. The method according to claim 19, characterized in that the m steps a) and b) of different sizes, defined portions of the capacitance to be evaluated are set via one or more, preferably two, variable voltage sources in the second branch of the circuit arrangement.
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