DE10248982B4 - Device and method for monitoring the current consumption of a circuit arrangement - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung
(10) zur Überwachung
einer Stromaufnahme (Iq) einer zwischen ein erstes und ein zweites
Potential geschalteten Schaltungsanordnung (12), wobei die Schaltungsanordnung
(12) einen ersten und einen zweiten Spannungsversorgungsanschluss
(12a, 12c) aufweist, mit folgenden Merkmalen:
einer Kapazität (18),
die parallel zu der zu überwachenden Schaltungsanordnung
(12) geschaltet ist;
einem Schalter (16) zum Trennen der Parallelschaltung aus
zu überwachender
Schaltungsanordnung (12) und Kapazität (18) von dem ersten Potential,
wobei der Schalter (16) durch ein Schaltsignal (S1) mit einem ersten
und zweiten Schaltzustand steuerbar ist, wobei der Schalter (16)
bei dem ersten Schaltzustand geschlossen ist und bei dem zweiten
Schaltzustand offen ist; und
einer Einrichtung (20; 20, 28,
30) zum Überwachen
des Potentials auf der von dem ersten Potential getrennten Seite der
Parallelschaltung, wobei die Einrichtung zum Überwachen eine Vergleichseinrichtung
(20) zum Erfassen einer Spannungsdifferenz zwischen einer Spannung
(U'1) an dem ersten Spannungsversorgungsanschluss
(12a) und einer Referenzspannung während des zweiten...Device (10) for monitoring a current consumption (Iq) of a circuit arrangement (12) connected between a first and a second potential, wherein the circuit arrangement (12) has a first and a second voltage supply connection (12a, 12c), having the following features:
a capacitor (18) connected in parallel with the circuit (12) to be monitored;
a switch (16) for disconnecting the parallel circuit of circuit (12) to be monitored and capacitance (18) from the first potential, the switch (16) being controllable by a switching signal (S1) having a first and second switching state, the switch (16) is closed at the first switching state and is open at the second switching state; and
means (20; 20, 28, 30) for monitoring the potential on the side of the parallel circuit separate from the first potential, the means for monitoring comprising a comparator (20) for detecting a voltage difference between a voltage (U ' 1 ) at the first power supply terminal (12a) and a reference voltage during the second ...
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schaltungstests zur Untersuchung und Überprüfung der Funktionalität von elektronischen Schaltungen, und insbesondere auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung der Stromaufnahme einer elektronischen Schaltungsanordnung, um einen möglichen Fehler der elektronischen Schaltungsanordnung festzustellen.The The present invention relates to circuit tests for examination and review of functionality of electronic circuits, and more particularly to a device and a method of monitoring the current consumption of an electronic circuit to a possible Determine errors of the electronic circuitry.
Eine immer bedeutender werdende Klasse integrierter Schaltkreise (ICs; IC = integrated circuit) wird als sogenannte „Mixed-Signal-Schaltkreise" (Mischsignal-Schaltkreise) bezeichnet. Darunter versteht man integrierte Schaltkreise, die sich sowohl aus analogen als auch digitalen Schaltkreisen zur Verarbeitung von analogen und/oder digitalen Signalen zusammensetzen.A increasingly important class of integrated circuits (ICs; IC = integrated circuit) is called "mixed signal circuits" (mixed signal circuits) designated. By this one understands integrated circuits, which itself from both analog and digital circuits for processing composed of analog and / or digital signals.
Unter einem digitalen Schaltkreis versteht im allgemeinen dabei eine Schaltung, die digitale Signale verarbeitet, wobei digitale Signale wiederum dadurch gekennzeichnet sind, dass diese nur bestimmte diskrete Werte annehmen können. Dabei ist insbesondere die sog. „binäre Logik" weit verbreitet, die mit zwei logischen Zuständen bzw. Pegeln, d. h. mit einem sog. logisch hohen („HIGH") und einem sog. logisch niedrigen („LOW") Pegel, aus kommt.Under a digital circuit generally understands a circuit, the digital signals are processed, with digital signals in turn characterized in that they only certain discrete values can accept. In particular, the so-called. "Binary logic" is widespread, with two logical states or levels, d. H. with a so-called. Logically high ("HIGH") and a so-called. logic low ("LOW") level, comes from.
Die große Mehrzahl von digitalen Schaltkreisen wird in heutzutage weit verbreiteten CMOS-Logikschaltungen (CMOS = complementary metal oxide semiconductor = komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter) realisiert, da sich CMOS-Strukturen besonders gut miniaturisieren lassen, und sich somit äußerst komplexe Systeme auf einer äußerst kleinen Chipfläche unterbringen lassen. Bei der CMOS-Logik werden die beiden logischen Zustände „HIGH" und „LOW" beispielsweise durch entspre chende Spannungswerte VCC und VSS dargestellt, wobei der Spannungswert VCC beispielsweise einem Versorgungsspannungswert von 5 V und der Spannungswert VSS beispielsweise einem Bezugsspannungswert von 0 V (Massepotential) entspricht.The vast majority of digital circuits are being implemented in CMOS (complementary metal oxide semiconductor) (CMOS) logic circuits today, since CMOS structures are particularly easy to miniaturize, and thus extremely complex systems are extremely versatile accommodate small chip area. In the case of the CMOS logic, the two logic states "HIGH" and "LOW" are represented, for example, by corresponding voltage values V CC and V SS , the voltage value V CC being, for example, a supply voltage value of 5 V and the voltage value V SS a reference voltage value of 0, for example V (ground potential) corresponds.
Eine spezifische Eigenschaft von CMOS-Logikschaltungen besteht darin, dass diese im statischen Fall keine nennenswerte Leistung verbrauchen, da CMOS-Logikschaltungen keine nennenswerte Stromaufnahme im statischen Zustand zeigen, wenn sich die Taktsignale nicht ändern, also wenn alle Signale und Taktsignale „eingefroren" sind. Dies ist der Fall, da in einer Transistorkette zwischen der Versorgungsspannung VCC und Massepotential VSS in jedem statischen, logischen Zustand mindestens ein CMOS-Transistor der Kette sperrt.A specific feature of CMOS logic circuits is that they do not consume any appreciable power in the static case, since CMOS logic circuits show no significant power consumption in the static state when the clock signals do not change, ie when all signals and clock signals are "frozen". This is the case since in a transistor chain between the supply voltage V CC and ground potential V SS in each static, logic state, at least one CMOS transistor of the chain blocks.
Aufgrund unvermeidlicher Leckströme tritt in der Realität jedoch eine kleine statische Stromaufnahme von CMOS-Schaltungen auf. Leckströme entstehen dabei aufgrund von Strömen, die über pn-Halbleiterübergänge fließen, obwohl am p-Typ-Halbleitergebiet ein niedrigeres Potential als am n-Typ-Halbleitergebiet anliegt, und ebenso aufgrund unvermeidlicher Subthreshold-Ströme, d. h. Ströme, die über die Kanäle von MOS-Transistoren fließen, obwohl deren Gate-Source-Spannungen betragsmäßig unterhalb der Schwellenspannung (sub-threshold) liegen.by virtue of unavoidable leakage currents occurs in reality but a small static current consumption of CMOS circuits on. leakage currents arise due to currents, which flow across pn-semiconductor junctions, though a lower potential at the p-type semiconductor region than at the n-type semiconductor region and also due to unavoidable subthreshold currents, i. H. Streams over the channels of MOS transistors, though whose gate-source voltages are below the threshold voltage (sub-threshold) lie.
Im dynamischen Fall, d. h. im normalen Betriebszustand von CMOS-Schaltungen, wenn sich die Signale zeitlich ändern, müssen unvermeidliche Streukapazitäten von Leitungen gegen das Substrat von einem niedrigen logischen Pegel „LOW" auf einen hohen logischen Pegel „HIGH" und umgekehrt von „HIGH" nach „LOW" umgeladen werden, so dass kurzzeitig relativ große Stromimpulse pro Schaltvorgang der digitalen CMOS-Schaltungen fließen.in the dynamic case, d. H. in the normal operating state of CMOS circuits, if the signals change over time, have to unavoidable stray capacities of lines against the substrate from a low logic level "LOW" to a high level logical level "HIGH" and conversely from "HIGH" to "LOW", so that for a short time relatively large Current pulses per switching operation of the digital CMOS circuits flow.
Typische digitale Schaltkreise, die in CMOS-Technik ausgeführt sind, sind beispielsweise Logikgatter wie AND-, Inver tierer-, NAND-, NOR-, OR-, XOR-Gatter, und mit diesen digitalen Schaltkreisen aufgebaute Bausteine wie beispielsweise Multiplexer, Decodierer, sowie auch Flip-Flop-Elemente, Zähler.typical digital circuits implemented in CMOS technology For example, logic gates such as AND, invertor, NAND, NOR, OR, XOR gates, and devices built with these digital circuits such as multiplexers, decoders, as well as flip-flop elements, Counter.
Im Gegensatz dazu verarbeiten analoge Schaltkreise analoge Signale, die nicht quantisiert und somit reell-wertig sind. Typische analoge Schaltungen sind dabei beispielsweise u. a. Operationsverstärker, Spannungsversorgungen, Stromquellen und Analogmultiplizierer.in the In contrast, analogue circuits process analogue signals, which are not quantized and thus real-valued. Typical analog Circuits are, for example u. a. Operational amplifiers, power supplies, Power sources and analog multipliers.
Typische Mixed-Signal-Schaltkreise sind nun insbesondere solche Schaltkreise, die eine Umwandlung eines analogen Signals in ein digitales Signal sowie umgekehrt eine Umwandlung eines digitalen Signals in ein analoges Signal bewerkstelligen. Solche Schaltkreise werden dementsprechend als Analog-Digital-Wandler (ADC = analog digital converter) oder entsprechend als Digital-Analog-Wandler (DAC) bezeichnet.typical Mixed signal circuits are now especially such circuits, the one conversion of an analog signal into a digital signal as well conversely, a conversion of a digital signal into an analogue one Accomplish signal. Such circuits will be accordingly as analog-to-digital converter (ADC = analog digital converter) or accordingly as a digital-to-analog converter (DAC).
Darüber hinaus sind viele ASIC-Anordnungen (ASIC = Application Specific IC = anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis) diesem Schaltungstyp zuzuordnen. Oftmals wird dabei ein analoges Eingangssignal digitalisiert, digital weiterverarbeitet, z. B. durch eine digitale Filterung, und dann einem Mikroprozessorsystem zugeführt. Gelegentlich wird auch ein analoges Eingangssignal nur zur weiteren Bearbeitung digitalisiert, um anschließend wieder in ein analoges Ausgangssignal umgewandelt zu werden. Zahlreiche Sensor-ASIC-Anordnungen, die beispielsweise für eine Magnetfeld-, Druck- bzw. Temperaturerfassung verwendet werden, und die dazu im Industrie- oder Automobilbereich eingesetzt werden, können dem Bereich von „Mixed-Signal-Schaltkreisen" zugeordnet werden.In addition, many ASIC (Application Specific IC) devices are associated with this type of circuit. Often, while an analog input signal is digitized, digitally processed, z. B. by a digital filtering, and then fed to a microprocessor system. Occasionally, an analog input signal is also digitized for further processing only to be subsequently converted back to an analog output signal. Numerous sensor ASIC arrangements, for example, for a magnetic field, pressure or Temperature sensing used in industrial or automotive applications may be assigned to the range of "mixed signal circuits".
Bei rein digitalen Schaltsystemen und insbesondere bei digitalen Schaltungssystemen mit höchster Integrationsdichte (VLSI; VLSI = very large scale integration) hat sich seit ge raumer Zeit ein Testverfahren eingebürgert, das als IDDq-Testverfahren bezeichnet wird, wobei die Abkürzung für den englischen Begriff „direct drain quiescent current" steht.In purely digital switching systems, and in particular in very large scale integration (VLSI) digital circuits, a test procedure has been known for some time, referred to as the I DDq test method, the abbreviation for the English term "direct drain quiescent current ".
Das IDDq-Testverfahren ist in den letzten Jahren insbesondere dazu eingesetzt worden, um die Qualität von CMOS-Chip verbessern zu können. In der CMOS-Technologie können bestimmte Fehler in der Schaltungsanordnung vorhanden sein, deren Anwesenheit jedoch nicht die Funktionalität der zu untersuchenden Schaltung ändert. Ein Großteil dieser Fehler kann jedoch durch einen Stromtest, den sog. IDDq-Test, entdeckt werden. Bei einem derartigen Stromtest wird der Leckstrom der Spannungsversorgung in einem CMOS-Schaltkreis gemessen, um zu bestimmen, ob ein übermäßiger Querstrom fließt, der auf einen Fehler in dem CMOS-Schaltkreis hindeutet.The I DDq test method has been used in recent years particularly to improve the quality of CMOS chip. Certain errors in the circuitry may exist in CMOS technology, but their presence does not alter the functionality of the circuit under test. However, a large part of these errors can be detected by a current test, the so-called I DDq test. In such a current test, the leakage current of the power supply is measured in a CMOS circuit to determine if excessive cross-current is flowing, indicating a fault in the CMOS circuit.
Es treten jedoch bestimmte Schwierigkeiten bei der Verwendung des IDDq-Testverfahrens auf, da eine IDDq-Stromschwelle bestimmt werden muss, um eine fehlerfreie von einer fehlerhaften Schaltungsanordnung zu unterscheiden, wobei sichergestellt werden muss, dass der IDDq-Strom einer fehlerfreien Schaltung ausreichend niedrig ist, um diesen von einem IDDq-Strom einer fehlerhaften Schaltung unterscheiden zu können.However, there are certain difficulties in using the I DDq test method because an I DDq current threshold must be determined to distinguish a faultless from a faulty circuit, and it must be ensured that the I DDq current is sufficient for a faultless circuit is low to distinguish it from an I DDq current of a faulty circuit.
Die IDDq-Stromschwelle, d. h. der Grenzwert eines Querstroms, für einen IDDq-Testvorgang wird häufig experimentell bestimmt, indem die IDDq-Stromwerte einer großen Anzahl fehlerfreier und einer großen Anzahl fehlerhafter Schaltkreise gemessen wird, woraufhin ein geeigneter IDDq-Schwellenstrom ausgewählt wird, der so viele fehlerhafte Schaltkreise als möglich erfassen würde, ohne (zu viele) fehlerfreie Schaltkreise zu betreffen.The I DDq current threshold, ie, the cross current limit, for an I DDq test operation is often determined experimentally by measuring the I DDq current values of a large number of faultless and a large number of faulty circuits, whereupon a suitable I DDq threshold current is selected which would detect as many faulty circuits as possible without affecting (too many) healthy circuits.
Bei einem IDDq-Testverfahren wird der zu untersuchende Schaltkreis im statischen Zustand betrieben, wobei seine Stromaufnahme gemessen wird. Ist nun die Stromaufnahme des zu untersuchenden Schaltkreises in dem statischen Zustand zu hoch, z. B. größer als ein Grenzwert von 0,05 mA, so deutet dies auf einen Defekt eines Bauteils, z. B. eines Transistors hin, der eigentlich sperren sollte, jedoch aufgrund eines Prozessfehlers trotzdem leitet. Mit diesem IDDq-Testverfahren kann bei einem Wafertest bereits ein großer Teil fehlprozessierter integrierter Schaltkreise detektiert und aussortiert werden.In an I DDq test method, the circuit under test is operated in the static state, with its current consumption being measured. Now is the current consumption of the circuit under test in the static state too high, z. B. greater than a limit of 0.05 mA, this indicates a defect of a component, for. B. a transistor out, which should actually lock, but still passes due to a process error. With this I DDq test method, a large number of faulty integrated circuits can already be detected and rejected during a wafer test.
Bei den sogenannten Mixed-Signal-Systemen ist ein IDDq-Testverfahren bisher nicht anwendbar gewesen, da selbst bei einem fehlerfrei funktionierenden digitalen CMOS-Schaltungsteil der analoge Schaltungsteil häufig eine beträchtliche Stromaufnahme von zumeist mehreren Milli-Ampere aufweist. Daher lässt sich ein eventuell vorliegender kleiner Leckstrom des digitalen Schaltungsteils nicht von diesem großen Versorgungsstrom des analogen Schaltungsteils unterscheiden, so dass ein möglicher Prozessfehler des digitalen Schaltungsteils unentdeckt bleiben wird.In the so-called mixed-signal systems, an I DDq test method has hitherto not been applicable, since even with a faultlessly functioning digital CMOS circuit part of the analog circuit part often has a considerable power consumption of mostly several milli-ampere. Therefore, a possibly present small leakage current of the digital circuit part can not be distinguished from this large supply current of the analog circuit part, so that a possible process error of the digital circuit part will remain undetected.
Da der analoge Schaltungsteil beispielsweise zahlreiche Spannungsversorgungen beinhaltet, die auch dafür vorgesehen sind, den digitalen Schaltungsteil mit Spannung zu versorgen, ist es ferner in den meisten Fällen nicht möglich, den analogen Schaltungsteil für das IDDq-Testverfahren einfach auszuschalten. Dies gilt insbesondere für solche integrierten Schaltkreise, die beispielsweise im Automobilbereich eingesetzt werden sollen, da es dort erforderlich ist, dass aufgrund der hohen Anforderungen an die EMV-Festigkeit (EMV = elektromagnetische Verträglichkeit) sowie an die Überspannungs- und Verpolfestigkeit die Versorgungsspannung des digitalen Schaltungsteil von umfangreichen analogen Schaltungsblöcken stabilisiert und geregelt werden muss.Further, since the analog circuit part includes numerous power supplies which are also provided to power the digital circuit part, in most cases, it is not possible to easily turn off the analog circuit part for the I DDq test method. This is especially true for such integrated circuits, which are to be used for example in the automotive sector, since it is there that due to the high demands on the EMC strength (EMC = electromagnetic compatibility) and the overvoltage and Verpolfestigkeit the supply voltage of the digital circuit part must be stabilized and regulated by extensive analog circuit blocks.
Für Wafertestzwecke wird daher im allgemeinen eine zusätzliche Testanschlussfläche (Testpad) angebracht, so dass man den analogen Schaltungsteil ausschalten und von dem digitalen Schaltungsteil vollkommen trennen kann, wobei die digitale Versorgungsspannung über die Testanschlussfläche angelegt wird. Der zu erfassende IDDq-Strom wird dann ebenfalls über diese Testanschlussfläche erfasst.For wafer test purposes, therefore, an additional test pad (test pad) is generally attached so that one can turn off and completely disconnect the analog circuit portion from the digital circuit portion, with the digital supply voltage applied across the test pad. The I DDq current to be detected is then also detected via this test pad.
Ein Nachteil dieser Vorgehensweise besteht jedoch darin, dass sie nur beim Wafertest anwendbar ist, da die Testanschlussfläche nicht gebondet wird und somit nach dem Unterbringen des integrierten Schaltkreises in einem Gehäuse nicht mehr zur Verfügung steht. Daher kann man insbesondere im Betrieb des integrierten Schaltkreises keinen IDDq-Test mehr durchführen. Darüber hinaus ist die Empfindlichkeit der bisher im Stand der Technik verwendeten IDDq-Testsysteme begrenzt, da herkömmliche IDDq-Testsysteme nur auf verhältnismäßig hohe IDDq-Querströme ansprechen.A disadvantage of this approach, however, is that it is only applicable to the wafer test, since the test pad is not bonded and thus is no longer available after housing the integrated circuit in a housing. Therefore, it is impossible to perform an I DDq test, in particular during operation of the integrated circuit. Moreover, the sensitivity of the I DDq test systems previously used in the prior art is limited because conventional I DDq test systems respond only to relatively high I DDq cross currents.
Die Patentschrift (US-5,694,063) betrifft eine Schaltung zur Überwachung des Ruhestroms eines zu untersuchenden Bauelements. Dazu wird zunächst ein Referenzstrom IREF in einen ersten Knoten eingespeist, wobei die Leistungsversorgungseinrichtung von dem ersten Knoten mittels eines Schalters entkoppelt wird. Der erste Versorgungsanschluß des zu untersuchenden Bauelements ist mit dem ersten Knoten verbunden, wobei der zweite Versorgungsanschluß mit Massepotential verbunden ist. Nachdem die Leistungsversorgungseinrichtung von dem ersten Knoten entkoppelt wurde, wird nun die Spannung an dem ersten Knoten zu einem ersten Zeitpunkt bestimmt. Die Spannung an dem ersten Knoten wird daraufhin zu einem späteren Zeitpunkt ein zweites Mal bestimmt. Falls sich die Spannung an dem ersten Knoten zwischen dem ersten und zweiten Zeitpunkt erhöht hat, ist dies eine Anzeige dafür, daß der Leistungsversorgungsruhestrom IDDQ des zu untersuchenden Bauelements niedriger als der Referenzstrom ist. Falls sich die Spannung an dem Knoten zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt verringert, ist dies eine Anzeige dafür, daß der Leistungsversorgungsruhestrom des zu untersuchenden Bauelements größer als der Referenzstrom ist, und somit ein zu hoher Leistungsversorgungsruhestrom vorliegt. Die Spannung an dem ersten Knoten 215 wird mittels eines Komparators ausgewertet, wobei das Ergebnis des Komparators an eine Testeinrichtung weitergegeben wird, um zu beurteilen, ob das zu untersuchende Bauelement den IDDQ-Test bestanden oder nicht bestanden hat.The patent (US-5,694,063) relates to a circuit for monitoring the quiescent current of a device under test. For this purpose, a reference current I REF is first fed into a first node, wherein the power supply device is decoupled from the first node by means of a switch. The first supply terminal of the device under test is connected to the first Node connected, wherein the second supply terminal is connected to ground potential. After the power supply device has been decoupled from the first node, the voltage at the first node is now determined at a first time. The voltage at the first node is then determined a second time at a later time. If the voltage at the first node has increased between the first and second times, this is an indication that the power supply bias current I DDQ of the device under test is lower than the reference current. If the voltage at the node decreases between the first time and the second time, this is an indication that the power supply quiescent current of the device under test is greater than the reference current, and thus there is too much power supply quiescent current. The voltage at the first node 215 is evaluated by means of a comparator, the result of the comparator being passed to a tester to judge whether the device under test passed or failed the I DDQ test.
Die
Patentschrift (
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes, allgemein einsetzbares Konzept zur Überwachung der Stromaufnahme einer Schaltungsanordnung zu schaffen, um unabhängig von der Art der Schaltungsanordnung während des Betriebs derselben stetig eine genaue Erfassung und Bewertung der Stromaufnahme durchführen zu können.outgoing from this prior art, the object of the present Invention therein, an improved, generally applicable concept for monitoring to provide the current consumption of a circuit arrangement, regardless of the type of circuitry during its operation steadily carry out an accurate recording and assessment of the current consumption can.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Überwachung einer Stromaufnahme einer Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 1 oder 3 und durch ein Verfahren zur Überwachung einer Stromaufnahme einer Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 23 oder 25 gelöst.These The object is achieved by a device for monitoring a current consumption a circuit arrangement according to claim 1 or 3 and by a method for monitoring a current consumption a circuit arrangement according to claim 23 or 25 solved.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung einer Stromaufnahme einer zwischen ein erstes und ein zweites Potential geschalteten Schaltungsanordnung umfasst eine Kapazität, die parallel zu der zu überwachenden Schaltungsanordnung geschaltet ist, einen Schalter zum Trennen der Parallelschaltung aus zu überwachender Schaltungsanordnung und Kapazität von dem ersten oder zweiten Potential, und eine Einrichtung zum Überwachen des Potentials auf der von dem ersten oder zweiten Potential getrennten Seite der Parallelschaltung.The inventive device for monitoring a current consumption of a between a first and a second potential switched circuitry includes a capacitor that is parallel to the one to be monitored Circuit arrangement is connected, a switch for disconnecting the Parallel connection from to be monitored Circuitry and capacity from the first or second potential, and means for monitoring of the potential at the one separated from the first or second potential Side of parallel connection.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Überwachen einer Stromaufnahme einer zwischen ein erstes und ein zweites Potential geschalteten Schaltungsanordnung umfasst die Schritte des Bereitstellens einer Kapazität, die parallel zu der zu überwachenden Schaltungsanordnung geschaltet ist, des Trennens der Parallelschaltung aus zu überwachender Schaltungsanordnung und Kapazität von dem ersten oder zweiten Potential, und des Überwachens des Potentials auf der von dem ersten oder zweiten Potential getrennten Seite der Parallelschaltung.The inventive method to monitor a current consumption of a between a first and a second potential switched circuitry comprises the steps of providing a capacity parallel to the one to be monitored Circuit arrangement is connected, the separation of the parallel circuit to be monitored Circuitry and capacity from the first or second potential, and monitoring the potential the side of the parallel circuit separate from the first or second potential.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, die Stromaufnahme einer elektronischen Schaltungsanordnung, z. B. eines digitalen Schaltungsteils, zu überwachen, indem die Schaltungsanordnung entweder an deren positiven oder negativen Versorgungsspannungsanschluss vorzugsweise während eines statischen Zustands derselben mittels eines Schalters von der positiven bzw. negativen Versorgungsspannung getrennt wird, wobei die momentane Versorgungs- bzw. Betriebsspannung der Schaltungsanordnung an einer Kapazität gespeichert wird, die parallel zu der zu überwachenden Schaltungsanordnung angeordnet ist, und wobei gleichzeitig der sich möglicherweise ändernde Spannungsverlauf über der Kapazität überwacht wird, der auf einen möglichen Fehlerstrom der Schaltungsanordnung hinweist.Of the The present invention is based on the knowledge, the power consumption an electronic circuit arrangement, for. B. a digital circuit part, to monitor by the circuitry either at its positive or negative Supply voltage connection preferably during a static state the same by means of a switch of the positive and negative Supply voltage is disconnected, the instantaneous supply or operating voltage of the circuit arrangement stored on a capacitor which is parallel to the monitored Circuit arrangement is arranged, and wherein at the same time possibly changing Voltage over monitors the capacity which is on a possible Indicates fault current of the circuit arrangement.
Bei einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Stromaufnahme einer elektronischen Schaltungsanordnung überwacht, indem die zu überwachende Schaltungsanordnung mittels des Schalters von der Versorgungsspannung getrennt wird, um die momentan anliegende Versorgungsspannung der Schaltungsanordnung über einer parallel zu der Schaltungsanordnung angeordneten Kapazität zu speichern und gleichzeitig den sich möglicherweise ändernden Spannungsverlauf über der Kapazität zu überwachen.at a first preferred embodiment the present invention, the current consumption of an electronic Monitored circuit arrangement, by the ones to be monitored Circuit arrangement by means of the switch from the supply voltage is disconnected to the currently applied supply voltage of the Circuit arrangement over to store a capacitor arranged parallel to the circuit arrangement and at the same time the possibly changing voltage curve over the capacity to monitor.
Während des normalen Betriebszustands der Schaltungsanordnung ist der Schalter zunächst geschlossen, woraufhin der Schal ter, der zum Unterbrechen bzw. Verbinden der Versorgungsspannung zu der Schaltungsanordnung vorgesehen ist, während des Testintervalls geöffnet wird, um die Schaltungsanordnung von der Versorgungsspannungsquelle zu trennen und den Testzustand der Schaltungsanordnung herzustellen, so daß die Schaltungsanordnung lediglich von der auf der Kapazität gespeicherten Ladung versorgt wird.During the normal operating state of the circuit is the switch initially closed, whereupon the scarf ter who to interrupt or connect the Supply voltage to the circuit arrangement is provided during the Test interval open is to the circuitry of the supply voltage source to disconnect and to establish the test state of the circuit arrangement, So that the Circuit arrangement only of the stored on the capacity Charge is supplied.
Dabei ist zu beachten, dass die Überwachung der Stromaufnahme der Schaltungsanordnung in einem sog. statischen Zustand derselben durchgeführt werden sollte. Das heißt, wenn es sich um einen digitalen Schaltungsteil handelt, sollte die Stromüberwachung erst zwischen zwei aufeinanderfolgenden Taktflanken des Taktsignals ausgeführt werden, wenn die durch die Taktflanken verursachten Stromspitzen ausreichend abgeklungen sind, d. h. der digitale Schaltungsteil sich nach der jeweiligen Taktflanke im statischen Zustand befindet.there It should be noted that the monitoring the current consumption of the circuit in a so-called. Static Condition of the same performed should be. This means, if it is a digital circuit part, the current monitoring should only between two consecutive clock edges of the clock signal be executed if the current peaks caused by the clock edges sufficient have subsided, d. H. the digital circuit part after the respective clock edge is in the static state.
Die Spannung über der Kapazität bleibt jedoch während des Testintervalls nur dann auf einem im wesentlichen konstanten Wert, wenn die Kapazität im wesentlichen nicht entladen wird. Genauer gesagt, im statischen Zustand sollte die Stromaufnahme der Schaltungsanordnung im fehlerfreien Zustand kleiner gleich einem spezifisch einstellbaren Grenzwert von beispielsweise etwa 0,05 mA sein, bei dem eine entsprechend dimensionierte Kapazität nur geringfügig entladen wird. Ist jedoch die Schaltungsanordnung fehlerhaft, fließt ein relativ hoher Querstrom, der die Kapazität, d. h. die darauf gespeicherte Ladung, relativ schnell entlädt, so dass dadurch die Spannung über der Kapazität einbricht, die im Testintervall die Versorgungsspannung der Schaltungsanordnung darstellt.The Tension over the capacity but remains during of the test interval only at a substantially constant Value if the capacity is in essentially not discharged. More precisely, in the static Condition should be the current consumption of the circuit in error-free State smaller than a specific adjustable limit for example, about 0.05 mA, in which a corresponding dimensioned capacity only slightly unloaded. However, if the circuitry is faulty, a relative flows high cross-flow, the capacity, d. H. the charge stored on it, discharges relatively quickly, so that thereby the tension over the capacity breaks down, the supply voltage of the circuit arrangement in the test interval represents.
Dieser erhöhte Einbruch der Versorgungsspannung der Schaltungsanordnung wird durch eine Vergleichseinrichtung, z. B. eine Komparatorschaltung, möglichst frühzeitig erkannt, wobei die Vergleichseinrichtung als Folge eines auf einen Fehler hinweisenden, relativ hohen Spannungsabfalls an der Kapazität ein Fehlersignal, das auch als sog. IDDq-Fehlersignal bezeichnet wird, ausgibt. Dieses Fehlersignal kann dann von einer geeigneten Auswerteeinrichtung zweckmäßig weiterverarbeitet werden.This increased drop in the supply voltage of the circuit is determined by a comparator, z. B. a comparator, detected as early as possible, the comparison means as a result of indicating an error, relatively high voltage drop across the capacitance an error signal, which is also referred to as so-called. I DDq error signal outputs. This error signal can then be suitably further processed by a suitable evaluation device.
Das möglichst frühzeitige Erkennen eines Fehlerzustands durch die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung ist dahingehend vorteilhaft, um beispielsweise schnell auf einen solchen IDDq-Fehlerzustand einer digitalen CMOS-Schaltung reagieren zu können, indem an dem Ausgang der Vergleichseinrichtung ein logisches Signal, beispielsweise ein hoher logischer Pegel, ausgegeben wird, um den Schalter möglichst schnell wieder zu schließen, und um damit zu verhindern, dass die Spannung, die über der Kapazität anliegt und somit die Versorgungsspannung des Schaltungsteils darstellt, noch weiter und damit möglicherweise zu stark einbricht.The earliest possible detection of an error state by the monitoring device according to the invention is advantageous in order, for example, to be able to react quickly to such an I DDq error state of a digital CMOS circuit by outputting a logic signal, for example a high logic level, at the output of the comparison device is to close the switch as quickly as possible, and thus to prevent the voltage that is above the capacity and thus represents the supply voltage of the circuit part, even further and thus possibly too strong breaks.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung einer Stromaufnahme einer Schaltungsanordnung weist die Vergleichseinrichtung, ferner vorzugsweise ein RS-Flip-Flop-Element auf, das der Komparatorschaltung nachgeschaltet ist, wobei in dem RS-Flip-Flop-Element das Fehlersignal gespeichert wird, indem das Fehlersignal mit einem logisch hohen Pegel an dem Setz-Eingang (SET) des RS-Flip-Flop-Elements anliegt. Während des Testzustands der Schaltungsanordnung liegt der Rücksetz-Eingang (RESET) des RS-Flip-Flop-Elements auf einem niedrigen logischen Pegel (LOW). Das RS-Flip-Flop-Element gibt nun an seinem Q-Ausgang ein Signal mit einem hohen logischen Pegel aus, wenn das Vergleichssignal einen logisch hohen Pegel aufweist, das auch einem ODER-Gatter zugeführt wird. Das Oder-Gatter gibt nun ein Schaltsignal für den Schalter aus, das den Schalter möglichst schnell wieder schließt und damit verhindert, dass die Spannung über der Kapazität, die die Versorgungsspannung der Schaltungsanordnung darstellt, zu stark einbricht.at a further preferred embodiment the device according to the invention for monitoring a current consumption of a circuit arrangement, the comparison device, further preferably an RS flip-flop element, that of the comparator circuit is followed, wherein stored in the RS flip-flop element, the error signal is reset by the error signal with a logic high level at the Set input (SET) of the RS flip-flop element is present. During the test condition of the Circuit arrangement is the reset input (RESET) of RS flip-flop element at a low logic level (LOW). The RS flip-flop element now gives a signal at its Q output with a high logic level when the comparison signal has a has a logic high level, which is also supplied to an OR gate. The Oder Gate now gives a switching signal for the switch off, which closes the switch as quickly as possible and thus prevents the voltage from over the capacity which represents the supply voltage of the circuit, too strong breaks.
Es wäre äußerst ungünstig, wenn die Versorgungsspannung der Schaltungsanordnung so weit einbricht, dass beispielsweise ein digitaler Schaltungsteil in seinen Flip-Flop-Elementen gespeicherte Informationen verliert. Daher muss die Kombination aus Komparatorschaltung, RS-Flip-Flop-Element, ODER-Gatter und Schalter möglichst schnell sein, d. h. eine hohe Bandbreite und eine kleine Ansprechzeit aufweisen. Da die Geschwindigkeit der oben genannten Regelschleife aber natürlich begrenzt ist, ist es ferner vorteilhaft, den Schalter durch zwei antiparallele Dioden zu überbrücken, so dass das Potential an dem Kondensator nie weiter als eine Diodenflussspannung von der Versorgungsspannung der Schaltungsanordnung abweichen kann. Somit ist die Versorgungsspannung der Schaltungsanordnung auch bei sehr abrupten Änderungen des Potentials an der Versorgungsleitung der Schaltungsanordnung gewährleistet, wobei zugleich ein (digitales) Fehlersignal (IDDq-Signal) erzeugt wird, das einen zu hohen Querstrom von der Versorgungsleitung der Schaltungsanordnung nach Masse anzeigt und somit einen IDDq-Alarm auslöst.It would be extremely unfavorable if the supply voltage of the circuit arrangement breaks down so much that, for example, a digital circuit part loses information stored in its flip-flop elements. Therefore, the combination of comparator circuit, RS flip-flop element, OR gate and switch must be as fast as possible, ie have a high bandwidth and a small response time. However, since the speed of the above-mentioned control loop is naturally limited, it is further advantageous to bridge the switch by two antiparallel diodes so that the potential across the capacitor can never deviate from the supply voltage of the circuit by more than one diode forward voltage. Thus, the supply voltage of the circuit arrangement is ensured even with very abrupt changes in the potential at the supply line of the circuit, wherein at the same time a (digital) error signal (I DDq signal) is generated which indicates too high a cross-flow from the supply line of the circuit to ground and thus triggers an I DDq alarm.
Entsprechend einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann das erfindungsgemäße Konzept zur Überwachung der Stromaufnahme einer elektronischen Schaltungsanordnung dahingehend modifiziert werden, daß die Schaltungsanordnung mittels eines Schalters von der negativen Versorgungsspannung, z. B. Massepotential, getrennt wird, wobei wieder die momentan anliegende Versorgungsspannung der Schaltungsanordnung über einen parallel zu der Schaltungsanordnung angeordneten Kondensator überwacht wird. Auch dieser Fehlerstromtest wird vorzugsweise während eines statischen Zustands der zu untersuchenden Schaltungsanordnung durchgeführt.Corresponding a further preferred embodiment The present invention can be the concept of the invention for monitoring the current consumption of an electronic circuit arrangement to the effect be modified that the Circuit arrangement by means of a switch from the negative supply voltage, for. B. ground potential, is separated, again the currently applied Supply voltage of the circuit arrangement via a parallel to the circuit arrangement arranged capacitor monitored becomes. This fault current test is preferably also during a static state of the circuit to be examined performed.
Bei diesem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist nun zu beachten, daß bei einer Entladung des Kondensators das zu überwachende Potential an dem Schaltungsknoten, der durch den ersten Schalteranschluss, den zweiten Versorgungsspannungsanschluss der Schaltungsanordnung und den zweiten Anschluss der Kapazität gebildet ist, ansteigt, da dieser Schaltungsknoten während des Fehlerstromtests aufgrund des geöffneten Schalters von der negativen Versorgungsspannung getrennt ist und der erste Anschluss des Kondensators auf dem Potential der positiven Spannungsversorgung gehalten wird. Dieser Schaltungsknoten ist zur Auswertung des überwachenden Potentials mit einer Vergleichseinrichtung, z. B. einer Komparatorschaltung, verbunden.In this further preferred Ausfüh For example, when the capacitor is discharged, the potential to be monitored at the circuit node formed by the first switch connection, the second supply voltage connection of the circuit arrangement and the second connection of the capacitance increases, since this circuit node is activated during the fault current test on the basis of FIG is disconnected from the negative supply voltage and the first terminal of the capacitor is kept at the potential of the positive voltage supply. This circuit node is to evaluate the monitoring potential with a comparator, z. B. a comparator connected.
Die Potentialerhöhung an diesem Schaltungsknoten sollte auch bei diesem Ausführungsbeispiel möglichst frühzeitig erkannt werden, wobei die Vergleichseinrichtung als Folge eines auf einen Fehler hinweisenden, relativ hohen Spannungsanstiegs an diesem Schaltungsknoten, der dem Spannungsabfall an dem Kondensator aufgrund des Fehlerstroms entspricht, ein Fehlersignal, d.h. das IDDq-Fehlersignal, ausgibt. Dieses Fehlersignal kann dann wieder von einer geeigneten Auswerteeinrichtung zweckmäßig weiterverarbeitet werden.The potential increase at this circuit node should also be detected as early as possible in this embodiment, wherein the comparison means an error signal, ie the I, as a consequence of a pointing to an error, relatively high voltage rise at this circuit node corresponding to the voltage drop across the capacitor due to the fault current DDq error signal, outputs. This error signal can then be appropriately further processed by a suitable evaluation device.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung einer Stromaufnahme einer Schaltungsanordnung ist es nunmehr möglich, selbst während des Betriebs der Schaltungsanordnung einen IDDq-Test durchzuführen, um so möglichst frühzeitig alle Fehlerarten detektieren zu können, die sich durch einen statischen Querstrom (Iq) zwischen einem hohen digitalen Spannungspegel (VCC; Versorgungsspannung) und einem niedrigen digitalen Spannungspegel (VSS; Massepotential) entdecken lassen. Durch das erfindungsgemäße Konzept lässt sich daher durch die stetige Überwachung der Funktionalität eines integrierten Schaltkreises die Betriebszuverlässigkeit einer elektronischen Baugruppe deutlich erhöhen.By means of the device according to the invention or the method according to the invention for monitoring a current consumption of a circuit arrangement , it is now possible to carry out an I DDq test even during operation of the circuit arrangement in order to be able to detect as early as possible all types of fault which are caused by a static cross-flow ( FIG . Iq) between a high digital voltage level (V CC , supply voltage) and a low digital voltage level (V SS ; Due to the concept according to the invention, therefore, the continuous operation of the functionality of an integrated circuit can significantly increase the operational reliability of an electronic module.
Das erfindungsgemäße Konzept lässt sich beispielsweise so gestalten, dass dem Anwender eines mit dem erfindungsgemäßen Konzept ausgestatteten elektronischen Systems die Notwendigkeit eines Services des elektronischen Systems angezeigt wird, bei dem man dann beispielsweise den defekten elektronischen Baustein austauschen kann. Es ist ferner auch möglich, dass der integrierte Schaltkreis im Fehlerfall lediglich ein für einen Servicetechniker leicht messbares, eindeutiges Fehlersignal ausgibt, so dass der Servicetechniker den Fehler äußerst schnell lokalisieren kann und daraufhin beispielsweise einen bestimmten betroffenen elektronischen Baustein bzw. auch die gesamte elektronische Baugruppe gezielt austauschen kann.The inventive concept can be, for example so that the user of one with the inventive concept equipped electronic system the need for a service the electronic system is displayed, in which one then, for example can replace the defective electronic module. It is further also possible, that the integrated circuit in case of error only one for one Service technician easily outputs measurable, unique error signal, so that the service technician can locate the error very quickly can and then, for example, a particular affected electronic component or exchange the entire electronic module targeted can.
Besonders
vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Konzept zur Überwachung
einer Stromaufnahme einer Schaltungsanordnung auf EEPROM-Schaltungen
(EEPROM = electrically erasable programmable read-only memory =
elektrisch löschbarer
und programmierbarer Nur-Lese-Speicher) und insbesondere auf CMOS-EEPROM-Schaltungen
anwendbar, wie sie beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung
Es
sollte beachtet werden, dass das erfindungsgemäße Konzept zur Überwachung
einer Stramaufnahme einer Schaltungsanordnung, d. h. das erfindungsgemäße IDDq-System, natürlich auch auf andere bekannte
EEPROM-Architekturen anwendbar ist, wobei in diesem Zusammenhang
beispielsweise auf die Europäische
Patentanmeldung "
Das erfindungsgemäße Konzept, d. h. das erfindungsgemäße IDDq-System, ist ferner nicht nur während des Wafertests eines integrierten Schaltkreises sondern auch während des Endtests des integrierten Schaltkreises vorteilhaft einsetzbar. Der Endtest wird ausgeführt, nachdem der integrierte Schaltkreis in sein Gehäuse montiert wurde. Daher sind die für den Wafertest eventuell vorgesehenen, im vorhergehenden erwähnten Testanschlussflächen (Testpads) nicht mehr zugänglich, wodurch man das erfindungsgemäße Konzept zur Überwachung der Stromaufnahme einer Schaltungsanordnung (IDDq-Test) äußerst vorteilhaft eingesetzt werden kann.The concept according to the invention, ie the inventive I DDq system, is furthermore advantageously usable not only during the wafer test of an integrated circuit but also during the final test of the integrated circuit. The final test is performed after the integrated circuit has been mounted in its housing. Therefore, the possibly provided for the wafer test, the above-mentioned test pads (test pads) are no longer accessible, whereby the inventive concept for monitoring the power consumption of a circuit arrangement (I DDq test) can be used extremely advantageous.
Das erfindungsgemäße Konzept, d. h. das erfindungsgemäße IDDq-System, ist ferner auch während des Betriebs des integrierten Schaltkreises äußerst vorteilhaft einsetzbar, wobei während des Betriebs des integrierten Schaltkreises, beispielsweise im Automobilbereich, dahingehend Vorsichtsmaßnahmen zu treffen sind, die verhindern, dass EMV-Störungen und kurze Einbrüche der Versorgungsspannung, die bis etwa 1 μs lang sind und als Mikroeinbrüche (micro-breaks) bezeichnet werden, nicht fälschlicherweise die Ausgabe des IDDq-Alarmsignals auslösen. Ferner ist es äußerst vorteilhaft, dass das erfindungsgemäße IDDq-System im Fall von EMV-Störungen und kurzzeitigen Einbrüchen der Versorgungsspannung die Funktionsfähigkeit des gesamten integrierten Schaltkreises nicht zusätzlich beeinträchtigt, da durch das erfindungsgemäße Überwachungskonzept vermieden wird, dass der integrierte Schaltkreis aufgrund des erfindungsgemäßen IDDq-Systems bereits bei geringeren EMV-Störungen oder EMV-Einflüssen Beeinträchtigungen der Funktionalität zeigt, als dies ohne das erfindungsgemäße IDDq-System der Fall wäre.The concept according to the invention, ie the I DDq system according to the invention, can also be used extremely advantageously during operation of the integrated circuit, wherein during the loading For example, in the automotive field, precautions must be taken to prevent EMC disturbances and short supply voltage drops, which are up to about 1 μs long and are referred to as micro-breaks, incorrectly outputting of the I DDq alarm signal. Furthermore, it is extremely advantageous that the inventive I DDq system in the case of EMC interference and brief dips in the supply voltage, the functioning of the entire integrated circuit is not additionally impaired, as is avoided by the inventive monitoring concept that the integrated circuit due to the invention I DDq -Systems already shows at lower EMC interference or EMC influences impairment of functionality than would be the case without the inventive I DDq system.
Zusammenfassend kann also festgestellt werden, dass das erfindungsgemäße IDDq-System dahingehend äußerst vorteilhaft ist, dass dasselbe nicht nur während des Wafertest eingesetzt werden kann, sondern dass das IDDq-System während des gesamten Betriebs des zu überwachenden integrierten Schaltkreises zur Verfügung steht. Darüber hinaus ist die Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen IDDq-Systems größer als bei herkömmlichen Systemen, d. h. es spricht bereits bei kleineren IDDq-Querströmen an, da man das erfindungsgemäße IDDq-System vollkommen integriert ausführen kann und somit kleinere parasitäre Effekte, d. h. Ableit- und Leckströme, Streukapazitäten, usw., als bei herkömmlichen IDDq-Testsystemen in Kauf genommen werden müssen.In summary, it can be stated that the I DDq system according to the invention is extremely advantageous in that it can not only be used during the wafer test, but that the I DDq system is available during the entire operation of the integrated circuit to be monitored. In addition, the sensitivity of the I DDq system according to the invention is greater than in conventional systems, ie it already responds to smaller I DDq cross currents, since the I DDq system according to the invention can be implemented completely integrated and thus smaller parasitic effects, ie leakage and leakage currents, stray capacitances, etc., as must be accepted in conventional I DDq test systems.
Das erfindungsgemäße Konzept zur Überwachung der Stromaufnahme einer Schaltungsanordnung kann aber auch auf die Überwachung der Stromaufnahme anderer Schaltungen als digitaler CMOS-Schaltungen angewendet werden. Wird beispielsweise eine relativ hohe Stromaufnahme einer Schaltungsanordnung angenommen, so muss man lediglich die Zeitdauer, während der sich der Schalter in einem geöffneten Zustand befindet, ausreichend kurz wählen und gleichzeitig den Kapazitätswert des Kondensators ausreichend groß wählen, damit eine Stromentnahme nicht zu einem zu großen Spannungseinbruch an der über den Kondensator anliegenden Spannung führt. Die Komparatorschwelle wird ebenfalls unempfindlicher eingestellt, so dass der Komparatorausgang beispielsweise erst dann auf einen logisch hohen Pegel übergeht, wenn das Potential an seinem invertierenden Eingang einen vorgegebenen hohen Wert unter jenes Potential am nicht-invertierenden Eingang sinkt. Dabei sind natürlich einer beliebigen Skalierung in der Praxis Grenzen gesetzt.The inventive concept for monitoring However, the power consumption of a circuit arrangement can also on the monitoring the current consumption of circuits other than digital CMOS circuits be applied. For example, a relatively high power consumption assumed a circuit arrangement, so you have only the Time duration while the switch is in an open state, sufficiently short choose and at the same time the capacity value of the capacitor sufficiently large, thus a current drain not too big Voltage drop at the over The capacitor voltage applied leads. The comparator threshold is also set insensitive, so that the comparator output For example, only then goes to a logic high level, if the potential at its inverting input a predetermined high value below that potential at the non-inverting input sinks. They are natural any scaling in practice limits.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:preferred embodiments The present invention will be described below with reference to FIG the enclosed drawings closer explained. Show it:
Bevor nun bezugnehmend auf die Figuren bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher erörtert werden, wird darauf hingewiesen, daß gleiche oder funktionsgleiche Elemente in den Figuren mit gleichen bzw. ähnlichen Bezugszeichen versehen sind, und daß zur Vermeidung von Wiederholungen eine erneute detaillierte Erläuterung dieser Elemente vermieden wird.Before Referring now to the figures preferred embodiments of the present invention be discussed in more detail it is noted that same or functionally identical elements in the figures with the same or similar Reference numerals are provided, and that to avoid repetition a new detailed explanation of this Elements is avoided.
Bezug
nehmend auf die
Wie
in
Die
Schaltungsanordnung
Die Überwachungsvorrichtung
Der
erste Schalteranschluss
Der
erste Kondensatoranschluss
Der
erste Eingang
Im
folgenden wird nun anhand von
Wie
aus
Während des
normalen Betriebszustands der Schaltungsanordnung
Sollte
jedoch ein Fehler in der Schaltungsanordnung
Das
möglichst
frühzeitige
Erkennen eines relativ hohen Einbruchs der Spannung U'1 über dem Kondensator
Das
Logikelement
Der
Schalter
Aus
dem Testsignalverlauf ϕ1, wie er als Signalverlauf II von
Es
wäre äußerst ungünstig, wenn
die Versorgungsspannung U'1 der Schaltungsanordnung
Der
Signalverlauf III von
In
Ist
die Schaltungsanordnung
Bei einer asynchronen Logik oder bei sehr hohen Taktfrequenzen, d. h. wenn die halbe Periodendauer in etwa so lange andauert, wie die pro Taktflanke erzeugten Ladeströme, werden die oben genannten Vorgaben eventuell in der Praxis nicht erreichbar sein. In diesem Fall kann man beispielsweise für die Dauer des Beobachtungszeitraums, d. h. während des IDDq-Testfensters TIDDq, bei dem das Testsignal ϕ1 einen niedrigen logischen Pegel (LOW) aufweist, das Taktsignal ϕ2 verlangsamen oder auch anhalten.In the case of an asynchronous logic or at very high clock frequencies, ie when half the period lasts approximately as long as the charging currents generated per clock edge, the above-mentioned requirements may possibly not be achievable in practice. In this case, for example, for the duration of the observation period, ie during the I DDq test window T IDDq at which the test signal φ1 has a low logic level (LOW), it is possible to slow down or even stop the clock signal φ2.
Wird
nun angenommen, dass die Schaltungsanordnung
Es sollte jedoch beachtet werden, daß diese Werte für das Tastverhältnis nur beispielhaft aufzufassen sind, wobei in der Praxis je nach Anwendungsfall Werte für das Tastverhältnis des Testsignals, die größer als 0,5 sind und vorzugsweise in einem Bereich um 0,9 liegen, geeignet sein können. Es ist lediglich zu beachten, daß einerseits die Funktionsweise der zu überwachenden Schaltungsanordnung durch die IDDq-Tests im wesentlichen nicht beeinträchtigt und andererseits der IDDq-Test durch die unvermeidlichen Querströme der zu untersuchenden Schaltungsanordnung im wesentlichen nicht beeinflusst werden sollte.It should be noted, however, that these duty cycle values are to be considered as exemplary only, with in practice, depending on the application, values for the duty cycle of the test signal which are greater than 0.5 and preferably in a range around 0.9, suitable could be. It is merely to be noted that on the one hand, the operation of the circuit to be monitored by the I DDq tests essentially not affected and on the other hand, the I DDq test should not be affected by the inevitable cross-currents of the circuit under investigation substantially.
So
lange das Testsignal ϕ1 einen logisch hohen Pegel „1" (HIGH) aufweist,
ist der Schalter
So
wird die als Komparatorschaltung ausgeführte Vergleichseinrichtung
Falls
in der weiteren Folge die Kapazität
Als
nächstes
wird nun angenommen, dass die Schaltungsanordnung
Sinkt
nun die Spannung U'1 an dem Kondensator
Aus
dem in
Wie
bei dem Signalverlauf IV von
Aus
den obigen Ausführungen
in Verbindung mit
Ferner
sollte beachtet werden, daß in
So
könnte
beispielsweise eine erfindungsgemäße Weiterbildung der in
Anhand
von
Ferner
sollte beachtet werden, dass die jeweiligen optionalen Weiterbildungen,
wie sie anhand von
Wie
in
Die
Vergleichseinrichtung
Der
erste Eingang
Im
folgenden wird nun anhand der
Wie
bereits ausführlich
anhand von
Es
ist nun äußerst vorteilhaft,
dass ein möglicher
Spannungseinbruch über
dem Kondensator
Da
die Geschwindigkeit dieser Regelschleife in der Praxis jedoch begrenzt
ist, ist es ferner vorteilhaft, zwischen der Schaltungsanordnung
Im einfachsten Fall weist die Begrenzungseinrichtung eine Diodenschaltung aus zumindest einer Diode auf, wobei der Maximalwert der Spannungsdifferenz die Diffusionsspannung UD in Flussrichtung der Diode ist. Damit ist der Maximalwert der Spannungsdifferenz auf einen Wert begrenzt, der entsprechend der Verschaltung der Diode dem Wert der Versorgungsspannung oberhalb oder unterhalb der Diffusionsspannung UD der Diode entspricht.In the simplest case, the limiting device has a diode circuit comprising at least one diode, wherein the maximum value of the voltage difference is the diffusion voltage U D in the direction of flow of the diode. Thus, the maximum value of the voltage difference is limited to a value corresponding to the value of the supply voltage above or below the diffusion voltage U D of the diode corresponding to the connection of the diode.
Diese
Begrenzungsschaltung kann beispielsweise auch aus zwei antiparallel
geschalteten Dioden parallel zum Schalter
Unter
der Annahme nun, dass die Schaltungsanordnung
So
lange das Testsignal ϕ1 einen hohen logischen Pegel aufweist,
ist der Schalter
Die
Kapazität
Die
Komparatorschaltung wird dazu beispielsweise mit einer „Hysterese" ausgestattet, so dass
die Umschaltschwelle der Komparatorschaltung
Darüber hinaus
wird die Komparatorschaltung
Falls
nun im folgenden der Kondensator
Ist
die Auswerteeinrichtung
Wird
nun dagegen angenommen, dass die Schaltungsanordnung
Sinkt
nun die Spannung U'1 über
dem Kondensator
Somit
geht aber auch das Schaltsignal S1 am Ausgang des Logikelements
Bis
zu dem nächsten Übergang
von einem niedrigen logischen Pegel auf einen hohen logischen Pegel
des Testsignals ϕ1 ändert
sich an den logischen Zuständen
der einzelnen Komponenten der Überwachungsvorrichtung
Falls
ein bidirektionaler Zähler
als die Vergleichseinrichtung
Falls
jedoch die als bidirektionaler Zähler ausgeführte Auswerteeinrichtung
Bezüglich der
im vorhergehenden anhand der
Ferner
sollte beachtet werden, dass die im vorhergehenden dargestellte
Verwendung eines bidirektionalen Zählers für die Auswerteeinrichtung
So
kann man beispielsweise das Ausgangssignals Q an dem Ausgang
Eine
weitere Möglichkeit
die EMV-Störsicherheit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Bezüglich des
als RS-Flip-Flop-Element ausgeführten
Logikspeicherelements
Ferner
sollte beachtet werden, dass es besonders vorteilhaft ist, wenn
als Komparatorschaltung
So
lange der Schalter
Dieser
Korrekturstrom kann auch dann noch unverändert eingeprägt werden,
wenn der Schalter
Im
folgenden wird nun kurz erörtert,
mit welcher Empfindlichkeit ein zu überwachender Querstrom Iq erfasst
werden kann, wobei zur Abschätzung
der Empfindlichkeit folgende Berechnung zugrundegelegt werden kann,
bei der beispielhaft folgende Annahmen getroffen werden: (1) der
Kapazitätswert
des Kondensators
Dabei
stellt die Ladung Q die am Kondensator
Wie
bereits anhand des erfindungsgemäßen Aufbaus
von
Sofern
die zu überwachende
Schaltungsanordnung
Im
folgenden wird nun anhand von
Es
sollte beachtet werden, daß die
Schaltungselemente, die mit denen von
Wie
in
Der
zweite Schalteranschluss
Im
folgenden wird nun anhand von
Wie
aus
Während des
normalen Betriebszustands der Schaltungsanordnung
Es
wird also deutlich, daß das
Potential an dem Knoten K im Fehlerfall relativ stark in Richtung positiverer
Werte wegdriftet, da durch die Entladung des Kondensators
Daher
ist es notwendig den Knoten K mit dem nicht invertierenden Eingang
An
dem Ausgang
Es
sollte offensichtlich sein, daß die
sonstigen Elemente der in
Ein
weiterer spezifischer Vorteil der in
Ferner
sollte beachtet werden, dass das erfindungsgemäße Konzept zur Überwachung
der Stromaufnahme einer Schaltungsanordnung auch auf die Stromaufnahme
anderer Schaltungen als digitaler CMOS-Schaltungen angewendet werden kann.
Wird beispielsweise angenommen, dass die Stromaufnahme einer Schaltung
etwa 1 mA beträgt, so
muss man „lediglich" die Zeitdauer, während der sich
der Schalter
Es ist zu beachten, dass einer beliebigen Skalierung natürlich in der Praxis Grenzen gesetzt sind, die eine weitere Verwendung als nicht mehr sinnvoll erachten lassen.It It should be noted that any scaling course in The practice limits are set, which further use as no longer make sense.
Zusammenfassend kann also festgestellt werden, dass das erfindungsgemäße IDDq-System äußerst vorteilhaft ist, da dasselbe nicht nur während des Wafertests eingesetzt werden kann, sondern da das erfindungsgemäße IDDq-Überwachungssystem während des gesamten Betriebs der zu überwachenden Schaltungsanordnung zur Verfügung steht. Darüber hinaus ist die Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen IDDq-Systems größer als bei herkömmlichen Systemen, da es bereits bei sehr kleinen IDDq-Querströmen anspricht und man das erfindungsgemäße IDDq-Überwachungssystem vollkommen integriert ausführen kann, wodurch kleinere parasitäre Effekte, wie Ableit- und Leckströme, Streukapazitäten, usw., als bei herkömmlichen IDDq-Testsystemen auftreten.In summary, it can thus be stated that the I DDq system according to the invention is extremely advantageous, since the same can be used not only during the wafer test, but because the I DDq monitoring system according to the invention is available during the entire operation of the circuit arrangement to be monitored. In addition, the sensitivity of the I DDq system according to the invention is greater than in conventional systems, since it responds even at very small I DDq cross currents and you can run the integrated I DDq -Überwachungssystem completely integrated, causing minor parasitic effects, such as leakage and Leakage currents, stray capacitances, etc., as in conventional I DDq test systems occur.
Gleichzeitig ist es äußerst vorteilhaft, dass das erfindungsgemäße IDDq-System die Funktionsfähigkeit des gesamten integrierten Schaltkreises nicht zusätzlich beeinträchtigt, da durch das erfindungsgemäße Überwachungskonzept vermieden wird, dass die zu untersuchende integrierte Schaltungsanordnung zusätzlich belastet wird.At the same time, it is extremely advantageous that the inventive I DDq system does not additionally impair the functionality of the entire integrated circuit, since the monitoring concept according to the invention avoids the additional burden on the integrated circuit arrangement to be investigated.
Zur Verdeutlichung der vorliegenden Erfindung wird das zugrunde liegende Konzept zur Überwachung der Stromaufnahme einer Schaltungsanordnung nochmals zusammengefasst dargestellt.to Clarification of the present invention will be the underlying Concept for monitoring the current consumption of a circuit arrangement summarized again shown.
Die
Stromaufnahme eines Schaltungsblocks wird getestet, indem seine
Versorgungsspannung auf einer Kapazität gespeichert wird, und anschließend für eine gewisse
Zeit nur noch diese Kapazität
den Schaltungsblock mit elektrischer Spannung versorgt. Die Kapazität ist dabei
ausreichend groß und
die Beobachtungszeit hinreichend klein bemessen, so dass innerhalb
der Beobachtungszeit die Spannung an der Kapazität bei fehlerfreiem Schaltungsblock
in einem Fenster bleibt, das für
die Funktionsfähigkeit
des Schaltungsblocks hinreichend ist. Entfernt sich die Spannung
an der Kapazität
signifikant von der zu Beginn der Messung abgespeicherten Spannung,
wird dies mit Hilfe einer Vergleichsschaltung erkannt und die Kapazität wieder
durch die Spannungsquelle geladen, indem der Schalter
- 1010
- Überwachungsvorrichtungmonitoring device
- 1212
- Schaltungsanordnungcircuitry
- 12a12a
- VersorgungsspannungseingangPower Entry
- 12b12b
- TaktsignaleingangClock signal input
- 1414
- SpannungsversorgungseinrichtungPower supply means
- 1616
- Schalterswitch
- 16a16a
- erster Schalteranschlussfirst switch connection
- l6bL6B
- zweiter Schalteranschlusssecond switch connection
- 16c16c
- dritter Schalteranschlussthird switch connection
- 1818
- Kondensatorcapacitor
- 18a18a
- erster Kondensatoranschlussfirst capacitor terminal
- 18b18b
- zweiter Kondensatoranschlusssecond capacitor terminal
- 2020
- Vergleichseinrichtungcomparator
- 20a20a
- erster Eingangfirst entrance
- 20b20b
- zweiter Eingangsecond entrance
- 20c20c
- Ausgangoutput
- 2222
- Logikelementlogic element
- 22a22a
- erster Eingangfirst entrance
- 22b22b
- zweiter Eingangsecond entrance
- 22c22c
- Ausgangoutput
- 2424
- erste Diodefirst diode
- 24a24a
- erster Anschlussfirst connection
- 24b24b
- zweiter Anschlusssecond connection
- 2626
- zweite Diodesecond diode
- 26a26a
- erster Anschlussfirst connection
- 26b26b
- zweiter Anschlusssecond connection
- 2828
- LogikspeicherelementLogic memory element
- 28a28a
- erster Eingangfirst entrance
- 28b28b
- zweiter Eingangsecond entrance
- 28c28c
- Ausgangoutput
- 3030
- Auswerteeinrichtungevaluation
- 30a30a
- erster Eingangfirst entrance
- 30b30b
- zweiter Eingangsecond entrance
- 30c30c
- dritter Eingangthird entrance
- 30d30d
- Ausgangoutput
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DE10240079 | 2002-08-30 | ||
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-
2002
- 2002-10-21 DE DE10248982A patent/DE10248982B4/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
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Publication number | Publication date |
---|---|
DE10248982A1 (en) | 2004-03-25 |
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