DE10127649B4

DE10127649B4 - Integrierte Digitalschaltung und Verfahren zum Betreiben einer integrierten Digitalschaltung

Info

Publication number: DE10127649B4
Application number: DE10127649A
Authority: DE
Inventors: Christoph Dr. Werner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2021-06-08
Also published as: US20040249987A1; WO2002099977A3; US7600175B2; DE10127649A1; WO2002099977A2

Abstract

Integrierte Digitalschaltung,
• mit einer Leitung zum Übertragen von Datensignalen mit mehreren Bits,
• mit einer Codiereinheit zum Erzeugen mindestens eines abgeleiteten Datensignals aus einem über die Leitung zu übertragenden Datensignal durch Ändern der Bitreihenfolge des zu übertragenden Datensignals, und
• mit einer Bewertungseinheit zum Bewerten der Anfälligkeit des zu übertragenden Datensignals und des abgeleiteten Datensignals oder der abgeleiteten Datensignale für Störungen verursacht durch eine kapazitive Kopplung der Leitung mit zumindest einer benachbarten Leitung.

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte Digitalschaltung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer integrierten Digitalschaltung.

Digitalschaltungen werden zunehmend höher integriert und arbeiten mit zunehmend höheren Betriebsfrequenzen. Dieser Trend führt zwar zu immer leistungsfähigeren Digitalschaltungen auf immer kleinerer Fläche und damit zu neuen Anwendungen.

Andererseits werfen höhere Integration und höhere Betriebsfrequenz Probleme auf.

Bei digitalen Logikschaltungen mit Strukturgrößen unterhalb 0,25 μm stellt das Übersprechen von benachbarten Leiterbahnen auf dem Chip der integralen Schaltungsanordnung eine erhebliche Störgröße für den Signalverkehr innerhalb der Logikschaltung dar. Das Übersprechen hat seine Ursache in der kapazitiven Kopplung von benachbarten Leitungen. Wenn die Logikschaltung insbesondere mit einer Betriebsfrequenz von 1 GHz und darüber getaktet wird, können durch kapazitive Einkopplung von Störsignalen fehlerhafte Nutzsignale auf den Signalleitungen des Chips auftreten oder Verzögerungszeiten unzulässig erhöht werden.

Gemäß [1] wurden zur Behebung von fehlerbehafteten Nutzsignalen einer integrierten digitalen Logikschaltung sogenannte Repeater-Bausteine in den Signalpfad eingebracht. Diese Repeater-Bausteine werden nach relativ kurzen Signalabschnitten im Signalpfad angeordnet und frischen das gestörte Signal auf.

Alternativ oder zusätzlich können gemäß [1] Abschirmleitungen zwischen signalführenden Leitungen vorgesehen werden.

Beide Lösungen zeichnen sich durch einen erhöhten Platzbedarf aus und bewirken eine signifikante Vergrößerung der Chipfläche, insbesondere, wenn Repeater-Bausteine oder Abschirmleitungen flächendeckend und systematisch eingesetzt werden.

Fehlerhafte Signale auf einem Chip können aber auch durch geeignete Codierung erkannt und gegebenenfalls korrigiert werden. Mit bekannten klassischen fehlererkennenden Codes werden Fehler im Digitalsignal beispielsweise durch die Übertragung zusätzlicher Parity-Check-Bits und ihrer Auswertung erkannt, siehe [2].

Aus [3] ist ein Verfahren zur Ermittlung von Übersprechfehlern in integrierten Schaltkreisen bekannt, wobei die Übersprechfehler durch die kapazitive Kopplung der Leitungen verursacht werden.

Ein Verfahren zur Reduzierung von Übersprechfehlern in digitalen Übertragungssystemen durch Änderung der Bitreihenfolge („scrambling") wird in [4] beschrieben.

Wegen der speziellen Kombination von Bitfolgen, bei der Störungen durch Übersprechen auftreten, ist eine hohe Redundanz erforderlich. Auch ist es nicht möglich, fehlerhafte Signale durch eine Wiederholung des Übertragungsvorgangs in korrekter Form zu erhalten, da das Übersprechen kein statistisch bestimmter Vorgang ist. Bei einer erneuten Übertragung des gleichen Signals können die Fehler wieder in gleicher Weise auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine integrierte Digitalschaltung und ein Verfahren zum Betrieb einer integrierten Digitalschaltung anzugeben, die auf einfache weise Vorkehrungen für eine gesicherte Datenübertragung gewährleisten.

Der die Vorrichtung betreffende Teil der Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße integrierte Digitalschaltung enthält eine Leitung zum Übertragen von mehrere Bits enthaltenden Datensignalen sowie eine Codiereinheit zum Erzeugen mindestens eines abgeleiteten Datensignals aus einem über die Leitung zu übertragenden Datensignal durch Ändern der Bitreihenfolge des zu übertragenden Datensignals. Ferner ist eine Bewertungseinheit vorgesehen zum Bewerten der Anfälligkeit des Datensignals und des abgeleiteten Datensignals oder der abgeleiteten Datensignale für Störungen verursacht durch eine kapazitive Kopplung der Leitung mit zumindest einer benachbarten Leitung.

Ein Bit im Kontext der Erfindung kann als Informationseinheit zwei Zustände einnehmen, gegebenenfalls aber auch mehr als zwei Zustände.

Die Erfindung löst die zugrundeliegende Aufgabe und damit das Problem des Übersprechens durch eine Veränderung der zu übertragenden Datensignale. Mit diesen Datensignalen werden Codeworte mit mehreren Bits übertragen. Eine Veränderung des zu übertragenden Codewortes erfolgt dabei auf systematische Weise durch Vertauschen von zwei oder mehreren Bits des Codewortes vor der Übertragung. Dabei können ein oder aber auch mehrere abgeleitete Codeworte aus dem zu übertragenden Codewort erzeugt werden. Der Vorgang des Vertauschens von Bits eines Codeworts und damit der Änderung der Bitreihenfolge wird auch als Interleaving bezeichnet.

Die durch die Veränderung entstandenen abgeleiteten Codeworte werden dann mit Hilfe einer Berechnungseinheit, auch Penalty-Funktion genannt, auf ihre jeweilige Anfälligkeit bezüglich Crosstalkfehler während der Übertragung überprüft.

Durch die Erfindung können also durch Übersprechen hervorgerufene Fehler in zu übertragenden Datensignalen erkannt werden und insbesondere aus dem zu übertragenden Datensignal erzeugte, veränderte Datensignale ermittelt werden, die resistenter sind gegen den Störeinfluß des Übersprechens als z.B. das eigentliche zu übertragende Datensignal.

Diese Information über die Störanfälligkeit einzelner Variationen des zu übertragenden Datensignals kann gewinnbringend eingesetzt werden, entweder dahingehend, daß nur dasjenige Datensignal aus den abgeleiteten Datensignalen und dem zu übertragenden Datensignal übertragen wird, das sich hinsichtlich der Übersprechstörungen als am geringsten anfällig erweist. Dies muß nicht zwingend das eigentlich zu übertragende Datensignal mit seiner originären Bitfolge sein, sondern ist beispielsweise ein daraus abgeleitetes Datensignal mit denselben Bits aber einer anderen Bitfolge. Im Sinne einer abermals erhöhten Übertragungssicherheit können auch mehrere, vorzugsweise die sich am wenigsten als störanfällig erweisenden abgeleiteten Datensignale übertragen werden.

Alternativ werden zu übertragendes Datensignal und das abgeleitete Datensignal oder die abgeleiteten Datensignale – gegebenenfalls auch ohne das eigentlich zu übertragende Datensignal – zum Empfänger übertragen. Die Bewertung der übertragenen Signale hinsichtlich der Störanfälligkeit wird dann im Empfänger durchgeführt.

Zum Rekonstruieren des eigentlich zu übertragenden Datensignals wird bei beiden Alternativen vorzugsweise ein Informationssignal zum Empfänger übertragen, das Angaben über das Vertauschungsverfahren hinsichtlich der übertragenen abgeleiteten Datensignale enthält. Angaben diesbezüglich enthalten beispielsweise die Information, ob das originäre zu übertragende Datensignal, oder ein oder mehrere aus diesem abgeleitete Datensignale übertragen wurden, und welches Vertauschungsverfahren bei den einzelnen abgeleiteten Datensignalen angewendet wurde. Dabei genügt die Angabe, welches Vertauschungsverfahren angewendet wurde, sofern dem Empfänger das Vertauschungsverfahren selbst bekannt ist.

Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß der Störmechanismus des Übersprechens zwischen zwei benachbarten Leitungen physikalisch bekannt ist und nicht durch statistisches Rauschen geprägt ist.

Mit dem übertragenen Datensignal beziehungsweise den übertragenen Datensignalen und gegebenenfalls mit den Angaben aus dem Informationssignal kann mittels einer Decodiereinheit das eigentlich zu übertragende Datensignal im Empfänger rekonstruiert werden und zur Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt werden.

Vorzugsweise enthält die Digitalschaltung einen Empfänger zum Empfangen der über die Leitung übertragenen Datensignale.

Empfängerseitig kann eine Decodiereinheit zum Ermitteln im Sinne eines Rekonstruierens des zu übertragenden Datensignals aus tatsächlich über die Leitung übertragenen Signalen vorgesehen sein.

Vorzugsweise ist ein Sender zum Ausgeben von Datensignalen auf die Leitung vorgesehen. Dieser Sender enthält auch die Codiereinheit.

Der Sender kann dabei zum zeitlich versetzten Ausgeben des zu übertragenden Datensignals und des abgeleiteten Datensignals oder der abgeleiteten Datensignale auf die Leitung ausgebildet sein.

Signale werden in diesem Modus seriell übertragen.

Es kann aber auch eine weitere Leitung zum Übertragen von Datensignalen vorgesehen sein, auf die der Sender das oder die abgeleiteten Datensignale ausgibt.

Der Sender ist dann insbesondere zum parallelen Ausgeben des zu übertragenden Datensignals auf die Leitung und des abgeleiteten Datensignals auf die weitere Leitung ausgebildet.

Das Vorsehen der weiteren Leitung erhöht zwar den Flächenbedarf auf dem Chip, erhöht jedoch andererseits auch die Übertragungsrate. Bei einer seriellen Signalübertragung auf einer Leitung liegt der Schwerpunkt in einem reduzierten Flächenbedarf auf dem Chip.

In einer vorteilhaften Weiterbildung enthält der Empfänger die Bewertungseinheit. Das zu übertragende Datensignal und das oder die daraus abgeleiteten Datensignale oder lediglich die abgeleiteten Datensignale – für den Fall daß das eigentlich zu übertragende Datensignal nicht übertragen wird – werden auf der oder den Leitungen zum Empfänger übertragen und dort hinsichtlich ihrer Störanfälligkeit bewertet.

Vorzugsweise übermittelt der Sender an den Empfänger ein Informationssignal, das angibt, nach welchem Vertauschungsverfahren das oder die abgeleiteten Datensignale aus dem zu übertragenden Datensignal gebildet wurden.

Mit dieser Information sowie den im Empfänger ermittelten Störanfälligkeitsdaten kann die Decodiereinheit des Empfängers aus den tatsächlich übertragenen Datensignalen, enthaltend insbesondere auch mindestens ein abgeleitetes Datensignal, das eigentlich zu übertragende, störungsfreie Datensignal rekonstruieren.

Es kann aber auch der Sender die Bewertungseinheit enthalten.

Der Sender wählt dann dasjenige Datensignal aus dem zu übertragenden und dem abgeleiteten Datensignal oder aus den abgeleiteten Datensignalen aus, das durch die Bewertungseinheit mit der geringsten Störungsanfälligkeit bewertet wurde, und sendet dieses Datensignal an den Empfänger.

Auch bei diesem Übertragungsmodus gibt der Sender vorteilhafterweise ein Informationssignal aus, das angibt, nach welchem Vertauschungsverfahren das ausgewählte Signal aus dem zu übertragenden Signal gebildet wurde.

Mit dieser Information sowie dem ausgewählten und übertragenen Datensignal kann die Decodiereinheit des Empfängers das eigentlich zu übertragende Datensignal rekonstruieren.

Das Informationssignals kann dabei auf derselben Leitung wie das ausgewählte Datensignal übertragen werden.

Es kann aber auch eine weiteren Leitung zum Übertragen des Informationssignals vorgesehen sein.

Das Vorsehen der weiteren Leitung erhöht zwar den Flächenbedarf auf dem Chip, erhöht andererseits auch die Übertragungsrate. Bei einer seriellen Signalübertragung auf einer Leitung liegt der Schwerpunkt in einem reduzierten Flächenbedarf auf dem Chip.

Der das Verfahren betreffende Teil der Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 15 gelöst.

Hinsichtlich der Vorteile des Verfahrens und seiner Weiterbildungen wird aus die Ausführungen zu den Vorrichtungsansprüchen verwiesen.

Bei dem Verfahren wird aus einem über eine Leitung der Digitalschaltung zu übertragenden Datensignal durch Ändern der Bitreihenfolge zumindest ein abgeleitetes Datensignal erzeugt. Im folgenden wird die Anfälligkeit des Datensignals und des abgeleiteten Datensignals oder der abgeleiteten Datensignale für Störungen verursacht durch eine kapazitive Kopplung der Leitung mit zumindest einer benachbarten Leitung ermittelt.

Vorzugsweise werden das zu übertragende Datensignal und das abgeleitete Datensignal oder die abgeleiteten Datensignale zeitlich versetzt über die Leitung übertragen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung werden das zu übertragende Datensignal auf der Leitung und das abgeleitete Datensignal auf einer weiteren Leitung übertragen.

Die Störanfälligkeit des Datensignals und jedes abgeleiteten Datensignals oder der abgeleiteten Datensignale wird vorzugsweise nach Übertragung der Datensignale über die Leitung im Empfänger ermittelt.

Das zu übertragende Datensignal wird dann unter Zuhilfenahme der Störanfälligkeitsdaten aus den tatsächlich übertragenen Datensignalen ermittelt.

Es kann aber auch die Störanfälligkeit des zu übertragenden Datensignals und jedes abgeleiteten Datensignals oder der abgeleiteten Datensignale vor ihrer Übertragung ermittelt werden.

Dann wird vorzugsweise aus dem zu übertragenden und dem abgeleiteten Datensignal oder aus den abgeleiteten Datensignalen dasjenige Datensignal ausgewählt und auf der Leitung übertragen, das die geringste Störanfälligkeit aufweist.

Es kann ein Informationssignal ausgegeben werden, das angibt, nach welchem Vertauschungsverfahren das ausgewählte und übertragene Signal aus dem zu übertragenden Signal abgeleitet wird.

Das Informationssignal kann dabei zeitlich versetzt zu einem sonstigen übertragenen Datensignal auf der Leitung übertragen werden.

Das Informationssignal kann aber auch auf einer weiteren Leitung übertragen werden.

Im Empfänger wird das zu übertragende Datensignal vorzugsweise aus dem oder den tatsächlich übertragenen Datensignalen unter Zuhilfenahme des übertragenen Informationssignals ermittelt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im weiteren näher erläutert.
Es zeigen
1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Digitalschaltung;
2 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Digitalschaltung;
3 ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Fehlerhäufigkeit von Signalen einer Digitalschaltung in Abhängigkeit von Betriebsparametern darstellt.
Gleiche Elemente und Signale sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Das in 1 gezeigte Blockschaltbild einer Digitalschaltung enthält einen Sender 1, der über eine Leitung 3 und eine weitere Leitung 4 mit einem Empfänger 2 verbunden ist.
Sender 1 und Empfänger 2 sind dabei Bestandteile der integrierten Digitalschaltung und sind über die zwischen ihnen liegende Leitung 3 und der Richtung der Datenübertragung definiert. Die Leitung 3 und auch die weitere Leitung 4 sind Leitungsbahnen im Chip der integrierten Digitalschaltung, deren Leitungslänge sich zwischen dem μm-Bereich und dem cm-Bereich erstrecken kann.
Der Sender 1 enthält eine Codiereinheit 5. Der Empfänger enthält eine Bewertungseinheit 7 und eine Decodiereinheit 6.
Die in dem Ausschnitt nach 1 gezeigte Digitalschaltung soll dafür Sorge tragen, daß ein Datensignal X – im folgenden zu übertragendes Datensignal X – störungssicher über die durch die Leitung 3 definierte Übertragungsstrecke übermittelt wird, trotz eines durch die hohe Betriebsfrequenz der Digitalschaltung hervorgerufenen Übersprecheffekts bezüglich benachbarter Signalleitungen.
Das zu übertragende Datensignal X ist beispielsweise ein 8-Bit-Codewort. In 1 ist bezüglich jeder Leitung die Bitstellenanzahl der auf dieser Leitung übertragenen Datensignale angegeben, und zwar durch einen Schrägstrich auf der jeweiligen Leitung und der Bitstellenangabe über dem Schrägstrich.
Das zu übertragene Datensignal X, liegt ungestört am Sender 1 an. Der Sender 1 schleift dieses zu übertragende Datensignal X auf die Leitung 3 durch. Das zu übertragende Datensignal X wird hier auch tatsächlich über die störanfällige Leitung 3 zum Empfänger 2 übertragen.
Andererseits wird das zu übertragende Datensignal X der Codiereinheit 5 zugeführt. Die Codiereinheit 5 erzeugt aus dem zu übertragenden Datensignal X ein abgeleitetes Datensignal Y, das über die weitere Leitung 4 zum Empfänger 2 übertragen wird. Die Ableitung aus dem zu übertragenden Datensignal X erfolgt in der Codiereinheit 5 dergestalt, daß das abgewandelte Datensignal Y die gleichen Bits enthält wie das zu übertragende Datensignal X, jedoch in anderer Reihenfolge angeordnet.
So enthält beispielsweise das zu übertragende Datensignal X die Bitstellen
X = (x0, x1, x2, x3, x4, x5, x6, x7)
wobei jede Bitstelle mit einem Digitalwert 0 oder 1 belegt ist.
Die Codiereinheit 5 vertauscht die Bitstellen systematisch dergestalt, daß das abgeleitete Datensignal Y sich aus folgender Bitstellenfolge aus dem zu übertragenden Datensignal X ergibt:
Y = (x0, x2, x4, x6, x1, x3, x5, x7)
Beide Datensignale X und Y werden auf den zugeordneten Leitungen 3 beziehungsweise 4 zum Empfänger 2 übertragen. Die Datensignale X und Y können alternativ aber auch gemeinsam auf einer einzigen Leitung 3 seriell zum Empfänger 2 übertragen werden.
Im Empfänger 2 bewertet die Bewertungseinheit 7 zum Bewerten der Anfälligkeit der zugeführten Datensignale für Störungen verursacht durch eine kapazitive Kopplung der Leitung mit zumindest einer benachbarten Leitung das übertragene Datensignal X und das abgeleitete übertragene Datensignal Y der. Diese durch die Bewertungseinheit 7 durchgeführte Bewertungsroutine wird auch Penalty-Funktion genannt. Sie ist als Hardware oder als Software realisiert.
Die Penalty-Funktion kann bezüglich eines Bits eines empfangenen Datensignals drei Bewertungszustände einnehmen:
Die Penalty-Bewertung liefert den Wert Null, wenn bei der Übertragung beide Nachbarleitungen der Übertragungsleitung keinen Schaltvorgang aufweisen, also kein Übersprechen erfolgt ist. Die Bewertung Eins wird vergeben, wenn bei der Übertragung eine einzige der Nachbarleitungen der Übertragungsleitung gegen das übertragene Signal schaltet. Die Bewertung Zwei wird vergeben, wenn bei der Übertragung beide Nachbarleitungen der Übertragungsleitung gegen das übertragene Signal schalten, also ein Übersprechen bezüglich beider Nachbarleitungen erfolgt.
Die Penalty-Funktion kann demnach folgendermaßen dargestellt werden:

Penalty (i, tn): = 1, wenn entweder x(i – 1, tn) ungleich x(i – 1, tn – 1) und x(i, tn) ungleich x(i – 1, tn) oder x(i + 1, tn) ungleich x(i + 1, tn – 1) und x(i, tn) ungleich x(i + 1, tn)
Penalty (i, tn): = 2, wenn sowohl x(i – 1, tn) ungleich x(i – 1, tn – 1) und x(i, tn) ungleich x(i – 1, tn) als auch x(i + 1, tn) ungleich x(i + 1, tn – 1) und x(i, tn) ungleich x(i + 1, tn)
Penalty (i, tn): = 0, sonst,

Dem Decoder 6 in der Empfangseinheit 2 werden das übertragene Datensignal X und das abgeleitete Datensignal Y zugeführt wie auch die von der Bewertungseinheit 7 ermittelten Bewertungsergebnisse P, beispielsweise in Form der oben dargestellten bitbezogenen Penalty-Funktion P(i, tn).
Der Decoder 6 wählt nun Bitstelle für Bitstelle aus dem übertragenen Datensignal X und dem übertragenen abgeleiteten Datensignal Y dasjenige Bit aus, das an dieser Stelle die kleinere Penalty-Funktion aufweist, und damit störsicherer ist. Dementsprechend wird im Decoder 6 das eigentliche, ursprünglich ungestörte zu übertragende Datensignal X zusammengesetzt.
Bei oben beschriebenem Übertragungsmodus mit der Übertragung nur eines abgewandelten Datensignals Y ist dem Decoder 6 vorzugsweise die Vertauschungsfunktion der Bits zum Gewinnen des abgeleiteten Datensignals Y aus dem zu übertragenden Datensignal X bekannt. Diese Information wird zum Rückgewinnen des ungestörten, zu übertragenden Datensignals eingesetzt.
Ist diese Information empfängerseitig nicht vorhanden, so kann sie mittels eines Informationssignals über die Leitung 3 oder die weitere Leitung 4 vom Sender 1 an den Empfänger 2 übermittelt werden.
Werden mehrere Datensignale Y aus dem zu übertragenden Datensignal X abgeleitet, so ist dem Empfänger 2 die Information bezüglich jeder Ableitung zuzuführen, sofern sie nicht schon in einem Speicher des Empfängers abgelegt ist. Dabei können auch Relationen im Empfänger dergestalt abgelegt sein, daß eine Reihenfolge von Vertauschungsverfahren abgelegt ist für eine Reihe von nacheinander beim Empfänger 2 eingehenden abgeleiteten Datensignalen Y oder aber ein Vertauschungsverfahren fest zu einer bestimmten Leitung und den darüber übertragenen Datensignalen zugeordnet ist.
Der Empfänger 2 gibt das rekonstruierte, zu übertragende Datensignal als Ausgangssignal Z aus.
2 zeigt ebenfalls ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Digitalschaltung, mit folgender Abwandlung gegenüber der Digitalschaltung nach 1:
Die Bewertungseinheit 7 ist nun nicht im Empfänger 2 sondern im Sender 1 angeordnet. Daraus folgt, daß die Penalty-Funktion bereits schon im Sender geliefert wird.
Der Bewertungseinheit 7 werden wiederum das zu übertragende Datensignal X sowie ein nach obigen Maßgaben durch die Codiereinheit 5 aus dem zu übertragenden Datensignal X abgeleitetes Datensignal Y zugeführt.
Die Bewertungseinheit 7 ermittelt nun vorzugsweise anhand der oben erläuterten Penalty-Funktion die Störsicherheit der beiden Datensignale X und Y. Im folgenden wählt die Bewertungseinheit 7 das störsicherere der beiden Datensignale X und Y aus und überträgt dieses als ausgewähltes Datensignal V über die Leitung 3 an den Empfänger.
Über die weitere Leitung 4 wird dem Empfänger mittels eines 2-Bit-Informationssignals I mitgeteilt, nach welchem Vertauschungsverfahren das ausgewählte Datensignal V aus dem zu übertragenden Datensignal X abgeleitet wurde. Das Informationssignal I kann bei nur einer einzigen Leitung 3 auch im Zeitmultiplex zu den ausgewählten Datensignalen V übertragen werden.
Die Auswahl des Datensignals V kann erfindungsgemäß folgendermaßen erfolgen:
Es wird dasjenige Datensignal aus den der Bewertungseinheit angebotenen Datensignalen X und Y übertragen, das über die Bitstellen den geringsten Penalty-Mittelwert aufweist, sofern der geringste Penalty-Wert die höchste Störsicherheit anzeigt.
Vorzugsweise wird nur dasjenige Datensignal ausgewählt, das absolut störsicher ist, also einen Penalty-Mittelwert von Null aufweist. Andernfalls – insbesondere wenn also beispielsweise alle zur Auswahl stehenden Datensignale eine Crosstalk-Störung bei der Übertragung erwarten lassen – können mehrere Datensignale nach dem Ausführungsbeispiel nach 1 an den Empfänger 2 übertragen werden.
Wenn alle zur Auswahl stehenden Datensignale eine Crosstalk-Störung bei der Übertragung erwarten lassen, kann durch eine weitere Vertauschungsfunktion (Interleaving-Algorithmus) ein zusätzliches Datensignal abgeleitet werden, das im folgenden auf seine Störsicherheit überprüft und bei festgestellter Störsicherheit ausgewählt und übertragen wird.
Wird festgestellt, daß das ausgewählte Datensignal mit der geringsten Störsicherheit dennoch ein Übersprechen in geringem Maße zuläßt, also beispielsweise nur in Kopplung mit einer einzigen benachbarten Leitung, so kann dieses Datensignal übertragen werden und weitere Maßnahmen wie entsprechende Prozeßführung und/oder Leiterbahnlayout und/oder durch Verminderung der Betriebsfrequenz ein Übersprechen verhindert werden. Dann ist auch bei einer Bewertung des ausgewählten Datensignals mit einem Wert Eins nach obiger Penalty-Funktion eine sichere Signalübertragung gewährleistet. Lediglich bei einem festgestellten Penalty-Wert Zwei sollte zusätzlich mindestens ein weiteres abgeleitetes Datensignal übertragen werden.
3 zeigt ein Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Fehlerhäufigkeit von Signalen einer Digitalschaltung in Abhängigkeit von Betriebsparametern darstellt. Auf der Abszisse ist die Betriebsfrequenz f der Digitalschaltung in MHz aufgetragen, auf der Ordinate die Amplitude von Störpeaks U_S in Volt in Abhängigkeit der Betriebsfrequenz f auf einer Busleitung der Digitalschaltung.
Die Störpeaks sind weiterhin aufgetragen in Abhängigkeit von zwei typischen Crosstalk Fehlern, nämlich dem Single-Aggressor-Fehler und dem Double-Aggressor-Fehler. Beim Single-Agressor-Fehler wird gleichzeitig eine benachbarte Leitung geschaltet, wohingegen beim Double-Aggressor-Fehler gleichzeitig zwei benachbarte Leitungen geschaltet werden.
Weiter ist die Störpeakgröße aufgetragen in Abhängigkeit von der Leitungslänge der Busleitung, und zwar für eine Leitungslänge von 1 cm und von 1 mm.
Die Technologieparameter sind an der 0,25 μm CMOS Logikgeneration orientiert, Werte für Koppelkapazitäten der Busleitungen aus [1] entnommen.
Die Digitalschaltung ist in 0.25 μm-Technologie erstellt, die Busleitungen sind in der Metallisierungsebene M3 angeordnet. Die Leiterbahngeometrie ist bestimmt durch eine Leiterbahnhöhe von 0,45 μm, eine Leiterbahnbreite von 1,2 μm und einem Leiterbahnabstand von 1,0 μm.
Als Dielektrikum wird SiO₂ verwendet. Die Koppelkapazitäten ergeben sich zu C_Koppel = 75 fF und C_Ground = 40 fF. Die Versorgungsspannung beträgt V_dd = 2,5 Volt.
Allgemein ist festzustellen, daß sich die Amplitude der Störpeaks bei geringer Leitungslänge erst bei höheren Betriebsfrequenzen signifikant erhöht, wohingegen bei langen Leitungen im cm-Bereich bereits bei geringen Betriebsfrequenzen hochpegelige Störpeaks auftreten.
Ein typischer Pegelgrenzwert für erlaubte Störpeaks in oben genannter Technologie sei beispielsweise 0,4 Volt. Wird die Digitalschaltung bei einer Betriebsfrequenz von etwa f = 300 MHz betrieben, dann ergeben sich auf 1 cm langen Leitungen Störsignale von etwa 0,8 Volt bei Störungen von zwei Nachbarleitungen und Störsignale von etwa 0,5 Volt bei Störungen von nur einer Nachbarleitung. Ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Übertragungsverfahrens ist daher auf solchen Leitungen mit dem Auftreten von logischen Fehlern durch Übersprechen zu rechnen.
Wird jedoch das erfindungsgemäße Verfahren angewendet und die Übertragung von allen Datensignalen mit einem Penalty-Wert größer Null vermieden, so kann die Übertragung fehlerfrei durchgeführt werden.
Wird die Betriebsfrequenz auf f < 200 MHz abgesenkt, so fallen Störpegel von Single-Agressor-Fehlern auf unter 0,4 Volt ab, also insbesondere unter die Toleranzgröße. Dann ist es möglich, auch Datensignale mit einem ermittelten Penalty-Wert von Eins fehlerfrei zu übertragen. Lediglich zur Übertragung von Datensignalen mit einem Penalty-Wert von Zwei sollten dann mehrere nach dem Interleaving-Verfahren abgeleitete Datensignale übertragen werden.
Alternativ zu der im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen nach den 1 und 2 erläuterten Penalty-Funktion kann auch folgende Penalty-Funktion aus [5] – deren Inhalt hiermit als zur Offenbarung zugehörig eingeführt wird – zur Anwendung kommen:
Mit n als Anzahl der Nachbarleitungen, und

R_T: als äquivalenter Widerstand des Treiber-MOSFET der Leitung dividiert durch den Gesamtwiderstand der Leitung;
C_T: als äquivalente Kapazität des Treiber-MOSFET der Leitung dividiert durch den Gesamtwiderstand der Leitung;
η: als äquivalente Koppelkapazität mit benachbarten Leitungen dividiert durch die Gesamtkapazität der betroffenen Leitung;

p = 1 + (n + 1)·η, (2)

In diesem Dokument sind folgende Veröffentlichungen zitiert:

[1] A.B. Kahng et al.: "Interconnect Tuning Strategies for High-Performance IC's", Proc. of IEEE Design, Automation and Testing in Europe, Paris, Februar 1998
[2] T. Grams: "Codierungsverfahren", Bl Hochschultaschenbücher, 625, 1986, S. 64 ff
[3] M. Favalli, C. Metra: "Optimization of error detecting codes for the detection of crosstalk originated errors", Proc. of IEEE Design, Automation and Testing in Europe, März 2001, S. 290–296
[4] US 3 649 915 A
[5] H. Kawaguchi, T. Sakurai, IEEE proceedings 07803-4425-1/98 p. 38

1: Sender
2: Empfänger
3: Leitung
4: Weitere Leitung
5: Codiereinheit
6: Decodiereinheit
7: Bewertungseinheit
X: Zu übertragendes Datensignal
Y: Abgewandeltes Datensignal
V: Ausgewähltes Datensignal
Z: Ausgangssignal
I: Informationssignal
P: Bewertungsergebnis

Claims

Integrierte Digitalschaltung, • mit einer Leitung zum Übertragen von Datensignalen mit mehreren Bits, • mit einer Codiereinheit zum Erzeugen mindestens eines abgeleiteten Datensignals aus einem über die Leitung zu übertragenden Datensignal durch Ändern der Bitreihenfolge des zu übertragenden Datensignals, und • mit einer Bewertungseinheit zum Bewerten der Anfälligkeit des zu übertragenden Datensignals und des abgeleiteten Datensignals oder der abgeleiteten Datensignale für Störungen verursacht durch eine kapazitive Kopplung der Leitung mit zumindest einer benachbarten Leitung.
Integrierte Digitalschaltung nach Anspruch 1, mit einem Empfänger zum Empfangen der über die Leitung übertragenen Datensignale.
Integrierte Digitalschaltung nach Anspruch 2, mit einer empfängerseitigen Decodiereinheit zum Ermitteln des zu übertragenden Datensignals aus tatsächlich über die Leitung übertragenen Signalen.
Integrierte Digitalschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Sender zum Ausgeben von Datensignalen auf die Leitung, der die Codiereinheit enthält.
Integrierte Digitalschaltung nach Anspruch 4, bei der der Sender zum zeitlich versetzten Ausgeben des zu übertragenden Datensignals und des abgeleiteten Datensignals oder der abgeleiteten Datensignale auf die Leitung ausgebildet ist.
Integrierte Digitalschaltung nach Anspruch 4, • mit einer weiteren Leitung zum Übertragen von Datensignalen, • bei der der Sender zum Ausgeben der abgeleiteten Datensignale auf die weitere Leitung ausgebildet ist.
Integrierte Digitalschaltung nach Anspruch 6, bei der der Sender zum parallelen Ausgeben des zu übertragenden Datensignals auf die Leitung und des abgeleiteten Datensignals auf die weitere Leitung ausgebildet ist.
Integrierte Digitalschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 7, bei der der Empfänger die Bewertungseinheit enthält.
Integrierte Digitalschaltung nach Anspruch 8, bei der der Sender zum Ausgeben eines Informationssignals ausgebildet ist, das angibt, nach welchem Vertauschungsverfahren das abgeleitete Datensignal aus dem zu übertragenden Signal gebildet wurde.
Integrierte Digitalschaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei der der Sender die Bewertungseinheit enthält.
Integrierte Digitalschaltung nach Anspruch 10, bei der der Sender zum Auswählen und Ausgeben desjenigen Datensignals aus dem zu übertragenden und dem abgeleiteten Datensignal oder aus den abgeleiteten Datensignalen ausgebildet ist, das durch die Bewertungseinheit mit der geringsten Störanfälligkeit bewertet wurde.
Integrierte Digitalschaltung nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, bei der der Sender zum Ausgeben eines Informationssignals ausgebildet ist, das angibt, nach welchem Vertauschungsverfahren das ausgewählte Signal aus dem zu übertragenden Signal gebildet wurde.
Integrierte Digitalschaltung nach Anspruch 9 oder Anspruch 12, bei der der Sender zum Ausgeben des Informationssignals auf die Leitung ausgebildet ist.
Integrierte Digitalschaltung nach Anspruch 9 oder Anspruch 12, mit einer weiteren Leitung zum Übertragen des Informationssignals.
Verfahren zum Betreiben einer integrierten Digitalschaltung, • bei dem aus einem über eine Leitung der Digitalschaltung zu übertragenden Datensignal durch Vertauschen der Bitreihenfolge zumindest ein abgeleitetes Datensignal erzeugt wird, und • bei dem die Anfälligkeit des zu übertragenden Datensignals und des abgeleiteten Datensignals oder der abgeleiteten Datensignale für Störungen, verursacht durch eine kapazitive Kopplung der Leitung mit zumindest einer benachbarten Leitung, ermittelt wird.
Verfahren zum Betreiben einer integrierten Digitalschaltung nach Anspruch 15, bei dem das zu übertragende Datensignal und das abgeleitete Datensignal oder die abgeleiteten Datensignale zeitlich versetzt über die Leitung übertragen werden.
Verfahren zum Betreiben einer integrierten Digitalschaltung nach Anspruch 16, bei dem das zu übertragende Datensignal auf der Leitung und das abgeleitete Datensignal auf einer weiteren Leitung übertragen werden.
Verfahren zum Betreiben einer integrierten Digitalschaltung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem die Störanfälligkeit des Datensignals und des abgeleiteten Datensignals oder der abgeleiteten Datensignale nach Übertragung der Datensignale über die Leitung im Empfänger ermittelt wird.
Verfahren zum Betreiben einer integrierten Digitalschaltung nach Anspruch 18, bei der das zu übertragende Signal unter Zuhilfenahme der Störanfälligkeitsdaten aus den tatsächlich übertragenen Datensignalen ermittelt wird.
Verfahren zum Betreiben einer integrierten Digitalschaltung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem die Störanfälligkeit des zu übertragenden Datensignals und jedes abgeleiteten Datensignals oder der abgeleiteten Datensignalen vor einer möglichen Übertragung ermittelt wird.
Verfahren zum Betreiben einer integrierten Digitalschaltung nach Anspruch 20, bei dem aus dem zu übertragenden und dem abgeleiteten Datensignal oder aus den abgeleiteten Datensignalen dasjenige Datensignal ausgewählt und auf der Leitung übertragen wird, das die geringste Störanfälligkeit aufweist.
Verfahren zum Betreiben einer integrierten Digitalschaltung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, bei dem ein Informationssignal ausgegeben wird, das angibt, nach welchem Vertauschungsverfahren ein übertragenes Signal aus dem zu übertragenden Signal abgeleitet wurde.
Verfahren zum Betreiben einer integrierten Digitalschaltung nach Anspruch 22, bei dem das Informationssignal zeitlich versetzt zu einem sonstigen Datensignal auf der Leitung übertragen wird.
Verfahren zum Betreiben einer integrierten Digitalschaltung nach Anspruch 22, bei dem das Informationssignal auf einer weiteren Leitung übertragen wird.
Verfahren zum Betreiben einer integrierten Digitalschaltung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, bei dem das zu übertragende Datensignal aus dem oder den tatsächlich übertragenen Datensignalen unter Zuhilfenahme des übertragenen Informationssignals ermittelt wird.