DE10128757A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zum Regeln der Betriebsspannung einer Digitalschaltung - Google Patents
Verfahren und Schaltungsanordnung zum Regeln der Betriebsspannung einer DigitalschaltungInfo
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Abstract
Bei Digitalschaltungen wird die Leistungsfähigkeit maßgeblich von der Signallaufzeit des längsten Signalpfads, auch kritischer Pfad genannt, bestimmt. Die Signallaufzeit kann mit Hilfe der Betriebsspannung beeinflusst werden, wodurch mit Hilfe einer Betriebspannungsregelung die Einflüsse von Temperatur und Prozessschwankungen auf die Signallaufzeit in der Digitalschaltung kompensiert werden kann. Insbesondere kann die Betriebsspannung in Abhängigkeit der Signallaufzeit so geregelt werden, dass immer eine geforderte Mindestbetriebsfrequenz erreicht werden kann. Zur Ermittlung der Signallaufzeit werden der Digitalschaltung mehrere Nachbildungen (7, 8) eines kritischen Pfads der Digitalschaltung zugeordnet und deren Signallaufzeit ermittelt, wobei die Signalpfadnachbildung (7, 8) den gleichen Betriebsbedingungen wie die Digitalschaltung ausgesetzt werden. Zur Erzielung eines Sicherheitsabstands weisen die Signalpfadnachbildungen (7, 8) zusätzliche Schaltungselemente (8) auf, die die Signallaufzeiten der Signalpfadnachbildungen (7, 8) weiter verzögern. Erfindungsgemäß wird der Mittelwert der Laufzeiten der Signalpfadnachbildungen (7, 8) ermittelt. Da bei einer Normalverteilung der Signallaufzeiten der Mittelwert auch einer relativ geringen Anzahl von Signalpfadnachbildungen dem Mittelwert der Signalpfade in der Digitalschaltung relativ nahe kommt, kann mit der erfindungsgemäßen Lösung die Signallaufzeiten in der Digitalschaltung mit einem geringen Aufwand bzw. einer ...
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Maßes einer Signallaufzeit einer Digitalschaltung, ein Verfahren zum Regeln der Betriebsspannung einer Digitalschaltung sowie eine Schaltungsanordnung zum Regeln der Betriebsspannung einer Digitalschaltung.
- Die Leistungsfähigkeit einer Digitalschaltung wird maßgeblich von der Signallaufzeit ihrer Schaltungselemente bestimmt. Wenn die Signale in der Digitalschaltung die Schaltungselemente in einer kurzen Signallaufzeit bzw. schnell durchlaufen können, kann die Digitalschaltung mit einer höheren Frequenz und somit höheren Leistung betrieben werden. Dabei wird die Leistungsfähigkeit insbesondere von der Signallaufzeit des längsten Signalpfads, auch kritischer Pfad genannt, bestimmt. Die Anzahl der kritischen Pfade in einer Digitalschaltung reicht von einem Exemplar bis zu mehreren Tausenden, letzteres beispielsweise bei Schaltungen, die eine hohe Anzahl von Bits parallel verarbeiten und/oder viele Pipelinestufen aufweisen. Die maximale Betriebsfrequenz bei synchronen, getakteten Digitalschaltungen entspricht dann dem Kehrwert der Laufzeit des längsten Signalpfads. Aufgrund von Temperatureinflüssen, Spannungsschwankungen und Fertigungseinflüssen ist die Signallaufzeit des kritischen Signalpfads nicht genau bekannt. Üblicherweise wird ein Sicherheitsabstand eingeführt, in dem eine zulässige Höchstbetriebsfrequenz festgelegt wird, die dem Kehrwert einer Maximallaufzeit entspricht, wobei die Maximallaufzeit die Summe der Signallaufzeit des kritischen Pfads und weiteren Signallaufzeitverlängerungen ist, die sich bei den zu erwartenden Temperaturschwankungen bzw. Spannungsschwankungen bzw. Fertigungseinflüssen maximal ergeben können. So wird die Laufzeitverlängerung aufgrund des Temperatureinflusses durch den spezifizierten Temperaturbereich bestimmt, der beispielsweise von -20°C bis +100°C reichen kann. Die Laufzeitverlängerung aufgrund der Versorgungsspannung gibt den Einfluss der sporadischen Änderung der Versorgungsspannung wieder. Wird die Versorgungsspannung variiert, ändern sich die Signallaufzeiten, wobei eine höhere Spannung zu kürzeren Signallaufzeiten führt und eine niedrigere Spannung zu längeren Laufzeiten führt.
- Die Abhängigkeit der Signallaufzeit von der Betriebsspannung kann zum Einstellen der Maximallaufzeit verwendet werden, indem über eine geeignete Nachweisschaltung für die Digitalschaltung und die augenblickliche Temperatur die Laufzeit des kritischen Pfads bestimmt wird. Die Einflüsse durch Temperatur und Prozessschwankungen auf die Laufzeit des kritischen Pfads werden damit kompensiert. Wird beispielsweise die Schaltung bei Raumtemperatur betrieben und besitzen die Schaltungselemente der Digitalschaltung eine kurze Signallaufzeit, reicht auch eine niedrigere Versorgungsspannung aus, um die geforderte Frequenz zu erreichen. Die Schaltung weist damit einen niedrigeren Leistungsverbrauch auf, was insbesondere bei portablen Anwendungen angestrebt wird.
- Zum Betreiben einer Digitalschaltung mit einer möglichst geringen Betriebsspannung ist es bekannt, der Digitalschaltung eine Hilfsschaltung mit einer Nachbildung eines kritischen Pfads zuzuordnen. Überschreitet die Signallaufzeit in diesem nachgebildeten kritischen Pfad einen bestimmten Wert, wird die Versorgungsspannung erhöht. Sinkt die Laufzeit unter einen festgelegten Wert, wird diese abgesenkt.
- Dieses bekannte Verfahren weist insbesondere den Nachteil auf, dass bei großen Schwankungen der Laufzeiten der einzelnen Schaltungselemente es zu einem großen Unterschied zwischen der Signallaufzeit in der Nachbildung des kritischen Pfads und der Signallaufzeit in der Digitalschaltung kommen kann, so dass durch Regelung der Betriebsspannung anhand der Signallaufzeit in der Nachbildung unzulässig hohe Signallaufzeiten in der Digitalschaltung auftreten können. Um dies zu vermeiden, kann mit zunehmender Schwankung der Signallaufzeiten der Schaltungselemente ein zunehmender Sicherheitsabstand vorgesehen werden, der jedoch nachteiligerweise zur Folge hat, dass unter Umständen eine unnötig hohe Betriebsspannung eingestellt wird. Dabei nehmen die statistischen Schwankungen der Gatterlaufzeit bei gleichen Abmessungen der Halbleiterstrukturen zu, so dass gerade bei modernen CMOS-Technologien bei hochperformanten Schaltungen, bei denen die Betriebsfrequenz über 1 GHZ liegen kann, mit dem bekannten Verfahren die Betriebsspannung höchstens unter Inkaufnahme einer nachteilig überhöhten Betriebsspannung geregelt werden kann.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Regelung der Betriebsspannung einer Digitalschaltung sowie ein Verfahren zum Bestimmen eines Maßes für die Signallaufzeit einer Digitalschaltung zu schaffen, bei denen auch bei hohen Schwankungen der Signallaufzeiten der einzelnen Schaltungselemente eine hohe Genauigkeit erzielt werden kann, um insbesondere die Betriebsspannung nicht unnötig hoch einstellen zu müssen.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Ermitteln eines Maßes einer Signallaufzeit einer Digitalschaltung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Verfahren zum Regeln der Betriebsspannung einer Digitalschaltung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 2 sowie eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst.
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auch mit einer relativ geringen Anzahl von Nachbildungen ein genaues Maß für die Signallaufzeit in der Digitalschaltung zuverlässig ermittelt werden. Sobald die Laufzeiten der Schaltungselemente im Wesentlichen normalverteilt sind, stellt sich der Effekt ein, dass der Mittelwert auch einer relativ geringen Anzahl von Nachbildungen dem Mittelwert einer sehr großen Anzahl von Signalpfaden und insbesondere kritischen Signalpfaden sehr nahe kommt. Bei der erfindungsgemäßen Lösung kann daher die Signallaufzeit der Digitalschaltung zuverlässig auch mit einer geringen Anzahl von Nachbildungen bzw. einem geringen Aufwand ermittelt werden.
- Vorteilhafterweise sind die Signalpfadnachbildungen auf dem gleichen Halbleiter wie die Digitalschaltung integriert, so dass sie der Digitalschaltung mit geringem Aufwand zugeordnet werden können und sichergestellt ist, dass sie die gleichen Eigenschaften aufweisen und den gleichen Betriebsbedingungen bzw. der gleichen Temperatur und der gleichen Spannung ausgesetzt sind.
- Vorteilhafterweise wird der Mittelwert der Signallaufzeiten der Signalpfadnachbildungen ermittelt, indem die einzelnen Nachbildungen parallel geschaltet werden und als ein einziger Signalpfad betrachtet werden. Wenn nun die Signallaufzeit dieses Einzelpfads ermittelt wird, entspricht dieser mit einer sehr hohen Genauigkeit dem Mittelwert dieser Laufzeiten der einzelnen Signalpfadnachbildungen. Simulationen haben ergeben, dass die Laufzeit eines solchen Einzelpfads bzw. von parallel geschalteten Schaltungselementen nur in einem sehr geringen Umfang von der Breite der Signallaufzeitverteilung abhängt. Insbesondere wirken sich extreme Abweichungen nicht aus, weil die Mehrheit der Schaltungselemente den Umschaltzeitpunkt und damit die Signallaufzeit bestimmt. Dabei kann die Parallelschaltung der Signalpfadnachbildungen auf verschiedene Arten geschehen. Beispielsweise können nur die Eingänge und die Ausgänge der einzelnen Signalpfadnachbildungen parallel geschaltet bzw. miteinander verbunden werden. Daneben ist es jedoch auch möglich, die Ausgänge bzw. die Eingänge von Schaltungselementen, die sich in den verschiedenen Signalpfadnachbildungen an der gleichen Stelle befinden, miteinander zu verbinden. Auf diese Weise werden nicht nur die Signalpfadnachbildungen sondern auch einzelne Bestandteile bzw. Schaltungselemente der Signalpfadnachbildungen parallel geschaltet. Insbesondere können dabei auch alle Schaltungselemente parallel geschaltet werden bzw. die Ausgänge aller sich an gleicher Stelle in den verschiedenen Signalpfadnachbildungen befindlichen Schaltungselemente miteinander verbunden werden, so dass derartig verschaltete Signalpfadnachbildungen auch als Serienschaltung parallel geschalteter Schaltungselemente betrachtet werden können.
- Die Anzahl der parallel geschalteten Signalpfadnachbildungen kann sich beispielsweise von 10 bis 20 bewegen.
- Um einen Sicherheitsabstand bei der Bestimmung des Maßes für die Signallaufzeit der Digitalschaltung bzw. bei der Regelung der Betriebsspannung für die Digitalschaltung zu erreichen, können die Signalpfadnachbildungen jeweils zusätzliche in Serie geschaltete Schaltungselemente aufweisen, die die Signallaufzeiten in den Signalpfadnachbildungen weiter verzögern. Auf diese Weise wird eine im Vergleich zur Digitalschaltung höhere Signallaufzeit ermittelt. Wird diese Signallaufzeit zur Regelung der Betriebsspannung verwendet, wird in einem solchen Fall die Betriebsspannung auf einen Wert geregelt, der in einem Sicherheitsabstand über dem zum Erreichen der beabsichtigen Betriebsfrequenz erforderlichen Wert liegt.
- Solche zusätzlichen Schaltungselemente in den Signalpfadnachbildungen können beispielsweise verwendet werden, um die Anzahl der kritischen Pfade in der Digitalschaltung zu berücksichtigen. Nimmt die Anzahl der kritischen Pfade in der Digitalschaltung zu, steigt auch die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von gegenüber dem Mittelwert verlängerten Signallaufzeiten. Dabei kann mit statistischen Methoden die maximale Laufzeit des kritischen Pfads in einer Digitalschaltung bestimmt werden. Beispielsweise kann bestimmt werden, wie groß der Sicherheitsabstand in Standardabweichungen der Pfadlaufzeit sein muss, damit mit einer vorgegeben Wahrscheinlichkeit kein Pfad in der Digitalschaltung eine darüberliegende Signallaufzeit aufweist.
- Weiterhin kann mit Hilfe der zusätzlichen Schaltungselemente in den Signalpfadnachbildungen auch die statistische Schwankung der Schaltungselemente berücksichtigt werden. Wenn beispielsweise die statistische Schwankung größer ist, steigt damit auch die Gefahr von weit über dem Mittelwert liegenden Signallaufzeiten, so dass ein erhöhter Sicherheitsabstand erforderlich ist, damit mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit kein zu geringer Wert für die Signallaufzeit in der Digitalschaltung ermittelt wird.
- Die Schaltungselemente der Digitalschaltung bzw. der Signalpfadnachbildungen können beispielsweise auch Gatter sein, die mehrere Eingänge aufweisen können. Um bei den Signalpfadnachbildungen eine einfache Signalkette ohne Verzweigungen zu erreichen, wird bei Schaltungselementen mit mehreren Eingängen jeweils nur ein Eingang zum Aufbau der Signalpfadnachbildung verwendet, wobei die restlichen Eingänge mit einem statischen Signal so beaufschlagt werden, dass das an dem verwendeten Schaltungselementeingang angelegte Signal weitergeleitet wird. Sind die Schaltungselemente beispielsweise UND-Gatter, werden die nichtverwendeten Eingänge auf High gelegt, um ein Weiterleiten des Signals am verwendeten Eingang zu gewährleisten.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
- Fig. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Ermittlung einer Signallaufzeit eines Signalpfads, und
- Fig. 2 zeigt den Aufbau mehrerer parallel geschalteter Signalpfadnachbildungen.
- In Fig. 1 ist eine Hilfsschaltung zur Ermittlung eines Maßes für die Signallaufzeit in einer Digitalschaltung dargestellt.
- Diese Hilfsschaltung weist Signalpfadnachbildungen 7, 8 auf, die zu einem Block parallel geschaltet sind, so dass sie nur einen Eingang und einen Ausgang aufweisen. An den Eingang der Signalpfadnachbildungen 7, 8 ist ein Taktgenerator 9 angeschlossen, der ein Taktsignal mit der Betriebsfrequenz der Digitalschaltung erzeugt. Der Ausgang der Signalpfadnachbildungen 7, 8 ist mit einem Eingang eines XOR-Gatters 10 verbunden, dessen anderer Eingang an den Taktgenerator 9 angeschlossen ist. Der Ausgang des XOR-Gatters 10 wird nur dann High, wenn an den beiden Eingängen unterschiedliche Signale anliegen. Wenn beispielsweise die Signalpfadnachbildungen 7, 8 eine Signallaufzeit von 0 aufweist, liegen an den beiden Eingängen des XOR-Gatters 10 immer die gleichen Signale an, so dass der Ausgang auf Low bleibt. In dem Maße, in dem die Signallaufzeit der Signalpfadnachbildungen 7, 8 ansteigt, wird das Ausgangssignal der Signalpfadnachbildungen 7, 8 gegenüber dem Taktsignal des Taktgenerators 9 verzögert, so dass die Zeitdauern, in denen an den Eingängen des XOR- Gatters 10 unterschiedliche Signale anliegen, länger werden. Am Ausgang des XOR-Gatters 10 liegt daher ein Rechtecksignal an, dessen Impulsdauern mit steigender Signallaufzeit der Signalpfadnachbildungen 7, 8 ansteigen.
- Diese in Fig. 1 dargestellte Hilfsschaltung ist zusammen mit einer nicht dargestellten Digitalschaltung in einem gemeinsamen Halbleiter integriert und an die gleiche Spannungsversorgung angeschlossen. Somit wird sichergestellt, dass die Signallaufzeiten der Schaltungselemente sowohl der Digitalschaltung als auch der Signalpfadnachbildungen 7, 8 den gleichen Einflüssen aufgrund der Betriebsspannung, der Fertigung und der Temperatur unterliegen. Somit entsprechen die Signallaufzeiten der Schaltungselemente in den Signalpfadnachbildungen 7, 8 im Wesentlichen den Signallaufzeiten der Schaltungselemente in der Digitalschaltung, wobei insbesondere jeweils die Mittelwerte der Signallaufzeiten gleich sind. Auf diese Weise ist durch Bestimmung der Signallaufzeit der Signalpfadnachbildungen 7, 8 ein hinreichend gesicherter Rückschluss auf die Signallaufzeiten in der Digitalschaltung möglich.
- An den Ausgang des XOR-Gatters 10 schließt sich eine nicht dargestellte Regeleinrichtung an, die anhand des Ausgangssignals des XOR-Gatters 10, das ein Maß für die Signallaufzeit in den Signalpfadnachbildungen 7, 8 bzw. in der Digitalschaltung darstellt, die Betriebsspannung der Digitalschaltung und damit auch der Signalpfadnachbildungen so regelt, dass die Signallaufzeit in den Signalpfadnachbildungen 7, 8 einen bestimmten Grenzwert nicht überschreitet.
- Die Signalpfadnachbildungen 7, 8 weisen zum einen Nachbildungen 7 eines kritischen Pfads der Digitalschaltung auf. Die mit Hilfe der Nachbildung 7 eines kritischen Pfads ermittelte Signallaufzeit entspricht daher zumindest theoretisch der höchsten, in der Digitalschaltung auftretenden Signallaufzeit. Da aufgrund der wesentlich höheren Anzahl an kritischen Pfaden in der Digitalschaltung und der nicht auszuschließenden statistischen Schwankung der Laufzeiten der verschiedenen Schaltungselemente nie auszuschließen ist, dass in der Digitalschaltung längere Signallaufzeiten als die der Nachbildung 7 des kritischen Pfads auftreten, weisen die Signalpfadnachbildungen 7, 8 zusätzlich seriell geschaltete Schaltungselemente 8 auf, die die Signallaufzeit der Signalpfadnachbildungen 7, 8 zusätzlich verlängern. Auf diese Weise wird mit der in Fig. 1 dargestellten Hilfsschaltung eine Signallaufzeit ermittelt, die mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit einen bestimmten Sicherheitsabstand über der längsten in der Digitalschaltung auftretenden Signallaufzeit liegt, wobei der Sicherheitsabstand von der Anzahl der jeweils in Serie geschalteten Schaltungselemente 8 sowie deren Signallaufzeiten bestimmt wird.
- Der zur Erreichung der geforderten Betriebsfrequenz erforderliche Sicherheitsabstand wird in Standardabweichungen der Pfadlaufzeit angegeben, wobei die statistische Schwankung der Signallaufzeiten der Schaltungselemente berücksichtigt werden muss.
- Wenn beispielsweise die statistische Schwankung der Signallaufzeit der Schaltungselemente 15% betragen kann und die maximale Signallaufzeit des kritischen Pfads mit einer Wahrscheinlichkeit von wenigstens 95% nicht zu gering ermittelt werden soll, muss der Sicherheitsabstand in Standardabweichungen der Pfadlaufzeit die folgenden Werte besitzen:
Pfadanzahl Anzahl der Standardabweichungen der Pfadlaufzeit 1 1,65 10 2,55 102 3,33 103 3,9 104 4,4 105 4,9 106 5,32 107 5,73 - Die zusätzlichen Schaltungselemente 8 der Signalpfadnachbildungen 7, 8 werden so ausgewählt, dass sich mit ihnen der erforderliche Sicherheitsabstand in Abhängigkeit von der Anzahl der kritischen Pfade und der statistischen Schwankung der Signallaufzeiten der Schaltungselemente erzielen lässt.
- In Fig. 2 ist der Aufbau der Signalpfadnachbildungen 7, 8 im Detail dargestellt. Jede Signalpfadnachbildung besteht aus einer Kette von Schaltungselementen 1 x-6 x, die seriell verschaltet sind. Von den vorhandenen Signalpfadnachbildungen sind nur drei beispielshaft dargestellt, wobei die Gesamtanzahl der Signalpfadnachbildungen beispielsweise zwischen 10 und 20 betragen kann.
- Um den Mittelwert der Signallaufzeiten der Signalpfadnachbildungen einfach ermitteln zu können, sind diese parallel geschaltet. Dazu sind zum einen die Eingänge der Signalpfadnachbildungen bzw. die Eingänge der jeweils ersten Schaltungselemente 1 x miteinander verbunden und bilden den Eingang der Signalpfadnachbildungen 7, 8. Ebenso sind die Ausgänge der jeweils letzten Schaltungselemente 6 x miteinander verbunden und bilden den Ausgang der Signalpfadnachbildungen 7, 8.
- Darüber hinaus sind auch die Ausgänge der übrigen sich an gleicher Stelle der Signalpfadnachbildungen 7, 8 befindlichen Schaltungselemente 1 x-5 x miteinander verbunden bzw. parallel geschaltet. Auf diese Weise bestehen die Signalpfadnachbildungen 7, 8 aus einer Serienschaltung von jeweils parallel geschalteten Schaltungselementen 1 x-6 x, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Schaltungselemente 1 x-4 x jeweils den kritischen Pfad der Digitalschaltung nachstellen und die Schaltungselemente 5 x, 6 x als zusätzliche Schaltungselemente 8 vorgesehen sind, um den erforderlichen Sicherheitsabstand zu erreichen. Die tiefergestellten Ziffern bei den Bezugsziffern der Schaltungselemente 1 x-6 x der Signalpfadnachbildungen 7, 8 geben jeweils an, zu welcher Signalpfadnachbildung das betreffende Schaltungselement gehört.
- Das zweite und das vierte Schaltungselement 2 x, 4 x weist zwei Eingänge auf, von denen jedoch nur einer mit dem Ausgang des vorangehenden Schaltungselements 1 x bzw. 3 x verbunden ist. Um eine Weiterleitung des Signals zu gewährleisten, sind die jeweils freien Signaleingänge dieser beiden Schaltungselemente 2 x bzw. 4 x in den verschiedenen Signalpfadnachbildungen parallel geschaltet und mit einem Anschluss 11 bzw. 12 versehen. An diese beiden Anschlüsse 11, 12 sind statische Signale angelegt, die es den Schaltungselementen 2 x bzw. 4 x ermöglichen, das Signal vom jeweils vorangehenden Schaltungselement 1 x bzw. 3 x weiterzuleiten. Da an den Anschluss 11 bzw. 12 anzulegende statische Signal richtet sich nach der Art des entsprechenden Schaltungselements 2 x bzw. 4 x.
- Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, ein Maß für die Signallaufzeit in einer Digitalschaltung mittels einer Nachbildung eines kritischen Pfads der Digitalschaltung zu ermitteln, wobei für die Signalpfadnachbildungen nur ein geringer Aufwand bzw. eine geringe Anzahl von Signalpfadnachbildungen erforderlich ist.
Claims (12)
1. Verfahren zum Ermitteln eines Maßes einer Signallaufzeit
einer Digitalschaltung mittels einer der Digitalschaltung
zugeordneten Hilfsschaltung (7-10), die wenigstens zwei
Nachbildungen (7, 8) eines aus in Serie verschalteten
Schaltungselementen (1 x-6 x) aufgebauten Signalpfads der
Digitalschaltung aufweist, wobei die mittlere Signallaufzeit der
Schaltungselemente (1 x-6 x) der Signalpfadnachbildungen (7, 8)
in einem bekannten Verhältnis zu der mittleren Signallaufzeit
der Schaltungselemente des nachgebildeten Signalpfads der
Digitalschaltung steht, bei welchem Verfahren die
Signalpfadnachbildungen (7, 8) und die Digitalschaltung den gleichen
Betriebsbedingungen ausgesetzt werden und als Maß für die
Signallaufzeit der Digitalschaltung der Mittelwert der
Signallaufzeiten der Signalpfadnachbildungen (7, 8) zuzüglich
eines zeitlichen Sicherheitsabstands ermittelt wird.
2. Verfahren zum Regeln der Betriebsspannung einer
Digitalschaltung mit einer zugeordneten Hilfsschaltung, die
wenigstens zwei Nachbildungen (7, 8) eines aus in Serie
verschalteten Schaltungselementen aufgebauten Signalpfads der
Digitalschaltung aufweist, wobei die mittlere Signallaufzeit der
Schaltungselemente (1 x-6 x) der Signalpfadnachbildungen (7, 8)
in einem bekannten Verhältnis zu der mittleren Signallaufzeit
der Schaltungselemente des nachgebildeten Signalpfads der
Digitalschaltung stehen, bei welchem Verfahren die
Signalpfadnachbildungen (7, 8) und die Digitalschaltung den gleichen
Betriebsbedingungen ausgesetzt werden, der Mittelwert der
Signallaufzeiten der Signalpfadnachbildungen (7, 8) ermittelt
wird und die Betriebsspannung derart geregelt wird, dass der
ermittelte Mittelwert der Signallaufzeiten der
Signalpfadnachbildungen (7, 8) zuzüglich eines zeitlichen
Sicherheitsabstands unter einem Grenzwert liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der nachgebildete Signalpfad der Digitalschaltung ein
kritischer Signalpfad der Digitalschaltung bzw. ein
Signalpfad mit der größten in der Digitalschaltung auftretenden
Länge ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass Signalpfadnachbildungen jeweils zusätzliche seriell
geschaltete Schaltungselemente (8) aufweisen, wobei die
zusätzlichen Schaltungselemente (8) derart eingerichtet sind, dass
sie die Signallaufzeit der Signalpfadnachbildungen (7, 8) um
einen Wert verlängern, der in Abhängigkeit der Anzahl an
kritischen Pfaden bzw. an Signalpfaden mit der größten in der
Digitalschaltung auftretenden Länge in der Digitalschaltung
bestimmt ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Signalpfadnachbildungen jeweils zusätzliche seriell
geschaltete Schaltungselemente (8) aufweisen, wobei die
zusätzlichen Schaltungselemente (8) derart eingerichtet sind,
dass sie die Signallaufzeit der Signalpfadnachbildungen (7,
8) um einen Wert verlängern, der in Abhängigkeit der
statistischen Schwankung der Signallaufzeiten der
Schaltungselemente der Digitalschaltung bestimmt ist.
6. Schaltungsanordnung mit einer Digitalschaltung mit einer
zugeordneten Hilfsschaltung (7-10), die wenigstens zwei
Nachbildungen (7, 8) eines aus in Serie verschalteten
Schaltungselementen (1 x-6 x) aufgebauten Signalpfads der
Digitalschaltung aufweist, wobei die Schaltungsanordnung derart
eingerichtet ist, dass die Signalpfadnachbildungen (7, 8) und die
Digitalschaltung den gleichen Betriebsbedingungen ausgesetzt
sind, die mittlere Signallaufzeit der Schaltungselemente (1x-
6x) der Signalpfadnachbildungen (7, 8) in einem bekannten
Verhältnis zu der mittleren Signallaufzeit des nachgebildeten
Signalpfads der Digitalschaltung steht und die
Schaltungsanordnung eine Regeleinrichtung aufweist, die derart
eingerichtet ist, dass sie den Mittelwert der Signallaufzeiten der
Signalpfadnachbildungen (7, 8) ermittelt und die
Betriebsspannung derart regelt, dass der ermittelte Mittelwert der
Signallaufzeiten der Signalpfadnachbildungen (7, 8) zuzüglich
eines zeitlichen Sicherheitsabstands unter einem Grenzwert
liegt.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Digitalschaltung und die Hilfsschaltung (7-10) auf
einem Halbleiter gemeinsam integriert sind.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Eingänge der Signalpfadnachbildungen (7, 8) und die
Ausgänge wenigstens der an letzter Stelle in den
Signalpfadnachbildungen (7, 8) angeordneten Schaltungselemente (6 x)
miteinander verbunden sind und die Regeleinrichtung derart
eingerichtet ist, dass sie den Mittelwert der
Signallaufzeiten der Signalpfadnachbildungen (7, 8) durch Ermitteln der
Signallaufzeit zwischen den parallel geschalteten Eingängen
der Signalpfadnachbildungen (7, 8) und den parallel
geschalteten Ausgängen der Schaltungselemente (6 x) der
Signalpfadnachbildungen (7, 8) ermittelt.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ausgänge aller an gleicher Stelle in den
Signalpfadnachbildungen (7, 8) angeordneten Schaltungselemente (1 x-6 x)
miteinander verbunden sind.
10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass der nachgebildete Signalpfad der Digitalschaltung ein
kritischer Signalpfad der Digitalschaltung bzw. ein
Signalpfad mit der größten in der Digitalschaltung auftretenden
Länge ist.
11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Signalpfadnachbildungen (7, 8) jeweils zusätzlich in
Serie geschaltete Schaltungselemente (8) aufweisen, wobei die
zusätzlichen Schaltungselemente (8) derart eingerichtet sind,
dass sie die Signallaufzeit der Nachbildungen (7, 8) um einen
Wert verlängern, der in Abhängigkeit der Anzahl an kritischen
Pfaden bzw. an Signalpfaden mit der größten in der
Digitalschaltung auftretenden Länge in der Digitalschaltung bestimmt
ist.
12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Signalpfadnachbildungen (7, 8) jeweils zusätzliche
seriell geschaltete Schaltungselemente (8) aufweisen, wobei
die zusätzlichen Schaltungselemente (8) derart eingerichtet
sind, dass sie die Signallaufzeit der Nachbildungen (7) um
einen Wert verlängern, der in Abhängigkeit der statistischen
Schwankung der Signallaufzeiten der Schaltungselemente der
Digitalschaltung bestimmt ist.
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8181 | Inventor (new situation) |
Inventor name: LORCH, HENNING, 80469 MUENCHEN, DE Inventor name: BERTHOLD, JOERG, DR., 81675 MUENCHEN, DE |
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