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Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung von Informations-
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änderungen in programmierbaren Speichern Stand der technik Die Erfindung
geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus Electronics
vom 14. 8. 1980, Seite 132, ist es bereits bekannt, daß EPRONs ihre Informationsinhalte
unter äußeren Einflüssen ändern können. Hierbei ist es möglich, daß eine Speicherzelle
Ladungsträger verliert und aus diesem Grunde ihren Zustand ändert; andererseits
ist es möglich, daß eine Speicherzelle durch Umgebungseinflüsse Ladungsträger auf
nimmt und aus diesem Grunde sein Informationsgehalt geändert wird. Deshalb ist bereits
vorgeschlagen worden, die Speicherinhalte in regelmäßigen Abständen auszulesen und
neu einzuspeichern. Ein wiederholtes Einspeichern von Daten in EPRONs hat jedoch
zur Folge, daß das Verhalten des EPRONs bezüglich seiner Speichereigenschaften sich
mit jedem Einspeicherungsvorgang verschlechtert. Diese Speicherbauelemente müssen
daher häufig ausgewechselt werden, da: ein solcher Speichervorgang häufiger notwendig
ist, als es aufgrund der Beschaffenheit des vPROMs erforderlich wäre.
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Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Rauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch einen einfachen
Meßvorgang erkennbar ist, welche Speicherzelle in absehbarer Zeit ihre Daten ändert
. Dadurch ist es möglich, ei#bestimmte Speicherzelle bei drohendem Datenverlust
neu zu programmieren oder aber den Speicherbaustein ganz auszuwechseln, wenn eine
Programmierung nicht mehr möglich ist. Durch die frühzeitige Erkennung von Informationsänderungen
ist es weiterhin möglich, den Speicherbaustein im normalen Betrieb weiterzubetreiben,
bis eine Wartung des entsprechenden Gerätes möglich ist.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, die Abfragespannung des Speichers nicht nur zu erhöhen,
sondern auch zu erniedrigen. Durch eine Erniedrigung der Spannung ist auch der weitere
Zustand der Speicherzelle abfragbar. Ob die Abfragespannung erhöht oder erniedrigt
wird, ist im wesentlichen davon abhängig, welcher Zellenzustand durch äußere Einflüsse
besonders leicht veränderbar ist. Beide Zustandsänderungen sind abfragbar, wenn
die Abfragespannung des Speichergliedes sowohl erhöht als auch erniedrigt wird.
Die Spannungsänderung der Abfragespannung erfolgt vorteilhafterweise rechnergesteuert
durch den mit der Speichereinheit verbundenen Rechner. Dadurch ist in Programmpausen
leicht eine Prüfung der Speicherinhalte möglich.
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Eine Vorrichtung zur Überprüfung der Speichereinheit durch einen Rechner
ist vorteilhaft so ausgebildet, daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, mit der die
Abfrage- bzw. Versorgungsspannung des Speichers veränderbar ist. Die Abfragespannung
ist
einfach durch die Änderung der Schwellenspannung eines Schmitt-Triggers veränderbar,
während die Versorgungsspannung in vorteilhafter Weise durch eine Veränderung der
Referenzspannung der Versorgungsspannungseinheit möglich ist. Diese Maßnahmen stellen
besonders einfache und vorteilhafte Prüfungsmöglichkeiten dar. Weiter ist es günstig,
die Referenzspannung oder Schwellenspannung rechnergesteuert über einen I/O-Port
umschaltbar zu gestalten. Die Spannungsumschaltung erfolgt dann programmgesteuert
durch den Rechner. Günstig ist es, wenn der Rechner Vergleichseinrichtungen aufweist,
durch die die Speicherinhalte einer Zelle des Speichergliedes im Rechner vergleichbar
sind. Günstig ist es auch, wenn eine optische oder akustische Signaleinrichtung
aktivierbar ist, wenn sich die Speicherinhalte bei normaler oder veränderter Abfrage-
bzw. Versorgungsspannung voneinander unterscheiden.
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Hierdurch ist es möglich, rechtzeitig vor dem Verlust der Speicherinformation
Maßnahmen zu treffen, die ein einwandfreies Arbeiten des Gerätes sichern.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig.
1 eine Vorrichtung zur Überprüfung der Speicherinhalte und Fig. 2 ein Diagramm zur
Erläuterung der Punktionsweise der Vorrichtung nach Fig. 1.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele.
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Fig. 1 zeigt mit 1 einen Rechner, der über einen Datenbus 2 mit einem
Speicher 4 verbunden ist, der als EPROM ausgebildet ist. Weiterhin steht der Speicher
4über einen Adressbus 3 mit dem Rechner in Verbindung. Der Datenbus 2 und der Adressbus
3 führen ebenfalls zu einem tO-Port 5. An den Eingang
der Spannungsstabilisierungsschaltung
6 ist eine Gleichspannung angeschlossen. Der Ausgang der Spannungsstabilisierungsschaltung
6 führt zum Versorgungsspannungseingang des Speichers 4. An den Ausgang der Spannungsversorgungseinheit
6 ist ein Widerstand 8 angeschlossen, der in Reihe mit dem Widerstand 9 geschaltet
ist und über diesen mit der Masse in Verbindung steht. Der Abgriff zwischen Widerstand
8 und Widerstand 9 ist mit dem Referenzspannungseingang 7 der Spannungsstabilisierungsschaltung
6 verbunden. Desweiteren führt dieser Abgriff zu einem Widerstand 10, an den andererseits
der Kollektor eines Transistors 12 angeschlossen ist. Der Emitter des Transistors
12 ist mit der Masse verbunden. Die Basis des Transistors 12 ist an einen Ausgang
des Ib-Ports 5 angeschlossen. Weiterhin ist an den Abgriff ein tdiderstand 11 angeschlossen,
der zum Kollektor eines Transistors 13 führt. Der Emitter des Transistors 13 ist
mit der Masse verbunden. Die Basis des Transistors 13 ist mit einem weiteren Ausgang
des Ip-Ports 5 verbunden.
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Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung sei anhand der Fig. 2 näher
erläutert. Bekannte EPRONs, beispielsweise die Typen Intel 2716 oder 2732, haben
eine Vielzahl von Speicherzellen, die im wesentlichen aus Feldeffekttransistoren
aufgebaut sind. Ein erster Feldeffekttransistor ist dabei als Stromquelle geschaltet,
während ein weiterer in Reihe geschalteter Feldeffekttransistor ein Steuergate aufweist,
mit dem Ladungsträger auf das Gate des Feldeffekttransistors aufbringbar sind. Mittig
ist nun eine Spannung abgreifbar, die den Ladezustand des steuerbaren Feldeffekttransistors
kennzeichnet. Definitionsgemäß liegt eine logische 1 vor, wenn der steuerbare Feldeffekttransistor
leitend ist, d. h. auf ihm keine Ladungsträger aufgebracht sind. Die Ausgangsspannung
ist dann klein. Die Kennlinie einer solchen Ausgangsspannung in Abhängigkeit vom
eingeprägten Strom ist
in Fig. 2 als Linie 16 gekennzeichnet. Auf
der Abszisse ist dabei die Spannung am Datenabgriff aufgetragen, während die Ordinate
den Strom durch den Speicherfeldeffekttransistor darstellt. Wird durch einen Spannungsimpuls
eine logische Null programmiert, so weist das Gate des Feldeffekttransistors Ladungsträger
auf, die den Feldeffekttransistor hochohmig machen. Die Folge davon ist, daß am
Mittenabgriff eine höhere Spannung auftritt. Diese ist in der Fig. 2 mit 17 gekennzeichnet.
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Je nach Aufbau der Speicherzelle ist es nun möglich, daß im Laufe
der Zeit ungewollt Ladungsträger aus dem Gatebereich entkommen oder aber Ladungsträger
in den leeren Gatebereich gelangen. Ladungsträgerverluste können beispielsweise
durch #euch#ku#n1#S#emperatureinf#üsse auftreten, während eine Tadungsträgeranreicherung
durch Lichteinfluß geschehen kann. Im folgenden sei der Vorgang am Beispiel der~ladungsanreicherung
näher erläutert. Wird nun vom Rechner 1 eine bestimmte Datenzelle abgefragt, so
erkennt der Rechner den Null- oder 1-Zustand daran, ob die Abfragespannung 18 unter-
oder überschritten ist. Bei einem bestimmten Strom 19, der durch den Konstantstrom
durch die Zelle vorgegeben ist, tritt nämlich je nach Zustand eine unterschiedliche
Spannung auf. Die Abfragespannung 18 wird bei den meisten Speicherbausteinen durch
die Versorgungsspannung und den Aufbau einer Speicherzelle bestimmt. Bei den obenerwähnten
Halbleiterspeichern liegt die Abfragespannung 18 bei der halben Versorgungsspannung.
Die Versorgungsspannung erhält der Speicher 4 durch die Spannungsstabilisierungsschaltung
6, deren Ausgangsspannung durch das Signal am Referenzeingang 7 bestimmt ist. Das
Signal am Referenzeingang 7 wird jedoch im wesentlichen durch das Verhältnis der
Widerstände 8 und 9 zueinander bestimmt. Durch den Rechner 1 kann über die I/O-Ports
5 dieses Verhältnis durch Zuschalten der Widerstände 10 und 11 geändert werden.
Im Norschaltet,
malbetrieb ist der Transistor 12 durchge- so daß
dem Widerstand 9 der Widerstand 10 parallelgeschaltet ist. In einer Programmpause
wird nun vom Rechner 1 eine bestimmte Speicherzelle des Speichers 4 über den Adressbus
3 aufgerufen und über den Datenbus in den Speicher des Rechners 1 gelesen. Nunmehr
aktiviert der Rechner 1 den t-Port 5 und veranlaßt diesen, den Transistor 13 leitend
zu schalten, so daß zu dem Widerstand 10 auch der Widerstand 11 dem Widerstand 9
parallelgeschaltet ist. Dies bedeutet ein Absinken der Referenzspannung 7 und damit
auch ein Absinken der Versorgungsspannung des Speichers 4. Durch die interne Kopplung
der Abfragespannung 18 mit der Versorgungsspannung bedeutet dies, daß die Abfragespannung
ebenfalls zu kleineren Spannungswerten verschoben ist, wie dies durch strichpunktierte
Linientin der Fig. 2 angedeutet ist. In diesem Zustand übernimmt nun der Rechner
wiederum den Speicherinhalt der gleichen Speicherzelle und vergleicht ihn mit dem
ursprünglich eingespeicherten Speicherwert. Ist die Kennlinie 16 gegeben, so sind
beide Werte gleich und die Speicherzelle ist in Ordnung. Durch das Aufladen der
Speicherzelle mit Ladungsträgern wird der Feldeffekttransistor der Speicherzelle
hochohmiger, so daß sich seine Kennlinien in Richtung höherer Spannung verschieben.
Dies zeigt die Kurvenschar, die in gestrichelten Linien der Linie 16 folgen. Ab
einer bestimmten Kurve wird bei einem bestimmten Strom 19 die verminderte Abfragespannung
überschritten. Wurde zuvor eine logische 1 gelesen, taucht nun bei verminderter
Abfragespannung eine logische Null auf. Der Rechner erkennt, daß sich die Zelle
langsam auflädt und daher schadhaft geworden ist.
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Durch geeignete Maßnahmen wird nunmehr erreicht, daß ein Alarmsignal
ausgelöst wird, so daß der Speicherbaustein 4 ausgewechselt werden kann oder aber
eine Refreahladung erfolgt. Nunmehr schaltet der Rechner wieder auf die normale
Betriebsspannung um, indem der Transistor 13 über den tG-Port 5 gesperrt wird. Nunmehr
kann der Test mit einer anderen
Speicherzelle durchgeführt werden
oder aber durch Sperren des Transistors 12 wird die Versorgungsspannung für das
STROM erhöht, so daß die Abfragespannung auf die positive Seite verschoben ist.
Nunmehr kann überprüft werden, ob die eventuell eingespeicherte logische Null, die
durch die Kennlinie 17 repräsentiert ist, sich entsprechend den gestrichelten Linien
verschoben hat. Die Überprüfung erfolgt auf die gleiche Art und Weise.
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Durch eine Variation der Abfragespannung oder der Betriebsspannung
bei geeigneten Speicher-lOs kann daher eine sich anbahnende Informationsänderung
frühzeitig festgestellt werden. Das Gerät selbst bleibt noch eine zeitlang betriebsbereit,
da unter normalen Betriebsbedingungen die Abfragespannung 18 so liegt, daß eine
eindeutige Identifizierung möglich ist. Durch Warneinrichtungen wird der Benutzer
rechtzeitig gewarnt, das Gerät mit dem Speicher instandsetzen zu lassen.
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Eine andere Möglichkeit ist es, durch den Rechner 1 eine Neuprogrammierung
der Speicherzelle vorzunehmen und zu prüfen, ob nun die Speicherzelle einwandfrei
arbeitet. Kern der Erfindung ist es, Informationsänderungen in preisgünstigen Speichern,
insbesondere EPROMs, zu einem Zeitpunkt zu erkennen, bei dem bei Normalbetrieb des
Speicherbausteins die Information noch richtig ausgelesen wird.
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Die DberprüSung der Speicherzellen erfolgt zweckmäßigerweise in Programmpausen.
In dieser Zeit kann der Rechner 1 ein Unterprogramm abarbeiten, durch das die Speicherzellen
alle oder in Abschnitten überprüft werden.