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Title:
APPARATUS FOR MONITORING OPERATING PARAMETERS OF INTEGRATED CIRCUITS AND INTEGRATED CIRCUIT WITH OPERATING PARAMETER MONITORING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2012/034682
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention generally relates to an apparatus for monitoring operating parameters of integrated circuits. A signal (S4) is generated at least at one output of a comparative element (11) by comparing switching states of input signals (S2, S3) at the at least two inputs of the comparative element (11), which signal indicates that the at least one operating parameter has dropped below or risen above a predefined threshold. The two input signals are generated by at least two operating parameter-dependent apparatuses (12, 13), and the switching behaviour thereof is subject to a time delay depending on the current value of the at least one operating parameter. A predefined time delay is created between the input signals (S2, S3) of the comparative element (11). Said delay has a value such that, when the predefined threshold of the operating parameter is exceeded, one of the input signals (S2, S3) changes its switching state at the times predefined for the comparative element (11) by the clock signal (S1.1) on the basis of the predefined time delay, and the comparative element (11) thus indicates this disparity and thus signals that the threshold of the at least one operating parameter has been exceeded.

Inventors:
WEISS DOMINIK (DE)
Application Number:
PCT/EP2011/004602
Publication Date:
March 22, 2012
Filing Date:
September 14, 2011
Export Citation:
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Assignee:
PHOENIX CONTACT GMBH & CO (DE)
WEISS DOMINIK (DE)
International Classes:
G01R31/30; G01R31/317; G05B23/02
Foreign References:
US20080007272A12008-01-10
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
SCHMIDT, OLIVER (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Betriebsparameter-Überwachung (10) integrierter Schaltkreise (1) in welcher

- durch einen Vergleich von Schalt zuständen von

Eingangssignalen (S2, S3) an den zumindest zwei Eingängen eines Vergleichselements (11) an zumindest einem Ausgang des Vergleichselements (11) ein Signal (S4) generiert wird, dass angibt, dass eine vorgegebene Schwelle des zumindest einen Betriebsparameters unter- oder überschritten worden ist, und wobei

- die beiden Eingangssignale von zumindest zwei

betriebsparameterabhängigen Vorrichtungen (12, 13)

generiert und je nach momentanen Wert des zumindest einen Betriebsparameters in ihrem Schaltverhalten zeitlich verzögert werden und wobei

- ein Taktsignal (Sl.l) an die beiden

betriebsparameterabhängigen Vorrichtungen (12, 13)

angeschlossen ist, dass jeweils als Eingangsignal für die betriebsparameterabhängigen Vorrichtungen (12, 13) dient und wobei

- zwischen diesen Eingangssignalen (S2, S3) des

Vergleichselements (11) eine vorgegebene zeitliche

Verzögerung erzeugt wird, die durch ein Verzögerungselement (14) hervorgerufen wird und wobei

- die Verzögerung des Verzögerungselements (14) einen Wert aufweist, derart, dass bei Überschreiten der vorgegebenen Schwelle des Betriebsparameters eines der Eingangssignale (S2, S3) zu den durch das Taktsignal (Sl.l) dem

Vergleichselement (11) vorgegebenen Zeitpunkten seinen Schalt zustand aufgrund der vorgegebenen zeitlichen

Verzögerung ändert und somit das Vergleichselement (11) diese Ungleichheit anzeigt und damit ein Überschreiten der Schwelle des zumindest einen Betriebsparameters

signalisiert wird.

2. Vorrichtung zur Betriebsparameter-Überwachung (10) integrierter Schaltkreise (1), nach Anspruch 1, wobei das eine Eingangssignal (S1.2, S1.3) durch Einbringen des Verzögerungselementes (14) gerade noch die vorgegebene Anstiegs- oder Haltezeit der einen

betriebsparameterabhängigen Vorrichtung (12, 13) einhält, so dass bei Überschreiten der vorgegebenen Schwelle des

Betriebsparameters eine der Eingangsschalt zustände seinen Schalt zustand ändert und somit das Vergleichselement (11) diese Ungleichheit anzeigt und damit ein Überschreiten der Schwelle des zumindest einen Betriebsparameters

signalisiert wird.

3. Vorrichtung zur Betriebsparameter-Überwachung (10) integrierter Schaltkreise (1), nach einem der vorstehenden Ansprüche wobei die Generierung der beiden Eingangssignale unter Ansprechen auf einen gemeinsamen Takt (15) erfolgt, der an den beiden betriebsparameterabhängigen Vorrichtungen (12, 13) und an das Vergleichselement (11) angeschlossen ist . 4. Vorrichtung zur Betriebsparameter-Überwachung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Verzögerungselement (16) vorgesehen ist, so dass mit dem Verzögerungselement (14) und dem weiteren Verzögerungselement (16) die Eingangssignale des

Vergleichselements (11) relativ zueinander und zum Takt (15) so verzögert werden, dass bei Überschreiten eines ersten oberen Schwellwerts eines Betriebsparameters eines der Eingangssignale (S2, S3) zu dem, durch das Taktsignal (Sl.l) dem Vergleichselement (11) vorgegebenen Zeitpunkten seinen Schalt zustand aufgrund der vorgegebenen zeitlichen Verzögerung ändert, und bei Unterschreiten eines zweiten, unteren Schwellwerts eines Betriebsparameters das andere der Eingangssignale (S2, S3) zu dem, durch das Taktsignal (Sl.l) dem Vergleichselement 11 vorgegebenen Zeitpunkten, seinen Schalt zustand aufgrund der vorgegebenen zeitlichen Verzögerung ändert. 5. Vorrichtung zur Betriebsparameter-Überwachung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die erfindungsgemäße Betriebsparameter-Überwachung (10) in einer Logischen Schaltung, einem Mikroprozessor, einem Digitalen Signalprozessor, einem CPLD, einem FPGA und/oder in einem ASIC intern oder extern implementiert ist .

6. Vorrichtung zur Betriebsparameter-Überwachung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die betriebsparameterabhängigen Vorrichtungen (12) und (13) durch D-FlipFlops realisiert werden.

7. Vorrichtung zur Betriebsparameter-Überwachung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Vergleichselement (11) eine Exklusiv-Oder-

Verknüpfung, bzw. Exklusiv-Oder-Funktionalität aufweist.

8. Vorrichtung zur Betriebsparameter-Überwachung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Frequenzteiler für die Taktsignale umfasst.

9. Vorrichtung zur Betriebsparameter-Überwachung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung einen

Spannungsmonitor umfasst.

10. Vorrichtung zur Betriebsparameter-Überwachung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung zumindest zwei

Betriebsparameter-Überwachungsvorrichtungen (10) mit jeweils unterschiedlichen Auslöseschwellen in einer

Parallelanordnung umfasst.

11. Vorrichtung zur Betriebsparameter-Überwachung (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Speicher, insbesondere in Form ein weiteren

Schaltungsmoduls mit Speicherfunktionalität, umfasst, um das Signal (S4), dass angibt, dass eine vorgegebene

Schwelle des zumindest einen Betriebsparameters unter- oder überschritten worden ist, zu speichern.

12. Integrierter Schaltkreis mit einer Vorrichtung zur Betriebsparameter-Überwachung (10) nach einem der

vorstehenden Ansprüche.

Es folgen 5 Blatt Zeichnungen

Description:
Vorrichtung zur Betriebsparameter-Überwachung integrierter Schaltkreise und integrierter Schaltkreis mit

Betriebsparameter-Überwachung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zur Betriebsparameter-Überwachung von Integrierten

Schaltkreisen .

Als Betriebsparameter kommen insbesondere die

Betriebsspannung bzw. die Spannungsversorgung und/oder die Betriebstemperatur von Integrierten Schaltkreisen in

Betracht .

Damit Integrierte Schaltkreise (IC engl.: Integrated

Circuits) sicher betrieben werden können, müssen Grenzwerte für die Betriebsparameter wie beispielsweise die

Spannungsversorgung und/oder die Betriebstemperatur

eingehalten werden. Wird z.B. die zulässige oder

vorgegebene Grenze der Spannungsversorgung unter- oder überschritten, ist ein fehlerfreier Betrieb des IC nicht mehr gewährleistet. Soll auch bei zu kleiner

Spannungsversorgung ein definierter Zustand erreicht werden, wird üblicherweise ein Spannungsmonitor IC

eingesetzt, welches die Spannung überwacht und bei

unterschreiten einer definierten Schwelle ein Resetsignal generiert .

BESTÄTIGUNGSKOPIE Die zunehmend kleiner werdenden Spannungsversorgungen mit immer kleiner werdenden zulässigen Toleranzen lassen sich zunehmend schwieriger und kostspieliger überwachen.

Teilweise werden Spannungsmonitore eingesetzt, welche erst außerhalb der zulässigen Spannungsversorgung ein

Resetsignal generieren und damit kleine Bereiche der

Spannungsversorgung in einem Undefinierten Zustand lassen.

Die üblicherweise eingesetzten Spannungsmonitore enthalten Analoge Schaltungen zur Überwachung der

Versorgungsspannung. Es gibt aber auch in digitalen ICs integrierte Spannungsmonitore. Jedoch ist es schwieriger analoge Schaltungen in ein Digitales IC mit zu integrieren. Entsprechend sind die Integrierten Spannungsmonitore sehr ungenau und lassen einen sehr weiten Spannungsbereich

Undefiniert .

Als Beispiel für die Betriebsspannung eines Integrierten Schaltkreis sei die Kernspannung für den FPGA Cyclon III der Firma Altera (www.altera.com) angegeben. Der zulässige Bereich ist laut Datenblatt (Herstellerangaben) :

Maximal: 1,25V

Typisch: 1,2V

Minimal: 1,15V

Eine typische Auslöseschelle des integrierten

Spannungsmonitors ist U = 0,77V. Damit ergibt sich ein Undefinierter Bereich von 0,77V bis 1,15V. In diesem

Bereich ist das Verhalten des IC Undefiniert. Es kann nicht sicher davon ausgegangen werden, dass die Schaltung bzw. der FPGA seine Funktion erfüllt. Zusätzlich erhöhen alle Spannungsmonitore die Kosten einer Schaltung. Insbesondere bei hohen Stückzahlen könnten so wirtschaftlich beträchtliche Kosten eingespart werden, sofern auf die externen oder internen Spannungsmonitore verzichtet werden könnte.

Nachteilig ist des Weiteren, dass die Spannungsmonitore Platz auf dem Schaltungsboard, der Leiterplatte oder der Chipfläche einnehmen. Während Chipfläche allgemein sehr kostbar ist, stellt sich deren Platzbedarf auch dem

allgemeinen Trend zur Miniaturisierung entgegen.

Weiter noch müssen die Spannungsmonitore an die Schaltung angepasst bzw. berechnet werden. Spannungsmonitore deren Undefinierter Bereich geringer ist als der in dem obigen

Beispiel angegebene, benötigen höhere Anforderungen an die Toleranz, was die Herstellungskosten erhöht.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine

Betriebsparameter-Überwachung zu schaffen, die keinen

Undefinierten Bereich bei der Betriebsparameter-Überwachung aufweist und insbesondere gut in digitale Schaltungen zu integrieren und gleichzeitig kostengünstig ist. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen

Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.

Unter digitalen Schaltkreisen werden dabei im Folgenden alle Schaltkreisen verstanden, die im weitesten Sinne integrierte Bausteine einsetzen. Beispiele für diese

Integrierten Schaltkreise, bzw. Bausteine sind zum Beispiel Mikroprozessoren μC (engl, μθ; Microprocessor) , CPLD' s (engl. CPLD; Complex Programming Logic Device), FPGA' s (engl. FPGA; Field Programmable Gate Array) , ASIC's (engl. ASIC; Application Specific Integrated Circuit), DSP' s

(engl. DSP; Digital Signal Processor) oder andere

Ausgestaltungen programmierbarer Logik wie beispielsweise PLD' s (engl. PLD; Programming Logic Device) aber auch analoge Schaltkreisen die lediglich einige wenige,

einfacher aufgebaute IC s einsetzten. Die digitalen Schaltungen bzw. integrierte Schaltkreise oder Bausteine müssen dabei nicht direkt als reale Module vorliegen, sie können auch in einen abstraktren

Hardwarebeschreibungssprache wie beispielsweise VHDL (engl. VHDL; Very High Speed Integrated Circuit Description

Language) oder Verilog definiert und in programmierbaren Schaltungen umgesetzt sein.

Die Erfindung sieht demgemäß eine Vorrichtung zur

Betriebsparameter-Überwachung Integrierter Schaltkreise vor in welcher durch einen Vergleich von Schalt zuständen von Eingangssignalen an den zumindest zwei Eingängen eines Vergleichselements an dem zumindest einem Ausgang des

Vergleichselements ein Signal generiert wird, dass angibt, dass eine vorgegebene Schwelle des zumindest einen

Betriebsparameters unter- oder überschritten worden ist.

Die beiden Eingangssignale werden dazu von zumindest zwei betriebsparameterabhängigen Vorrichtungen generiert und je nach momentanen Wert des zumindest einen Betriebsparameters in ihrem Schaltverhalten zeitlich verzögert. An die beiden betriebsparameterabhängigen Vorrichtungen ist ein

Taktsignal angeschlossen, dass jeweils als Eingangsignal für die beiden betriebsparameterabhängigen Vorrichtungen dient. Zwischen diesen beiden Eingangssignalen des Vergleichselements wird eine vorgegebene zeitliche

Verzögerung erzeugt, die durch ein Verzögerungselement hervorgerufen wird. Die Verzögerung des

Verzögerungselements weist einen Wert auf derart, dass bei Überschreiten der vorgegebenen Schwelle des

Betriebsparameters eine der Eingangssignale zu dem, durch das Taktsignal dem Vergleichselement vorgegebenen

Zeitpunkten, seinen Schalt zustand aufgrund der vorgegebenen zeitlichen Verzögerung ändert. Aufgrund der Änderung kann das Vergleichselement diese Ungleichheit anzeigen und damit ein Überschreiten der Schwelle des zumindest einen

Betriebsparameters signalisieren .

Es ist besonders zweckmäßig, die erfindungsgemäße

Vorrichtung direkt in dem zu überwachenden integrierten

Baustein zu implementieren. Damit wird erreicht, dass die gleichen Betriebsparameter, welche auf die

betriebsparameterabhängigen Vorrichtungen wirken, auch im übrigen Schaltkreis gelten. Demgemäß betrifft die Erfindung auch einen integrierten Schaltkreis mit einer

erfindungsgemäßen Vorrichtung. Im Allgemeinen wirken alle die Schaltzeit beeinflussenden Betriebsparameter gemeinsam auf die Vorrichtung ein und bestimmen, ob das

Vergleichselement eine Überschreitung der Schwelle der Schaltzeit anzeigt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung überwacht damit allgemein, ob die, auch durch

herstellungsbedingte Toleranzen beeinflussten Schaltzeiten des integrierten Schaltkreises in einem bestimmten Bereich liegen. Es ist ersichtlich, dass dies einen großen Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Betriebsparameter- Überwachung darstellt. Die Vorrichtung kann demgemäß allgemeiner auch als Schaltzeit-Überwachungsvorrichtung bezeichnet werden, wobei das Vergleichselement das Überoder Unterschreiten einer Schwelle der Schaltzeit anzeigt.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der

erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Betriebsparameter- Überwachung Integrierter Schaltkreise, wird das eine

Eingangssignal durch Einbringen des Verzögerungselementes, beziehungsweise durch die Auslegung des

Verzögerungselementes hinsichtlich der damit erzielten Verzögerung derart verzögert, dass bei einer der

betriebsparameterabhängigen Vorrichtungen gerade noch die vorgegebene Anstiegs- oder Haltezeit eingehalten wird, so dass bei Überschreiten der vorgegebenen Schwelle des

Betriebsparameters einer der Eingangsschalt zustände seinen Schalt zustand ändert und somit das Vergleichselement diese Ungleichheit anzeigt und damit ein Überschreiten der

Schwelle des zumindest einen Betriebsparameters

signalisiert wird. Eine Lücke in der Betriebsparameter- Überwachung tritt somit nicht mehr auf.

Mit anderen Worten sollte die zeitliche Verzögerung so gewählt werden, dass bei Erreichen des Grenzwertes des zu überwachenden Betriebsparameters die Setup-Zeit der einen betriebsparameterabhängigen Vorrichtung gerade noch

eingehalten wird so dass sich der Schalt zustand am Ausgang noch nicht geändert hat. Wird dieser Grenzwert

überschritten, wird die Setup-Zeit nicht mehr eingehalten und am Ausgang der betriebsparameterabhängige Vorrichtung wechselt der Schalt zustand . Der Setup-Zeit der anderen betriebsparameterabhängigen Vorrichtungen soll dabei besser eingehalten werden, so dass sich bei Überschreiten des

Grenzwertes dieser Wert noch nicht ändert. Der zeitliche Abstand zueinander kann dabei aber sehr kurz sein, solange am Ausgang bei Überschreiten der vorgegebenen Grenzwertes der Betriebsparameter noch ein ungleicher Schalt zustand zwischen den beiden Signalen vorliegt. So ist ein sicheres Anzeigen der Betriebsparameterüberschreitung gewährleistet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der

erfindungsgemäßen Betriebsparameter-Überwachung erfolgt die Generierung der beiden Eingangssignale unter Ansprechen auf einen gemeinsamen Takt, der an den beiden

betriebsparameterabhängigen Vorrichtungen und an das

Vergleichselement angeschlossen ist. Ein zeitsynchroner

Prozessablauf ist somit auch in komplizierten Integrierten Schaltkreisen gewährleistet.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der

erfindungsgemäßen Betriebsparameter-Überwachung wird mittels eines weiteren Verzögerungselements der Taktpfad des gemeinsamen Takts der beiden

betriebsparameterabhängigen Vorrichtung und des

Vergleichselements verlängert, außer des Pfades derjenigen betriebsparameterabhängigen Vorrichtung dessen Eingang nicht mit dem Verzögerungselement versehen ist und wobei das weitere Verzögerungselement derart beschaffen ist, dass ein Über- und ein Unterschreiten registriert wird. So kann mit nur einer Schaltung eine Grenze für das Über- und das Unterschreiten vorgegeben werden.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Betriebsparameter- Überwachung wird die Betriebsparameterüberwachung in einer Logischen Schaltung, einem Mikroprozessor, einem Digitalen Signalprozessor, einem CPLD, in einem FPGA und/oder in einem ASIC oder vergleichbaren Integrierten Schaltkreis bzw. allgemein in einem PLD implementiert. Damit können die erwähnten Schaltkreise zuverlässiger als bisher betrieben werden, da bei überschreiten der Betriebsparameter ein Signal zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung stehet, dass diese Überschreitung anzeigt. Die Implementierung kann dabei intern oder extern erfolgen. Demgemäß kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Betriebsparameter gemäß einer Weiterbildung der Erfindung in einer der vorgenannten integrierten Schaltungen implementiert sein, oder auch extern an eine dieser integrierten Schaltungen

angeschlossen oder Bestandteil einer elektronischen

Schaltung mit einer dieser integrierten Schaltungen sein.

Es ist besonders vorteilhaft wenn die

betriebparameterabhängigen Verzögerungselemente mittels D-FlipFlops realisiert werden. Diese geben das Signal das an ihrem Eingang liegt synchron zu dem ebenfalls an ihnen anliegenden Takt wieder aus. Je nach Temperatur des IC ist die Ausgabe mit einer Verzögerung behaftet. Mit anderen Worten dient das FlipFlop als Messinstrument bzw. als

Indikator wie schnell die Register in dem Integrierten Schaltkreis arbeiten.

Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn das Vergleichselement eine Exklusive-Oder-Verknüpfung bzw. eine Exklusive-Oder- Funktionalität aufweist. So wird nur bei Ungleichheit in beiden Signalpfaden ein entsprechendes Signal generiert, dass anzeigt, dass die zulässigen oder vorgegebenen

Betriebsparametergrenzen überschritten wurden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der

erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Betriebsparameter- Überwachung wird die Einrichtung zur Bereitstellung eines abgeleiteten Takts durch einen Frequenzteiler für die Taktsignale gebildet. Dabei wird aus dem gemeinsamen Takt durch Frequenzteiler, beispielsweise mittels eines

Flipflops, wie einem

D- oder T-FlipFlop, ein abgeleitetes Signal halber Frequenz erzeugt das als abgeleiteter Takt dient. Besonders

vorteilhaft ist ein Teilerverhältnis von 1/2. Es sind aber auch andere ganzzahlige Teilerverhältnisse denkbar.

Es ist weiterhin vorteilhaft wenn zur Betriebsparameter- Überwachung zusätzlich ein Spannungsmonitor, beispielsweise implementiert in einem IC, eingesetzt wird. Dieser kann dann aktiv werden, wenn die erfindungsgemäße

Betriebsparameter-Überwachung nicht mehr aktiv ist. Mit anderen Worten ist die erfindungsgemäße Betriebsparameter- Überwachung vorzugsweise für den Bereich direkt unter den Grenzen der Betriebsparametern zuständig, während das

Spannungsmonitor IC sehr große Abweichungen in den

Betriebsparameter erfasst, die von der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht mehr erfasst werden können.

Das Signal, welches das Überschreiten der

Betriebsparametergrenzen anzeigt, wird gemäß einer

Weiterbildung der Erfindung nicht direkt von dem

Vergleichselement, sondern von einem oder mehreren

zwischengeschalteten digitalen Filtern erzeugt. Dies ermöglicht eine einfache Anpassung des Signals,

beispielsweise hinsichtlich dessen Dauer oder Spannung.

Es ist weiterhin besonders vorteilhaft wenn die

erfindungsgemäße Vorrichtung zumindest zweimal mit

unterschiedlichen Auslöseschwellen in einer

Parallelanordnung aufgebaut ist. Damit kann ein

Hystereseverhalten für das Signal das die Betriebsparameterüberschreitung anzeigt erzeugt werden. So kann beispielsweise eine Betriebsparameterüberwachung mit zwei unterschiedlichen Auslöseschwellen aufgebaut werden. Die Schaltung mit der weniger empfindlicheren

Auslöseschwelle kann das Signal aktivieren und wenn beide Schaltkreise einen zulässigen Betriebsbereich detektieren kann das Signal wieder zurückgenommen werden. Es können aber auch mehr als zwei Elemente zusammengeschaltet werden. Mit anderen Worten ist in Weiterbildung der Erfindung eine Schaltung mit zumindest zwei erfindungsgemäße

Betriebsparameter-Überwachungsvorrichtungen vorgesehen. Die Schaltung kann Bestandteil eines integrierten Schaltkreises sein, oder zumindest einen integrierten Schaltkreis

umfassen, dessen Betriebsparameter mit denn beiden

erfindungsgemäßen Bet iebsparameter- Überwachungsvorrichtungen überwacht werden.

Es ist weiterhin vorteilhaft wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung ein weiteres Schaltmodul mit

Speicherfunktionalität umfasst, um das Signal das die

Betriebsparameterüberschreitung anzeigt zu speichern. Mit anderen Worten umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Speicher, insbesondere in Form ein weiteren

Schaltungsmoduls mit Speicherfunktionalität, um das Signal, welches angibt, dass eine vorgegebene Schwelle des

zumindest einen Betriebsparameters unter- oder

überschritten worden ist, zu speichern.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von

Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die

beigeschlossenen Zeichnungen näher erläutert. Dabei

verweisen gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder

entsprechende Elemente. Es zeigen:

Fig. la einen Integrierten Schaltkreis zusammen mit einer Vorrichtung zur Betriebsparameter-Überwachung nach Stand der Technik in einer Prinzipschaltung. Das Verhalten des IC ist somit in einem bestimmten Bereich außerhalb der zulässigen oder vorgegebenen Betriebsparameter Undefiniert, wie in dem Graph auf der rechten Seite skizziert.

Fig. lb zeigt einen Integrierten Schaltkreis zusammen mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur

Betriebsparameter-Überwachung in einer Prinzipschaltung.

Fig. 2a zeigt ein Ausführungsbeispiel einer logischen Grundschaltung zur Betriebsparameter-Überwachung

Integrierter Schaltkreise. In Fig. 2a wird dabei die

Untergrenze eines Betriebsparameters überwacht.

Fig. 2b zeigt das Signalverlaufsdiagramm der in Fig. 2a gezeigten logischen Grundschaltung zur

Betriebsparameter-Überwachung innerhalb des zulässigen oder vorgegebenen Betriebsbereichs.

Fig. 2c zeigt das Signalverlaufsdiagramm der in Fig. 2a gezeigten logischen Grundschaltung zur

Betriebsparameter-Überwachung bei Unterschreiten des zulässigen oder vorgegebenen Betriebsbereichs.

Fig. 3a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer logischen Grundschaltung zur Betriebsparameter-Überwachung Integrierter Schaltkreise. In Fig. 3a wird dabei die Unter- und Obergrenze eines Betriebsparameters gleichzeitig überwacht . Fig. 3b zeigt das Signalverlaufsdiagramm der in Fig. 3a gezeigten logischen Grundschaltung zur

Betriebsparameter-Überwachung innerhalb des zulässigen oder vorgegebenen Betriebsbereichs.

Fig. 3c zeigt das Signal erlaufsdiagramm der in Fig. 3a gezeigten logischen Grundschaltung zur

Betriebsparameter-Überwachung bei Überschreiten des

zulässigen oder vorgegebenen Betriebsbereichs.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer logischen Grundschaltung zur Betriebsparameter-Überwachung Integrierter Schaltkreise. In Fig. 4 sind dabei zwei

Betriebsparameter-Überwachungsschaltungen mit jeweils unterschiedlichen Auslöseschwellen parallel angeordnet.

Fig. la zeigt einen Integrierten Schaltkreis 1 zusammen mit einer Vorrichtung zur Versorgungsspannungs-Überwachung 2 nach Stand der Technik. Beide Komponenten sind dabei auf einer Leiterplatte 3 aufgebracht. Überschreitet die

Spannungsversorgung des IC einen bestimmten Grenzwert, wird ein Resetsignal 4 generiert. Allerdings bleibt ein

bestimmter Spannungsbereich in einem Undefinierten Zustand, weil die Versorgungsspannungs-Überwachung 2 nicht bündig an die vorgegebenen oder zulässigen Spannungsgrenzwerte des Integrierten Schaltkreises 1 anschließt. Dies ist in dem Graph auf der rechten Seite von Fig. la demonstriert. Hier ist die momentane Versorgungsspannungswert U als

Spannungsfunktion 5 über der Zeit t aufgetragen. Der untere Grenzwert der Versorgungsspannung 6 des Integrierten

Schaltkreises 1 ist als gestrichelte Linie eingezeichnet. Die Grenzspannung 7 ab welcher die Versorgungsspannungs- Überwachung 2 eingreift ebenfalls. Somit ist nur in einem Bereich 8 garantiert, dass das Überschreiten registriert wird. Der Bereich 9 ist der Bereich, in dem der Integrierte Schaltkreis 1 zwar in einen unzulässigen Betriebsbereich arbeitet, dieser wird aber von der Versorgungsspannungs- Überwachung 2 nicht erkannt. In diesem Bereich kann das funktionsrichtige Arbeiten des Integrierten Schaltkreises 1 nicht garantiert werden. Wird ein IC außerhalb des zulässigen Bereichs betrieben

(beispielsweise mit einer zu kleinen Spannung oder zu hohen Temperatur) , schalten die darin enthaltenden Register langsamer. Es kommt zu längeren Signallaufzeiten wodurch die Setup-Zeiten (auch Anstiegszeit, engl. „Setup-time" genannt) für ein folgendes Register nicht eingehalten werden kann und sich dadurch ein falsches Verhalten ergibt.

Die Erfindung nutzt dieses Verhalten gezielt aus um den Zustand des unzulässigen Betriebsbereichs zu erkennen, wie in Fig. lb beschrieben. Fig. lb zeigt einen Integrierten

Schaltkreis 1, in welchem eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Betriebsparameter-Überwachung 10 implementiert ist, in einer Prinzipschaltung. Dabei werden in einem

Vergleichselement 11 Schaltzustände von zwei

Eingangssignalen S2, S3 verglichen. Die Eingangssignale S2, S3 werden dabei von zwei betriebsparameterabhängigen

Vorrichtungen 12, 13 generiert und je nach momentanen Wert des zumindest einen Betriebsparameters -beispielsweise die Spannungsversorgung- in ihrem Schaltverhalten zeitlich verzögert.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus

Komponenten des integrierten Schaltkreises bringt den Vorteil, dass die Überwachung so genau wie möglich den gleichen Bedingungen ausgesetzt ist, wie die eigentliche Funktion der integrierten Schaltung. Beispielsweise kann es im IC viel heißer sein als außerhalb, auch die

Versorgungsspannung kann im IC Aufgrund von

Spannungsabfällen auf dem Versorgungspfad eine andere sein als extern. Jedes IC kann aufgrund von

Herstellungsschwankungen unterschiedlich ausfallen und damit etwas andere Grenzen bei den Betriebsparametern aufweisen. Die vorgeschlagene integrierte

Betriebsparameterüberwachung auf Basis der Register

berücksichtigt diese herstellungsbedingten Grenzen

automatisch. Die Herstellungstoleranzen, die Temperatur und die Versorgungsspannung bestimmen im Allgemeinen alle gemeinsam die Grenze einer korrekten Funktion eines

integrierten Schaltkreises. Da die erfindungsgemäße

Vorrichtung direkt im integrierten Schaltkreis

implementiert ist und diese entsprechend wie die übrigen Elemente des Schaltkreises auf Änderungen von

Betriebsparametern reagiert, kann damit unabhängig von der Art des oder der Betriebsparameter das Vorliegen von

Bedingungen für die korrekte Funktion des integrierten Schaltkreises überwacht werden. Ist diese Verzögerung z.B. aufgrund eines Absinkens der Spannungsversorgung zu groß, kann es zu dem oben

beschriebenen Fehlverhalten des Integrierten Schaltreises 1 kommen. Unabhängig von dieser Verzögerung würde das

Vergleichselement 11 aber immer anzeigen das beide

Eingangsignale S2, S3 identisch sind, da die

Eingangssignale S2, S3 momentan noch in Phase zueinander sind. Wird in die Betriebsparameter-Überwachung 10 jedoch ein Verzögerungselement 14 eingebracht (in Fig. lb beispielhaft vor der betriebsparameterabhängigen

Vorrichtungen 13 eingezeichnet), sind die beiden

Eingangssignale S2, S3 nun nicht mehr in Phase. Wird der Verzögerungswert derart gewählt, dass die Setupzeit dieser betriebsparameterabhängigen Vorrichtung 13 bei dem

Erreichen der vorgegebenen Grenzwertes der

Versorgungsspannung gerade noch eingehalten wird, kann das Überschreiten einfach festgestellt werden. Wird nämlich die Grenze überschritten, wird die vorgegeben Setupzeit des betriebsparameterabhängigen Vorrichtungen 13 nicht mehr eingehalten und am Ausgang S3 wechselt der Schaltzustand . Da die andere betriebsparameterabhängigen Vorrichtungen 12 diese zusätzliche Verzögerung nicht aufweist, ist deren Schalt zustand unverändert. Nun sind die beiden Signale S2 und S3 aber nicht mehr gleich und das Vergleichselement 11 registriert diese Ungleichheit. Da die Verzögerung genau auf die Grenze der Setup-Zeit festgesetzt wurde zeigt das Vergleichselement 11 also genau ein Über- oder

Unterschreiten des Grenzwertes an. Dieses Signal kann nun weiter ausgewertet werden, beispielsweise als Resetsignal oder als Signal für Schaltungen, welche die

Versorgungsspannung entsprechend erhöhen.

Da die Verzögerung des Verzögerungselements

-beispielsweise mittels einer Verzögerungsleitungannähernd beliebig vorgebbar ist, kann sie derart gewählt werden, dass eines der Eingangssignale S2 oder S3 genau dann seinen Zustand wechselt, wenn die Grenze des

Betriebsparameters erreicht oder überschritten wurde.

Fig. 2a zeigt ein Ausführungsbeispiel einer solchen

logischen Grundschaltung zur Betriebsparameter-Überwachung Integrierter Schaltkreise mittels geeigneter logischer Module. Für eine bessere Zuordnung sind in Fig. 2a die einzelnen Elemente zusätzlich mit den entsprechenden

Bezugszeichen aus Fig. 1b versehen. Demgemäß umfasst bei den folgenden Beispielen das

Vergleichselement 11 ein Register Reg 4 und ein XOR-Gatter (in den nachfolgenden Figuren mit =1 bezeichnet), die beiden betriebsparameterabhängigen Vorrichtungen 12, 13 werden durch die Register Reg 2 bzw. Reg 3 realisiert.

Weiterhin ist ein Frequenzteiler 18 vorgesehen, der durch ein Register Reg 1 realisiert wird. Als Register dient bei dem dargestellten Beispiel ein D-Flipflop. Um eine

Frequenzteilung zu erreichen, ist der Ausgang Q des

Registers Reg 1 mit dessen Eingang 1D verbunden. Dadurch ändert sich nach jeder Schaltflanke des Taktsignals der Schalt zustand des Flipflops, so dass nach jeder zweiten Schaltflanke des Taktsignals der Ausgang Q wieder auf seinen Anfangswert zurückkehrt. In der Ausführungsform nach Fig. 2a werden die

betriebsparameterabhängigen Vorrichtungen durch Register repräsentiert, die wie oben erwähnt, je nach Wert des

Betriebsparameters ihre Schaltzeit verändern. Als Register können, wie auch durch die Schaltsymbole ersichtlich, D- Flipflops verwendet werden. In Fig. 2a wird dabei die

Untergrenze der Betriebsparameter überwacht. Dazu wird mit einem Register (Reg 1 in Fig. 2a) aus einem Takt 15 ein zweites Taktsignal (Sl.l in Fig. 2a) mit halber Frequenz erzeugt. Das zweite Taktsignal Sl.l wird von zwei Registern Reg 2, Reg 3, beziehungsweise den beiden

betriebsparameterabhängigen Vorrichtungen 12, 13

gespeichert. Das Register Reg 3, beziehungsweise die betriebsparameterabhängige Vorrichtung 13 ist über eine lange Verbindung oder eine Verzögerungsleitung 14 mit dem Register Reg 1 verbunden, so das im unteren zulässigen Betriebsbereich seine Setupzeit (ts3 in Fig. 2b) gerade noch eingehalten wird. Demgegenüber ist das Register Reg 2, beziehungsweise die betriebsparameterabhängige Vorrichtung 12 über eine kürzere Verbindung mit Register Reg 1

verbunden, so dass im unteren zulässigen Betriebsbereich seine Setupzeit (ts2 in Fig. 2b) noch mit großer Reserve eingehalten wird. Im gesamten zulässigen Betriebsbereich haben somit die Ausgänge von Register Reg 2 und Register Reg 3 den gleichen Zustand. Ein mit den Ausgängen

verbundenes Exklusiv-Oder-Gatter XOR (in Fig. 2a mit „=1" symbolisiert) vergleicht die Ausgangssignale S2, S3

miteinander. Solange die Signale gleich sind, bleibt sein Ausgang inaktiv. Neben den Registern Reg 2 und Reg 3 ist auch das Register Reg 4 des Vergleichselements 11 an den Takt 15 angeschlossen. Das Register Reg 4 fragt unter

Ansprechen auf das Taktsignal das Exklusiv-Oder-Gatter XOR ab.

Je nach Wert des Betriebsparameters ergeben sich die

Signalverläufe wie in Fig. 2b bzw. 2c gezeigt. In Fig. 2b und Fig. 2c ist dabei das Signalverlaufsdiagramm über der Zeit t aufgetragen. Wird nun der zulässige Betriebsbereich verlassen, indem z.B. die für fehlerfreien Betrieb minimal nötige Spannungsversorgung unterschritten wird, ergeben sich Signalverläufe wie in Fig. 2c gezeigt. Bewegt sich der Betriebsparameter im erlaubten Bereich, ergeben sich die Signalverläufe aus Fig. 2b. Das Signal Sl.l kommt jetzt bei Register Reg 2 etwas später an, als S1.2. Die Setup Zeit ts2 von Register 2 Reg 2 verringert sich, da sie aber große Reserven hat, wird die Setupzeit ts2 nicht unterschritten. Der Ausgang von Register 2 Reg 2 bleibt unverändert. Auch bei Register Reg 3 kommt das Signal etwas später an (S1.3 in Fig. 2b) . Bei Register Reg 3 gibt es aufgrund der Verzögerungsleitung jedoch am Schwellwert des

Betriebsparameters keine Reserven bei seiner Setup Zeit ts3. Die Setupzeit von Register Reg 3 wird beim Verlassen des zugelassenen Bereichs des Betriebsparameters

unterschritten wodurch sich sein Ausgangssignal S3 um eine Taktperiode verschiebt.

Das Exklusiv-Oder-Gatter (=1 in Fig. 2a) stellt jetzt beim Vergleich zu den durch das am Register Reg 4 durch den Takt 15 vorgegebenen Abfragezeitpunkten des Exklusiv-Oder- Gatters ein Unterschied fest. Das Vergleichsergebnis S4 wird von Register 4 Reg 4 gespeichert und kann als Reset- Signal verwendet werden.

Mit anderen Worten werden die Register als Messregister verwendet, d.h. sie dienen als Messgröße für die restlichen Register des Integrierten Schaltkreises mit denen

festgestellt wird, ab wann die Betriebsparameter allgemein, bzw. die Kombination der Versorgungsspannung, der

Temperatur und der Herstellungsbedingten Eigenschaften des individuellen Integrierten Schaltkreises ein zeitrichtiges Schalten nicht mehr zulassen.

Nach diesem Prinzip kann auch die obere Grenze des

Betriebsbereichs überwacht werden (zu große

Spannungsversorgung, zu tiefe Temperaturen) . In diesem Fall schalten die Register schneller und die Signallaufzeiten verkürzen sich. Damit dieser Zustand erkannt werden kann, wird das Register 12 (Reg 2) so verbunden, dass im oberen zulässigen Betriebsbereich seine Holdzeit (auch Haltezeit; engl. Hold-time genannt) gerade noch eingehalten werden kann. Bei Überschreiten des zulässigen Betriebsbereichs wird die Holdzeit verletzt. Fig. 3b zeigt die Signale im Fall eines Betriebs knapp unter dem zulässigen oberen

Betriebsbereich. Die Holdzeit th2 wird gerade noch

eingehalten, während th3 noch reichlich Reserve hat.

Fig. 3c zeigt die Signale im Fall eines Betriebs oberhalb des zulässigen oberen Betriebsbereichs. Die Holdzeit th2 wird verletzt und das Ausgangssignal von Register 2

verschiebt sich um eine Taktperiode. So wird auch in diesem Fall vom Exklusiv-Oder-Gatter (=1 in Fig. 3a) ein

Unterschied erkannt und damit ein Reset-Signal erzeugt. Damit die Holdzeit in Register Reg 2, im oberen

Betriebsbereich gerade noch eingehalten wird, ist dessen Verbindung mit dem Taktsignal mittels eines weiteren

Verzögerungselements 16 deutlich länger ausgelegt als bei den anderen Registern (siehe Fig. 3a im Vergleich zu Fig. 2a) . Die Schaltung aus Fig. 3a mit den

Verzögerungselementen 14 und 16, welche die Ausgangssignale beider betriebsparameterabhängigen Vorrichtungen 12, 13 unterschiedlich verzögern, kann dabei den oberen und unteren vorgegebenen Grenzwert des Betriebsparameters gleichzeitig überwachen und kann somit die Schaltung nach Fig. 2a ersetzen. Das Prinzip der Vorrichtung gemäß Fig. 3a beruht zusammenfassend also darauf, dass mit dem

Verzögerungselement 14 und dem weiteren Verzögerungselement 16 die Eingangssignale des Vergleichselements 11 relativ zueinander und zum Takt 15 so verzögert werden, dass bei Überschreiten eines ersten oberen Schwellwerts des oder der Betriebsparameter eines der Eingangssignale (S2, S3) zu dem, durch das Taktsignal (Sl.l) dem Vergleichselement (11) vorgegebenen Zeitpunkten, seinen Schalt zustand aufgrund der vorgegebenen zeitlichen Verzögerung ändert, und bei

Unterschreiten eines zweiten, unteren Schwellwerts des oder der Betriebsparameter das andere der Eingangssignale (S2, S3) zu dem, durch das Taktsignal (Sl.l) dem

Vergleichselement 11 vorgegebenen Zeitpunkten, seinen

Schalt zustand aufgrund der vorgegebenen zeitlichen

Verzögerung ändert. Dabei ist jeweils eines

Verzögerungselement 14, 16 den Takteingängen Cl der

betriebsparameterabhängigen Vorrichtungen 12, 13

vorgeschaltet.

In einem Integrierten Schaltkreis lassen sich beide

Schaltungen leicht realisieren. In einem FPGA ist die

Schaltung nach Fig. 2a einfacher zu programmieren als nach Fig. 3a.

Sinkt die Versorgungsspannung auf einen so kleinen Wert, dass selbst die Überwachungs-Schaltung nicht mehr

funktioniert, kann dies auch sehr einfach von einer

ungenauen Integrierten Spannungsüberwachung erkannt werden. Die Kombination einer sehr einfachen herkömmlichen

Integrierten Spannungsüberwachung mit der hier

beschriebenen Überwachung ergibt eine sehr kostengünstige aber dennoch sehr genaue Überwachung aller

Betriebsparameter .

Eine eventuell gewünschte Sicherheitsreserve bei der

Betriebsparameterüberwachung kann beeinflusst werden, indem die Überwachungsschaltung so ausgelegt wird, dass sie entsprechend früh auslöst.

Es ist auch möglich eine Hysterese für die Reset- Generierung zu realisieren, indem die

Betriebsparameterüberwachung zweimal mit unterschiedlichen Auslöseschwellen aufgebaut wird (siehe Fig. 4). Die

Schaltung mit der weniger empfindlicheren Auslöseschwelle (Bl in Fig.4) kann den Reset aktivieren und wenn beide Schaltungen (Bl und B2 in Fig.4) einen zulässigen

Betriebsbereich detektieren kann der Reset wider

zurückgenommen werden.

Ebenso ist es möglich, den Reset nicht direkt von der

Betriebsparameterüberwachung zu erzeugen sondern einen Digitalen Filter zwischenzuschalten.

Es ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann. Zum Beispiel können auch mehrere Vorrichtungen zur Betriebsparameter-Überwachung nebeneinander angeordnet sein bzw. parallel arbeiten, um beispielsweise die

Betriebsparameter an verschieden Stellen innerhalb des Integrierten Schaltkreises zu überwachen.

Insbesondere kann die Erfindung in allen digitalen und/oder logischen Schaltungen eingesetzt und verwendet werden.

Weiterhin kann die Schaltung einfach abgewandelt werden, um mit negativen Holdzeiten betrieben zu werden.

Ferner ist ersichtlich, dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind, auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung definieren, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind.