DE60220975T2

DE60220975T2 - Nachweis von Umgebungsvariationen in einer Integrierten Schaltung

Info

Publication number: DE60220975T2
Application number: DE60220975T
Authority: DE
Inventors: Sylvie Wuidart; Luc Wuidart; Michel Bardouillet; Pierre Ballthazar
Original assignee: STMicroelectronics SA
Current assignee: STMicroelectronics SA
Priority date: 2001-09-04
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2008-03-13
Anticipated expiration: 2022-09-04
Also published as: JP2003243525A; FR2829265A1; US20030117148A1; DE60220975D1; EP1291817A1; EP1291817B1; US6927580B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der integrierten Schaltungen und näherhin die Detektion von Variationen bzw. Änderungen von Umgebungs- bzw. Umwelt-Parametern eines integrierten Schaltungs-Chips im Betriebszustand.
Die Systeme zur Überwachung von mit der Umgebung einer integrierten Schaltung verknüpften Variablen, wie beispielsweise der Temperatur, der Versorgungsspannung usw., dienen insbesondere zur Detektion einer eventuellen Verletzung des integrierten Schaltungs-Chips in geschützten Systemen. Beispielsweise kann es sich darum handeln, eventuelle Piraterie an in der integrierten Schaltung enthaltenen Daten zu detektieren. Diese letztgenannte Anwendung betrifft insbesondere Chip-Karten.
Ein anderes Anwendungsbeispiel von Systemen zur Überwachung einer Umgebungsvariablen einer integrierten Schaltung ist die Autorisierung, d. h. Genehmigung und Zulassung des Betriebs einer derartigen Schaltung relativ bezüglich einem Bereich, beispielsweise von Temperaturen.
Im allgemeinen sind die Überwachungselemente einer bestimmten gegebenen Variablen zugeordnet. Beispielsweise verwendet man eine Schwell-Spannung zur Detektion eventueller Temperaturänderungen bzw. -schwankungen, und in analoger Weise interpretiert man die Ergebnisse der Messung, um eine eventuelle Verletzung der äußeren Umgebung des Chips zu bestimmen.
Ein Nachteil ist dann, dass man mit der Zahl von Variablen oder Parametern, die überwacht werden sollen, die Anzahl der Detektionsschaltungen vervielfachen muss.
Ein anderer Nachteil ist, dass das Ergebnis, das man mit einer analogen Messung erhält, eine Umwandlung erfordert, um durch ein digitales System, mit dem im allgemeinen der integrierte Schaltungs-Chip ausgerüstet ist, interpretiert zu werden, um über die Folgen der eventuellen Verletzung eine Entscheidung zu treffen.
Ein anderer Nachteil ist, dass eine Variation oder Änderung der Umgebungs-Parameter stattfinden kann, ohne dass eine Verletzung des Chips vorliegt. Beispielsweise können die äußeren Temperaturbedingungen sich in erheblicher Weise (um mehrere zehn Grad) ändern. Es wäre erwünscht, eine mit einer Verletzung verknüpfte Änderung von einer mit einer normalen Änderung der Betriebsbedingungen verbundenen Änderung unterscheiden zu können.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung eines neuen Verfahrens zur Detektion von Änderungen bzw. Schwankungen wenigstens eines Umgebungs- bzw. Umwelt-Parameters einer integrierten Schaltung, das die Nachteile der bekannten Lösungen vermeidet.
Die Erfindung bezweckt insbesondere die Schaffung einer Lösung, welche mit Hilfe ein und derselben Schaltung die Überwachung mehrerer Umgebungs-Parameter der integrierten Schaltung gestattet.
Die Erfindung bezweckt auch die Detektion eines Abstands bzw. einer Differenz der Umgebungs-Parameter relativ bezüglich einem Referenz- bzw. Bezugswert.
Die Erfindung bezweckt auch die Schaffung einer Lösung, welche den Rückgriff auf Analog/Digital-Wandler für die Messergebnisse erübrigt.
Die Erfindung bezweckt des weiteren die Ermöglichung einer automatischen Anpassung des Detektionssystems an die normalen Umgebungsänderungen bzw. -schwankungen.
Zur Erreichung dieser Ziele sieht die vorliegende Erfindung vor ein Verfahren zur Detektion von Änderungen wenigstens eines Umgebungs- bzw. Umwelt-Parameters einer integrierten Schaltung, wobei das Verfahren umfasst:

– Evaluieren einer Verzögerung der Ausbreitung bzw. Fortpflanzung einer Signalfront bzw. -flanke in Verzögerungselementen, die empfindlich für Änderungen des Umgebungs-Parameters sind, sowie
– Vergleichen der jeweiligen laufenden bzw. aktuellen Verzögerung relativ bezüglich wenigstens einem Bezugswert.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass man eine jeweilige gemessene laufende Verzögerung relativ bezüglich zwei vorgegebenen Schwellwerten, welche einen autorisierten bzw. zulässigen Betriebsbereich der integrierten Schaltung definieren, vergleicht.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass man die jeweilige laufende bzw. aktuelle Verzögerung relativ bezüglich einem einzigen Bezugs- bzw. Referenzwert vergleicht.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass man den Betrag eines programmierbaren Verzögerungselements steuert bzw. regelt in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen der jeweiligen laufenden, aktuellen Verzögerung und dem Referenz- bzw. Bezugswert, wobei der mögliche Änderungs- bzw. Variationsbereich vorzugsweise vorbestimmt ist.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass man den genannten Abstand relativ bezüglich zwei vorbestimmten Schwellwerten vergleicht.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass man einen Zeitpunkt der Ablesung von Kipp- bzw. Flip-Flop-Schaltun gen, deren entsprechende Eingänge mit dem Ausgang der Verzögerungselemente verbunden sind, synchronisiert zur Gewinnung eines Binärworts, das eine Evaluation der jeweiligen laufenden bzw. aktuellen Ausreitungs- bzw. Fortpflanzungsverzögerung darstellt.
Die vorliegende Erfindung sieht auch eine integrierte Schaltung vor, welche umfasst:

– ein Netzwerk von Verzögerungselementen, die mit Kipp- bzw. Flip/Flop-Schaltungen verbunden sind, deren entsprechende Ausgänge Bits eines Binärworts definieren, das mit wenigstens einem Umgebungs-Parameter der integrierten Schal-tung verknüpft ist, sowie
– Mittel zum Vergleichen des genannten laufenden bzw. aktuellen Worts relativ bezüglich wenigstens einem Bezugs- bzw. Referenz-Binärwort.

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die genannten Verzögerungselemente in Parallelschaltung angeordnet sind und deren gemeinsamer Eingangsanschluss mit dem Ausgang eines programmierbaren Verzögerungselements verbunden ist, von welchem ein Eingangsanschluss einen Eingangsanschluss der Detektionsschaltung bildet.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der genannte Komparator ein Konfigurations-Wort für die Konfiguration der programmierbaren Verzögerungsvorrichtung auf der Grundlage eines Vergleichs des jeweiligen laufenden bzw. aktuellen Worts relativ mit einem Referenz- bzw. Bezugswert liefert.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Schaltung Mittel zum Festlegen eines Änderungsbereichs der programmierbaren Verzögerungsvorrichtung aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die genannten Verzögerungselemente in Reihe angeordnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Schaltung des weiteren ein Verzögerungselement mit einer mittleren oder durchschnittlichen Verzögerung aufweist, das zwischen einem Anschluss zum Anlegen eines Signals für die Auslösung bzw. Triggerung des Ablesens und den jeweiligen Takteingängen der verschiedenen Kipp- bzw. Flip-Flop-Schaltungen angeordnet ist.
Diese sowie weitere Ziele, Gegenstände, Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der vorliegenden nichteinschränkenden Beschreibung spezieller Ausführungsbeispiele im einzelnen auseinandergesetzt, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren; in diesen zeigen:
1 in schematischer Ansicht eine mit einer Detektionsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung versehene integrierte Schaltung,
2 eine erste Ausführungsform einer Detektionsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung,
3 eine erste Ausführungsform einer Schaltung zur automatischen Anpassung der Schaltung von 2,
4 eine zweite Ausführungsform einer Schaltung zur automatischen Anpassung der Schaltung aus 2, sowie
5 eine zweite Ausführungsform einer Detektionsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung.
In den Zeichnungsfiguren sind gleiche Elemente in den verschiedenen Figuren mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Aus Gründen der Klarheit und Übersichtlichkeit wurden nur die für das Verständnis der Erfindung notwendigen Elemente in den Zeichnungsfiguren dargestellt und werden im folgenden beschrieben. Insbesondere liegt die Verwertung der Detektions ergebnisse, den Zugang zu den Daten zu verhindern, oder für jede andere Verwendung im Rahmen des fachmännischen Könnens.
Ein Charakteristikum der vorliegenden Erfindung ist die Aus- und Verwertung einer Verzögerung der Ausbreitung eines elektrischen Signals in Verzögerungselementen, die individuell für Änderungen bzw. Schwankungen der Umgebung der integrierten Schaltung empfindlich sind.
Die Erfindung macht sich die Tatsache zunutze, dass zahlreiche Umgebungs- bzw. Umwelt-Parameter einer integrierten Schaltung, d. h. Parameter, die nicht direkt mit dem inneren Aufbau der Schaltung verbunden sind, wie beispielsweise die Temperatur oder die Versorgungs- bzw. Speisespannung der Schaltung, wenn sie sich ändern bzw. schwanken, die Ausbreitungsverzögerungen eines Signals entlang einem elektrischen Weg modifizieren können.
So nutzt die Erfindung diese Eigenschaft zur Detektion von Änderungen bzw. Schwankungen eines oder mehrerer Umgebungs- bzw. Umwelt-Parameter(s) der integrierten Schaltung insbesondere relativ bezüglich einem Betriebswert, ohne dass es notwendig wäre, diesen bzw. diese Parameter direkt zu messen.
1 stellt in sehr schematischer Weise eine Ausführungsform einer integrierten Schaltung 1 dar, die mit einer Detektionsschaltung 2 gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist. Nur die Schaltung 2 ist in Form eines Blocks wiedergegeben, der in der integrierten Schaltung 1, bei der es sich im übrigen um eine beliebige Schaltung handeln kann, enthalten ist.
Die Schaltung 1 wird mit wenigstens einer Versorgungs- bzw. Speisespannung V versorgt, die beispielsweise von einem Generator 3 geliefert wird. Die Versorgungsspannung V der Schaltung 1 bildet im Sinne der Erfindung einen Umgebungs-Parameter dieser Schaltung. Ein anderer in 1 veranschaulichter Umgebungs-Parameter ist die Temperatur T, welcher die Schaltung 1 ausgesetzt ist. Diese Temperatur T kann von der inneren Erwärmung der Schaltung infolge ihres Betriebs oder von einer äußeren Quelle herrühren. In allen Fällen stellt dies im Sinne der Erfindung ebenfalls einen Umgebungs- bzw. Umwelt-Parameter dar. Andere Umgebungs-Parameter können die Ausbreitungszeit eines Signals beeinflussen. Hierbei handelt es sich beispielsweise um die Stabilität der Versorgungsspannung, der Feuchtigkeit, von Strahlungen usw.
Gemäß der Erfindung umfasst die Detektionsschaltung 2 wesentlich eine Schaltung 21 zur Messung der Ausbreitungs- bzw. Fortpflanzungszeit einer Front zur Auslösung einer Messung, näherhin einer Zustandsänderung eines Binär-Signals. Der Ausgang der Schaltung 21 ist mit dem Eingang eines Komparators 22 verbunden, der an einem anderen Eingang einen Vergleichsbezugswert REF zugeführt erhält. Der Ausgang des Komparators 22 liefert das Ergebnis einer eventuellen Abweichung der Verzögerung relativ bezüglich der Bezugs- bzw. Referenzverzögerung.
2 gibt eine erste Ausführungsform einer Detektionsschaltung 2 gemäß der vorliegenden Erfindung wieder.
Die Schaltung 21 zur Messung der Ausbreitungs- bzw. Fortpflanzungszeiten umfasst im wesentlichen n Verzögerungselemente 211 (C1, ..., Ci, ..., Cn) oder elektrische Pfade, welche vorzugsweise voneinander verschiedene Verzögerungen einführen. Die jeweiligen Ausgänge der Elemente 211 sind mit den Dateneingängen (D) von n Kippschaltungen 212 (D1, ..., Di, ..., Dn) verbunden. Die jeweiligen entsprechenden Ausgänge (beispielsweise die Q-Direktausgänge) der Kippschaltungen bzw. Flip-Flops 212 liefern direkt n Bits (B1, ..., Bi, ..., Bn) eines das Messergebnis darstellenden Binärworts. Beispielsweise werden die Bits des Worts in ein Register 213 oder ein beliebiges anderweitiges Element zur analogen zeitweiligen Speicherung eingeschrieben.
Bei der in 2 veranschaulichten Ausführungsform sind die verschiedenen Verzögerungselemente 211 zueinander parallel angeordnet. Ihre entsprechenden Eingangsanschlüsse sind daher miteinander verbunden. Eine Stirnflanke bzw. Front, auf welche die verschiedenen Verzögerungen ausgeübt werden sollen, wird an einen Eingangsanschluss 24 der Schaltung 2 angelegt. Dieser Anschluss 24 ist mit einer Eingangsschaltung 25 verbunden, welche eine einstellbare Verzögerung einführt und, wie im weiteren Verlauf noch erläutert wird, für eine automatische Anpassung (Kalibrierung) der Schaltung 2 dient. Die Schaltung 25 oder ,einstellbare bzw. regelbare Pufferschaltung' (BUF) ist an ihrem Ausgang 251 mit den entsprechenden Eingängen der Verzögerungselemente 211 verbunden.
Die entsprechenden Takteingänge Ck der Kipp- bzw. Flip-Flop-Schaltungen 212 sind miteinander verbunden, damit die Ablesung der am Eingang der verschiedenen Flip-Flops anliegenden Binärzustände für die n Kippschaltungen simultan ist.
Vorzugsweise durchläuft ein an einem Anschluss 23 der Schaltung 2 angelegtes Signal CLK zur Auslösung der Ablesung ein zusätzliches Verzögerungselement 215. Das Element 215 führt eine Verzögerung ein, welche der mittleren oder durchschnittlichen Verzögerung (Cav) der verschiedenen durch die Elemente 211 eingeführten elektrischen Pfade entspricht (unter Berücksichtigung der Kippschaltungen bzw. Flip-Flops 212, welche für sämtliche Pfade eine identische Verzögerung hinzufügen).
Das Verzögerungselement 215 ist optional. Es hat im wesentlichen die Aufgabe, die Verwendung eines Signals CLK zu ermöglichen, das dem die Front bzw. Stirnflanke an dem Anschluss 24 liefernden Binär-Signal entspricht. In diesem Fall fallen die Anschlüsse 23 und 24 zusammen. Das Verzögerungselement 215 gestattet dann eine Verschiebung der Ablesung der an den Eingängen der Flip-Flops 212 anliegenden Daten um die für die mittlere Fortpflanzung bzw. Ausbreitung in den elektrischen Pfaden 211 erforderliche Zeit. Als Abwandlungsalternative kann die (nicht dargestellte) Schaltung zur Erzeugung der Messfront bzw. -stirnflanke das Taktsignal der Flip-Flops mit Verzögerung zuführen. Es kann sich beispielsweise um einen (gegebenenfalls mit der Schaltung 1 integrierten) Prozessor zur Steuerung der Änderungen und zur Auslösung der angepassten Akte handeln.
Legt man an den Eingangsanschluss 24 eine Signalfront bzw. -stirnflanke an, so tritt diese Front bzw. Vorderflanke an den entsprechenden Eingängen D der Kippschaltungen 212 zu unterschiedlichen Zeitpunkten auf, je nach der Größe der Verzögerungen infolge der jeweiligen Elemente 211 sowie der mit der Schaltung 25 verknüpften, sämtlichen elektrischen Pfaden gemeinsamen Verzögerung. Alle elektrischen Pfade, welche eine Verzögerung hervorrufen, die größer als die Verzögerung Cav entsprechend dem Element 215 ist, liefern ein Bit mit dem Zustand ,0', insofern die am Eingang 24 angelegte Signalfront bzw. -vorderflanke noch nicht zu ihnen gelangt ist. Alle Pfade, welche eine Verzögerung kleiner als die Verzögerung Cav hervorrufen, liefern ein Bit mit dem Zustand ,1', insofern die Front bzw. Vorderflanke an dem Eingang D der entsprechenden Kipp- bzw. Flip-Flop-Schaltung vor dem Ablauf der Verzögerung Cav eintrifft.
Die eventuelle Änderung bzw. Schwankung der Verzögerung der verschiedenen Pfade liefert eine indirekte Anzeige für die Abweichung der äußeren Umgebung der integrierten Schaltung, ob es sich um die Temperatur oder die Versorgungsspannung handelt.
Für die Realisierung der Verzögerungselemente 211 der elektrischen Pfade kann man beliebige integrierte Elemente verwenden, wie sie als konstituierende Bestandteile von Verzögerungselementen geläufig sind. Beispielsweise kann es sich um Oxid-Kapazitäten oder um Metallwiderstände handeln. Wohlgemerkt können die Verzögerungselemente auch in anderen Formen angewandt werden, vorausgesetzt, dass sie für die Umgebungs-Parameter empfindlich sind, welche für die Schaltung gemessen werden sollen. Des weiteren hängt die Wahl des Variationsbereichs der durch die verschiedenen Elemente eingeführten Verzögerungen von der jeweiligen Anwendung und der gewünschten Empfindlichkeit ab.
Die Schaltung 2 weist des weiteren einen Komparator 22 (COMP) auf; dieser erhält an einem ersten Eingang das in dem Register 213 vorübergehend gespeicherte Binärwort B1, ..., Bi, ..., Bn zugeführt und an einem zweiten Bezugseingang ein zuvor in einem Register 221 oder dergleichen gespeichertes Bezugs-Binärwort (Br1, ..., Bri, ..., Brn). Das Ergebnis des Vergleichs steht an einem Ausgangsanschluss 222 des Komparators 22 zur Verfügung.
In der bevorzugten Ausführungsform von 2 weist der Komparator 22 des weiteren n Ausgänge 223 mit Bestimmung für die Schaltung 25 auf. Diese n Ausgänge liefern ein Binärwort ΔB1, ..., ΔBn von n Bits, das gegebenenfalls zur Rekalibrierung der Schaltung 25 dient, wie dies weiter unten im einzelnen erläutert wird.
Die durch die Elemente 211 beigetragenen Verzögerungen sind vorzugsweise anwachsend-zunehmend (oder abnehmend) mit dem Gewicht des entsprechenden Bits in dem von den Kipp- bzw. Flip-Flop-Schaltungen 212 gelieferten Wort. Der Abstand zwischen den jeweiligen Wertigkeiten der ersten Bits mit dem Zustand 0 (bzw. mit dem Zustand 1) des gemessenen Worts und des Bezugsworts bildet dann eine Anzeige für die Amplitude der Änderung bzw. Schwankung der Umgebungs-Parameter. Diese Anzeige kann beispielsweise verwendet werden, um die Geschwindigkeit der Änderung der Umgebungs-Parameter mittels aufeinanderfolgender Messungen zu berechnen. Man kann dann eine verhältnismäßig langsame, mit den normalen Änderungen von Betriebsbedingungen (beispielsweise eine statische Änderung der Versorgungsspannung) verbundene Änderung unterscheiden von einer brüsken Änderung (beispielsweise einer dynamischen Instabilität der Versorgungsspannung), die mit einem Versuch zum unberechtigten Zugang zu Daten des Chips verbunden ist.
Das in dem Register 221 gespeicherte Bezugs-Binärwort erhält man in einer Parametrier-Phase der Schaltung 2. Diese Phase wird unter Bezugsbedingungen ausgeführt (beispielsweise unter einer kontrollierten Bezugs-Versorgungsspannung und bei einer Temperatur von 25 °C).
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung charakterisiert man dann die Schaltung unter Betriebsbedingungen entsprechend extrem hohen und extrem niedrigen Bedingungen. Wieder mit Bezugnahme auf das Bei spiel von Temperatur und Versorgungsspannung misst man das erhaltene Binärwort in Fenstern, die von der minimalen Spannung VccMIN zur maximalen Spannung VccMAX gehen und von der minimalen Temperatur TMIN zur maximalen Temperatur TMAX gemäß der ,Spezifikation' der Schaltung (durch den Hersteller garantierter Betriebsbereich).
Die Phase der Charakterisierung der Schaltung gestattet die Gewinnung von zwei extremen Binärwerten, welche den Bezugswert BREF einrahmen. Der Abstand zwischen den beiden Werten entspricht dem autorisierten Bereich. Die extremen Werte dienen zur Konfiguration der Schaltung 25 (beispielsweise mittels einer Reihe von programmierbaren Schaltern), um einen möglichen Einstell- bzw. Justierbereich zu definieren, um die an den Anschluss 24 angelegte Front bzw. Stirnflanke zu verlangsamen oder zu beschleunigen.
Die so erhaltene Einstell- bzw. Justierschleife gestattet dann, bei jeder Charakterisierungsphase die Schaltung für die Extraktion des Mess-Binärworts (elektrische Pfade 211, 212) wieder in Bezugsbedingungen einzustellen. Die beiden extremen Werte der Binärworte, jenseits welchen die Anpassungsschaltung nicht mehr ausreicht, entsprechen den Grenz-Umgebungsbedingungen, die man sich gesetzt hat.
Im Betrieb, wenn die Schaltung 25 nicht mehr in der Lage ist, das System auf dem Bezugswort zu zentrieren, liefert der Komparator 22 am Ausgang ein Signal (in der Praxis eine Änderung des Binärzustands) als Anzeige für eine Verletzung der Umgebungsbedingungen, für welche die Schaltung vorgesehen ist.
Ein Vorteil der Erfindung ist, dass sie eine Schaltung zur globalen Überwachung eines Ensembles oder einer Gruppe von Umgebungsvariablen der integrierten Schaltung ergibt. Gewiss kann man nur mit dieser Schaltung nicht bestimmen, ob die Änderung durch den einen oder den anderen der Parameter bestimmt ist. Jedoch haben die Erfinder festgestellt, dass es zumeist wichtig ist, eine Abweichung relativ bezüglich dem autorisierten Betriebsbereich irgendeines der Parameter zu detektieren.
Ein anderer Vorteil der Erfindung ist, dass die Eingänge/Ausgänge der Detektionsschaltung einfach aufgrund der Natur der Schaltung selbst digital sind, ohne dass es notwendig wäre, irgendeine Umwandlung durchzuführen.
Ein anderer Vorteil der Erfindung ist, dass durch Autorisierung einer digitalen Anpassung oder Kalibrierung des Elements 25 diese Anpassung unempfindlich gegenüber äußeren gemessenen Bedingungen (insbesondere der Temperatur) gemacht wird.
Ein anderer Vorteil der Erfindung ist, dass die Schaltung unschwer in einen Schaltungs-Chip, insbesondere einen vom Chipkartentyp, integrierbar ist.
3 zeigt ein erstes Beispiel einer Schaltung 25 zur Anpassung der Mess-Schaltung 2 gemäß der Erfindung. In diesem Beispiel findet eine Mehrzahl von Tor- bzw. Gatterschaltungen 252 Anwendung, die in Reihe zwischen dem Eingangsanschluss 24 der Schaltung 25 und ihrem Ausgangsanschluss 251 liegen. Die Tor- bzw. Gatterschaltungen 252 sind beispielsweise einfache nicht-invertierende Elemente vom Puffertyp. Die jeweiligen entsprechenden Eingänge 253 der Torschaltungen 252 sind individuell mit einem ersten Anschluss eines Kondensators C254 verbunden, dessen anderer Anschluss über einen Schalter K255 (beispielsweise einen MOS-Transistor) mit Masse (M) verbunden ist. Die Gates der verschiedenen Transistoren K255 erhalten jeweils eines der Bits ΔB1, ΔB2, ..., ΔBi, ..., ΔBn des von dem Komparator 22 (2) gelieferten Programmierworts zugeführt. Die jeweiligen Beträge bzw. Größen der Kondensatoren C254 sind unterschiedlich, in Abhängigkeit von der Wertigkeit des Bits in dem Binärwort ΔB. Das Programmierwort kann in verschiedenen Weisen erhalten werden. Beispielsweise kann man direkt jeweils Bit für Bit den Unterschied zwischen dem gemessenen Wort 213 (2) und dem Bezugswort verwenden. Man kann auch komplexere Mittel verwenden, beispielsweise Informatikmittel zur Vornahme der speziellen Anpassungen.
Man erkennt ohne weiteres, dass eine Änderung des gemessenen Worts in dem autorisierten Bereich die Überführung eines betreffenden der Schalter K255 in den leitenden Zustand oder seine Sperrung bewirkt und als Folge hiervon die Einfügung des Kondensators C254 des entsprechenden Zweigs in die durch die in Reihe liegenden Elemente 252 gebildete Verzögerungsleitung. Immer, wenn ein Transistor K255 leitend wird, führt er eine zusätzliche Verzögerung in die Schaltung 25 ein.
4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines ,einstellbaren bzw. justierbaren Puffers' 25', zum Einsatz in der Schaltung 2 von 2.
Wie im Falle der 3 wird der ,Puffer' 25' mit Hilfe des von dem Anschluss 223 des Komparators 22 in 2 gelieferten Binärworts ΔB (ΔB1, ΔB2, ..., ΔBn) konfiguriert. Jedes Bit dieses Worts steuert jeweils eine Stufe 256 der Schaltung 25'.
Jede Stufe 256 besteht jeweils aus zwei P-Kanal-MOS-Transistoren in Reihe mit zwei N-Kanal-MOS-Transistoren, zwischen zwei Anschlüssen 257 und 258 zum Anlegen einer Versorgungsspannung Vcc. Ein erster P-Kanal-MOS-Transistor P1 hat sein Gate mit einem Inverter 259 verbunden, dessen Eingang das entsprechende Bit ΔBi zugeführt erhält. Ein zweiter P-Kanal-MOS-Transistor P2 jeder Stufe 256 hat jeweils sein Gate mit dem Eingangsanschluss 24 der Schaltung 25' verbunden. Die Transistoren P1 und P2 liegen in Reihe zwischen dem Anschluss 257 und dem Ausgangsanschluss 214 der Schaltung 25'. Ein erster N-Kanal-Transistor N1 hat sein Gate mit dem Anschluss zum Anlegen des entsprechenden Bits ΔBi verbunden. Ein zweiter N-Kanal-Transistor N2 hat sein Gate mit dem Eingangsanschluss 24 verbunden. Die Transistoren N1 und N2 liegen in Reihe zwischen dem Anschluss 214 und dem Masse-Anschluss 258.
Schließlich weist die Schaltung 25' eine Eingangsstufe 260 auf, die aus zwei in Reihe miteinander liegenden Transistoren, nämlich einem P-Kanal-Transistor P3 und einem N-Kanal-Transistor N3, zwischen den Anschlüssen 257 und 258 besteht. Der Mittelpunkt dieser Reihenschaltung ist mit dem Anschluss 214 verbunden und die entsprechenden Gates der Transistoren P3 und N3 sind beide mit dem Anschluss 24 verbunden.
Befindet sich eines der Bits des Worts ΔB im Zustand ,1', so werden hierdurch die Transistoren P1 und N1 der entsprechenden Stufe leitend gemacht. Wenn das an dem Anschluss 24 anliegende Signal sich im niedrigen Zustand befindet (d. h. vor dem Eintreffen einer eine Ablesung auslösenden Signalfront bzw. -stirnflanke), so sind der Transistor N3 sowie sämtliche Transistoren N2 der Stufen 256 gesperrt. Der Transistor P3 und die Transistoren P2 der Stufen 256 sind leitend. In diesem Zustand befindet sich der Anschluss 214 im Zustand ,1', wenn ein Bit ΔBi sich im Zustand ,1' befindet.
Beim Eintreffen einer ansteigenden Front bzw. Vorderflanke des Signals an dem Anschluss 24 bewirkt dies die Umschaltung der Transistoren P3 und N3, wobei der Transistor P3 sich sperrt, während der Transistor N3 leitend wird. Der Zeitpunkt, zu dem der Anschluss 214 in Richtung auf Masse umschaltet, hängt von der Anzahl von Stufen 256 ab, die durch den Zustand ,1' des entsprechenden Bits ΔBi leitend gemacht werden. Tatsächlich werden die Transistoren N2 sämtlicher Stufen beim Auftreten der Front an dem Anschluss 24 leitend gemacht, während sämtliche Transistoren P2 in diesem Zeitpunkt gesperrt werden. Daher ist der Übergang des Anschlusses 214 in den niedrigen Zustand umso rascher, je größer die Zahl von leitenden Stufen 256 ist.
Andere in der Schaltung von 2 verwendbare variable und programmierbare Verzögerungsschaltungselemente können ins Auge gefasst werden, vorausgesetzt, dass sie eine Verzögerung in Abhängigkeit von einem von dem Komparator 22 gelieferten Konfigurations-Binärwort ΔB einführen.
Beispielsweise kann man mehrere Inverter oder logische Torschaltungen in Reihe verwenden wie in der Ausführungsform von 3 und die entsprechenden Ausgänge jeweils jedes Inverters mit den Eingängen eines Multiplexers verbinden. Die Auswahl des Eingangs des als Ausgang verwendeten Multiplexers erfolgt dann durch ein Programmierwort, beispielsweise das Wort ΔB, wie weiter oben in Verbindung mit den 3 und 4 beschrieben.
In der vorstehenden Beschreibung wurde zur Vereinfachung der Darlegung von einem Wort ΔB auf n Bits ausgegangen. Es ist jedoch ersichtlich, dass die Programmierung des Elements 25 auf der Grundlage des Vergleichs des laufenden aktuellen Worts (Register 213) mit dem Bezugswort (221) mit einer unterschiedlichen Bit-Zahl erfolgen kann. Die Anwendung ein und derselben Zahl von Bits vereinfacht jedoch den Vergleich, indem beispielsweise eine Bit-für-Bit-Kombination des jeweiligen laufenden Worts und des Bezugsworts vorgenommen werden kann.
In einer bevorzugten Anwendung erfolgt die Detektion periodisch, was eine permanente Steuerung bzw. Regelung des Bezugs-Binärworts gestattet.
Gemäß einer abgewandelten Ausführung dient das Binärwort ΔB direkt als Vergleichswort. Man speichert zwei Vergleichswerte, welche einen zulässigen Bereich begrenzen. Man detektiert sodann ein Überschreiten dieses Bereichs durch den jeweiligen laufenden, aktuellen Wert. Das in dem Register 221 gespeicherte Bezugswort Br dient dann ausschließlich zur Rekalibrierung des Systems.
5 gibt eine zweite Ausführungsform einer Schaltung zur Detektion der Überschreitung eines Schwellwerts durch einen Umgebungs-Parameter einer integrierten Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung wieder.
Bei dieser Ausführungsform finden wiederum Verzögerungselemente 211 und Kipp- bzw. Flip-Flop-Schaltungen 212 zur Erzeugung eines Binärworts B1, B2, ..., Bn in einem Register 213 Verwendung. Jedoch sind im Unterschied zu der Ausführungsform nach 2 die elektrischen Pfade 211 hier in Reihe geschaltet. Der D-Eingang jeder Flip-Flop-Schaltung 212 ist daher zwischen zwei Pfaden angeschlossen (mit Ausnahme der letzten Stufe Dn, die am Ausgang des Pfades Cn angeschlossen ist).
Wie in der Ausführungsform nach 2 findet ein Element 215 Anwendung, das eine mittlere oder durchschnittliche Verzögerung Cav einführt und dessen Eingang mit dem Anschluss 23 zum Anlegen des das Lesen der Kipp- bzw. Flip-Flop-Schaltungen auslösenden Signals verbunden ist. Der Eingang 24 der Schaltung 2' erhält, wie in den vorhergehenden Ausführungsformen, eine Front bzw. Vorderflanke zugeführt, die durch die verschiedenen in Reihe liegenden Pfade aufeinanderfolgend verzögert wird.
Der Hauptunterschied der Ausführungsform von 5 relativ gegenüber der Ausführung nach 2 ist das Fehlen von programmierbaren Verzögerungselementen (25, 2).
In der Ausführungsform von 5 werden die dem Minimalwert BMIN und dem Maximalwert BMAX des zulässigen Bereichs entsprechenden Binärworte in (nicht dargestellten) Speicherelementen gespeichert. Beispielsweise könnte man nicht-flüchtige Speicher verwenden. Im Betrieb wird das vorübergehend in dem Register 213 gespeicherte jeweils gemessene Binärwort mit dem in dem nicht-flüchtigen Speicher gespeicherten Wort verglichen. Wenn das jeweilige laufende, aktuelle Wort nicht zwischen den beiden Extremwerten BMIN und BMAX liegt, so liefert der Komparator 22' an seinem Anschluss 222 eine Anzeige für eine Verletzung der äußeren Umgebungsbedingungen der integrierten Schaltung.
Da die elektrischen Pfade (die Verzögerungselemente 211) in Reihe liegen, besteht das Binärwort aufeinanderfolgend aus Zuständen ,1' und dann Zuständen ,0'. Der Vergleich erfolgt dann gemäß dem Rang der Grenze zwischen den ,0'- und den ,1'-Ziffern des Binärworts.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung verschiedenen Änderungen, Abwandlungen und Modifizierungen zugänglich, die sich für den Fachmann ergeben. Insbesondere die praktische Ausführung der die Verzögerungselemente konstituierenden elektrischen Pfade liegt im Bereich des fachmännischen Könnens, auf der Grundlage der funktionellen Hinweise und der jeweiligen in Aussicht genommenen Anwendung. Beispielsweise verwendet man je nachdem, ob die Umgebungstemperatur der integrierten Schaltung einen zu detektierenden Parameter bildet oder nicht, metallische Widerstände oder Widerstände aus polykristallinem Silizium.
Des weiteren hängt die Länge der binären Detektionsworte von dem zulässigen Bereich von Änderungen und von der gewünschten Empfindlichkeit ab. Als Beispiel einer speziellen Ausführungsform liegt die Länge der Binärworte zwischen 8 und 16 Bits.
Schließlich liegt die praktische Realisierung des Komparators 22 zur Bestimmung eines Signals als Anzeige einer Umgebung außerhalb vorgesehener Grenzen und eines für eine variable Verzögerungsvorrichtung bestimmten Steuer- bzw. Regelsignals im Bereich des fachmännischen Könnens, unter Verwendung herkömmlicher Mittel auf der Grundlage der hier vorstehend gegebenen funktionellen Hinweise.

Claims

Verfahren zur Detektion von Variationen bzw. Änderungen wenigstens eines Umgebungs- bzw. Umwelt-Parameters (V, T) einer integrierten Schaltung (1), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren umfasst: – Evaluieren einer Verzögerung (τ) der Ausbreitung bzw. Fortpflanzung einer Signalfront bzw. -flanke in Verzögerungselementen (211), die empfindlich für Änderungen des Umgebungs-Parameters sind, sowie – Vergleichen der jeweiligen laufenden bzw. aktuellen Verzögerung relativ bezüglich wenigstens einem Referenz- bzw. Bezugswert (REF, BREF, BMIN, BMAX).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst Vergleichen einer jeweiligen gemessenen laufenden bzw. aktuellen Verzögerung relativ bezüglich zwei vorgegebenen Schwellwerten (BMIN, BMAX), welche einen autorisierten bzw. zulässigen Betriebsbereich der integrierten Schaltung definieren.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst Vergleichen der jeweiligen laufenden bzw. aktuellen Verzögerung relativ bezüglich einem einzigen Referenz- bzw. Bezugswert (BREF).
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst Steuern bzw. Regeln des Betrags eines programmierbaren Verzögerungselements (25) in Abhängigkeit von dem Abstand zwischen der jeweili gen laufenden, aktuellen Verzögerung und dem Referenz- bzw. Bezugswert, wobei der mögliche Änderungsbereich vorzugsweise vorbestimmt ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst Vergleichen des genannten Abstands relativ bezüglich zwei vorbestimmten Schwellwerten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst Synchronisieren eines Zeitpunkts der Ablesung von Kipp- bzw. Flip-Flop-Schaltungen (212), deren entsprechende Eingänge mit dem Ausgang der Verzögerungselemente (211) verbunden sind, zur Gewinnung eines Binärworts, das eine Evaluation der jeweiligen laufenden bzw. aktuellen Ausbreitungsverzögerung darstellt.
Integrierte Schaltung (1), dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: – ein Netzwerk von Verzögerungselementen (212), die individuell mit Kipp- bzw. Flip/Flop-Schaltungen (212) verbunden sind, deren entsprechende Ausgänge Bits eines Detektionsworts definieren, das mit wenigstens einem Umgebungs-Parameter der integrierten Schaltung verknüpft ist, sowie – Mittel (22) zum Vergleichen des genannten laufenden bzw. aktuellen Worts relativ bezüglich wenigstens einem Bezugs- bzw. Referenz-Binärwort (BREF).
Integrierte Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Verzögerungselemente (211) in Parallelschaltung angeordnet sind und deren gemeinsamer Eingangsanschluss mit dem Ausgang (251) eines programmierbaren Verzögerungselements (25) verbunden ist, von welchem ein Eingangsanschluss (24) einen Eingangsanschluss der Detektionsschaltung bildet.
Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Komparator (22) ein Konfigurations-Wort (ΔB) für die Konfiguration der programmierbaren Verzögerungsvorrichtung (25) auf der Grundlage eines Vergleichs des jeweiligen laufenden bzw. aktuellen Worts relativ mit einem Referenz- bzw. Bezugswert liefert.
Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung Mittel zum Festlegen eines Variations- bzw. Änderungsbereichs der programmierbaren Verzögerungsvorrichtung aufweist.
Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Verzögerungselemente (211) in Reihe angeordnet sind.
Schaltung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie des weiteren ein Verzögerungselement (215) mit einer mittleren oder durchschnittlichen Verzögerung aufweist, das zwischen einem Anschluss (23) zum Anlegen eines Signals für die Auslösung bzw. das Triggern des Ablesens und den jeweiligen Takteingängen der verschiedenen Kipp- bzw. Flip-Flop-Schaltungen angeordnet ist.