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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zum Messen
von Speicherzell-Strömen.
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Bei
herkömmlichen
Speicherbauelementen, insbesondere herkömmlichen Halbleiter-Speicherbauelementen
unterscheidet man zwischen sog. Funktionsspeicher-Bauelementen (z.B.
PLAs, PALs, etc.), und sog. Tabellenspeicher-Bauelementen, z.B. ROM-Bauelementen
(ROM = Read Only Memory bzw. Festwertspeicher) – insbesondere PROMs, EPROMs,
EEPROMs, Flash-Speicher, etc. –,
und RAM-Bauelementen (RAM = Random Access Memory bzw. Schreib-Lese-Speicher),
z.B. DRAMs und SRAMs.
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Ein
RAM-Bauelement ist ein Speicher, bei dem man nach Vorgabe einer
Adresse Daten abspeichern, und unter dieser Adresse später wieder
auslesen kann.
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Da
in einem RAM-Bauelement möglichst
viele Speicherzellen untergebracht werden sollen, ist man bemüht, diese
so einfach wie möglich
zu realisieren.
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Bei
SRAMs (SRAM = Static Random Access Memory) bestehen die einzelnen
Speicherzellen z.B. aus wenigen, beispielsweise 6 Transistoren,
und bei sog. DRAMs (DRAM = Dynamic Random Access Memory) i.A. nur
aus einem einzigen, entsprechend angesteuerten kapazitiven Element
(z.B. der Gate-Source-Kapazität eines
MOSFETs), mit dessen Kapazität
jeweils ein Bit als Ladung gespeichert werden kann.
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Diese
Ladung bleibt allerdings nur für
kurze Zeit erhalten; deshalb muß regelmäßig, z.B.
ca. alle 64 ms, ein sog. „Refresh" durchgeführt werden.
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Im
Gegensatz hierzu muß bei
SRAMs kein "Refresh" durchgeführt werden;
d.h., die in der Speicherzelle gespeicherten Daten bleiben gespeichert, solange
dem SRAM eine entsprechende Versorgungsspannung zugeführt wird.
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Bei
Nicht-flüchtigen-Speicherbauelementen (NVMs
bzw. Nonvolatile memories), z.B. ROMs, PROMs, EPROMs, EEPROMs, und
Flash-Speichern bleiben demgegenüber
die gespeicherten Daten auch dann gespeichert, wenn die Versorgungsspannung
abgeschaltet wird.
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Bei
ROM-Speicherbauelementen können
die jeweiligen Daten im Verlauf der Herstellung eines entsprechenden
Speicherbauelements (d.h. herstellerseitig) durch Verwendung entsprechender
Masken festgelegt werden, z.B. dadurch, dass an der entsprechenden
Stelle einer entsprechenden Speicherzellen-Matrix eine Unterbrechung,
oder ein Kontakt vorgesehen wird. Bei NMOS-ROM-Speicherbauelementen
erfolgt dies z.B. so, dass die entsprechenden Transistoren mit unterschiedlich
dicker Oxydschicht zwischen Gate und Substrat ausgestattet sind.
Eine „normal
dicke" Oxydschicht
gestattet die Ausbildung eines leitenden Kanals (d = 1), während eine „dicker als
normal" ausgebildete
Oxydschicht dies verhindert (d = 0).
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PROMs
sind – anwenderseitig – programmierbare
Festwertspeicher. Die jeweiligen Speicherzellen können z.B.
entsprechende Schmelzsicherungen (z.B. dünne CrNi-Schichten) aufweisen,
die durch Anlegen entsprechender Ströme durchgebrannt werden, und
so – irreversibel – mit einem
Datum d = 0 beschrieben werden können.
Alternativ können
die jeweiligen Speicherzellen z.B. auch spezielle Mosfets aufweisen,
bei denen ein zusätzliches, isoliertes „floating
gate" vorgesehen
ist. Dieses wird beim Programmieren einer entsprechenden Speicherzelle
aufgeladen, wodurch die Schwellspannung des jeweiligen Mosfets verschoben
wird.
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EPROMs
sind mehrfach-programmierbare Festwert-Speicherbauelemente, d.h. Festwert-Speicherbauelemente,
bei denen die jeweilige Programmierung durch einen entsprechenden Löschvorgang
anwenderseitig wieder rückgängig gemacht
werden kann. Als Speicherzellen können – ähnlich wie bei manchen PROMs – z.B. Mosfets
mit zusätzlichem,
isoliertem, zum Programmmieren entsprechend aufladbarem „floating
gate" verwendet werden.
Durch Bestrahlung des EPROMs mit UV-Licht kann die floating gate
Ladung (sämtlicher) Mosfets
wieder ausgeglichen, und dadurch die Programmierung (für das gesamte
EPROM) rückgängig gemacht
werden.
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Unter
einem EEPROM versteht man ein mehrfach-programmierbares Festwert-Speicherbauelement,
bei dem die jeweilige Programmierung im Gegensatz zu einem (UV-löschbaren)
EPROM bit-, Byte- oder seitenweise elektrisch wieder rückgängig gemacht
werden kann.
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Ein
Flash-Speicher bzw. Flash-EEPROM stellt ein Mittelding zwischen
einem EPROM und einem EEPROM dar. Ein Flash-EEPROM ist ein mehrfach-programmierbares
Festwert-Speicherbauelement,
welches – wie
ein EEPROM – elektrisch
löschbar
ist, jedoch nicht bit-, oder byte-weise, sondern nur – entsprechend ähnlich wie
ein EPROM – jeweils
im Gesamten.
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Zum
Programmieren entsprechender Speicherzellen von PROMs, EPROMs, EEPROMs, Flash-Speichern,
etc. müssen
die entsprechenden Speicherzellen mit (Programmier-)Strömen vorbestimmter
Höhe und/oder
Dauer beaufschlagt werden.
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Zum
Auslesen entsprechender Speicherzellen (d.h. zur Ermittlung, ob
dort ein Datum d = 0, oder ein Datum d = 1 abgespeichert ist) können sog.
Referenzströme
verwendet werden.
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Beispielsweise
kann ein sich beim Auslesen einer Speicherzelle ergebender Lesestrom
mit einem Referenzstrom (z.B. – bei
einem Flash-Speicher – einem
Referenzstrom der Höhe
von z.B. 15μA
(oder z.B. 5μA
oder 20μA))
verglichen werden; je nachdem, ob der entsprechende Lesestrom größer oder
kleiner ist als der entsprechende Referenzstrom (z.B. – abhängig vom
jeweiligen Zellzustand – z.B.
ca. 0μA (insbesondere
z.B. < 5μA), oder
z.B. ca. 30μA
(insbesondere z.B. > 20μA)), wird
ermittelt, dass in der entsprechenden Zelle ein Datum d = 1, oder
ein Datum d = 0 abgespeichert ist.
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Beim
Testen eines Festwert-Speicherbauelements kann versucht werden,
die exakte Höhe
des jeweiligen Lesestroms zu ermitteln (z.B. zur Fehlerermittlung,
oder z.B. um dann – entsprechend
dem jeweiligen Test-Ergebnis – für den Normalbetrieb
des Speicherbauelements die Höhe
und/oder Dauer der (Programmier-)Ströme und/oder -Spannungen entsprechend
einzustellen, und/oder die Höhe
des jeweils verwendeten Referenzstroms, etc., etc.).
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Die
herkömmlicherweise
beim Testen eines Festwert-Speicherbauelements
zum Messen von Speicherzell-Strömen, insbesondere
Leseströmen verwendeten
Verfahren sind relativ ungenau.
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In
der
DE 101 35 775
B4 ist ein Verfahren zum Prüfen der Programmierung einer
Hohlraumfuse beschrieben, die eine programmierbare Brücke aus einem
ersten leitfähigen
Material mit einer Anode und einer Kathode aufweist, sowie eine
Abdeckung aus einem zweiten leitfähigen Material, die zum Abdecken
der Brücke
angeordnet ist.
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Aus
der
US 6 229 296 B1 ist
eine Schaltung zum Auslesen einer Spannung an einem Knoten einer
integrierten Schaltung bekannt. Die Schaltung weist einen mit dem
Knoten verbundenen Pass Circuit auf, der eine an dem Knoten anliegende
Spannung misst, und das Mess-Ergebnis an einem Pin der integrierten
Schaltung ausgibt.
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Aus
der
US 6,480,421 B2 ist
eine Einrichtung zum Messen von Speicherzell-Strömen für nicht-flüchtige Speicherbauelemente
bekannt, welche eine Stromspiegel-Einrichtung aufweist.
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Die
Erfindung hat zur Aufgabe, eine neuartige Einrichtung und ein neuartiges
Verfahren zum Messen von Speicherzell-Strömen zur Verfügung zu stellen.
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Sie
erreicht dieses und weitere Ziele durch die Gegenstände der
Ansprüche
1 und 7.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele
und der beigefügten Zeichnung
näher erläutert. In
der Zeichnung zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung einer zum Auslesen einer Speicherzelle
verwendeten Schaltung, und einer an diese angeschlossenen Einrichtung
zum exakten, testweisen Messen von Speicherzell-Strömen gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung; und
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2 eine
schematische Darstellung einer zum Auslesen einer Speicherzelle
verwendeten Schaltung, und einer an diese angeschlossenen Einrichtung
zum exakten, testweisen Messen von Speicherzell-Strömen gemäß einem
alternativen, zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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In 1 ist
eine schematische Darstellung einer zum Auslesen einer Speicherzelle
verwendeten Schaltung 1, und einer an diese angeschlossenen Einrichtung 2 zum
exakten, testweisen Messen von Speicherzell-Strömen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung gezeigt.
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Die
Schaltung 1 und/oder die Einrichtung 2 können z.B.
auf einem entsprechenden Nicht-flüchtigen-Speicherbauelement-Chip
(NVM chip bzw. Non-volatile memory chip) angeordnet sein (oder alternativ
auch extern hiervon), z.B. einem PROM-, EPROM-, EEPROM- oder Flash-Speicherbauelement-Chip,
insbesondere einem embedded Flash-Speicher, welcher zusammen mit
einem oder mehreren Microcontrollern auf ein- und demselben Chip
angeordnet ist (besonders vorteilhaft auf einem in Kraftfahrzeugen
eingesetzten Speicherbauelement-Chip).
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Die
Schaltung 1 und/oder die Einrichtung 2 können vorteilhaft
Teil einer entsprechenden Leseverstärker-Einrichtung bzw. eines
Leseverstärkers sein.
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Wie
aus 1 hervorgeht, weist die Schaltung 1 zwei
p-MOS-Feldeffekttransistoren 3, 4 auf.
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Beim
ersten p-MOS-Feldeffekttransistor 3 ist das Gate über eine
Leitung 5 mit dem Drain verbunden.
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Des
weiteren ist das Gate des ersten p-MOS-Feldeffekttransistors 3 über eine
Leitung 6 an das Gate des zweiten p-MOS-Feldeffekttransistors 4 angeschlossen.
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Die
Source des ersten p-MOS-Feldeffekttransistors 3 ist über eine
Leitung 7, und eine Leitung 8 mit der Source des
zweiten p-MOS-Feldeffekttransistors 4 verbunden; die beiden
Sourcen der p-MOS-Feldeffekttransistoren 3, 4 können (über die Leitung 7 bzw. 8,
und eine daran angeschlossene Leitung 9) an eine Versorgungsspannungsquelle
angeschlossen werden.
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Wie
aus 1 weiter hervorgeht, kann der Drain des ersten
p-MOS-Feldeffekttransistors 3 über eine Leitung 11 (und
ggf. unter Zwischenschaltung eines oder mehrerer weiterer, hier
nicht dargestellter Leseverstärker-Elemente,
insbesondere der o.g. Leseverstärker-Einrichtung)
an eine Speicherzelle eines Speicherbauelements angeschlossen werden (z.B.
eine PROM-, EPROM-, EEPROM- oder Flash-Speicherbauelement-Speicherzelle
des o.g. PROM-, EPROM-, EEPROM- oder Flash-Speicherbauelements).
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Des
weiteren ist der Drain des zweiten p-MOS-Feldeffekttransistors 4 über eine
Leitung 12 an einen (Strom-Höhen-)Bewerter-Knoten
A angeschlossen, der über
eine Leitung 13 an einen an eine Ausgangs-Leitung 15 angeschlossenen
Inverter bzw. Verstärker 14 angeschlossen
ist, und an eine – z.B. an
Masse angeschlossene – (Referenzstrom-)Leitung 16.
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Die
Ausgangs-Leitung 15 kann z.B. an ein entsprechendes Chip-Pad angeschlossen
sein, oder – lediglich
intern – an
einen entsprechenden Mikrocontroller-Eingang.
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Die
o.g. – über die
Leitung 11 mit dem ersten p-MOS-Feldeffekttransistor 3 verbindbare – Speicherzelle
ist – zusammen
einer Vielzahl weiterer Speicherzellen – in einem entsprechenden Speicherzellen-Array
des Speicherbauelements liegend angeordnet (wobei die Speicherzellen
jeweils – nebeneinanderliegend – in einer
Vielzahl von Speicherzellen-Zeilen
und -Spalten liegend angeordnet sind).
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Das
Speicherbauelement kann einen einzelnen Speicherzellen-Array aufweisen,
oder – bevorzugt – eine Vielzahl
(z.B. vier oder mehr) entsprechender Arrays, wobei in jedem Array
(insbesondere in dort vorgesehenen Speicherzellen) z.B. mehr als 32,
64, 128, 256, oder 512, etc. Mbit an Daten gespeichert werden können.
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Die
einzelnen Speicherzellen können
entweder in einen programmierten Zustand, oder einen gelöschten Zustand
gebracht werden (die z.B, jeweils einem mehr oder weniger stark
leitfähigen
Zustand der Speicherzelle entsprechen, und z.B. jeweils einem gespeicherten
Datum d = 0, bzw. einem gespeicherten Datum d = 1 zugeordnet sind).
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Zum
Programmieren entsprechender Speicherzellen können diese mit (Programmier-)Strom-Pulsen
und/oder -Spannungen vorbestimmter Höhe und/oder Dauer und/oder
Anzahl beaufschlagt werden.
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Zum
Auslesen entsprechender Speicherzellen (d.h. zur Ermittlung, ob
dort ein Datum d = 0, oder ein Datum d = 1 abgespeichert ist) können sog.
Referenzströme
verwendet werden.
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Beispielsweise
kann im Normalbetrieb des Speicherbauelements ein sich beim Auslesen
einer Speicherzelle ergebender (z.B. an der Leitung 11 anliegender)
Lesestrom (Icell) – oder
ein entsprechend durch Spiegelung des Lesestroms (Icell) sich ergebender
(z.B. an der Leitung 12 anliegender) Strom (Isp) – durch
eine entsprechende auf dem Chip vorgesehene Vergleichseinrichtung
mit einem (z.B. an der Leitung 16 eingespeisten) Referenzstrom
Ir (z.B. – bei
einem Flash-Speicher – einem
Referenzstrom der Höhe
von z.B. 15μA
(oder z.B. 5μA
oder 20μA)) verglichen
werden; je nachdem, ob der entsprechende Lesestrom größer oder
kleiner ist als der entsprechende Referenzstrom (z.B. – abhängig vom
jeweiligen Zellzustand – z.B.
ca. 0μA
(insbesondere z.B. < 5μA), oder
z.B. ca. 30μA
(insbesondere z.B. > 20μA)), wird
ermittelt, dass in der entsprechenden Speicherzelle ein Datum d
= 1, oder ein Datum d = 0 abgespeichert ist.
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Wird
durch die Vergleichseinrichtung ermittelt, dass in der entsprechenden
Speicherzelle ein Datum d = 1 abgespeichert ist, kann z.B. ein „logisch hohes" (oder alternativ:
ein „logisch
niedriges") (über die
Leitung 13, bzw. die Leitung 15 bereitgestelltes) – digitales – Ausgangs-Signal
an einem entsprechenden Pad des Chips ausgegeben werden (umgekehrt kann – falls
durch die Vergleichseinrichtung ermittelt wird, dass in der entsprechenden
Speicherzelle ein Datum d = 0 abgespeichert ist – z.B. ein „logisch niedriges" (oder alternativ:
ein „logisch
hohes") – digitales – Ausgangs-Signal an dem entsprechenden
Pad des Chips ausgegeben werden) (oder intern an einem auf demselben
Chip wie das Speicherbauelement liegenden Mikrocontroller).
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Zur
Spiegelung des sich beim Auslesen einer Speicherzelle – z.B. der
beim Auslesen über
die Leitung 11 mit dem ersten p-MOS-Feldeffekttransistor 3 verbundenen
Speicherzelle – ergebenden
Lesestroms (Icell) ist in der o.g. Schaltung 1 der bereits vorher
erwähnte
zweite p-MOS-Feldeffekttransistor 4 vorgesehen.
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Die
beiden p-MOS-Feldeffekttransistoren 3, 4 weisen
i.W. gleiche Dimensionen auf, und werden beide – wie sich aus der Darstellung
gemäß 1, und
dem oben Gesagten ergibt – mit
der gleichen Gate-Source-Spannung, und jeweils in Sättigung
betrieben. Dadurch ist sichergestellt, dass der an der Leitung 12 anliegende – zur Auswertung
des Zellzustands im Normalbetrieb des Speicherbauelements verwendete – Strom
(Isp) dem sich beim Auslesen der Speicherzelle ergebenden, an der
Leitung 11 anliegenden Lesestrom (Icell) entspricht.
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Wie
sich aus den Ausführungen
oben ergibt, sind beim – oben
erläuterten – Normalbetrieb
des Speicherbauelements – abhängig von
dem von der Vergleichseinrichtung ermittelten Zustand der jeweils ausgelesenen
Speicherzelle – am
entsprechenden Chip-Pad (bzw. lediglich intern am jeweiligen Mikrocontroller)
lediglich – digital – entweder
entsprechend „logisch
hohe", oder „logisch
niedrige" Ausgangs-Signale
verfügbar.
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Zur
exakten Ermittlung bzw. Messung der Höhe des jeweiligen – vom Zustand
der Speicherzelle abhängigen – Lesestroms
(Icell) kann, insbesondere während
eines Speicherbauelement-Testbetriebs,
und wie im folgenden noch genauer erläutert wird, die an die in 1 gezeigte – herkömmliche – (Speicherzellen-Auslese-)Schaltung 1 angeschlossene – in 1 gestrichelt
umrandete – (Speicherzell-Strom-Mess-)
Einrichtung 2 verwendet werden.
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Entsprechend
der jeweils ermittelten, tatsächlichen
Höhe des
Lesestroms kann dann – für den Normalbetrieb
des Speicherbauelements – z.B, die
Höhe und/oder
Dauer und/oder Anzahl der (Programmier-)Strom-Pulse und/oder -Spannungen
entsprechend verändert
bzw. eingestellt werden, und/oder die Höhe des jeweils verwendeten
Referenzstroms, etc., etc., und/oder die ermittelte Lesestrom-Höhe kann
zur Fehlerermittlung verwendet werden, usw.
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Die
o.g. (Speicherzell-Strom-Mess-) Einrichtung 2 kann – wie im
folgenden noch genauer erläutert
wird – während eines
Normalbetriebs des Speicherbauelements entsprechend deaktiviert,
und – bei
Bedarf – beim
o.g. Testbetrieb entsprechend aktiviert werden.
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Der
o.g. Testbetrieb kann z.B. im fertigen und/oder halbfertigen Zustand
eines entsprechenden Halbleiterbauelements, insbesondere Speicherbauelements
durchgeführt
werden, und/oder vor oder nach dem Einbau des entsprechenden (fertigen) Halbleiterbauelements,
insbesondere Speicherbauelements in ein entsprechendes Bauelement-Gehäuse bzw.
elektronisches Modul, etc.
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Wie
aus 1 hervorgeht, weist die (Speicherzell-Strom-Mess-) Einrichtung 2 zwei p-MOS-Feldeffekttransistoren 10, 20 auf.
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Das
Gate des (hier als Stromspiegel-Transistor fungierenden) p-MOS-Feldeffekttransistors 10 ist über eine
Leitung 17 an die o.g. Leitung 6 angeschlossen,
und damit an das Gate des ersten p-MOS-Feldeffekttransistors 3 (und
des zweiten p-MOS-Feldeffekttransistors 4).
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Wie
aus 1 weiter hervorgeht, ist die Source des p-MOS-Feldeffekttransistors 10 über eine
Leitung 18 an die o.g. Leitung 7 angeschlossen, und
damit an die Source des ersten p-MOS-Feldeffekttransistors 5 (und
des zweiten p-MOS-Feldeffekttransistors 4),
sowie an die o.g. – an
die Leitung 9 angeschlossene – Versorgungsspannungsquelle.
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Der
Drain des p-MOS-Feldeffekttransistors 10 ist über eine
Leitung 19 an den Source-Drain-Pfad des (als Aktivier/Deaktivier-Transistor)
verwendeten p-MOS-Feldeffekttransistors 20 angeschlossen,
dessen Source-Drain-Pfad
ausserdem über
eine Leitung 21 an ein (Analog-)Bus-System angeschlossen ist, welches mit
einem entsprechenden – speziellen – weiteren,
an Masse angeschlossenen Pad des Speicherbauelement-Chips verbindbar
ist.
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Der
p-MOS-Feldeffekttransistor 20 kann durch Anlegen eines
entsprechenden Steuer-Signals ana_en_q an einer – mit dem Gate des p-MOS-Feldeffekttransistors 20 verbundenen – Steuer-Leitung 22 von
einem nicht-leitfähigen
in einen leitfähigen Zustand
(und umgekehrt) gebracht werden, d.h. entsprechend von einem deaktivierten
in einen aktivierten Zustand (und umgekehrt) (wodurch die Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtung 2 insgesamt
entsprechend aktiviert (oder deaktiviert) werden kann).
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Die
Anzahl der auf einem entsprechenden Speicherbauelement-Chip vorgesehenen – der in 1 gezeigten
Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtung 2 und/oder
Speicherzellen-Auslese-Schaltung 1 in
Aufbau und/oder Funktionsweise entsprechenden – Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtungen
und/oder Speicherzellen-Auslese-Schaltungen kann wesentlich kleiner
sein, als die Anzahl der insgesamt vorgesehenen Speicherzellen (z.B.
der Anzahl der pro Array bzw. Sub-Array jeweils insgesamt gemeinsam
aktivierbaren Speicherzellen bzw. Leseverstärkern entsprechen, bzw. der
Anzahl der auf dem Chip vorgesehenen Leseverstärker, etc.). Beispielsweise
können
auf einem Chip zwischen 1 und 128 Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtungen und/oder
Speicherzellen-Auslese-Schaltungen vorgesehen sein, insbesondere
z.B. zwischen 1 und 32 Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtungen und/oder
Speicherzellen-Auslese-Schaltungen, etc., oder alternativ z.B. auch
mehr als 10, 20 oder 50 entsprechende Einrichtungen/Schaltungen,
etc. Zum Auslesen entsprechender Speicherzellen (und/oder zum Messen
der sich hierbei ergebenden Leseströme) wird die jeweils entsprechende
Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtung und/oder Speicherzellen-Auslese-Schaltung
leitend mit der jeweiligen Speicherzelle verbunden.
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Zur
Durchführung
einer – exakten – Messung des
sich beim Auslesen der an die Leitung 11 anschließbaren Speicherzelle
ergebenden Lesestroms (Icell) beim o.g. Speicherbauelement- Testbetrieb wird
der in der Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtung 2 vorgesehene Aktivier-/Deaktivier-Transistor
(d.h. der p-MOS-Feldeffekttransistor 20) in einen leitfähigen, d.h.
aktivierten Zustand gebracht (z.B. durch Anlegen eines logisch niedrigen
Steuer-Signals ana en q an der Leitung 22) – und damit
der Drain des p-MOS-Feldeffekttransistors 10 leitend
mit der mit dem o.g. (Analog-Bus-)System verbundenen Leitung 21 verbunden – (und damit
die Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtung 2 insgesamt entsprechend
aktiviert).
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Der
p-MOS-Feldeffekttransistor 3, und der p-MOS-Feldeffekttransistor 10 weisen
i.W. gleiche Dimensionen auf, und werden beide – wie sich aus der Darstellung
gemäß 1,
und dem oben Gesagten ergibt – mit
der gleichen Gate-Source-Spannung, und
jeweils in Sättigung
betrieben.
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Der
an der Leitung 11 anliegende – sich beim Auslesen der Speicherzelle
ergebende – Lesestrom (Icell)
wird somit durch die o.g. Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtung 2 „gespiegelt"; der über den
Source-Drain-Pfad des p-MOS-Feldeffekttransistors 10,
und weiter über
den Source-Drain-Pfad des
(bevorzugt nicht im Sättigungsbereich
betriebenen) p-MOS-Feldeffekttransistors 20 zur o.g. Leitung 21 fließende (und
am o.g. speziellen Pad des Chips extern analog abgreifbare, und
analog messbare) Strom Imeasure entspricht dann dem sich beim Auslesen
der Speicherzelle ergebenden Lesestrom (Icell).
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Wie
oben erläutert,
kann das o.g. – spezielle – Pad über das
o.g. (Analog-)Bus-System mit der o.g. Leitung 21 (und damit
der Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtung 2) verbunden werden. Entsprechend ähnlich können auch
eine oder mehrere weitere – der
in 1 gezeigten Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtung 2 in
Aufbau und/oder Funktion entsprechende – Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtungen
an das o.g. – spezielle – Pad anschließbar sein
(d.h. abhängig
von entsprechenden Steuer-Signalen,
und entsprechend wie die Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtung 2 entweder elektrisch
mit dem – speziellen – Pad verbunden,
oder elektrisch von diesem getrennt werden).
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Dadurch
kann erreicht werden, dass die Anzahl der am Speicherbauelement
insgesamt vorzusehenden – speziellen,
zur Ausgabe analoger Mess-Ströme
Imeasure dienenden – Pads
kleiner sein kann, als die o.g. Anzahl an Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtungen 2.
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In 2 ist
eine schematische Darstellung einer zum Auslesen einer Speicherzelle
verwendeten – der
in 1 gezeigten Schaltung 1 in Aufbau bzw. Funktion
entsprechenden bzw. im Wesentlichen entsprechenden – Schaltung 101 gezeigt,
und eine an diese angeschlossene Einrichtung 102 zum exakten, testweisen
Messen von Speicherzell-Strömen
gemäß einem
alternativen, zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Die
Schaltung 101 und/oder die Einrichtung 102 können z.B.
auf einem entsprechenden Nicht-flüchtigen-Speicherbauelement-Chip (NVM chip bzw.
Non-volatile memory chip) angeordnet sein (oder alternativ auch
extern hiervon), z.B. einem PROM-, EPROM-, EEPROM- oder Flash-Speicherbauelement-Chip,
insbesondere einem embedded Flash-Speicher, welcher zusammen mit
einem oder mehreren Microcontrollern auf ein- und demselben Chip
angeordnet ist (besonders vorteilhaft auf einem in Kraftfahrzeugen
eingesetzten Speicherbauelement-Chip).
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Die
Schaltung 101 und/oder die Einrichtung 102 können vorteilhaft
Teil einer entsprechenden Leseverstärker-Einrichtung bzw. eines Leseverstärkers sein.
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Wie
aus 2 hervorgeht, weist die Schaltung 101 zwei
p-MOS-Feldeffekttransistoren 103, 104 auf.
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Beim
ersten p-MOS-Feldeffekttransistor 103 ist das Gate über eine
Leitung 105, und eine daran angeschlossene Leitung 138 mit
dem Drain verbunden.
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Des
weiteren ist das Gate des ersten p-MOS-Feldeffekttransistors 103 über eine
Leitung 106 an das Gate des zweiten p-MOS-Feldeffekttransistors 104 angeschlossen.
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Die
Source des ersten p-MOS-Feldeffekttransistors 103 ist über eine
Leitung 107, und eine Leitung 108 mit der Source
des zweiten p-MOS-Feldeffekttransistors 104 verbunden;
die beiden Sourcen der p-MOS-Feldeffekttransistoren 103, 104 können (über die
Leitung 107 bzw. 108, und eine daran angeschlossene
Leitung 109) an eine Versorgungsspannungsquelle angeschlossen
werden.
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Wie
aus 2 weiter hervorgeht, kann der Drain des ersten
p-MOS-Feldeffekttransistors 103 über eine Leitung 111 (und
ggf. unter Zwischenschaltung eines oder mehrerer weiterer, hier
nicht dargestellter Leseverstärker-Elemente,
insbesondere der o.g. Leseverstärker-Einrichtung)
an eine Speicherzelle eines Speicherbauelements angeschlossen werden
(z.B. eine PROM-, EPROM-, EEPROM- oder Flash-Speicherbauelement-Speicherzelle des
o.g. PROM-, EPROM-, EEPROM- oder Flash-Speicherbauelements).
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Des
weiteren ist der Drain des zweiten p-MOS-Feldeffekttransistors 104 über eine
Leitung 112 an einen (Strom-Höhen-)Bewerter-Knoten A angeschlossen,
der an einen an eine Ausgangs-Leitung angeschlossenen Inverter bzw.
Verstärker
angeschlossen sein kann (hier nicht dargestellt), und an eine – z.B. an
Masse angeschlossene – (Referenzstrom-)Leitung 116.
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Die
o.g. – über die
Leitung 111 mit dem ersten p-MOS-Feldeffekttransistor 103 verbindbare – Speicherzelle
ist – zusammen
einer Vielzahl weiterer Speicherzellen – in einem entsprechenden Speicherzellen-Array
des Speicherbauelements liegend angeordnet (wobei die Speicherzellen
jeweils – nebeneinanderliegend – in einer
Vielzahl von Speicherzellen-Zeilen
und -Spalten liegend angeordnet sind).
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Das
Speicherbauelement kann einen einzelnen Speicherzellen-Array aufweisen,
oder – bevorzugt – eine Vielzahl
(z.B. vier oder mehr) entsprechender Arrays, wobei in jedem Array
(insbesondere in dort vorgesehenen Speicherzellen) z.B. mehr als 32,
64, 128, 256, oder 512, etc. Mbit an Daten gespeichert werden können.
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Die
einzelnen Speicherzellen können
entweder in einen programmierten Zustand, oder einen gelöschten Zustand
gebracht werden (die z.B. jeweils einem mehr oder weniger stark
leitfähigen
Zustand der Speicherzelle entsprechen, und z.B. jeweils einem gespeicherten
Datum d = 0, bzw. einem gespeicherten Datum d = 1 zugeordnet sind).
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Zum
Programmieren entsprechender Speicherzellen können diese mit (Programmier-)Strom-Pulsen
und/oder -Spannungen vorbestimmter Höhe und/oder Dauer und/oder
Anzahl beaufschlagt werden.
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Zum
Auslesen entsprechender Speicherzellen (d.h. zur Ermittlung, ob
dort ein Datum d = 0, oder ein Datum d = 1 abgespeichert ist) können sog.
Referenzströme
verwendet werden.
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Beispielsweise
kann im Normalbetrieb des Speicherbauelements ein sich beim Auslesen
einer Speicherzelle ergebender (z.B. an der Leitung 111 anliegender)
Lesestrom (Icell) – oder
ein entsprechend durch Spiegelung des Lesestroms (Icell) sich ergebender
(z.B. an der Leitung 112 anliegender) Strom (Isp) – durch
eine entsprechende auf dem Chip vorgesehene Vergleichseinrichtung
mit einem (z.B. an der Leitung 116 eingespeisten) Referenzstrom
Ir (z.B. – bei
einem Flash-Speicher – einem
Referenzstrom der Höhe
von z.B. 15μA
(oder z.B. 5μA
oder 20μA))
verglichen werden; je nachdem, ob der entsprechende Lesestrom größer oder
kleiner ist als der entsprechende Referenzstrom (z.B. – abhängig vom jeweiligen
Zellzustand – z.B.
ca. 0μA
(insbesondere z.B. < 5μA), oder
z.B. ca. 30μA
(insbesondere z.B. > 20μA)), wird
ermittelt, dass in der entsprechenden Speicherzelle ein Datum d
= 1, oder ein Datum d = 0 abgespeichert ist.
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Wird
durch die Vergleichseinrichtung ermittelt, dass in der entsprechenden
Speicherzelle ein Datum d = 1 abgespeichert ist, kann z.B. ein „logisch hohes" (oder alternativ:
ein „logisch
niedriges") (über eine
Leitung 113 bereitgestelltes) – digitales – Ausgangs-Signal
an einem entsprechenden Pad des Chips ausgegeben werden (umgekehrt
kann – falls durch
die Vergleichseinrichtung ermittelt wird, dass in der entsprechenden
Speicherzelle ein Datum d = 0 abgespeichert ist – z.B. ein „logisch niedriges" (oder alternativ:
ein „logisch
hohes") – digitales – Ausgangs-Signal
an dem entsprechenden Pad des Chips ausgegeben werden) (oder intern
an einem auf demselben Chip wie das Speicherbauelement liegenden
Mikrocontroller).
-
Zur
Spiegelung des sich beim Auslesen einer Speicherzelle – z.B. der
beim Auslesen über
die Leitung 111 mit dem ersten p-MOS-Feldeffekttransistor 103 verbundenen
Speicherzelle – ergebenden
Lesestroms (Icell) ist in der o.g. Schaltung 101 der bereits vorher
erwähnte
zweite p-MOS-Feldeffekttransistor 104 vorgesehen.
-
Die
beiden p-MOS-Feldeffekttransistoren 103, 104 weisen
i.W. gleiche Dimensionen auf, und werden beide – wie sich aus der Darstellung
gemäß 2,
und dem oben Gesagten ergibt – mit
der gleichen Gate-Source-Spannung, und jeweils in Sättigung
betrieben. Dadurch ist sichergestellt, dass der an der Leitung 112 anliegende – zur Auswertung
des Zellzustands im Normalbetrieb des Speicherbauelements verwendete – Strom
(Isp) dem sich beim Auslesen der Speicherzelle ergebenden, an der
Leitung 111 anliegenden Lesestrom (Icell) entspricht.
-
Wie
sich aus den Ausführungen
oben ergibt, sind beim – oben
erläuterten – Normalbetrieb
des Speicherbauelements – abhängig von
dem von der Vergleichseinrichtung ermittelten Zustand der jeweils ausgelesenen
Speicherzelle – am
entsprechenden Chip-Pad (bzw. lediglich intern am jeweiligen Mikrocontroller)
lediglich – digital – entweder
entsprechend „logisch
hohe", oder „logisch
niedrige" Ausgangs-Signale
verfügbar.
-
Zur
exakten Ermittlung bzw. Messung der Höhe des jeweiligen – vom Zustand
der Speicherzelle abhängigen – Lesestroms
(Icell) kann, insbesondere während
eines Speicherbauelement-Testbetriebs,
und wie im folgenden noch genauer erläutert wird, die an die in 2 gezeigte – herkömmliche – (Speicherzellen-Auslese-)Schaltung 101 angeschlossene – in 2 gestrichelt
umrandete – (Speicherzell-Strom-Mess-)
Einrichtung 102 verwendet werden.
-
Entsprechend
der jeweils ermittelten, tatsächlichen
Höhe des
Lesestroms kann dann – für den Normalbetrieb
des Speicherbauelements – z.B. die
Höhe und/oder
Dauer und/oder Anzahl der (Programmier-)Strom-Pulse und/oder -Spannungen
entsprechend verändert
bzw. eingestellt werden, und/oder die Höhe des jeweils verwendeten
Referenzstroms, etc., etc., und/oder die ermittelte Lesestrom-Höhe kann
zur Fehlerermittlung verwendet werden, usw.
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Die
o.g. (Speicherzell-Strom-Mess-)Einrichtung 102 kann – wie im
folgenden noch genauer erläutert
wird – während eines
Normalbetriebs des Speicherbauelements entsprechend deaktiviert,
und – bei
Bedarf – beim
o.g. Testbetrieb entsprechend aktiviert werden.
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Wie
aus 2 hervorgeht, weist die (Speicherzell-Strom-Mess-) Einrichtung 2 zwei p-MOS-Feldeffekttransistoren 110, 140 auf,
sowie ein Transmission-Gate 150.
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Das
Gate des (hier – entsprechend
wie der in 1 gezeigte Transistor 10 – als Stromspiegel-Transistor
fungierenden) p-MOS-Feldeffekttransistors 110 ist über eine
Leitung 136, und eine Leitung 134 – unter
Zwischenschaltung des (hier als Aktivier-/Deaktivier-Transmission-Gate
fungierenden) Transmission-Gates 150 – an eine Leitung 133,
und damit die o.g. Leitung 105 angeschlossen, und somit an
das Gate des ersten p-MOS-Feldeffekttransistors 103 (und
des zweiten p-MOS-Feldeffekttransistors 104).
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Wie
aus 1 weiter hervorgeht, ist die Source des p-MOS-Feldeffekttransistors 110 über eine
Leitung 118 an die o.g. Leitung 107 angeschlossen,
und damit an die Source des ersten p-MOS-Feldeffekttransistors 5 (und
des zweiten p-MOS-Feldeffekttransistors 4),
sowie an die o.g. – an
die Leitung 9 angeschlossene – Versorgungsspannungsquelle.
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Zusätzlich ist
die Source des p-MOS-Feldeffekttransistors 110 an die Source
des (hier als Aktivier-/Deaktivier-Transistors fungierenden) p-MOS-Feldeffekttransistors 140 angeschlossen, dessen
Drain über
eine Leitung 135 an die o.g. Leitungen 134, 135,
und damit das Gate des p-MOS-Feldeffekttransistors 110 angeschlossen
ist.
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Das
Gate des p-MOS-Feldeffekttransistors 140 ist über eine
Leitung 131 an eine Steuer-Leitung 131 angeschlossen,
die über
eine Leitung 137 an einen ersten Steuer-Eingang des Transmission-Gates 150 angeschlossen
ist.
-
Wie
aus 2 weiter hervorgeht, ist ein zweiter (inverser)
Steuer-Eingang des Transmission-Gates 150 an eine zweite – zu der
o.g. ersten Steuer-Leitung 131 inverse – Steuer-Leitung 132 angeschlossen.
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Der
Drain des p-MOS-Feldeffekttransistors 110 über eine
Leitung 121 an ein (Analog-)Bus-System angeschlossen, welches
mit einem entsprechenden – speziellen – weiteren,
an Masse angeschlossenen Pad des Speicherbauelement-Chips verbindbar ist.
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Vorzugsweise
ist der Drain des p-MOS-Feldeffekttransistors 110 direkt über das
Bus-System, und insbesondere ohne Zwischenschaltung entsprechender
Strom-Vergleichseinrichtungen,
und/oder Inverter und/oder Verstärker,
und/oder Analog-/Digital-Wandler, etc. an das o.g. – spezielle – weitere
Pad anschließbar.
-
Liegt
an der Steuer-Leitung 131 z.B. ein „logisch niedriges" Steuer-Signal analog_en
(z.B. 0V), und an der Steuer-Leitung 132 ein „logisch
hohes" Steuersignal
analog_en_q (z.B. VDD), wird der p-MOS-Feldeffekttransistor 140 in
einen leitfähigen, und
das Transmission-Gate 150 in einen gesperrten Zustand gebracht,
wodurch die Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtung 102 insgesamt
entsprechend in einen deaktivierten Zustand gebracht werden kann.
-
Zum
Aktivieren der Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtung 102 kann
demgegenüber
entsprechend umgekehrt an der Steuer-Leitung 131z.B. ein „logisch
hohes" Steuer-Signal
analog_en (z.B. VDD) angelegt werden, und an der Steuer-Leitung 132 ein „logisch
niedriges" Steuersignal analog_en_q
(z.B. 0V). Dadurch wird der p-MOS-Feldeffekttransistor 140 in
einen gesperrten, und das Transmission-Gate 150 in einen
leitfähigen Zustand
gebracht.
-
Die
Anzahl der auf einem entsprechenden Speicherbauelement-Chip vorgesehenen – der in 2 gezeigten
Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtung 102 und/oder
Speicherzellen-Auslese-Schaltung 101 in
Aufbau und/oder Funktionsweise entsprechenden – Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtungen und/oder
Speicherzellen-Auslese-Schaltungen kann wesentlich kleiner sein,
als die Anzahl der insgesamt vorgesehenen Speicherzellen (z.B. der
Anzahl der pro Array bzw. Sub-Array jeweils insgesamt gemeinsam
aktivierbaren Speicherzellen bzw. Leseverstärkern entsprechen, bzw. der
Anzahl der auf dem Chip vorgesehenen Leseverstärker, etc.). Beispielsweise
können
auf einem Chip zwischen 1 und 128 Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtungen und/oder
Speicherzellen-Auslese-Schaltungen vorgesehen sein, insbesondere
z.B. zwischen 1 und 32 Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtungen und/oder Speicherzellen-Auslese-Schaltungen,
etc., oder alternativ z.B. auch mehr als 10, 20 oder 50 entsprechende
Einrichtungen/Schaltungen, etc. Zum Auslesen entsprechender Speicherzellen
(und/oder zum Messen der sich hierbei ergebenden Leseströme) wird
die jeweils entsprechende Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtung und/oder
Speicherzellen-Auslese-Schaltung
leitend mit der jeweiligen Speicherzelle verbunden.
-
Zur
Durchführung
einer – exakten – Messung des
sich beim Auslesen der an die Leitung 111 anschließbaren Speicherzelle
ergebenden Lesestroms (Icell) beim o.g. Speicherbauelement-Testbetrieb wird
der in der Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtung 102 vorgesehene
Aktivier-/Deaktivier-Transistor (d.h. der p-MOS-Feldeffekttransistor 120)
in einen gesperrten, und das in der Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtung 102 vorgesehene
Aktivier-/Deaktivier-Transmission-Gate
(d.h. das Transmission-Gate 150) in einen leitfähigen Zustand
gebracht (und damit die Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtung 102 – insgesamt – aktiviert).
-
Das
Gate des p-MOS-Feldeffekttransistors 110 ist dann leitend
mit dem Gate des ersten p-MOS-Feldeffekttransistors 103 (und dem
Gate des zweiten p-MOS-Feldeffekttransistors 104) verbunden,
und – durch
den dann nicht-leitenden p-MOS-Feldeffekttransistors 140 – von der
Source des p-MOS-Feldeffekttransistor 110 getrennt.
-
Der
erste p-MOS-Feldeffekttransistor 103, und der p-MOS-Feldeffekttransistor 110 weisen
i.W. gleiche Dimensionen auf, und werden beide – wie sich aus der Darstellung
gemäß 1,
und dem oben Gesagten ergibt – bei
aktivierter Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtung 102 mit
der gleichen Gate-Source-Spannung, und jeweils in Sättigung
betrieben.
-
Der
an der Leitung 111 anliegende – sich beim Auslesen der Speicherzelle
ergebende – Lesestrom
(Icell) wird somit durch die o.g. Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtung 102 (insbesondere
den p-MOS-Feldeffekttransistor 110) „gespiegelt"; der über den
Source-Drain-Pfad des p-MOS-Feldeffekttransistors 110 zur
o.g. Leitung 121 fließende
(und am o.g. speziellen Pad des Chips extern analog abgreifbare,
und analog messbare) Strom Imeasure entspricht dann dem sich beim
Auslesen der Speicherzelle ergebenden Lesestrom (Icell).
-
Wie
oben erläutert,
kann das o.g. – spezielle – Pad über das
o.g. (Analog-)Bus-System mit der o.g. Leitung 121 (und
damit der Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtung 102) verbunden
werden. Entsprechend ähnlich
können
auch eine oder mehrere weitere – der
in 2 gezeigten Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtung 102 in
Aufbau und/oder Funktion entsprechende – Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtungen
an das o.g. – spezielle – Pad anschließbar sein
(d.h. abhängig
von entsprechenden Steuer-Signalen, und entsprechend wie die Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtung 102 entweder
elektrisch mit dem – speziellen – Pad verbunden,
oder elektrisch von diesem getrennt werden).
-
Dadurch
kann erreicht werden, dass die Anzahl der am Speicherbauelement
insgesamt vorzusehenden – speziellen,
zur Ausgabe analoger Mess-Ströme
Imeasure dienenden – Pads
kleiner sein kann, als die o.g. Anzahl an Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtungen 102.
-
Mit
Hilfe der in 1 und 2 gezeigten Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtungen 2, 102 kann erreicht
werden, dass sich die jeweils ausgelesene Speicherzelle während der
im Testbetrieb durchgeführten
Analog-Strom-Messung im gleichen bzw. im Wesentlichen gleichen Zustand,
insbesondere im gleichen Arbeitspunkt befindet, wie im Normalbetrieb bzw.
Normal-Lese-Betrieb.
-
Des
weiteren können
mit den oben beschriebenen, unter Verwendung der Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtungen 2, 102 durchgeführten Analog-Strom-Mess-Verfahren – insbesondere im
Vergleich zu herkömmlichen
Analog-Mess-Verfahren – durch
Bahnwiderstände
wie z.B. Metallleitungen, Transfergates, etc. hervorgerufene Messunsicherheiten
stark reduziert bzw. eliminiert werden.
-
- 1
- Speicherzellen-Auslese-Schaltung
- 2
- Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtung
- 3
- p-MOS-Feldeffekttransistor
- 4
- p-MOS-Feldeffekttransistor
- 5
- Leitung
- 6
- Leitung
- 7
- Leitung
- 8
- Leitung
- 9
- Leitung
- 10
- p-MOS-Feldeffekttransistor
- 11
- Leitung
- 12
- Leitung
- 13
- Leitung
- 14
- Inverter
- 15
- Ausgangs-Leitung
- 16
- Leitung
- 17
- Leitung
- 18
- Leitung
- 19
- Leitung
- 20
- p-MOS-Feldeffekttransistor
- 21
- Leitung
- 22
- Steuer-Leitung
- 101
- Speicherzellen-Auslese-Schaltung
- 102
- Speicherzell-Strom-Mess-Einrichtung
- 103
- p-MOS-Feldeffekttransistor
- 104
- p-MOS-Feldeffekttransistor
- 105
- Leitung
- 106
- Leitung
- 107
- Leitung
- 108
- Leitung
- 109
- Leitung
- 110
- p-MOS-Feldeffekttransistor
- 111
- Leitung
- 112
- Leitung
- 113
- Leitung
- 116
- Leitung
- 118
- Leitung
- 121
- Leitung
- 131
- Steuer-Leitung
- 132
- Steuer-Leitung
- 133
- Leitung
- 134
- Leitung
- 135
- Leitung
- 136
- Leitung
- 137
- Leitung
- 138
- Leitung
- 140
- p-MOS-Feldeffekttransistor
- 150
- Transmission-Gate