DE10351016B3

DE10351016B3 - Pseudo-dynamische Off-Chip-Treiber-Kalibrierung

Info

Publication number: DE10351016B3
Application number: DE10351016A
Authority: DE
Inventors: Aaron Nygren
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2023-11-01
Also published as: CN100350746C; CN1612481A; US7304495B2; US20050093569A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Treibersystem, eine Treiberkalibrierschaltungsanordnung zur Kalibrierung einer Impedanz einer Treiberschaltungsanordnung sowie ein Verfahren zur Kalibrierung einer Impedanz einer Treiberschaltungsanordnung. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Treiberverhalten, insbesondere im Hinblick auf die unerwünschten Verzerrungen des Slew-Rates, die bisherige Off-Chip-Treiber von DDR-Speicherbausteinen hervorriefen, zu erzielen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe unter anderem durch ein Treibersystem mit einem ersten Treiberteil mit mindestens einer veränderbaren Impedanz, mittels der ein Betriebspunkt des ersten Treiberteils in Bezug auf ein erstes Potential und ein zweites Potential, die den ersten Treiberteil versorgen, bestimmt wird, und einer ersten Kontrolleinrichtung, die derart zur Einstellung eines Impedanzwertes der veränderbaren Impedanz angeordnet und ausgelegt ist, dass sich der Betriebspunkt von einem Mittelpunkt des ersten und des zweiten Potentials unterscheidet, gelöst.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Treibersystem, eine Treiberkalibrierschaltungsanordnung zur Kalibrierung einer Impedanz einer Treiberschaltungsanordnung sowie ein Verfahren zur Kalibrierung einer Impedanz einer Treiberschaltungsanordnung. Die Erfindung findet besondere Anwendung in Zusammenhang mit einem Treibersystem oder einer Treiberschaltungsanordnung eines Speichersystems, insbesondere eines GDDR3 Speicherchips, insbesondere dort, wo das Treibersystem bzw. die Treiberschaltungsanordnung eine Schnittstelle (d.h. einen sogenannten Off-Chip-Treiber) zwischen einer integrierten Halbleiterschaltung und einer externen Schaltung bildet.

Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik

Off-Chip-Treiber sind zur Erfüllung verschiedener Aufgaben bekannt. Zum Beispiel werden Off-Chip-Treiber dort eingesetzt, wo ein Signal, das innerhalb eines Chips, d. h. innerhalb einer integrierten Halbleiterschaltung (auch Baustein genannt), erzeugt worden ist, vor seiner Übertragung an eine dem Chip externe Schaltung verstärkt werden soll. Somit lässt sich die Signalleistung oder der Signalpegel des auf dem Chip erzeugten Signals an die Anforderungen der externen Schaltung anpassen, ohne dass die Gesamtheit der integrierten Halbleiterschaltung in der Lage sein muss, eine derartige Signalleistung oder Signalpegel zu liefern.

Ebenfalls kann ein Off-Chip-Treiber dazu dienen, die von einer externen Schaltung zum Chip führende Leitungen zu terminieren, d. h. den externen Leitungen eine Abschlussimpedanz zu präsentieren, deren Impedanzwert einen möglichst sauberen Signalverlauf über die Leitungen gewährleistet.

Da ein Off-Chip-Treiber eine sinnvolle, nahezu unentbehrliche Schnittstelle zwischen einer integrierten Halbleiterschaltung und einer externen Schaltung bildet, wird er üblicherweise auf dem Chip, d. h. als Teil der integrierten Halbleiterschaltung, ausgebildet. Seine Bezeichnung verdankt der Off-Chip-Treiber der Tatsache, dass ein Off-Chip-Treiber üblicherweise dazu dient, ein nach außen (außerhalb des Chips) gerichtetes Signal zu treiben.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer üblichen Anwendungskonfiguration eines Off-Chip-Treibers. Gezeigt wird eine integrierte Halbleiterschaltung 100, die beispielsweise eine Logikschaltung 10, eine Treiberschaltungsanordnung 20, die als Off-Chip-Treiber fungiert, und eine Treiberkalibrierschaltungsanordnung 40 umfasst. Eine derartige integrierte Halbleiterschaltung 100 wird üblicherweise in einem luftdichten Gehäuse verkapselt. Eine elektrische Verbindung zu außerhalb dem Gehäuse liegenden Schaltungen erfolgt über Anschlusspins 101, die aus dem Gehäuse heraus ragen. Die dargestellte integrierte Halbleiterschaltung 100 weist 11 exemplarische Anschlusspins 101 auf. Diese sind die stromversorgende Anschlusspins V_dd und Masse, die signalleitenden Anschlusspins S₁-S₈ sowie der Anschlusspin ZQ, der zum Anschluss an eine Referenzimpedanz Z_ref vorgesehen ist. Selbstverständlich wird eine solche Referenzimpedanz ggf. auch gehäuseintern, beispielsweise als teil der integrierten Halbleiterschaltung 100 realisiert.

Dies ist z. B. dann sinnvoll, wenn die durch die Referenzimpedanz abzubildende Impedanz schon zur Zeit des Entwurfs der integrierten Halbleiterschaltung 100 bekannt ist.

Obwohl dies in der Figur nicht explizit gezeigt wird, ist dem Fachmann klar, dass jede der Anschlusspins an mindestens eine entsprechende Leitung der integrierten Halbleiterschaltung 100 angeschlossen ist. Gezeigt wird zum Beispiel, dass sowohl die Logikschaltung 10 als auch die Treiberschaltungsanordnung 20 und die Treiberkalibrierschaltungsanordnung 30 an V_dd und Masse angeschlossen sind.

In der dargestellten integrierten Halbleiterschaltung 100 stellt die Logikschaltung 10 den Kern der Halbleiterschaltung 100 dar. Hier werden Daten beispielsweise verarbeitet, gespeichert oder erzeugt. Der Datenfluss zu und von der Logikschaltung 10 erfolgt über Signalleitungen 11, die an der Treiberschaltungsanordnung 20 angeschlossen sind. Die Treiberschaltungsanordnung 20 fungiert als Schnittstelle zwischen den dargestellten 8 Signalleitungen 11 und den 8 Signalleitungen 23, die individuell S₁-S₈ bezeichnet sind und zu entsprechenden Anschlusspins 101 der Halbleiterschaltung 100 führen. Über die Anschlusspins 101 werden die Signalleitungen S₁-S₈ mit entsprechenden Signalleitungen 41 einer externen Schaltung 40 verbunden, die beispielsweise eine die Logikschaltung 10 verwendende Schaltung darstellt. Zum Beispiel könnte die integrierte Halbleiterschaltung 100 mit Logikschaltung 10 ein Speicherchip und die externe Schaltung 40 eine Computer-Hauptplatine sein.

Das Betriebsverhalten der Treiberschaltungsanordnung 20 lässt sich über die Treiberkalibrierschaltungsanordnung 30. beeinflussen, die über beispielsweise 5 Signalleitungen 24 mit der Treiberschaltungsanordnung 20 verbunden ist. Die Wirkungsweise einer Treiberkalibrierschaltungsanordnung sowie ihren Einfluss auf einen Off-Chip-Treiber wird nachfolgend im allgemeinen, d. h. ohne Bezug auf die Figuren, beschrieben.

Hoch qualitative Off-Chip-Treiber müssen mit einer bestimmten und stabilen Treiberimpedanz betrieben werden können. Dies wird häufig mittels digitaler Kompensationsalgorithmen erreicht, die die Leistung des Off-Chip-Treibers digital verändern, um die Treiberleistung einem Zielwert anzugleichen.

Da integrierte Halbleiterschaltungen üblicherweise als Einzelkomponente ohne Kenntnis der Signal- und/oder Impedanzanforderungen einer etwaigen externen Schaltung entworfen, hergestellt und verkauft werden, sind Mechanismen sinnvoll, die eine Anpassung des Off-Chip-Treibers an die Signal- und/oder Impedanzanforderungen einer externen Schaltung ermöglichen, nachdem der Chip und die externe Schaltung zusammengeschaltet worden sind.

Eine solche Anpassung eines Off-Chip-Treibers erfolgt üblicherweise auf der Basis dreier Parameter, d. h. auf der Basis eines ersten Versorgungspotentials, eines zweiten Versorgungspotentials sowie einer Referenzimpedanz, die in bestimmter Konfiguration an bestimmte Anschlusspins des Chips anzulegen bzw. anzuschließen sind. Anhand dieser Parameter wird eine Impedanz des Off-Chip-Treibers entsprechend geändert.

Gemäß dem Stande der Technik kann die Anpassung des Off-Chip-Treibers über einen (digitalen) Suchalgorithmus erfolgen, bei dem eine veränderbare Impedanz des Off-Chip-Treibers einen Spannungsteiler zwischen den beiden Versorgungsspannungen über eine serielle Schaltung mit der Referenzimpedanz bildet, und eine resultierende Ausgangsspannung des Spannungsteilers mit einer intern erzeugten Referenzspannung vergleicht, die dem Mittelwert der beiden Versorgungspotentiale gleicht. Die veränderbare Impedanz des Off-Chip-Treibers wird entsprechend dem Suchalgorithmus solange geändert, bis die Ausgangsspannung des Spannungsteilers und die Referenzspannung mit ausreichender Genauigkeit identisch sind. Besteht der Spannungsteiler lediglich aus einer seriellen Schaltung der veränderbaren Impedanz des Off-Chip-Treibers und der Referenzimpedanz, wird die veränderbare Impedanz somit am Ende des Suchalgorithmus der Referenzimpedanz mit bestimmter Genauigkeit gleichen.

Eine derartige Anpassung des Off-Chip-Treibers hat sich bei vielen Anwendungen, unter anderem als Schnittstelle zwischen DDR-Speicherbausteinen (DDR = "double-data-rate", zu Deutsch: doppelte Datenrate) und entsprechenden externen Schaltungen, als nachteilig erwiesen. Insbesondere weist ein derartig angepasster Off-Chip-Treiber in derartiger Schaltungskombination unerwünschte Verzerrungen des Slew-Rates und somit des Arbeitszyklus auf.

In Anbetracht dieses Nachteils des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Treibersystem, eine Treiberkalibrierschaltungsanordnung zur Kalibrierung einer Impedanz einer Treiberschaltungsanordnung sowie ein Verfahren zur Kalibrierung einer Impedanz einer Treiberschaltungsanordnung bereitzustellen, das bzw. die ein verbessertes Treiberverhalten insbesondere in Hinblick auf das oben genannte, bisher problematische Anwendungsgebiet aufweist bzw. gewährleistet.

Näheres zum Stand der Technik enthält die US 2003/0025535 A1, die einen Ausgangstreiber für einen integrierten Schaltkreis beschreibt, der einen Treiber umfaßt, der einen mit dem integrierten Schaltkreis verbundenen Dateneingang, einen mit einer zu einem externen Schaltkreis führenden Übertragungsleitung verbundenen Datenausgang sowie Impedanzanpassungsmittel zur Anpassung der Ausgangsimpedanz der Treiberschaltung gemäß bestimmbaren Impedanzanpassungsdaten aufweist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Erfindungsgemäß wird die oben genannte Aufgabe gemäß einer der folgenden zwei Möglichkeiten gelöst:

1) Weicht der Mittelpunkt eines bevorzugten Betriebsbereichs einer Treiberschaltungsanordnung vom Mittelpunkt einer Versorgungsspannung der Treiberschaltungsanordnung ab, dann wird als Bezugspotential für eine Kalibrierung der Treiberschaltungsanordnung ein Potential verwendet, das im bevorzugten Betriebsbereich, vorzugsweise am Mittelpunkt des bevorzugten Betriebsbereichs, liegt. In diesem Fall kann das Bezugspotential mit dem Mittelpunkt der Versorgungsspannung der Treiberschaltungsanordnung übereinstimmen, vorzugsweise ist dies jedoch nicht der Fall.
2) Stimmt der Mittelpunkt eines bevorzugten Betriebsbereichs einer Treiberschaltungsanordnung mit dem Mittelpunkt einer Versorgungsspannung der Treiberschaltungsanordnung überein, dann wird als Bezugspotential für eine Kalibrierung der Treiberschaltungsanordnung ein Potential verwendet, das vom Mittelpunkt der Vorsorgungsspannung abweicht. Vorzugsweise liegt das Bezugspotential im bevorzugten Betriebsbereich.

Im Folgenden werden schwerpunktmäßig erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele beschrieben, bei der das Bezugspotential eines Kalibrierungsvorgangs bzw. einer Kalibrierungsanordnung vom Mittelpunkt der Vorsorgungsspannung einer zu kalibrierenden Treiberschaltungsanordnung abweicht. Mit Kenntnis der hierin beschriebenen Lehre wird es dem Fachmann jedoch keine Schwierigkeiten bereiten, auch nicht detailliert beschriebene Ausführungsformen der Erfindung, insbesondere die Ausführungsformen der Erfindung gemäß dem obigen Punkt 1), bei der ein Potential als Referenzspannung verwendet wird, das sich vom Mittelpunkt zwischen den beiden Versorgungsspannungen nicht unterscheidet, zu realisieren.

Erfindungsgemäß wird die oben genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Potential als Referenzspannung verwendet wird, das sich vom Mittelpunkt zwischen den beiden Versorgungsspannungen unterscheidet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe ebenfalls dadurch gelöst, dass eine veränderbare Impedanz einer Kalibrierschaltung gegenüber einer Referenzimpedanz derart kalibriert wird, dass ihre Impedanzen in einem vorbestimmten Verhältnis voneinander abweichen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Impedanz einer Treiberschaltungsanordnung veränderbarer Impedanz sequentiell verändert wird, bis das Potential an einem Verbindungspunkt zwischen einer Referenzimpedanz und der Treiberschaltungsanordnung veränderbarer Impedanz einem Mittelpunkt eines vorgegebenen bevorzugten Betriebsbereichs auf ±10%, vorzugsweise auf ±3%, einer Differenz zwischen einem ersten und einem zweiten Versorgungspotential gleicht, wobei der Mittelpunkt des vorgegebenen bevorzugten Betriebsbereichs sich vom Mittelpunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Versorgungspotential unterscheidet.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass der Impedanzwert einer veränderbaren Impedanz eines Treiberteils derart eingestellt wird, dass sich ein mittels der veränderbaren Impedanz in Bezug auf ein erstes und ein zweites Versorgungspotential bestimmter Betriebspunkt des Treiberteils von einem Mittelpunkt des ersten und des zweiten Potentials unterscheidet.

Den erfindungsgemäßen Lösungen liegt unter anderem das Erkenntnis zugrunde, dass Anwendungen existieren, die ungleiche Anforderungen an einen Pull-Up- und einen Pull-Down-Zweig eines Off-Chip-Treibers stellen, d.h. bei denen ein symmetrisches Verhalten beispielsweise zwischen einem Pull-Up- und einem Pull-Down-Zweig einer Treiberschaltungsanordnung nachteilig sein kann.

Als zugrundeliegender Lösungsansatz dieses Problems wird in verschiedenen Ausführungsformen vorgeschlagen, dass sich ein Betriebspunkt der Treiberschaltungsanordnung vom Mittelpunkt der Versorgungspotentiale unterscheiden soll. Diesem Lösungsansatz liegt auch das Erkenntnis zugrunde, dass Treiber, insbesondere Off-Chip-Treiber, zu einem nichtlinearen Verhalten tendieren, bei dem die Treiberimpedanz in verschiedenen Betriebsbereichen (d. h. beispielsweise bei verschiedenen Drain-Source-Spannungen eines als Treiberelement fugierenden Transistors) ebenfalls verschieden ist. Folglich weist ein Treiber, der an einem Betriebspunkt kalibriert worden ist, der sich vom Betriebspunkt unterscheidet, bei dem der Treiber betrieben wird, die durch die Kalibrierung beabsichtige Impedanz nicht auf.

Als gleichwertiger Lösungsansatz des obigen Problems wird in verschiedenen Ausführungsformen vorgeschlagen, dass eine veränderbare Impedanz einer Treiberkalibrierschaltungsanordnung derart geändert wird, dass ihr Impedanzwert einem vorbestimmten Prozentsatz des Impedanzwertes einer Referenzimpedanz gleicht, der von 100% abweicht.

Im Sinne der Erfindung ist ein Treiberteil respektive eine Treiberschaltungsanordnung eine mindestens ein verstärkendes Element aufweisende Schaltungsanordnung. Somit kann ein Treiberteil bzw. eine Treiberschaltungsanordnung beispielsweise ein Pull-Up- oder ein Pull-Down-Zweig eines Inverters sein.

Vorzugsweise wird ein erfindungsgemäßer Treiberteil bzw. eine erfindungsgemäße Treiberschaltungsanordnung einstückig mit einer integrierten Halbleiterschaltung, vorzugsweise in Form eines DDR-Speicherbausteins, insbesondere eines GDDR3-Speicherchips, als Off-Chip-Treiber realisiert.

Die Versorgung eines Treiberteils sowie die Speisung einer Treiberschaltungsanordnung mit einem ersten und einem zweiten Potential kann sowohl direkt als auch indirekt über andere Schaltungsanordnungen erfolgen. Ist ein Treiberteil zum Beispiel ein Pull-Up-Zweig einer Treiberschaltungsanordnung, so könnte die Versorgung bzw. die Speisung über einen Pull-Down-Zweig der Treiberschaltungsanordnung erfolgen. Beispielsweise könnten der Pull-Up-Zweig und der Pull-Down-Zweig eine Serienschaltung bilden, die zwischen der ersten und der zweiten Potential geschaltet ist. Selbstverständlich sind auch unzählige alternativen Konfigurationen dem Fachmann bekannt, die eine direkte oder indirekte Versorgung eines Treiberteils bzw. Speisung einer Treiberschaltungsanordnung gewährleisten.

Im Sinne der Erfindung umfasst der Begriff "veränderbare Impedanz" jegliches Element, dessen Impedanz sich in kontrollierter Weise verändern lässt. Dem Fachmann sind eine Vielzahl von solchen Elementen bekannt. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform einer veränderbaren Impedanz stellt eine Parallelschaltung mehrerer Treiberelemente dar, bei der jedes Treiberelement eine Serienschaltung eines Transistors und eines ohmschen Widerstands umfasst. Durch Ein- bzw. Ausschalten jeweiliger Transistoren lässt sich die Impedanz der Parallelschaltung kontrolliert beeinflussen.

Die erfindungsgemäße Kontrolleinrichtung lässt sich beispielsweise als programmierbare oder fest verdrahtete Logikschaltung realisieren. Etwaige von der Kontrolleinrichtung vorgenommene Kontrollschritte verlaufen nach einer etwaigen Initialisierung, die intern oder extern ausgelöst werden könnte, vorzugsweise automatisch und zügig ab.

Vorzugsweise ändert die Kontrolleinrichtung den Impedanzwert einer veränderbarer Impedanz sequentiell in einer Art und Weise, die einem Suchalgorithmus entspricht. Ein bevorzugter Suchalgorithmus, der die Suchzeit gegenüber linearen Suchverfahren erheblich verkürzt, und der bei entsprechender Wahl der Sollspannung hier ohne weiteres anwenden lässt, beschreibt die noch nicht veröffentlichte deutsche Patentanmeldung DE 10338077.9 des gleichen Anmelders mit dem Titel "Verfahren und Schaltungsanordnung zum schrittweisen Abgleich der Treiberimpedanz in integrierte Halbleiterschaltungschips", die am 19. August 2003 eingereicht wurde.

Ist die von der Kontrolleinrichtung während des Suchalgorithmus geänderte, veränderbare Impedanz lediglich eine Bezugsimpedanz, deren Impedanzwert keinen direkten Einfluss auf das Verhalten einer Treiberschaltungsanordnung ausübt, so sieht die Erfindung vorzugsweise vor, dass die Kontrolleinrichtung die Impedanz einer Treiberschaltungsanordnung bzw. eines Treiberteils entsprechend der den erwünschten Impedanzwert aufweisende Konfiguration der Bezugsimpedanz einstellt. Ist die von der Kontrolleinrichtung während des Suchalgorithmus geänderte, veränderbare Impedanz die Impedanz einer Treiberschaltungsanordnung, so ist keine weitere Einstellung der Impedanz nach Abschluss des Suchalgorithmus notwendig. In diesem Fall stellt der Suchalgorithmus den Kalibrierungsvorgang dar.

Erfindungsgemäß liegt der Betriebspunkt eines Treiberteils bzw. einer Treiberschaltungsanordnung vorzugsweise am Mittelpunkt seines bzw. ihres Betriebsbereichs. Der Betriebsbereich lässt sich über den erwünschten Spannungshub des Ausgangssignals des Treiberteils bzw. der Treiberschaltungsanordnung und das Bezugspotential definieren. Beträgt der Signalhub des Ausgangssignals einer Treiberschaltungsanordnung z.B. 0,6 mal der Versorgungsspannung (V_supply) und bezieht sich der Pegel des Ausgangssignals auf Erde (0V), so ergibt sich ein Betriebsbereich von 0V bis 0,6·V_supply. Demgemäß läge der bevorzugte Betriebspunkt bei 0,3·V_supply.

Der Betriebspunkt, der sich unter externer Last einstellen wird, entspricht dem Potential, das sich an einem Verbindungspunkt zwischen der die externe Last simulierende Referenzimpedanz und einer die Treiberimpedanz nachahmende Schaltungsanordnung veränderbarer Impedanz einstellt. Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung veränderbarer Impedanz derart, dass sie das Verhalten der Treiberimpedanz in eindeutiger Weise nachahmt. Wird dann der Impedanzwert der Schaltungsanordnung veränderbarer Impedanz so geändert, dass sich der erwünschte Betriebspunkt einstellt, so kann aus der aktuellen Konfiguration der Schaltungsanordnung veränderbarer Impedanz auf die richtige Einstellung der Treiberimpedanz geschlossen werden, um den Betriebspunkt auch im Treiberbetrieb zu erhalten.

Erfindungsgemäß kann ein Treibersystem mehrere Treiberteile umfassen, die jeweils mindestens eine veränderbare Impedanz aufweisen. Gleichfalls kann eine erfindungsgemäße Treiberschaltungsanordnung mehrere verstärkende Elemente aufweisen, die jeweils einen vorgegebenen bevorzugten Betriebspunkt sowie mindestens eine veränderbare Impedanz aufweisen. Auch eine Treiberkalibrierschaltungsanordnung kann mehrere Schaltungsanordnungen veränderbarer Impedanz aufweisen. Das während bzw. nach dem Suchalgorithmus vorzunehmende Verändern des Impedanzwertes der jeweiligen veränderbaren Impedanzen kann von einer einzigen oder von mehreren Kontrolleinrichtungen vorgenommen werden. Eine einzige Schaltungsanordnungen veränderbarer Impedanz kann der Kalibrierung mehrerer oder auch nur einer einzigen, zugeordneten Treiberschaltungsanordnung dienen.

Da die Erfindung eine individuelle Kalibrierung des Impedanzwertes jedes verstärkenden Elements und somit eine verbessezte Linearisierung der verstärkenden Elemente über deren jeweiligen gesamten Betriebsbereich erlaubt, wird diese Kalibrierung als pseudo-dynamische Kalibrierung bezeichnet.

Es wurde eingangs erläutert, dass eine Kalibrierung bezogen auf eine Referenzspannung respektive einen Betriebspunkt, die bzw. der dem Mittelwert der Versorgungsspannungen entspricht, sich bei vielen Anwendungen als nachteilig erwiesen hat.

In ihrer deutlichen Abkehr von dieser bisherigen Vorgehensweise sieht die Erfindung vorzugsweise vor, dass der jeweilige Betriebspunkt sich vom Mittelwert der Versorgungsspannungen um mindestens 15% der Differenz zwischen den Versorgungsspannungen unterscheidet. Im Falle von zwei verstärkenden Elementen, die jeweils über bzw. unter dem Mittelwert der Versorgungsspannungen kalibriert werden, so unterscheiden sich ihre Betriebspunkte um mindestens 30% der Differenz zwischen den Versorgungsspannungen, was eine enorme Individualität dessen Betriebsverhalten verspricht.

Eine sinnvolle Einschränkung der Individualität der Kalibrierung sowie ein gutes Betriebsverhalten der verstärkenden Elemente in einem bis hin zum Mittelwert der Versorgungsspannungen reichenden Betriebsbereich hat sich erwiesen, wenn sich der jeweilige Betriebspunkt vom Mittelwert der Versorgungsspannungen um höchstens 35% der Differenz zwischen den Versorgungsspannungen unterscheidet.

In einer binär operierenden Konfiguration wie beispielsweise einem Inverter mit Pull-Up- und Pull-Down-Zweig hat sich ein jeweiliger Betriebspunkt, der sich um 20% vom Mittelwert der Versorgungsspannungen unterscheidet, als äußerst günstig erwiesen.

Um keine zu hohen Anforderungen an den Suchalgorithmus zu stellen, wird der Betriebspunkt vorzugsweise mit einer Genauigkeit von lediglich 10% der Differenz zwischen den Versorgungsspannungen bestimmt. Wo der Aufwand dies erlaubt, wird der Betriebspunkt jedoch vorzugsweise mit einer Genauigkeit von 3% der Differenz zwischen den Versorgungsspannungen bestimmt, was ungefähr der Genauigkeit eines wie in der oben genannten DE 10338077.9 beschriebenen, fünfstufigen bisektionalen Suchalgorithmus entspricht.

Selbstverständlich sind alle angegebenen Genauigkeitswerte und andere Zahlenwerte lediglich als bevorzugte Ausführungsbeispiele zu verstehen. Es liegt im Sinne der Erfindung auch andere Genauigkeiten und Zahlenwerte bei Bedarf zu wählen. Bei der Wahl einer passenden Genauigkeit wird der Fachmann zwischen den negativen Auswirkungen einer zu hohen Genauigkeit beispielsweise auf den Suchaufwand und den positiven Auswirkungen einer hohen Genauigkeit beispielsweise auf das Verhalten der Treiberschaltungsanordnung abwägen. Analog wird der Fachmann beispielsweise bei der Wahl eines passenden Betriebspunkts zwischen den möglichen positiven und negativen schaltungstechnischen Auswirkungen seiner Wahl abwägen.

Im Falle von zwei zu bestimmenden Betriebspunkten eines Treibersystems bzw. einer Treiberschaltungsanordnung werden diese vorzugsweise betragsgleich aber entgegengesetzt vom Mittelwert der Versorgungsspannungen platziert, um ein symmetrisches Gesamtverhalten des Treibersystems bzw. der Treiberschaltungsanordnung zu erzielen.

Neben einer Kalibrierung über einen erwünschten Betriebspunkt lässt sich das vorteilhafte erfindungsgemäße asymmetrische Treiberverhalten in analoger Weise auch dadurch einstellen, dass eine veränderbare Impedanz einer Treiberkalibrierschaltungsanordnung derart geändert wird, dass ihr Impedanzwert einem vorbestimmten Prozentsatz des Impedanzwertes einer Referenzimpedanz gleicht, der von 100% abweicht.

Die erfindungsgemäßen Merkmalskombinationen finden vorzugsweise in oder in Zusammenhang mit DDR-Speicherbausteinen, insbesondere mit DDR2-, DDR3- und GDDR3-Speicherbausteinen, Verwendung.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten derselben werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung in beispielhaften Ausführungsformen näher erläutert, ohne dass der jeweils grundsätzliche Erfindungsgedanke dadurch in irgendeiner Weise beschränkt sein soll, da dem Fachmann aufgrund der mit der Erfindung vermittelten Lehre zahlreiche Gestaltungsvarianten zur Verfügung gestellt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Anwendungskonfiguration eines Off-Chip-Treibers,s
2 eine schematische Darstellung einer Treiberkalibrierschaltungsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, sowie
3 eine schematische Darstellung verschiedener Strom-Spannungs-Kennlinien einer Treiberschaltungsanordnung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSSEISPIELE
2 zeigt eine Treiberkalibrierschaltungsanordnung 30 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zusammen mit einer Treiberschaltungsanordnung 20 in schematischer Darstellung. Gezeigt wird eine Treiberkalibrierschaltungsanordnung 30, die eine Kontrolleinrichtung 31, eine veränderbare Impedanz 32, einen Referenzspannungsteiler 33, einen Komparator 34 und Steuerleitungen 36 aufweist. Die Treiberkalibrierschaltungsanordnung 30 ist an eine Referenzimpedanz Z_Ref sowie an die Treiberschaltungsanordnung 20 angeschlossen. Letztere Verbindung erfolgt über eine beispielsweise vieradrige Steuerleitung 24. Die veränderbare Impedanz 32 umfasst mehrere schaltbare Impedanzen 35A-D, die über die Steuerleitungen 36 ein- und ausgeschaltet werden können. Die Treiberschaltungsanordnung 20 weist einen Pull-Up-Zweig 21 und einen Pull-Down-Zweig 22 auf, deren jeweilige Impedanz über die Steuerleitung 24 beeinflusst werden kann.
Die veränderbare Impedanz 32 bildet zusammen mit der Referenzimpedanz Z_Ref einen Spannungsteiler zwischen zwei vorgegebenen Potentialen. Ein zwischen der veränderbaren Impedanz 32 und der Referenzimpedanz Z_Ref liegenden Punkt ist mit einem Eingang des Komparators 34 verbunden. Der andere Eingang des Komparators 34 ist mit einem Ausgang des Referenzspannungsteilers 33 verbunden, der ebenfalls zwischen den zwei vorgegebenen Potentialen geschaltet ist. Der Ausgang des Komparators 34 führt zur Kontrolleinrichtung 31 zurück.
In einem die Treiberschaltungsanordnung 20 kalibrierenden Kalibriervorgang ändert die Kontrolleinrichtung 31 den Impedanzwert der veränderbaren Impedanz 32 gemäß einem vorgegebenen Suchalgorithmus, wobei die schaltbaren Impedanzen 35A-D über die Signalleitungen 36 individuell angesprochen und gezielt ein- bzw. ausgeschaltet werden. Der Ablauf des Suchalgorithmus wird dynamisch in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Komparators 34 bestimmt. Der Suchalgorithmus endet, wenn die beiden am Komparator 34 anliegenden Eingangssignale so weit wie möglich aneinander angeglichen sind. Der Referenzspannungsteiler 33 bestimmt somit im erheblichen Maße das Kalibrierungsergebnis. Ist der Referenzspannungsteiler 33 zwischen der Versorgungspotentiale der Treiberschaltungsanordnung 20 bzw. zwischen den Potentialen, die die Serienschaltung der veränderbaren Impedanz 32 und der Referenzimpedanz Z_Ref versorgen, so wird der Referenzspannungsteiler 33 erfindungsgemäß ein von 50:50 abweichendes Teilungsverhältnis aufweisen.
Im dargestellten Fall ahmt die veränderbare Impedanz 32 die Impedanz des Pull-Up-Zweigs 21 der Treiberschaltanordnung 20 nach Entsprechend kalibriert die Kontrolleinrichtung 31 den Impedanzwert des Pull-Up-Zweigs 21 der Treiberschaltanordnung 20 mittels Signale über die Steuerleitung 24 in Abhängigkeit vom Impedanzwert. der veränderbaren Impedanz 32 am Ende des Suchalgorithmus. Ist die veränderbare Impedanz 32 eine nahezu 1:1-Nachbildung der Impedanz des Pull-Up-Zweigs 21 der Treiberschaltanordnung 20 besteht beispielsweise eine 1:1-Abhängigkeit zwischen der kalibrierten Konfiguration der veränderbaren Impedanz und der zu kalibrierenden Konfiguration des Pull-Up-Zweigs 21 der Treiberschaltanordnung 20. Selbstverständlich sind auch andere Abhängigkeitsverhältnisse im Rahmen der Erfindung möglich.
Der Pull-Down-Zweig wird in analoger Weise mit einem entsprechend unterschiedlichem Referenzspannungsteiler kalibriert. Wie ein Pull-Down-Zweig auf der Grundlage eines kalibrierten Pull-Up-Zweigs kalibriert werden kann, ist beispielsweise in DE 10338077.9 beschrieben.
3 zeigt eine schematische Darstellung verschiedener Strom-Spannungs-Kennlinien einer Treiberschaltungsanordnung über ihren gesamten Betriebsbereich, wobei die mit P_FET und N_FET gekennzeichneten Spannungsbereiche, den Betriebsbereich eines Pull-Up- bzw. Pull-Down-Zweigs der Treiberschaltungsanordnung bezeichnen.
Die fett gezeichnete Linie C stellt die IV-Charakteristik eines idealen Widerstands dar. Dagegen zeigt die gestrichelte Linie A die IV-Charakteristik einer herkömmlichen Treiberschaltungsanordnung, deren Pull-Up- und Pull-Down-Zweige bei V_dd/2 kalibriert worden sind. Im Betriebsbereich des Pull-Up-Zweigs einer derart kalibrierten Treiberschaltungsanordnung weicht die Kennlinie A aufgrund der Linearität der Treiberschaltungsanordnung in diesem Betriebsbereich unwesentlich vom Idealverhalten ab. Im Betriebsbereich des Pull-Down-Zweigs weicht die derart kalibrierte Treiberschaltungsanordnung deutlich vom Idealverhalten ab.
Die dünne Linie B stellt die IV-Charakteristik einer erfindungsgemäßen Treiberschaltungsanordnung dar, deren Pull-Up-Zweig am Betriebspunkt V₁ und deren Pull-Down-Zweig am Betriebspunkt V₂ kalibriert worden ist. Diese Kennlinie weist ein nahezu ideales Verhalten über den gesamten Betriebsbereich der Treiberschaltungsanordnung auf. Hierin liegt ein Vorteil der Erfindung.
Obwohl die bevorzugten und alternativen Ausführungsformen der Erfindung in dieser Beschreibung detailliert offenbart und beschrieben worden sind, ist für den Fachmann klar, dass verschiedene Änderungen bezüglich der Konfiguration, der Arbeitsweise und der Gestalt der Erfindung vorgenommen werden können, ohne den erfinderischen Gedanke sowie den Schutzbereich dieser zu verlassen. Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass die jeweiligen Merkmale der Erfindung, einschließlich derjenigen, die lediglich in Kombination mit anderen Merkmalen der Erfindung offenbart sind, in beliebiger Konfiguration kombinierbar sind, außer denjenigen, die der Fachmann als offensichtlich unsinnig erkennt. Darüber hinaus deutet eine Verwendung des Singulars bzw. des Plurals lediglich auf eine Bevorzugung hin, und sollte deshalb nicht einschränkt ausgelegt werden: Außer dort, wo das Gegenteil explizit erwähnt ist, darf der Plural durch den Singular ersetzt werden, und umgekehrt.

10: Logikschaltung
11: Signalleitungen
20: Treiberschaltungsanordnung
21: Pull-Up-Zweig
22: Pull-Down-Zweig
23: Signalleitungen
24: Steuerleitung
30: Treiberkalibrierschaltungsanordnung
31: Kontrolleinrichtung
32: veränderbare Impedanz
33: Referenzspannungsteiler
34: Komparator
35: schaltbare Impedanz
36: Steuerleitungen
40: externe Schaltungsanordnung
41: Signalleitungen
100: integrierte Halbleiterschaltung
101: Anschlusspin

Claims

Treiberkalibrierschaltungsanordnung zur Kalibrierung einer Impedanz einer Treiberschaltungsanordnung, die von einem ersten und einem zweiten Potential gespeist wird, und die einen vorgegebenen bevorzugten Betriebsbereich im Bezug auf das erste und das zweite Potential aufweist, mit: einer Schaltungsanordnung veränderbarer Impedanz, wobei die Schaltungsanordnung zur Aufnahme einer Referenzimpedanz angeordnet und ausgelegt ist, und einer Kontrolleinrichtung, die zur sequentiellen Veränderung der Impedanz der Schaltungsanordnung veränderbarer Impedanz, bis das Potential an einem Verbindungspunkt zwischen der Referenzimpedanz und der Schaltungsanordnung veränderbarer Impedanz einem Mittelpunkt des vorgegebenen bevorzugten Betriebsbereichs auf ±10%, vorzugsweise auf ±3%, einer Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Potential gleicht, angeordnet und ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt des vorgegebenen bevorzugten Betriebsbereichs sich vom Mittelpunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Potential unterscheidet.
Treiberkalibrierschaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der Mittelpunkt des vorgegebenen bevorzugten Betriebsbereichs sich vom Mittelpunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Potential um mehr als 15% einer Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Potential unterscheidet.
Treiberkalibrierschaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Mittelpunkt des vorgegebenen bevorzugten Betriebsbereichs sich vom Mittelpunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Potential um weniger als 35% einer Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Potential unterscheidet.
Treiberkalibrierschaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der Mittelpunkt des vorgegebenen bevorzugten Betriebsbereichs sich vom Mittelpunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Potential um 20% einer Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Potential unterscheidet.
Speichersystem, insbesondere ein GDD3 Speicherchip, mit einer Treiberkalibrierschaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1–4.
Verfahren zur Kalibrierung einer Impedanz einer Treiberschaltungsanordnung, die von einem ersten und eine zweiten Potential gespeist wird, und die einen vorgegebenen bevorzugten Betriebsbereich im Bezug auf das erste und das zweite Potential aufweist, mit dem Schritt: sequentielle Veränderung der Impedanz der Schaltungsanordnung veränderbarer Impedanz, welche Schaltungsanordnung zur Aufnahme einer Referenzimpedanz angeordnet und ausgelegt ist, bis das Potential an einem Verbindungspunkt zwischen der Referenzimpedanz und der Schaltungsanordnung veränderbarer Impedanz einem Mittelpunkt des vorgegebenen bevorzugten Betriebsbereichs auf ±10%, vorzugsweise auf ±3%, einer Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Potential gleicht, angeordnet und ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt des vorgegebenen bevorzugten Betriebsbereichs sich vom Mittelpunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Potential unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Mittelpunkt des vorgegebenen bevorzugten Betriebsbereichs sich vom Mittelpunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Potential um mehr als 15% einer Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Potential unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Mittelpunkt des vorgegebenen bevorzugten Betriebsbereichs sich vom Mittelpunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Potential um weniger als 35% einer Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Potential unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Mittelpunkt des vorgegebenen bevorzugten Betriebsbereichs sich vom Mittelpunkt zwischen dem ersten und dem zweiten Potential um 20% einer Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Potential unterscheidet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6–9, wobei die Treiberschaltungsanordnung Teil eines Speichersystems, insbesondere eines GDDR3 Speicherchips, ist.
Treiberkalibrierschaltungsanordnung zur Kalibrierung einer Impedanz einer Treiberschaltungsanordnung, mit: einer Schaltungsanordnung veränderbarer Impedanz, und einer Kontrolleinrichtung, die zur sequentiellen Veränderung der Impedanz der Schaltungsanordnung veränderbarer Impedanz, bis ihre Impedanz einem vorbestimmten Prozentsatz der Impedanz einer Referenzimpedanz auf ±10%, vorzugsweise auf ±3%, der Impedanz der Referenzimpedanz gleicht, angeordnet und ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozentsatz nicht 100% ist.
Treiberkalibrierschaltungsanordnung nach Anspruch 11, wobei sich der vorbestimmte Prozentsatz um mehr als 15% von 100% unterscheidet.
Treiberkalibrierschaltungsanordnung nach Anspruch 11 oder 12, wobei sich der vorbestimmte Prozentsatz um weniger als 35% von 100 unterscheidet.
Treiberkalibrierschaltungsanordnung nach Anspruch 11, wobei sich der vorbestimmte Prozentsatz um 20% von 100% unterscheidet.
Verfahren zur Kalibrierung einer Impedanz einer Treiberschaltungsanordnung, mit dem Schritt: sequentielle Veränderung der Impedanz einer Schaltungsanordnung veränderbarer Impedanz, bis ihre Impedanz einem vorbestimmten Prozentsatz der Impedanz einer Referenzimpedanz auf ±10%, vorzugsweise auf ±3%, der Impedanz der Referenzimpedanz gleicht, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozentsatz nicht 100 ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei sich der vorbestimmte Prozentsatz um mehr als 15% von 100 unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei sich der vorbestimmte Prozentsatz um weniger als 35% von 100% unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei sich der vorbestimmte Prozentsatz um 20% von 100 unterscheidet.