(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路装置（５）が複数のアナログユニットおよびディジタルユニット（１〜３，１１〜１３，２１〜２３）、複数の電気線路（７）、および該電気線路のノード（９）に設けられて前記アナログユニットおよびディジタルユニットを相互に接続または分離する複数のスイッチング素子を有している、
マイクロエレクトロニクス回路装置の電気的特性の調整方法において、
ノード（９）に設けられたスイッチング素子を介してアナログユニットおよびディジタルユニット（１〜３，１１〜１３，２１〜２３）を接続および／または分離することにより回路装置（５）の電気的特性を調整し、
さらにコンフィグレーションステップとして、回路装置（５）の駆動前または駆動中に電荷を添加および／または取り出すことによりアナログユニット（１１，１２）をアナログ電気特性が持続的に定められる状態へシフトし、該特性を利用して回路装置（５）を駆動する
ことを特徴とするマイクロエレクトロニクス回路装置の電気的特性の調整方法。
【請求項２】
前記アナログユニット（１１、１２）はフローティングゲート（２６）を備えたマイクロエレクトロニクス回路素子（２４）を有しており、コンフィグレーションステップにおいてフローティングゲート（２６）を連続的な値の範囲内で任意に調整可能な電荷値へ充電する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
少なくとも１つのアナログ特性、例えばトランジスタ（２４）の閾値電圧をフローティングゲート（２６）の個所で電荷の添加または取り出し中ないし電荷の添加または取り出し後に測定し場合により補正する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
アナログ電気特性の調整は可逆であり、別の回路装置を同一かつ変更不能なアナログ特性で製造する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
電気的に絶縁された領域（２６）を有しかつ該領域の電荷状態によりアナログ電気特性が定められるアナログユニット（１１，１２）を含む複数のアナログユニットおよびディジタルユニット（１〜３，１１〜１３，２１〜２３）、複数の電気線路（７）、および該電気線路のノード（９）に設けられて前記アナログユニットおよびディジタルユニットを相互に接続または分離する複数のスイッチング素子を有するマイクロエレクトロニクス回路装置（５）と、
電荷状態を連続的な値の範囲内でランダムに選択される電荷値へ調整する調整装置（１０）と
が設けられている
ことを特徴とするマイクロエレクトロニクス回路装置と調整装置とを有するシステム。
【請求項６】
電荷状態を測定する手段および／または電荷状態から得られた少なくとも１つのアナログ特性を測定する手段（１０）を有する、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
ディジタル情報を処理する装置（１、２、３）を有しており、該装置はアナログユニット（１１、１２）に導電接続されているかまたは導電接続可能である、請求項５または６記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路装置が少なくとも１つのアナログユニットを有する、マイクロエレクトロニクス回路装置の電気的特性の調整方法に関する。本発明はさらに、マイクロエレクトロニクス回路装置と調整装置とを有するシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロエレクトロニクス回路装置、特にアナログ電子ユニットをディジタルユニットとして有する回路装置の設計は現代の電子技術で要求されることの多い課題の１つである。通常は回路装置の製造前にシミュレーションを行うが、それでもエラーのない設計が保証されるわけではない。エラーを有する設計のために特にエラーサーチ、マイクロエレクトロニクス回路装置を製造するための高価なマスクの反復成形や回路装置の再設計には時間とコストとがかかる。
【０００３】
マイクロエレクトロニクス回路装置では以前からプログラマブルロジックデバイスＰＬＤが使用されている。ＰＬＤには特にプログラマブルロジックアレイＰＬＡ、プログラマブルアレイロジックＰＡＬ、フィールドプログラマブルゲートアレイＦＰＧＡが属する。共通にはディジタル情報を処理するディジタルユニットに種々に結合された（すなわちプログラミングされた）ＰＬＤである。特にＦＰＧＡによればこのようにして前述のハードウェアによるディジタル回路装置の設計検査が可能となる。ＦＰＧＡはコンフィグレーション可能な多数の論理ブロックと、ブロック間で要求される接続パターンを提供する線路網とから成る。このために線路の交点には外部信号によって操作されるスイッチが設けられる。
【０００４】
米国特許第５５６３５２６号明細書からディジタル回路ユニットおよびアナログ回路ユニットを備えたプログラミング可能な回路装置が公知である。ＦＰＧＡを利用する手段のほか、アナログユニットのアナログ特性を変更したり、アナログユニットを相互に結合したり、ディジタルユニットを種々に結合したりすることができる。
【０００５】
例えば米国特許第５５６３５２６号明細書には、比較器または演算増幅器としてプログラミング可能なアナログユニットを有している。このためにアナログユニットはプログラミングスイッチを有しており、このスイッチにより閉鎖された状態で演算増幅器として動作し、開放された状態で比較器として動作する。
【０００６】
ＦＰＧＡでの場合と同様に、この種のユニットのモジュールのアナログ電気特性、例えば増幅器回路のトランジスタの増幅度係数またはモジュールの抵抗を変更することはできない。したがって混成型のマイクロエレクトロニクス回路装置の設計の調整は、その回路装置で予め考慮された僅かな適用分野に限定されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭に言及した形式の回路装置のアナログ電気特性を連続的に調整する方法、すなわちアナログ電気特性を連続的な値の範囲から選択する方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題はノードに設けられたスイッチング素子を介してアナログユニットおよびディジタルユニットを接続および／または分離することにより回路装置の電気的特性を調整し、さらにコンフィグレーションステップとして、回路装置の駆動前または駆動中に電荷を添加および／または取り出すことによりアナログユニットをアナログ電気特性が持続的に定められる状態へシフトし、この特性を利用して回路装置を駆動する方法により解決される。課題はまた、電気的に絶縁された領域を有しかつ該領域の電荷状態によりアナログ電気特性が定められるアナログユニットを含む複数のアナログユニットおよびディジタルユニット、複数の電気線路、およびこの電気線路のノードに設けられて前記アナログユニットおよびディジタルユニットを相互に接続または分離する複数のスイッチング素子を有するマイクロエレクトロニクス回路装置と、電荷状態を連続的な値の範囲内でランダムに選択される電荷値へ調整する調整装置とが設けられているシステムにより解決される。別の実施形態は従属請求項の対象となっている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の基本的思想によれば、コンフィグレーションステップとして、回路装置の駆動前または駆動中に電荷を添加および／または取り出すことによりアナログユニットをアナログ電気特性が持続的に定められる状態へシフトし、この特性を利用して回路装置を駆動する。これによりアナログユニットの駆動状態、特に駆動中電気的に絶縁されている領域の電界状態が、連続的な値の範囲内にある電荷位置へ調整される。このため通常充電された領域に基づいて電界強度が定められる。マイクロエレクトロニクスモジュールではこの領域は電気的特性の影響の隣接する領域を意味している。アナログユニットに対応する隣接領域は電界強度に依存する所定の特性を有しており、この特性を利用して回路装置が駆動される。
【００１０】
例えばアナログユニットは１個のフローティングゲートを備えたマイクロエレクトロニクス回路素子を有する。コンフィグレーションステップでフローティングゲートは連続的な値の範囲内にある任意の電荷値まで充電される。フローティングゲートの電荷状態により、例えば電圧が電極に印加されて対応する２つの電極間に電流を発生させる際の閾値電圧が定められる。
【００１１】
有利にはアナログユニットの少なくとも１つのアナログ特性、特にフローティングゲートを有するトランジスタの閾値電圧が電荷の添加または取り出し中ないし添加または取り出し後に測定され、場合により補正される。この補正はコンフィグレーションステップ中またはその後で行われる。いずれの場合にもこれにより調整状態が検査され、場合により補正される。
【００１２】
回路装置は回路素子を接続および／または分離する手段、例えば１つまたは複数のスイッチングトランジスタを備えたスイッチング素子を有し、これにより回路装置の電気的特性が調整される。これは従来のＦＰＧＡで適用されているコンセプトに相応する。本発明では、このコンセプトと前述のアナログ特性の調整手段とを組み合わせることにより、アナログユニットを備えた回路装置をコンフィグレーションする複数の手段が得られる。極端な場合にはアナログ特性を本発明に従って調整する個々のモジュール、充分なスイッチング手段および接続線路が設けられ、ほぼ任意に回路を調整することができる。従来のコンセプトに対する主な利点は、制限された所定の形式の回路素子を所定数だけ準備すればよいということである。これはもちろん回路素子のアナログ特性を調整することができるためである。
【００１３】
特に有利には本発明による方法はマイクロエレクトロニクス回路装置の設計時に使用できる。本発明によれば、コンフィグレーション可能なマイクロエレクトロニクス回路装置でアナログ電気特性を可逆に調整して回路設計をテストすることができる。テストが成功した場合には、例えば大量生産において別の回路装置を同じアナログ特性で変更不能に製造することができる。別の回路装置を設計する際のエラーはこれにより回避可能である。
【００１４】
アナログ特性を前述のようにコンフィグレーション可能なモジュールの例としてここではフローティングゲートを備えた回路素子、特にＦＬＯＴＯＸ（Floating Gate Tunneling Oxide）素子を挙げておく。ＦＬＯＴＯＸではトンネル効果を利用したフローティングゲートの充放電が制御される。大抵の場合モジュールの駆動に比べて格段に大きな電圧が印加され、電荷担体は大きな確率でフローティングゲートを包囲する絶縁領域を通り抜けてトンネリングする。ただし本発明はこうしたトンネル効果の利用のみに限定されない。従来技術から周知のフローティングゲートの電荷状態を変更する手段にも適用可能である。
【００１５】
【実施例】
本発明を実施例に則して詳細に説明する。ここでの説明は添付図を参照して行うが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００１６】
図１には複数のアナログユニットおよびディジタルユニットを備えた回路装置５が示されている。回路装置５のディジタルユニットは参照番号１、２、３；２１、２２、２３で示されている。これらのディジタルユニットはバイナリ情報の処理に利用される。したがってその入出力側には駆動中バイナリ信号が印加される。回路装置５のアナログユニットは参照番号１１、１２、１３で示されている。アナログユニット１１、１２、１３は付加的にディジタル情報を処理することのできる回路素子を有している。
【００１７】
ディジタルユニットおよびアナログユニット１〜３、１１〜１３、２１〜２３は電気線路網によって包囲されている。これらは例えば参照番号７で示されている。電気線路網７は例えば参照番号９で示された複数のノードを有している。ノード９には詳細には図示されていないスイッチング素子が配置されており、このスイッチング素子によりノードの個所から出る４つの電気線路７のそれぞれが相互に導電接続されるか、相互に電気的に絶縁される。スイッチング素子は図示しない手段を介して駆動され、スイッチング状態を外部から調整可能である。このようなスイッチング素子の実施例は例えば米国特許第５５６３５２６号明細書から読み取ることができる。
【００１８】
回路装置５と調整装置１０とは導電接続されている。接続線路１５を介して調整装置１０は電気線路網７と接続される。さらに相応にノード９の個所のスイッチング素子を駆動することにより、調整装置１０と各ユニット１〜３；１１〜１３；２１〜２３とを接続することができる。有利には調整装置１０は概略的に図示されている２つの接続線路１５のみでなく複数の接続線路を有しており、これによりアナログ特性およびディジタル特性のそれぞれ可能な調整を行うことができる。特に複数の調整過程を時間的に並列に行うことができる。
【００１９】
図２にはトランジスタ２４が示されており、このトランジスタはコントロールゲートとフローティングゲート２６とを有している。ソース線路２７およびドレイン線路２８を介してトランジスタ２４のソースおよびドレインが導電接続されている。ドレイン線路２８はトランジスタ２４のドレインとスイッチングトランジスタ２９のソースとを接続しており、このスイッチングトランジスタを介してトランジスタ２４と接続線路３２ａとを接続することができる。トランジスタ２４のソースは持続的に接続線路３２ｃに導電接続されている。コントロールゲート２５は接続線路３２ｄに接続されている。さらに図２には接続線路３２ｂが示されており、この線路はスイッチングトランジスタ２９のコントロールゲート３０に接続されている。スイッチングトランジスタ２９のドレインと接続線路３２ａとの間の導電接続はドレイン線路３１により行われる。
【００２０】
トランジスタ２４、２９の組み合わせはディジタルＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）セルの構造と同様であり、周知のようにディジタル情報の記憶に用いられる。図２には概略的な図が示されている。スイッチングトランジスタ２９およびトランジスタ２４は図２に示されているように、空間的に相互に分離されていなくともよい。現行のEEPROMセルのコンパクトな設計は部分的に前後して配置された複数のゲートを備えていることが示されており、フローティングゲートの充放電に際しても僅かな電流しか必要とならない。このようなＥＥＰＲＯＭセルの例は米国特許第５８４７９９６号明細書に記載されている。ただし本発明はＥＥＰＲＯＭセル内に存在するトランジスタには限定されない。例えばフローティングゲートを備えた半導体モジュール、すなわち外部からアクセス可能な２つ以上の半導体領域を備えた半導体モジュールを利用可能である。
【００２１】
従来技術から周知の手段と同様に、トランジスタ２４（図２）のアナログ電気特性をコンフィグレーションする。例えばコントロールゲート２５とドレインとの間に１２Ｖの電圧が印加され、一方トランジスタ２４のソースは自由にフローティング可能であり、外部からの接続線路３２ｃには接続されていない。
【００２２】
別の実施例では図１の少なくとも１つのアナログユニット１１、１２、１３に図２に示された装置が存在する。したがってフローティングゲート２６の電荷状態の調整は調整装置１０によって行われる。特に調整装置１０はドレイン線路２８を介してトランジスタ２４内へ流れ込む電流、ないしそこから流れ出す電流を測定する。フローティングゲート２６の初期状態が既知であれば、ここからフローティングゲート２６の電荷状態が結論される。特に調整過程の開始前にまずフローティングゲート２６は可能なかぎり放電される。
【００２３】
フローティングゲート２６の充電により、トランジスタ２４の静的な電気特性、例えば閾値電圧および静的な増幅特性を制御できるだけでなく、例えば有利にはマイクロエレクトロニクス回路装置内で使用されるドライバで一般的な動的特性も制御される。ドライバでは電圧信号が出力側で所定の時間範囲内で所定の値だけ上昇されるか、および／または低下される。所定の時間（大抵の場合数ナノ秒）内で電圧変化を行うドライバの能力をドライバの強度と称する。ドライバの強度は高度にダイナミックなアナログ特性であり、フローティングゲートの電荷状態を調整することにより調整することができる。
【００２４】
例えば図１の回路装置のアナログユニット１１、１２はそれぞれ図２のトランジスタの形式の少なくとも１つのトランジスタを有する。回路装置５からコンフィグレーション可能な回路の例は図３、図４に示されている。
【００２５】
図３には黒く塗りつぶされて示されている電気線路網７のノード９は接続された電気線路７間の導電接続を表している。これに対して塗りつぶされていないノード９は電気線路７の分離を表している。
【００２６】
図３に示されている回路状態は図４の回路状態に相応している。ドライバ３７（図４）はアナログユニット１１、１２を有しており、このユニットはアナログ特性を調整可能なトランジスタ２４を備えている。アナログユニット１１の調整可能なトランジスタの強度およびアナログユニット１１のトランジスタの強度は予め調整装置１０を使用して調整され、一方のトランジスタの強度が他方のトランジスタの強度の１／２となっている。これによりドライバ３７の強度を制御する制御回路が構成され、ドライバ強度を等幅でバイナリ制御を使用して調整することができる。その機能を次に説明する。
【００２７】
図３に示されているように、２つのアナログユニット１１、１２、ひいては２つのトランジスタが並列接続されている。ドライバ出力側３８でドライバ３７の全強度に基づいて形成されたドライバ出力信号が取り出される。２つのトランジスタの個々の強度はドライバ３７の全強度に加算される。前述の回路により、２つのトランジスタを個別にバイナリ信号を介してトリガまたは阻止することができる。一方のトランジスタの強度が他方のトランジスタの強度の１／２であるので、ドライバが活性であるときにはドライバ強度の３つの状態が得られる。最小のドライバ強度は弱いほうのトランジスタの強度に相応し、最大のドライバ強度は２つのトランジスタがともに活性であるときの状態に相応する。これら３つの強度の状態はそれぞれ隣接の強度状態から弱いほうのトランジスタの強度に相応する強度値だけ相互に異なる。
【００２８】
本明細書では簡単化するために、並列接続された２つのトランジスタのみに言及している。一般にはこのような並列のトランジスタから成るドライバは強度の点で同一に段階づけられた２つ以上の部分ドライバを有しており、次に強いドライバはそれぞれ２倍の強度を有するようにする。例えばこの種の部分ドライバが５つ設けられている場合、ドライバ強度は３１個の等幅間隔の強度値へ調整される。
【００２９】
ドライバ強度の制御の機能は次のように行われる。ドライバ出力側３８に印加されるドライバ出力信号は比較器１３の反転入力側に供給される。比較器１３は回路装置５のアナログユニット１３に相応する。比較器１３の非反転入力側はノード９の１つを介して基準電圧の印加される基準電圧端子４０に接続されている。こうした基準電圧は所望のドライバ強度の尺度となる。所望のドライバ強度が実際に達成されたか否か、またその強度が下方超過されたか上方超過されたかに依存して、比較器１３からディジタルユニット２へ出力された出力信号の時間特性が異なる。ディジタルユニット１、２の前述のコンフィグレーションにより、これらのユニットは比較器１３の出力信号を評価し、相応の調整信号をアナログユニット１１、１２へ出力するようにシフトされる。これによりトランジスタの所定の組み合わせがイネーブルされ、ドライバ３７の強度が調整される。次のドライバ信号がドライバ入力側３６（図４）に入力されると、調整されたドライバ強度に相応するダイナミック特性が示される。
【００３０】
回路装置の別の実施例は電圧増幅回路であり、これにより有利には回路装置のアナログ特性をコンフィグレーション可能である。この場合に増幅器回路の１つまたは複数の増幅度係数および／またはオフセット値が調整される。このため汎用の増幅モジュールを製造することができ、それぞれの適用目的に合わせてコンフィグレーションするだけでよい。特に共通のチップ上に調整装置が設けられ、これによりコンフィグレーションが行われて制御命令により外部から駆動される。こうした制御命令、例えば制御コンピュータの制御命令により、そのつど所望のコンフィグレーションを達成することができる。
【００３１】
この種の回路装置または他の回路装置の適用分野は例えば物理量（温度または空気中の水分含有量）の測定である。ここではアナログ測定機能が適用分野に応じてコンフィグレーションされたアナログユニットによって担当される。同時にディジタルカウンタ機能（例えば測定された熱エネルギを所定の時間にわたって積分するカウンタ）が同じ回路装置のディジタルユニットによって担当される。
【００３２】
可能な他の適用分野はディジタルフィルタ回路またはアナログフィルタ回路の分野、特にハイファイ音響機器、ステレオ機器、グラフィックイコライザ、ディジタルメディア、移動電話、ディジタルテレビジョンおよびラジオなどである。特にそれぞれのフィルタ回路の限界周波数はアナログ電気特性を本発明にしたがって調整することにより可変に調整可能である。
【００３３】
さらに別の適用分野はアナログ信号からディジタル信号への変換および／またはディジタル信号からアナログ信号への変換に関している。例えばここでは変換に適した信号強度の閾値をコンフィグレーションにより可変に調整できる。これによりユーザはこの閾値を後から変更できる。これに代えて閾値をユーザへ渡す前に予めコンフィグレーションすることもできる。更なる適用分野としては、アナログ信号の線形化が要求される信号の変換時などである。ここではアナログ電気特性のコンフィグレーションにより同じ感度が全アナログ領域にわたって形成される。特にディジタル情報を記憶する周知のメモリセルはアナログ値の記憶に対して使用されるか、または２つ以上の離散値の記憶に対して使用される。したがってこの種のメモリセルの所定の電荷状態は“０”または“１”として理解するのではなく、２つ以上の可能な値として理解すべきである。例えば任意の適合パラメータはＡ／Ｄ変換またはＤ／Ａ変換での使用に対して記憶される。
【００３４】
更なる適用分野はアナログ計算機構である。アナログ計算はディジタル計算に比べて、さしあたって先行のアナログ値または数のディジタル化を行わなくてもよいという利点を有する。したがってアナログ計算はリアルタイムで、または少なくともリアルタイムに近い状態で行うことができる。例えばアナログまたは精細な離散化に基づいた準アナログ値の記憶を利用している。このための実施例はサーモエレメントの電圧信号からの温度値の計算に関する。任意の個所での温度値が大きな温度測定範囲内にある場合には、測定電圧値を温度値に換算する数学的関数は高次の多項式で表現され、例えば４次の多項式で表現される。これにより数学的関数の５つの定数を考慮しなければならない。この５つの定数はそれぞれメモリセルに格納され、アナログ計算機構により直接に定数値が読み出されて処理される。したがってディジタル計算機構では計算時間が節約される。特に有利には、温度値を測定する際、半導体モジュールの成形中に短い時間間隔でそれぞれ複数の温度値を計算する。迅速な計算により温度変動に対する迅速な応答が可能となる。結果として温度制御の無駄時間が著しく短縮される。このことは最終的には温度の時定数を大きくし、ひいては半導体製造時の歩留まりが改善される。
【００３５】
アナログ計算機構では特にアナログの記憶値および測定値を処理するためにアナログ比較器回路が使用される。これにより測定値および／またはそこから計算された中間値が基準値よりも大きいか小さいかが求められる。アナログの計算結果はこのようにして相応のバイナリ信号へ変換され、これにより従来のディジタル形式での更なる処理が可能となる。比較器回路の出力信号は信号または計算結果の更なるアナログ処理のために使用される。
【００３６】
こうした適用分野は温度値の測定のみに限定されない。圧力センサ、特にエアバッグで使用される加速度センサ、特に排出ガスを監視するガスセンサなどの他の測定センサからの値もこのようにして評価することができる。他の適用分野として例えば人間の虹彩の構造を識別するバイオメトリ、一般の画像認識、およびファジィ論理計算の分野などが挙げられる。
【００３７】
本発明によれば小さな回路技術コストで種々にコンフィグレーションされた回路装置が駆動される。特にディジタル機能部およびアナログ機能部を混成して有する回路装置の設計をマイクロエレクトロニクス回路装置の大量生産が所定の特性で開始される前に良好にテストすることができる。
【００３８】
さらに“汎用”設計により大量生産においても種々の適用分野に合わせて個別にプログラミングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】回路装置とこの回路装置のアナログ特性を調整する調整装置とを示す図である。
【図２】アナログ特性を調整可能なトランジスタとこれに前置接続されたスイッチングトランジスタとを示す図である。
【図３】図１の回路装置の所定の回路状態を示した図である。
【図４】図３の回路状態に相応する回路図である。
【符号の説明】
１〜３、２１〜２３  ディジタルユニット
５  回路装置
７  電気線路
９  ノード
１０  調整装置
１１〜１３  アナログユニット
１５、３２ａ−ｄ  接続線路
２４  トランジスタ
２５、３０  コントロールゲート
２６  フローティングゲート
２７  ソース線路
２８、３１  ドレイン線路
２９  スイッチングトランジスタ
３６  ドライバ入力側
３７  ドライバ
３８  ドライバ出力側
３９  負荷接続線路
４０  基準電圧端子
【図１】
0004067794.tif 000002
【図２】
0004067794.tif 000003
【図３】
0004067794.tif 000004
【図４】
0004067794.tif 000005