Chipentwicklung fu127 ur Pixel - Prof. Dr. Norbert Wermes ...

40 4. Messungen an Teststrukturen di erentieller Stromlogik
gate array). Das USB-System verfügt weiterhin über eine I 2 C- und SPI-Bus-
Schnittstelle 2 .
Bei dem FPGA handelt es sich um einen Logikschaltkreis, welcher mittels
einer Hardware-Beschreibungssprache frei programmierbar ist. Dieser Baustein
ermöglicht die Erzeugung der Ansteuerungssequenzen des Testchips und
anderer externer Geräte, und fungiert als eine Datentransfer-Schnittstelle
zwischen Testchip und Computer.
4.1.4 Smart-Card
Die sogenannte Smart-Card ist eine mittels dem SPI-Bus angesteuerte Erweiterung
des USB-Systems. Diese Platine stellt acht SMUs (source-measure
unit, Strom- und Spannungsquellen mit Überwachung) und drei weitere
Spannungsquellen zur Verfügung. Die SMUs dienen primär zur präzisen
Spannungs- und Stromeinstellung. Die SMUs der Smartcard erzeugen die
Biasströme für den Testchip und die Schaltpegel für die differentielle Logik.
Drei weitere Spannungsquellen werden zur Leistungsversorgung des Testchips,
der Multiplexer und des Komparators auf der Adapterplatine eingesetzt. Alle
Ströme und Spannungen lassen sich durch Software regeln und messen.
4.2 Eichung der Biasströme
Die hier verwendeten Stromspiegel zur Erzeugung der Bias-Spannungen
(Abbildung 4.2) arbeiten bedingt durch die endlichen Ausgangswiderstände
der Transistoren nur näherungsweise linear. Durch den Herstellungsproze
verursachte Variationen in Grö en und Flächenverhältnissen (mismatch) von
Transistoren führen ebenfalls zu einer Abweichung von dem eingestellten Untersetzungsverhältnis
von 1 : 50. Die genauen Biasströme der differentiellen
Logik wurden in Abhängigkeit des von der Smartcard erzeugten Stroms gemessen.
An einem der Ausgangsverstärker wurden die differentiellen Ausgänge
kurzgeschlossen und über ein Strommessgerät 3 mit Masse verbunden (Abbildung
4.4). Die n-Kanal Lasten der differentiellen Logik wurden deaktiviert.
Die Strommessung gegen Masse stellt sicher, dass kein Strom über die als
Diode geschalteten Transistoren flie t. Der endliche Ausgangswiderstand
der Schaltung führt zu einem erhöhten Strom uss bei Strommessung gegen
Masse. Der Ausgangswiderstand ist allerdings sehr gro (>9M ), da die
Eingangstransistoren des Inverters eine Kaskode für die Stromquelle bilden.
Simulationen ergaben eine vernachlässigbare Abweichung von 20nA bei einem
Strom von 8µA pro Inverter. Die Leistungsaufnahme P von Schaltungen wird
zu P = U I0 berechnet, wobei U die Versorgungsspannung von 2,4V ist. Die
2 Der SPI-Bus (Serial Peripheral Interface) ist ein serielles Bussystem ahnlich dem
I 2 C-Bus
3 Keithley SMU 2400