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

4.4. Maximale Zählraten 47
nicht exakt 1
2I0 entspricht. Nicht auszuschlie en ist auch, dass die Stromspiegel
zur Erzeugung der Biaspotentiale (Abbildung 4.2) aufgrund von
Prozessvariationen nicht exakt ein Stromverhältnis von 1 : 1
2 einstellen.
Zur weiteren Klärung des nicht-konstanten power-delay product könnten
weitere Messungen hilfreich sein. Zum einen wurden Variationen der Vlo-
Spannung noch nicht eingehend untersucht, zum anderen sollten die von den
Stromspiegeln erzeugten Biasspannungen mit Simulationsdaten verglichen
werden. Ebenfalls sollten die Messungen an einfachen Invertern durchgeführt
und mit den Ergebnissen der Messungen an Flipflops abgeglichen werden.
Diese vorgeschlagenen Messungen erfordern Modi kationen des Testsystems,
und liegen leider nicht mehr im zeitlichen Rahmen dieser Arbeit.
4.4 Maximale Zählraten
In Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme wird die maximal mögliche
Zählrate eines 16-Bit Zählers bestimmt. Der Zähler wird zunächst zurückgesetzt,
danach erzeugt ein Pulsgenerator 216 1 Eingangstakte mit einer
vorgegebenen Frequenz. Das höchstwertige Bit des Zählers kann über das USB-
System ausgelesen werden. Es gibt Auskunft darüber, ob bei einem einzigen
weiteren Takt ein Zählerüberlauf statt ndet. Ändert sich das höchstwertige
Bit von `1' auf `0', so wurden die insgesamt 216 Eingangstakte korrekt gezählt.
Die Biasströme der differentiellen Logik können von einem Computer automatisch
variiert werden. Für eine fest eingestellte Frequenz lässt sich so der
minimale Strom für einen sicheren Betrieb bestimmen. Abbildung 4.10 zeigt
eine solche Messung bei 150MHz Eingangsfrequenz.
Messreihen wurden für Frequenzen von 10MHz bis 150MHz aufgenommen.
Aus diesen Daten wurden die minimalen Bias-Ströme extrahiert, die einen
sicheren Betrieb des Zählers ermöglichen. Die maximale Zählrate wird in
gro em Ma e von der Geschwindigkeit des ersten Flipflops dominiert. Bereits
das zweite Flipflop wird nur noch mit dem halben Eingangstakt getaktet.
Die Messung der Verzögerungszeiten zeigt, dass die Geschwindigkeiten der
Flipflops stark streuen. Um eine allgemeingültigere Aussage zu gewinnen,
wird aus den gemessenen durchschnittlichen Verzögerungszeiten td die maximale
Schaltfrequenz nach = 1 berechnet, und in Abbildung 4.11 der
td
Einzelmessung an einem 16-Bit Zähler gegenübergestellt. Die Ergebnisse
legen nahe, dass es sich bei dem Eingangs-Flip op des untersuchten Zählers
um ein Exemplar mit eher großer Verzögerungszeit handelt.