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Ladungspumpe mit geregelter Pumpfrequenz

IP.com Disclosure Number: IPCOM000017223D
Original Publication Date: 2000-Apr-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-22
Document File: 3 page(s) / 106K

Publishing Venue

Siemens

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Martin Bertele: AUTHOR

Abstract

Bei den bisher verwendeten Ladungspumpen wird die Frequenz im allgemeinen durch einen Oszillator vorgegeben. Mit dessen Frequenz werden die Pumpkondensatoren wechselweise ge- und entladen. Dabei stellt sich jedoch das Problem, daß die Frequenz je nach Temperatur, Versorgungsspannung oder Prozeßabweichung zu hoch oder zu gering sein kann. Im ersten Falle werden die Kondensatoren nicht komplett umgeladen, es wird nicht mehr die volle Ausgangsspannung erzeugt und der Pumpstrom somit verringert. Im zweiten Fall entstehen Totzeiten, durch die der Strom am Ausgang der Ladungspumpe ebenfalls verringert wird.

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Bauelemente

Ladungspumpe mit geregelter Pumpfrequenz

Idee: Martin Bertele, München

Bei den bisher verwendeten Ladungspumpen wird die Frequenz im allgemeinen durch einenOszillator vorgegeben. Mit dessen Frequenz werden die Pumpkondensatoren wechselweisege- und entladen.

Dabei stellt sich jedoch das Problem, daß die Frequenz je nach Temperatur,Versorgungsspannung oder Prozeßabweichung zu hoch oder zu gering sein kann. Im erstenFalle werden die Kondensatoren nicht komplett umgeladen, es wird nicht mehr die volleAusgangsspannung erzeugt und der Pumpstrom somit verringert. Im zweiten Fall entstehenTotzeiten, durch die der Strom am Ausgang der Ladungspumpe ebenfalls verringert wird.

Zur Lösung des Problems kann der Ladezustand der Pumpkondensatoren detektiert werdenund dementsprechend der nächste Umladevorgang zum richtigen Zeitpunkt eingeleitetwerden. Somit arbeitet die Ladungspumpe unter allen Betriebsbedingungen mit einer nahezuoptimalen Frequenz.

Die Ladungspumpe besteht im wesentlichen aus einem Flip-Flop mit zwei Treiberstufen,welche die Lade- und Entladeströme für die Pumpkondensatoren C_1 und C_2 liefern(Abb.1).� An den Ausgängen c1 und c2 wird wie bei den bisherigen Ladungspumpen einGleichrichter angeschlossen. Die Schwelle der Eingänge ffs und ffr des Flip-Flops liegt soniedrig, daß das Flip-Flop erst bei (nahezu) vollständiger Entladung von C_1 bzw. C_2schaltet. Ist die Treiberstufe so dimensioniert, daß Auf- und Entladung gleich schnellerfolgen, ist zum Zeitpunkt, zu dem das Flip-Flop schaltet, ein Kondensator gerade ganzentladen und der andere gerade voll aufgeladen (Abb. 2).

Diese Schaltung hat einen stabilen Zustand, bei dem sowohl o1 als auch o2 auf niedrigemPotential liegen (ffout und ffoutn auf high). Das Flip-Flop ist hier nicht mit NOR-Gatternaufgebaut, da sonst im Ruhezustand die Punkte o1 und o2 auf hohem Potential (V bb ) wärenund die Gefahr von Ladungsträgerinjektion durch die p + -Wannen in das n-Substratbestünde. Diese Injektion kann über kapazitive Kopplung durch Störungen an OUTverursacht werden.

Eine Realisierungsmöglichkeit der Pumpe ist in Abbildung 3 dargestellt. Zwischen V bb� undILP liegt die Versorgungsspannung, C1 und C2 werden am Gleichrichter angeschlossen unden (Enable Not) dient dem An-...