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Start-up-Schaltung fuer Ultra-Low-Power-Oszillatoren und -Analogschaltungen

IP.com Disclosure Number: IPCOM000028658D
Original Publication Date: 2004-Jun-25
Included in the Prior Art Database: 2004-Jun-25
Document File: 3 page(s) / 51K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Ultra-Low-Power-Oszillatoren mit Stromaufnahmen <50nA benoetigen eine Start-Up-Schaltung, wenn beispielsweise eine Regelschleife in ihnen enthalten ist. Dies gilt allgemein auch fuer analoge Regelschaltungen, insbesondere dann, wenn Bandgap-Prinzipien in den Schaltungen (Bandabstandsschaltungen) verwendet werden. Die Stromaufnahme der Start-up-Schaltung soll dabei nicht groesser sein als die der Oszillatoren oder Regelschaltungen selbst. Bisherige Loesungen (vgl. auch Abb. 1) sind durch unter anderem durch Folgendes gekennzeichnet: - Dynamische Start-up-Schaltungen mittels Kapazitaeten: Bei bestimmten Betriebsspannungsrampen wird kein sicherer Arbeitspunkt erreicht. - Anlaufwiderstaender: Es wird mehr Flaeche verbraucht, als die Schaltung selbst benoetigt. Der Anlaufstrom ist fast proportional zur Betriebsspannung und kann im Extremfall den Arbeitsstrom sehr beeinflussen. - Depletion-Transistoren: Es sind zusaetzliche Prozessschritte notwendig. - Leckstrom-Anlauf von gesperrten MOS-Transistoren: Bei -50°C..-40°C wird der Leckstrom sehr gering, d.h. bei tiefen Temperaturen laeuft die Schaltung eventuell nicht in den gewuenschten Arbeitspunkt hinein. - Anlauf mit Hilfe von geoeffneten MOS-Transistoren: Funktioniert nur mit extrem schmalen und extrem langen Transistoren, wenn ein kleiner Anlaufstrom erreicht werden soll. Funktioniert nur bei maessig kleinen Stroemen, da sonst Leckstroeme des langen Kanals dominant werden.

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Start-up-Schaltung fuer Ultra-Low-Power-Oszillatoren und -Analogschaltungen

Idee: Mario Motz, AT-Villach

Ultra-Low-Power-Oszillatoren mit Stromaufnahmen <50nA benoetigen eine Start-Up-Schaltung, wenn beispielsweise eine Regelschleife in ihnen enthalten ist. Dies gilt allgemein auch fuer analoge Regelschaltungen, insbesondere dann, wenn Bandgap-Prinzipien in den Schaltungen (Bandabstandsschaltungen) verwendet werden. Die Stromaufnahme der Start-up-Schaltung soll dabei nicht groesser sein als die der Oszillatoren oder Regelschaltungen selbst. Bisherige Loesungen (vgl. auch Abb. 1) sind durch unter anderem durch Folgendes gekennzeichnet:

- Dynamische Start-up-Schaltungen mittels Kapazitaeten: Bei bestimmten Betriebsspannungsrampen wird kein sicherer Arbeitspunkt erreicht.

- Anlaufwiderstaender: Es wird mehr Flaeche verbraucht, als die Schaltung selbst benoetigt. Der Anlaufstrom ist fast proportional zur Betriebsspannung und kann im Extremfall den Arbeitsstrom sehr beeinflussen.

- Depletion-Transistoren: Es sind zusaetzliche Prozessschritte notwendig.

- Leckstrom-Anlauf von gesperrten MOS-Transistoren: Bei -50°C..-40°C wird der Leckstrom sehr gering, d.h. bei tiefen Temperaturen laeuft die Schaltung eventuell nicht in den gewuenschten Arbeitspunkt hinein.

- Anlauf mit Hilfe von geoeffneten MOS-Transistoren: Funktioniert nur mit extrem schmalen und extrem langen Transistoren, wenn ein kleiner Anlaufstrom erreicht werden soll. Funktioniert nur bei maessig kleinen Stroemen, da sonst Leckstroeme des langen Kanals dominant werden.

Eine vorteilhafte Loesung ist zu erreichen, wenn als Anlauf nicht ein Leckstrom eines ueblichen, gesperrten MOS-Transistors genutzt wird, sondern der so genannte Weak-Inversion-Strom eines Low- Threshold-Voltage-Transistors (LVT) (vgl. auch Abb. 2). Die Schaltung beruht darauf, dass dieser Starterstrom einerseits sehr viel hoeher ist als parasitaere Leckstroeme (z.B. Leakage-Currents in Normal-Threshold-Voltage-Transistoren, NVTs), andererseits viel kleiner ist als ein moeglicher Arbeitsstrom in der Schaltung. Nachdem die Schaltung angelaufen ist, uebertrifft der Arbeitsstrom den Weak-Inversion-Strom des LVT. Die Grundbestandteile des vorgeschlagenen Schaltungsprinzips sind in der Abb. 3 skizziert.

Eine beispielhafte Ausfuehrung einer solchen Anlaufschaltung ist in Abb. 4 gezeigt. Die Schaltung selbst stellt einen Oszillator dar, der mit einem extrem kleinen Betriebsstrom arbeitet. Die Arbeitsstroeme werden in einem Bandgap-Kreis weitgehend unabhaengig von der Betrie...