DE10149938A1 - Circuit arrangement for contactless chip card has charge pump circuit with amplifier stages with pump nodes, charge reservoir circuit with coupling nodes coupled pump nodes - Google Patents
Circuit arrangement for contactless chip card has charge pump circuit with amplifier stages with pump nodes, charge reservoir circuit with coupling nodes coupled pump nodesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltkreis-Anordnung und eine kontaktlose Chipkarte. The invention relates to a circuit arrangement and a contactless chip card.
Die herkömmliche Silizium-Mikroelektronik wird bei weiter voranschreitender Verkleinerung an ihre Grenzen stoßen. Insbesondere die Entwicklung zunehmend kleinerer und dichter angeordneter Transistoren von mehreren hundert Millionen Transistoren pro Chip wird in den nächsten zehn Jahren prinzipiellen physikalischen Problemen ausgesetzt sein. Wenn Strukturabmessungen von 80 nm unterschritten werden, werden die Bauelemente durch Quanteneffekte störend beeinflusst und unterhalb von Dimensionen von etwa 30 nm dominiert. Insbesondere führt die zunehmende Integrationsdichte der Bauelemente auf einem Chip zu einem dramatischen Anstieg der Abwärme. The conventional silicon microelectronics continues at progressive reduction reach their limits. In particular, the development of increasingly smaller and denser ones arranged transistors of several hundred million Transistors per chip will be in the next ten years be exposed to fundamental physical problems. If Structural dimensions of 80 nm are undercut the components are affected by quantum effects and dominated below dimensions of about 30 nm. In particular, the increasing integration density of Components on a chip lead to a dramatic increase in Waste heat.
Ein Konzept zur Verringerung des Energiebedarfs eines Schaltkreises zum sukzessiven Zuführen bzw. Abführen von elektrischen Ladungsträgern auf elektrischen Knoten des Schaltkreises ist das Konzept der adiabatischen Schaltungstechnik, mittels der im Vergleich zu herkömmlichen Schaltungen der Leistungsverbrauch herabgesetzt ist. Eine Übersicht über die adiabatische Schaltungstechnik geben beispielsweise [1] und [2]. A concept to reduce the energy consumption of one Circuit for the successive supply or discharge of electrical charge carriers on electrical nodes of the Circuitry is the concept of adiabatic Circuit technology, by means of compared to conventional Circuits the power consumption is reduced. A Provide an overview of the adiabatic circuit technology for example [1] and [2].
Ein Grundgedanke der adiabatischen Schaltungstechnik besteht darin, die auf einem elektrisch geladenen Schaltungsknoten gespeicherte elektrische Energie beim Entladen des Knotens nicht zu dissipieren, sondern stattdessen in einer sogenannten Power-Clock zwischenzuspeichern und in einem anschließenden Schaltzyklus wenigstens teilweise wieder in die Schaltung einzuspeisen. Eine Power-Clock kann beispielsweise auf einem LC-Schaltkreis basieren, in dem die im Schaltungsknoten enthaltene potentielle Energie gespeichert werden kann, und zu einem späteren Zeitpunkt dem Schaltungsknoten wieder bereitgestellt werden kann. Dieses Prinzip der adiabatischen Schaltungstechnik beziehungsweise der adiabatischen dynamischen Logik ist beispielsweise in [3] oder in [4] beschrieben. A basic idea of adiabatic circuit technology exists in it on an electrically charged circuit node stored electrical energy when unloading the node not to dissipate, but instead in one so-called power clock and store it in one subsequent switching cycle at least partially in feed the circuit. A power clock can for example based on an LC circuit in which the potential energy contained in the circuit node can be saved, and at a later date the Circuit nodes can be provided again. This Principle of adiabatic circuit technology respectively the adiabatic dynamic logic is for example in [3] or described in [4].
Ein erheblicher Teil des von einem herkömmlichen Schaltkreis verbrauchten Energiebedarfs wird von "On-Chip" bereitgestellten Schaltkreisen zum Erzeugen einer gegenüber einer Versorgungsspannung erhöhten Ausgangsspannung verbraucht. Solche Spannungsverstärker zum Erhöhen einer Versorgungsspannung sind in vielen integrierten Schaltkreisen erforderlich. Beispielsweise treten Spannungsverstärker zum Erhöhen einer Versorgungsspannung um ungefähr das vier- bis sechsfache in EEPROMs und Flash-Speichern auf. Beispielsweise werden wesentlich höhere elektrische Spannungen als die auf Schaltkreisen üblicherweise bereitgestellten Versorgungsspannungen benötigt, um EEPROMs zu programmieren oder zu löschen. A significant part of that from a conventional circuit consumed energy requirements is "on-chip" provided circuits for generating one opposite a supply voltage increased output voltage consumed. Such voltage amplifiers to increase one Supply voltage are in many integrated circuits required. For example, voltage amplifiers occur Increase a supply voltage by approximately four to six times in EEPROMs and flash memories. For example electrical voltages are significantly higher than those on Circuits usually provided Supply voltages required to program EEPROMs or delete.
Insbesondere werden sogenannte Ladungspumpen verwendet, um Versorgungsspannungen zu erhöhen. In particular, so-called charge pumps are used to Increase supply voltages.
Bezugnehmend auf Fig. 1A, Fig. 1B wird im Weiteren eine geboostete Ladungspumpe beschrieben, wie sie beispielsweise aus [5], [6] bekannt ist. Referring to Fig. 1A, Fig. 1B is a boosted charge pump is described below as it is known for example from [5], [6].
Die geboostete Ladungspumpe 100 weist einen ersten Eingang 101 auf, an den eine Eingangsspannung V0 angelegt ist und weist einen Ausgang 102 auf, an dem eine Ausgangsspannung V1 bereitgestellt ist. Ferner weist die geboostete Ladungspumpe 100 einen zweiten Eingang 103 auf, an den ein erster elektrischer Pumppuls p1 anlegbar ist und weist einen dritten Eingang 104 auf, an den ein zweiter elektrischer Pumppuls p2 anlegbar ist. Die geboostete Ladungspumpe 100 weist darüber hinaus einen vierten Eingang 105 auf, an den ein erster elektrischer Schaltpuls n1 anlegbar ist. An einen fünften Eingang 106 ist ein zweiter elektrischer Schaltpuls n2 anlegbar. Der erste Schaltpuls n1 ist ferner an einen sechsten Eingang 107 angelegt, und der zweite Schaltpuls n2 ist an einen siebten Eingang 108 angelegt. Ferner weist die geboostete Landungspumpe 100 einen ersten Pump-Kondensator 109, einen zweiten Pump-Kondensator 110, einen dritten Pump- Kondensator 111 und einen vierten Pump-Kondensator 112 auf. Der erste Pump-Kondensator 109 und der dritte Pump- Kondensator 111 sind mit dem zweiten Eingang 103 gekoppelt, an dem der erste Pumppuls p1 anliegt, wohingegen der zweite Pump-Kondensator 110 und der vierte Pump-Kondensator 112 mit dem zweiten Eingang 104 gekoppelt sind, an dem der zweite Pumppuls p2 anliegt. Darüber hinaus weist die geboostete Ladungspumpe 100 einen ersten Schalt-Kondensator 113, einen zweiten Schalt-Kondensator 114, einen dritten Schalt- Kondensator 115 und einen vierten Schalt-Kondensator 116 auf. Der erste Schalt-Kondensator 113 ist mit dem vierten Eingang 105 gekoppelt, der zweite Schalt-Kondensator 114 ist mit dem fünften Eingang 109 gekoppelt, der dritte Schalt-Kondensator 115 ist mit dem sechsten Eingang 107 gekoppelt, und der vierte Schalt-Kondensator 116 ist mit dem siebten Eingang 108 gekoppelt. Der erste Pump-Kondensator 109 ist über einen ersten Speicher-Knoten 121 mit dem Gate-Bereich eines ersten Schalt-Transistors 117 gekoppelt. Der zweite Pump-Kondensator 110 ist über einen zweiten Speicher-Knoten 122 mit dem Gate- Bereich eines zweiten Schalt-Transistors 118 gekoppelt. Der dritte Pump-Kondensator 111 ist über einen dritten Speicher- Knoten 123 mit dem Gate-Bereich eines dritten Schalt- Transistors 119 gekoppelt, und der vierte Pump-Kondensator 112 ist über einen vierten Speicher-Knoten 124 mit dem Gate- Bereich eines vierten Schalt-Transistors 120 gekoppelt. Der erste Source-/Drain-Bereich des ersten Schalt-Transistors 117 ist mit dem ersten Eingang 101 gekoppelt, und der zweite Source-/Drain-Bereich des ersten Schalt-Transistors 117 ist mit dem Gate-Bereich eines ersten Steuer-Transistors 125 sowie mit dem ersten Schalt-Kondensator 113 gekoppelt. Der erst Source-/Drain-Bereich des ersten Steuer-Transistors 125 ist mit dem ersten Eingang 101 gekoppelt, und der zweite Source-/Drain-Anschluss des ersten Steuer-Transistors 125 ist mit dem ersten Speicher-Knoten 121 gekoppelt. Ferner ist der erste Speicher-Knoten 121 mit dem ersten Source-/Drain- Bereich eines zweiten Steuer-Transistors 126 gekoppelt, dessen Gate-Bereich mit dem zweiten Schalt-Kondensator 114 und mit dem zweiten Source-/Drain-Bereich des zweiten Schalt- Transistors 118 gekoppelt ist. Der erste Source-/Drain- Bereich des zweiten Schalt-Transistors 118 ist mit dem ersten Speicher-Knoten 121 gekoppelt. Der zweite Source-/Drain- Bereich des zweiten Steuer-Transistors 126 ist mit dem zweiten Speicher-Knoten 122 gekoppelt, der ferner mit dem ersten Source-/Drain-Bereich des dritten Schalt-Transistors 119 gekoppelt ist. Ferner ist der zweite Speicher-Knoten 122 mit dem ersten Source-/Drain-Bereich eines dritten Steuer- Transistors 127 gekoppelt, dessen Gate-Bereich mit dem zweiten Source-/Drain-Bereich des dritten Schalt-Transistors 119 und mit dem dritten Schalt-Kondensator 115 gekoppelt ist. Ferner ist der zweite Source-/Drain-Bereich des dritten Steuer-Transistors 127 mit dem dritten Speicher-Knoten 123 gekoppelt, der ferner mit dem ersten Source-/Drain-Bereich des vierten Schalt-Transistors 120 und mit dem ersten Source-/Drain-Bereich eines vierten Steuer-Transistors 128 gekoppelt ist. Der Gate-Bereich des vierten Steuer- Transistors 128 ist mit dem zweiten Source-/Drain-Bereich des vierten Schalt-Transistors 120 und mit dem vierten Schalt- Kondensator 116 gekoppelt. Der zweite Source-/Drain-Bereich des vierten Steuer-Transistors 128 ist mit dem vierten Speicher-Knoten 124 gekoppelt, der ferner mit dem ersten Source-/Drain-Bereich eines Hilfs-Transistors 129 gekoppelt ist und der mit dem Gate-Bereich des Hilfs-Transistors 129 gekoppelt ist. Der zweite Source-/Drain-Bereich des Hilfs- Transistors 129 ist mit dem Ausgang 102 gekoppelt. The boosted charge pump 100 has a first input 101 to which an input voltage V 0 is applied and has an output 102 to which an output voltage V 1 is provided. Furthermore, the boosted charge pump 100 has a second input 103 to which a first electrical pump pulse p1 can be applied and has a third input 104 to which a second electrical pump pulse p2 can be applied. The boosted charge pump 100 also has a fourth input 105 , to which a first electrical switching pulse n1 can be applied. A second electrical switching pulse n2 can be applied to a fifth input 106 . The first switching pulse n1 is also applied to a sixth input 107 , and the second switching pulse n2 is applied to a seventh input 108 . Furthermore, the boosted landing pump 100 has a first pump capacitor 109 , a second pump capacitor 110 , a third pump capacitor 111 and a fourth pump capacitor 112 . The first pump capacitor 109 and the third pump capacitor 111 are coupled to the second input 103 , to which the first pump pulse p1 is applied, whereas the second pump capacitor 110 and the fourth pump capacitor 112 are coupled to the second input 104 , to which the second pump pulse p2 is applied. In addition, the boosted charge pump 100 has a first switching capacitor 113 , a second switching capacitor 114 , a third switching capacitor 115 and a fourth switching capacitor 116 . The first switching capacitor 113 is coupled to the fourth input 105 , the second switching capacitor 114 is coupled to the fifth input 109 , the third switching capacitor 115 is coupled to the sixth input 107 , and the fourth switching capacitor 116 is coupled to the seventh input 108 . The first pump capacitor 109 is coupled to the gate region of a first switching transistor 117 via a first storage node 121 . The second pump capacitor 110 is coupled to the gate region of a second switching transistor 118 via a second storage node 122 . The third pump capacitor 111 is coupled via a third storage node 123 to the gate region of a third switching transistor 119 , and the fourth pump capacitor 112 is connected to the gate region of a fourth switching via a fourth storage node 124 -Transistor 120 coupled. The first source / drain region of the first switching transistor 117 is coupled to the first input 101 , and the second source / drain region of the first switching transistor 117 is connected to the gate region of a first control transistor 125 and coupled to the first switching capacitor 113 . The first source / drain region of the first control transistor 125 is coupled to the first input 101 , and the second source / drain terminal of the first control transistor 125 is coupled to the first memory node 121 . Furthermore, the first storage node 121 is coupled to the first source / drain region of a second control transistor 126 , the gate region of which is connected to the second switching capacitor 114 and to the second source / drain region of the second switching transistor Transistor 118 is coupled. The first source / drain region of the second switching transistor 118 is coupled to the first storage node 121 . The second source / drain region of the second control transistor 126 is coupled to the second memory node 122 , which is further coupled to the first source / drain region of the third switching transistor 119 . Furthermore, the second storage node 122 is coupled to the first source / drain region of a third control transistor 127 , the gate region of which is connected to the second source / drain region of the third switching transistor 119 and to the third switching transistor Capacitor 115 is coupled. Furthermore, the second source / drain region of the third control transistor 127 is coupled to the third memory node 123 , which is furthermore connected to the first source / drain region of the fourth switching transistor 120 and to the first source / drain Region of a fourth control transistor 128 is coupled. The gate region of the fourth control transistor 128 is coupled to the second source / drain region of the fourth switching transistor 120 and to the fourth switching capacitor 116 . The second source / drain region of the fourth control transistor 128 is coupled to the fourth memory node 124 , which is furthermore coupled to the first source / drain region of an auxiliary transistor 129 and to the gate region of the Auxiliary transistor 129 is coupled. The second source / drain region of the auxiliary transistor 129 is coupled to the output 102 .
Die in Fig. 1A gezeigte geboostete Ladungspumpe 100 weist die Funktionalität auf, eine gegenüber der an dem ersten Eingang 101 anliegenden Eingangsspannung V0 in vier Verstärker-Stufen verstärkte Ausgangsspannung V1 an dem Ausgang 102 bereitzustellen. Diese vier Stufen sind in dem Schaltbild von Fig. 1A als erste Verstärker-Stufe 130, zweite Verstärker- Stufe 131, dritte Verstärker-Stufe 132 und vierte Verstärker- Stufe 133 schematisch dargestellt. The boosted charge pump 100 shown in FIG. 1A has the functionality to provide an output voltage V 1 amplified in four amplifier stages compared to the input voltage V 0 present at the first input 101 at the output 102 . These four stages are shown schematically in the circuit diagram of FIG. 1A as first amplifier stage 130 , second amplifier stage 131 , third amplifier stage 132 and fourth amplifier stage 133 .
Im Weiteren wird die Funktionsweise der geboosteten Ladungspumpe 100 aus Fig. 1A detailliert beschrieben. The operation of the boosted charge pump 100 from FIG. 1A is described in detail below.
In Fig. 1B ist eine Zeitachse 140 gezeigt, entlang derer die Zeitabhängigkeit der Schaltpulse n1, n2 und der Pumppulse p1, p2 gezeigt ist. In Fig. 1B, a timeline 140 is shown, along which is shown p2, the time dependence of the switching pulses n1, n2 and the pump pulses p1.
Zu einem Zeitpunkt t1, der entlang der Zeitachse 140 aus Fig. 1B veranschaulicht ist, geht der erste Pumppuls p1 von einem logischen Wert "0" auf einen logischen Wert "1", und der erste Schaltpuls n1 geht von einem logischen Wert "0" auf einen logischen Wert "1". Indem der erste Pumppuls p1 auf einen logischen Wert "1" geht, wird der erste Speicher-Knoten 121 über den ersten Pump-Kondensator 109 auf ein erhöhtes elektrisches Potential gebracht, und der erste Schalt- Transistor 117 wird leitend. Da der erste Schalt-Transistor 117 leitend ist, ist ein elektrischer Stromfluss zwischen dem ersten Source-/Drain-Bereich des ersten Schalt-Transistors 117 und dem zweiten Source-/Drain-Bereich des ersten Schalt- Transistors 117 ermöglicht, so dass der Gate-Bereich des ersten Steuer-Transistors 125 auf dem Potential V0 ist. Daher sind sowohl der erste Source-/Drain-Bereich als auch der Gate-Bereich des ersten Steuer-Transistors 125 auf einem elektrischen Potential V0. Der an dem ersten Speicher-Knoten 121 anliegende erste Pumppuls p1 bewirkt daher, dass ein elektrischer Stromfluss zwischen dem ersten Source-/Drain- Bereich des ersten Steuer-Transistors 125 und dem zweiten Source-/Drain-Bereich des ersten Steuer-Transistors 125, d. h. gemäß der Darstellung von Fig. 1A von links nach rechts, ermöglicht ist. Mit anderen Worten fungiert der erste Steuer- Transistor 125 als Diode, der lediglich einen Stromfluss von dem ersten Eingang 101 hin zu dem ersten Speicher-Knoten 121 ermöglicht, wohingegen ein elektrischer Stromfluss von dem ersten Speicher-Knoten 121 hin zu dem ersten Eingang 101 nicht ermöglicht ist. Daher befindet sich der erste Speicher- Knoten 121 auf einem elektrischen Potential von annähernd V0. Während des Ladungsaustausches entlang des leitenden Kanals des ersten Steuer-Transistors 125 ist auch der erste Schaltpuls n1 auf einem logischen Wert "1", so dass das elektrische Potential des Gate-Bereichs des ersten Steuer- Transistors 125 gegenüber dem elektrischen Potential V0 erhöht ist. Dadurch ist der elektrische Widerstand bei einem zwischen dem ersten Source-/Drain-Bereich und dem zweiten Source-/Drain-Bereich des ersten Steuer-Transistors 125 fließenden elektrischen Strom herabgesetzt, so dass die an dem ersten Steuer-Transistor 125 abfallende Spannung reduziert ist. Mit anderen Worten wird die Gate-Spannung des ersten Steuer-Transistors 125 mittels des ersten Schaltpulses n1 erhöht und dadurch der Spannungsabfall an dem ersten Steuer-Transistor 125 verringert. Daher wird der erste Speicher-Knoten 121 annähernd auf das elektrische Potential V0 gebracht, wenn die an dem ersten Steuer-Transistor 125 abfallende Spannung vernachlässigbar klein ist. At a time t 1 , which is illustrated along the time axis 140 from FIG. 1B, the first pump pulse p1 goes from a logic value "0" to a logic value "1", and the first switching pulse n1 goes from a logic value "0 "to a logical value" 1 ". Since the first pump pulse p1 goes to a logic value "1", the first storage node 121 is brought to an increased electrical potential via the first pump capacitor 109 , and the first switching transistor 117 becomes conductive. Since the first switching transistor 117 is conductive, an electrical current flow between the first source / drain region of the first switching transistor 117 and the second source / drain region of the first switching transistor 117 is made possible, so that the gate Region of the first control transistor 125 is at the potential V 0 . Therefore, both the first source / drain region and the gate region of the first control transistor 125 are at an electrical potential V 0 . The first pump pulse p1 applied to the first storage node 121 therefore causes an electrical current to flow between the first source / drain region of the first control transistor 125 and the second source / drain region of the first control transistor 125 . ie according to the illustration of FIG. 1A is from left to right, possible. In other words, the first control transistor 125 functions as a diode, which only allows a current to flow from the first input 101 to the first storage node 121 , whereas an electrical current flow from the first storage node 121 to the first input 101 does not is possible. Therefore, the first storage node 121 is at an electrical potential of approximately V 0 . During the charge exchange along the conductive channel of the first control transistor 125 , the first switching pulse n1 is also at a logic value "1", so that the electrical potential of the gate region of the first control transistor 125 is increased compared to the electrical potential V 0 , As a result, the electrical resistance in the case of an electrical current flowing between the first source / drain region and the second source / drain region of the first control transistor 125 is reduced, so that the voltage drop across the first control transistor 125 is reduced , In other words, the gate voltage of the first control transistor 125 is increased by means of the first switching pulse n1 and thereby reducing the voltage drop at the first control transistor 125th Therefore, the first storage node 121 is brought approximately to the electrical potential V 0 when the voltage drop across the first control transistor 125 is negligibly small.
Zu dem in Fig. 1B gezeigten Zeitpunkt t2 wird der Schaltpuls n1 von einem logischen Wert "1" auf einen logischen Wert "0" gebracht, wohingegen der erste Pumppuls p1 auf dem logischen Wert "1" verbleibt und daher der erste Pump-Kondensator 109 geladen bleibt. At time t 2 shown in FIG. 1B, the switching pulse n1 is brought from a logic value "1" to a logic value "0", whereas the first pump pulse p1 remains at the logic value "1" and therefore the first pump capacitor 109 remains charged.
Der auf dem logischen Wert "1" liegende Pumppuls p1 bewirkt, dass das elektrische Potential an dem ersten Speicher-Knoten 121 auf einen Wert gebracht ist, der höher ist als der Wert V0. Da der wie eine Diode wirkende erste Steuer-Transistor 125 einen Stromfluss von gemäß Fig. 1A links nach rechts nicht ermöglicht, fließt die zusätzlich auf den ersten Speicher- Knoten 121 aufgebrachte elektrische Ladung nicht über den ersten Steuer-Transistor 125 ab. Mit anderen Worten ist am Ende der ersten Verstärker-Stufe 130 der geboosteten Ladungspumpe 100 das elektrische Potential an dem ersten Speicher-Knoten 121 gegenüber dem an dem Eingang 101 angelegten elektrischen Potential V0 erhöht. The pump pulse p1 lying at the logic value "1" has the effect that the electrical potential at the first storage node 121 is brought to a value which is higher than the value V 0 . Since the first control transistor 125, which acts like a diode, does not allow a current to flow from left to right in accordance with FIG. 1A, the electrical charge additionally applied to the first storage node 121 does not flow out via the first control transistor 125 . In other words, at the end of the first amplifier stage 130 of the boosted charge pump 100, the electrical potential at the first storage node 121 is increased compared to the electrical potential V 0 applied at the input 101 .
Die Funktionalität der zweiten Verstärker-Stufe 131, der dritten Verstärker-Stufe 132 und der vierten Verstärker-Stufe 133 der geboosteten Ladungspumpe 100 entspricht der Funktionalität der ersten Verstärker-Stufe 130. Mit anderen Worten wird sukzessive von Verstärker-Stufe zu Verstärker- Stufe die an dem jeweiligen elektrischen Speicher-Knoten 121, 122, 123, 124 anliegende elektrische Spannung erhöht, so dass die an dem Ausgang 102 bereitgestellte elektrische Spannung V1 gegenüber der an dem ersten Eingang bereitgestellten Spannung V0 mehrstufig erhöht ist. Um das elektrische Potential gemäß Fig. 1A von links nach rechts anschaulich zu verschieben und sukzessive zu erhöhen, werden die Pump- Kondensatoren 109, 110, 111, 112 periodisch ge- und entladen, wie dies an der Zeitabhängigkeit der Pulse aus Fig. 1B ersichtlich ist. The functionality of the second amplifier stage 131 , the third amplifier stage 132 and the fourth amplifier stage 133 of the boosted charge pump 100 corresponds to the functionality of the first amplifier stage 130 . In other words, the electrical voltage present at the respective electrical storage node 121 , 122 , 123 , 124 is successively increased from amplifier stage to amplifier stage, so that the electrical voltage V 1 provided at the output 102 compared to that at the first Input provided voltage V 0 is increased in several stages. In order to clearly shift the electrical potential according to FIG. 1A from left to right and to increase it successively, the pump capacitors 109 , 110 , 111 , 112 are periodically charged and discharged, as can be seen from the time dependence of the pulses from FIG. 1B is.
Die in Fig. 1A gezeigte, geboostete Ladungspumpe 100 erzeugt eine verstärkte elektrische Spannung mit positivem Vorzeichen. Die Erzeugung einer verstärkten elektrischen Spannung mit negativem Vorzeichen ist aus dem Stand der Technik in analoger Weise bekannt. The boosted charge pump 100 shown in FIG. 1A generates a boosted electrical voltage with a positive sign. The generation of an amplified electrical voltage with a negative sign is known in an analogous manner from the prior art.
Die in Fig. 1A gezeigte geboostete Ladungspumpe 100 benötigt das aufwändige vierphasige Taktschema der Schaltpulse n1, n2 bzw. der Pumppulse p1, p2, das in Fig. 1B gezeigt ist. Zum Erzeugen dieses Taktschemas ist eine aufwändige Logikschaltung erforderlich. The boosted charge pump 100 shown in FIG. 1A requires the complex four-phase timing scheme of the switching pulses n1, n2 and the pump pulses p1, p2, which is shown in FIG. 1B. A complex logic circuit is required to generate this clock pattern.
In Fig. 2 ist ein aus dem Stand der Technik bekannter Treiber- Schaltkreis 200 zum Erzeugen eines Pumppulses p1 gezeigt. An einem Eingang 201 des Treiber-Schaltkreises 200 ist ein Taktsignal φ angelegt. Dieses durchläuft eine erste Inverter- Stufe 202 und eine zweite Inverter-Stufe 203 und gelangt dann zu einem ersten elektrischen Knoten 204. Der erste elektrische Knoten 204 ist mit dem Gate-Bereich eines p-MOS- Transistors 205 gekoppelt und ist mit dem Gate-Bereich eines n-MOS-Transistors 206 gekoppelt. Der erste Source-/Drain- Bereich des p-MOS-Transistors 205 ist auf dem elektrischen Potential einer Versorgungsspannung Vdd 207. Der zweite Source-/Drain-Bereich des p-MOS-Transistors 205 ist mit einem zweiten elektrischen Knoten 208 gekoppelt. Der zweite elektrische Knoten 208 ist mit dem ersten Source-/Drain- Bereich des n-MOS-Transistors 206 gekoppelt, dessen zweiter Source-/Drain-Bereich auf einem Masse-Potential (0 Volt) 209 ist. Ferner ist der zweite elektrische Knoten 208 mit dem in Fig. 1A gezeigten Eingangsknoten 103a gekoppelt, an dem mittels des Treiber-Schaltkreises 200 ein Pumppuls p1, wie er in Fig. 1B gezeigt ist, bereitgestellt ist. In FIG. 2 a well-known from the prior art driver circuit 200 is shown for generating a pumping pulse p1. A clock signal φ is applied to an input 201 of the driver circuit 200 . This passes through a first inverter stage 202 and a second inverter stage 203 and then arrives at a first electrical node 204 . The first electrical node 204 is coupled to the gate region of a p-MOS transistor 205 and is coupled to the gate region of an n-MOS transistor 206 . The first source / drain region of the p-MOS transistor 205 is at the electrical potential of a supply voltage V dd 207. The second source / drain region of the p-MOS transistor 205 is coupled to a second electrical node 208 . The second electrical node 208 is coupled to the first source / drain region of the n-MOS transistor 206 , the second source / drain region of which is at a ground potential (0 volt) 209 . Furthermore, the second electrical node 208 is coupled to the input node 103 a shown in FIG. 1A, at which a pump pulse p1, as shown in FIG. 1B, is provided by means of the driver circuit 200 .
Die bezugnehmend auf Fig. 1A, Fig. 1B, Fig. 2 beschriebene geboostete Ladungspumpe 100 bzw. der zum Erzeugen der dafür erforderlichen Pulse benötigte Treiber-Schaltkreis 200 weisen eine Reihe von Nachteilen auf. Die Logik zum Erzeugen der Pumppulse bzw. des vierphasigen Taktschemas ist sehr aufwändig. Ferner weist die Ladungspumpe 100 in Kombination mit dem Treiber-Schaltkreis 200 einen relativ geringen Wirkungsgrad auf. Die Wirkungsgrade von aus dem Stand der Technik bekannten, von einem Treiber-Schaltkreis angetriebenen Ladungspumpen liegt, bei Berücksichtigung der Verluste zur Takterzeugung und des Treiber-Schaltkreises bei ungefähr 45%. Da beispielsweise bei Flash-EEPROMs ungefähr 30% bis 40% der Leistung für die Erzeugung von gegenüber der Versorgungsspannung erhöhten elektrischen Spannungen verbraucht werden, wirkt sich ein schlechter Wirkungsgrad der Ladungspumpen und der damit gekoppelten Schaltkreise negativ auf den gesamten erforderlichen Energieverbrauch des Chips aus. Dies ist besonders bei batteriebetriebenen Geräten nachteilhaft. The reference to Fig. 1A, Fig. 1B, Fig. 2 described boosted charge pump 100 and the space required to generate the requisite pulse driver circuit 200 have a number of disadvantages. The logic for generating the pump pulses or the four-phase clock scheme is very complex. Furthermore, the charge pump 100 in combination with the driver circuit 200 has a relatively low efficiency. The efficiency of charge pumps known from the prior art, driven by a driver circuit, is approximately 45%, taking into account the losses for clock generation and the driver circuit. For example, since approximately 30% to 40% of the power is used to generate electrical voltages which are higher than the supply voltage in the case of flash EEPROMs, poor efficiency of the charge pumps and the circuits connected to them has a negative effect on the overall required energy consumption of the chip. This is particularly disadvantageous for battery-operated devices.
Die Verluste einer geboosteten Ladungspumpe 100 samt Treiber- Schaltkreis 200 setzen sich zusammen aus den Verlusten der Takterzeugung, des Treiber-Schaltkreises 200 und der geboosteten Ladungspumpe 100. Dominierend sind häufig die Verluste des Treiber-Schaltkreises 200, da in diesem große Transistoren mit hohen Kapazitäten vorhanden sind. Diese Kapazitäten müssen periodisch ge- und entladen werden. The losses of a boosted charge pump 100 together with the driver circuit 200 are made up of the losses of the clock generation, the driver circuit 200 and the boosted charge pump 100 . The losses of the driver circuit 200 are often dominant, since large transistors with high capacitances are present therein. These capacities have to be loaded and unloaded periodically.
Um den Wirkungsgrad einer mit einem Treiber-Schaltkreis angetriebenen geboosteten Ladungspumpe zu erhöhen, ist in [7] das sogenannte Charge-Sharing Konzept beschrieben. Dieses Konzept wird beispielhaft anhand Fig. 1B beschrieben. Der in Fig. 1B gezeigte Zeitpunkt t3 entspricht einem Szenario, bei dem der erste Pump-Kondensator 109 entladen wird (p1 geht von einem logischen Wert "1" auf einen logischen Wert "0"), wohingegen der zweite Pump-Kondensator 110 geladen wird (p2 geht von einem logischen Wert "0" auf einen logischen Wert "1"). Gemäß dem Prinzip des Charge-Sharing zwischen den Pump- Kondensatoren 109 und 110 wird der noch geladene erste Pump- Kondensator 109 nicht wie beim oben beschriebenen Pumpenprinzip gegen Masse-Potential entladen, sondern die darauf gespeicherte Ladung wird über ein Schaltelement auf den zweiten Pump-Kondensator 110 gebracht. War zuvor der erste Pump-Kondensator 109 auf einem elektrischen Potential Vdd und der zweite Pump-Kondensator 110 auf einem elektrischen Potential 0 Volt, so sind nach der Kopplung der beiden Kondensatoren beide auf dem Potential der halben Versorgungsspannung Vdd/2. Daher ist der zweite Pump- Kondensator 110 nur noch von Vdd/2 auf Vdd aufzuladen, wodurch ein Teil der zum Aufladen erforderlichen elektrischen Energie eingespart ist. In order to increase the efficiency of a boosted charge pump driven by a driver circuit, the so-called charge sharing concept is described in [7]. This concept is described by way of example with reference to FIG. 1B. The time t 3 shown in FIG. 1B corresponds to a scenario in which the first pump capacitor 109 is discharged (p1 goes from a logic value "1" to a logic value "0"), whereas the second pump capacitor 110 is charged becomes (p2 goes from a logic value "0" to a logic value "1"). According to the principle of charge sharing between the pump capacitors 109 and 110 , the first pump capacitor 109 which is still charged is not discharged against ground potential as in the pump principle described above, but the charge stored thereon is transferred to the second pump via a switching element. Brought capacitor 110 . If the first pump capacitor 109 was previously at an electrical potential V dd and the second pump capacitor 110 was at an electrical potential 0 volts, then after the coupling of the two capacitors, both are at the potential of half the supply voltage V dd / 2. Therefore, the second pump capacitor 110 can only be charged from V dd / 2 to V dd , which saves part of the electrical energy required for charging.
Allerdings benötigt das in [7] beschriebene Konzept des Charge-Sharing ein sehr aufwändiges Taktschema, und die Hälfte der auf dem ersten Pump-Kondensator 109 gespeicherten elektrischen Energie geht verloren. Daher ist der Wirkungsgrad einer nach dem Charge-Sharing Prinzip arbeitenden geboosteten Ladungspumpe mit Treiber-Schaltkreis nicht ausreichend hoch. However, the concept of charge sharing described in [7] requires a very complex timing scheme, and half of the electrical energy stored on the first pump capacitor 109 is lost. Therefore, the efficiency of a boosted charge pump with driver circuit that works according to the charge sharing principle is not sufficiently high.
Aus [8] ist eine verbesserte, auf dem Prinzip des Charge- Sharing beruhende Ladungspumpe bekannt. Das darin beschriebene Konzept beruht darauf, die Idee des Charge- Sharing mit einem zweistufigen Aufladen der Pump- Kondensatoren zu verbinden. Erhöht man die an einem Pump- Kondensator anzulegende elektrische Spannung Vdd ausgehend von einem Wert 0 Volt zweistufig, d. h. beispielsweise von 0 Volt auf Vdd/2 und dann von Vdd/2 auf Vdd, so ist die hierfür erforderliche elektrische Energie geringer als bei einem einstufigen Anheben des elektrischen Potentials von 0 Volt auf ein Potential Vdd. Ferner zielt das in [8] beschriebene Konzept darauf ab, den störenden Einfluss parasitärer Strompeaks, wie sie während des Pumpens auftreten können, zu vermindern. An improved charge pump based on the principle of charge sharing is known from [8]. The concept described therein is based on combining the idea of charge sharing with a two-stage charging of the pump capacitors. If the electrical voltage V dd to be applied to a pump capacitor is increased in two stages starting from a value of 0 volt, ie for example from 0 volt to V dd / 2 and then from V dd / 2 to V dd , the electrical energy required for this is lower than with a one-step raising of the electrical potential from 0 volts to a potential V dd . Furthermore, the concept described in [8] aims to reduce the disturbing influence of parasitic current peaks, which can occur during pumping.
Allerdings weist auch die in [8] beschriebene Ladungspumpe eine Reihe von Nachteilen auf. So geht auch hier ein Teil der auf einem gemäß dem Charge-Sharing Prinzip mit dem zweiten Pump-Kondensator koppelbaren ersten Pump-Kondensator gespeicherten Ladungsmenge verloren. Außerdem ist das beschriebene Konzept relativ aufwändig. However, the charge pump described in [8] also shows a number of disadvantages. So here too part of the on one according to the charge sharing principle with the second Pump capacitor connectable first pump capacitor stored charge amount lost. Besides, that is described concept is relatively complex.
Neben dem beschriebenen Nachteil, dass gemäß dem Charge- Sharing Konzept höchstens 50% der Energie auf einem geladenen Knoten wiederverwertet werden kann, ermöglicht das Charge- Sharing Konzept lediglich eine Erhöhung des Wirkungsgrades hinsichtlich der Ladungspumpe selbst. Verluste bei der Takterzeugung und der Treiber-Schaltungen bleiben bestehen und können gemäß dem Charge-Sharing Konzept nicht verringert werden. In addition to the disadvantage described that according to the batch Sharing concept at most 50% of the energy on a charged Node can be recycled, the batch Sharing concept just an increase in efficiency with regard to the charge pump itself. Losses in the Clock generation and the driver circuits remain and cannot be reduced according to the charge sharing concept become.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Schaltkreis- Anordnung zum Erzeugen einer gegenüber einer Eingangsspannung erhöhten Ausgangsspannung bereitzustellen, die einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Wirkungsgrad aufweist. The invention is based on the problem of a circuit Arrangement for generating a versus an input voltage provide increased output voltage that a improved efficiency compared to the prior art having.
Das Problem wird durch eine Schaltkreis-Anordnung und eine kontaktlose Chipkarte mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. The problem is compounded by a circuit arrangement and a contactless chip card with the features according to independent claims solved.
Die Schaltkreis-Anordnung der Erfindung weist einen ersten Ladungspumpe-Schaltkreis mit einem Eingang, an den eine Eingangsspannung anlegbar ist, mit einem Ausgang, an dem eine gegenüber einer angelegten Eingangsspannung erhöhte Ausgangsspannung bereitgestellt ist, eine mit dem Eingang gekoppelte erste Verstärker-Stufe mit einem ersten Pump- Knoten und eine mit dem Ausgang gekoppelte zweite Verstärker- Stufe mit einem zweiten Pump-Knoten auf. Ferner weist die Schaltkreis-Anordnung einen Ladungsreservoir-Schaltkreis auf mit einem ersten Kopplungs-Knoten, der mit dem ersten Pump- Knoten gekoppelt ist und mit einem zweiten Kopplungs-Knoten, der mit dem zweiten Pump-Knoten gekoppelt ist. Der Ladungsreservoir-Schaltkreis ist derart eingerichtet, dass er in einem ersten Betriebszustand überschüssige Ladungsträger von dem ersten Pump-Knoten zwischenspeichert und diese dem zweiten Pump-Knoten bereitstellt und in einem zweiten Betriebszustand überschüssige Ladungsträger von dem zweiten Pump-Knoten zwischenspeichert und diese dem ersten Pump- Knoten bereitstellt. The circuit arrangement of the invention has a first one Charge pump circuit with one input to one Input voltage can be applied, with an output at which a increased compared to an applied input voltage Output voltage is provided, one with the input coupled first amplifier stage with a first pump Node and a second amplifier coupled to the output Level up with a second pump node. Furthermore, the Circuit arrangement on a charge reservoir circuit with a first coupling node that is connected to the first pump Is coupled and with a second coupling node, which is coupled to the second pump node. The Charge reservoir circuitry is arranged to be excess charge carriers in a first operating state buffered by the first pump node and this the provides second pump node and in a second Operating state excess charge carriers from the second Pump nodes temporarily stored and this the first pump Provides nodes.
Mit der beschriebenen Schaltkreis-Anordnung ist es möglich, grundsätzlich die gesamte auf einem Knoten zwischengespeicherte elektrische Energie wiederzuverwerten. Anschaulich wird ein auf dem ersten Ladungspumpe-Schaltkreis angeordneter elektrischer Knoten mit einer darauf befindlichen elektrischen Ladung nicht gegen Masse entladen, sondern diese elektrische Ladung wird über die Kopplungs- Knoten des Ladungsreservoirs-Schaltkreises diesem bereitgestellt, wobei der Ladungsreservoir-Schaltkreis diese Ladung einem anderen Knoten des Ladungspumpe-Schaltkreises bereitstellt. Dadurch ist die von der Schaltkreis-Anordnung erzeugte Abwärme verringert und der Wirkungsgrad erhöht. Indem der Energiebedarf der Schaltkreis-Anordnung verringert ist sind Probleme vermieden, die aus der Abwärme eines Schaltkreises resultieren. So ist beispielsweise eine Flüssiggaskühlung von Supercomputern entbehrlich oder weniger aufwändig ausführbar, wenn die anfallende Abwärme reduziert ist. With the circuit arrangement described, it is possible to basically the whole on one knot recycle cached electrical energy. An illustration on the first charge pump circuit arranged electrical node with one on it electrical charge present is not discharged to ground, but this electrical charge is transferred via the coupling Charge reservoir circuit knot this provided, the charge reservoir circuit these Charge another node of the charge pump circuit provides. This is the circuit arrangement generated waste heat is reduced and the efficiency is increased. By reducing the energy consumption of the circuit arrangement problems are avoided that result from the waste heat of a Circuit result. For example, one Liquid gas cooling of supercomputers can be dispensed with or less elaborate if the waste heat is reduced is.
Ein Aspekt der Erfindung kann anschaulich darin gesehen werden, dass der gemäß dem Stand der Technik erforderliche aufwändige Treiber-Schaltkreis, der, wie oben beschrieben, häufig einen geringen Wirkungsgrad aufweist und einen hohen schaltungstechnischen Aufwand erfordert, durch einen einfachen und wenig aufwändigen Resonanzkreis (Ladungsreservoir-Schaltkreis) ersetzt ist, der die gesamte in einem elektrischen Schaltkreis befindliche elektrische Energie nicht gegenüber ein Masse-Potential abführt, sondern anderen Knoten, die aufzuladen sind, bereitstellt. One aspect of the invention can be clearly seen therein be that required by the prior art complex driver circuit which, as described above, often has low efficiency and high circuitry required by a simple and inexpensive resonance circuit (Charge reservoir circuit) which is the entire electrical in an electrical circuit Energy does not dissipate towards a mass potential, but rather other nodes to be charged.
Ferner sind erfindungsgemäß sämtliche Knoten der Schaltkreis- Anordnung in dem Wiederverwertungsprozess der auf den Knoten gespeicherten elektrischen Ladungsträger miteinbezogen, insbesondere ist der Ladungsreservoir-Schaltkreis in den Wiederverwertungsprozess miteinbezogen. Furthermore, according to the invention, all nodes of the circuit Arrangement in the recycling process on the nodes stored electrical charge carriers included, in particular, the charge reservoir circuit is in the Recycling process included.
Folglich ist mit der erfindungsgemäßen Schaltkreis-Anordnung, die das Erzeugen einer an einem Ausgang bereitgestellten, gegenüber einer an einem Eingang anliegenden Eingangsspannung erhöhten Ausgangsspannung ermöglicht, der Wirkungsgrad erhöht. Daher ist bei einer festen Anzahl von Verstärker- Stufen eine höhere Ausgangsspannung erreichbar bzw. eine feste Ausgangsspannung mit einer geringeren Anzahl von Verstärker-Stufen erreichbar. Consequently, with the circuit arrangement according to the invention, which provide the generation of an output compared to an input voltage present at an input increased output voltage enables efficiency elevated. Therefore, with a fixed number of amplifier A higher output voltage can be reached or one fixed output voltage with a smaller number of Amplifier levels attainable.
Anschaulich besteht eine Grundidee der Erfindung darin, die auf geladenen Schaltungsknoten enthaltene Energie bei Entladen des Knotens nicht zu dissipieren, sondern mit Hilfe des Ladungsreservoir-Schaltkreises (in der Literatur auch "Power-Clock" genannt) zwischenzuspeichern und beim nächsten Taktzyklus auf die entsprechenden Knoten der nächsten Stufe zu verlagern. Clearly, a basic idea of the invention is that energy contained on charged circuit nodes Unload the node not to dissipate, but with help the charge reservoir circuit (also in the literature "Power-Clock") and store it next Clock cycle to the corresponding nodes of the next level to relocate.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die erste Verstärker-Stufe ferner einen ersten Schalt-Knoten auf, der mit dem zweiten Kopplungs-Knoten gekoppelt ist, und weist die zweite Verstärker-Stufe einen zweiten Schalt-Knoten auf, der mit dem ersten Kopplungs-Knoten gekoppelt ist. Der Ladungsreservoir-Schaltkreis ist derart eingerichtet, dass er in dem ersten Betriebszustand überschüssige Ladungsträger von dem zweiten Schalt-Knoten zwischenspeichert und diese dem ersten Schalt-Knoten bzw. dem zweiten Pump-Knoten bereitstellt. Ferner ist der Ladungsreservoir-Schaltkreis gemäß der beschriebenen Weiterbildung derart eingerichtet, dass er in dem zweiten Betriebszustand überschüssige Ladungsträger von dem ersten Schalt-Knoten zwischenspeichert und diese dem zweiten Schalt-Knoten bzw. dem ersten Pump- Knoten bereitstellt. According to an advantageous development of the invention the first amplifier stage further comprises a first switching node which is coupled to the second coupling node, and the second amplifier stage has a second switching node on, which is coupled to the first coupling node. The Charge reservoir circuitry is arranged to be in the first operating state excess charge carriers from caches the second switching node and this the first switching node or the second pump node provides. Furthermore, the charge reservoir circuit set up in accordance with the further training described, that he has excess in the second operating state Charge carriers from the first switching node are temporarily stored and this to the second switching node or the first pumping Provides nodes.
Mit anderen Worten ist es erfindungsgemäß realisiert, auch gegenüber einfachen Ausführungen von Ladungspumpen verbesserte, eine Vielzahl von Knoten für anzulegende Pulse aufweisende Ladungspumpen (wie die in Fig. 1A gezeigte geboostete Ladungspumpe 100, die abgesehen von dem zweiten und dritten Eingang 103, 104 weitere Eingänge 105, 106, 107, 108 aufweist) zu verwenden. Auch die dadurch zusätzlich auftretenden Knoten des Ladungspumpe-Schaltkreises sind in das Konzept der Erfindung miteinbezogen, so dass auch darauf befindliche elektrische Ladungsträger, die üblicherweise gegen Masse entladen werden, in dem Ladungsreservoir- Schaltkreis zwischengespeichert und an anderer Stelle der Schaltkreis-Anordnung bereitgestellt werden. Dadurch ist der Wirkungsgrad weiter erhöht. In other words, it is realized according to the invention, even compared to simple designs of charge pumps, improved charge pumps having a large number of nodes for pulses to be applied (such as the boosted charge pump 100 shown in FIG. 1A, which apart from the second and third inputs 103 , 104 have further inputs 105 , 106 , 107 , 108 ) to be used. The nodes of the charge pump circuit additionally occurring as a result are also included in the concept of the invention, so that electrical charge carriers located thereon, which are usually discharged to ground, are temporarily stored in the charge reservoir circuit and made available elsewhere in the circuit arrangement. This further increases the efficiency.
Ferner kann der erste Ladungspumpe-Schaltkreis eine zwischen der zweiten Verstärker-Stufe und dem Ausgang angeordnete weitere erste Verstärker-Stufe mit einem weiteren ersten Pump-Knoten aufweisen, die mit der zweiten Verstärker-Stufe und dem Ausgang gekoppelt ist, und deren weiterer erster Pump-Knoten mit dem ersten Kopplungs-Knoten gekoppelt ist. Darüber hinaus kann die weitere erste Verstärker-Stufe ferner einen weiteren ersten Schalt-Knoten aufweisen, der mit dem zweiten Kopplungs-Knoten gekoppelt ist. Furthermore, the first charge pump circuit can be one between the second amplifier stage and the output arranged another first amplifier stage with another first Have pump nodes with the second amplifier stage and the output is coupled, and the other first Pump node is coupled to the first coupling node. In addition, the further first amplifier stage can further have a further first switching node, which with the second coupling node is coupled.
Ferner kann der erste Ladungspumpe-Schaltkreis eine zwischen der weiteren ersten Verstärker-Stufe und dem Ausgang angeordnete weitere zweite Verstärker-Stufe mit einem weiteren zweiten Pump-Knoten aufweisen, die mit der weiteren ersten Verstärker-Stufe mit dem Ausgang gekoppelt ist, und deren weiterer zweiter Pump-Knoten mit dem zweiten Kopplungs- Knoten gekoppelt ist. Vorzugsweise weist die weitere zweite Verstärker-Stufe ferner einen weiteren zweiten Schalt-Knoten auf, der mit dem ersten Kopplungs-Knoten gekoppelt ist. Furthermore, the first charge pump circuit can be one between the further first amplifier stage and the output arranged another second amplifier stage with a have another second pump node, which with the other first amplifier stage is coupled to the output, and whose further second pump node with the second coupling Node is coupled. Preferably, the further second Amplifier stage further a further second switching node on, which is coupled to the first coupling node.
Darüber hinaus kann der erste Ladungspumpe-Schaltkreis eine oder mehrere weitere Verstärker-Stufen aufweisen, die zwischen der weiteren zweiten Verstärker-Stufe und dem Ausgang angeordnet ist/sind, wobei die weitere/n Verstärker- Stufen alternierend derart mit dem Ladungsreservoir- Schaltkreis gekoppelt ist/sind, wie entweder die erste oder die zweite Verstärker-Stufe. In addition, the first charge pump circuit can be a or have several further amplifier stages which between the further second amplifier stage and the Output is / are arranged, the further amplifier (s) Steps alternately with the charge reservoir Circuitry is / are like either the first or the second amplifier stage.
Die erfindungsgemäße Schaltkreis-Anordnung zum mehrstufigen Erhöhen einer Eingangsspannung, um eine verstärkte Ausgangsspannung zu erzeugen, kann auf eine beliebige Anzahl von Verstärker-Stufen erweitert werden. Die erfindungsgemäß realisierte Kopplung zwischen dem Ladungspumpe-Schaltkreis mit den darin befindlichen Verstärker-Stufen und dem Ladungsreservoir-Schaltkreis ist flexibel und einfach auf eine beliebige Anzahl von Verstärker-Stufen einstellbar. Insbesondere ist für alle Verstärker-Stufen nur ein einziger Ladungsreservoir-Schaltkreis erforderlich, was Einspareffekte bewirkt. The circuit arrangement according to the invention for multi-stage Increase an input voltage to an amplified one Output voltage can be generated at any number can be expanded by amplifier stages. The invention realized coupling between the charge pump circuit with the amplifier stages and the Charge reservoir circuitry is flexible and easy on any number of amplifier stages can be set. In particular, there is only one for all amplifier stages Charge reservoir circuit required, resulting in savings causes.
Die Schaltkreis-Anordnung kann einen oder mehrere zweite Ladungspumpe-Schaltkreise aufweisen, der oder die mit dem Ladungsreservoir-Schaltkreis gekoppelt ist oder sind. The circuit arrangement can have one or more second ones Charge pump circuits, the one or those with the Charge reservoir circuit is or are coupled.
Häufig werden auf einem Chip mehrere Ladungspumpen mit unterschiedlichen Ausgangsspannungen und Lasten benötigt. In diesem Fall ist es möglich, bei der erfindungsgemäßen Schaltkreis-Anordnung den Ladungsreservoir-Schaltkreis nur einmal auszubilden, und diesen mit einer Mehrzahl identischer oder unterschiedlicher Ladungspumpe-Schaltkreise mit den gewünschten Eigenschaften zu koppeln. Mit anderen Worten wird nur ein Ladungsreservoir-Schaltkreis zum Antreiben mehrerer Ladungspumpe-Schaltkreise verwendet. Da nur ein einziger Ladungsreservoir-Schaltkreis für eine derartige Anwendung erforderlich ist, ist der dafür erforderliche Flächenbedarf auf einem Chip gering. Eine derartige Schaltkreis-Anordnung ist kostengünstig und wenig aufwändig herstellbar. Often, several charge pumps are installed on one chip different output voltages and loads. In in this case it is possible with the invention Circuit arrangement the charge reservoir circuit only train once, and this with a plurality of identical or different charge pump circuits with the desired properties to couple. In other words only one charge reservoir circuit to power multiple Charge pump circuits used. Since only one Charge reservoir circuit for such an application is required is the space required for this low on a chip. Such a circuit arrangement is inexpensive and inexpensive to manufacture.
Insbesondere können der erste Ladungspumpe-Schaltkreis und der zweite Ladungspumpe-Schaltkreis (bzw. eine beliebige Anzahl weiterer Ladungspumpe-Schaltkreise) eine unterschiedliche Anzahl von Verstärker-Stufen und/oder unterschiedliche Ausgangsspannungen aufweisen. In particular, the first charge pump circuit and the second charge pump circuit (or any Number of additional charge pump circuits) one different number of amplifier stages and / or have different output voltages.
Daher ist die erfindungsgemäße Schaltkreis-Anordnung flexibel auf die speziellen Bedürfnisse eines beliebigen, mit erhöhten Spannungen zu versorgenden Nutz-Schaltkreises auslegbar. The circuit arrangement according to the invention is therefore flexible to the special needs of anyone, with increased Voltages can be designed for the supply circuit to be supplied.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltkreis-Anordnung weist diese einen adiabatischen Logik-Schaltkreis auf, der über mindestens einen der Kopplungs-Knoten mit dem Ladungsreservoir- Schaltkreis gekoppelt ist. According to a further advantageous embodiment of the Circuit arrangement according to the invention has one adiabatic logic circuit based on at least one of the coupling nodes with the charge reservoir Circuit is coupled.
Der Einsatz der erfindungsgemäßen Schaltkreis-Anordnung ist besonders vorteilhaft bei integrierten Schaltkreisen, die mit resonanter Energie arbeiten. Ein adiabatischer Logik- Schaltkreis, wie er beispielsweise in [3], [4], [9] vorgeschlagen ist, weist als wesentliches Element eine "Power-Clock" auf (diese entspricht der hier als Ladungsreservoir-Schaltkreis bezeichneten Einrichtung). Der für den adiabatischen Logik-Schaltkreis benötigte Ladungsreservoir-Schaltkreis kann dann für den Ladungspumpe- Schaltkreis der erfindungsgemäßen Schaltkreis-Anordnung mitbenutzt werden, was Rationalisierungseffekte bewirkt, d. h., dass bei Schaltkreisen gemäß der adiabatischen dynamischen Logik bzw. der teiladiabatischen Schaltungsarchitektur die für Logikbereiche vorhandene "Power-Clock" für die Ladungspumpen mitverwendet werden kann. The use of the circuit arrangement according to the invention is particularly advantageous for integrated circuits that use work resonant energy. An adiabatic logic Circuit, as for example in [3], [4], [9] is proposed, has an essential element "Power clock" on (this corresponds to the here as Charge reservoir circuit designated device). The needed for the adiabatic logic circuit Charge reservoir circuit can then be used for the charge pump Circuit of the circuit arrangement according to the invention be used, which effects rationalization, d. that is, for circuits according to the adiabatic dynamic logic or partially adiabatic Circuit architecture the existing for logic areas "Power clock" can be used for the charge pumps.
Vorzugsweise ist der Ladungsreservoir-Schaltkreis derart eingerichtet, dass die Signale an dem ersten und an dem zweiten Kopplungs-Knoten zwei zueinander inverse Taktsignale sind. The charge reservoir circuit is preferably such set up that the signals on the first and on the second coupling node two mutually inverse clock signals are.
Die Eingangsspannung, die an dem Eingang des Ladungspumpe- Schaltkreises anliegt, kann eine Versorgungsspannung der Schaltkreis-Anordnung sein. Vorzugsweise ist die Versorgungsspannung auch an einen Versorgungs-Eingang des Ladungsreservoir-Schaltkreises anlegbar. The input voltage that is on the input of the charge pump Circuit is present, a supply voltage of Circuit arrangement. Preferably the Supply voltage also to a supply input of the Charge reservoir circuit can be applied.
Gemäß der zuletzt beschriebenen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltkreis-Anordnung werden der Ladungspumpe-Schaltkreis und der Ladungsreservoir-Schaltkreis mit derselben Versorgungsspannung betrieben, die auf der Schaltkreis-Anordnung ohnehin bereitgestellt ist. Daher ist eine zusätzliche Spannungsquelle zum Versorgen des Ladungsreservoir-Schaltkreises bzw. zum Einkoppeln an dem Eingang des Ladungspumpe-Schaltkreises eingespart. Das Herstellen der Schaltkreis-Anordnung ist daher kostengünstig. According to the configuration of the Circuit arrangement according to the invention are the Charge pump circuit and the charge reservoir circuit operated with the same supply voltage that on the Circuit arrangement is provided anyway. thats why an additional voltage source to supply the Charge reservoir circuit or for coupling to the Charge pump circuit input saved. The Manufacturing the circuit arrangement is therefore inexpensive.
Vorzugsweise weist der Ladungsreservoir-Schaltkreis einen "Blip" Schaltkreis auf, wie er beispielsweise in [9] beschrieben ist. The charge reservoir circuit preferably has one "Blip" circuit as described, for example, in [9] is described.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Ladungspumpe- Schaltkreis ein geboosteter Ladungspumpe-Schaltkreis wie beispielsweise die in Fig. 1A gezeigte geboostete Ladungspumpe 100. According to a preferred embodiment, the charge pump circuit is a boosted charge pump circuit such as, for example, the boosted charge pump 100 shown in FIG. 1A.
Zumindest ein Teil der Elemente der Schaltkreis-Anordnung kann als integrierter Schaltkreis ausgebildet sein. At least part of the elements of the circuit arrangement can be designed as an integrated circuit.
Die Schaltkreis-Anordnung ist dann miniaturisierbar ausbildbar und mit kostengünstigen standardisierten halbleitertechnologischen Verfahren herstellbar. The circuit arrangement can then be miniaturized trainable and with inexpensive standardized Semiconductor technology processes can be produced.
Ferner ist erfindungsgemäß eine kontaktlose Chipkarte mit einer Schaltkreis-Anordnung mit den oben beschriebenen Merkmalen bereitgestellt. According to the invention, a contactless chip card is also included a circuit arrangement with those described above Features provided.
Eine kontaktlose Chipkarte ist eine Chipkarte, die über Kopplungselemente (kapazitiv bzw. induktiv) mit der Außenwelt in Verbindung steht, und bei der eine direkte mechanische Kopplung mit einem Chipkarten-Terminal entbehrlich ist. Kontaktlose Chipkarten sind auch für stark verschmutzte Umgebungen geeignet. Außerdem sind sie auch für größere Entfernungen bis zu etwa 50 cm zwischen Karte und einem Chipkarten-Terminal, der die Signale, die in die Karte einkoppelbar sind, aussendet, geeignet. In einer kontaktlosen Chipkarte sind häufig eine oder mehrere Kopplungsspulen integriert, die induktiv mit einem Chipkarten-Terminal kommunizieren. Die Versorgungsspannung einer kontaktlosen Chipkarte kann aus dem Signal des Chipkarten-Terminals gewonnen werden, insbesondere mittels induktivem Einkoppeln elektromagnetischer Wellen. Kontaktlose Chipkarten müssen nicht in einen Schlitz eingeführt werden, um gelesen werden zu können, sondern können an dem Empfänger vorbeigeführt werden oder beispielsweise innerhalb des Geldbeutels eines Benutzers befindlich gelesen werden. A contactless smart card is a smart card that is made over Coupling elements (capacitive or inductive) with the outside world communicates, and in which a direct mechanical Coupling with a chip card terminal is unnecessary. Contactless chip cards are also for heavily soiled Suitable environments. They are also for larger ones Distances up to about 50 cm between card and one Smart card terminal that receives the signals that are in the card can be coupled in, sends out, suitable. In a contactless Chip cards are often one or more coupling coils integrated inductively with a chip card terminal communicate. The supply voltage of a contactless Chip card can be from the signal of the chip card terminal be obtained, in particular by means of inductive coupling electromagnetic waves. Contactless chip cards have to not to be inserted into a slot to be read to be able to, but can be led past the recipient or, for example, within the purse of a Be read by the user.
Kontaktlose Chipkarten sind ein interessantes Anwendungsbeispiel für die erfindungsgemäße Schaltkreis- Anordnung. Bei kontaktlosen Chipkarten spielt der Leistungsverbrauch eine dominierende Rolle, da die elektrische Energie einer kontaktlosen Chipkarte induktiv von einem Chipkarten-Terminal in die kontaktlose Chipkarte eingekoppelt wird. Kontaktlose Chipkarten enthalten als Permanentspeicher häufig einen EEPROM-Speicher, der eine Reihe von Ladungspumpen benötigt. Indem die in einer Chipkarte eingespeiste Energie mittels des erfindungsgemäßen Prinzips bei Umladen elektrischer Knoten wiedergewonnen werden kann, ist das Problem der Energieversorgung einer kontaktlosen Chipkarte erfindungsgemäß vermindert. Für Ausführungsbeispiele des Ladungsreservoir-Schaltkreises kann mindestens eine Spule erforderlich sein kann. Solche Spulen können als externes Element auf der kontaktlosen Chipkarte untergebracht werden. Contactless smart cards are an interesting one Application example for the circuit Arrangement. He plays with contactless chip cards Power consumption a dominant role because the electrical energy of a contactless chip card inductively from a chip card terminal in the contactless chip card is coupled. Contactless smart cards contain as Permanent storage is often an EEPROM memory, which is a Series of charge pumps needed. By putting them in one Chip card fed energy by means of the inventive Principle recovered when reloading electrical nodes the problem of energy supply is one contactless chip card reduced according to the invention. For Embodiments of the charge reservoir circuit can at least one coil may be required. Such coils can be used as an external element on the contactless chip card be accommodated.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Weiteren näher erläutert. Embodiments of the invention are in the figures are shown and explained in more detail below.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1A einen Schaltplan einer geboosteten Ladungspumpe gemäß dem Stand der Technik, Fig. 1A is a circuit diagram of a boosted charge pump according to the prior art,
Fig. 1B Zeitverläufe von Pulsfolgen, die an die in Fig. 1A gezeigte geboostete Ladungspumpe gemäß dem Stand der Technik angelegt werden, Fig. 1B time courses of the pulse trains which are applied to the in Fig. Boosted charge pump shown 1A according to the prior art,
Fig. 2 einen Treiber-Schaltkreis für eine geboostete Ladungspumpe gemäß dem Stand der Technik, Fig. 2 shows a driver circuit for a boosted charge pump according to the prior art,
Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Schaltkreis-Anordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 3 is a schematic view of a circuit arrangement according to a first embodiment of the invention,
Fig. 4A einen detaillierten Schaltplan, der eine Schaltkreis-Anordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, FIG. 4A is a detailed circuit diagram showing a circuit arrangement according to the first embodiment of the invention,
Fig. 4B Pulsfolgen gemäß der in Fig. 4A gezeigten Schaltkreis-Anordnung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, FIG. 4B pulse sequences according to the shown in Fig. 4A circuit arrangement according to the first embodiment of the invention,
Fig. 5 einen Schaltplan einer Schaltkreis-Anordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 5 is a circuit diagram of a circuit arrangement according to a second embodiment of the invention,
Fig. 6 einen Schaltplan einer Schaltkreis-Anordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 6 is a circuit diagram of a circuit arrangement according to a third embodiment of the invention,
Fig. 7A ein Diagramm, das schematisch die Ausgangsstrom- Ausgangsspannungs-Charakteristik der erfindungsgemäßen Schaltkreis-Anordnung bzw. von Ladungspumpen gemäß dem Stand der Technik zeigt, FIG. 7A is a diagram schematically showing the output current output voltage characteristic shows the circuit arrangement of the invention or of charge pumps according to the prior art,
Fig. 7B ein Diagramm, das schematisch die Abhängigkeit des Wirkungsgrades von dem Ausgangsstrom der erfindungsgemäßen Schaltkreis-Anordnung und von Ladungspumpen gemäß dem Stand der Technik zeigt. FIG. 7B is a diagram schematically showing the dependence of the efficiency of the output current of the inventive circuit arrangement and of the charge pump according to the prior art.
Bezugnehmend auf Fig. 3 wird im Weiteren ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltkreis-Anordnung beschrieben. A first preferred exemplary embodiment of the circuit arrangement according to the invention is described below with reference to FIG. 3.
Die in Fig. 3 gezeigte Schaltkreis-Anordnung 300 weist einen Ladungspumpe-Schaltkreis 301 mit einem Eingang 302, an den eine Eingangsspannung V0 anlegbar ist, mit einem Ausgang 303, an dem eine gegenüber der angelegten Eingangsspannung V0 erhöhte Ausgangsspannung V1 > V0 bereitgestellt ist, mit einer mit dem Eingang 302 gekoppelten ersten Verstärker-Stufe 304 mit einem ersten Pump-Knoten 305 und mit einer zweiten Verstärker-Stufe 306 mit einem zweiten Pump-Knoten 307 auf. Ferner weist die Schaltkreis-Anordnung 300 einen Ladungsreservoir-Schaltkreis 308 mit einem ersten Kopplungs- Knoten 309, der mit dem ersten Pump-Knoten 305 gekoppelt ist und mit einem zweiten Kopplungs-Knoten 310, der mit dem zweiten Pump-Knoten 307 gekoppelt ist, auf. Der Ladungsreservoir-Schaltkreis 308 ist derart eingerichtet, dass er in einem ersten Betriebszustand überschüssige Ladungsträger von dem ersten Pump-Knoten 305 zwischenspeichert und diese dem zweiten Pump-Knoten 307 bereitstellt. Ferner ist der Ladungsreservoir-Schaltkreis 308 derart eingerichtet, dass er in einem zweiten Betriebszustand überschüssige Ladungsträger von dem zweiten Pump-Knoten 307 zwischenspeichert und diese dem ersten Pump-Knoten 305 bereitstellt. The circuit arrangement 300 shown in FIG. 3 has a charge pump circuit 301 with an input 302 to which an input voltage V 0 can be applied, with an output 303 at which an output voltage V 1 > V which is higher than the applied input voltage V 0 0 is provided, with a first amplifier stage 304 coupled to the input 302 with a first pump node 305 and with a second amplifier stage 306 with a second pump node 307 . Furthermore, the circuit arrangement 300 has a charge reservoir circuit 308 with a first coupling node 309 , which is coupled to the first pump node 305 and with a second coupling node 310 , which is coupled to the second pump node 307 , on. The charge reservoir circuit 308 is set up in such a way that it temporarily stores excess charge carriers from the first pump node 305 in a first operating state and makes them available to the second pump node 307 . Furthermore, the charge reservoir circuit 308 is set up in such a way that it temporarily stores excess charge carriers from the second pump node 307 in a second operating state and makes them available to the first pump node 305 .
Anschaulich wird in die Schaltkreis-Anordnung 300 über den Eingang 302 eine Eingangsspannung V0 in die erste Verstärker- Stufe 304 eingekoppelt. Über den ersten Pump-Knoten 305 der ersten Verstärker-Stufe 304, der mit dem ersten Kopplungs- Knoten 309 gekoppelt ist, wird der ersten Verstärker-Stufe 304 von dem Ladungsreservoir-Schaltkreis 308 ein elektrisches Signal bereitgestellt, durch das der erste Pump-Knoten 305 elektrisch geladen wird. Gemäß der Funktionalität einer Verstärker-Stufe eines Ladungspumpe-Schaltkreises wird am Ende der ersten Verstärker-Stufe 304 eine elektrische Spannung bereitgestellt (nicht gezeigt in Fig. 3) die gegenüber der Eingangsspannung V0 erhöht ist. Diese Spannung wird der zweiten Verstärker-Stufe 306 des Ladungspumpe- Schaltkreises 301 bereitgestellt. Über einen zweiten Pump- Knoten 307 ist die zweite Verstärker-Stufe 306 mit dem zweiten Kopplungs-Knoten 310 des Ladungsreservoir- Schaltkreises 308 gekoppelt, der über den zweiten Pump-Knoten 307 die zweite Verstärker-Stufe 306 bedarfsweise mit elektrischer Ladung versorgt. Dadurch wird eine der zweiten Verstärker-Stufe 306 von der ersten Verstärker-Stufe 304 bereitgestellte elektrische Spannung weiter erhöht. Zwei weitere Verstärker-Stufen, die in Fig. 3 nicht gezeigt sind, und die unten bezugnehmend auf Fig. 4A beschrieben werden, sorgen für eine weitere Verstärkung, sodass an dem Ausgang 303 des Ladungspumpe-Schaltkreises 301 eine elektrische Spannung V1 erhalten wird, die gegenüber der an dem Eingang 302 angelegten Eingangsspannung V0 erhöht ist. An input voltage V 0 is clearly coupled into the circuit arrangement 300 via the input 302 into the first amplifier stage 304 . Via the first pump node 305 of the first amplifier stage 304 , which is coupled to the first coupling node 309 , an electrical signal is made available to the first amplifier stage 304 by the charge reservoir circuit 308 , through which the first pump node 305 is charged electrically. According to the functionality of an amplifier stage of a charge pump circuit, an electrical voltage is provided at the end of the first amplifier stage 304 (not shown in FIG. 3), which is increased compared to the input voltage V 0 . This voltage is provided to the second amplifier stage 306 of the charge pump circuit 301 . Via a second pump node 307 , the second amplifier stage 306 is coupled to the second coupling node 310 of the charge reservoir circuit 308 , which supplies the second amplifier stage 306 with electrical charge as required via the second pump node 307 . As a result, an electrical voltage provided to the second amplifier stage 306 by the first amplifier stage 304 is further increased. Two further amplifier stages, which are not shown in FIG. 3 and which are described below with reference to FIG. 4A, provide further amplification, so that an electrical voltage V 1 is obtained at the output 303 of the charge pump circuit 301 , which is increased compared to the input voltage V 0 applied to the input 302 .
Wie oben beschrieben, ist für die Funktionalität eines Ladungspumpe-Schaltkreises wesentlich, dass die an den ersten und zweiten Pump-Knoten 305, 307 bereitgestellten Signale Pulse mit einer geeigneten Zeitabhängigkeit sind. Das Entladen des geladenen ersten Pump-Knotens 305 des Ladungspumpe-Schaltkreises 301 erfolgt erfindungsgemäß, indem der geladene erste Pump-Knoten 305 nicht gegen Masse entladen wird, sondern indem die darauf befindliche elektrische Ladung in den Ladungsreservoir-Schaltkreis 308 eingekoppelt wird und der Ladungsreservoir-Schaltkreis 308 diese Ladung bedarfsweise dem aufzuladenden zweiten Pump-Knoten 307 des Ladungspumpe-Schaltkreises 301 bereitstellt. Aufgrund der Funktionalität des Ladungsreservoir-Schaltkreises 308 wird diese elektrische Ladung über den zweiten Kopplungs-Knoten 310 dem zweiten Pump-Knoten 307 bereitgestellt, der dadurch von einem logischen Wert "0" auf einen logischen Wert "1" gebracht wird. Dadurch geht an zu entladenden Knoten befindliche elektrische Ladung und die darin enthaltene elektrische Energie nicht nutzlos verloren, sondern wird in den Ladungsreservoir-Schaltkreis 308 eingekoppelt, um von dort aus wiederverwertet zu werden. As described above, it is essential for the functionality of a charge pump circuit that the signals provided at the first and second pump nodes 305 , 307 are pulses with a suitable time dependency. According to the invention, the charged first pump node 305 of the charge pump circuit 301 is discharged in that the charged first pump node 305 is not discharged to ground, but rather by coupling the electrical charge thereon into the charge reservoir circuit 308 and the charge reservoir Circuit 308 makes this charge available to the second pump node 307 of the charge pump circuit 301 to be charged. Due to the functionality of the charge reservoir circuit 308 , this electrical charge is provided via the second coupling node 310 to the second pump node 307 , which is thereby brought from a logic value "0" to a logic value "1". As a result, the electrical charge located at the nodes to be discharged and the electrical energy contained therein are not uselessly lost, but rather are coupled into the charge reservoir circuit 308 in order to be recycled from there.
Im Weiteren wird bezugnehmend auf Fig. 4A das erste Ausführungsbeispiel im Detail beschrieben. The first exemplary embodiment is described in detail below with reference to FIG. 4A.
Wie in Fig. 4A, nicht aber in Fig. 3 gezeigt, weist der Ladungspumpe-Schaltkreis 301 eine hinter die zweite Verstärker-Stufe 306 geschaltete dritte Verstärker-Stufe 411 mit einem dritten Pump-Knoten 412 auf, die mit der zweiten Verstärker-Stufe 306 gekoppelt ist, und deren dritter Pump- Knoten 412 mit dem ersten Kopplungs-Knoten 309 gekoppelt ist. Ferner weist der Ladungspumpe-Schaltkreis 301 eine zwischen der dritten Verstärker-Stufe 412 und dem Ausgang 303 angeordnete vierte Verstärker-Stufe 413 mit einem vierten Pump-Knoten 414 auf, die mit der dritten Verstärker-Stufe 411 und dem Ausgang 303 gekoppelt ist und deren vierter Pump- Knoten 414 mit dem zweiten Kopplungs-Knoten 310 gekoppelt ist. As shown in FIG. 4A, but not in FIG. 3, the charge pump circuit 301 has a third amplifier stage 411 connected behind the second amplifier stage 306 with a third pump node 412 , that with the second amplifier stage 306 is coupled, and the third pump node 412 is coupled to the first coupling node 309 . Furthermore, the charge pump circuit 301 has a fourth amplifier stage 413 , which is arranged between the third amplifier stage 412 and the output 303 and has a fourth pump node 414 , which is coupled to the third amplifier stage 411 and the output 303 and the like fourth pump node 414 is coupled to the second coupling node 310 .
Im Weiteren wird der Aufbau des Ladungspumpe-Schaltkreises 301 detailliert beschrieben. The structure of the charge pump circuit 301 is described in detail below.
Der erste Pump-Knoten 305 der ersten Verstärker-Stufe 304 ist mit einem ersten Pump-Kondensator 415 gekoppelt. Der zweite Pump-Knoten 307 der zweiten Verstärker-Stufe 306 ist mit einem zweiten Pump-Kondensator 416 gekoppelt. Der dritte Pump-Knoten 412 der dritten Verstärker-Stufe 411 ist mit einem dritten Pump-Kondensator 417 gekoppelt, und der vierte Pump-Knoten 414 der vierten Verstärker-Stufe 413 ist mit einem vierten Pump-Kondensator 418 gekoppelt. Ferner ist der erste Pump-Kondensator 415 mit dem zweiten Source-/Drain- Bereich eines ersten Steuer-Transistors 419 gekoppelt. Der zweite Pump-Kondensator 416 ist mit dem zweiten Source-/Drain-Bereich eines zweiten Steuer-Transistors 420 gekoppelt. Der dritte Pump-Kondensator 417 ist mit dem zweiten Source- /Drain-Bereich eines dritten Steuer-Transistors 421 gekoppelt. Der vierte Pump-Kondensator 418 ist mit dem zweiten Source-/Drain-Bereich eines vierten Steuer- Transistors 422 gekoppelt. Der Eingang 302 ist mit dem ersten Source-/Drain-Bereich des ersten Steuer-Transistors 419 gekoppelt. Ferner ist der Eingang 302 mit dem Gate-Bereich des ersten Steuer-Transistors 419 gekoppelt. Ferner ist der erste Pump-Kondensator 415 mit dem ersten Source-/Drain- Bereich und mit dem Gate-Bereich des zweiten Steuer- Transistors 420 gekoppelt. Der zweite Pump-Kondensator 416 ist mit dem ersten Source-/Drain-Bereich und mit dem Gate- Bereich des dritten Steuer-Transistors 421 gekoppelt. Der dritte Pump-Kondensator 417 ist mit dem ersten Source-/Drain- Bereich und mit dem Gate-Bereich des vierten Steuer- Transistors 422 gekoppelt. Ferner ist der vierte Pump- Kondensator 418 mit dem Gate-Bereich und dem ersten Source-/Drain-Bereich eines ersten Hilfs-Transistors 423 gekoppelt. Der zweite Source-/Drain-Bereich des Hilfs-Transistors 423 ist mit dem einen Anschluss eines Hilfskondensators 424 gekoppelt, dessen anderer Anschluss geerdet ist. Ferner ist der zweite Source-/Drain-Bereich des ersten Hilfs-Transistors 423 mit dem Ausgang 303 gekoppelt, an dem die Ausgangsspannung V1 bereitgestellt ist. The first pump node 305 of the first amplifier stage 304 is coupled to a first pump capacitor 415 . The second pump node 307 of the second amplifier stage 306 is coupled to a second pump capacitor 416 . The third pump node 412 of the third amplifier stage 411 is coupled to a third pump capacitor 417 , and the fourth pump node 414 of the fourth amplifier stage 413 is coupled to a fourth pump capacitor 418 . Furthermore, the first pump capacitor 415 is coupled to the second source / drain region of a first control transistor 419 . The second pump capacitor 416 is coupled to the second source / drain region of a second control transistor 420 . The third pump capacitor 417 is coupled to the second source / drain region of a third control transistor 421 . The fourth pump capacitor 418 is coupled to the second source / drain region of a fourth control transistor 422 . The input 302 is coupled to the first source / drain region of the first control transistor 419 . Furthermore, the input 302 is coupled to the gate region of the first control transistor 419 . Furthermore, the first pump capacitor 415 is coupled to the first source / drain region and to the gate region of the second control transistor 420 . The second pump capacitor 416 is coupled to the first source / drain region and to the gate region of the third control transistor 421 . The third pump capacitor 417 is coupled to the first source / drain region and to the gate region of the fourth control transistor 422 . Furthermore, the fourth pump capacitor 418 is coupled to the gate region and the first source / drain region of a first auxiliary transistor 423 . The second source / drain region of the auxiliary transistor 423 is coupled to the one terminal of an auxiliary capacitor 424 , the other terminal of which is grounded. Furthermore, the second source / drain region of the first auxiliary transistor 423 is coupled to the output 303 , at which the output voltage V 1 is provided.
Im Weiteren wird der Aufbau des Ladungsreservoir- Schaltkreises 308 beschrieben. The structure of the charge reservoir circuit 308 is described below.
Der in Fig. 4A gezeigte Ladungsreservoir-Schaltkreis 308 weist einen sogenannten "Blip"-Schaltkreis auf, der aus [9], [10] bekannt ist. Dieser "Blip"-Schaltkreis ist dazu geeignet, an dem ersten Kopplungs-Knoten 309 die periodische Pulsfolge 460 aus Fig. 4B bereitzustellen, und an dem zweiten Kopplungs- Knoten 310 die periodische Pulsfolge 461, die zu der periodischen Pulsfolge 460 gegenläufig ist, bereitzustellen. In den Phasen, in denen die Pulsfolge 460 bzw. 461 von Null verschieden sind, ist deren Pulsform sinusartig. Der Ladungsreservoir-Schaltkreis 308, der die "Blip"-Schaltung aufweist ist derart eingerichtet, dass die Signale an dem ersten und dem zweiten Kopplungs-Knoten 309, 310 zwei zueinander im Wesentlichen inverse Taktsignale 460, 461 sind. The charge reservoir circuit 308 shown in FIG. 4A has a so-called "blip" circuit, which is known from [9], [10]. This "blip" circuit is suitable for providing the periodic pulse sequence 460 from FIG. 4B at the first coupling node 309 and the periodic pulse sequence 461 , which is opposite to the periodic pulse sequence 460 , at the second coupling node 310 , In the phases in which the pulse train 460 and 461 differ from zero, their pulse shape is sinusoidal. The charge reservoir circuit 308 , which has the “blip” circuit, is set up in such a way that the signals at the first and second coupling nodes 309 , 310 are two clock signals 460 , 461 that are essentially inverse to one another.
Der erste Kopplungs-Knoten 309 ist mit einer ersten Spule 430 gekoppelt und ist mit dem ersten Anschluss der ersten Kapazität 431 gekoppelt. Der zweite Kopplungs-Knoten 310 ist mit einer zweiten Spule 432 und mit dem zweiten Anschluss der ersten Kapazität 431 gekoppelt. An die erste Spule 430 und an die zweite Spule 432 ist über einen Versorgungs-Eingang 433 die Eingangsspannung V0 als Versorgungsspannung angelegt. Mit anderen Worten sind sowohl an dem Eingang 302 des Ladungspumpe-Schaltkreises 301 als auch an die erste und zweite Spule 430, 432 die Versorgungsspannung V0 der Schaltkreis-Anordnung 300 angelegt. Der erste Kopplungs- Knoten 309 ist ferner mit dem ersten Anschluss einer zweiten Kapazität 433 gekoppelt, deren anderer Anschluss geerdet ist. Ferner ist der zweite Kopplungs-Knoten 310 mit dem ersten Anschluss einer dritten Kapazität 434 gekoppelt, deren anderer Anschluss geerdet ist. Darüber hinaus ist der erste Kopplungs-Knoten 309 mit dem ersten Source-/Drain-Bereich eines zweiten Hilfs-Transistors 435 gekoppelt und ist mit dem Gate-Bereich eines dritten Hilfs-Transistors 436 gekoppelt. Der andere Source-/Drain-Bereich des zweiten Hilfs- Transistors 435 ist geerdet. Ferner ist der Gate-Bereich des ersten Hilfs-Transistors 435 mit dem ersten Source-/Drain- Bereich des dritten Hilfs-Transistors 436 gekoppelt, dessen zweiter Source-/Drain-Bereich geerdet ist. The first coupling node 309 is coupled to a first coil 430 and is coupled to the first connection of the first capacitance 431 . The second coupling node 310 is coupled to a second coil 432 and to the second connection of the first capacitance 431 . The input voltage V 0 is applied as a supply voltage to the first coil 430 and to the second coil 432 via a supply input 433 . In other words, the supply voltage V 0 of the circuit arrangement 300 is applied both to the input 302 of the charge pump circuit 301 and to the first and second coils 430 , 432 . The first coupling node 309 is further coupled to the first terminal of a second capacitance 433 , the other terminal of which is grounded. Furthermore, the second coupling node 310 is coupled to the first connection of a third capacitance 434 , the other connection of which is grounded. In addition, the first coupling node 309 is coupled to the first source / drain region of a second auxiliary transistor 435 and is coupled to the gate region of a third auxiliary transistor 436 . The other source / drain region of the second auxiliary transistor 435 is grounded. Furthermore, the gate region of the first auxiliary transistor 435 is coupled to the first source / drain region of the third auxiliary transistor 436 , the second source / drain region of which is grounded.
Im Weiteren wird die Funktionalität der Schaltkreis-Anordnung 300 beschrieben. The functionality of the circuit arrangement 300 is described below.
Zu einen Zeitpunkt t1 (siehe Fig. 4B) ist das erste Pulssignal 460 auf einen logischen Wert "0", d. h. auf Masse-Potential. Das erste Pulssignal 460 liegt an dem ersten Pump-Knoten 305 der ersten Verstärker-Stufe 304 des Ladungspumpe- Schaltkreises 301 an. Daher liegt das Masse-Potential an dem zweiten Source-/Drain-Anschluss (d. h. an dem gemäß Fig. 4A rechten Source-/Drain-Anschluss) des ersten Steuer- Transistors 419. Dagegen liegen der erste Source-/Drain- Bereich und der Gate-Bereich des ersten Steuer-Transistors 419 auf einem elektrischem Potential V0. Der erste Steuer- Transistor 419 nimmt infolge seiner schaltungstechnischen Konfiguration die Funktionalität einer Diode wahr, d. h., er ermöglicht einen elektrischen Stromfluss von seinem ersten Source-/Drain-Bereich zu seinem zweiten Source-/Drain- Bereich, wohingegen ein elektrischer Stromfluss in der entgegengesetzten Richtung nicht möglich ist. Dadurch ist es ermöglicht, dass der erste Hilfs-Knoten 440 auf ein elektrisches Potential von annähernd V0 gebracht ist. Es ist anzumerken, dass infolge des elektrischen Widerstands des Kanal-Bereichs des ersten Steuer-Transistors 419 ein Spannungsabfall an dem ersten Steuer-Transistor 419 auftritt, wodurch das Potential an dem ersten Hilfs-Knoten 440 etwas geringer ist als V0. At a point in time t 1 (see FIG. 4B), the first pulse signal 460 is at a logic value "0", ie at ground potential. The first pulse signal 460 is present at the first pump node 305 of the first amplifier stage 304 of the charge pump circuit 301 . The ground potential is therefore at the second source / drain connection (ie at the right source / drain connection according to FIG. 4A) of the first control transistor 419 . In contrast, the first source / drain region and the gate region of the first control transistor 419 are at an electrical potential V 0 . Due to its circuit configuration, the first control transistor 419 perceives the functionality of a diode, ie it enables an electrical current to flow from its first source / drain region to its second source / drain region, whereas an electrical current flow in the opposite Direction is not possible. This makes it possible for the first auxiliary node 440 to be brought to an electrical potential of approximately V 0 . It should be noted that due to the electrical resistance of the channel region of the first control transistor 419, a voltage drop occurs at the first control transistor 419 , whereby the potential at the first auxiliary node 440 is slightly less than V 0 .
Zu einem zweiten Zeitpunkt t2 (vergleiche Fig. 4B) ist das erste Pulssignal 460, das an dem ersten Pump-Knoten 305 angelegt ist, auf einem logischen Wert "1", so dass der erste Pump-Kondensator 415 und daher der erste Hilfs-Knoten 440 auf ein elektrisches Potential gebracht werden, das höher ist als das elektrische Potential V0. Da ein Stromfluss über den Kanal-Bereich des ersten Steuer-Transistors 419 ausgehend von seinem zweiten Source-/Drain-Bereich hin zu seinem ersten Source-/Drain-Bereich nicht ermöglicht ist, ist ein Abfließen elektrischer Ladung von dem ersten Hilfs-Knoten 440 zurück zu dem Eingang 302 vermieden. Mit anderen Worten wird, wie in Fig. 4B gezeigt, zu dem Zeitpunkt t2 das erste Pulssignal 460 auf einen logischen Wert "1" gebracht, wodurch zusätzliche elektrische Ladung auf den ersten Hilfs-Knoten 440 gebracht wird. Dadurch gerät der erste Hilfs-Knoten 440 auf ein elektrisches Potential, das höher ist als die an dem Eingang 302 anliegende Eingangsspannung V0. Dadurch ist am Ende der ersten Verstärker-Stufe 304 des Ladungspumpe-Schaltkreises 301 das elektrische Potential gegenüber der Eingangsspannung V0 erhöht. Entsprechend der beschriebenen Funktionalität wird das elektrische Potential beim Durchlaufen der zweiten Verstärker-Stufe 306 an dem zweiten Hilfs-Knoten 441, beim Durchlaufen der dritten Verstärker-Stufe 411 an dem dritten Hilfs-Knoten 442 und beim Durchlaufen der vierten Verstärker- Stufe 413 an dem vierten Hilfs-Knoten 443 von Hilfs-Knoten zu Hilfs-Knoten sukzessive erhöht. Dadurch wird, sofern der erste Hilfs-Transistor 423 leitend ist, an dem Ausgang 303 eine elektrische Spannung V1 erzeugt, die gegenüber der an dem Eingang 302 angelegten Eingangsspannung V0 erhöht ist. At a second point in time t 2 (see FIG. 4B), the first pulse signal 460 , which is applied to the first pump node 305 , is at a logic value "1", so that the first pump capacitor 415 and therefore the first auxiliary Nodes 440 are brought to an electrical potential that is higher than the electrical potential V 0 . Since current flow across the channel region of the first control transistor 419 from its second source / drain region to its first source / drain region is not possible, an electrical charge can flow away from the first auxiliary node 440 avoided back to input 302 . In other words, as shown in FIG. 4B, at time t 2, the first pulse signal 460 is brought to a logic value "1", which brings additional electrical charge to the first auxiliary node 440 . As a result, the first auxiliary node 440 reaches an electrical potential that is higher than the input voltage V 0 present at the input 302 . As a result, at the end of the first amplifier stage 304 of the charge pump circuit 301, the electrical potential is increased compared to the input voltage V 0 . In accordance with the functionality described, the electrical potential when passing through the second amplifier stage 306 at the second auxiliary node 441 , when passing through the third amplifier stage 411 at the third auxiliary node 442 and when passing through the fourth amplifier stage 413 at that fourth auxiliary node 443 successively increased from auxiliary node to auxiliary node. Provided that the first auxiliary transistor 423 is conductive, an electrical voltage V 1 is generated at the output 303 which is higher than the input voltage V 0 applied to the input 302 .
Die Funktionalität des in Fig. 4A gezeigten Ladungsreservoir- Schaltkreises 308 besteht darin, elektrische Ladung von mit einem der Kopplungs-Knoten 309 bzw. 310 gekoppelten geladenen Pump-Knoten 305 und 412 bzw. 307 und 414 aufzunehmen und diese elektrische Ladung über den jeweils anderen Kopplungs- Knoten 310 bzw. 309 anderen Pump-Knoten 307 und 414 bzw. 305 und 412 bereitzustellen. The functionality of the charge reservoir circuit 308 shown in FIG. 4A is to receive electrical charge from charged pump nodes 305 and 412 or 307 and 414 coupled to one of the coupling nodes 309 and 310, respectively, and this electrical charge over the other To provide coupling nodes 310 and 309 to other pump nodes 307 and 414 and 305 and 412, respectively.
Im Weiteren wird beispielhaft der Zeitpunkt t2 aus Fig. 4B betrachtet. Zu diesen Zeitpunkt ist das erste Pulssignal 460 auf dem maximalen elektrischen Potential, so dass der erste Kopplungs-Knoten 309 entsprechend der in Fig. 4A gezeigten Kopplung den ersten Pump-Knoten 305 und den dritten Pump- Knoten 412 mit elektrischer Ladung versorgt. Wie in Fig. 4B gezeigt, soll nach dem Zeitpunkt t2 das elektrische Potential des ersten Pulssignals 460 abgebaut werden, und das elektrische Potential des zweiten Pulssignals 461 erhöht werden. Dazu ist dem zweiten Kopplungs-Knoten 310, an dem das zweite Pulssignal 461 anliegt, elektrische Ladung bereitzustellen. Daher wird die auf dem ersten Pump-Knoten 305 und auf dritten Pump-Knoten 412 anliegende elektrische Ladung über den ersten Kopplungs-Knoten 309 in den Ladungsreservoir-Schaltkreis 308 eingekoppelt. Anschaulich wird die damit verbundene elektrische Energie in den Resonanz-Schaltkreis aus Spulen und Kondensatoren zwischengespeichert. In the following, the time t 2 from FIG. 4B is considered as an example. At this time, the first pulse signal 460 is at the maximum electrical potential, so that the first coupling node 309 supplies the first pumping node 305 and the third pumping node 412 with electrical charge in accordance with the coupling shown in FIG. 4A. As shown in FIG. 4B, the electrical potential of the first pulse signal 460 is to be reduced after the time t 2 and the electrical potential of the second pulse signal 461 is to be increased. For this purpose, the second coupling node 310 , to which the second pulse signal 461 is applied, must be provided with electrical charge. The electrical charge present on the first pump node 305 and on the third pump node 412 is therefore coupled into the charge reservoir circuit 308 via the first coupling node 309 . The associated electrical energy is clearly stored in the resonance circuit consisting of coils and capacitors.
Gemäß der Funktionalität des Ladungsreservoir-Schaltkreises 308, der im Wesentlichen als "Blip"-Schaltkreis ausgebildet ist, wird diese elektrische Ladung ab einem Zeitpunkt t3 über den zweiten Kopplungs-Knoten 310 dem zweiten Pump-Knoten 307 und dem vierten Pump-Knoten 414 bereitgestellt. Dadurch erhöht sich ab dem Zeitpunkt t3 das elektrische Potential an dem zweiten Kopplungs-Knoten 310 sukzessive, bis es zu dem in Fig. 4B gezeigten Zeitpunkt t4 den maximalen Wert erreicht. According to the functionality of the charge reservoir circuit 308 , which is essentially designed as a “blip” circuit, this electrical charge is applied to the second pump node 307 and the fourth pump node 414 via the second coupling node 310 from a time t 3 provided. As a result, the electrical potential at the second coupling node 310 increases successively from the time t 3 until it reaches the maximum value at the time t 4 shown in FIG. 4B.
Mit anderen Worten ist der Ladungsreservoir-Schaltkreis 308 dazu geeignet, zwei nur leicht überlappende, im Wesentlichen sinusförmige Taktsignale (vergleiche Fig. 4B) zu erzeugen, so dass es ermöglicht ist, dadurch den Ladungspumpe-Schaltkreis 301 direkt zu treiben. Dadurch wird im Idealfall die gesamte auf den Knoten gespeicherte Ladung wiederverwendet. Bei dieser Betrachtung sind die in jeden Schaltkreis unvermeidlich auftretenden Verluste, beispielsweise ohmsche Verluste, vernachlässigt. In other words, the charge reservoir circuit 308 is suitable for generating two only slightly overlapping, substantially sinusoidal clock signals (see FIG. 4B), so that it is possible to drive the charge pump circuit 301 directly as a result. Ideally, all of the charge stored on the nodes is reused. In this view, the losses that occur inevitably in each circuit, for example ohmic losses, are neglected.
Bei dem vereinfachten Ladungspumpe-Schaltkreis 301 aus Fig. 4A geht bei jeder Verstärker-Stufe die an dem jeweiligen Steuer- Transistor abfallende Spannung verloren. Diese Verluste lassen sich weiter verringern, wenn man das Prinzip der geboosteten Ladungspumpe (vergleiche Fig. 1A) in die erfindungsgemäße Schaltkreis-Anordnung integriert. Ein entsprechendes zweites Ausführungsbeispiel ist in Fig. 5 gezeigt und wird im Weiteren erläutert. In the simplified charge pump circuit 301 from FIG. 4A, the voltage drop across the respective control transistor is lost at each amplifier stage. These losses can be reduced further if the principle of the boosted charge pump (cf. FIG. 1A) is integrated into the circuit arrangement according to the invention. A corresponding second exemplary embodiment is shown in FIG. 5 and is explained below.
Die Schaltkreis-Anordnung 500 weist eine geboostete Ladungspumpe 501 als Ladungspumpe-Schaltkreis auf. Die geboostete Ladungspumpe 501 hat einen Eingang 502, an den eine Eingangsspannung V0 angelegt ist und hat einen Ausgang 503, an dem eine gegenüber der angelegten Eingangsspannung 502 erhöhte Ausgangsspannung V1 bereitgestellt ist. Ferner hat die geboostete Ladungspumpe 501 eine mit dem Eingang 502 gekoppelte erste Verstärker-Stufe 504 mit einem ersten Pump- Knoten 505 und hat eine zweite Verstärker-Stufe 506 mit einem zweiten Pump-Knoten 507. The circuit arrangement 500 has a boosted charge pump 501 as a charge pump circuit. The boosted charge pump 501 has an input 502 to which an input voltage V 0 is applied and an output 503 to which an output voltage V 1 which is higher than the applied input voltage 502 is provided. Furthermore, the boosted charge pump 501 has a first amplifier stage 504 coupled to the input 502 with a first pump node 505 and has a second amplifier stage 506 with a second pump node 507 .
Ferner weist die Schaltkreis-Anordnung 500 einen Ladungsreservoir-Schaltkreis 508 auf, der identisch ausgestaltet ist wie der Ladungsreservoir-Schaltkreis 308 aus Fig. 4A. Daher wird im Weiteren der Aufbau des Ladungsreservoir-Schaltkreis 508 nicht nochmals erläutert. Die Komponenten des Ladungsreservoir-Schaltkreis 508 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie die entsprechenden Komponenten in dem Ladungsreservoir-Schaltkreis 308. Furthermore, the circuit arrangement 500 has a charge reservoir circuit 508 , which is configured identically to the charge reservoir circuit 308 from FIG. 4A. Therefore, the structure of the charge reservoir circuit 508 will not be explained again below. The components of the charge reservoir circuit 508 are provided with the same reference numerals as the corresponding components in the charge reservoir circuit 308 .
Der Ladungsreservoir-Schaltkreis 508 weist einen ersten Kopplungs-Knoten 509, der mit den ersten Pump-Knoten 505 gekoppelt ist und einen zweiten Kopplungs-Knoten 510 auf, der mit den zweiten Pump-Knoten 507 gekoppelt ist. Der Ladungsreservoir-Schaltkreis 508 ist derart eingerichtet, das er in einen ersten Betriebzustand überschüssige Ladungsträger von den ersten Pump-Knoten 505 zwischengespeichert und diese dem zweiten Pump-Knoten 507 bereitgestellt. Ferner weist die erste Verstärker-Stufe 504 einen ersten Schalt-Knoten 511, der mit dem zweiten Kopplungs-Knoten 510 gekoppelt ist, und die zweite Verstärker-Stufe 506 weist einen zweiten Schalt- Knoten 512 auf, der mit dem ersten Kopplungs-Knoten 509 gekoppelt ist. Der Ladungsreservoir-Schaltkreis 508 ist derart eingerichtet, das er in dem ersten Betriebszustand überschüssige Ladungs-Träger von den zweiten Schalt-Knoten 512 zwischenspeichert und diese dem ersten Schalt-Knoten 511 bzw. dem zweiten Pump-Knoten 507 bereitstellt. Der Ladungsreservoir-Schaltkreis ist ferner derart eingerichtet, das er in dem zweiten Betriebzustand überschüssige Ladungs- Träger von dem ersten Schalt-Knoten 511 zwischenspeichert und diese dem zweiten Schalt-Knoten 512 bzw. dem ersten Pump- Knoten 505 bereitstellt. The charge reservoir circuit 508 has a first coupling node 509 , which is coupled to the first pump node 505 and a second coupling node 510 , which is coupled to the second pump node 507 . The charge reservoir circuit 508 is set up in such a way that it temporarily stores excess charge carriers from the first pump nodes 505 in a first operating state and makes them available to the second pump node 507 . Furthermore, the first amplifier stage 504 has a first switching node 511 , which is coupled to the second coupling node 510 , and the second amplifier stage 506 has a second switching node 512 , which is connected to the first coupling node 509 is coupled. The charge reservoir circuit 508 is set up in such a way that it temporarily stores excess charge carriers from the second switching nodes 512 in the first operating state and makes them available to the first switching node 511 or the second pump node 507 . The charge reservoir circuit is also set up such that it temporarily stores excess charge carriers from the first switching node 511 in the second operating state and makes them available to the second switching node 512 or the first pump node 505 .
Ferner weist die geboostete Ladungspumpe 501 eine hinter die zweite Verstärker-Stufe 506 geschaltete dritte Verstärker- Stufe 513 mir einem dritten Pump-Knoten 514 auf, die mit der zweiten Verstärker-Stufe 506 gekoppelt ist, und deren dritter Pump-Knoten 514 mit dem ersten Kopplungs-Knoten 509 gekoppelt ist. Ferner weist die dritte Verstärker-Stufe 513 einen dritten Schalt-Knoten 515 auf, der mit dem zweiten Kopplungs-Knoten 510 gekoppelt ist. Darüber hinaus weist die geboostete Ladungspumpe 501 eine zwischen der dritten Verstärker-Stufe 513 und dem Ausgang 503 angeordnete vierte Verstärker-Stufe 516 mit einem vierten Pump-Knoten 517 auf, die mit der dritten Verstärker-Stufe 513 und dem Ausgang 503 gekoppelt ist und deren vierter Pump-Knoten 517 mit dem zweiten Kopplungs-Knoten 510 gekoppelt ist. Die vierte Verstärker-Stufe 516 weist ferner einen vierten Schalt-Knoten 518 auf, der mit dem ersten Kopplungs-Knoten 509 gekoppelt ist. Furthermore, the boosted charge pump 501 has a third amplifier stage 513 connected behind the second amplifier stage 506 with a third pump node 514 , which is coupled to the second amplifier stage 506 , and its third pump node 514 to the first Coupling node 509 is coupled. Furthermore, the third amplifier stage 513 has a third switching node 515 , which is coupled to the second coupling node 510 . In addition, the boosted charge pump 501 has a fourth amplifier stage 516 , which is arranged between the third amplifier stage 513 and the output 503 and has a fourth pump node 517 , which is coupled to the third amplifier stage 513 and the output 503 and the like fourth pump node 517 is coupled to the second coupling node 510 . The fourth amplifier stage 516 also has a fourth switching node 518 , which is coupled to the first coupling node 509 .
Im Weiteren wird der genaue Aufbau der geboosteten Ladungspumpe 501 beschrieben. The exact structure of the boosted charge pump 501 is described below.
Die geboostete Ladungspumpe 501 weist einen ersten Pump- Kondensator 519 auf, der mit dem ersten Pump-Knoten 505 gekoppelt ist, weist einen zweiten Pump-Kondensator 520 auf, der mit dem zweiten Pump-Knoten 507 gekoppelt ist, weist einen dritten Pump-Kondensator 521 auf, der mit dem dritten Pump-Knoten 514 gekoppelt ist und weist einen vierten Pump- Kondensator 522 auf, der mit dem vierten Pump-Knoten 517 gekoppelt ist. Der erste Schalt-Knoten 511 ist mit einem ersten Schalt-Kondensator 523 gekoppelt. Der zweite Schalt- Knoten 512 ist mit einem zweiten Schalt-Kondensator 524 gekoppelt. Der dritte Schalt-Knoten 515 ist mit einem dritten Schalt-Kondensator 525 gekoppelt, und der vierte Schalt- Knoten 518 ist mit einem vierten Schalt-Kondensator 526 gekoppelt. Der erste Pump-Kondensator 519 ist mit dem Gate- Bereich eines ersten Schalt-Transistors 527 gekoppelt. Der zweite Pump-Kondensator 520 ist mit dem Gate-Bereich eines zweiten Schalt-Transistors 528 gekoppelt. Der dritte Pump- Kondensator 521 ist mit dem Gate-Bereich eines dritten Schalt-Transistors 529 gekoppelt. Der vierte Pump-Kondensator 522 ist mit dem Gate-Bereich eines vierten Schalt-Transistors 530 gekoppelt. Der Eingang 502 ist mit dem ersten Source-/Drain-Bereich des ersten Schalt-Transistors 527 gekoppelt, ferner ist der Eingang 502 mit dem ersten Source-/Drain- Bereich eines ersten Steuer-Transistors 531 gekoppelt. Der andere Source-/Drain-Bereich des ersten Schalt-Transistors 527 ist mit dem ersten Schalt-Kondensator 523 und mit dem Gate-Bereich des ersten Steuer-Transistors 531 gekoppelt. Ferner ist der zweite Source-/Drain-Bereich des ersten Steuer-Transistors 531 mit dem ersten Source-/Drain-Bereich eines zweiten Steuer-Transistors 532 gekoppelt, dessen Gate- Bereich mit dem zweiten Schalt-Kondensator 524 und mit dem zweiten Source-/Drain-Bereich des zweiten Schalt-Transistors 528 gekoppelt ist. Der erste Source-/Drain-Bereich des zweiten Schalt-Transistors 528 ist mit dem zweiten Source-/Drain-Bereich des ersten Steuer-Transistors 531 gekoppelt. Der zweite Source-/Drain-Bereich des zweiten Steuer- Transistors 532 ist mit dem ersten Source-/Drain-Bereich des dritten Steuer-Transistors 533 gekoppelt, dessen Gate-Bereich mit dem dritten Schalt-Kondensator 525 und mit dem zweiten Source-/Drain-Bereich des dritten Schalt-Transistors 529 gekoppelt ist. Der erste Source-/Drain-Bereich des dritten Schalt-Transistors 529 ist mit dem zweiten Source-/Drain- Bereich des zweiten Steuer-Transistors 532 gekoppelt. Der zweite Source-/Drain-Bereich des dritten Steuer-Transistors 533 ist mit dem ersten Source-/Drain-Bereich eines vierten Steuer-Transistors 534 gekoppelt, dessen Gate-Bereich mit dem vierten Schalt-Kondensator 526 gekoppelt ist, und dessen Gate-Bereich mit dem zweiten Source-/Drain-Anschluss des vierten Schalt-Transistors 530 gekoppelt ist. Der erste Source-/Drain-Anschluss des vierten Schalt-Transistors 530 ist mit dem zweiten Source-/Drain-Anschluss des dritten Steuer-Transistors 533 gekoppelt. Ferner ist der zweite Source-/Drain-Anschluss des vierten Steuer-Transistors 534 mit dem Gate-Bereich und dem ersten Source-/Drain-Bereich eines ersten Hilfs-Transistors 535 gekoppelt. Der zweite Source-/Drain-Bereich des ersten Hilfs-Transistors 535 ist mit dem einen Anschluss eines ersten Hilfs-Kondensators 536 gekoppelt, dessen anderer Anschluss geerdet ist. Ferner ist der zweite Source-/Drain-Bereich des ersten Hilfs-Transistors 535 mit dem Ausgang 503 gekoppelt, an dem die Ausgangsspannung V1 bereitgestellt ist. The boosted charge pump 501 has a first pump capacitor 519 , which is coupled to the first pump node 505 , has a second pump capacitor 520 , which is coupled to the second pump node 507 , and has a third pump capacitor 521 , which is coupled to the third pump node 514 and has a fourth pump capacitor 522 , which is coupled to the fourth pump node 517 . The first switching node 511 is coupled to a first switching capacitor 523 . The second switching node 512 is coupled to a second switching capacitor 524 . The third switching node 515 is coupled to a third switching capacitor 525 , and the fourth switching node 518 is coupled to a fourth switching capacitor 526 . The first pump capacitor 519 is coupled to the gate region of a first switching transistor 527 . The second pump capacitor 520 is coupled to the gate region of a second switching transistor 528 . The third pump capacitor 521 is coupled to the gate region of a third switching transistor 529 . The fourth pump capacitor 522 is coupled to the gate region of a fourth switching transistor 530 . The input 502 is coupled to the first source / drain region of the first switching transistor 527 , furthermore the input 502 is coupled to the first source / drain region of a first control transistor 531 . The other source / drain region of the first switching transistor 527 is coupled to the first switching capacitor 523 and to the gate region of the first control transistor 531 . Furthermore, the second source / drain region of the first control transistor 531 is coupled to the first source / drain region of a second control transistor 532 , the gate region of which is connected to the second switching capacitor 524 and to the second source / Drain region of the second switching transistor 528 is coupled. The first source / drain region of the second switching transistor 528 is coupled to the second source / drain region of the first control transistor 531 . The second source / drain region of the second control transistor 532 is coupled to the first source / drain region of the third control transistor 533 , the gate region of which is connected to the third switching capacitor 525 and to the second source / Drain region of the third switching transistor 529 is coupled. The first source / drain region of the third switching transistor 529 is coupled to the second source / drain region of the second control transistor 532 . The second source / drain region of the third control transistor 533 is coupled to the first source / drain region of a fourth control transistor 534 whose gate region is coupled to the fourth switching capacitor 526 and whose gate Region is coupled to the second source / drain terminal of the fourth switching transistor 530 . The first source / drain terminal of the fourth switching transistor 530 is coupled to the second source / drain terminal of the third control transistor 533 . Furthermore, the second source / drain terminal of the fourth control transistor 534 is coupled to the gate region and the first source / drain region of a first auxiliary transistor 535 . The second source / drain region of the first auxiliary transistor 535 is coupled to the one terminal of a first auxiliary capacitor 536 , the other terminal of which is grounded. Furthermore, the second source / drain region of the first auxiliary transistor 535 is coupled to the output 503 , at which the output voltage V 1 is provided.
Die Funktionalität der Schaltkreis-Anordnung 500 wird im Weiteren beschrieben. The functionality of the circuit arrangement 500 is described below.
Das Funktionsprinzip der geboosteten Ladungspumpe 501 basiert auf dem Funktionsprinzip der bezugnehmend auf Fig. 1A, Fig. 1B beschriebenen geboosteten Ladungspumpe 100. Allerdings werden den Pump-Knoten 505, 507, 514, 517 der vier Verstärker-Stufen 504, 506, 513, 516 Pulse bereitgestellt, die von dem Ladungsreservoir-Schaltkreis 508 erzeugt werden und die im Wesentlichen die Gestalt des ersten Pulssignals 460 beziehungsweise des zweiten Pulssignals 461 aus Fig. 4B aufweisen. Das an dem ersten Kopplungs-Knoten 509 erzeugte erste Pulssignal 460 wird simultan dem ersten und dritten Pump-Knoten 505, 514 sowie dem zweiten und vierten Schalt- Knoten 512, 518 bereitgestellt. Das an dem zweiten Kopplungs- Knoten 510 erzeugte zweite Pulssignal 461 wird simultan dem zweiten und vierten Pump-Knoten 507, 517 sowie dem ersten und dritten Schalt-Knoten 511, 515 bereitgestellt. Dadurch sind insgesamt nur zwei Pulssignale 460, 461 erforderlich, um mittels der Schaltkreis-Anordnung 500 eine Ausgangsspannung V1 zu erzeugen, die gegenüber einer Eingangsspannung V0 erhöht ist. Ferner ist die auf sämtlichen Knoten der Schaltkreis-Anordnung 500 befindliche elektrische Ladung wiederverwertbar, indem diese elektrische Ladung solchen anderen Knoten bereitgestellt wird, die elektrisch aufgeladen werden sollen. The principle of operation of the boosted charge pump 501 based on the operating principle of the reference to Fig. 1A, Fig. 1B boosted charge pump 100 described. However, the pump nodes 505 , 507 , 514 , 517 of the four amplifier stages 504 , 506 , 513 , 516 are provided with pulses which are generated by the charge reservoir circuit 508 and which essentially have the shape of the first pulse signal 460 and the second, respectively having the pulse signal 461 in Fig. 4B. The first pulse signal 460 generated at the first coupling node 509 is simultaneously provided to the first and third pump nodes 505 , 514 and the second and fourth switching nodes 512 , 518 . The second pulse signal 461 generated at the second coupling node 510 is simultaneously provided to the second and fourth pump nodes 507 , 517 and the first and third switching nodes 511 , 515 . As a result, a total of only two pulse signals 460 , 461 are required in order to generate an output voltage V 1 by means of the circuit arrangement 500, which output voltage is increased compared to an input voltage V 0 . Furthermore, the electrical charge located on all nodes of the circuit arrangement 500 can be recycled by providing this electrical charge to other nodes that are to be electrically charged.
Betrachtet man die in Fig. 4B dargestellten Zeitpunkte t1, t2, t3, t4 und t5, so kann die Funktionalität der Schaltkreis- Anordnung 500 wie folgt veranschaulicht werden. If the times t 1 , t 2 , t 3 , t 4 and t 5 shown in FIG. 4B are considered, the functionality of the circuit arrangement 500 can be illustrated as follows.
Zu dem Zeitpunkt t1 ist das von dem ersten Kopplungs-Knoten 509 dem ersten Pump-Knoten 505 bereitgestellte erste Pulssignal 460 auf dem elektrischen Masse-Potential. Daher ist der Schalt-Transistor 427 nichtleitend. At time t 1 , the first pulse signal 460 provided by the first coupling node 509 to the first pump node 505 is at the electrical ground potential. Therefore, switching transistor 427 is not conductive.
Zu dem späteren Zeitpunkt t2 ist das erste Pulssignal 460 auf ein maximales elektrisches Potential gebracht, so dass der erste Pump-Kondensator 519 aufgeladen wird und dadurch der erste Schalt-Transistor 527 leitend wird. Dadurch ist ein Stromfluss zwischen dem Eingang 502 und dem Gate-Bereich des ersten Steuer-Transistors 531 ermöglicht, so dass dieser, wie der erste Source-/Drain-Bereich des ersten Steuer-Transistors 531 auf einem elektrischen Potential von annähernd V0 befindlich ist. Der erste Steuer-Transistor 531 fungiert als Diode und ermöglicht einen Stromfluss vor dem Eingang 502 über dessen ersten und dessen zweiten Source-/Drain-Bereich bis hin zu einem ersten Hilfs-Knoten 537, allerdings nicht in der entgegengesetzten Richtung. Dadurch gerät der erste Hilfs-Knoten 537 auf ein Potential V0 abzüglich des Spannungsabfalls entlang des Kanal-Bereichs des ersten Steuer-Transistors 531. At the later time t 2 , the first pulse signal 460 is brought to a maximum electrical potential, so that the first pump capacitor 519 is charged and the first switching transistor 527 thereby becomes conductive. This enables a current to flow between the input 502 and the gate region of the first control transistor 531 , so that, like the first source / drain region of the first control transistor 531, it is at an electrical potential of approximately V 0 , The first control transistor 531 functions as a diode and allows a current to flow in front of the input 502 via its first and second source / drain regions up to a first auxiliary node 537 , but not in the opposite direction. As a result, the first auxiliary node 537 reaches a potential V 0 minus the voltage drop along the channel region of the first control transistor 531 .
Die an dem ersten Steuer-Transistor 531 abfallende Spannung kann verringert werden, indem gemäß der Prinzip der geboosteten Ladungspumpe über den ersten Schalt-Knoten 511 zusätzliche elektrische Ladung auf den Gate-Bereich des ersten Steuer-Transistors 531 aufgebracht wird, so dass der elektrische Widerstand des Kanal-Bereichs des ersten Steuer- Transistors 531 verringert wird. Zunächst wird der Zeitpunkt t3 betrachtet. Zu diesem Zeitpunkt sind beide Pulssignale 460, 461 annähernd auf dem Masse-Potential. Dadurch ist der erste Schalt-Transistor 527 nichtleitend, so dass die auf dem Gate-Bereich des ersten Steuer-Transistors 531 befindliche Ladung vor einem Abfließen geschützt ist. Zu dem Zeitpunkt t4 ist das zweite Pulssignal 461 auf dem maximalen Potential, wodurch zusätzliche elektrische Ladung über den ersten Schalt-Kondensator 523 auf den bereits vorgeladenen Gate- Bereich des ersten Steuer-Transistors 531 gelangt. Dadurch wird die mittels des elektrischen Potentials des Gate- Bereichs gesteuerte elektrische Leitfähigkeit des Kanal- Bereichs des ersten Steuer-Transistors 531 erhöht, so dass die bei dem Stromfluss ausgehend von dem ersten bis hin zu dem zweiten Source-/Drain-Bereich des ersten Steuer- Transistors 531 abfallende Spannung verringert ist. Dadurch wird der erste Hilfs-Knoten 537 auf ein elektrisches Potential von annähernd V0 gebracht. The voltage drop across the first control transistor 531 can be reduced by applying additional electrical charge to the gate region of the first control transistor 531 via the first switching node 511 in accordance with the principle of the boosted charge pump, so that the electrical resistance of the channel region of the first control transistor 531 is reduced. First, the time t 3 is considered. At this point in time, both pulse signals 460 , 461 are approximately at the ground potential. As a result, the first switching transistor 527 is non-conductive, so that the charge located on the gate region of the first control transistor 531 is protected against draining off. At time t 4 , the second pulse signal 461 is at the maximum potential, as a result of which additional electrical charge reaches the already precharged gate region of the first control transistor 531 via the first switching capacitor 523 . As a result, the electrical conductivity of the channel region of the first control transistor 531 , which is controlled by means of the electrical potential of the gate region, is increased, so that the current flow from the first to the second source / drain region of the first control - transistor 531 falling voltage is reduced. This brings the first auxiliary node 537 to an electrical potential of approximately V 0 .
Zu einem Zeitpunkt t5 ist das erste Pulssignal 460 wieder auf dem maximalen Potential, so dass elektrische Ladung von dem ersten Kopplungs-Knoten 509 auf den ersten Pump-Kondensator 519 fließt, wodurch der erste Hilfs-Knoten 537 auf ein gegenüber V0 erhöhtes elektrisches Potential gebracht wird. At a point in time t 5 , the first pulse signal 460 is again at the maximum potential, so that electrical charge flows from the first coupling node 509 to the first pump capacitor 519 , as a result of which the first auxiliary node 537 switches to an electrical voltage which is higher than V 0 Potential is brought.
Daher kann das Prinzip der geboosteten Ladungspumpe vorteilhaft für die Erfindung verwendet werden. Gemäß dem beschriebenen Prinzip wird von Verstärker-Stufe zu Verstärker-Stufe das auf den jeweiligen Hilfs-Knoten 537, 538, 539, 540 vorliegende elektrische Potential sukzessive erhöht, so dass die an dem Ausgang 503 anliegende Außenspannung V1 gegenüber der an dem Eingang 505 angelegten Eingangsspannung V0 um ein Mehrfaches erhöht ist. Therefore, the principle of the boosted charge pump can be used advantageously for the invention. According to the principle described, the electrical potential present on the respective auxiliary nodes 537 , 538 , 539 , 540 is successively increased from amplifier stage to amplifier stage, so that the external voltage V 1 present at the output 503 compared to that at the input 505 applied input voltage V 0 is increased several times.
Im Weiteren wird der in Fig. 6 gezeigte Schaltplan, der eine Schaltkreis-Anordnung 600 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, näher beschrieben. The circuit diagram shown in FIG. 6, which shows a circuit arrangement 600 according to a third exemplary embodiment of the invention, is described in more detail below.
Die funktionellen Blöcke beziehungsweise die für das anschauliche Verständnis der Funktionalität wichtigen Knotenpunkte aus Fig. 5 sind in Fig. 6 ebenfalls gezeigt und mit den gleichen Bezugsziffern versehen. The functional blocks or the nodes from FIG. 5 which are important for a clear understanding of the functionality are likewise shown in FIG. 6 and provided with the same reference numbers.
Im Weiteren wird der Aufbau der in Fig. 6 gezeigten Schaltkreis-Anordnung 600 beschrieben. The structure of the circuit arrangement 600 shown in FIG. 6 is described below.
Der Eingang 502, an den die Versorgungsspannung Vdd angelegt ist mit dem ersten Source-/Drain-Bereich eines ersten Transistors 601 und ist mit dem ersten Source-/Drain-Bereich eines zweiten Transistors 602 gekoppelt. Der zweite Source-/Drain-Bereich des ersten Transistors 601 ist mit dem Gate- Bereich des zweiten Transistors 602 gekoppelt. Ferner ist der Gate-Bereich des zweiten Transistors 602 mit einem ersten Kondensator 603 gekoppelt. Der Gate-Bereich des ersten Transistors 601 ist mit dem zweiten Source-/Drain-Bereich des zweiten Transistors 602 gekoppelt und ist mit dem ersten Source-/Drain-Bereich eines dritten Transistors 604 gekoppelt. Der erste Source-/Drain-Bereich des dritten Transistors 604 ist ferner mit dem ersten Anschluss des zweiten Kondensators 605 gekoppelt. Der zweite Anschluss des zweiten Kondensators 605 ist mit dem zweiten Source-/Drain- Bereich des dritten Transistors 604 gekoppelt. Ferner ist der zweite Source-/Drain-Bereich des zweiten Transistors 602 mit dem ersten Source-/Drain-Bereich eines vierten Transistors 606 gekoppelt. Der zweite Source-/Drain-Bereich des dritten Transistors 604 und der Gate-Bereich des vierten Transistors 606 sind mit dem einen Anschluss eines dritten Kondensators 607 gekoppelt. Der zweite Source-/Drain-Bereich des vierten Transistors 606 ist mit dem Gate-Bereich des dritten Transistors 604 gekoppelt und ist mit dem ersten Source-/Drain-Bereich eines fünften Transistors 608 und eines sechsten Transistors 609 gekoppelt. Ferner ist der zweite Source-/Drain-Bereich des vierten Transistors 606 mit dem einen Anschluss eines vierten Kondensators 610 gekoppelt. Der andere Anschluss des vierten Transistors 610 ist mit dem Gate-Bereich des fünften Transistors 608 und ist mit dem zweiten Source-/Drain-Bereich des sechsten Transistors 609 gekoppelt. Ferner ist der Gate-Bereich des fünften Transistors 608 mit dem einen Anschluss eines fünften Kondensators 611 gekoppelt. Der zweite Source-/Drain-Bereich des fünften Transistors 608 ist mit dem ersten Source-/Drain- Bereich eines siebten Transistors 612, mit dem ersten Anschluss eines sechsten Kondensators 613 und mit dem ersten Source-/Drain-Bereich eines achten Transistors 614 gekoppelt. Darüber hinaus ist der Gate-Bereich des achten Transistors 614 mit dem zweiten Anschluss des sechsten Kondensators 613 und dem zweiten Source-/Drain-Bereich des siebten Transistors 612 gekoppelt. Ferner ist der zweite Source-/Drain-Bereich des siebten Transistors 612 mit dem ersten Anschluss eines siebten Kondensator 615 gekoppelt. Der zweite Source-/Drain- Bereich des achten Transistors 614 ist mit dem ersten Source-/Drain-Bereich und mit dem Gate-Bereich eines neunten Transistors 616 gekoppelt. Der zweite Source-/Drain-Bereich des neunten Transistors 616 ist mit dem einen Anschluss des achten Kondensators 617 und mit dem Ausgang 603, an dem die Ausgangsspannung Vout bereitgestellt ist, gekoppelt. Der zweite Anschluss des achten Kondensators 617 ist geerdet. Der Gate-Bereich des sechsten Transistors 609 ist mit dem ersten Source-/Drain-Bereich des siebten Transistors 612 gekoppelt, dessen Gate-Bereich mit dem zweiten Source-/Drain-Bereich des achten Transistors 614 und mit dem ersten Anschluss eines neunten Kondensators 618 gekoppelt ist. Der zweite Anschluss des neunten Kondensators 618 ist ferner mit dem ersten Anschluss des zehnten Kondensators 619, mit dem anderen Anschluss des fünften Kondensators 611 und mit dem anderen Anschluss des ersten Kondensators 603 gekoppelt. Ferner ist der zweite Anschluss des neunten Kondensator 618 mit dem zweiten Kopplungs-Knoten 510 gekoppelt. Der erste Kopplungs- Knoten 509 ist mit dem ersten Anschluss eines elften Kondensators 620 und mit dem ersten Anschluss eines zwölften Kondensators 621 gekoppelt. Der erste Kopplungs-Knoten 509 ist ferner mit den zweiten Anschlüssen des dritten Kondensators 607 und des siebten Kondensators 615 gekoppelt. Der zweite Anschluss des elften Kondensators 620 ist mit dem zweiten Source-/Drain-Bereich des zweiten Transistors 602 gekoppelt. Der zweite Anschluss des zehnten Kondensators 619 ist mit dem zweiten Source-/Drain-Bereich des vierten Transistors 606 gekoppelt. Der zweite Anschluss des zwölften Kondensators 621 ist mit dem zweiten Source-/Drain-Bereich des fünften Transistors 608 gekoppelt. Ferner ist der erste Kopplungs-Knoten 509 mit einer ersten Spule 622 gekoppelt. Die erste Spule 622 ist mit einem Versorgungs-Eingang 623 gekoppelt, an dem die Versorgungsspannung Vdd angelegt ist. Ferner ist die erste Spule 622 mit einer zweiten Spule 624gekoppelt. Darüber hinaus ist die erste Spule 622 mit dem ersten Anschluss eines dreizehnten Kondensators 625 gekoppelt. Der zweite Anschluss des dreizehnten Kondensators 625 ist mit dem zweiten Source-/Drain-Bereich eines zehnten Transistors 626 gekoppelt, dessen erster Source-/Drain- Bereich mit der ersten Spule 622 gekoppelt ist. Der erste Source-/Drain-Bereich des zehnten Transistors 626 ist darüber hinaus mit dem einen Anschluss eines vierzehnten Kondensators 627 gekoppelt. Der Gate-Bereich des zehnten Transistors 626 ist mit dem zweiten Anschluss des vierzehnten Kondensators 627 gekoppelt und ist mit dem ersten Source-/Drain-Bereich eines elften Transistors 628 gekoppelt. Der zweite Source-/Drain-Bereich des elften Transistors 628 ist mit dem zweiten Source-/Drain-Bereich des zehnten Transistors 626 und mit dem ersten Anschluss eines fünfzehnten Kondensators 629 gekoppelt. Die zweite Spule 624 ist ebenfalls mit dem ersten Source-/Drain-Bereich des elften Transistors 628 gekoppelt und ist mit dem anderen Anschluss des fünfzehnten Kondensators 629 gekoppelt. Der Gate-Bereich des elften Transistors 628 ist mit der ersten Spule 622 gekoppelt. Die Spule 624 ist mit dem zweiten Kopplungs-Knoten 510 gekoppelt. The input 502 , to which the supply voltage V dd is applied, is coupled to the first source / drain region of a first transistor 601 and is coupled to the first source / drain region of a second transistor 602 . The second source / drain region of the first transistor 601 is coupled to the gate region of the second transistor 602 . Furthermore, the gate region of the second transistor 602 is coupled to a first capacitor 603 . The gate region of the first transistor 601 is coupled to the second source / drain region of the second transistor 602 and is coupled to the first source / drain region of a third transistor 604 . The first source / drain region of the third transistor 604 is further coupled to the first connection of the second capacitor 605 . The second connection of the second capacitor 605 is coupled to the second source / drain region of the third transistor 604 . Furthermore, the second source / drain region of the second transistor 602 is coupled to the first source / drain region of a fourth transistor 606 . The second source / drain region of the third transistor 604 and the gate region of the fourth transistor 606 are coupled to the one connection of a third capacitor 607 . The second source / drain region of the fourth transistor 606 is coupled to the gate region of the third transistor 604 and is coupled to the first source / drain region of a fifth transistor 608 and a sixth transistor 609 . Furthermore, the second source / drain region of the fourth transistor 606 is coupled to the one terminal of a fourth capacitor 610 . The other terminal of the fourth transistor 610 is connected to the gate region of the fifth transistor 608 and is coupled to the second source / drain region of the sixth transistor 609 . Furthermore, the gate region of the fifth transistor 608 is coupled to the one terminal of a fifth capacitor 611 . The second source / drain region of the fifth transistor 608 is coupled to the first source / drain region of a seventh transistor 612 , to the first terminal of a sixth capacitor 613 and to the first source / drain region of an eighth transistor 614 , In addition, the gate region of the eighth transistor 614 is coupled to the second connection of the sixth capacitor 613 and the second source / drain region of the seventh transistor 612 . Furthermore, the second source / drain region of the seventh transistor 612 is coupled to the first terminal of a seventh capacitor 615 . The second source / drain region of the eighth transistor 614 is coupled to the first source / drain region and to the gate region of a ninth transistor 616 . The second source / drain region of the ninth transistor 616 is coupled to the one connection of the eighth capacitor 617 and to the output 603 , at which the output voltage V out is provided. The second connection of the eighth capacitor 617 is grounded. The gate region of the sixth transistor 609 is coupled to the first source / drain region of the seventh transistor 612 , the gate region of which is connected to the second source / drain region of the eighth transistor 614 and to the first connection of a ninth capacitor 618 is coupled. The second terminal of the ninth capacitor 618 is further coupled to the first terminal of the tenth capacitor 619 , to the other terminal of the fifth capacitor 611 and to the other terminal of the first capacitor 603 . Furthermore, the second connection of the ninth capacitor 618 is coupled to the second coupling node 510 . The first coupling node 509 is coupled to the first terminal of an eleventh capacitor 620 and to the first terminal of a twelfth capacitor 621 . The first coupling node 509 is further coupled to the second connections of the third capacitor 607 and the seventh capacitor 615 . The second terminal of the eleventh capacitor 620 is coupled to the second source / drain region of the second transistor 602 . The second connection of the tenth capacitor 619 is coupled to the second source / drain region of the fourth transistor 606 . The second connection of the twelfth capacitor 621 is coupled to the second source / drain region of the fifth transistor 608 . Furthermore, the first coupling node 509 is coupled to a first coil 622 . The first coil 622 is coupled to a supply input 623 , to which the supply voltage V dd is applied. Furthermore, the first coil 622 is coupled to a second coil 624 . In addition, the first coil 622 is coupled to the first terminal of a thirteenth capacitor 625 . The second connection of the thirteenth capacitor 625 is coupled to the second source / drain region of a tenth transistor 626 , the first source / drain region of which is coupled to the first coil 622 . The first source / drain region of the tenth transistor 626 is also coupled to the one terminal of a fourteenth capacitor 627 . The gate region of the tenth transistor 626 is coupled to the second terminal of the fourteenth capacitor 627 and is coupled to the first source / drain region of an eleventh transistor 628 . The second source / drain region of the eleventh transistor 628 is coupled to the second source / drain region of the tenth transistor 626 and to the first terminal of a fifteenth capacitor 629 . The second coil 624 is also coupled to the first source / drain region of the eleventh transistor 628 and is coupled to the other terminal of the fifteenth capacitor 629 . The gate region of the eleventh transistor 628 is coupled to the first coil 622 . Coil 624 is coupled to second coupling node 510 .
Die in Fig. 7A, Fig. 7B gezeigten Diagramme 700, 710 dienen dazu, die Funktionalität der in Fig. 6 gezeigten Schaltkreis- Anordnung 600 zu veranschaulichen. Für die Schaltkreis- Anordnung 600 wurden Simulationen mit Parametern für einen 0,25 µm CMOS-Prozess durchgeführt. Die erhaltenen Ausgangskennlinien der Simulationen mit der Schaltkreis- Anordnung 600 sind in Fig. 7A als Kurve 701 und in Fig. 7B als Kurve 711 dargestellt und werden mit Ergebnissen verglichen, die für eine konventionelle, geboostete Ladungsquelle beziehungsweise für eine Ladungspumpe mit Charge-Sharing erhalten werden. Die Kennlinien der konventionellen, geboosteten Ladungspumpe sind in Fig. 7A als Kurve 702 und in Fig. 7B als Kurve 712 gezeigt. Die Kennlinien einer Ladungspumpe mit Charge-Sharing sind in Fig. 7A als Kurve 703 und in dem Diagramm 710 aus Fig. 7B als Kurve 713 gezeigt. Die Kennlinien für die konventionelle, geboostete Ladungspumpe sowie für eine Ladungspumpe gemäß dem Charge-Sharing-Konzept sind aus [8] entnommen. Alle verglichenen Ladungspumpen weisen vier Verstärker-Stufen auf und arbeiten mit einer Versorgungsspannung Vdd = 2,5 Volt. In Fig. 7A, Fig. 7B diagrams 700, 710 serve to illustrate the functionality of the shown in Fig. Circuit arrangement 6600. For the circuit arrangement 600 , simulations were carried out with parameters for a 0.25 μm CMOS process. The obtained output characteristic curves of the simulations with the circuit arrangement 600 are shown in FIG. 7A as curve 701 and in FIG. 7B as curve 711 and are compared with results obtained for a conventional, boosted charge source or for a charge pump with charge sharing become. The characteristics of the conventional, boosted charge pump are shown as curve 702 in FIG. 7A and as curve 712 in FIG. 7B. The characteristics of a charge pump with charge sharing are shown as curve 703 in FIG. 7A and as curve 713 in diagram 710 from FIG. 7B. The characteristics for the conventional, boosted charge pump and for a charge pump according to the charge sharing concept are taken from [8]. All compared charge pumps have four amplifier stages and work with a supply voltage V dd = 2.5 volts.
In Fig. 7A ist die Abhängigkeit der Ausgangsspannung (in Volt) von der Ausgangsstromstärke (in µA) der drei verglichenen Ladungspumpen verglichen. The dependence of the output voltage (in volts) on the output current (in μA) of the three compared charge pumps is compared in FIG. 7A.
Wie in Fig. 7A gezeigt, zeigt die Ausgangskennlinie 701 der Schaltkreis-Anordnung 600 eine gegenüber der Kennlinie 702 deutlich erhöhte Ausgangsspannung. Dieser Effekt beruht auf der Resonanzüberhöhung des Ladungsreservoir-Schaltkreises, auch als "Power-Clock" bezeichnet. Die halbwellenförmigen Ausgangspulse der Power-Clock erreichen in der Spitze mehr als die doppelte Versorgungsspannung als die aus dem Stand der Technik bekannten Konzepte. Daher ist die erfindungsgemäße Schaltkreis-Anordnung besonders bei kleinen Versorgungsspannungen leistungsfähiger als die bekannten Ladungspumpen. As shown in FIG. 7A, the output characteristic curve 701 of the circuit arrangement 600 shows an output voltage which is significantly increased compared to the characteristic curve 702 . This effect is based on the resonance increase of the charge reservoir circuit, also referred to as the "power clock". The half-wave output pulses of the power clock peak more than double the supply voltage than the concepts known from the prior art. Therefore, the circuit arrangement according to the invention is more powerful than the known charge pumps, especially at low supply voltages.
In dem Diagramm 710 aus Fig. 7B sind Kurven 711 für die Schaltkreis-Anordnung 600, 712 für die herkömmliche, geboostete Ladungspumpe und 713 für die Ladungspumpe gemäß dem Charge-Sharing-Konzept miteinander verglichen. In diagram 710 from FIG. 7B, curves 711 for the circuit arrangement 600 , 712 for the conventional, boosted charge pump and 713 for the charge pump according to the charge sharing concept are compared with one another.
In dem Diagramm 710 ist der Wirkungsgrad p (dimensionslos) in Abhängigkeit der Ausgangsstromstärke (in µA) aufgetragen. Wie in Fig. 7B gezeigt, erreicht der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Schaltkreis-Anordnung in der Spitze 80% und mehr, verglichen mit maximal 65% für die Ladungspumpe gemäß dem Charge-Sharing-Konzept beziehungsweise knapp über 40% für die konventionelle, geboostete Ladungspumpe. Von großer praktischer Bedeutung ist die Tatsache, dass der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Schaltkreis-Anordnung bei steigender Belastung, das heißt bei zunehmenden Ausgangsstromstärken deutlich langsamer abfällt als im Falle der Ladungspumpe gemäß dem Charge-Sharing Konzept beziehungsweise bei der konventionellen, geboosteten Ladungspumpe. Dadurch ist der nutzbare Lastbereich der Schaltkreis-Anordnung zum Erzeugen einer gegenüber einer Eingangsspannung erhöhten Ausgangsspannung gegenüber den Konzepten aus dem Stand der Technik deutlich erhöht. Mit anderen Worten wird der nutzbare Lastbereich der Pump-Schaltungen gegenüber dem Stand der Technik verbessert, da der Wirkungsgrad der Schaltkreis- Anordnung der Erfindung bei steigender Belastung der Ladungspumpe wesentlich langsamer abfällt. In diagram 710 the efficiency p (dimensionless) is plotted as a function of the output current (in µA). As shown in FIG. 7B, the efficiency of the circuit arrangement according to the invention reaches 80% and more at the top, compared with a maximum of 65% for the charge pump according to the charge sharing concept or just over 40% for the conventional, boosted charge pump. Of great practical importance is the fact that the efficiency of the circuit arrangement according to the invention drops significantly more slowly with increasing load, that is to say with increasing output current strengths, than in the case of the charge pump according to the charge sharing concept or in the conventional, boosted charge pump. As a result, the usable load range of the circuit arrangement for generating an output voltage which is higher than an input voltage is significantly increased compared to the concepts from the prior art. In other words, the usable load range of the pump circuits is improved compared to the prior art, since the efficiency of the circuit arrangement of the invention drops much more slowly as the load on the charge pump increases.
In diesem Dokument sind folgende Veröffentlichungen zitiert:
[1] Athas, WC et al. (1994) "Low Power Digital Systems Based
on Adiabatic-Switching Principles", IEEE Trans VLSI
2: 398-406
[2] Dickinson, A et al. (1995) "Adiabatic Dynamic Logic",
IEEE J Sol State Circuits 30: 311-315
[3] Denker, SJ (1994) "A Review of Adiabatic Computing",
Symposium on Low Power Electronics Proc. 1994, S.
94-97
[4] US-Patent 5,459,414
[5] Bloch, M et al. (1998) "High Efficiency Charge Pump
Circuit for Negative High Voltage Generation at 2 V
Supply Voltage", Proc. of 24th ESSCIRC, S. 100-103
[6] Nozoe, A et al. (1995) "A 3.3 V High Density AND Flash
Memory with 1 ms/512b Erase & Program Time", ISSCC
Digist of Technical Papers, S. 124-125
[7] US-Patent 5,818,289
[8] Lauterbach, C et al. (2000) "Charge Sharing Concept and
New Clocking Scheme for Power Efficiency and
Electromagnetic Emission Improvement of Boosted
Charge Pumps" IEEE Journal of Solid-State Circuits
35(5): 719-723
[9] Athas, WC et al. (1996) "A resonant signal driver for two
phase, almost non-overlapping clocks", IEEE Int.
Symp. on circuits and systems, pp. 129-132
[10] US-Patent 5,559,478
Bezugszeichenliste
100 geboostete Ladungspumpe
101 erster Eingang
102 Ausgang
103 zweiter Eingang
103a Eingangs-Knoten
104 dritter Eingang
105 vierter Eingang
106 fünfter Eingang
107 sechster Eingang
108 siebter Eingang
109 erster Pump-Kondensator
110 zweiter Pump-Kondensator
111 dritter Pump-Kondensator
112 vierter Pump-Kondensator
113 erster Schalt-Kondensator
114 zweiter Schalt-Kondensator
115 dritter Schalt-Kondensator
116 vierter Schalt-Kondensator
117 erster Schalt-Transistor
118 zweiter Schalt-Transistor
119 dritter Schalt-Transistor
120 vierter Schalt-Transistor
121 erster Speicher-Knoten
122 zweiter Speicher-Knoten
123 dritter Speicher-Knoten
124 vierter Speicher-Knoten
125 erster Steuer-Transistor
126 zweiter Steuer-Transistor
127 dritter Steuer-Transistor
128 vierter Steuer-Transistor
129 Hilfs-Transistor
130 erste Verstärker-Stufe
131 zweite Verstärker-Stufe
132 dritte Verstärker-Stufe
133 vierte Verstärker-Stufe
140 Zeitachse
200 Treiber-Schaltkreis
201 Eingang
202 erste Inverter-Stufe
203 zweite Inverter-Stufe
204 erster elektrischer Knoten
205 p-MOS-Transistor
206 n-MOS-Transistor
207 Versorgungsspannung
208 zweiter elektrischer Knoten
209 Masse-Potential
300 Schaltkreis-Anordnung
301 Ladungspumpe-Schaltkreis
302 Eingang
303 Ausgang
304 erste Verstärker-Stufe
305 erster Pump-Knoten
306 zweite Verstärker-Stufe
307 zweiter Pump-Knoten
308 Ladungsreservoir-Schaltkreis
309 erster Kopplungs-Knoten
310 zweiter Kopplungs-Knoten
411 dritte Verstärker-Stufe
412 dritter Pump-Knoten
413 vierte Verstärker-Stufe
414 vierter Pump-Knoten
415 erster Pump-Kondensator
416 zweiter Pump-Kondensator
417 dritter Pump-Kondensator
418 vierter Pump-Kondensator
419 erster Steuer-Transistor
420 zweiter Steuer-Transistor
421 dritter Steuer-Transistor
422 vierter Steuer-Transistor
423 erster Hilfs-Transistor
424 Hilfs-Kondensator
430 erste Spule
431 erste Kapazität
432 zweite Spule
433 zweite Kapazität
434 dritte Kapazität
435 zweiter Hilfs-Transistor
436 dritter Hilfs-Transistor
440 erster Hilfs-Knoten
441 zweiter Hilfs-Knoten
442 dritter Hilfs-Knoten
443 vierter Hilfs-Knoten
460 erstes Pulssignal
461 zweites Pulssignal
500 Schaltkreis-Anordnung
501 geboostete Ladungspumpe
502 Eingang
503 Ausgang
504 erste Verstärker-Stufe
505 erster Pump-Knoten
506 zweite Verstärker-Stufe
507 zweiter Pump-Knoten
508 Ladungsreservoir-Schaltkreis
509 erster Kopplungs-Knoten
510 zweiter Kopplungs-Knoten
511 erster Schalt-Knoten
512 zweiter Schalt-Knoten
513 dritte Verstärker-Stufe
514 dritter Pump-Knoten
515 dritter Schalt-Knoten
516 vierte Verstärker-Stufe
517 vierter Pump-Knoten
518 vierter Schalt-Knoten
519 erster Pump-Kondensator
520 zweiter Pump-Kondensator
521 dritter Pump-Kondensator
522 vierter Pump-Kondensator
523 erster Schalt-Kondensator
524 zweiter Schalt-Kondensator
525 dritter Schalt-Kondensator
526 vierter Schalt-Kondensator
527 erster Schalt-Transistor
528 zweiter Schalt-Transistor
529 dritter Schalt-Transistor
530 vierter Schalt-Transistor
531 erster Steuer-Transistor
532 zweiter Steuer-Transistor
533 dritter Steuer-Transistor
534 vierter Steuer-Transistor
535 erster Hilfs-Transistor
536 erster Hilfs-Kondensator
537 erster Hilfs-Knoten
538 zweiter Hilfs-Knoten
539 dritter Hilfs-Knoten
540 vierter Hilfs-Knoten
600 Schaltkreis-Anordnung
601 erster Transistor
602 zweiter Transistor
603 erster Kondensator
604 dritter Transistor
605 zweiter Kondensator
606 vierter Transistor
607 dritter Kondensator
608 fünfter Transistor
609 sechster Transistor
610 vierter Kondensator
611 fünfter Kondensator
612 siebter Transistor
613 sechster Kondensator
614 achter Transistor
615 siebter Kondensator
616 neunter Transistor
617 achter Kondensator
618 neunter Kondensator
619 zehnter Kondensator
620 elfter Kondensator
621 zwölfter Kondensator
622 erste Spule
623 Versorgungs-Eingang
624 zweite Spule
625 dreizehnter Kondensator
626 zehnter Transistor
627 vierzehnter Kondensator
628 elfter Transistor
629 fünfzehnter Kondensator
700 Diagramm
701 Kurve für Schaltkreis-Anordnung 600
702 Kurve für herkömmliche, geboostete Ladungspumpe
703 Kurve für Ladungspumpe mit Charge-Sharing
710 Diagramm
711 Kurve für Schaltkreis-Anordnung 600
712 Kurve für herkömmliche, geboostete Ladungspumpe
713 Kurve für Ladungspumpe mit Charge-Sharing
The following publications are cited in this document:
[1] Athas, WC et al. ( 1994 ) "Low Power Digital Systems Based on Adiabatic Switching Principles", IEEE Trans VLSI 2 : 398-406
[2] Dickinson, A et al. ( 1995 ) "Adiabatic Dynamic Logic," IEEE J Sol State Circuits 30 : 311-315
[3] Denker, SJ ( 1994 ) "A Review of Adiabatic Computing", Symposium on Low Power Electronics Proc. 1994, pp. 94-97
[4] U.S. Patent 5,459,414
[5] Bloch, M et al. ( 1998 ) "High Efficiency Charge Pump Circuit for Negative High Voltage Generation at 2 V Supply Voltage", Proc. of 24th ESSCIRC, pp. 100-103
[6] Nozoe, A et al. ( 1995 ) "A 3.3 V High Density AND Flash Memory with 1 ms / 512b Erase & Program Time", ISSCC Digist of Technical Papers, pp. 124-125
[7] U.S. Patent 5,818,289
[8] Lauterbach, C et al. ( 2000 ) "Charge Sharing Concept and New Clocking Scheme for Power Efficiency and Electromagnetic Emission Improvement of Boosted Charge Pumps" IEEE Journal of Solid-State Circuits 35 ( 5 ): 719-723
[9] Athas, WC et al. ( 1996 ) "A resonant signal driver for two phase, almost non-overlapping clocks", IEEE Int. Symp. On circuits and systems, pp. 129-132
[10] US Patent 5,559,478 reference numeral 100 boost charge pump
101 first entrance
102 output
103 second entrance
103 a input node
104 third entrance
105 fourth entrance
106 fifth entrance
107 sixth entrance
108 seventh entrance
109 first pump capacitor
110 second pump capacitor
111 third pump capacitor
112 fourth pump capacitor
113 first switching capacitor
114 second switching capacitor
115 third switching capacitor
116 fourth switching capacitor
117 first switching transistor
118 second switching transistor
119 third switching transistor
120 fourth switching transistor
121 first storage node
122 second storage node
123 third storage node
124 fourth storage node
125 first control transistor
126 second control transistor
127 third control transistor
128 fourth control transistor
129 auxiliary transistor
130 first amplifier stage
131 second amplifier stage
132 third amplifier stage
133 fourth amplifier stage
140 timeline
200 driver circuit
201 entrance
202 first inverter stage
203 second inverter stage
204 first electrical node
205 p-MOS transistor
206 n-MOS transistor
207 supply voltage
208 second electrical node
209 ground potential
300 circuit arrangement
301 charge pump circuit
302 entrance
303 output
304 first amplifier stage
305 first pump node
306 second amplifier stage
307 second pump node
308 charge reservoir circuit
309 first coupling node
310 second coupling node
411 third amplifier stage
412 third pump node
413 fourth amplifier stage
414 fourth pump node
415 first pump capacitor
416 second pump capacitor
417 third pump capacitor
418 fourth pump capacitor
419 first control transistor
420 second control transistor
421 third control transistor
422 fourth control transistor
423 first auxiliary transistor
424 auxiliary capacitor
430 first coil
431 first capacity
432 second coil
433 second capacity
434 third capacity
435 second auxiliary transistor
436 third auxiliary transistor
440 first auxiliary node
441 second auxiliary node
442 third auxiliary node
443 fourth auxiliary node
460 first pulse signal
461 second pulse signal
500 circuit arrangement
501 boosted charge pump
502 entrance
503 output
504 first amplifier stage
505 first pump node
506 second amplifier stage
507 second pump node
508 charge reservoir circuit
509 first coupling node
510 second coupling node
511 first switching node
512 second switching nodes
513 third amplifier stage
514 third pump node
515 third switching node
516 fourth amplifier stage
517 fourth pump node
518 fourth switching node
519 first pump capacitor
520 second pump capacitor
521 third pump capacitor
522 fourth pump capacitor
523 first switching capacitor
524 second switching capacitor
525 third switching capacitor
526 fourth switching capacitor
527 first switching transistor
528 second switching transistor
529 third switching transistor
530 fourth switching transistor
531 first control transistor
532 second control transistor
533 third control transistor
534 fourth control transistor
535 first auxiliary transistor
536 first auxiliary capacitor
537 first auxiliary node
538 second auxiliary node
539 third auxiliary node
540 fourth auxiliary knot
600 circuit arrangement
601 first transistor
602 second transistor
603 first capacitor
604 third transistor
605 second capacitor
606 fourth transistor
607 third capacitor
608 fifth transistor
609 sixth transistor
610 fourth capacitor
611 fifth capacitor
612 seventh transistor
613 sixth capacitor
614 eighth transistor
615 seventh capacitor
616 ninth transistor
617 eighth capacitor
618 ninth capacitor
619 tenth capacitor
620 eleventh capacitor
621 twelfth capacitor
622 first coil
623 supply input
624 second coil
625 thirteenth capacitor
626 tenth transistor
627 fourteenth capacitor
628 eleventh transistor
629 fifteenth capacitor
700 diagram
701 curve for circuit arrangement 600
702 curve for conventional, boosted charge pump
703 curve for charge pump with charge sharing
710 diagram
711 curve for circuit arrangement 600
712 curve for conventional, boosted charge pump
713 curve for charge pump with charge sharing
Claims (17)
welche aufweist:
einen ersten Ladungspumpe-Schaltkreis
mit einem Eingang, an den eine Eingangsspannung anlegbar ist;
mit einem Ausgang, an dem eine gegenüber einer angelegten Eingangsspannung erhöhte Ausgangsspannung bereitgestellt ist;
mit einer mit dem Eingang gekoppelten ersten Verstärker-Stufe mit einem ersten Pump-Knoten;
mit einer mit dem Ausgang gekoppelten zweiten Verstärker-Stufe mit einem zweiten Pump- Knoten;
einen Ladungsreservoir-Schaltkreis
mit einem ersten Kopplungs-Knoten, der mit dem ersten Pump-Knoten gekoppelt ist, und mit einem zweiten Kopplungs-Knoten, der mit dem zweiten Pump-Knoten gekoppelt ist;
wobei der Ladungsreservoir-Schaltkreis derart eingerichtet ist, dass er
in einem ersten Betriebszustand überschüssige Ladungsträger von dem ersten Pump-Knoten zwischenspeichert und diese dem zweiten Pump-Knoten bereitstellt;
in einem zweiten Betriebszustand überschüssige Ladungsträger von dem zweiten Pump-Knoten zwischenspeichert und diese dem ersten Pump-Knoten bereitstellt. 1. circuit arrangement,
which has:
a first charge pump circuit
with an input to which an input voltage can be applied;
with an output at which an increased output voltage compared to an applied input voltage is provided;
with a first amplifier stage coupled to the input and having a first pump node;
with a second amplifier stage coupled to the output and having a second pump node;
a charge reservoir circuit
with a first coupling node, which is coupled to the first pump node, and with a second coupling node, which is coupled to the second pump node;
wherein the charge reservoir circuit is arranged such that it
in a first operating state, excess charge carriers from the first pump node are buffered and made available to the second pump node;
in a second operating state, excess charge carriers from the second pump node are buffered and made available to the first pump node.
bei der die erste Verstärker-Stufe ferner einen ersten Schalt-Knoten aufweist, der mit dem zweiten Kopplungs-Knoten gekoppelt ist, und bei der die zweite Verstärker-Stufe einen zweiten Schalt-Knoten aufweist, der mit dem ersten Kopplungs- Knoten gekoppelt ist, und wobei der Ladungsreservoir- Schaltkreis derart eingerichtet ist, dass er
in dem ersten Betriebszustand überschüssige Ladungsträger von dem zweiten Schalt-Knoten zwischenspeichert und diese dem ersten Schalt-Knoten bzw. dem zweiten Pump-Knoten bereitstellt;
in dem zweiten Betriebszustand überschüssige Ladungsträger von dem ersten Schalt-Knoten zwischenspeichert und diese dem zweiten Schalt-Knoten bzw. dem ersten Pump-Knoten bereitstellt. 2. Circuit arrangement according to claim 1,
in which the first amplifier stage further has a first switching node which is coupled to the second coupling node, and in which the second amplifier stage has a second switching node which is coupled to the first coupling node, and wherein the charge reservoir circuit is configured to
in the first operating state, excess charge carriers are temporarily stored by the second switching node and made available to the first switching node or the second pumping node;
in the second operating state, excess charge carriers are temporarily stored by the first switching node and made available to the second switching node or the first pump node.
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---|---|---|---|
DE2001149938 DE10149938A1 (en) | 2001-10-10 | 2001-10-10 | Circuit arrangement for contactless chip card has charge pump circuit with amplifier stages with pump nodes, charge reservoir circuit with coupling nodes coupled pump nodes |
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