DE102004019652A1 - Fehlerkompensierte Ladungspumpen-Schaltung und Verfahren zur Erzeugung eines fehlerkompensierten Ausgangsstroms einer Ladungspumpen-Schaltung - Google Patents

Fehlerkompensierte Ladungspumpen-Schaltung und Verfahren zur Erzeugung eines fehlerkompensierten Ausgangsstroms einer Ladungspumpen-Schaltung Download PDF

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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/08—Details of the phase-locked loop
    • H03L7/085—Details of the phase-locked loop concerning mainly the frequency- or phase-detection arrangement including the filtering or amplification of its output signal
    • H03L7/089—Details of the phase-locked loop concerning mainly the frequency- or phase-detection arrangement including the filtering or amplification of its output signal the phase or frequency detector generating up-down pulses
    • H03L7/0891—Details of the phase-locked loop concerning mainly the frequency- or phase-detection arrangement including the filtering or amplification of its output signal the phase or frequency detector generating up-down pulses the up-down pulses controlling source and sink current generators, e.g. a charge pump
    • H03L7/0893—Details of the phase-locked loop concerning mainly the frequency- or phase-detection arrangement including the filtering or amplification of its output signal the phase or frequency detector generating up-down pulses the up-down pulses controlling source and sink current generators, e.g. a charge pump the up-down pulses controlling at least two source current generators or at least two sink current generators connected to different points in the loop

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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

Eine Ladungspumpen-Schaltung weist eine Ladungspumpe (CP_PROP; CP_INT) auf, die zumindest zwei geschaltete, seriell angeordnete Stromquellen (1, 3; 2, 4) umfasst. Die Differenz der in den beiden geschalteten Stromquellen erzeugten Ströme trägt zum Ausgangsstrom der Ladungspumpe bei. Zumindest eine der beiden Stromquellen ist über ein Steuersignal (5) steuerbar. Eine Regelschaltung (CP_CON1, CP_CON2) erzeugt das Steuersignal für die zumindest eine gesteuerte Stromquelle (1, 3; 2, 4), derart, dass die in den beiden Stromquellen erzeugten Ströme auf einen gleichen Wert geregelt erden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine fehlerkompensierte Ladungspumpen-Schaltung sowie ein Verfahren zur Erzeugung eines fehlerkompensierten Ausgangsstroms einer Ladungspumpen-Schaltung. Ferner betrifft die Erfindung eine PLL-Schaltung (PLL: phase locked loop) mit einer fehlerkompensierten Ladungspumpen-Schaltung.
  • Phasenregelschleifen, auch als PLL-Schaltungen bezeichnet, kommen in vielen technischen Anwendungsbereichen zum Einsatz. Sie werden unter anderem für die Frequenz-Vervielfachung, Frequenz-Division und als Frequenz-Synthesizer eingesetzt.
  • 1 zeigt in schematischer Darstellung den Aufbau einer üblichen PLL. Diese umfasst einen Phasen-Frequenz-Detektor PFD (phase-frequency detector), welcher ein Referenz-Frequenzsignal fref mit einem Frequenzsignal fout/N, welches durch einen N-fach-Frequenzteiler N_DIV aus dem Ausgangssignal fout eines spannungsgesteuerten Oszillators VCO (voltage controlled oscillator) gewonnen wird, in Bezug auf Phasen- und Frequenzunterschiede vergleicht. Der Phasen-Frequenz-Detektor PFD gibt Schaltsignale INCR und DECR aus, welche für die Phasen- und Frequenzdifferenz zwischen fref und fout/N charakteristisch sind. Diese Schaltsignale INCR, DECR werden einer Ladungspumpe CP zugeleitet, welche ein Schleifenfilter CL lädt und entlädt und dadurch die Spannung V0 am Eingang des spannungsgesteuerten Oszillators VCO vorgibt.
  • Im eingeschwungenen Zustand ist fout = N·fref und beide Signale fref und fout/N sind zueinander phasengleich.
  • Der in 1 gezeigte konzeptionelle Aufbau der Ladungspumpe CP ist bekannt. Die Ladungspumpe CP besteht aus zwei geschalteten Konstantstromquellen 1, 2, die zwischen VDD und VSS seriell angeordnet sind. Die Konstantstromquelle 1 erzeugt einen Strom Iup und die Konstantstromquelle 2 erzeugt einen Strom Idown. Die Konstantstromquelle 1 kann über einen Schalter S1 mit dem Schleifenfilter CL verbunden werden und lädt dieses bei geschlossener Schalterstellung auf. In entsprechender Weise kann die Konstantstromquelle 2 (Stromsenke) über einen Schalter S2 mit dem Schleifenfilter CL verbunden werden, wobei das Schleifenfilter CL bei geschlossener Stellung von S2 und offener Stellung von S1 mit dem Strom Idown entladen wird. Der Ausgangsstrom der Ladungspumpe CP, welcher das Schleifenfilter CL lädt/entlädt, wird also durch die Differenz der beiden geschalteten Ströme Iup und Idown gebildet. Die Schalter S1, S2 sind in Form von MOS-Steuertransistoren ausgebildet, die von den Schaltsignalen INCR bzw. DECR angesteuert werden.
  • Die Schaltsignale INCR und DECR sind zweiwertige (binäre) Signale. Für die Dauer, in welcher das Schaltsignal INCR (DECR) den logischen Wert 1 ("high") annimmt, wird das Schleifenfilter CL mit dem Strom Iup geladen (mit dem Strom Idown entladen). Somit erzeugt die Ladungspumpe CP aus Pulsen der Schaltsignale INCR und DECR proportionale Strompulse Iup bzw. Idown.
  • Für die Performance einer PLL ist entscheidend, dass die Strompulse mit einer hohen Genauigkeit erzeugt werden. Die Ströme Iup und Idown sollen gleich groß sein. Dies ist in der Praxis jedoch nicht immer der Fall. Die Ursachen dafür sind:
    • – eine Fehlanpassung in der Geschwindigkeit von p- und n-Kanal-Transistoren in den Stromquellen;
    • – eine Fehlanpassung der Drain-Source-Spannungen UDS von p- und n-Kanal-Transistoren in den Stromquellen; und
    • – bei gleicher Ansteuerung von p- und n-Kanal-Schalttransistoren S1, S2 Unterschiede in den Stromquellen 1, 2 der Ladungspumpe CP.
  • Im eingeschwungenen Zustand der PLL gilt ∫(Iup – Idown) dt = 0. (1)
  • Sofern die Ströme Iup und Idown unterschiedliche Beträge aufweisen, muss dies im Regelschleifenbetrieb gemäß Gleichung (1) durch unterschiedliche Tastgrade (duty cycles) der Schaltsignale INCR bzw. DECR kompensiert werden. Dies ist der Regelgenauigkeit der PLL abträglich und verursacht das Auftreten eines systematischen Regel-Jitters.
  • In der Schrift US 6,611,160 ist eine differentielle Ladungspumpe beschrieben, die zwei Ladungspumpen-Schaltkreise umfasst. Die Ladungspumpe weist komplementäre Transistoren auf, welche die Ladungspumpe gegenüber in den Schalttransistoren auftretendes Schaltrauschen isolieren.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine fehlerkompensierte Ladungspumpen-Schaltung zu schaffen, die bei Verwendung in einer Phasenregelschleife eine Verringerung des systematischen Regel-Jitters ermöglicht. Ferner zielt die Erfindung darauf ab, ein Verfahren zur Erzeugung eines fehlerkompensierten Ausgangsstroms einer Ladungspumpen-Schaltung anzugeben, welches einen Regelbetrieb in einer Phasenregelschleife mit reduziertem systematischen Regel-Jitter ermöglicht.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Nach Anspruch 1 weist die erfindungsgemäße Ladungspumpen-Schaltung eine Ladungspumpe auf, die zumindest zwei jeweils von einem zugeordneten Schaltsignal geschaltete, seriell angeordnete Stromquellen aufweist, wobei die Differenz der in den beiden geschalteten Stromquellen erzeugten Ströme zum Ausgangsstrom der Ladungspumpe beiträgt. Erfindungsgemäß ist zumindest eine der beiden Stromquellen eine über ein Steuersignal steuerbare Stromquelle. Die Ladungspumpen-Schaltung umfasst ferner eine Regelschaltung zur Erzeugung des Steuersignals für die zumindest eine gesteuerte Stromquelle, welche die in den beiden geschalteten Stromquellen erzeugten Ströme auf einen gleichen Wert einregelt.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, die unterschiedliche Größe der von Konstantstromquellen erzeugten Ströme Iup und Idown dadurch zu kompensieren, dass zumindest eine der beiden Stromquellen eine steuerbare Stromquelle ist. Dadurch kann erreicht werden, dass die von der Ladungspumpen-Schaltung bereitgestellten Lade- und Entladeströme betragsmäßig gleich groß sind. Dies hat zur Folge, dass im eingeschwungenen Zustand der Regelschleife mit einem identischen Tastgrad (duty cycle) der die beiden Stromquellen schaltenden Schaltsignale gearbeitet werden kann, wodurch der Regel-Jitter in einer PLL mit erfindungsgemäßer Ladungspumpe deutlich reduziert wird.
  • Während also bei einer PLL nach dem Stand der Technik betragsmäßig unterschiedliche Konstantströme Iup Und Idown einen PLL-Regelbetrieb mit unterschiedlichen Tastgraden bewirken, wird in einer PLL mit der erfindungsgemäßen Ladungspumpen-Schaltung durch eine Regelung der Höhe der Entlade- und/oder Ladeströme ein PLL-Regelbetrieb mit idealerweise identischen Tastgraden der Schaltsignale ermöglicht.
  • Um die am Ausgang der Ladungspumpe (entspricht dem Ausgang der Ladungspumpen-Schaltung) erhaltenen Lade- und Entladeströme mittels der zumindest einen steuerbaren Stromquelle auf (betragsmäßige) Gleichheit einstellen zu können, wird die Regelschaltung zur Erzeugung des Steuersignals vorzugsweise von dem Ausgang der Ladungspumpe und zumindest einem der Schaltsignale angesteuert.
  • Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass die Regelschaltung eine Regelschaltungs-Ladungspumpe, deren Aufbau im Wesentlichen identisch zu der Ladungspumpe ist, und einen Differenzverstärker, welcher das Steuersignal ausgibt, aufweist. Dabei ist der eine Eingang des Differenzverstärkers mit einem Knoten zwischen den seriell angeordneten Stromquellen der Ladungspumpe und der andere Eingang des Differenzverstärkers mit einem Knoten zwischen den seriell angeordneten Stromquellen der Regelschaltungs-Ladungspumpe verbunden.
  • Durch den identischen Schaltungsaufbau der Ladungspumpe und der Regelschaltungs-Ladungspumpe wird eine Kompensation von systematischen Fehlern, wie beispielsweise der Fehlanpassung der Drain-Source-Spannung UDS der p- und n-Kanal-Transistoren in den Stromquellen der Ladungspumpe bzw. der Regelschaltungs-Ladungspumpe, erreicht. Die Ansteuerung des Differenzverstärkers durch die Potentiale zwischen den seriell angeordneten Stromquellen der (identisch aufgebauten) Ladungspumpe und Regelschaltungs-Ladungspumpe bewirkt, dass im eingeschwungenen Zustand der Arbeitspunkt der Regelschaltungs-Ladungspumpe durch den Arbeitspunkt der Ladungspumpe nachgebildet wird.
  • Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ladungspumpen-Schaltung kennzeichnet sich dadurch, dass beide geschalteten Stromquellen steuerbare Stromquellen sind und von dem Steuersignal angesteuert werden. Dadurch bleibt die Symmetrie der Ladungspumpe in Bezug auf die Ladestrom- und Entladestrom-Erzeugung gewahrt.
  • Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass beide Stromquellen der Regelschaltungs-Ladungspumpe gemeinsam durch ein einziges Schaltsignal angesteuert werden. Dadurch wird sichergestellt, dass bei einer Verwendung der Ladungspumpen-Schaltung in einer PLL im eingeschwungenen Zustand die Schaltsignale idealerweise identische Tastraten aufweisen.
  • Eine erfindungsgemäße PLL-Schaltung umfasst vorzugsweise einen stromgesteuerten Oszillator, wobei neben einer ersten erfindungsgemäßen Ladungspumpen-Schaltung eine weitere erfindungsgemäße Ladungspumpen-Schaltung zum Steuerstrom des stromgesteuerten Oszillators beiträgt.
    •
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert; in diesen zeigt:
  • 1 ein schematisches Schaltbild einer PLL mit einer konventionellen Ladungspumpe in konzeptioneller Darstellung; und
  • 2 eine schematische Darstellung des Schaltbildes einer PLL mit zwei erfindungsgemäßen Ladungspumpen-Schaltungen.
  • Identische oder ähnliche Schaltungselemente wie in der 1 sind in der 2 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die Beschreibung zur 1 Bezug genommen.
  • Die PLL weist zwei Ladungspumpen-Schaltungen CP1 und CP2 auf. Die Ladungspumpen-Schaltung CP1 umfasst eine Ladungspumpe CP_PROP und eine Regelschaltung CP_CON1. Die Ladungspumpen-Schaltung CP2 weist eine Ladungspumpe CP_INT und eine Regelschaltung CP_CON2 auf.
  • Die Ladungspumpen-Schaltung CP1 ist über eine elektrische Verbindung 10 mit dem Eingang eines stromgesteuerten Oszillators CCO verbunden. Ferner steht der Eingang des CCO über eine elektrische Verbindung 11 sowie einen Spannung-zu-Strom-Wandler VTOI (voltage to current converter) mit dem Ausgang der Ladungspumpen-Schaltung CP2 in Verbindung. Ein Schleifenfilter CL wird von dem Ausgangsstrom der Ladungspumpen-Schaltung CP2 geladen/entladen.
  • Die Ladungspumpen-Schaltung CP1 repräsentiert den Proportionalzweig der Phasenregelschleife und bewirkt die Phasenregelung der PLL. Die Ladungspumpen-Schaltung CP2, das Schleifenfilter CL sowie der Spannung-zu-Strom-Wandler VTOI repräsentieren den Integralzweig der Regelschleife und bewirken die Frequenz-Regelung der PLL. Es wird darauf hingewiesen, dass anstelle eines CCO auch ein VCO nach einer geeigneten Strom-zu-Spannungs-Wandlung in der elektrischen Verbindung 10 vorgesehen sein kann. In diesem Fall entfällt der Spannung-zu-Strom-Wandler VTOI (bzw. der VTOI und der CCO bilden den VCO).
  • Im Folgenden wird der Aufbau der Ladungspumpen-Schaltung CP1 näher beschrieben.
  • Die Ladungspumpe CP_PROP unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Ladungspumpe CP dadurch, dass der Konstantstromquelle 1 (erzeugt den konstanten Strom Iup) eine steuerbare Stromquelle 3 parallel geschaltet ist. In analoger Weise ist der Konstantstromquelle (Stromsenke) 2, die den konstanten Strom Idown erzeugt, eine steuerbare Stromquelle 4 parallel geschaltet. Die steuerbaren Stromquellen 3, 4 sind spannungsgesteuert und werden durch ein gemeinsames Ansteuersignal 5 angesteuert. Die steuerbare Stromquelle 3 erzeugt einen Strom IC1, welcher zu dem konstanten Strom Iup hinzu addiert wird. Die steuerbare Stromquelle 4 erzeugt einen Strom IC2, welcher zu dem Strom Idown der Konstantstromquelle 2 hinzu addiert wird.
  • Die elektrische Verbindung 10 steht mit einem Knoten K1 zwischen den beiden Schaltern S1 und S2 in Verbindung. Insofern bestimmt die Parallelschaltung der Stromquellen 1 und 3 den Ladestrom Iup + IC1 und die Parallelschaltung der Stromquellen 2, 4 den Entladestrom Idown + IC2, die beide über die elektrische Verbindung 10 fließen.
  • Die beiden steuerbaren Stromquellen 3, 4 können z.B. mit unterschiedlichen Eingangs-Transistoren (p-Kanal- und n-Kanal-Transistoren) ausgeführt sein, so dass ein unterschiedliches Ansteuerverhalten vorliegt. Eine andere Möglichkeit (nicht dargestellt) besteht darin, dass die steuerbaren Stromquellen 3, 4 über zwei getrennte Ansteuersignale 5 (invertiert und nicht-invertiert) angesteuert werden.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass anders als in der 1 der Schalter S1 von dem Schaltsignal DECR und der Schalter S2 von dem Schaltsignal INCR angesteuert werden.
  • Die Regelschaltung CP_CON1, welche das Ansteuersignal 5 für die Ladungspumpe CP_PROP bereitstellt, weist in Bezug auf die durch die Stromquellen 1, 2, 3, 4 und Schalter S1, S2 gebildete Schaltung einen identischen Aufbau wie die Ladungspumpe CP_PROP auf. Unterschiedlich zu dem Schaltungsaufbau der Ladungspumpe CP_PROP werden jedoch beide Schalter S1 und S2 von demselben Schaltsignal (INCR) angesteuert. Ferner wird der Knoten K1' zwischen den Schaltern S1 und S2 nicht zur Ansteuerung des CCO, sondern zur Ansteuerung des nicht-invertierenden Eingangs eines Differenzverstärkers 6 eingesetzt. Der Knoten K1' ist ferner über einen Kondensator CR mit VSS verbunden. Der invertierende Eingang des Differenzverstärkers 6 steht über die elektrische Verbindung 10 mit dem Knoten K1 der Ladungspumpe CP_PROP in Verbindung.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass die Stromquellen 1, 2, 3, 4 und Schalttransistoren S1, S2 der Ladungspumpe CP_PROP und der Regelschaltung CP_CON1 auf demselben Chip vorliegen und mit denselben Technologien realisiert sind.
  • Die Wirkungsweise der Ladungspumpen-Schaltung CP1 ist wie folgt: Der Differenzverstärker 6 vergleicht die Spannung UA am Arbeitspunkt (Knoten K1) der Ladungspumpe CP_PROP mit der Spannung U'A am Arbeitspunkt (Knoten K1') der Ladungspumpe 1, 2, 3, 4, S1, S2 der Regelschaltung CP_CON1. Die in den steuerbaren Stromquellen 3, 4 der Regelschaltung CP_CON1 generierten Kompensationsströme IC1 und IC2 werden in die Ladungspumpe CP_PROP gespiegelt und zu den Konstantströmen Iup bzw. Idown (die in der Praxis nur näherungsweise Konstantströme sind, da sie eine gewisse Abhängigkeit von der Höhe der Arbeitspunkt-Spannung UA aufweisen) addiert, wodurch sich eine Kompensation des systematischen Fehlers (betragsmäßige Abweichung zwischen Iup und Idown) ergibt. Mit IC = IC1 – IC2 ergibt sich für den zeitlichen Verlauf der Spannung U'A(t)
    Figure 00090001
  • Die Einschwingbedingung lautet U'A(t) – UA(t) = const für t → ∞. (3)
  • Im eingeschwungenen Zustand unterscheiden sich die Arbeitspunkte U'A und UA also um einen konstanten Wert const, welcher bewirkt, dass das Ansteuersignal 5 die für eine Stromkompensation richtige Höhe hat.
  • Für die Spannung UA(t) am Arbeitspunkt (Knoten K1) der Ladungspumpe CP_INT (in der Ladungspumpen-Schaltung CP2) gilt
    Figure 00090002
  • Der Arbeitspunkt UA der Ladungspumpe CP_PROP im eingeschwungenen Zustand ist durch die Übertragungsfunktion des stromgesteuerten Oszillators CCO bestimmt und ist im Allgemeinen unterschiedlich zu dem Arbeitspunkt UA der Ladungspumpe CP_INT im eingeschwungenen Zustand.
  • In den Gleichungen (2) und (4) bezeichnen con1 und con2 Konstanten, die die Einschwingdauer beeinflussen und durch das Aufbringen einer Ladung (precharging) auf Kondensatoren (z.B. CR) vor dem Einschwingvorgang (t = 0) geeignet eingestellt werden können.
  • Im eingeschwungenen Zustand gilt ∫(Iup – Idown + IC)dt = 0 mit der Bedingung DECR = INCR. (5)
  • Die Genauigkeit der durch Gleichung (5) zum Ausdruck gebrachten Stromkompensation wird aufgrund der vollständigen Gleichheit der Schaltungen CP_PROP und CP_CON1 in Bezug auf die Ladungspumpe nur noch durch die unvermeidlichen Unterschiede (Fehlanpassung) von identischen Transistoren (beim Betrieb mit den nahezu gleichen Arbeitspunkten UA und U'A) – d.h. mit anderen Worten dem unvermeidlichen Transistor-Mismatch baugleicher Transistoren – in den Ladungspumpen in CP_PROP und CP_CON1, jedoch nicht mehr durch eine Fehlanpassung von UDS von p- und n-Kanal-Transistoren in den Ladungspumpen oder durch Unterschiede der Konstantstromquellen 1, 2 bei gleicher Ansteuerung der Schalt-Transistoren S1 und S2 bestimmt. Es wird ferner darauf hingewiesen, dass durch die erfindungsgemäße Regelung des Kompensationsstroms IC auch parasitäre Schaltströme, die durch das Auftreten von parasitäre Ladungen bei Schaltvorgängen in den Schalttransistoren S1, S2 auftreten, ausgeregelt werden.
  • Der Aufbau der Ladungspumpen-Schaltung CP2 entspricht im Wesentlichen dem Aufbau der Ladungspumpen-Schaltung CP1, weswegen zur Vermeidung von Wiederholungen auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet wird. Unterschiedlich in Bezug auf den Schaltungsaufbau ist lediglich, dass in der Ladungspumpe CP_INT der Schalter S1 durch das Schaltsignal INCR und der Schalter S2 durch das Schaltsignal DECR angesteuert werden, und dass in der Regelschaltung CP_CON2 der nicht-invertierende Eingang des Differenzverstärkers 6 mit dem Knoten K1 (Arbeitspunkt UA) und der invertierende Eingang mit dem Knoten K1' (Arbeitspunkt U'A) der Regelschaltungs-Ladungspumpe 1, 2, 3, 4, S1, S2 verbunden ist. Die gesamte in 2 dargestellte Schaltung kann auf einem einzigen Chip verwirklicht sein.
  • Aufgrund der unterschiedlichen Ansteuerung des stromgesteuerten Oszillators CCO durch die Ladungspumpen-Schaltungen CP1 und CP2 – die Ladungspumpen-Schaltung CP1 steuert den Eingang des CCO direkt an, während die Ladungspumpen-Schaltung CP2 eine Ansteuerung des CCO über das Schleifenfilter CL und den Spannung-zu-Strom-Wandler VTOI vornimmt – sind die Größen von UA, U'A in den Steuerschaltungen CP_CON1 und CP_CON2 und die Größen IC1, IC2 und IC in den Ladungspumpen CP_PROP und CP_INT im Allgemeinen unterschiedlich. Es werden in den Ladungspumpen-Schaltungen CP1 und CP2 im Allgemeinen also unterschiedliche Kompensationsströme IC erzeugt, wobei auch die Ansteuersignale 5 in der Ladungspumpen-Schaltung CP1 und in der Ladungspumpen-Schaltung CP2 im Allgemeinen unterschiedliche Werte (im eingeschwungenen Zustand) annehmen. Zur Vermeidung einer unnötig aufwendigen mathematischen Darstellung ist die Unterschiedlichkeit der Größen IC1, IC2, IC UA, und U'A in den Ladungspumpen-Schaltkreisen CP1 und CP2 bei der Notation nicht (z.B. durch entsprechende Indizes) berücksichtigt.
  • Identisch für die Ladungspumpen-Schaltkreise CP1 und CP2 ist jedoch die gemeinsame Ansteuerung über die Schaltsignale DECR und INCR mit der Bedingung DECR = INCR (identische Tastgrade) im eingeschwungenen Zustand.

Claims (12)

  1. Ladungspumpen-Schaltung, mit – einer Ladungspumpe (CP_PROP; CP_INT), die zumindest zwei jeweils von einem zugeordneten Schaltsignal (DECR, INCR) geschaltete, seriell angeordnete Stromquellen (1, 3; 2, 4) aufweist, wobei die Differenz der in den beiden geschalteten Stromquellen erzeugten Ströme zum Ausgangsstrom der Ladungspumpen-Schaltung beiträgt, und wobei zumindest eine der beiden Stromquellen (1, 3; 2, 4) eine über ein Steuersignal (5) steuerbare Stromquelle ist, und – einer Regelschaltung (CP_CON1; CP_CON2) zur Erzeugung des Steuersignals (5) für die zumindest eine gesteuerte Stromquelle (1, 3; 2, 4), wobei die Regelschaltung (CP_CON1; CP_CON2) die in den beiden geschalteten Stromquellen (1, 3; 2, 4) erzeugten Ströme auf einen gleichen Wert einregelt.
  2. Ladungspumpen-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelschaltung (CP_CON1; CP_CON2) von dem Ausgang der Ladungspumpe (CP_PROP; CP_INT) und zumindest einem der Schaltsignale (DECR, INCR) angesteuert wird.
  3. Ladungspumpen-Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – die Regelschaltung (CP_CON1; CP_CON2) eine Regelschaltungs-Ladungspumpe (1, 2, 3, 4, S1, S2), deren Aufbau im Wesentlichen identisch zu der Ladungspumpe (CP_PROP; CP_INT) ist, und – einen Differenzverstärker (6), welcher das Steuersignal (5) ausgibt, aufweist, wobei der eine Eingang des Differenzverstärkers (6) mit einem Knoten (K1) zwischen den seriell angeordneten Stromquellen (1, 3; 2, 4) der Ladungspumpe (CP_PROP; CP_INT) und der andere Eingang des Differenzverstärkers (6) mit einem Knoten (K1') zwischen den seriell angeordneten Stromquellen der Regelschaltungs-Ladungspumpe (1, 2, 3, 4, S1, S2) in Verbindung steht.
  4. Ladungspumpen-Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide geschaltete Stromquellen (1, 3; 2, 4) steuerbare Stromquellen sind und von dem Steuersignal (5) angesteuert werden.
  5. Ladungspumpen-Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbare Stromquelle (1, 3; 2, 4) eine Konstantstromquelle (1, 3) sowie eine zu der Konstantstromquelle parallel geschaltete steuerbare Kompensationsstromquelle (2, 4) aufweist.
  6. Ladungspumpen-Schaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide Stromquellen (1, 3; 2, 4) der Regelschaltungs-Ladungspumpe (CP_CON1, CP_CON2) durch ein einziges gemeinsames Schaltsignal (INCR; DECR) angesteuert werden.
  7. PLL-Schaltung mit einer Ladungspumpen-Schaltung (CP2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einem Phasen/Frequenzvergleicher (PFD), welcher ein Referenzfrequenz-Signal und ein Rückkoppel-Frequenzsignal entgegennimmt und die Schaltsignale (INCR, DECR) ausgibt, einem von der Ladungspumpen-Schaltung angesteuerten Schleifenfilter (CL), einem dem Schleifenfilter (CL) nachgeschalteten gesteuerten Oszillator (VCO, CCO) sowie einem Frequenzteiler (N_DIV), welcher ein Ausgangs-Frequenzsignal des gesteuerten Oszillators (VCO, CCO) entgegennimmt und das Rückkoppel-Frequenzsignal ausgibt.
  8. PLL-Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der gesteuerte Oszillator ein stromgesteuerter Oszillator (CCO) ist, und wobei die PLL-Schaltung eine weitere Ladungspumpen-Schaltung (CP1) nach einem der vorhergehenden Ansprü che umfasst, deren Ausgangsstrom zum Steuerstrom des stromgesteuerten Oszillators (CCO) beiträgt.
  9. Verfahren zur Erzeugung eines fehlerkompensierten Ausgangsstroms einer Ladungspumpen-Schaltung (CP1; CP2), die zumindest zwei jeweils von einem zugeordneten Schaltsignal (DECR, INCR) geschaltete, seriell angeordnete Stromquellen (1, 3; 2, 4) aufweist, wobei die Differenz der in den beiden geschalteten Stromquellen erzeugten Ströme zum Ausgangsstrom der Ladungspumpen-Schaltung (CP1; CP2) beiträgt, mit dem Schritt: – Steuern des zumindest in einer der Stromquellen (1, 3; 2, 4) erzeugten Stroms derart, dass die in den beiden geschalteten Stromquellen erzeugten Ströme auf einen gleichen Wert geregelt werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung in Abhängigkeit von einem Potential am Ausgang der Ladungspumpe (CP_CON1, CP_CON2) und in Abhängigkeit zumindest eines der Schaltsignale (DECR, INCR) erfolgt.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei eine Regelschaltung (CP_CON1, CP_CON2) eine Regelschaltungs-Ladungspumpe (1, 2, 3, 4, S1, S2), deren Aufbau im wesentlichen identisch zu der Ladungspumpe (CP_PROP, CP_INT) ist, aufweist, gekennzeichnet durch die Schritte – Vergleichen der Potentiale, die an einem Knoten (K1) zwischen den seriell angeordneten Stromquellen (1, 3; 2, 4) der Ladungspumpe (CP_PROP; CP_INT) und an einem Knoten (K1') zwischen den seriell angeordneten Stromquellen der Regelschaltungs-Ladungspumpe (1, 2, 3, 4, S1, S2) auftreten; und – Steuern des zumindest in einer der Stromquellen (1, 3; 2, 4) erzeugten Stroms in Abhängigkeit von dem Vergleich.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch den Schritt Schalten beider Stromquellen (1, 3; 2, 4) der Regelschaltungs-Ladungspumpe (1, 2, 3, 4, S1, S2) durch ein gemeinsames Schaltsignal (INCR, DECR).
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