DE102006036546A1

DE102006036546A1 - Kapazitätsladestrombegrenzungseinrichtung, Ladungspumpenanordnung, Verfahren zum Begrenzen eines Ladestromes an einer Ladungspumpe und Verfahren zum Begrenzen des Ladestromes an einen Kondensator

Info

Publication number: DE102006036546A1
Application number: DE102006036546A
Authority: DE
Inventors: Marco GÖTZ; Rico Srowik
Original assignee: Qimonda Flash GmbH
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2006-08-04
Filing date: 2006-08-04
Publication date: 2008-02-21
Also published as: US20080042727A1

Abstract

Es ist eine Kapazitätsladestrombegrenzungseinrichtung mit einer Differenziereinrichtung vorgesehen, die parallel zu einer an einem Ladeknoten zu ladenden Kapazität geschaltet ist. Es ist eine Schalteinrichtung, die mit einem Ausgang der Differenziereinrichtung verbunden ist, vorgesehen, wobei die Schalteinrichtung einen dem Kondensator zugeführten Ladestrom unterbindet, wenn am Ausgang der Differenziereinrichtung ein vorbestimmter Wert anliegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kapazitätsladestrombegrenzungseinrichtung, ein Verfahren zum Begrenzen des Ladestromes an einem Kondensator und ein Verfahren zum Begrenzen eines Ladestromes. In der Mikroelektronik war es schon immer ein Problem einen ausreichenden Spitzenwert an Energie zur Verfügung zu stellen. Mit der zunehmenden Miniaturisierung ist dieses Problem weiter angestiegen, da kleinere Bauelemente auch nur einen geringeren Strom führen können. Zur Verdeutlichung dieses Problemes sei das nachfolgende Beispiel erläutert. Flashspeicherzellen werden dadurch programmiert, dass Ladung in der Speicherzone beziehungsweise dem Speichergate einer Flashzelle gespeichert wird. Zum Abspeichern wird eine bestimmte Spannung benötigt, die in der Regel über Ladungspumpen zur Verfügung gestellt werden. Da in der Regel eine Vielzahl von Flashzellen gleichzeitig programmiert werden, muss die Ladungspumpe nicht nur einen ausreichenden Spannungswert sondern gleichzeitig auch einen ausreichenden Strom zur Verfügung stellen. Dies bedeutet, dass die Ladungspumpe gleichzeitig einen ausreichend hohen Eingangsstrom anfordert.
Flashspeicherzellen werden beispielsweise in Speicherkarten verwendet, die in externen Geräten wie beispielsweise Fotoapparate, Audioabspielgeräte etc. eingesetzt werden. Da die Speicherkarten keine eigene Energiequelle besitzen, muss von den externen Geräten die Energieversorgung zur Verfügung gestellt werden. Dies bedeutet folglich, dass auch der Lade strom, der der Ladungspumpe beim Speichervorgang der Flashspeicherzellen zur Verfügung gestellt werden muss, von dem externen Gerät zur Verfügung gestellt werden muss. Der maximale zur Verfügung stehende Ladestrom ist nicht beliebig sondern wird durch die externen Geräte vorgegeben. Wird dieser maximale Wert überschritten, so kann es dazu führen, dass es zu Betriebsstörungen des externen Gerätes kommt. Eine derartige Betriebsstörung könnte beispielsweise bedeuten, dass der Fotoapparat, in dem eine solche Speicherkarte eingesetzt ist beim Überschreiten des maximalen Ladestromes, der durch den Fotoapparat zur Verfügung gestellt wird, rückgesetzt wird. Das bedeutet zum Einen, dass der Benutzer bei einem solchen Rücksetzen ihn nicht nur seinen Fotoapparat verzögert weiterbenutzen kann, sondern dass auch der Speichervorgang als solches unterbrochen wurde und gegebenenfalls Bildinformationen verloren gegangen sind.
Flashspeicherzellen werden jedoch nicht nur in derartigen Speicherkarten eingesetzt sondern auch als Schaltungsteile in diversen anderen Schaltungen und es ist leicht verständlich, dass das stets zumindest unerwünscht ist, dass der Betrieb einer derartigen Schaltung bei einem Speichervorgang gestört wird. Ladungspumpen werden aber auch in vielfältiger Weise eingesetzt. Stets ist es unerwünscht, wenn der Eingangsstrom einen vorgegebenen Maximalwert überschreitet.
Der Erfindung geht folglich die grundsätzliche Aufgabe zu Grunde, mit einfachen Mitteln kapazitive Ladeströme zu begrenzen.
Erfindungsgemäß erfolgt dies dadurch, dass eine Kapazitätsladestrombegrenzungseinrichtung mit einer Differenziereinrichtung vorgesehen ist, die parallel zu einem Ladeknoten zur la denden Kapazität geschaltet ist. Eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, die mit einem Ausgang der Differenziereinrichtung verbunden ist, wobei die Schalteinrichtung einen dem Kondensator zugeführten Ladestrom unterbindet, wenn am Ausgang der Differenziereinrichtung ein vorbestimmter Wert anliegt.
Weiterhin ist erfindungsgemäß eine Ladungspumpenanordnung mit einer Ladungspumpenschaltung vorgesehen, die eine an einem ersten Eingangsanschluss anliegenden Eingangsspannung in einer an einem Ausgangsanschluss anliegende Ausgangsspannung umsetzt und mit einer Steuerschaltung, die mit der Ladungspumpenschaltung derart verbunden ist, dass ein an dem Ausgangsanschluss fließender Ausgangsstrom ermittelt und beim Überschreiten eines vorbestimmten Maximalwertes die Ladungspumpenschaltung deaktiviert wird.
Weiterhin ist erfindungsgemäß ein Verfahren zum Begrenzen eines Stromes einer Ladungspumpe an einem Kondensator vorgesehen, bei dem eine Änderung der Spannung an dem Kondensator überwacht wird und bei Überschreiten einer vorbestimmten Spannungsänderung der Ladestrom durch die Ladungspumpe verändert wird.
Schließlich ist ein Verfahren zum Begrenzen des Ladestromes an einem Kondensator vorgesehen, bei dem die Spannungsänderung erfasst und einer Differenziereinrichtung zugeführt wird und in Abhängigkeit der differenzierten Spannungsänderung eine Unterbrechung des Ladestromes erfolgt.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den untergeordneten Ansprüchen angegeben. Die Merkmale der untergeordneten Ansprüche mit den Lösungen der unabgängigen Patentansprüche kombinierbar sind.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen näher erläutert.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Strombegrenzung in schematischer Darstellung und
2 zeigt eine nähere Ausgestaltung der in 1 dargestellten Strombegrenzung.
Gemäß 1 ist eine Ladungspumpenschaltung 4 vorgesehen, die an einem Anschluss 10 einer Eingangsspannung anschließbar ist und über den ein Eingangsstrom zuführbar ist. Diese Ladungspumpenschaltung 4 ist über den Ausgang 11 mit einer Schaltung, für die sie vorgesehen aber nicht dargestellt ist, verbunden. Dabei zeichnet der Kondensator 2 die kapazitive Belastung der am Ausgang 11 anschließbaren Schaltung. Über den Anschluss 5 wird ein Taktsignal einer Und-Schaltung 3 der Ladungspumpenschaltung 4 zugeführt. Das zugeführte Taktsignal taktet die Ladungspumpenschaltung und setzt entsprechend die am Eingang 10 anliegende Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung um. Diese Ausgangsspannung ist jedoch nur ohne Belastung sofort am Ausgang vorhanden. Bei kapazitiver Belastung steigt die Ausgangspannung gemäß einer E-Funktion in Abhängigkeit von der kapazitiven Belastung, das heißt von der Größe des Kondensators 2 an. Je größer die kapazitive Belastung ist desto größer ist der Laststrom IL, wie er symbolisch in 1 am Kondensator 2 angezeigt ist. Die Höhe des Laststromes IL lässt die Spannung am Kondensator 2, der zwischen Masse und dem Laststromknoten K2 liegt ansteigen. Ebenfalls mit dem Laststromknoten K2 ist ein Kondensator 1 verbunden.
Der Strom, der in den Kondensator 1 fließt ist proportional dem Spannungsanstieg am Laststromknoten K2. Die Differenz zwischen dem Laststrom in dem Kondensator 2 und dem Laststrom IL' in den Kondensator 1 entspricht der Differenz zwischen dem Kondensator 2 und dem Kondensator 1. Gemäß 1 ist eine Vergleichsschaltung 6 vorgesehen, die den Strom IL' zum Kondensator 1, der über den Anschluss K1 der Vergleichsschaltung 6 zugeführt wird mit einem Referenzstrom aus einer Referenzstromquelle 7 vergleicht.
Das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 6 ist digital. Die Kodierung ist derart, dass dann, wenn der Laststrom IL' höher als der Referenzstrom ist, das logische Schaltungsteil 3, über den das Taktsignal, das über den Anschluss 5 zugeführt wird, unterbunden wird. In den Fällen, wo der Strom Il' kleiner als der Referenzstrom aus der Referenzstromquelle 7 ist, ist das kodierte Signal von der Vergleichsschaltung 6 derart, dass das über den Anschluss 5 zugeführte Taktsignal über die logische Schaltungseinrichtung 3 der Ladungspumpenschaltung 4 zugeführt wird.
Nachfolgend einige Erläuterungen zur Schaltung gemäß 1. Grundsätzlich setzt sich der Ausgangsstrom der Ladungspumpenschaltung 4 aus dem Strom IL' und dem Laststrom IL zusammen. Ist der Kondensator 1 im Vergleich zum Kondensator 2 ausreichend klein, so entspricht der Ausgangsstrom I der Ladungspumpenschaltung 4 dem Laststrom IL in den Kondensator 2. Der Ausgangsstrom I der Ladungspumpenschaltung 4 ist multipliziert mit einem Proportionalitätsfaktor proportional zu dem über den Eingangsanschluss 10 fließenden Eingangsstrom. Soll der Eingangsstrom nunmehr begrenzt sein, braucht nur der hierzu proportionale Ausgangsstrom I begrenzt werden. Dies bedeutet, dass dann, wenn der Kondensator 1 ausreichend klein ist im Vergleich zum Kondensator 2 der Strom IL begrenzt werden muss. Der Strom IL ist, wie zuvor schon angedeutet proportional zum Spannungsanstieg am Laststromknoten K2. Dieser Spannungsanstieg wiederum bewirkt einen proportionalen Strom IL', der wiederum mit dem Referenzstrom verglichen wird. Dies bedeutet immer dass mit der Wahl des Referenzstromes aus der Referenzstromquelle 7 der maximale Eingangsstrom wählbar ist.
2 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Schaltungsanordnung nach 1, dabei sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Strom durch den Kondensator 1 wird an den Transistor T1 in eine Spannung umgesetzt, die wiederum einem Transistor T2 an seinem Gateanschluss zugeführt wird. Der Transistor T2 ist zwischen einer Stromquelle und einem Masseanschluss verbunden. Am Ausgangsanschluss des Transistors T2, der mit der Vergleichsschaltung 6 verbunden ist, fällt entsprechend der am Gateanschluss anliegenden Spannungsabfall ab, da der durch den Transistor T2 geführte Strom proportional zur am Gateanschluss liegenden Spannung ist. Vergleichsschaltung 6 vergleicht die vom Ausgangsanschluss des Transistors T2 zugeführte Spannung mit einer am Vergleichseingang 7' anliegenden nicht dargestellten Spannung. Das Vergleichsergebnis wird der logischen Schaltungseinrichtung 3 zugeführt, die beispielsweise zur Und-Schaltung ausgebildet sein kann. Entsprechend dem Signal aus der Vergleichsschaltung 6 führt die Und-Schaltung 3 das am Anschluss 5 zugeführte Taktsignal der Ladungspumpenschaltung 4 zu oder unterbindet dies, was wiederum den Eingangsstrom, der über den Anschluss 10 der Ladungspumpenschaltung 4 zugeführt wird begrenzt.

Claims

Kapazitätsladestrombegrenzungseinrichtung mit einer Differenziereinrichtung (1), die parallel zu an einem Ladeknoten (K2) zu ladenden Kapazität (2) geschaltet ist und einer Schalteinrichtung (3, 6, 7), die mit einem Ausgang (K1) der Differenziereinrichtung (1) verbunden ist, wobei die Schalteinrichtung einen dem Kondensator (2) zugeführten Ladestrom (EL) unterbindet, wenn am Ausgang der Differenziereinrichtung (1) ein vorbestimmter Wert anliegt.
Kapazitätsladestrombegrenzungseinrichtung nach Anspruch 1, bei dem die Differenziereinrichtung (1) aus einem Kondensator gebildet ist.
Kapazitätsladestrombegrenzungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Ladestrom des Kondensators (1) von einer Ladungspumpenschaltung (4) zugeführt wird.
Kapazitätsladestrombegrenzungseinrichtung nach Anspruch 3, bei der die Schalteinrichtung (3, 6, 7) den Betrieb der Ladungspumpe (4) steuert.
Kapazitätsladestrombegrenzungseinrichtung nach Anspruch 4, bei der die Schalteinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie ein Taktsignal der Ladungspumpe (4) unterbindet, wenn die Differenziereinrichtung (1) am Ausgang (K1) einen zu hohen Ladestrom am Kondensator (2) signalisiert.
Kapazitätsladestrombegrenzungseinrichtung nach Anspruch 5, bei dem der Ladestrom am Kondensator (2) als Änderung einer Spannung am Ladeknoten (K2) der Differenziereinrichtung (1) ermittelt wird.
Ladungspumpenanordnung mit einer Ladungspumpenschaltung (4), die einer an einem ersten Eingangsanschluss (10) anliegenden Eingangsspannung in einer an einem Ausgangsanschluss (K2) anliegende Ausgangsspannung umsetzt und mit einer Steuerschaltung (3, 6, 7), die mit der Ladungspumpenschaltung (4) derart verbunden ist, dass sie einen an dem Ausgangsanschluss fließenden Ausgangsstrom (E) ermittelt und bei Überschreiten eines vorbestimmten Maximalwertes die Ladungspumpenschaltung (4) deaktiviert.
Ladungspumpenanordnung nach Anspruch 7, bei der die Steuerschaltung (3, 6, 7) eine Differenziereinrichtung (1) aufweist, die den Ausgangsstrom als Spannungsänderung am Ausgangsanschluss (K1) ermittelt.
Ladungspumpenanordnung nach Anspruch 7 oder 8, bei der der Ladungspumpenschaltung (4) ein Taktsignal an einem zweiten Eingangsanschluss zugeführt wird, das bei Überschreiten des vorbestimmten maximalen Ausgangsstrom unterbunden wird.
Ladungspumpenanordnung nach Anspruch 9, bei der das Taktsignal über eine logische Schaltung (3) der Ladungspumpenschaltung (4) zugeführt wird.
Ladungspumpenanordnung nach Anspruch 10, bei der die logische Schaltung (3) eine Und-Schaltung ist.
Verfahren zum Begrenzen eines Ladestromes einer Ladungspumpe an einem Kondensator, bei dem eine Änderung der Spannung an dem Kondensator überwacht wird und bei Überschreiten einer vorbestimmten Spannungsänderung der Ladestrom durch die Ladungspumpe verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Veränderung des Ladestroms durch die Ladepumpe durch Deaktivieren der Ladepumpe erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Änderung der Spannung in einen Strom umgesetzt wird und dieser Strom mit einem Referenzstrom verglichen wird.
Verfahren zum Begrenzen des Ladestroms an einem Kondensator, bei dem die Spannungsänderung erfasst und einer Differenziereinrichtung zugeführt wird und in Abhängigkeit der differenzierten Spannungsänderung eine Unterbrechung des Ladestromes erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die Unterbrechung des Ladestroms dadurch erfolgt, dass der Ladestrom aus einer gesteuerten Stromquelle erfolgt und ein Steuersignal der Stromquelle unterbrochen wird.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem die Spannungsänderung am Kondensator in einen Stromwert durch Differenz umgesetzt wird und der Stromwert von einer Vergleichseinrichtung mit einem Referenzstrom verglichen wird und das Vergleichsergebnis als Steuersignal zur Unterbrechung des Ladestroms verwendet wird.