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Technischer Bereich
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Diese
Erfindung bezieht sich auf einen Sägezahnsignalgenerator, der
eine differenzialgesteuerte Sägezahnsignalamplitude
zur Verfügung
stellt.
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Hintergrund
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1 zeigt
die Signalform eines Sägezahnsignals,
das durch Laden eines Kondensators mit einer Konstantstromquelle
erzeugt wird. Die Magnitude (M) des Sägezahnsignals, das durch Laden
eines Kondensators (C) mit einem Ladestrom (I) erzeugt wird, ist
gegeben durch:
wobei Tclk die Periode des
Sägezahnsignals,
Vref die Startspannung und Vend die Endspannung des Sägezahnsignals
ist. Der Ladestrom (I) kann durch eine Bandlückenspannung (Vbg) und einen
Widerstand (R) zur Verfügung
gestellt werden. Der Ladestrom zum Laden des Kondensators (C) ist
gegeben durch: I = Vbg/R, so dass die Magnitude des Sägezahns
geschrieben werden kann als
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Die
Variationen in den Werten von hergestellten Widerständen haben
einen Bereich von ±30%,
wohingegen die Variationen bei hergestellten Kondensatoren einen
Bereich von ±20%
haben, in Abhängigkeit
von Variationen im Herstellungsprozess. Die Magnitude eines Sägezahnsignals
kann daher über
einen Bereich von minus 36 bis plus 78% variieren. Dieser Bereich
für die
Magnitude oder Amplitude eines Sägezahnsignals
ist für
Systeme, die einen hohen Grad an Genauigkeit erfordern, nicht akzeptabel.
Demzufolge erfordert eine einfache Ladeschaltung für einen
Sägezahngenerator
eine Trimmung, um die Magnitude des Sägezahnsignals an den gewünschten
Wert anzupassen. Demzufolge ist ein Sägezahngenerator erforderlich,
der ein Sägezahnausgangssignal
zur Verfügung
stellen kann, das eine Magnitude hat, die trotz der Prozessvariationen der
Bauelementewerte genau ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Ein
dualer Differenzialsägezahnsignalgenerator
enthält
einen ersten Sägezahnspannungsgenerator,
der einen ersten Ladungskondensator enthält und dazu eingerichtet ist,
ein positiv laufendes Sägezahnausgangssignal
zur Verfügung
zu stellen. Der Sägezahngenerator
enthält
auch einen zweiten Sägezahnspannungsgenerator,
der einen ersten Entladungskondensator enthält und dazu eingerichtet ist, ein
negativ laufendes Sägezahnausgangssignal
zur Verfügung
zu stellen. Ein Komparator ist dazu eingerichtet, das positiv laufende
Sägezahnausgangssignal
mit dem negativ laufenden Sägezahnausgangssignal
zu vergleichen und ein Komparatorausgangssignal zur Verfügung zu
stellen. Ein Phasenfrequenzkomparator ist dazu eingerichtet, als
Reaktion auf das Komparatorausgangssignal Signale zur Verfügung zu
stellen, um eine duale Ladungspumpe zu steuern. Die duale Ladungspumpe
ist dazu eingerichtet, dem positiv laufenden Sägezahngenerator einen Rückkopplungssteuerungsquellenstrom
zur Verfügung
zu stellen, um die Magnitude des positiv laufenden Sägezahnausgangssignals
zu steuern, und zusätzlich
dazu eingerichtet ist, dem negativ laufenden Sägezahngenerator einen Rückkopplungssteuerungssenkenstrom
zur Verfügung
zu stellen, um die Magnitude des negativ laufenden Sägezahnausgangssignals
zu steuern. Die Magnituden des Rückkopplungssteuerungsquellenstroms
und des Rückkopplungssteuerungssenkenstroms
haben den gleichen Absolutwert.
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Ein
Dualausgangs-Differenzialsägezahngenerator
enthält
eine positiv laufende Dualkondensator-Sägezahnspannungsgeneratorschaltung,
die dazu eingerichtet ist, ein positiv laufendes Sägezahnausgangssignal
zur Verfügung
zu stellen. Eine negativ laufende Dualkondensator-Sägezahnspannungsgeneratorschaltung
ist dazu eingerichtet, ein negativ laufendes Sägezahnausgangssignal zur Verfügung zu
stellen. Eine Komparatorschaltung ist dazu eingerichtet, das positiv
laufende Sägezahnausgangssignal
mit dem negativ laufenden Sägezahnausgangssignal
zu vergleichen und ein Komparatorausgangssignal zur Verfügung zu
stellen. Ein Phasenfrequenzkomparator ist, als Reaktion auf das
Komparatorausgangssignal, dazu eingerichtet, Signale zur Verfügung zu
stellen, um eine duale Ladungspumpe zu steuern. Die duale Ladungspumpe
ist dazu eingerichtet, dem positiv laufenden Sägezahngenerator einen Rückkopplungsquellenstrom
zur Verfügung
zu stellen, um die Magnitude des positiv laufenden Sägezahnausgangssignals
zu steuern. Die duale Ladungspumpe ist außerdem dazu eingerichtet, dem negativ
laufenden Sägezahngenerator
einen Rückkopplungssenkenstrom
zur Verfügung
zu stellen, um die Magnitude des negativ laufenden Sägezahnausgangssignals
zu steuern. Der Rückkopplungsquellenstrom
und der Rückkopplungssenkenstrom
der dualen Ladungspumpe haben den gleichen Absolutwert.
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Ein
Verfahren zur Erzeugung dualer differenzieller Sägezahnsignale umfasst die Schritte:
Steuern der Amplitude eines positiv laufenden Sägezahnausgangssignals durch
Laden eines Ladungskondensators in einem positiv laufenden Sägezahnspannungsgenerator
mit einem variablen Rückkopplungssteuerungsquellenstrom;
Steuern der Amplitude eines negativ laufenden Sägezahnausgangssignals durch
Laden eines Ladungskondensators in einem negativ laufenden Sägezahnspannungsgenerator
mit einem variablen Rückkopplungssteuerungssenkenstrom;
Vergleichen des ersten positiv laufenden Sägezahnausgangssignals mit dem
zweiten negativ laufenden Sägezahnausgangssignal,
um ein Komparatorausgangssignal zur Verfügung zu stellen; und Steuern
einer dualen Ladungspumpe mit dem Komparatorausgangssignal, die
dem positiv laufenden Sägezahngenerator
einen Rückkopplungsquellenstrom
zur Verfügung
stellt, um eine Magnitude des positiv laufenden Sägezahnausgangssignals
zu steuern, und die ebenso dem negativ laufenden Sägezahngenerator
einen Rückkopplungssenkenstrom zur
Verfügung
stellt, um die Magnitude des negativ laufenden Sägezahnausgangssignals zu steuern,
so dass der Rückkopplungsquellenstrom
und der Rückkopplungssenkenstrom
der dualen Ladungspumpe den gleichen Absolutwert haben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
begleitenden Zeichnungen, die in die Beschreibung aufgenommen werden
und einen Teil derselben bilden, illustrieren Ausführungsformen
der Erfindung und dienen, zusammen mit der Beschreibung, der Erläuterung
der Prinzipien der Erfindung:
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1 ist
eine Signalform für
ein Sägezahnsignal.
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2 ist
ein Blockdiagramm eines differenzialamplitudengesteuerten Sägezahngenerators
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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3 ist
ein Signalformdiagramm, das eine Bandlückenreferenzspannung Vbg zeigt.
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4 ist
ein Signalformdiagramm, das Spannungsreferenzpegel für einen
hohen Spannungspegel Vh und einen niedrigen Spannungspegel Vl für den differenzialamplitudengesteuerten
Sägezahngenerator
der 2 zeigt.
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5 ist
ein Signalformdiagramm, das eine positiv laufende Sägezahnspannungssignalform Vstp
für den
differenzialamplitudengesteuerten Sägezahngenerator der 2 zeigt.
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6 ist
ein Signalformdiagramm, das eine negativ laufende Sägezahnspannungssignalform Vstn
für den
differenzialamplitudengesteuerten Sägezahngenerator der 2 zeigt.
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7 ist
ein Schaltungsdiagramm eines Spannungsreferenzblocks, der ausgehend
von der Bandlückenreferenzspannung
einen hohen Spannungspegel Vh und eine niedrige Spannung Vl für den differenzialamplitudengesteuerten
Sägezahngenerator
der 2 zur Verfügung
stellt.
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8 ist
ein Schaltungsdiagramm von zwei Sägezahnspannungsgeneratoren
für den
differenzialamplitudengesteuerten Sägezahngenerator der 2.
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9 ist
ein Zeitdiagramm, das verschiedene Spannungssignalformen für die beiden
Sägezahnspannungsgeneratoren
der 7 zeigt.
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10 ist
ein Zustandsübergangsdiagramm für einen
Phasenfrequenzkomparator für
den differenzialamplitudengesteuerten Sägezahngenerator der 2.
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11 ist
ein Zeitdiagramm, das verschiedene Signale für den Phasenfrequenzkomparator
der 10 illustriert.
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12 ist
ein Schaltungsdiagramm einer Ladungspumpe für den differenzialamplitudengesteuerten
Sägezahngenerator
der 2.
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13 ist
ein Zeitdiagramm, das ein CLK-Signal mit einem Tastverhältnis Th
und einer Periode TClk zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
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2 illustriert
eine beispielhafte Ausführungsform
eines dualen Sägezahnsignalgeneratorsystems 100.
Das Sägezahnsignalgeneratorsystem 100 wird
durch den Vergleich eines positiv laufenden Sägezahnsignals mit einem negativ
laufenden Sägezahnsignal
gesteuert. Eine Spannungsreferenzschaltung 102, wie z.
B. eine Bandlückenquelle,
stellt z. B. eine Bandlückenspannung
Vbg als Eingangsreferenzspannung an einer Spannungsreferenz schaltung 104 zur
Verfügung.
Die Spannungsreferenzschaltung 104 stellt dem dualen Sägezahnsignalgenerator 106 eine
hohe Referenzspannung Vh und eine niedrige Referenzspannung Vl zur
Verfügung.
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Der
duale Sägezahnsignalgenerator 106 enthält zwei
Sägezahnsignalgeneratoren.
Der duale Sägezahnsignalgenerator 106 empfängt ein
CLK-Signal. Ein positiv laufender Sägezahngenerator wird durch
ein Rückkopplungsstromsignal
IregP gesteuert und stellt ein positiv laufendes Sägezahnausgangssignal
Vstp zur Verfügung.
Der andere negativ laufende Sägezahngenerator
wird durch ein Rückkopplungsstromsignal
IregN gesteuert und stellt ein negativ laufendes Sägezahnausgangssignal
Vstn zur Verfügung.
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Ein
positiver Eingangsanschluss des Spannungskomparators 108 empfängt das
positiv laufende Sägezahnausgangssignal
Vstp. Ein negativer Eingangsanschluss des Komparators 108 empfängt das negativ
laufende Sägezahnausgangssignal
Vstn. Der Komparator 108 stellt ein Komparatorausgangssignal
Vcmp als den einen Eingang eines Phasenfrequenzkomparators (PFC) 110 zur
Verfügung,
der das Komparatorausgangssignal Vcmp mit der fallenden Flanke eines
Referenz-CLK-Ausgangssignals einer Referenztaktschaltung 112 vergleicht.
Wie im Folgenden in Verbindung mit 10 diskutiert
wird, ist eine Ausführungsform
des PFC 112 als Zustandsmaschine implementiert. Die Taktschaltung 112 enthält endgültige Kalibrierbits
zur Einstellung des CLK-Tastverhältnisses,
das verwendet wird, um die Amplitude der Sägezahnsignale einzustellen.
Um die Einstellung des Tastverhältnisses
des CLK-Takts zu ermöglichen,
wird die Referenztaktschaltung 12 mit einem Eingangstaktreferenzsignal
versorgt, das eine Frequenz Fin hat, die z. B. dem k-fachen der
Frequenz des Taktsignals CLK entspricht, wobei k eine ganze Zahl
ist. Als illustratives Beispiel wird das CLK-Signal durch Verwendung
eines Zählers
zur Verfügung
gestellt, der z. B. eine Zahl (kleiner als k) von steigenden Flanken
oder eine Zahl (kleiner als 2k) von steigenden und fallenden Flanken
des Eingangstaktreferenzsignals zählt. Wenn z. B. k = 10, ermöglicht das Zählen der
steigenden Flanken eine Einstellung des Tastverhältnisses des CLK-Signals in
10%-Schritten der CLK-Periode. Wenn k = 20, ermöglicht das Zählen der
steigenden und fallenden Flanken eine Einstellung des Tastverhältnisses
des CLK-Signals in 5%-Schritten der CLK-Periode. Für jede Periode
des CLK-Signals stellt der PFC 110 der dualen Ladungspumpenschaltung 114 entweder
ein UP-Ausgangssignal, ein DOWN-Ausgangssignal oder keines von beiden
zur Verfügung.
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Die
duale Ladungspumpschaltung 114 stellt dem positiv laufenden
Sägezahngenerator
in dem dualen Sägezahnsignalgenerator 106 auf
einer Signalleitung 116 das Rückkopplungs stromsignal IregP zur
Verfügung.
Außerdem
stellt die duale Ladungspumpschaltung 114 dem negativ laufenden
Sägezahnsignalgenerator
in dem dualen Sägezahnsignalgenerator 106 auf
einer Signalleitung 118 das Rückkopplungsstromsignal IregN
zur Verfügung.
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Eine
erste Stromrückkopplungsschleife
wird gebildet durch den positiv laufenden Sägezahnsignalgenerator, den
Spannungskomparator 108, den PFC 110 und die Ladungspumpe
der dualen Ladungspumpschaltung 114, die dem positiv laufenden Sägezahnsignalgenerator
das Rückkopplungsstromsignal
IregP zur Verfügung
stellt, um die Amplitude des positiv laufenden Sägezahnsignals Vstp des positiv
laufenden Sägezahnsignalgenerators
zu regulieren. In ähnlicher
Weise wird eine zweite Stromrückkopplungsschleife
gebildet durch den negativ laufenden Sägezahnsignalgenerator, den
Spannungskomparator 108, den PFC110 und die Ladungspumpe
der dualen Ladungspumpschaltung 114, die dem negativ laufenden
Sägezahnsignalgenerator
das Rückkopplungsstromsignal
IregN zur Verfügung
stellt, um die Amplitude des negativ laufenden Sägezahnsignals Vstn des negativ
laufenden Sägezahnsignalgenerators
zu regulieren.
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3 zeigt
den Bandlückenspannungspegel Vbg
der Spannungsreferenzschaltung 102 als Eingangsreferenzspannung
an der Spannungsreferenzschaltung 104. 4 illustriert,
dass die Spannungsreferenzschaltung 104 dem dualen Sägezahnsignalgenerator
eine hohe Referenzspannung Vh und eine niedrige Referenzspannung
Vl zur Verfügung
stellt.
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5 illustriert
eine positiv laufende Sägezahnspannungssignalform
Vstp als Ausgangssignal des positiv laufenden Sägezahngenerators des differenzialamplitudengesteuerten
Sägezahngenerators der 2.
Die niedrige Spannungsreferenz Vl ist der Startpegel für die positiv
laufende Sägezahnspannungssignalform
Vstp. Die hohe Referenzspannung Vh ist der Endpunkt für die positiv
laufende Sägezahnspannungssignalform
Vstp.
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6 illustriert
eine negativ laufende Sägezahnspannungssignalform
Vstn als Ausgangssignal des negativ laufenden Sägezahngenerators des differenzialamplitudengesteuerten
Sägezahngenerators
der 2. Die hohe Referenzspannung Vh ist der Startpegel
für die
negativ laufende Sägezahnspannungssignalform
Vstn. Die niedrige Referenzspannung Vl ist der Endpunkt für die negativ
laufende Sägezahnspannungssignalform
Vstn.
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7 ist
ein Schaltungsdiagramm einer Spannungsreferenzschaltung 120,
die den hohen Spannungspegel Vh und den niedrigen Spannungspegel
Vl für
die beiden Sägezahngene ratoren
des differenzialamplitudengesteuerten dualen Sägezahngenerators 106 der 2 zur
Verfügung
stellt.
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Die
Spannungsreferenzschaltung 120 enthält einen Operationsverstärker 122,
der einen Ausgangsanschluss hat, der mit einem Gate-Anschluss eines
NMOS-Transistors 124 gekoppelt ist. Der NMOS-Transistor 124 hat
einen Drain-Anschluss, der mit einer Vdd-Spannungsreferenz gekoppelt
ist, und einen Source-Anschluss, der mit einem Vh-Knoten 126 gekoppelt
ist, an dem die Vh-Referenzspannung zur Verfügung gestellt wird. Der Vh-Knoten 126 ist über einen
Widerstand 128 mit einem Knoten 130 gekoppelt,
der mit einem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 122 gekoppelt
ist. Ein nicht-invertierender
Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 122 empfängt die
Vbg-Referenzspannung. Der Knoten 130 ist über einen
Widerstand 132 mit einem Vl-Knoten 134 gekoppelt,
an dem das Vl-Referenzsignal zur Verfügung gestellt wird. Der Vl-Knoten 134 ist über einen
Widerstand 136 mit einem Masse- oder 0-Volt-Referenzanschluss 138 gekoppelt.
Die Vl-Spannung ist eine Funktion der Widerstände 132, 136 und
der Bandlückenspannung
Vbg. Die Vh-Spannung ist eine Funktion der Widerstände 128, 132, 136.
Bei einer guten Anpassung der Widerstände hängt die Magnitude des Sägezahnsignals
(Vh–Vl)
von der Genauigkeit der Bandlückenspannung
Vbg ab.
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8 ist
ein Schaltungsdiagramm für
zwei Sägezahnspannungsgeneratoren 150, 152,
die in dem dualen Sägezahnsignalgenerator 106 der 2 enthalten
sind. Der Sägezahnspannungsgenerator 51 stellt
ein positiv laufendes oder steigendes Sägezahnsignal zur Verfügung. Der
Sägezahnspannungsgenerator 152 stellt
ein negativ laufendes oder fallendes Sägezahnsignal zur Verfügung. 9 zeigt
ein Zeitdiagramm für
verschiedene Spannungssignalformen der beiden Sägezahnspannungsgeneratoren der 2. 8 und 9 stellen
eine Beschreibung des Aufbaus und der Funktion der beiden Sägezahngeneratoren
für den
dualen Sägezahnsignalgenerator 106 der 2 zur
Verfügung.
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Die
positiv laufende oder steigende Sägezahngeneratorschaltung 150 der 8 erzeugt
das positiv laufende oder steigende Sägezahnsignal Vstp als einen
Sägezahn
von steigender Spannung, der durch eine steigende Flanke des Taktsignals
CLK gestartet wird, und der durch die nächste steigende Flanke des
Taktsignals CLK zurückgesetzt
wird. Unter Bezug auf 5 beginnt das positiv laufende
Sägezahnsignal
Vstp bei der Vl-Spannung und steigt an auf eine Spitzenspannung
von Vh.
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Die
positiv laufende Sägezahngeneratorschaltung 150 enthält eine
flankengetriggerte D-Flip-Flop-Schaltung 160 für die positiv
laufende Sägezahngeneratorschaltung 150.
Die flankengetriggerte D-Flip-Flop-Schaltung 160 hat einen
Taktanschluss cp zum Empfangen des CLK-Signals, das im Wesentlichen
ein Rechtecksignal mit einer Periode Tclk ist. Ein invertierter
Q-Ausgangsanschluss qn des D-Flip-Flops 160 ist auf einen
D-Eingangsanschluss d zurückgekoppelt.
Die D-Flip-Flop-Schaltung 160 ändert den Zustand an der steigenden
Flanke des CLK-Signals in jeder Tclk-Zeitperiode, wie in 9 dargestellt.
Das Q-Ausgangssignal und das invertierte Q-Ausgangssignal des D-Flip-Flops 160 werden durch
eine Signalkonditionierungsschaltung 162 geführt, die
verhindert, dass sich das Q-Ausgangssignal und das invertierte Q-Ausgangssignal überlappen.
Die konditionierten Ausgangssignale der Signalkonditionierungsschaltung 162 sind
mit der positiv laufenden Sägezahngeneratorschaltung 150 gekoppelt.
Diese Signale sind ein auf einer Signalleitung 166 zur
Verfügung
gestelltes Befehlssignal VcmdP und ein auf einer Signalleitung 164 zur
Verfügung
gestelltes invertiertes Befehlssignal VcmdPb. Diese Signale sind
im Wesentlichen Rechtecksignale mit entgegengesetzter Phase, die
jeweils eine Periode von 2Tclk haben. Das VcmdP- und VcmdPb-Signal
steuern den Betrieb der positiv laufenden Sägezahngeneratorschaltung 150.
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Die
positiv laufende Sägezahngeneratorschaltung 150 enthält einen
ersten CMOS-Inverter, der aus einem ersten PMOS-Pull-up-Transistor
und einem ersten Pull-down-NMOS-Transistor 172 gebildet
wird. Der erste PMOS-Pull-up-Transistor 170 hat einen Source-Anschluss, der mit
einem Eingangsanschluss 174 gekoppelt ist, der den Rückkopplungsstrom
IregP der Ladungspumpschaltung 114 in 2 empfängt. Die
Gate-Anschlüsse
der Transistoren 170 und 172 sind miteinander
gekoppelt. Die Drain-Anschlüsse
der Transistoren 170 und 172 sind beide mit einem
Knoten 176 gekoppelt. Ein erster Sägezahnkondensator 178 ist
zwischen die Knoten 176 und einen Masseanschluss 180a gekoppelt.
Der Source-Anschluss des ersten Pull-down-NMOS-Transistor 172 ist
mit einem Anschluss 182 gekoppelt, an dem die niedrige
Spannung Vl zur Verfügung
gestellt wird. Die Gate-Anschlüsse der
Transistoren 170 und 172 sind mit einem ersten
Gate-Knoten 184 gekoppelt, der das VcmdP-Signal auf der
Signalleitung 166 empfängt.
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Die
positiv laufende Sägezahngeneratorschaltung 150 enthält auch
einen zweiten CMOS-Inverter,
der aus einem zweiten PMOS-Pull-up-Transistor 190 und einem
zweiten Pull-down-NMOS-Transistor 192 gebildet
wird. Der zweite PMOS-Pull-up-Transistor 190 hat einen
Source-Anschluss, der ebenfalls mit dem Eingangsanschluss 174 gekoppelt
ist, der den Rückkopplungsstrom
IregP von der Ladungspumpschaltung 114 in 2 empfängt. Die
Gate-Anschlüsse
und die Drain-Anschlüsse
der Transistoren 190 und 192 sind miteinander
verbunden. Die Drain-Anschlüsse
der Transistoren 190 und 192 sind beide mit einem
Knoten 194 gekoppelt. Ein zweiter Sägezahnkondensator 196 ist
zwischen den Knoten 194 und einen Masseanschluss 180b gekoppelt.
Der Source-Anschluss des zweiten Pull-down-NMOS-Transistors 192 ist mit dem
Anschluss 182 gekoppelt, an dem die niedrige Spannung Vl
zur Verfügung
gestellt wird. Die Gate-Anschlüsse
der Transistoren 190 und 192 sind mit einem zweiten
Gate-Knoten 198 gekoppelt, der das Befehlssignal VcmdPb
auf der Signalleitung 164 empfängt.
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Ein
erster NMOS-Koppeltransistor 200 ist zwischen den Knoten 176 und
einen Vstp-Signalausgangsknoten 202 geschaltet.
Ein Gate-Anschluss des ersten NMOS-Koppeltransistors 200 ist mit
dem zweiten Gate-Knoten 198 gekoppelt, der das Befehlssignal
VcmdPb auf der Signalleitung 164 empfängt. In ähnlicher Weise ist ein zweiter
NMOS-Koppeltransistor 204 zwischen
den Knoten 194 und den Vstp-Signalausgangsknoten 202 geschaltet.
Ein Gate-Terminal des zweiten NMOS-Koppeltransistors 204 ist
mit dem ersten Gate-Knoten 194 gekoppelt, der das Befehlssignal
VcmdPb auf der Signalleitung 166 empfängt.
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In
Betrieb werden der positiv laufenden Sägezahngeneratorschaltung 150 die
entgegengesetzt gephasten Zeitabstimmungsbefehlssignale VcmdP und
VcmdPb phasenversetzt von der Signalkonditionierungsschaltung 162 zur
Verfügung
gestellt, wie in dem Zeitdiagramm der 9 dargestellt.
Der positiv laufende Sägezahnsignalgenerator 150 empfängt das
Stromsignal IregP von der Ladungspumpe 116. Der positiv
laufende Sägezahnsignalgenerator 150 richtet
abwechselnd das Stromsignal IregP, um abwechselnd einen der beiden
Sägezahnkondensatoren 178, 196 zu
laden, während
der andere auf den Vl-Spannungspegel
am Anschlusspegel 182 entladen wird. Ein HIGH-Pegel auf
dem Befehlssignal VcmdPb auf der Signalleitung 164 schaltet
den zweiten NMOS-Pull-down-Transistor 192 ein, um den zweiten
Sägezahnkondensator 196 mit
der Vl-Spannung am Vl-Anschluss 182 zu koppeln, um somit
einen Pfad zur Verfügung
zu stellen, um den zweiten Sägezahnkondensator 196 auf
den Vl-Spannungspegel zu entladen. Ein HIGH-Pegel auf dem VcmdPb-Signal
auf der Signalleitung 164 schaltet außerdem den ersten NMOS-Koppeltransistor 200 ein,
um den Knoten 176 und den Sägezahnkondensator 178 mit
dem Vstp-Ausgangsanschluss 202 zu koppeln. Ein zugehöriger LOW-Pegel
auf dem VcmdPb-Signal auf
Leitung 164 schaltet den ersten Pull-up-PMOS-Transistor 170 ein,
der den IregP- Strom
am Anschluss 174 mit dem Knoten 176 koppelt, um
den ersten Sägezahnkondensator 178 mit
dem IregP-Strom zu laden.
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Umgekehrt
schaltet ein HIGH-Pegel auf dem VcmdP-Signal auf Signalleitung 166 den
ersten NMOS-Pull-down-Transistor 172 ein, um den ersten Sägezahnkondensator 178 mit
der Vl-Spannung am Vl-Anschluss 182 zu koppeln, und um
den ersten Sägezahnkondensator 178 auf
den Vl-Spannungspegel zu entladen. Ein HIGH-Pegel auf dem VcmdP-Signal auf
Signalleitung 166 schaltet außerdem den zweiten NMOS-Koppeltransistor 204 ein,
um den Knoten 194 und den Sägezahnkondensator 196 mit
dem Vstp-Ausgangsanschluss 202 zu koppeln. Ein zugehöriger LOW-Pegel
auf dem VcmdPb-Signal auf Leitung 164 schaltet den zweiten
Pull-up-PMOS-Transistor 190 ein, der den IregP-Strom am
Anschluss 174 mit dem Knoten 194 koppelt, um den
zweiten Sägezahnkondensator 196 mit
dem IregP-Strom zu laden.
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9 illustriert
verschiedene Spannungssignalformen für das Referenztaktsignal CLK.
Das CLK-Signal ist ein Rechtecksignal mit Periode Tclk. Die steigende
Flanke des CLK triggert die entgegengesetzt gephasten VcmdP- und
VcmdPb-Signale. Die beiden entgegengesetzt gephasten Signale laden
und entladen abwechselnd die beiden Sägezahnkondensatoren 178, 196,
um am Anschluss 202 die positiv laufende, oder steigende
Sägezahnspannung
Vstp zu erzeugen, die an dem Vl-Spannungspegel startet.
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8 illustriert
außerdem
ein Schaltungsdiagramm für
den negativ laufenden Sägezahnspannungsgenerator 152,
der einen Schaltungsaufbau ähnlich
zu dem des positiv laufenden Sägezahnspannungsgenerators 150 hat.
Der negativ laufende, oder fallende Sägezahnspannungsgenerator 152 aus 8 erzeugt
das negativ laufende, oder fallende Sägezahnsignal Vstn als Sägezahn einer
abnehmenden Spannung, die durch eine steigende Flanke des Taktsignals
CLK gestartet wird und durch die nächste steigende Flanke des
Taktsignals CLK zurückgesetzt
wird. Mit Bezug auf 5 beginnt das negativ laufende
Sägezahnsignal
bei der Vh-Spannung und fällt
auf den niedrigen Spannungspegel Vl ab.
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Die
negativ laufende Sägezahngeneratorschaltung 152 enthält eine
weitere flankengetriggerte D-Flip-Flop-Schaltung 260, die
einen Taktanschluss cp zum Empfangen des CLK-Signals hat. Ein invertierter Q-Ausgangsanschluss
qn des D-Flip-Flops 260 ist mit einem D-Eingangsanschluss d zurückgekoppelt.
Die D-Flip-Flop-Schaltung 260 ändert den Zustand an der steigenden
Flanke des CLK-Signals in jeder Tclk-Zeitperiode, wie in 9 gezeigt.
Das Q-Ausgangssignal und das invertierte Q-Ausgangssignal des D-Flip-Flops 260 werden durch
eine Signalkonditionierungsschaltung 262 geführt, die
verhindert, dass das Q-Ausgangssignal
und das invertierte Q-Ausgangssignal überlappen. Die konditionierten Ausgangssignale
der Signalkonditionierungsschaltung 262 werden mit der
negativ laufenden Sägezahngeneratorschaltung 152 gekoppelt.
Diese Signale sind ein auf einer Signalleitung 266 zur
Verfügung
gestelltes Befehlssignal VcmdN und ein invertiertes Befehlssignal
VcmdNb. Diese Signale sind im Wesentlichen Rechtecksignale mit entgegengesetzter
Phase, die jeweils eine Periode von 2Tclk haben. Die VcmdN- und
VcmdNb-Signale steuern den Betrieb der negativ laufenden Sägezahngeneratorschaltung 152.
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Die
negativ laufende Sägezahngeneratorschaltung 152 enthält einen
dritten CMOS-Inverter, der
aus einem dritten PMOS-Pull-up-Transistor 270 und einem
dritten Pull-down-NMOS-Transistor 272 gebildet
ist. Der dritte PMOS-Pull-up-Transistor 270 hat einen Source-Anschluss,
der mit einem Eingangsanschluss 274 gekoppelt ist, der
die Vh-Referenzspannung
empfängt.
Die Gate-Anschlüsse
der Transistoren 270 und 272 sind miteinander
gekoppelt. Die Drain-Anschlüsse
der Transistoren 270 und 272 sind beide mit einem
Knoten 276 gekoppelt. Ein dritter Sägezahnkondensator 278 ist
zwischen die Knoten 276 und einen Masseanschluss 280a geschaltet.
Der Source-Anschluss des dritten Pull-down-NMOS-Transistors 272 ist
mit einem Anschluss 282 gekoppelt, an dem der Strom IregN
von der Ladungspumpe 114 der 2 zur Verfügung gestellt
wird. Die Gate-Anschlüsse der
Transistoren 270 und 272 sind mit einem dritten
Gate-Knoten 284 gekoppelt, der das Befehlssignal VcmdN
auf der Signalleitung 266 empfängt.
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Die
negativ laufende Sägezahngeneratorschaltung 152 enthält außerdem einen
vierten CMOS-Inverter, der aus einem vierten PMOS-Pull-up-Transistor 290 und
einem vierten Pull-down-NMOS-Transistor 292 gebildet wird.
Der vierte PMOS-Pull-up-Transistor 290 hat einen Source-Anschluss,
der ebenfalls mit dem Eingangsanschluss 274 gekoppelt ist,
der die Vh-Referenzspannung empfängt.
Die Gate-Anschlüsse
und die Drain-Anschlüsse
der Transistoren 290 und 292 sind miteinander
gekoppelt. Die Drain-Anschlüsse
der Transistoren 290 und 292 sind beide mit einem
Knoten 294 gekoppelt. Ein vierter Sägezahnkondensator 296 ist
zwischen den Knoten 294 und einen Masseanschluss 280b geschaltet.
Der Source-Anschluss des vierten Pull-down-NMOS-Transistors 292 ist
mit dem Anschluss 282 gekoppelt, an dem der IregN-Strom
zur Verfügung
gestellt wird. Die Gate-Anschlüsse
der Transistoren 290 und 292 sind mit einem vierten
Gate-Knoten 298 gekoppelt, der das Befehlssignal VcmdNb
auf der Signalleitung 264 empfängt.
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Ein
dritter NMOS-Koppeltransistor 300 ist zwischen die Knoten 276 und
einen Vstn-Signalausgangsknoten 302 geschaltet.
Ein Gate-Anschluss des dritten NMOS-Koppeltransistors 300 ist mit
dem dritten Gate-Knoten 284 gekoppelt, der das Befehlssignal
VcmdN auf der Signalleitung 266 empfängt. In ähnlicher Weise ist ein vierter
NMOS-Koppeltransistor 304 zwischen
die Knoten 294 und den Vstn-Signalausgangsknoten 302 geschaltet.
Ein Gate-Anschluss des vierten NMOS-Koppeltransistors 304 ist mit
dem vierten Gate-Knoten 298 gekoppelt, der das Befehlssignal
VcmdNb auf der Signalleitung 264 empfängt.
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Im
Betrieb werden der negativ laufenden Sägezahngeneratorschaltung 152 die
entgegengesetzt gephasten Zeitabstimmungsbefehlssignale VcmdN und
VcmdNb mit entgegengesetzter Phase von der Signalkonditionierungsschaltung 262 zur
Verfügung gestellt.
Diese Signale sind in 9 nicht dargestellt und sind ähnlich zu
dem VcmdP- und VcmdPb-Signalen
der 9. Der negativ laufende Sägezahnsignalgenerator 152 empfängt das
Stromsignal IregN am Anschluss 282 von der Ladungspumpe 116 der 2.
Der negativ laufende Sägezahnsignalgenerator 152 richtet
abwechselnd das Rückkopplungsstromsignal
IregN, um abwechselnd einen der beiden Sägezahnkondensatoren 278, 296 zu
entladen, während
der andere auf den Vh-Spannungspegel am Anschluss 274 geladen
wird.
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Ein
HIGH-Pegel auf dem Befehlssignal VcmdNb auf Signalleitung 264 schaltet
den vierten NMOS-Pull-down-Transistor 292 ein, um den vierten Sägezahnkondensator 296 mit
dem IregN-Strom am Anschluss 282 zu koppeln, um den vierten
Sägezahnkondensator
vom Vh-Referenzspannungspegel zu
entladen.
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Ein
HIGH-Pegel auf dem VcmdNb-Signal auf Signalleitung 264 schaltet
außerdem
den vierten NMOS-Koppeltransistor 304 ein, um den Knoten 294 und
den Sägezahnkondensator 296 mit
dem Vstn-Ausgangsanschluss 302 zu koppeln. Ein zugehöriger LOW-Pegel
auf der VcmdN- Signal auf Leitung 266 schaltet den dritten
Pull-up-PMOS-Transistor 270 ein, um die Vh-Referenzspannung
am Anschluss 274 mit dem Knoten 276 zu koppeln,
um den dritten Sägezahnkondensator 278 auf
den Vh-Referenzspannungspegel zu laden.
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Umgekehrt
schaltet ein HIGH-Pegel des VcmdN-Signals auf der Signalleitung 266 den
dritten NMOS-Pull-down-Transistor 272 ein, um den dritten Sägezahnkondensator 278 mit
dem IregN-Strom am Anschluss 282 zu koppeln, um den dritten
Sägezahnkondensator
vom Vh-Spannungspegel zu entladen.
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Ein
HIGH-Pegel des VcmdN-Signals auf Signalleitung 266 schaltet
außerdem
den dritten NMOS-Koppeltransistor 300 ein, um den Knoten 276 mit
dem Vstn-Ausgangsanschluss 302 zu koppeln. Ein zugehöriger LOW-Pegel
des VcmdNb-Signals auf Leitung 264 schaltet den vierten Pull-up-PMOS-Transistor 290 ein,
der die Vh-Spannung am Anschluss 274 mit dem vierten Sägezahnkondensator 296 koppelt.
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9 illustriert,
dass das fallende Sägezahnsignal
Vstn am Anschluss 302 ausgehend vom Vh-Referenzspannungspegel
auf den Vl-Pegel abfällt.
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10 ist
ein Zustandsübergangsdiagramm 400,
das die Funktion des Phasenfrequenzkomparators (PFC) 110 der 2 beschreibt. 11 ist
ein Zeitdiagramm, das verschiedene Signale für den Phasenfrequenzkomparator
der 10 illustriert. Die Zustandsmaschine des PFC 110 hat
drei Zustände:
einen RESET-Zustand 402, einen UP-Zustand 404 und
einen DOWN-Zustand 406. Der UP-Zustand 404 liefert
das UP-Ausgangssignal des PFC 110 an die Ladungspumpschaltung 114,
um die Magnitude des IregP-Stroms und des IregN-Stroms zu erhöhen. Der
DOWN-Zustand 406 liefert das DOWN-Ausgangssignal von dem
PFC 110 an die Ladungspumpschaltung 116, um die
Magnitude des IregP-Stroms und des IregN-Stroms zu vermindern. Der
RESET-Zustand hält
den IregP-Strom und den IregN-Strom
auf dem zuvor angewiesenen Wert.
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Der
Phasenfrequenzkomparator (PFC) 110 wechselt von dem DOWN-Zustand 406 in
den RESET-Zustand 402 entweder an der steigenden Flanke
des CLK-Signals oder an der fallenden Flanke des Ausgangssignals
Vcmp des Spannungskomparators 108. Der Phasenfrequenzkomparator
(PFC) 110 wechselt von dem UP-Zustand 404 in den
RESET-Zustand 402 entweder an der steigenden Flanke CLK-Signals
oder an der steigenden Flanke des Ausgangssignals Vcmp des Spannungskomparators 108.
Der Phasenfrequenzkomparator (PFC) 110 wechselt von dem
RESET-Zustand 402 in den DOWN-Zustand 406 an der
fallenden Flanke des CLK zusammen mit Vcmp im HIGH- oder 1-Zustand. Der
Phasenfrequenzkomparator (PFC) 110 wechselt von dem RESET-Zustand 402 in
den UP-Zustand 404 an der fallenden Flanke des CLK-Signals
zusammen mit Vcmp im LOW- oder O-Zustand.
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11 illustriert
ein Beispiel des Sägezahnsignalgeneratorsystems 100 beim
anfänglichen Hochfahren.
Die anfängliche
Magnitude der Ausgangsspannung für
das positiv laufende Sägezahnsignal
Vstp geht von Vl, oder Vlow, und erreicht schließlich eine Spitzenmagnitude
von Vh, oder Vhigh. In ähnlicher
Weise geht die anfängliche
Magnitude der Ausgangs spannung für
das negativ laufende Sägezahnsignal
Vstp von Vh, oder Vhigh, und erreicht schließlich eine Minimummagnitude
von Vl, oder Vlow. Die Sägezahnausgangssignale
werden an den positiv laufenden Übergängen des
CLK-Signals zurückgesetzt.
Die Ausgangsspannung des Komparators 108 geht auf HIGH,
wenn die Vstp-Ausgangsspannung des positiv laufenden Sägezahngenerators 150 die
Vstn des negativ laufenden Sägezahngenerators 152 übersteigt.
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11 illustriert
zusätzlich
den PFC-Zustand der Phasenfrequenzkomparatorschaltung 110. Ein
erster RESET-Zustand 420 tritt an der steigenden Flanke
des CLK-Signals auf. Ein erster UP-Zustand 422 tritt auf,
wenn das CLK eine fallende Flanke hat und Vcmp ebenfalls LOW, oder
0 Volt ist. Ein zweiter RESET-Zustand 424 tritt auf, wenn
Vcmp auf HIGH geht und HIGH bleibt, bis zur nächsten fallenden Flanke des
CLK-Signals. Ein weiterer UP-Zustand tritt
an der steigenden Flanke des CLK-Signals auf. Ein RESET tritt auf,
wenn Vcmp auf HIGH geht.
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12 illustriert
eine Ladungspumpschaltung 450, die in der dualen Ladungspumpe 114 der 2 verwendet
wird. Die Ladungspumpschaltung 450 liefert den IregP-Rückkopplungsstrom zur Steuerung
der Magnitude des positiv laufenden Sägezahngenerators 150.
Die Ladungspumpschaltung 450 liefert auch den IregN-Rückkopplungsstrom
zur Steuerung der Magnitude des negativ laufenden Sägezahngenerators 152.
Die Ströme
IregP und IregN haben beide Magnituden mit dem gleichen Absolutwert.
IregP ist ein Quellenstrom und IregN ist ein Senkenstrom.
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Die
Ladungspumpschaltung 450 enthält eine erste Konstantstromquelle 452,
die mit einer Vdd-Spannungsquelle gekoppelt ist, um einen Iref-Strom
durch einen UP-Schalter 454, sofern dieser geschlossen
ist, an einen Kondensatorreferenzknoten 456 zu liefern,
an den ein Referenzkondensator 458 an einen Masseanschluss 460a gekoppelt
ist. Der UP-Schalter 454 ist als Reaktion auf ein UP-Signal
geschlossen, um den Iref-Strom an den Kondensatorreferenzknoten 456 zu
liefern, um den Referenzkondensator 458 mit dem Iref-Konstantstrom zu laden.
Eine Konstantstromsenke 470 ist mit einem Masseanschluss 460b und über einen
DOWN-Schalter 472 mit dem Kondensatorreferenzknoten 456 gekoppelt.
Der DOWN-Schalter 472 ist als Reaktion auf ein DOWN-Signal
geschlossen, um einen Iref-Senkenstrom
zu dem Kondensatorreferenzknoten 456 zu ziehen, um den
Referenzkondensator 458 mit dem Iref-Senkenstrom zu entladen.
Die Ladungsmenge auf dem Referenzkondensator 458 bestimmt
die Spannung an dem Referenzknoten 456. Die Spannung an
dem Kondensatorreferenzknoten 456 ist mit einem Gate-Anschluss
eines NMOS- Transistors 480 gekoppelt.
Ein Source-Anschluss des NMOS-Transistors 480 ist über einen
Widerstand 482 an einen Masseanschluss 460c gekoppelt,
um eine Source-Folgerschaltung
zu bilden, bei der die Spannung an dem Source-Anschluss der Gate-Anschlussspannung
folgt. Der Strom durch den NMOS-Transistor 480 fließt durch
den zu einer Diode verbundenen PMOS-Transistor 484, dessen
Gate- und Drain-Anschluss zusammen mit einem Drain-Anschluss des NMOS-Transistors 480 gekoppelt
sind. Ein Source-Anschluss des zu einer Diode verbundenen PMOS-Transistors 484 ist
mit der Vdd-Spannungsquelle
gekoppelt. Der zu einer Diode verbundene PMOS-Transistor 484 und
ein zweiter PMOS-Transistor 486 haben gekoppelte Gate-Anschlüsse, so dass
eine Stromspiegelschaltung gebildet wird. Der zweite PMOS-Transistor 486 hat
einen Source-Anschluss,
der mit der Vdd-Spannungsquelle gekoppelt ist. Ein Drain-Anschluss
des zweiten PMOS-Transistors 486 ist mit einem Drain-Anschluss
des zu einer Diode verbundenen NMOS-Transistors 490 gekoppelt,
dessen Drain- und Gate-Anschluss miteinander gekoppelt sind und
dessen Drain mit einem Masseanschluss 460d gekoppelt ist.
Der Strom durch den zweiten PMOS-Transistor 486 und den
zu einer Diode verbundenen NMOS-Transistor 490 sind gleich. Ein
PMOS-Stromquellentransistor 488 hat eine mit der Vdd-Spannungsquelle gekoppelte
Source. Ein Gate des PMOS-Stromquellentransistors 488 ist
mit dem Gate der Gates des zweiten PMOS-Transistors 486 und
des diodenverbundenen PMOS-Transistors 484 gekoppelt, um
eine Stromspiegelschaltung zu bilden. Der PMOS-Stromquellentransistor 488 liefert einen
Quellenstrom IregP, der der Spannung an dem Kondensatorreferenzknoten 456 folgt.
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Eine
Source des Stromsenken-NMOS-Transistors 492 ist mit einem
Masseanschluss 460e gekoppelt. Ein Gate des Stromsenkentransistors 492 ist mit
dem Gate- und dem Drain-Anschluss
des zu einer Diode verbundenen NMOS-Transistors 490 verbunden,
um eine Stromspiegelschaltung zu bilden. Der NMOS-Stromsenkentransistor 492 liefert
einen Senkenstrom IregN, der ebenfalls der Spannung an dem Kondensatorreferenzknoten 456 folgt.
Der Quellenstrom IregP und der Senkenstrom IregN haben den gleichen
Absolutbetrag.
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Während einer ”UP”-Sequenz
(d. h. UP = 1 und DOWN = 0) wird der Referenzkondensator 458 durch
die Iref-Stromquelle 452 geladen. Dies erhöht die Spannung über den
Referenzkondensator 458. Der NMOS-Transistor 480 und
der Widerstand 482 werden als Spannungsstromwandler verwendet.
Sowie die Spannung auf den Referenzkondensator 458 ansteigt,
steigt der Strom durch den NMOS-Transistor 480 an und wird
durch die PMOS-Transistoren 484, 488 gespiegelt,
um einen ansteigenden Quellenstrom IregP zur Verfü gung zu
stellen. Der ansteigende Strom durch den NMOS-Transistor 480 wird außerdem an
den PMOS-Transistor 486 und durch die NMOS-Transistoren 490, 492 gespiegelt,
um einen erhöhten
Senkenstrom IregN zur Verfügung
zu stellen.
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Während einer ”DOWN”-Sequenz
(d. h. UP = 0 und DOWN = 1) wird der Referenzkondensator 458 durch
die Iref-Stromsenke 470 entladen, um die Spannung über den
Referenzkondensator 458 zu verringern. Sowie die Spannung
auf den Referenzkondensator 458 kleiner wird, verringert
sich der Strom durch den NMOS-Transistor 480. Der verringerte
Strom wird durch die PMOS-Transistoren 488, 488 gespiegelt,
um den verringerten Quellenstrom IregP zu erzeugen. In ähnlicher
Weise wird ein verringerter Senkenstrom IregN zur Verfügung gestellt.
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Wenn
die UP- und DOWN-Signale nicht aktiv sind, um entweder den UP-Schalter 454 oder
den DOWN-Schalter 472 zu schließen, erhält die auf den Referenzkondensator 458 gespeicherte
Spannung die geregelten Ausgangsströme IregP und IregN für die Rückkopplungsschleife
auf einem unveränderten Pegel.
Die geregelten Ströme
IregP und IregN werden in der jeweiligen Rückkopplungsschleife verwendet,
um die Amplitude des zugehörigen
Sägezahngenerators
einzustellen. Dies liefert eine gute Genauigkeit für die Magnitude
der Sägezahnspannungen
und reduziert die Auswirkungen der Variationen von Widerstands- und Kondensatorwerten,
die durch Variationen in dem Herstellungsprozess verursacht werden.
Das duale Sägezahngeneratorsystem 100 basiert
auf der Erzeugung von zwei abgestimmten Sägezahnsignalen, die in ihren
absoluten Magnituden aufeinander abgestimmt sind. Die Startspannung
für das
positiv laufende Sägezahnsignal
ist die Vl-Referenzspannung.
Die Startspannung für
das negativ laufende Sägezahnsignal
ist die Vh-Referenzspannung.
Das positiv laufende Sägezahnsignal
Vstp wird durch den Rückkopplungsstrom
IregP gesteuert und startet von dem Vl-Referenzwert. Das negativ
laufende Sägezahnsignal
Vstn wird durch den Rückkopplungsstrom
IregN gesteuert und startet von dem Vh-Referenzwert. Die Magnituden
der Vstp- und Vstn-Signale werden durch zwei Stromregelschleifen gesteuert,
die durch die duale Ladungspumpschaltung 114 zur Verfügung gestellt
werden. Der Komparator 108 vergleicht die Magnituden der
Vstp- und Vstn-Signale.
Der Phasenfrequenzkomparator 110 vergleicht den Ausgang
Vcmp des Komparators 108 mit der fallenden Flanke des Referenz-CLK-Signals. Während jeder
CLK-Periode steuert der Phasenfrequenzkomparator 110 die
Ladungspumpschaltung 114, die das IregP- und IregN-Stromrückkopplungssignal erzeugt,
um eine gewünschte
Sägezahnmagnitude
zu erhalten. Das System ist geregelt, wenn die Rückkopplungsströme IregP
und IregN stabil sind. Für
sehr genaue Systemanforderungen kann eine endgültige Einstellung der Magnitude
durch Variation des Tastverhältnisses
des Referenz-CLK-Signals erzielt werden.
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Mit
Bezugnahme auf 13 wird die Beziehung zwischen
dem Taktverhältnis
des Takt-CLK-Signals
und der Magnitude des Sägezahnsignals
Vstp und Vstn beschrieben durch die Beziehung: DC = Th/TClk, wobei
DC das Taktverhältnis
ist, Th die Zeit, in der das CLK-Signal
HIGH ist, und TClk die Periode des Clk-Signals ist. Vstp ist eine
lineare Funktion der Zeit, die geschrieben werden kann als: Vstp(t)
= K × t
+ Vl, wobei t die Zeitvariable, K die Steigung des Sägezahnsignals,
Vl die niedrigere Referenzspannung und Vh die hohe Referenzspannung
ist.
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Mit
Bezug auf 13 gilt: K
= {[(Vh + Vl)/2] – Vl}/Th;
und K = [(Vh – Vl)/2]/Th.
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Somit
gilt Vstp(t) = {[(Vh – Vl)/2]/Th} × t + Vl.
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Durch
Ausdrücken
von Vstp(t) als Funktion des Tastverhältnisses DC und mit Th = DC × TClk) gilt: Vstp(t) = {[(Vh – Vl)/2]/(DC·Tclk)} × Tclk +
Vl.
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Der
endgültige
Ausdruck, den die Magnitude (VM) von Vstp zur Zeit Tclk verbindet,
lautet: Vstp(Tclk) = {[(Vh – Vl)/2]/(DC × Tclk)} × Tclk +
Vl VM = Vstp(Tclk) – V = (Vh – Vl)/(2 × DC)
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In
einem ersten Beispiel ist Vl gleich 1,1 Volt, Vh gleich 1,3 Volt
und DC gleich 0,5. In diesem Fall ist VM gleich (0,2/1), was 0,2
Volt entspricht.
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In
einem zweiten Beispiel ist Vl gleich 1,1 Volt, Vh gleich 1,3 Volt
und DC gleich 0,4. In diesem Fall ist VM gleich 0,2/(2 × 0,4),
was 0,25 Volt entspricht.
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Dies
verdeutlicht, dass sich die Sägezahnmagnitude
durch Variation des Tastverhältnisses
des Taktsignals CLK verändert.
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Die
vorstehenden Beschreibungen konkreter Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung wurden für
illustrative und beschreibende Zwecke gegeben. Sie sollen weder
vollständig
sein, noch die Erfindung auf die genaue offenbarte Form beschränken, und
offensichtlich sind viele Abwandlungen und Variationen im Lichte
der obigen Lehre möglich.
Die Ausführungsformen
wurden gewählt
und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktischen Anwendungen
zu erläutern
und dadurch den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung
und die verschiedenen Ausführungsformen
mit verschiedenen Abwandlungen, wie sie für den konkreten Verwendungszweck
am besten geeignet sind, einzusetzen. Es ist beabsichtigt, dass
der Umfang der Erfindung durch die angefügten Patentansprüche und
ihre Äquivalente
definiert ist.
-
Zusammenfassung
-
Differenzialamplitudengesteuerter Sägezahngenerator
-
Ein
dualer Differenzialsägezahnsignalgenerator
(106) enthält
einen ersten Sägezahnspannungsgenerator
(150), der einen ersten Kondensator (178) und
einen zweiten Kondensator (196) enthält, die abwechselnd mit einem
Rückkopplungssteuerungsquellenstrom
(IregP) ausgehend von einem niedrigen Referenzspannungspegel (134, 182)
geladen werden. Ein zweiter Sägezahnspannungsgenerator
(152) hat einen ersten Entladungskondensator (278)
und einen zweiten Entladungskondensator (296), die abwechselnd
mit einem Rückkopplungssteuerungssenkenstrom
(IregN) ausgehend von einem hohen Referenzspannungspegel (126, 274)
entladen werden. Die Ausgangssignale der beiden Sägezahnspannungsgeneratoren
(150, 152) werden verglichen (108), um
einen Phasenfrequenzkomparator (110) zu steuern, der Signale
zur Steuerung einer dualen Ladungspumpe (114) liefert,
die den Rückkopplungssteuerungsquellenstrom
(IregP) und den Rückkopplungssteuerungssenkenstrom
(IregN) zur Verfügung
stellt.
