DE112012003559T5

DE112012003559T5 - Hochspannungsvervielfacher für ein Mikrofon und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE112012003559T5
Application number: DE112012003559.3T
Authority: DE
Inventors: Svetoslav Radoslavov Gueorguiev
Original assignee: Knowles Electronics LLC
Current assignee: Knowles Electronics LLC
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2014-05-15
Also published as: WO2013033142A3; WO2013033142A2; KR20140060540A; US9059630B2; US20130051583A1; CN103891315A

Abstract

Eine Mikrofonschaltung weist ein Kondensatormikrofon und eine Ladungspumpe auf. Das Kondensatormikrofon ist dafür konfiguriert, eine Schallenergie zu empfangen und im Ansprechen darauf die Schallenergie in eine Mikrofonausgangsspannung umzuwandeln. Die Ladungspumpe ist in einem Niederspannungs-CMOS-Prozess implementiert. Sie ist mit dem Mikrofon gekoppelt und ist dafür konfiguriert, dem Mikrofon eine Vorspannung zuzuführen, wodurch der Betrieb des Mikrofons erlaubt wird. Durch die Verwendung einer geeigneten Schaltungstopologie, deren maximale Ausgangsspannung durch die Durchbruchspannung zwischen der N-WANNE und dem Substrat beschränkt wird, und durch die Blockierung der Bildung der P-WANNE um die N-WANNE herum in einem vorbestimmten Abstand, so dass die N-WANNE von einem sehr schwach dotierten Substrat auf allen Seiten umgeben ist, wird die maximale Ausgangsspannung der Ladungspumpe beträchtlich erhöht.

Description

QUERVERWEIS AUF EINE DAMIT IN BEZIEHUNG STEHENDE PATENTANMELDUNG
Das vorliegende Patent beansprucht gemäß 35 U.S.C. § 119(e) den Nutzen aus der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/529,612 mit dem Titel „High Voltage Multiplier For A Microphone And Method Of Manufacture” (Hochspannungsvervielfacher für ein Mikrofon und Herstellungsverfahren), eingereicht am 31. August 2011, deren Inhalt hier durch Bezugnahme vollumfänglich enthalten ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Patentanmeldung bezieht sich auf Mikrofone und Spannungsvervielfacher, die mit diesen Mikrofonen verknüpft sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bis heute sind verschiedene Arten von Mikrofonsystemen in verschiedenartigen Anwendungen über die Jahre hinweg verwendet worden. Die Mikrofone in diesen Systemen empfangen typischerweise eine akustische Energie und wandeln diese akustische Energie in eine elektrische Spannung um. Diese Spannung kann dann durch andere Anwendungen oder für andere Zwecke weiterverarbeitet werden. So kann zum Beispiel das Mikrofon in einem Hörhilfesystem eine akustische Energie empfangen und die akustische Energie in eine elektrische Spannung umwandeln. Die Spannung kann verstärkt werden oder kann auf eine andere Weise durch einen Verstärker oder durch andere signalverarbeitende elektronische Schaltungen verarbeitet werden, und sie kann dann durch einen Empfänger als eine akustische Energie einem Benutzer oder Träger der Hörhilfe bzw. des Hörgeräts präsentiert werden. Um ein anderes spezifisches Beispiel zu erwähnen, empfangen Mikrofonsysteme in Mobiltelefonen typischerweise eine Schallenergie, wandeln diese Energie in eine Spannung um, und diese Spannung kann dann für die Verwendung durch andere Anwendungen weiter verarbeitet werden. Mikrofone werden auch in anderen Anwendungen und in anderen Geräten bzw. Vorrichtungen verwendet.
Eine Art von Mikrofon, die bekannt ist und verwendet wird, ist ein Kondensatormikrofon. Das Kondensatormikrofon arbeitet als ein variabler Kondensator, dessen Wert durch den Druck einer eingehenden Schallwelle moduliert wird. Wenn man einen Kondensator mit zwei Platten betrachtet, dann ist eine der Kondensatorplatten statisch, während die andere beweglich ist (d. h. die Membran des Mikrofons). Die Schallwelle ändert den Abstand zwischen den Platten und dadurch die Kapazität C des Kondensators.
Ein MEMS-(mikroelektromechanisches System)-Mikrofon ist eine Variante des Kondensatormikrofons und wird durch die Verwendung von Silizium-Mikroherstellungsverfahren gebildet. Im Vergleich zu dem herkömmlichen Kondensatormikrofon hat es mehrere Vorteile, wie etwa eine reduzierte Größe, einen geringeren Temperaturkoeffizienten und eine höhere Immunität gegenüber mechanischen Stößen. Außerdem nutzt das MEMS-Mikrofon die Vorteile eines Lithografie-Prozesses, der für die Massenherstellung von Vorrichtungen bzw. Geräten sehr gut geeignet ist.
Eines der gebräuchlichsten Verfahren zum Erhalten von elektrischen Nutzsignalen aus solchen Mikrofonen ist, eine konstante Ladung Q an dem Kondensator C aufrecht zu erhalten. Die Spannung, die an dem Kondensator anliegt, wird sich umgekehrt proportional zu dem eingehenden Schallwellendruck entsprechend der Gleichung V = Q/C ändern, folglich ist dV = –VdC/C.
Leider hängt die Empfindlichkeit (die mit dV angegeben ist) von der Spannung V ab, und es ist schwierig, eine hohe Spannung V in einem standardmäßigen Niederspannungs-CMOS-Prozess zu erhalten. Dies hat entweder zu Mikrofonen mit inadäquaten Empfindlichkeiten für viele Anwendungen oder zu Mikrofonen mit hohen Preisen geführt. Als Folge davon herrscht bis heute eine Unzufriedenheit mit bisherigen Lösungsansätzen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für ein umfassenderes Verständnis der Offenbarung soll auf die folgende ausführliche Beschreibung und auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen werden, in denen:
1 ein Blockdiagramm eines Mikrofonsystems in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufweist;
2 ein Schaltbild eines Spannungsvervielfachers (oder einer Ladungspumpe) in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufweist;
3 eine seitliche Querschnittansicht eines CMOS-Substrats aufweist, das eine Doppelwannenkonfiguration in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ein Schaltbild eines Spannungsvervielfachers (oder einer Ladungspumpe) in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufweist;
5 eine seitliche Querschnittansicht eines CMOS-Substrats aufweist, das eine Dreifachwannenkonfiguration in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ein Schaltbild einer zweistufigen Gate-verstärkten (gate boosted) Ladungspumpe in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen aufweist;
7 ein Zeitablaufdiagramm der Taktsignale aufweist, die an die Schaltung von 6 in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angelegt werden;
8 ein Schaltbild eines anderen Beispiels einer Ladungspumpe in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aufweist.
Fachleute werden erkennen, dass Elemente in den Figuren aus Gründen der Einfachheit und der Klarheit veranschaulicht sind. Es ist weiter zu erkennen, dass bestimmte Aktionen und/oder Schritte in einer bestimmten Reihenfolge des Auftretens beschrieben oder dargestellt sein können, wohingegen der Fachmann auf dem Gebiet verstehen wird, dass solch eine spezielle Reihenfolge nicht wirklich erforderlich ist. Es wird auch verstanden werden, dass die hier benutzten Begriffe und Ausdrücke die gewöhnliche Bedeutung haben, wie sie solchen Begriffen und Ausdrücken in Bezug auf ihre entsprechenden jeweiligen Forschungsgebiete und Fachgebiete zukommt, außer dort, wo hier spezielle Bedeutungen gesondert definiert sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es werden Mikrofone und andere akustische Vorrichtungen mit ausreichend hohen Empfindlichkeiten zur Verwendung in akustischen Anwendungen bereitgestellt. Die hier beschriebenen Lösungsansätze stellen nicht nur Vorrichtungen mit ausreichend hohen Empfindlichkeiten bereit, sondern diese Vorrichtungen sind auch noch kostengünstiger (im Vergleich zu früheren Lösungsansätzen). Außerdem haben diese Vorrichtungen ausgezeichnete elektrische Eigenschaften, wie etwa einen niedrigen Temperaturkoeffizienten und Wirkungsgrad. Es werden auch Lösungsansätze für die Herstellung dieser Mikrofone bereitgestellt.
In einigen Aspekten ist die maximale Ausgangsspannung eines kapazitiven Spannungsvervielfachers (d. h. einer Ladungspumpe), der entsprechend standardmäßigen CMOS-Vorrichtungs-Layouts konstruiert worden ist, beträchtlich erhöht. Dies wird unter Verwendung einer Schaltung, die PMOS-Transistoren aufweist, die auf einem Substrat aufgebaut sind, das P-WANNEN-/N-WANNEN-Bereiche hat, und/oder einer Schaltung bewerkstelligt, die NMOS- und PMOS-Transistoren aufweist, die auf einem Substrat aufgebaut sind, das P-WANNEN-/N-WANNEN-/tiefe N-WANNEN-Bereiche hat. Eine Substratdotierungsblockierung wird durchgeführt und um die N-WANNEN-Bereiche (und/oder die tiefen N-WANNEN-Bereiche) herum realisiert, indem wenigstens einige dieser Bereiche von den benachbarten P-WANNEN-Bereichen um einen Abstand L selektiv physikalisch getrennt werden.
Wenn man diese Lösungsansätze verwendet, dann wird die maximale Ausgangsspannung der Ladungspumpe beträchtlich erhöht. So kann die Spannung zum Beispiel von 10 V auf 20 V erhöht werden. Die Ausgangsspannungsbeschränkungen, die in früheren Ladungspumpenschaltungen vorhanden sind, die in einem Doppelwannen-Standard-CMOS-Prozess implementiert sind (wobei die kritische (beschränkende) Durchbruchspannung bzw. Durchschlagspannung zwischen der N-WANNE und dem Substrat durch die Durchbruchspannung der Seitenwandkomponente des N-Wannen-zu-P-Wannen/Substratübergangs beschränkt wird), werden überwunden. In ähnlicher Weise werden Ausgangsspannungsbeschränkungen, die in früheren Ladungspumpenschaltungen vorhanden sind, die in einem Dreifachwannen-Standard-CMOS-Prozess implementiert sind (wobei die kritische (beschränkende) Durchbruchspannung zwischen der N-WANNE und dem Substrat und zwischen der N-WANNE/tiefen N-WANNE und dem Substrat ebenfalls durch die Durchbruchspannung der Seitenwandkomponente des N-Wannen-zu-P-Wannen/Substratübergangs beschränkt wird) überwunden. Infolgedessen wird der Bedarf an einem zusätzlichen Prozess und/oder an zusätzlichen Schaltungen für die Schaffung von hohen Spannungen bzw. Hochspannungen eliminiert.
In vielen dieser Ausführungsformen weist eine Mikrofonschaltung ein Kondensatormikrofon und eine Ladungspumpe auf. Das Kondensatormikrofon ist dafür konfiguriert, eine Schallenergie zu empfangen und im Ansprechen darauf die Schallenergie in eine Mikrofonausgangsspannung umzuwandeln. Die Ladungspumpe ist mit dem Mikrofon gekoppelt und ist dafür konfiguriert, dem Mikrofon eine Vorspannung zuzuführen, die den Betrieb des Mikrofons erlaubt. Die Ladungspumpe weist ein Substrat, einen ersten P-WANNEN/(PWELL)-Bereich, der in dem Substrat gebildet ist, einen N-WANNEN/(NWELL)-Bereich, der in dem Substrat gebildet ist, und einen zweiten P-WANNEN-Bereich auf, der in dem Substrat gebildet ist. Die ersten und die zweiten P-WANNEN-Bereiche sind von dem N-WANNEN-Bereich um einen vorbestimmten Abstand getrennt, der dahingehend wirkt, eine Dotierungsblockierung um den N-WANNEN-Bereich herum zu erschaffen, und der die Ausgangsspannung der Ladungspumpe maximiert.
In einigen Aspekten sind der erste P-WANNEN-Bereich und der zweite P-WANNEN-Bereich schwach mit Akzeptoratomen dotiert und ist der N-WANNEN-Bereich schwach mit Donatoratomen dotiert. In anderen Aspekten ist ein Verstärker mit dem Kondensatormikrofon gekoppelt. In noch anderen Aspekten ist ein tiefer N-WANNEN/(Deep NWELL)-Bereich in dem Substrat angeordnet. In einigen Beispielen ist der tiefe N-WANNEN-Bereich benachbart zu dem N-WANNEN-Bereich angeordnet. In noch weiteren Aspekten ist das Substrat sehr schwach dotiert und umgibt den N-WANNEN-Bereich komplett. (Der P-WANNEN-Bereich hat eine stärkere Dotierung als das Substrat.)
In anderen dieser Ausführungsformen weist eine Mikrofonschaltung ein Kondensatormikrofon und eine Ladungspumpe auf. Das Kondensatormikrofon ist dafür konfiguriert, eine Schallenergie zu empfangen und im Ansprechen darauf die Schallenergie in eine Mikrofonausgangsspannung umzuwandeln. Die Ladungspumpe ist in einem standardmäßigen Niederspannungs-CMOS-Prozess implementiert. Sie ist mit dem Mikrofon gekoppelt und ist dafür konfiguriert, dem Mikrofon eine Vorspannung zuzuführen, die den Betrieb des Mikrofons erlaubt. Die Ladungspumpe weist eine Schaltungstopologie auf, die einen N-WANNEN-Bereich und ein Substrat aufweist. Durch die Verwendung einer geeigneten Schaltungstopologie, deren maximale Ausgangsspannung durch die Durchbruchspannung zwischen dem N-WANNEN-Bereich und dem Substrat beschränkt ist, und durch das Blockieren der Bildung eines P-WANNEN-Bereichs um den N-WANNEN-Bereich herum in einem vorbestimmten Abstand, so dass der N-WANNEN-Bereich auf allen Seiten von einem sehr schwach dotierten Substrat umgeben ist, wird die maximale Ausgangsspannung der Ladungspumpe beträchtlich erhöht.
Nun wird unter Bezugnahme auf 1 ein Beispiel einer Mikrofonschaltung 100 beschrieben, die in Übereinstimmung mit den vorliegenden Lösungsansätzen konstruiert ist. Die Schaltung 100 weist ein Mikrofon 102, eine Ladungspumpe 104, einen Widerstand 106 und einen Puffer 108 auf. Das Mikrofon erzeugt eine Änderung der Spannung dV = –VdC/C, wobei V die Spannung an dem Ausgang der Pumpe 104 ist und C die Kapazität des Mikrofons 102 ist. Die Ladungspumpe 104 stellt eine ausreichend hohe Spannung V an dem Mikrofon in Übereinstimmung mit dem hier beschriebenen Lösungsansatz bereit.
Der Widerstand 106 hat einen hohen Wert, so dass er einen Tiefpaß-RC-Filter für die Vorspannung (bias voltage) bildet, während er eine Hochpaßcharakteristik für die variable Spannung hat, die an dem Mikrofon anliegt. Die hohe Gleichspannung (z. B. 11,5 V), die an dem Mikrofon benötigt wird, wird von der Spannungspumpe 104 bereitgestellt. Der Ausgangsfilter der Ladungspumpe 104 ist in 1 aus Gründen der Einfachheit nicht gezeigt. Vbias wird auf Masse gelegt, um eine maximale Gleichspannung an dem Mikrofon zu haben. Der Puffer 108 ist in diesem Beispiel ein Spannungsfolger. Für einen korrekten Betrieb hat der Spannungsfolger einen hohen Eingangswiderstand und eine sehr niedrige Eingangskapazität. Der Ausgang kann mit der nächsten Stufe (z. B. einem Verstärker) verbunden sein.
Um die Größe, die Kosten und den Stromverbrauch der Mikrofonelektronik zu reduzieren, kann diese auf einem einzigen Chip integriert werden. Ein CMOS-Konstruktionsprozess kann für diesen Zweck aufgrund seiner niedrigen Kosten und der Verfügbarkeit von Transistoren mit einer sehr hohen Eingangsimpedanz ausgewählt werden. Außerdem ist dieser Prozess besonders vorteilhaft für ein System, das als ein Misch-Signal-(analog/digital)-Chip mit einem relativ großen digitalen Kern implementiert wird.
Die Ladungspumpe 104 ist der einzige Hochspannungs-Baustein in dem System 100, der den entsprechenden Prozess, der hier beschrieben ist, für seine Implementierung benötigt. Um die Kosten noch weiter zu senken, ist es vorteilhaft, in der Lage zu sein, die Ladungspumpe 104 in einem standardmäßigen Niederspannungs-CMOS-Prozess unter Verwendung lediglich von Vorrichtungen implementieren zu können, die in im Handel erhältlichen Design-Kits problemlos verfügbar sind.
Nun wird unter Bezugnahme auf 2 ein Beispiel einer Spannungspumpenschaltung 200 (z. B. die Spannungspumpe 104 von 1) beschrieben. Die Schaltung von 2 ist eine zweistufige Dickson-Ladungspumpe, die die Verschlechterung aufgrund des Substrateffekts (englisch: „Body Effect”) auslässt (d. h. sie ist ein Spannungsverdreifacher). Mit dem Substrateffekt bzw. „Body Effect” ist eine Änderung der Schwellenspannung eines MOS-Transistors als ein Resultat einer Änderung seiner Source-Bulk-Spannung gemeint. In einem Aspekt gibt es dann, wenn der Source-Anschluss mit dem Bulk-Anschluss verbunden (kurzgeschlossen) ist, keinen „Body Effect”. Die Schaltung von 2 kann auf eine N-stufige Ladungspumpe erweitert werden, wobei N eine beliebige ganze Zahl ist.
Die Schaltung 200 weist Kondensatoren 202 (C1), 204 (C2) und 212 (COUT) auf. Die Schaltung 200 weist auch Transistoren 206 (M1), 208 (M2), 210 (M3), 214 (M4), 216 (M5), 218 (M6), 220 (M7), 222 (M8), 224 (M9) auf. Die Transistoren M1–M9 sind PMOS-Transistoren.
Am Anfang sind die Kondensatoren 202 (C1), 204 (C2) und 212 (Cout) nicht aufgeladen. Deshalb sind die Spannungen, die an all diesen anliegen, Null und V_Clk = 0 V;
Es wird klar sein, dass die hier verwendeten Spannungen Subskripte verwenden, die sich auf verschiedene Punkte oder Elemente in den Schaltungen beziehen (z. B. ist V_Clk die Taktspannung (clock voltage), ist V_dd die Versorgungsspannung, bezieht sich V_dsm1 auf die Drain-Source-Spannung des Transistors M1 und so weiter).
V_dd wird an den designierten Eingangsknoten in 2 angelegt. Der als Diode geschaltete Transistor 206 (M1) ist an und der Kondensator 202 (C1) wird auf eine Spannung V_C1 = Vdd – Vds_M1 geladen, wobei Vds_M1 der Spannungsabfall an dem Transistor 206 (M1) ist. Normalerweise ist Vdd » Vds_M1, so dass V_C1 ~ Vdd. Der als Diode geschaltete Transistor 208 (M2) ist aus.
Das Taktsignal ändert seinen Wert auf V_Clk = Vdd;
Die Spannung des Knotens 201 ist V₁ = V_C1 + V_Clk ~ 2Vdd.
Der Transistor 208 (M2) schaltet sich ein. Der Transistor 206 (M1) schaltet sich zur gleichen Zeit aus. Der Kondensator 204 (C2) wird auf eine Spannung von V_C2 = V_C1 + V_Clk – Vds_M2 geladen. Wiederum ist normalerweise V_C1 + V_Clk » Vds_M2, so dass in einem stabilen Zustand V_C2 ~ V_C1 + V_Clk ~ 2Vdd ist.
Das Taktsignal ändert seinen Wert auf V_Clk = 0 V;
Der oben beschriebene Prozess wird wiederholt. Zur gleichen Zeit ist die Spannung des Knotens 211
Der als Diode geschaltete Transistor 210 (M3) schaltet sich ein. Der Kondensator 212 (Cout) wird auf eine Spannung
aufgeladen. Wiederum ist normalerweise
so dass in einem stabilen Zustand
ist. Die Ausgangsspannung (Vout = V_Cout) ist etwa dreimal die Eingangsspannung (Vdd). Somit ist die beschriebene Schaltung ein Spannungsverdreifacher. Ohne die Spannungsabfälle (Vds) an den Dioden zu vernachlässigen, ist die Ausgangsspannung: Vout = V_Cout = Vdd + 2(Vdd – Vds)
Der oben beschriebene Betrieb ist zyklisch. In dem allgemeinen Fall, wenn es N Stufen gibt, ist die Ausgangspannung der Ladungspumpe: Vout = Vdd + N(Vdd – Vds)
Die Transistorpaare 214 und 216 (M₄–M₅), 218 und 220 (M₆–M₇) und 222 und 224 (M₈–M₉) arbeiten als Komparatoren/Schalter. Sie gewährleisten, dass der Bulk-Anschluss jedes Ladungstransfertransistors --- entsprechend 206 (M1), 208 (M2) und 210 (M3) --- entweder auf dessen Source-Anschluss oder auf dessen Drain-Anschluss geschaltet wird, und zwar in Abhängigkeit davon, welcher von diesen ein höheres Potential hat. Dies eliminiert den Bulk-Effekt der Transistoren 206 (M1), 208 (M2) und 210 (M3). Als Folge davon wird der Vds jeder Stufe minimiert und hängt nicht von der Stufenanzahl ab. Folglich ist die Ausgangsspannung Vout eine lineare Funktion der Anzahl der Stufen N. Das oben beschriebene Bulk-Anschluss-Schalten (Bulk Switching) stellt auch ein geeignetes Vorspannen für die p-n-Übergänge der Transistoren bereit.
Der Bulk-Anschluss des Ladungstransfer-PMOS-Transistors wird entweder auf dessen Source-Anschluss oder auf dessen Drain-Anschluss geschaltet, und zwar in Abhängigkeit davon, welcher von diesen ein höheres Potential hat. Dies wird mit zwei Hilfs-Transistoren (z. B. 214 (M₄) und 216 (M₅)) durchgeführt, die als Komparatoren/Schalter arbeiten. Die maximale Spannung erscheint in diesen Vorrichtungen an dem Übergang von der N-WANNE zum Substrat. In einem Standard-0,18 um-CMOS-Konstruktionsprozess, und wie dies den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist, beträgt diese Spannung etwa 10 Volt. Diese Spannung wird aber durch die Durchbruchspannung der Seitenwandkomponente des N-WANNEN-zu-P-WANNEN/Substratübergangs beschränkt. In einem standardmäßigen tiefen Submikron-CMOS-Prozess wird die Fläche, die kein N-WANNEN-Bereich ist, automatisch als eine P-WANNE ausgebildet (dotiert).
Nun wird unter Bezugnahme auf 3 ein Beispiel der CMOS-Struktur für die Transistoren der Schaltung von 2 beschrieben. Das Substrat 302 ist sehr schwach mit Akzeptoratomen (P–) dotiert. Das Substrat 302 weist einen P-WANNEN-Bereich 304, einen HV-N-WANNEN-Bereich 306 und einen P-WANNEN-Bereich 308 auf. Die P-WANNEN-Bereiche 304 und 308 sind schwach mit Akzeptoratomen dotiert und der HV-N-WANNEN-Bereich 306 ist schwach mit Donatoratomen dotiert. Diese Bereiche bilden die Bulk-Anschlüsse der Transistoren. Die P-WANNEN-Bereiche bilden den Bulk-Anschluss der NMOS-Transistoren und die N-WANNEN-Bereiche bilden die Bulk-Anschlüsse der PMOS-Transistoren. Die NMOS-Transistoren sind im Innern der P-WANNE platziert und die PMOS-Transistoren sind im Innern der N-WANNE platziert. Die Schaltung von 2 hat nur PMOS-Transistoren. Die Bulk-Anschlüsse der Transistoren der letzten Stufe (210 (M3), 222 (M8) und 224 (M9)) sind miteinander verbunden. Diese Transistoren sind im Innern einer einzigen HV-N-WANNE platziert. Die Transistoren der nächsten Stufe bis zur letzten Stufe (208 (M2), 218 (M6) und 220 (M7)) sind im Innern einer anderen HV-N-WANNE platziert. Nur die letzte(n) Stufe(n) der Ladungspumpen wird bzw. werden hohen Spannungen ausgesetzt, so dass sie in (einer) HV/(Hochvolt/Hochspannungs)-N-WANNE(N) platziert werden muss bzw. müssen. Die Transistoren der ersten Stufe(n) können im Innern einer N-WANNE bzw. von N-WANNEN ohne eine Substratdotierungsblockierung um diese herum platziert werden.
In einem Doppelwannen-CMOS-Prozess wird die Durchbruchspannung zwischen der N-WANNE und dem Substrat durch die Durchbruchspannung der Seitenwandkomponente des N-WANNEN-zu-P-WANNEN/Substratübergangs (ohne einen Trennungsabstand L) beschränkt. Die Bodenkomponente des gleichen Übergangs hat eine höhere Durchbruchspannung, weil das Substrat einen niedrigeren Dotierungsgrad als die P-WANNEN-Bereiche 304 und 308 hat. Durch das Blockieren der Bildung der P-WANNEN-Bereiche 304 und 308 um den N-WANNEN-Bereich 306 herum wird gewährleistet, dass der N-WANNEN-Bereich 306 vollständig von einem niedrig dotierten Substrat umgeben ist, wodurch die Durchbruchspannung des Übergangs von dem N-WANNEN-Bereich 306 zu dem Substrat erhöht wird. Wiederum wird diese Blockierung unter Verwendung eines blockierten Bereichs erzielt, der eine Länge L aufweist.
In Abhängigkeit von der Länge L der blockierten Fläche kann die in Frage stehende Durchbruchspannung von 10 auf etwa 20 Volt in einem Stanard-0,18 um-CMOS-Prozess erhöht werden. Die Kombination aus einer geeigneten Schaltungstopologie (die durch die maximale Vnwell-sub beschränkt wird) und der beschriebenen Substratdotierungsblockierung um die kritische(n) N-WANNE(N) 306 herum erlaubt die Implementierung einer Ladungspumpe mit einer hohen Ausgangsspannung in einem standardmäßigen Niederspannungs-CMOS-Prozess. In einem Beispiel ist L etwa 1,8 Mikron und erstreckt sich zwischen etwa 0,7 Mikron und 2 Mikron. Andere Beispiele von Werten für L sind möglich.
Nun wird unter Bezugnahme auf 4 ein weiteres Beispiel einer Spannungspumpenschaltung 400 (z. B. die Spannungspumpe 104 von 1) beschrieben. Die Schaltung 400 von 4 ist eine zweistufige Ladungspumpe, die ein Spannungsverdreifacher ist. Sie kann auf N Stufen erweitert werden, wobei N eine beliebige ganze Zahl ist. Der Spannungsabfall an jedem der Transistoren in dieser Schaltung ist niemals höher als Vdd. Jede Stufe wird mit Niederspannungstransistoren realisiert (von denen zumindest einige in Übereinstimmung mit den Lösungsansätzen konstruiert sind, die mit Bezug auf 5 beschrieben sind), und die Schalter werden durch einen einfachen Zweiphasentakt vollständig ausgeschaltet/eingeschaltet. Die Verwendung von Transistoren mit minimalen Abmessungen sorgt für minimale Streukapazitäten zur Masse in dem Signalpfad, wodurch der Ladungsverlust (d. h. Signalverlust) minimiert wird. Alle diese Merkmale gewährleisten hohe Energiewirkungsgrade und Flächenwirkungsgrade.
Die Ladungspumpe 400 von 4 ist entsprechend einem standardmäßigen Dreifachwannen-0,18 um-CMOS-Prozess implementiert. In einem Beispiel und mit der vorgeschlagenen Substratdotierungsblockierung um die N-WANNE herum ist eine gemessene Ausgangsspannung von 11,5 V bereitgestellt, die 720 nA bei 1,27 V Versorgungsspannung (Speisespannung) verbraucht (f_CLK = 512 kHz).
Die Schaltung von 4 weist Kondensatoren 402 (C1), 404 (C2), 406 (C3), 408 (C4), 410 (C5), 412 (C6) und 440 (Cout) auf. Die Schaltung weist auch Transistoren 414 (M1), 416 (M2), 418 (M3), 420 (M4), 422 (M5), 424 (M6), 426 (M7), 428 (M8), 430 (M9), 432 (M10), 434 (M11) und 436 (M12) auf. Am Anfang sind die Kondensatoren nicht aufgeladen. Deshalb sind die Spannungen, die an ihnen allen anliegen, Null. Außerdem ist V_Clk = 0 V;
Vdd wird an den designierten Eingangsknoten in 4 angelegt. Der Transistor 414 (M1) ist an und der Kondensator 402 (C1) wird auf eine Spannung V_C1 = Vdd – Vds_M1 aufgeladen, wobei Vds_M1 der Spannungsabfall an dem Transistor 414 (M1) ist. Normalerweise ist Vdd » Vds_M1, so dass V_C1 ~ Vdd ist. Die Transistoren 416 (M2), 418 (M3) und 420 (M4) sind aus.
Das Taktsignal ändert seinen Wert auf V_Clk = Vdd;
Die Spannung des Knotens 401 ist V₁ = V_C1 + V_Clk ~ 2Vdd. Die Transistoren 416 (M2), 418 (M3), 420 (M4) und 432 (M10) schalten sich ein. Der Transistor 414 (M1) schaltet sich gleichzeitig aus. Die Transistoren 422 (M5), 424 (M6) und 426 (M7) sind ebenfalls aus. Der Kondensator 410 (C5) wird (durch die Transistoren 416 (M2) und 432 (M10)) auf eine Spannung V_C5 = V_C1 + V_Clk – Vds_M2 – Vds_M10 geladen.
Normalerweise ist V_C1 + V_Clk » Vds_M2 + Vds_M10, so dass in einem stabilen Zustand V_C5 = V_C1 + V_Clk ~ 2Vdd ist. Zur gleichen Zeit wird der Kondensator 406 (C3) auf eine Spannung V_C3 = V_C1 + V_Clk – Vds_M2 aufgeladen. Wiederum ist normalerweise V_C1 + V_Clk » Vds_M2, so dass in einem stabilen Zustand V_C3 ~ V_C1 + V_Clk ~ 2Vdd ist. Der Kondensator 406 (C3) stellt eine geeignete Vorspannung für die N-WANNE/tiefe N-WANNE der Transistoren der ersten Stufe bereit.
Während die Kondensatoren 406 (C3) und 410 (C5) aufgeladen werden, wird auch der Kondensator 404 (C2) auf eine Spannung von V_C2 = Vdd – Vds_M4 aufgeladen. Normalerweise ist Vdd » Vds_M4, so dass in einem stabilen Zustand V_C2 ~ Vdd ist.
Das Taktsignal ändert seinen Wert auf V_Clk = 0 V;
Der oben beschriebene Prozess wird wiederholt. Zur gleichen Zeit ist die Spannung des Knotens 403
Die Transistoren 434 (M11) und 436 (M12) schalten sich ein. Die Transistoren 428 (M8), 430 (M9) und 432 (M10) sind aus. Der Kondensator 440 (Cout) wird auf eine Spannung
aufgeladen. Wiederum ist normalerweise
so dass in einem stabilen Zustand
ist. Die Ausgangsspannung (Vout = V_Cout) ist etwa dreimal die Eingangsspannung (Vdd). Somit ist die beschriebene Schaltung ein Spannungsverdreifacher. Der Vorspannungskondensator 412 (C6) wird ebenfalls auf eine Spannung
ist.
Es wird klar sein, dass die Spannung des Knotens 411 in diesem Augenblick
ist. Die Transistoren 422 (M5), 424 (M6), 426 (M7) sind an und der Kondenstor 408 (C4) wird auf eine Spannung von
aufgeladen. Für Gewöhnlich ist
so dass in einem stabilen Zustand
ist.
Der Kondensator 406 (C3) wird auf eine Spannung
ist.
Der oben beschriebene Betrieb ist zyklisch. Der Ausgangskondensator Cout wird alle halbe Taktperiode durch die Transistoren 428 (M8) und 434 (M11) entsprechend auf etwa 3Vdd aufgeladen. Der beschriebene Spannungsvervielfacher arbeitet im Gegentakt (push pull fashion).
Nun wird unter Bezugnahme auf 5 ein Beispiel der CMOS-Struktur für die Transistoren der Schaltung von 4 beschrieben. Ein Substrat 502 weist P-WANNEN-Bereiche 504, 508, 512 und 516 sowie N-WANNEN-Bereiche 506, 510 und 514 und einen tiefen N-WANNEN-Bereich 518 auf. Die Transistoren sind unter Verwendung eines Dreifachwannenprozesses mit einer Substratdotierungsblockierung um die N-WANNEN-Bereiche herum und um den tiefen N-WANNEN-Bereich 518 herum aufgebaut. Die Dotierungsblockierung arbeitet auf die gleiche Art und Weise, wie dies hier an anderer Stelle beschrieben worden ist.
Das Substrat 502 ist sehr schwach mit Akzeptoratomen (P–) dotiert. Die P-WANNEN-Bereiche 504, 508, 512 und 516 sind schwach mit Akzeptoratomen dotiert und die N-WANNEN-Bereiche 506, 510, 514 sind schwach mit Donatoratomen dotiert, und der tiefe N-WANNEN-Bereich ist schwach mit Donatoratomen dotiert. Diese Bereiche bilden die Bulk-Anschlüsse der Transistoren. Die P-WANNEN-Bereiche (504, 512 und 516) bilden den Bulk-Anschluss der NMOS-Transistoren. Der P-WANNEN-Bereich (508) oberhalb des tiefen N-WANNEN-Bereichs (518) bildet den Bulk-Anschluss des isolierten NMOS-Transistors bzw. der isolierten NMOS-Transistoren. Die N-WANNEN-Bereiche bilden die Bulk-Anschlüsse der PMOS-Transistoren. Wiederum ist in 5 kein vollständiger MOS-Transistor gezeigt.
In dem Dreifachwannenprozess von 5, der verwendet wird, um die MOS-Transistoren aufzubauen, wird die Durchbruchspannung zwischen der N-WANNE und dem Substrat und auch zwischen dem Substrat und dem tiefen N-WANNEN-Bereich durch die Durchbruchspannung der Seitenwandkomponente des N-WANNEN-zu-P-WANNEN/Substratübergangs (ohne einen Trennungsabstand L) beschränkt. Durch das Hinzufügen des Trennungsabstands L wird die Durchbruchspannung erhöht, wodurch die maximale Ausgangsspannung erhöht wird. In einem Beispiel ist L etwa 1,8 Mikron und kann von 0,7 Mikron bis zu 2 Mikron reichen. Andere Abmessungsbeispiele sind möglich.
In einem speziellen Beispiel ist die Ladungspumpe von 4 gemäß einem Dreifachwannen-0,18 um-CMOS-Prozess aufgebaut. In einem Beispiel und mit einer Substratdotierungsblockierung um die N-WANNE herum wird eine gemessene Ausgangsspannung von 11,5 V bereitgestellt, die 720 nA bei 1,27 V Versorgungsspannung (f_CLK = 512 kHz) verbraucht. L ist so ausgewählt, dass er 1,8 Mikron ist. Andere Beispiele von Werten und Abmessungen sind möglich.
Es wird klar sein, dass auch ein Verfahren zur Herstellung der oben genannten Vorrichtungen bereitgestellt wird und dass dieser Prozess allgemein verfügbare CMOS-Design-Kits verwenden kann. Wenn die Vorrichtungen konstruiert werden, werden die Elemente der Schaltungen von 2, 4, 6 und 8 (in einem Beispiel auf einem einzigen Chip) aufgebaut, und wenigstens einige der Transistoren werden in Übereinstimmung mit den Lösungsansätzen aufgebaut, die im Hinblick auf 3 oder 5 beschrieben worden sind.
Die isolierten NMOS-Transistoren 432 (M10) und 426 (M7) (siehe z. B. 4) sind im Innern der P-WANNE (508) platziert. Die PMOS-Transistoren 430 (M9), 436 (M12), 434 (M11) und 428 (M8) sind im Innern der N-WANNEN (506 und 510) oberhalb der tiefen N-WANNE (518) platziert. Die N-WANNE/tiefe N-WANNE ist mit dem Kondensator 412 (C6) verbunden. Die N-WANNE/tiefe N-WANNE ist mit einer Substratdotierungsblockierung um diese herum versehen. Analog dazu sind die Transistoren der nächsten Stufe bis zur letzten Stufe in einer anderen P-WANNEN-/N-WANNEN-/tiefen N-WANNEN-Struktur (508/506, 510/518) mit einer Substratdotierungsblockierung um diese herum platziert. Nur die letzten Stufen der Ladungspumpe werden Hochspannungen ausgesetzt und benötigen deshalb die Substratblockierung. Für die ersten Stufen wird keine Substratblockierung benötigt.
Nun wird unter Bezugnahme auf 6 und 7 ein anderes Beispiel einer Ladungspumpenschaltung 600 beschrieben. Der Betrieb dieser zweistufigen Gate-verstärkten (gate boosted) Ladungspumpe wird nur mit PMOS-Transistoren implementiert. Die gezeigte Schaltung ist ein Spannungsverdreifacher. Aber die in Bezug auf diese Figuren beschriebenen Lösungsansätze können auch auf den allgemeinen Fall einer N-stufigen Ladungspumpe ausgedehnt werden.
Der Doppelwannen-CMOS-Prozess von 3 kann verwendet werden, um die Schaltung 600 aufzubauen. Die Bulk-Anschlüsse der PMOS-Transistoren der letzten Stufe 616 (M3), 630 (M10) und 632 (M11) sind miteinander verbunden, und diese PMOS-Transistoren sind in einer HV-N-WANNE (306) platziert. Analog dazu sind die PMOS-Transistoren der nächsten Stufe bis zur letzten Stufe 614 (M2), 620 (M5), 626 (M8) und 628 (M9) alle zusammen in einer anderen (separaten) HV-N-WANNE platziert. Die ersten Stufen können in N-WANNEN ohne eine Substratdotierungsblockierung um diese herum platziert sein.
Die Schaltung 600 weist Kondensatoren 602 (C1), 604 (C2), 606 (C3), 608 (C4) und 610 (COUT) auf. Die Schaltung 600 weist auch Transistoren 612 (M1), 614 (M2), 616 (M3), 618 (M4), 620 (M5), 622 (M6), 624 (M7), 626 (M8), 628 (M9), 630 (M10) und 632 (M11) auf. Die Transistoren M1–M11 sind PMOS-Transistoren. Die Signale CLK1–4, wie sie an die Schaltung 600 angelegt werden, sind in 7 gezeigt.
Am Anfang sind die Kondensatoren 602–608 (C1–4) und 610 (Cout) nicht aufgeladen. Deshalb sind die Spannungen, die an all diesen anliegen, Null. V_Clk1 = 0 V; V_Clk2 = Vdd; V_Clk3 = 0 V; V_Clk4 = Vdd. Vdd wird an den designierten Eingangsknoten 634 in 6 angelegt. Der Transistor 612 (M1) ist an und der Kondensator 602 (C1) wird auf eine Spannung V_C1 = Vdd – Vds_M1 aufgeladen, wobei Vds_M1 der Spannungsabfall an dem Transistor 612 (M1) ist. Normalerweise ist Vdd » Vds_M1, so dass V_C1 ~ Vdd ist. Die Transistoren 614 (M2) und 616 (M4) sind aus. V_Clk2 ändert seinen Wert, V_Clk2 = Vdd. Der Transistor 612 (M1) schaltet sich aus. Vclk2 ändert seinen Wert, Vclk2 = 0 V. Der Transistor 618 (M4) schaltet sich ein. Vclk1 ändert seinen Wert, Vclk1 = Vdd. Die Spannung des Knotens 611 ist V₁ = V_C1 + V_Clk ~ 2Vdd. Der Kondensator 606 (C3) wird auf Vdd aufgeladen. V_Clk4 ändert seinen Wert, V_Clk4 = 0 V. Der Transistor 614 (M2) schaltet sich ein. Der Kondensator 604 (C2) wird auf V_C2 = V₁ – Vds_M2 ~ 2Vdd aufgeladen. Normalerweise ist V₁ » Vds_M2. V_Clk4 ändert seinen Wert in V_Clk4 = Vdd. Der Transistor 614 (M2) schaltet sich aus (bei einem Betrieb im stabilen Zustand). V_Clk1 ändert seinen Wert in V_Clk1 = 0 V. Der Transistor 620 (M5) schaltet sich ein. Der Kondensator 608 (C4) wird auf Vdd aufgeladen. Der Kondensator 606 (C3) wird auf Null entladen.
Vclk2 ändert seinen Wert, Vclk2 = Vdd. Der Transistor 618 (M4) schaltet sich aus. Die Spannung des Knotens 613 ist V₂ = V_C2 + V_Clk2 ~ 3Vdd. Der Ausgangskondensator 610 (Cout) wird auf V_Cout = V_C2 + V_Clk2 – Vds_M3 über den als Diode geschalteten Transistor 616 (M3) aufgeladen. Wiederum ist normalerweise V_C2 + V_Clk2 » Vds_M2, so dass in einem stabilen Zustand V_Cout ~ V_C2 + V_Clk2 ~ 3Vdd ist. Die Ausgangsspannung (Vout = V_Cout) ist etwa dreimal die Eingangsspannung (Vdd). Somit ist die Schaltung 600 ein Spannungsverdreifacher. Der Kondensator 608 (C4) wird zur gleichen Zeit auf 2Vdd aufgeladen. V_Clk2 ändert seinen Wert, V_Clk2 = 0 V. Der Transistor 612 (M1) schaltet sich ein. Der oben beschriebene Prozess wird wiederholt.
Die Transistorpaare 622–624 (M₆–M₇), 626–628 (M₈–M₉) und 630–632 (M₁₀–M₁₁) arbeiten als Komparatoren/Schalter. Sie gewährleisten, dass der Bulk-Anschluss jedes Ladungstransfertransistors 612 (M1), 614 (M2) und 616 (M3) entsprechend entweder auf dessen Source-Anschluss oder auf dessen Drain-Anschluss geschaltet wird, und zwar in Abhängigkeit davon, welcher von diesen ein höheres Potential hat. Dies eliminiert den Bulk-Effekt von 612 (M1), 614 (M2) und 616 (M3). Als Folge davon wird der Vds jeder Stufe minimiert und hängt nicht von der Stufenanzahl ab. Folglich ist die Ausgangsspannung Vout eine lineare Funktion der Anzahl an Stufen N. Das beschriebene Bulk-Anschluss-Schalten (Bulk Switching) stellt auch ein geeignetes Vorspannen für die p-n-Übergänge der Transistoren 618 (M4) und 620 (M5) bereit.
Nun wird unter Bezugnahme auf 8 ein anderes Beispiel einer Ladungspumpenschaltung 800 beschrieben werden. Die Schaltung 800 weist eine Diode 802 (D1), eine Diode 804 (D2), eine Diode 806 (D3), einen Kondensator 808 (C1), einen Kondensator 810 (C2) und einen Kondensator 812 (Cout) auf. Die Schaltung von 8 ist ein Spannungsverdreifacher. Die in 8 beschriebenen Lösungsansätze können auf den allgemeinen Fall einer N-stufigen Ladungspumpe ausgeweitet werden. Potentialfreie p-n-Übergangs-Dioden stehen in einem Dreifachwannen-CMOS-Prozess zur Verfügung, wie dies den Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt ist. In einem Beispiel wird die Diode im Innern der P-WANNE (508) in 5 platziert. Nur ein Teil der Diode ist in 5 gezeigt (der „p”-Teil).
Am Anfang sind die Kondensatoren 808 (C1), 810 (C2) und 812 (Cout) nicht aufgeladen. Deshalb sind die Spannungen, die an all diesen anliegen, Null.
Vdd wird an den designierten Eingangsknoten 801 angelegt. Die Diode 802 (D1) ist an und der Kondensator 808 (C1) wird auf eine Spannung V_C1 = Vdd – Vd₁ aufgeladen, wobei Vd₁ der Spannungsabfall an der Diode 802 (D1) ist. Normalerweise ist Vdd » Vd₁, so dass V_C1 ~ Vdd ist. Die Diode 804 (D2) ist aus. Das Taktsignal ändert seinen Wert in V_Clk = Vdd;
Die Spannung des Knotens 811 ist V₁ = V_C1 + V_Clk ~ 2Vdd. Die Diode 804 (D2) schaltet sich ein. Die Diode 802 (D1) schaltet sich zur gleichen Zeit aus. Der Kondensator 810 (C2) wird auf eine Spannung V_C2 = V_C1 + V_Clk – Vd₂ aufgeladen. Wiederum ist normalerweise V_C1 + V_Clk » Vd₂, so dass in einem stabilen Zustand V_C2 ~ V_C1 + V_Clk ~ 2Vdd ist.
Das Taktsignal ändert seinen Wert in V_Clk = 0 V;
Der oben beschriebene Prozess wird wiederholt. Zur gleichen Zeit ist die Spannung des Knotens 813
Die Diode 806 (D3) schaltet sich ein. Der Kondensator 812 (Cout) wird auf eine Spannung
aufgeladen. Wiederum ist normalerweise
so dass in einem stabilen Zustand
ist. Die Ausgangsspannung (Vout = V_Cout) ist etwa dreimal die Eingangsspannung (Vdd). Somit ist die beschriebene Schaltung 800 ein Spannungsverdreifacher. Der oben beschriebene Betrieb ist zyklisch und wird wiederholt.
Es sind hier bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden, einschließlich der besten Weise, die den Erfindern für die Ausführung der Erfindung bekannt ist. Es sollte aber klar sein, dass die veranschaulichten Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht als den Schutzumfang der Erfindung beschränkend betrachtet werden sollen.

Claims

Mikrofonschaltung mit: einem Kondensatormikrofon, wobei das Kondensatormikrofon dafür konfiguriert ist, eine Schallenergie zu empfangen und im Ansprechen darauf die Schallenergie in eine Mikrofonausgangsspannung umzuwandeln; einer Ladungspumpe, wobei die Ladungspumpe mit dem Mikrofon gekoppelt ist und dafür konfiguriert ist, dem Mikrofon eine Vorspannung zuzuführen, wodurch der Betrieb des Mikrofons erlaubt wird, wobei die Ladungspumpe Folgendes aufweist: – eine Schaltungstopologie, die einen N-WANNEN-Bereich und ein Substrat aufweist, wobei die Schaltungstopologie eine maximale Ausgangsspannung hat, die durch eine Durchbruchspannung zwischen dem N-WANNEN-Bereich und dem Substrat beschränkt wird, wobei die Topologie in einem Niederspannungs-CMOS-Prozess implementiert ist; – wobei die Durchbruchspannung zwischen dem N-WANNEN-Bereich und dem Substrat durch das Blockieren der Bildung eines P-WANNEN-Bereichs um den N-WANNEN-Bereich herum in einem vorbestimmten Abstand, so dass der N-WANNEN-Bereich von einem sehr schwach dotierten Substrat auf im Wesentlichen allen Seiten umgeben ist, erhöht wird, wodurch die maximale Ausgangsspannung der Ladungspumpe erhöht wird.
Mikrofonschaltung nach Anspruch 1, wobei der P-WANNEN-Bereich schwach mit Akzeptoratomen dotiert ist.
Mikrofonschaltung nach Anspruch 1, wobei der N-WANNEN-Bereich schwach mit Donatoratomen dotiert ist.
Mikrofonschaltung nach Anspruch 1, die des Weiteren einen Verstärker aufweist, der mit dem Kondensatormikrofon gekoppelt ist.
Mikrofonschaltung nach Anspruch 1, die des Weiteren einen tiefen N-WANNEN-Bereich aufweist, der in dem Substrat angeordnet ist.
Mikrofonschaltung nach Anspruch 5, wobei der tiefe N-WANNEN-Bereich benachbart zu dem N-WANNEN-Bereich angeordnet ist.
Mikrofonschaltung nach Anspruch 1, wobei das Substrat schwach dotiert ist und den N-WANNEN-Bereich vollständig umgibt.
Ladungspumpe, die dafür konfiguriert ist, einem Kondensatormikrofon eine ausreichende Ausgangsspannung/Vorspannung zuzuführen, wodurch es dem Mikrofon erlaubt wird, mit einer ausreichenden Empfindlichkeit betrieben zu werden, wobei die Ladungspumpe Folgendes aufweist: – eine Schaltungstopologie, die einen N-WANNEN-Bereich und ein Substrat aufweist, wobei die Schaltungstopologie eine maximale Ausgangsspannung hat, die durch eine Durchbruchspannung zwischen dem N-WANNEN-Bereich und dem Substrat beschränkt wird, wobei die Topologie in einem Niederspannungs-CMOS-Prozess implementiert ist; – wobei die Durchbruchspannung zwischen dem N-WANNEN-Bereich und dem Substrat durch das Blockieren der Bildung eines P-WANNEN-Bereichs um den N-WANNEN-Bereich herum in einem vorbestimmten Abstand, so dass der N-WANNEN-Bereich von einem sehr schwach dotierten Substrat auf im Wesentlichen allen Seiten umgeben ist, erhöht wird, wodurch die maximale Ausgangsspannung der Ladungspumpe erhöht wird.
Ladungspumpe nach Anspruch 8, wobei der P-WANNEN-Bereich mit Akzeptoratomen dotiert ist.
Ladungspumpe nach Anspruch 8, wobei der N-WANNEN-Bereich schwach mit Donatoratomen dotiert ist.
Ladungspumpe nach Anspruch 8, die des Weiteren einen Verstärker aufweist, der mit dem Kondensatormikrofon gekoppelt ist.
Ladungspumpe nach Anspruch 8, die des Weiteren einen tiefen N-WANNEN-Bereich aufweist, der in dem Substrat angeordnet ist.
Ladungspumpe nach Anspruch 12, wobei der tiefe N-WANNEN-Bereich benachbart zu dem N-WANNEN-Bereich angeordnet ist.
Ladungspumpe nach Anspruch 8, wobei das Substrat schwach dotiert ist und den N-WANNEN-Bereich vollständig umgibt.