DE112017004130T5

DE112017004130T5 - Verfahren und Systeme zum Reduzieren von Ladungspumpensubstratrauschen

Info

Publication number: DE112017004130T5
Application number: DE112017004130.9T
Authority: DE
Inventors: Barry Harvey
Original assignee: Linear Technology LLC
Current assignee: Analog Devices International ULC
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-03-21
Publication date: 2019-07-11
Also published as: US20180248476A1; CN109075709A; JP2019515635A; CN109075709B; US10749429B2; WO2018160204A1

Abstract

Verfahren und Systeme zum Reduzieren eines Substratrauschens in einer Ladungspumpe mit einem fliegenden Kondensator werden bereitgestellt. Ein Eingangsknoten des fliegenden Kondensators wird mit einer ersten Anstiegsrate vorgeladen. Der Eingangsknoten des fliegenden Kondensators wird mit einer zweiten Anstiegsrate geladen, die schneller als die erste Anstiegsrate ist. Der Eingangsknoten des fliegenden Kondensators wird mit einer dritten Anstiegsrate vorentladen. Der Eingangsknoten des fliegenden Kondensators wird mit einer vierten Anstiegsrate entladen, die schneller als die erste Anstiegsrate ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft im Allgemeinen Ladungspumpen und insbesondere Ladungspumpen mit reduziertem Substratrauschen.
BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
In den letzten Jahren gab es ständige Bemühungen, in integrierten Halbleiterschaltungen (ICs, Integrated Circuits) die Leistung zu verbessern, zusätzliche Merkmale hinzuzufügen, Kosten zu reduzieren und weniger Fläche zu belegen. Folglich nimmt die Geschwindigkeit von Schaltungen progressiv zu, ICs werden immer dichter gepackt, und es werden mehr Schaltungsblöcke eingeführt, die sich ein gemeinsames Substrat teilen.
Eine Herausforderung bei diesen fortschrittlichen Digital-, Mischsignal- oder Analog-ICs besteht darin, die Rauschkopplung zwischen verschiedenen Teilen des Systems zu minimieren, um eine verschlechterte Leistung oder sogar eine Fehlfunktion zu vermeiden. Eine durch Parasiten verursachte Kopplung kann zu einer unzuverlässigen Leistung der IC führen. Beispielsweise können in Mischsignalschaltungen sowohl empfindliche Analogschaltungen als auch hochfrequente Digitalschaltungen, die eine Rauschquelle darstellen, auf demselben IC vorhanden sein, was zu einer unerwünschten Signalkopplung zwischen diesen zwei Typen von Schaltungen über das leitfähige Substrat führt. Je dichter diese Schaltungen gepackt sind, desto ausgeprägter wird das Problem des Substratrauschens.
Eine beispielhafte Hochfrequenz- und Hochleistungsschaltung ist eine Ladungspumpe, bei der es sich um einen DC/DC-Wandler handelt, der Kondensatoren als Energiespeicherelemente verwendet, um einen niedrigeren oder höheren Spannungspegel von einem Referenzeingang bereitzustellen. Eine Ladungspumpe kann eine Mischsignalrauschkopplung über einen gemeinsamen Knoten, wie beispielsweise das Substrat, einführen. Die Hochfrequenzschaltoperationen einer Ladungspumpe bewirken Fluktuationen in der darunter liegenden Substratspannung, die sich durch das gemeinsame Substrat ausbreitet und Variationen des Substratpotentials bewirkt, die verschiedene Komponenten des IC, einschließlich des empfindlichen Analogabschnitts, beeinflussen.
Figurenliste
Die Zeichnungen sind veranschaulichende Ausführungsformen. Sie veranschaulichen nicht alle Ausführungsformen. Andere Ausführungsformen können zusätzlich oder stattdessen verwendet werden. Details, die offensichtlich oder unnötig sein können, können aus Platzgründen oder für eine effektivere Veranschaulichung weggelassen sein. Einige Ausführungsformen können mit zusätzlichen Komponenten oder Schritten und/oder ohne alle der veranschaulichten Komponenten oder Schritte implementiert werden. Wenn dieselbe Nummer in verschiedenen Zeichnungen erscheint, bezieht sie sich auf die gleichen oder ähnliche Komponenten oder Schritte.

1A veranschaulicht eine typische Ladungspumpenstufe.
1B veranschaulicht mehrere Wellenformen, die sich auf den Betrieb der Ladungspumpenstufe aus 1A beziehen.
2 veranschaulicht eine Ladungspumpenstufe 200 in Übereinstimmung mit einer veranschaulichenden Ausführungsform.
3 veranschaulicht mehrere Wellenformen, die sich auf den Betrieb der Ladungspumpenstufe aus 2 beziehen, in Übereinstimmung mit einer veranschaulichenden Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON VERANSCHAULICHENDEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Überblick
In der folgenden detaillierten Beschreibung werden zahlreiche spezielle Details anhand von Beispielen dargelegt, um ein gründliches Verständnis der relevanten Lehren bereitzustellen. Es sollte jedoch offensichtlich sein, dass die vorliegenden Lehren ohne derartige Details implementiert werden können. In anderen Fällen wurden wohlbekannte Verfahren, Prozeduren, Komponenten und/oder Schaltungen auf einer relativ hohen Ebene ohne Details beschrieben, um zu vermeiden, dass Aspekte der vorliegenden Lehren unnötig verschleiert werden. Einige Ausführungsformen können mit zusätzlichen Komponenten oder Schritten und/oder ohne alle beschriebenen Komponenten oder Schritte implementiert werden.
Die hierin offenbarten Verfahren und Schaltungen betreffen im Allgemeinen Verfahren und Schaltungen zum Bereitstellen von rauscharmen Ladungspumpen. Insbesondere beschreibt die vorliegende Offenbarung aktive Ladungspumpen, die ein reduziertes Substratrauschen aufweisen. Eine Ladungspumpe verwendet Schaltvorrichtungen, um eine Spannung über einen Kondensator zu steuern. In dieser Hinsicht können mehrere Stufen verwendet werden, um eine Referenzspannung von Stufe zu Stufe progressiv zu erhöhen. Der in jeder Stufe verwendete Kondensator wird manchmal als „fliegender Kondensator“ („flying capacitor“) bezeichnet, der zwischen einer ersten Versorgung (z. B. Vin) und einer zweiten Versorgung (z. B. Masse) Zyklen durchläuft. Fliegende Kondensatoren weisen im Allgemeinen eine parasitäre Kapazität gegenüber Masse (z. B. bei Verwendung als eine externe Vorrichtung) oder gegenüber dem Substrat (z. B. bei Integration auf einem Chip) auf. Diese parasitäre Kapazität wirkt als eine Leitung zum Koppeln von Rauschen mit anderen Schaltungskomponenten, die sich dieselbe Masse und/oder dasselbe Substrat teilen.
Es wird nun auf 1A Bezug genommen, die eine Ladungspumpenstufe 100 veranschaulicht, wie sie in verschiedenen typischen Ladungspumpen zu finden ist. Die Ladungspumpenstufe 100 schließt einen fliegenden Kondensator 116 ein, der einen ersten Knoten (V_drive ) 114 aufweist. Es gibt einen ersten Schalter Θ1 (112), der zwischen die erste Spannungsversorgung (V_S+) am Knoten 102 und V_drive 114 gekoppelt ist, und einen zweiten Schalter Θ2 (120), der zwischen die zweite Spannungsversorgung (V_S-) am Knoten 130 und V_drive 114 gekoppelt ist. Zwischen V_drive 114 und dem Substratanschluss ist eine parasitäre Kapazität C_p 122 vorhanden. Der Substratanschluss ist im Allgemeinen mit Masse oder einer externen Versorgung verbunden. Die parasitäre Kapazität C_p 122 repräsentiert die gesamte parasitäre Kapazität am V_driVe -Knoten 114, die die parasitäre Kapazität des fliegenden Kondensators 116, des ersten Schalters 112, des zweiten Schalters 120, Verdrahtungsparasiten am Knoten 114 usw. sowie jegliche Parasiten am Knoten 118 einschließen kann. In einer Schätzung kann die parasitäre Kapazität 122 1/10 bis 1/5 derjenigen des tatsächlichen fliegenden Kondensators 116 betragen, die im Nanofarad-Bereich liegen kann.
Es wird nun auf 1B Bezug genommen, die mehrere Wellenformen veranschaulicht, die sich auf den Betrieb der Ladungspumpenstufe 100 aus 1A beziehen. Der V_driVe -Knoten 114 durchläuft Zyklen zwischen einer ersten Spannungsversorgung (V_S+) am Knoten 102 und einer zweiten Spannungsversorgung (V_S-) am Knoten 130, wie durch die Wellenform 142 veranschaulicht. Zu diesem Zweck wird, wenn der Schalter Θ1 112 eingeschaltet ist, ein Pfad zwischen Vs+ am Knoten 102 und V_drive 114 erzeugt, um den fliegenden Kondensator 116 zu laden, wie durch die Wellenform 144 veranschaulicht. Der fliegende Kondensator 116 wird durch den Schalter Θ2 120 entladen. Wenn der Schalter Θ2 120 eingeschaltet ist, wird somit ein Pfad zwischen der zweiten Spannungsversorgung Vs- am Knoten 130 und dem V_driVe -Knoten 114 erzeugt, wie in der Wellenform 146 veranschaulicht. Die Spannungsübergänge am fliegenden Kondensator 116 sind in der Regel sehr schnell, eine Anstiegszeit von einer Nanosekunde oder weniger. Dementsprechend sind die von den Schaltern Θ1 112 und Θ2 120 angesteuerten transienten Ströme auch sehr schnell. Die resultierende di/dt erzeugt große Spannungstransienten durch die Substratverbindungsdrahtinduktivität. Der resultierende Rauschstrom ist in der Wellenform 148 veranschaulicht und wird durch die nachfolgende Gleichung 1 bereitgestellt:
$I_{N o i s e} = C p \frac{d v}{d t}$
Dementsprechend ist der Rauschstrom I_Noise eine Funktion der parasitären Kapazität C_p 122 und der Änderung der Spannung dv am V_driVe -Knoten 114. Die Stromspitzen 148 aufgrund der scharfen Spannungsflanken des fliegenden Kondensators 116 sind im Allgemeinen schwierig zu unterdrücken.
Der Anmelder hat festgestellt, dass der Stromstoß zum/vom Substrat während einer Lade-/Entladeoperation unter Verwendung einer hierin erörterten Konfiguration und zeitlichen Abfolge aktiv gesteuert werden kann, wodurch das Grundrauschen des Substrats einer Ladungspumpenstufe reduziert wird. Zu diesem Zweck wird ein Eingangsknoten des fliegenden Kondensators mit einer ersten Anstiegsrate (slew rate) vorgeladen. Der Eingangsknoten des fliegenden Kondensators wird mit einer zweiten Anstiegsrate geladen, die schneller als die erste Anstiegsrate ist, aber eine kleine Spannungsänderung bei Vdrive aufweist. Der Eingangsknoten des fliegenden Kondensators wird mit einer dritten Anstiegsrate vorentladen. Der Eingangsknoten des fliegenden Kondensators wird mit einer vierten Anstiegsrate entladen, die schneller als die erste Anstiegsrate ist, aber auch von geringer Größe ist. Aufgrund der hierin erörterten Verfahren und Architekturen wird das Substratrauschen in einer Ladungspumpe mit einem fliegenden Kondensator reduziert.
Beispielhafte Implementierung
2 veranschaulicht eine Ladungspumpenstufe 200 in Übereinstimmung mit einer veranschaulichenden Ausführungsform. Die Ladungspumpenstufe 200 weist einen fliegenden Kondensator 216 auf, der zwischen den V_driVe -Knoten 214 und einen Ausgang 218 gekoppelt ist. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Ausgangsknoten 218 mit einer oder mehreren Ladungspumpenstufen gekoppelt sein, um eine gewünschte Ausgangsspannung zu erreichen.
Es gibt einen ersten Schalter Θ1 (212), hierin manchmal als der Ansteuerschalter (drive switch) bezeichnet, der zwischen die erste Spannungsversorgung (V_S+) am Knoten 202 und den V_driVe -Knoten 214 gekoppelt ist, und einen zweiten Schalter Θ2 (120), hierin manchmal als der Entladungsschalter bezeichnet, der zwischen die zweite Spannungsversorgung (V_S-) am Knoten 230 und V_drive 214 gekoppelt ist. Der erste Schalter Θ1 (212) ist ausgebildet, um den V_driVe -Knoten 214 schnell zu laden, während der zweite Schalter Θ2 (220) ausgebildet ist, um den V_driVe -Knoten 214 schnell zu entladen.
In einer Ausführungsform gibt es eine erste Stromquelle 204, die mit der ersten Spannungsversorgung (Vs+) am Knoten 202 gekoppelt ist, und eine zweite Stromquelle 210, die mit der zweiten Spannungsversorgung (Vs-) gekoppelt ist. Ein dritter Schalter Θ3 (206) ist zwischen die erste Stromquelle I₁ (204) und den V_driVe -Knoten 214 gekoppelt. Ein vierter Schalter Θ4 (208) ist zwischen den V_driVe -Knoten 214 und die zweite Stromquelle I₂ (210) gekoppelt.
Der dritte Schalter Θ3 (206) ist ausgebildet, um den V_driVe -Knoten 214 mit einer Anstiegsrate vorzuladen, die wesentlich langsamer ist als diejenige, die durch den ersten Schalter Θ1 verursacht wird. Zum Beispiel kann die Θ3-Periode ein Viertel der Taktperiode betragen. Falls die Taktfrequenz 1 MHz betragen würde, wäre die Θ3-Periode 250 ns, viel langsamer als eine 1 ns ungesteuerte Flanke. Der vierte Schalter Θ4 (208) ist ausgebildet, um den V_driVe -Knoten 214 mit einer Anstiegsrate vorzuentladen, die wesentlich langsamer ist als diejenige, die durch den zweiten Schalter Θ2 (220) verursacht wird. In einer Ausführungsform sind die Anstiegsraten des dritten Schalters Θ3 (206) und des vierten Schalters Θ4 (208) im Wesentlichen ähnlich. Die nachfolgende Gleichung 2 stellt die Richtlinien für die erste Stromquelle 204 und die zweite Stromquelle 210 für eine beispielhafte Ausführungsform bereit.
$I_{1} u n d I_{2} \geq 4 \times C_{p} (V_{S +} - V_{S -}) \times F_{o s c}$

wobei:

I₁ der Strom durch die erste Stromquelle 204 ist;
I₂ der Strom durch die zweite Stromquelle 210 ist;
C_p die parasitäre Kapazität 222 ist; und
Fosc der Kehrwert der Periode der Schalter Θ1 (212) und Θ2 (220) ist.

Aufgrund der Beziehung in der obigen Gleichung 2 stellt die Ladungspumpenstufe 200 eine Vorladung und eine Vorentladung mit einer Anstiegsrate bereit, die wesentlich langsamer sind als jeweils die Anstiegsrate des Ladungsschalters Θ1 (212) und des Entladungsschalters Θ2 (220).
In einer Ausführungsform sind eine separate Stromquelle I₁ 204 und/oder I₂ 208 nicht notwendig. Beispielsweise kann der Schalter Θ3 (204) dazu eingerichtet sein, dass er einen reduzierten Strom zwischen der ersten Spannungsversorgung Vs+ und dem Vdrive-Knoten 214 bereitstellt, der mit der obigen Gleichung 2 übereinstimmt. Ähnlich kann der Schalter Θ4 (208) dazu eingerichtet sein, dass er einen reduzierten Strom zwischen der zweiten Spannungsversorgung Vs- und dem Vdrive-Knoten 214 bereitstellt, der mit der obigen Gleichung 2 übereinstimmt. Falls ein Feldeffekttransistor als ein Schalter verwendet wird, kann beispielsweise die Breite/Länge des Transistors angepasst werden, um den gewünschten Strom durch den Transistor zu erzielen. Es wird angenommen, dass Fachleute auf dem Gebiet mit der Bemessung der verschiedenen Typen von Schaltern vertraut sind, um den gewünschten Strom zu erzielen. Dementsprechend wird die Bemessung der Schalter der Kürze halber hierin nicht erörtert.
Wie zuvor erörtert, ist zwischen dem V_driVe -Knoten 214 und dem Substratanschluss eine parasitäre Kapazität C_p 222 vorhanden. Obgleich die parasitäre Kapazität C_p 222 nur beispielhaft und nicht als Einschränkung auf Masse veranschaulicht wurde, kann die parasitäre Kapazität C_p 222 in verschiedenen Szenarien zu einem beliebigen anderen Knoten sein, wie beispielsweise dem Substrat, der ersten Versorgung (Vs+), der zweiten Versorgung (Vs-) oder einem beliebigen anderen Knoten der Ladungspumpenstufe 200.
Die parasitäre Kapazität C_p 222 repräsentiert die gesamte parasitäre Kapazität am V_drive -Knoten 214, die die parasitäre Kapazität des fliegenden Kondensators 216, des ersten Schalters 212, des zweiten Schalters 220, Verdrahtungsparasiten am Knoten 214, Verdrahtungsparasiten am Knoten 218 usw. einschließen kann.
Es wird nun auf 3 Bezug genommen, die mehrere Wellenformen veranschaulicht, die sich auf den Betrieb der Ladungspumpenstufe 200 aus 2 beziehen, in Übereinstimmung mit einer veranschaulichenden Ausführungsform. Der V_drive -Knoten 214 durchläuft Zyklen zwischen einem Pegel, der von einer ersten Spannungsversorgung (V_S+) am Knoten 202 und einer zweiten Spannungsversorgung (V_S -) am Knoten 230 bereitgestellt wird, wie durch die Wellenform 310 veranschaulicht. Bezeichnenderweise ist die Ladungspumpenstufe 200 derart ausgebildet, dass eine Stromspitze zur Masse oder zum Substrat verhindert wird. Zu diesem Zweck geht jeder harten Ladung durch den Schalter Θ1 (212) eine Vorladung über den Schalter Θ3 (206) voraus. Ähnlich geht jeder harten Entladung durch den Schalter Θ2 (220) eine Vorentladung durch den Schalter Θ4 (208) voraus. Mit anderen Worten weist jeder Ladezyklus eine Vorladung und eine harte Ladung auf, und jeder Entladezyklus weist eine Vorentladung und eine harte Entladung auf.
Beispielsweise wird der V_driVe -Knoten 214 auf einen vorbestimmten Spannungspegel mit einer ersten Anstiegsrate vorgeladen, indem der Schalter Θ3 (206) eingeschaltet wird, wie durch die Wellenform 340 angezeigt. Dementsprechend wird ein Pfad zwischen der ersten Stromquelle 204 und dem V_driVe -Knoten 214 erzeugt, wodurch der V_drive- Knoten 214, der eine parasitäre Kapazität C_p 222 aufweist, auf eine vorbestimmte Spannung vorgeladen wird, die bei oder geringfügig unter Vs+ liegen kann, aufgrund des effektiven Widerstandsabfalls des Schalters Θ3 (206), was wiederum auf den Ladestrom des fliegenden Kondensators 216 zurückzuführen ist, wie durch den Pegel 362 angezeigt.
In verschiedenen Ausführungsformen wird der Schalter Θ3 (206) während des Ladezyklus eingeschaltet, bevor der Schalter Θ1 (212) eingeschaltet wird. Der Schalter Θ1 kann eingeschaltet bleiben, während der Schalter Θ3 eingeschaltet ist (siehe gepunktete Linie der Wellenform 340 und die Beziehung zur Wellenform 320), wobei sich die Wellenform 310 wenig ändert. Somit ist der Schalter Θ3 (206) bei T₀ bis T₁ bis T₃ eingeschaltet. Bei T₂ wird der Schalter Θ1 eingeschaltet und bleibt bis T₃ eingeschaltet. Somit kann die Vorladung ein Zeitfenster aufweisen, das sich mit der harten Ladung überlappt.
Ähnlich wird der V_driVe -Knoten 214 während eines Entladezyklus mit einer zweiten Anstiegsrate auf eine zweite vorbestimmte Spannung (bei oder unter Vs-) vorentladen, indem der Schalter Θ4 (208) eingeschaltet wird, wie durch die Wellenform 350 angezeigt. Dementsprechend wird ein Pfad zwischen der zweiten Stromquelle 210 und dem V_driVe -Knoten 214 erzeugt, wodurch der V_driVe -Knoten 214 auf eine zweite vorbestimmte Spannung vorentladen wird, die bei oder geringfügig über Vs- liegen kann, wie durch den Pegel 364 angezeigt. Somit wird der Schalter Θ4 (208) bei T₃ eingeschaltet. In verschiedenen Ausführungsformen bleibt der Schalter Θ4 (208) bis T₄ bis T₆ eingeschaltet. Mit anderen Worten wird der Schalter Θ4 (208) ausgeschaltet, bevor der zweite Schalter Θ2 (220) eingeschaltet wird, oder er bleibt eingeschaltet, bis der nächste Vorladezyklus bei T₆ beginnt (siehe gepunktete Linie in Wellenform 350).
Die Anstiegsrate während einer Vorladung wird durch die nachfolgende Gleichung 3 bereitgestellt.
$\frac{d v}{d t} = \frac{I 1}{C p}$

wobei:

dv die Spannungsänderung am V_driVe -Knoten 214 ist;
dt die Zeit für die Spannungsänderung am V_driVe -Knoten 214 ist;
I₁ der Strom durch die erste Stromquelle 204 ist; und
C_p die parasitäre Kapazität 222 ist.

In einer Ausführungsform ist der Vorladestrom, der von der ersten Stromquelle 204 bereitgestellt wird, relativ klein (z. B. in der Größenordnung von µA oder einigen zehn µA), wodurch eine langsame Anstiegsrate bereitgestellt wird. Im Gegensatz dazu kann der Strom, der durch den ersten Schalter Θ1 (212) bereitgestellt wird, bis zu tausendmal größer sein, wodurch eine zweite Anstiegsrate bereitgestellt wird, die weitgehend ungesteuert und wesentlich schneller als die der Vorladung sein kann. Dementsprechend ist der injizierte Substratstrom durch Verwendung der Vorladung nicht nur kleiner (siehe eine relativ kleine Erhebung 366 während einer harten Ladung), sondern auch zeitlich verteilt, wie durch die Wellenform 360 angezeigt. Die Vorentladeoperation ist ähnlich wie oben und wird daher der Kürze halber hier nicht wiederholt. Aufgrund der Vorladung und der Vorentladung, die hierin erörtert werden, wird das Grundrauschen des Substrats reduziert.
Es sollte beachtet werden, dass in einer Ausführungsform aufgrund der langsamen Anstiegsrate während einer Vorladeoperation nicht viel Ladung über den dritten Schalter Θ3 (206) an den fliegenden Kondensator 216 übertragen wird. Somit führt der Schalter Θ1 (212) die Ladungsübertragung an den fliegenden Kondensator 216 während einer Ladeoperation über den Schalter Θ1 (212) durch. In dieser Hinsicht, da der V_drive -Knoten 214 fast auf dem Pegel Vs+ angekommen ist (siehe Pegel 362 in der Wellenform 310), springt die Spannung am V_driVe -Knoten 214 auf den Pegel Vs+, wenn der Schalter Θ1 bei T₂ eingeschaltet wird. Die Schalter Θ4 und Θ2 stellen ähnliche Wellenformen während eines Entladezyklus bereit.
SCHLUSSFOLGERUNG
Die Komponenten, Schritte, Merkmale, Objekte, Nutzen und Vorteile, die erörtert wurden, sind lediglich veranschaulichend. Keine von ihnen oder die sie betreffenden Erörterungen sollen den Schutzbereich in irgendeiner Weise einschränken. Es werden auch zahlreiche andere Ausführungsformen in Betracht gezogen. Hierzu gehören Ausführungsformen, die weniger, zusätzliche und/oder unterschiedliche Komponenten, Schritte, Merkmale, Objekte, Nutzen und/oder Vorteile aufweisen. Dazu gehören auch Ausführungsformen, bei denen die Komponenten und/oder Schritte unterschiedlich angeordnet und/oder sortiert sind.
In verschiedenen Ausführungsformen kann ein Schalter beispielsweise in der Form eines Feldeffekttransistors (FET, wie beispielsweise PFET, NFET und/oder JFET), einer bipolaren Vorrichtung (z. B. NPN und/oder PNP), einer beliebigen Kombination davon oder einer beliebigen anderen geeigneten aktiven oder passiven Vorrichtung basierend auf der bestimmten Implementierung sein. Es wird angenommen, dass Fachleute auf dem Gebiet mit der Struktur und dem allgemeinen Betrieb und der Implementierung eines Schalters basierend auf verschiedenen Technologien vertraut sind.
Sofern nicht anders angegeben, sind alle Messungen, Werte, Bewertungen, Positionen, Größen, Abmessungen und anderen Spezifikationen, die in dieser Beschreibung dargelegt sind, annähernd und nicht exakt. Sie sollen einen vernünftigen Bereich aufweisen, der mit den Funktionen, auf die sie sich beziehen, und mit dem, was in der Technik, zu der sie gehören, üblich ist, vereinbar ist.
Außer wie unmittelbar oben angegeben, ist nichts, was erwähnt oder veranschaulicht wurde, so gedacht oder sollte so ausgebildet werden, dass es eine Widmung jeglicher Komponenten, Schritte, Merkmale, Objekte, Nutzen, Vorteile oder Äquivalente für die Öffentlichkeit verursacht, unabhängig davon, ob es in den Ansprüchen erwähnt ist oder nicht.
Es versteht sich, dass die hierin verwendeten Begriffe und Ausdrücke die gewöhnliche Bedeutung aufweisen, wie sie derartigen Begriffen und Ausdrücken in Bezug auf ihre entsprechenden jeweiligen Gebiete von Recherche und Untersuchung zugestanden wird, es sei denn, es wurden hierin anderweitig spezielle Bedeutungen dargelegt. Relationale Begriffe wie „erster“ und „zweiter“ und dergleichen können nur verwendet werden, um eine Entität oder eine Aktion von einer anderen zu unterscheiden, ohne notwendigerweise eine tatsächliche Beziehung oder Reihenfolge zwischen ihnen zu erfordern oder zu implizieren. Die Begriffe „aufweist“, „aufweisend“ und jede andere Variation davon, wenn sie in Verbindung mit einer Liste von Elementen in der Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, sollen anzeigen, dass die Liste nicht ausschließlich ist und dass andere Elemente eingeschlossen sein können. Ähnlich schließt ein Element, dem ein „ein“ oder „eine“ vorangestellt ist, nicht ohne weitere Einschränkungen das Vorhandensein zusätzlicher Elemente des identischen Typs aus.
Die Zusammenfassung der Offenbarung soll es dem Leser ermöglichen, die Art der technischen Offenbarung schnell zu ermitteln. Sie wird mit dem Verständnis vorgelegt, dass sie nicht dazu verwendet wird, den Schutzbereich oder die Bedeutung der Ansprüche auszulegen oder einzuschränken. Zusätzlich ist in der vorangehenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, dass verschiedene Merkmale in verschiedenen Ausführungsformen zusammengefasst sind, um die Offenbarung zu vereinfachen. Dieses Offenbarungsverfahren ist nicht so auszulegen, dass es die Absicht widerspiegelt, dass die beanspruchten Ausführungsformen mehr Merkmale erfordern, als in jedem Anspruch ausdrücklich erwähnt wird. Vielmehr liegt, wie die folgenden Ansprüche widerspiegeln, der Erfindungsgegenstand in weniger als allen Merkmalen einer einzelnen offenbarten Ausführungsform. Folglich sind die nachfolgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch für sich als ein separat beanspruchter Gegenstand steht.

Claims

Ladungspumpe, aufweisend: einen fliegenden Kondensator, der zwischen einen Speiseknoten und einen Ausgang gekoppelt ist; einen ersten Ansteuerschalter, der zwischen eine erste Versorgung und den Speiseknoten gekoppelt ist und dazu eingerichtet ist, den fliegenden Kondensator zu laden; einen zweiten Ansteuerschalter, der zwischen eine zweite Versorgung und den Speiseknoten gekoppelt ist und dazu eingerichtet ist, den fliegenden Kondensator zu entladen; einen dritten Schalter, der zwischen die erste Versorgung und den Speiseknoten gekoppelt ist und dazu eingerichtet ist, den Speiseknoten vorzuladen; einen vierten Schalter, der zwischen die zweite Versorgung und den Speiseknoten gekoppelt ist und dazu eingerichtet ist, den Speiseknoten vorzuentladen.
Ladungspumpe nach Anspruch 1, wobei der dritte Schalter dazu eingerichtet ist, eingeschaltet zu werden, bevor der erste Schalter eingeschaltet wird.
Ladungspumpe nach Anspruch 2, wobei der dritte Schalter dazu eingerichtet ist, dass er eingeschaltet bleibt, während der erste Schalter eingeschaltet ist.
Ladungspumpe nach Anspruch 1, wobei der vierte Schalter dazu eingerichtet ist, eingeschaltet zu werden, bevor der zweite Schalter eingeschaltet wird.
Ladungspumpe nach Anspruch 4, wobei der vierte Schalter dazu eingerichtet ist, dass er eingeschaltet bleibt, während der zweite Schalter eingeschaltet ist.
Ladungspumpe nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine erste Stromquelle, die zwischen die erste Versorgung und den Speiseknoten gekoppelt ist; und eine zweite Stromquelle, die zwischen die zweite Versorgung und den vierten Schalter gekoppelt ist.
Ladungspumpe nach Anspruch 1, wobei eine Anstiegsrate des dritten Schalters langsamer als eine Anstiegsrate des ersten Schalters ist.
Ladungspumpe nach Anspruch 1, wobei eine Anstiegsrate des vierten Schalters langsamer als eine Anstiegsrate des zweiten Schalters ist.
Ladungspumpe nach Anspruch 1, wobei ein Strom I₁ durch den dritten Schalter und ein Strom I₂ durch den zweiten Schalter basieren auf: einer parasitären Kapazität C_p am Speiseknoten; der ersten Versorgung Vs+; der zweiten Versorgung Vs-; und einem Kehrwert einer Periode des ersten und des zweiten Ansteuerschalters, wobei $I_{1} und I_{2} \geq 4 \times C_{p} (V_{S +} - V_{S -}) X F_{o s c}$
Verfahren zum Reduzieren eines Substratrauschens in einer Ladungspumpe mit einem fliegenden Kondensator, das Verfahren aufweisend: Vorladen eines Eingangsknotens des fliegenden Kondensators mit einer ersten Anstiegsrate; Laden des Eingangsknotens des fliegenden Kondensators mit einer zweiten Anstiegsrate, die schneller als die erste Anstiegsrate ist; Vorentladen des Eingangsknotens des fliegenden Kondensators mit einer dritten Anstiegsrate; und Entladen des Eingangsknotens des fliegenden Kondensators mit einer vierten Anstiegsrate, die schneller als die erste Anstiegsrate ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei: das Vorladen des Eingangsknotens des fliegenden Kondensators auf einen ersten vorbestimmten Spannungspegel erfolgt; das Laden des Eingangsknotens des fliegenden Kondensators auf einen zweiten vorbestimmten Spannungspegel erfolgt, der über dem ersten vorbestimmten Spannungspegel liegt; das Vorentladen des Eingangsknotens des fliegenden Kondensators auf einen dritten vorbestimmten Spannungspegel erfolgt; und das Entladen des Eingangsknotens des fliegenden Kondensators auf einen vierten vorbestimmten Spannungspegel erfolgt, der unter dem dritten vorbestimmten Spannungspegel liegt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei: die erste und die dritte Anstiegsrate im Wesentlichen ähnlich sind; und die zweite und die vierte Anstiegsrate im Wesentlichen ähnlich sind.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei: das Laden des Eingangsknotens des fliegenden Kondensators das Einschalten eines ersten Schalters aufweist, wodurch ein Pfad zwischen einer ersten Spannungsversorgung und dem Eingangsknoten des fliegenden Kondensators erzeugt wird; und das Entladen des Eingangsknotens des fliegenden Kondensators das Einschalten eines zweiten Schalters aufweist, wodurch ein Pfad zwischen einer zweiten Spannungsversorgung und dem Eingangsknoten des fliegenden Kondensators erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei: das Vorladen des Eingangsknotens des fliegenden Kondensators das Einschalten eines dritten Schalters aufweist, wodurch ein Pfad zwischen einer ersten Stromquelle und dem Eingangsknoten des fliegenden Kondensators erzeugt wird; und das Vorentladen des Eingangsknotens des fliegenden Kondensators das Einschalten eines vierten Schalters aufweist, wodurch ein Pfad zwischen einer zweiten Stromquelle und dem Eingangsknoten des fliegenden Kondensators erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner aufweisend für jeden Ladezyklus das Einschalten des dritten Schalters vor dem Einschalten des ersten Schalters.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner aufweisend, dass der dritte Schalter eingeschaltet bleibt, während der erste Schalter eingeschaltet ist.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner aufweisend für jeden Entladezyklus das Einschalten des vierten Schalters vor dem Einschalten des zweiten Schalters.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner aufweisend, dass der vierte Schalter eingeschaltet bleibt, während der zweite Schalter eingeschaltet ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei eine Anstiegsrate des dritten Schalters langsamer als eine Anstiegsrate des ersten Schalters ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei eine Anstiegsrate des vierten Schalters langsamer als eine Anstiegsrate des zweiten Schalters ist.