-
Daten einer
verwandten Anmeldung
-
Die
vorliegende Anmeldung ist verwandt mit der US-Patentanmeldung mit der laufenden Nr. 09/430,807
mit dem Titel „Charge
Pump System Having Multiple Charging Rates and Corresponding Method" (Anwaltsaktenzeichen
Nr. HQ9-98-077), eingereicht am 29. Oktober 1999, das durch Bezugnahme hierdurch
in Gänze
aufgenommen ist.
-
Erfindungsgebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft integrierte Schaltungen und insbesondere
eine Schaltung und ein Verfahren zum Aufrechterhalten einer intern
in einer integrierten Schaltung erzeugten Versorgungsspannung.
-
Allgemeiner
Stand der Technik
-
Es
ist oftmals erforderlich, intern in einer integrierten Schaltung
eine Versorgungsspannung zu erzeugen. Beispielsweise erfordern Speicherschaltungen
möglicherweise
die interne Erzeugung einer speziellen Versorgungsspannung als einer
verstärkten Wortleitungsversorgungsspannung
(beispielsweise bei 3,3 V) oder einer niedrigen negativen Wortleitungsversorgung
L (beispielsweise bei –0,5
V). Eine Ladungspumpe ist ein Bauelement, das ohne weiteres in eine
integrierte Schaltung eingearbeitet wird und dazu verwendet wird,
aus einer externen Spannungsversorgung eine interne Versorgungsspannung
zu erzeugen und aufrechtzuerhalten.
-
Nur
als Veranschaulichung und nicht als Einschränkung der Bedeutung von „Ladungspumpe" auf die besonders
gezeigte Bedeutung zeigt 9 ein einfaches Schemadiagramm
für eine
Ladungspumpe 250, mit der aus einer ersten Konstantspannungseingabe
Vdd eine Versorgungsspannung Vout erzeugt wird. Die Ladungspumpe 250 erhält eine
CLK-Eingabe, die die Ladungsübertragungsgeschwin digkeit
bestimmt, und ein Steuersignal P1, das das Ein-/Ausschalten der
Ladungspumpe steuert. Wie zu verstehen ist, liefert CLK das Ladungspumpentaktsignal Vclk
und seine Umkehrung /Vclk, auf denen die Kondensatoren CP2 und CP1
abwechselnd gehalten werden. Während
einer ersten Halbperiode von CLK wird Vclk auf H gehalten, /Vclk
wird auf L gehalten, und CP1 wird von der Spannungseingabe Vdd derart geladen,
daß die
Spannung an CP1 auf /Vclk + Vdd ansteigt. Während einer zweiten Halbperiode
von CLK fällt
Vclk auf L ab, während
/Vclk auf H ansteigt. Dies bewirkt einen Anstieg des Potentials
an CP1, während
das Potential an CP2 vorübergehend
abfällt,
so daß die
auf CP1 gespeicherte Ladung auf CP2 übertragen wird. Während einer
zweiten Vollperiode von CLK wird schließlich Ladung von CP2 auf die
Ausgabe Vout der erzeugten Spannungsversorgung übertragen.
-
Die
Nachfrage nach Strom von einer Versorgungsspannung variiert je nach
dem Arbeitszustand der integrierten Schaltung. In vielen Systemen,
wie etwa Computern und Druckern, wird beispielsweise ein Speicherchip
manchmal in einem aktiven Modus betrieben, in dem ein relativ hoher
Strom erforderlich ist: zum Beispiel zum Zugriff auf Daten auf dem
Chip, und zu anderen Zeiten wird er in einem Standby-Modus oder
einem „Schafmodus" oder einem „Schlafmodus" betrieben, in dem
relativ wenig Strom erforderlich ist, wie er beispielsweise benötigt wird,
um interne Dauerspannungspegel, zum Beispiel Vbleq, vor Leckströmen zu schützen, wenn
auf keine Speicherzellen zugegriffen wird.
-
10 zeigt
ein Beispiel eines Ladungspumpensystems nach dem Stand der Technik
sowohl mit aktiven Ladungspumpen 124 und einer Standby-Ladungspumpe 126.
Die aktiven Pumpen 124 werden durch ein „Pumpenfreigabe"-Signal P1 freigegeben,
während
die Standby-Ladungspumpe 126 ständig freigegeben bleibt, um
dem Chip Strom zu liefern, wie dies notwendig ist, um den Spannungspegel
der Versorgung Vout vor einer Verschlechterung durch Ladungsleckverlust
aufrechtzuerhalten. Die aktiven Pumpen 124 sind so ausgelegt,
daß sie
die große
Nachfrage nach Strom im aktiven Betrieb erfüllen und deshalb eine höhere Pumprate
aufweisen, d.h. eine höhere
Kapazität
oder eine höhere
Ladungsübertragungsrate
aufweisen, als die Standby-Ladungspumpe 126. Andererseits
ist die Standby-Ladungspumpe 126 so ausgelegt, daß sie wenig Strom
verbraucht und die Ausgangsspannung über lange Zeiträume hinweg
auf einem fast konstanten Pegel hält, und ist deshalb mit einer
niedrigeren Pumprate ausgelegt, d.h. sie ist langsamer.
-
Die
Standby-Ladungspumpe 126 wird nur benötigt, um die Ladung nachzufüllen, die
während des
Standby-Modus oder des Schlafmodus abfließt, wenn innerhalb des Chips
keine Wortleitungen aktiviert sind. Zu einem beliebigen Zeitpunkt,
zu dem eine Wortleitung für
einen Zugriff auf ein gespeichertes Bit oder für einen Auffrischvorgang aktiviert
wird, werden die aktiven Pumpen eingeschaltet. Die Standby-Ladungspumpe 126 arbeitet
im Vergleich zu der aktiven Pumpe ständig mit einer einzigen und langsameren
Geschwindigkeit; d.h. basiert auf einer CLK-Frequenz, die sich nicht ändert. Da
die Standby-Ladungspumpe bisher ständig bei einem geringeren Ausgangsstrom
als aktive Ladungspumpen betrieben wurde, mußte die Standby-Ladungspumpe als
eine getrennte Einheit speziell für diese Funktion ausgelegt
werden. Wenngleich die Standby-Ladungspumpe 126 erheblich
weniger Ausgangsstrom liefert als eine aktive Ladungspumpe 124,
ist die zum Implementieren der Standby-Ladungspumpe 126 erforderliche
Chipfläche
vergleichbar der, die zum Implementieren der aktiven Ladungspumpe 124 erforderlich
ist.
-
11 ist
ein Impulsdiagramm, das den Betrieb des in 10 gezeigten
Ladungspumpensystems nach dem Stand der Technik veranschaulicht. Aktive
Ladungspumpen 124 werden herkömmlicherweise von einem Ringoszillator
angesteuert, der eine feste Ausgangsfrequenz aufweist, die als eine CLK-Eingabe
zu der Ladungspumpe auf analoge Weise zu der oben unter Bezugnahme
auf 9 beschriebenen Ladungspumpe fungiert. Während eines „aktiven
Intervalls" des
Betriebs bewirken infolgedessen aktive Ladungspumpen 124 den
relativ schnellen Anstieg und Abfall der Ausgangsspannung, da die aktiven
Ladungspumpen 124 nur auf der Basis aktiviert oder deaktiviert
werden können,
daß die
Ausgangsspannung Vout eine einzige Referenzspannung Vref übersteigt.
Das Ausmaß des „Einschwingens" hängt von
der Begrenzergeschwindigkeit und der Impedanz der Verdrahtung ab.
Ein Begrenzer mit einer langsameren Rückkopplungsgeschwindigkeit und
einem hohen Verdrahtungswiderstand führt zu einem höheren Ausmaß an Einschwingen,
weil, wenn der Begrenzer den Ausgangspegel unter dem Zielpegel erfaßt, er ein
nicht gezeigtes Steuersignal zum Einschalten der Pumpe aktiviert.
Zunächst
benötigt
es Zeit, um das Steuersignal auszulösen, dann benötigt es
mehr Zeit, um das Steuersignal entlang der Verdrahtung zurück zur Ladungspumpe
zu melden. Während
dieser Zeiträume
zeigt der Spannungspegel weiterhin ein Unterschwingen. Auf ähnliche
Weise erzeugt der Begrenzer, wenn er erfaßt, daß der Ausgangspegel den Zielpegel
erreicht hat, ein Steuersignal zum Abschalten der Ladungspumpe.
Die Verzögerung,
die dadurch entsteht, daß das Steuersignal
erzeugt und zur Ladungspumpe zurück übermittelt
wird, bewirkt jedoch, daß der
Spannungspegel überschwingt.
-
Eine
Möglichkeit
zum Reduzieren eines derartigen Einschwingens würde darin bestehen, einen Hochgeschwindigkeitsbegrenzer
einzusetzen. Hochgeschwindigkeitsbegrenzer werden jedoch im allgemeinen
wegen ihres hohen Stromverbrauchs durch die Verwendung eines Spannungs-Widerstandsteilers
und eines Differenzverstärkers,
die einen hohen Gleichstrom ziehen, als ungeeignet angesehen. Eine weitere
Möglichkeit
würde darin bestehen,
die Verdrahtungsimpedanz durch die Verwendung von breiteren Leitern
zu senken. Dies würde
jedoch direkt zu einer Vergrößerung der
Chipfläche
beitragen. Das relativ große „Einschwingen" beim Vout-Spannungspegel
führt Rauschen
in den Speicherchip ein. Die Standby-Ladungspumpe 126 arbeitet
auch während des
aktiven Intervalls, doch hat ihr Ausgangsstrom auf den Anstieg und
Abfall von Vout kaum eine Wirkung, da ihr Ausgangsstrom viel kleiner
ist als der der aktiven Ladungspumpen 124.
-
Im
Standby-Arbeitsintervall werden die aktiven Pumpen 124 dadurch
ausgeschaltet, daß das „Pumpenfreigabe"-Signal P1 gesperrt wird. Die Standby-Ladungspumpe 126 ist
jedoch nicht gesperrt, sondern arbeitet weiterhin, wenn dies benötigt wird,
um die Ausgangsspannung Vout auf ihren Zielpegel wiederherzustellen.
So wird die Ausgangsspannung Vout während aktiver als auch Standby-Intervalle auf ihrem
Zielpegel oder in dessen Nähe
gehalten.
-
EP 0 808 014 betrifft eine
Spannungsverstärkerschaltung
mit Komponenten, wie im Oberbegriff von Anspruch 1 beschrieben.
Die Primäraufgabe
besteht in der Bereitstellung einer Spannungsverstärkerschaltung,
in der die Ausgangsspannung mit ausreichender Fähigkeit verstärkt wird
und auch glatt und leicht gesteuert wird, um einen gewünschten Spannungspegel
mit wenig Fluktuation aufrechtzuerhalten. Die Schaltung stellt einzelne
Pumpschaltungen bereit, wobei das Ein-/Ausschalten der einzelnen Pumpschaltungen
durch ein begleitendes Steuersignal bestimmt wird.
-
Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
eines Ladungspumpensystems, in dem die zweckorientierte Standby-Ladungspumpe
eliminiert ist, wodurch die Layoutfläche auf dem Halbleiterchip
reduziert wird.
-
Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines
Ladungspumpensystems, in dem die Rate der Ladungsübertragung
zu der Spannungsversorgung als Funktion des von der Spannungsversorgung
erreichten Spannungspegels variiert wird.
-
Noch
eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung
eines Ladungspumpensystems, in dem verschiedene Gruppen von Ladungspumpen
als Reaktion darauf, daß die
Spannungsversorgung verschiedene vorbestimmte Spannungspegel erreicht,
unabhängig
ein- und ausgeschaltet werden.
-
Noch
eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der präziseren
Steuerung des Spannungsversorgungspegels durch Variieren der Rate
der Ladungsübertragung
darauf auf der Basis des erreichten Spannungspegels, wodurch das
Ausmaß des Einschwingens
und Rauschens, das auf die Spannungsversorgungsleitung gekoppelt
wird, reduziert wird.
-
KURZE DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
-
Diese
und weitere Aufgaben der Erfindung werden durch das Mehrfachladungsraten-Ladungspumpensystem
und -verfahren der vorliegenden Erfindung bereitgestellt.
-
Das
Ladungspumpensystem arbeitet derart, daß, wenn der Pegel der erzeugten
Spannungsversorgung unter einem ersten vorbestimmten Pegel liegt,
eine erste und zweite Ladungspumpengruppe betätigt werden, damit die Spannung
schnell auf ihren Zielpegel erhöht
wird. Wenn die Spannung einen ersten vorbestimmten Pegel übersteigt,
wird die erste Gruppe von Ladungspumpen abgeschaltet, aber die zweite
Gruppe arbeitet weiterhin, um den Pegel der Spannungsversorgung
zu erhöhen,
jedoch mit einer langsameren Rate als vorher. Wenn schließlich die Spannungsversorgung
auf einen Pegel ansteigt, der einen zweiten vorbestimmten Pegel übersteigt
(der allgemein dem Zielspannungspegel entspricht), wird auch die
zweite Gruppe von Ladungspumpen abgeschaltet.
-
Zu
diesem Zeitpunkt wird bevorzugt eine Ladungspumpe als eine mit langsamerer
Geschwindigkeit arbeitende Standby-Ladungspumpe eingeschaltet gelassen,
um das Aufrechterhalten des Zielspannungspegels zu unterstützen. Wenn
die Spannung wieder unter den zweiten vorbestimmten Pegel abfällt, wird
die zweite Gruppe von Ladungspumpen wieder eingeschaltet, um die
Spannung mit der langsameren Rate wieder auf den Zielpegel zu erhöhen. Falls
jedoch die zweite Gruppe von Ladungspumpen keine ausreichende Leistung
abgibt, fällt
die Spannung unter den ersten vorbestimmten Ladungspegel ab. In
diesem Fall wird die erste Gruppe von Ladungspumpen parallel zur
zweiten Gruppe wieder eingeschaltet, so daß die Rate der Ladungsübertragung
ansteigt und die Spannung auf ihren Zielpegel wiederhergestellt
wird.
-
Wenn
auch die unten gezeigten Ausführungsformen
nur eine Ladungspumpensteuerung dafür beschreiben, daß die erzeugte
Spannungsversorgung jeden der zwei vorbestimmten Pegel erreicht, versteht
der Fachmann, daß die
Grundlagen und Lehren der Erfindung auf ein System angewendet werden,
bei dem die Steuerung bezüglich
mehr als zwei Spannungspegeln bewirkt wird. Bei der vorliegenden
Erfindung wird der Ausgangsspannungspegel mit einer viel strikteren
Steuerung und ohne die obenerwähnten
Nachteile der Verwendung eines Hochgeschwindigkeitsbegrenzers oder
breiterer Verdrahtungsmuster aufrechterhalten.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1 ist
ein Blockschaltbild, das ein, gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung konstruiertes Ladungspumpensystem zeigt.
-
2 ist
ein Impulsdiagramm, das die Aktivierung der Steuersignale C0 und
C1 relativ zum Spannungsversorgungspegel zeigt.
-
3 ist
ein Schemadiagramm eines zweistufigen Begrenzers 112.
-
4 ist
ein Schemadiagramm eines alternativen zweistufigen Begrenzers 212.
-
5 ist
ein Schemadiagramm eines Ringoszillators 210.
-
6 ist
ein Blockschaltbild einer Mehrfachladungspumpenausführungsform
der Erfindung.
-
7 ist
ein Blockschaltbild einer weiteren Mehrfachladungspumpenausführungsform
der Erfindung.
-
8 ist
ein Blockschaltbild und Schemadiagramm eines Standby-Begrenzers/Oszillators 310, wie
in der Ausführungsform
von 6 gezeigt.
-
9 ist
ein Schemadiagramm, das eine beispielhafte Ladungspumpe nach dem
Stand der Technik zeigt.
-
10 ist
ein Blockschaltbild, das ein Ladungspumpensystem nach dem Stand
der Technik zeigt.
-
11 ist
ein Impulsdiagramm, das den Betrieb des in 10 gezeigten
Ladungspumpensystems nach dem Stand der Technik zeigt.
-
12 ist
ein vereinfachtes Schemadiagramm, das den Aufbau und die Steuersignalzusammenschaltung
einer in der vorliegenden Erfindung verwendeten Doppelmodus-Ladungspumpe zeigt.
-
Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
-
1 ist
ein Blockschaltbild, das ein Generatorsystem 10 gemäß einer
ersten Ausführungsform der
Erfindung zeigt. Bei dieser Ausführungsform
wird die Übertragung
von Ladung von einer Ladungspumpe 20 zu einer erzeugten
Spannungsversorgung Vout, wie bei anderen hier beschriebenen Ausführungsformen
als Reaktion darauf gesteuert, daß die Spannungsversorgung Vout
mehrere vorbestimmte Spannungspegel erreicht. Das Generatorsystem
enthält
einen zweistufigen Begrenzer 12, der den Zustand von von
dort ausgegebenen Steuersignalen C0 und C1 als Reaktion darauf ändert, daß Vout den Spannungspegel
erreicht. Steuersignale C0 und C1 werden als Eingänge zu den
Oszillatoren 15 beziehungsweise 16 und zu den
Ladungspumpen 20 beziehungsweise 30 bereitgestellt.
Die Ladungspumpen 20, 30 und der Begrenzer 12 empfangen
ein Freigabeeingangssignal P1 von der Pumpenfreigabeschaltung 18.
Steuersignale C0 und C1 steuern das Ein-/Ausschalten der Ladungspumpen 20 beziehungsweise 30.
-
3 zeigt
eine schematische Zeichnung eines zweistufigen Begrenzers 112,
der als der in 1 gezeigte Begrenzer verwendet
werden kann. Der Begrenzer 112 enthält einen Widerstandsteiler, der
aus den in Reihe geschalteten Widerständen R1, R2 und R3 gebildet
wird, die über
ein Transistorpaar P60 und N70 an Vout angeschlossen sind. Der Widerstandsteiler
stellt Ausgangsspannungen K1 und K2 bereit, die in einer vorbestimmten
Beziehung zu Vout liegen. Ein Differenzverstärker 30 deaktiviert
ein Steuersignal C0 als Reaktion darauf, daß die geteilte Spannung K1
eine festgelegte Referenzspannung Vref übersteigt. Der Differenzverstärker 40 arbeitet auf
die gleiche Weise, um ein Steuersignal C1 zu deaktivieren, außer daß er relativ
zur geteilten Spannung K2 arbeitet. Der zweistufige Begrenzer wird durch
ein mit P1 bezeichnetes Pumpen freigabesignal ein- und ausgeschaltet,
das das Generatorsystem freigibt und blockiert, indem es die Transistorschalter
pMOS P60 und nMOS N70 zusammen steuert. Der Begrenzer 112 hält somit,
während
Vout unter einem ersten Spannungspegel V1 liegt, die Steuersignale
C0 und C1 in einem H-Zustand. Wenn Vout die Spannung V1 erreicht,
deaktiviert der Begrenzer 112 dann das Steuersignal C0.
Wenn schließlich Vout
die Spannung V2 erreicht, deaktiviert der Begrenzer 112 das
Steuersignal C1.
-
Wenn
in Betrieb, wie in den 2a bis 2c dargestellt,
das Ladungspumpensystem 10 zunächst eingeschaltet wird, liegt
der Pegel der Spannungsversorgung Vout unter einem ersten vorbestimmten
Spannungspegel V1. Der Begrenzer 12 hält die Steuersignale C0 und
C1 auf H, um zu bewirken, daß beide
Oszillatoren 15 und 16 und beide Ladungspumpen 20 und 30 arbeiten.
Als Reaktion darauf, daß die
Spannungsversorgung einen ersten vorbestimmten Spannungspegel (V1)
erreicht, deaktiviert der Begrenzer 12 das Steuersignal
C0, was den Oszillator 15 und die Ladungspumpe 20 abschaltet, wodurch
die Rate der Ladungsübertragung
auf die Spannungsversorgung Vout abnimmt, da dann nur eine Ladungspumpe
arbeitet. Wenn die Spannungsversorgung einen zweiten vorbestimmten
Spannungspegel (V2) erreicht, deaktiviert der Begrenzer das Steuersignal
C1, was wiederum den Oszillator 16 und die Ladungspumpe 30 deaktiviert,
wodurch die Übertragung
von Ladung auf die Spannungsversorgung Vout gestoppt wird.
-
Je
nach der erwarteten Stromzufuhr von der Spannungsversorgung Vout
unter bestimmten Bedingungen kann die Ladungsübertragungsrate der Ladungspumpen 20 und 30 absichtlich
auf verschiedene Werte eingestellt werden. Die Ladungsübertragungsrate
wird durch Parameter, wie etwa die Ausgangsfrequenz der Oszillatoren 15 und 16,
die Anzahl der von einem bestimmten Steuersignal C0 oder C1 gesteuerten
Ladungspumpen, die Kapazität
der Reservoirkondensatoren CP1, CP2 (siehe 9) innerhalb
jeder Ladungspumpe 20 oder 30 und die externe
Spannung Vdd, die jede Ladungspumpe 20 oder 30 bestromt,
bestimmt. Wenn beispielsweise Vout unter V1 liegt, kann es wünschenswert
sein, das Pumpensystem 10 mit einer hohen Ladungsübertragungsrate
zu betreiben, die mehr als das Doppelte der Rate beträgt, die
vorliegt, wenn V1 überstiegen wird.
In einem derartigen Fall wird von der Ladungspumpe 20 eine
größere Ladungsübertragungsrate gefordert
als von der Ladungspumpe 30.
-
Um
in der Ladungspumpe 20 eine größere Ladungsübertragungsrate
bereitzustellen, können eine
beliebige oder alle der folgenden Änderungen vorgenommen werden.
Die Ausgangsfrequenz des Oszillators 15 kann höher als
die Ausgangsfrequenz des Oszillators 16 eingestellt werden.
Die Anzahl der Ladungspumpen 20, die vom Signal C0 gesteuert werden,
kann auf eine Anzahl erhöht
werden, die über
der Anzahl der Ladungspumpen 30 liegt. Die Kapazität der Reservoirkondensatoren
CP1, CP2 oder der Pegel der in einer oder mehreren Ladungspumpen 20 verwendeten
externen Spannungsversorgung Vdd können auf Werte erhöht werden,
die größer sind
als die, die in der Ladungspumpe 30 verwendet werden. Der
Fachmann würde
Abänderungen
an den obigen Parametern erkennen, die für relative Differenzen bei
der Ladungsübertragungsrate zwischen
den Ladungspumpen 20 und 30 sorgen würden.
-
5 zeigt
ein Schemadiagramm eines beispielhaften Oszillators 210,
der eine oszillierende CLK-Ausgabe liefert. Der beispielhafte Oszillator 210 enthält fünf Stufen,
die jeweils eine steuerbare Laufzeit liefern, die sich am Ausgangsknoten
jeder Stufe B, C, D, E und F widerspiegelt. Jede Stufe enthält Widerstände R101A
und R101B, einen pMOS-Transistorschalter P201 und einen nMOS-Transistorschalter N201.
Die Steuersignale C0 oder C1 geben den Betrieb des Oszillators 210 frei.
-
Bei
einer anderen Ausführungsform
enthält jede
Gruppe von Ladungspumpen mehrere Ladungspumpen. Bei der in 6 gezeigten
Ausführungsform 600 ist
deshalb eine erste Gruppe von Ladungspumpen CP2, CPn-1 usw. so gekoppelt,
daß sie
das Steuersignal C0 empfangen, während
eine zweite Gruppe von Ladungspumpen CP3, CPn usw. so gekoppelt
ist, daß sie
das Steuersignal C1 und eine Pumpenfreigabeeingabe P1 empfangen.
Der zweistufige Begrenzer 112 (von 3) bestimmt
die Zustände
von Steuersignalen C0 und C1 entsprechend dem von der Spannungsversorgung
Vout erreichten Pegel. Eine andere Ladungspumpe CP1 340 ist
eine Doppelmodus-Ladungspumpe,
die ein vom Standby-Begrenzer/Oszillator 310 ausgegebenes
Steuersignal Cs, aber nicht P1, erhält. Die Ladungspumpe CP1 340 ist
so aufgebaut und empfängt
Steuersignale so, wie in 12 gezeigt.
Es sei angemerkt, daß weder
die Steuersignale P1, C0, noch C1, die nur während aktiver Intervalle aktiv
sind, erforderlich sind, um CP1 340 freizugeben, damit
sie arbeitet.
-
Der
Aufbau des Standby-Begrenzers/Oszillators 310 ist in 8 gezeigt.
Diese Schaltung gibt einen Standby-Takt CKS an die Doppelmodus-Ladungspumpe
CP1 aus. Der Begrenzer 312 erzeugt ein Standby-Steuersignal
unter Verwendung eines Spannungsteilers unter Verwendung eines Differenzverstärkers 501 mit
geringem Strom und eines durch die Widerstände R24 und R25 gebildeten
Widerstandsteilers. Der Widerstandsteiler weist bevorzugt einen
Gesamtreihenwiderstand auf, der etwa 5 bis 20mal größer ist
als der Gesamtreihenwiderstand der Widerstände R1, R2, R3 des in 3 gezeigten
Begrenzers 112. Der höhere
Widerstand von R24, R25 und des Differenzverstärkers 501 mit geringem Strom
ist erwünscht,
um den Gleichstromverbrauch während
des Standby-Intervalls zu reduzieren, wie etwa, wenn sich die integrierte
Schaltung im unterbrochenen oder Schlafmodus befindet. Andererseits sorgen
Differenzverstärker 30, 40 mit
einem höheren Strom
und geringere Widerstände
R1, R2, R3 des aktiven Begrenzers 112 für ein schnelles Schalten der Steuersignale
C0, C1 während
eines aktiven Intervalls.
-
Die
Ausgabe des Differenzverstärkers 501 wird
zur Ausgabe als Cs nur während
des Standby-Intervalls ausgewählt,
wenn P1 inaktiv ist. Ansonsten wird das Steuersignal C1 während des
aktiven Intervalls, wenn P1 aktiv ist, als Steuersignal Cs an den
Ausgang gegeben. Der Oszillator 503 liefert eine Ausgangsfrequenz
an die Ladungspumpe 340, solange das Steuersignal Cs aktiv
ist. Deshalb liefert der Oszillator 503 eine freigebende
Ausgabefrequenz CKS unabhängig
vom Zustand anderer Steuersignale an die Doppelmodus-Ladungspumpe 340.
-
Die
Mehrfachladungspumpensystemausführungsform 600 arbeitet
sowohl im aktiven als auch im Standby-Modus. In einem aktiven Intervall
(Betrieb im aktiven Modus) ist das P1-Signal aktiv, was, wie aus 3 hervorgeht,
bewirkt, daß der
zweistufige Begrenzer 112 die Steuersignale C0 und C1 ausgibt. Das
Steuersignal C0 steuert den Betrieb jeder Ladungspumpe CP2, CPn-1
auf gleiche Weise, wie die Ladungspumpe 20 von 1 gesteuert
wird, wie oben beschrieben. Das Steuersignal C1 steuert den Betrieb
jeder Ladungspumpe CP3, CPn auf die gleiche Weise, wie die Ladungspumpe 30 von 1 gesteuert
wird, wie oben beschrieben. In einem aktiven Intervall arbeitet
die Ladungspumpe CP1 340 gesteuert vom Signal Cs als eine
aktive Ladungspumpe, die die Zufuhr von Ladung zu Vout unterstützt.
-
In
einem Standby-Intervall (Betrieb im Standby-Modus) ist das Pumpenfreigabesignal
(P1) deaktiviert. Dies wiederum blockiert den zweistufigen Begrenzer 112 und
die Oszillatoren 320, 321. Alle Ladungspumpen,
die „nur
aktiv"-Pumpen (CP1
... CPn) sind, werden dann abgeschaltet. Der Standby-Begrenzer/Oszillator 310 und
die Ladungspumpe CP1 340 arbeiten jedoch während des Standby-Intervalls weiter.
Die Deaktivierung von P1 bewirkt, daß ein Multiplexer 502 die
Ausgabe des Standby-Begrenzers 312 wählt, die dann als Steuersignal
Cs an den Oszillator 503 weitergeleitet wird. Der Oszillator 503 wiederum
liefert die Taktausgabe CKS, die erforderlich ist, damit die Doppelmodus-Ladungspumpe
CP1 340 während
des Standby-Intervalls arbeitet. Die Ladungspumpe 340 arbeitet
dann unter der Steuerung von Cs, wie durch den Standby-Begrenzer 312 bereitgestellt,
um entsprechend dem von der Ausgangsspannung Vout erreichten Pegel
ein- und ausgeschaltet zu werden. Die Ladungspumpe 340 arbeitet
deshalb als eine Doppelmodus-Ladungspumpe, die als Funktion des
Spannungspegels, den die Spannungsversorgung Vout sowohl während aktiver als
auch Standby-Intervalle erreicht, ein- und ausgeschaltet wird.
-
7 ist
ein Blockschaltbild nach einer weiteren Mehrfachladungspumpenausführungsform 700.
Diese Ausführungsform
unterscheidet sich von der Ausführungsform 600 (6)
dadurch, daß ein doppelstufiger
Doppelfunktions-Begrenzer 212 (4) anstelle
getrennter Begrenzer 112 und 312 verwendet wird,
die in der Ausführungsform 600 verwendet
werden. Die Ausgänge
des Begrenzers 212 sind wie folgt an Elemente gekoppelt:
Die Steuersignale C0 und C1, die identisch mit den vom Begrenzer 112 ausgegebenen
Signalen C0 und C1 sind, werden in die Ladungspumpen CP2 ... CPn-1
beziehungsweise CP3 ... CPn auf die gleiche Weise wie in der Ausführungsform 600 eingegeben.
Die Erzeugung des Steuersignals Cx durch den Begrenzer 212 ist oben
unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Das Steuersignal
Cx steuert den Betrieb der Doppelmodus-Ladungspumpe CP1 440 (siehe 12)
sowohl in aktiven als auch Standby-Intervallen und liefert auch
eine freigebende Eingabe an den Oszillator 420, wenn P1
inaktiv ist.
-
4 zeigt
eine schematische Zeichnung eines Doppelmodus-Begrenzers 212,
der sowohl in aktiven als auch Standby-Betriebsmoden arbeitet. Während des
aktiven Intervalls erzeugt der Begrenzer 212 Steuersignale
C0 und C1 auf eine Weise, die identisch ist mit der Weise, wie der
Begrenzer 112 Signale C0, C1 erzeugt. Zusätzlich zu
der Schaltung des Begrenzers 112 enthält der Begrenzer 212 einen zusätzlichen
Widerstandsteiler X14 und X15 mit höheren Widerstandswerten, bevorzugt
einen 5 bis 20mal größeren Reihenwiderstand,
als X11, X12, X13 des Begrenzers 112. Außerdem enthält der Begrenzer 212 einen
Differenzverstärker 120 für niedrigen
Standby-Strom und einen Multiplexer 220, die jeweils die
begrenzende Funktion durchführen
und während
eines Standby-Intervalls ihre Ausgabe auswählen. Die höheren Widerstände von
X12, X15 und der Differenzverstärker 120 mit
niedrigerem Strom sparen gegebenenfalls während eines Standby-Intervalls
Gleichstromleistung ein, während
die Differenzverstärker 130, 140 für höheren Strom
und die geringeren Widerstände
X11, X12, X13 für
ein schnelleres Schalten der Steuersignale C0, C1 während eines aktiven
Intervalls sorgen.
-
Während eines
aktiven Intervalls reagiert der Multiplexer 220 darauf,
daß das
Pumpenfreigabesignal P1 aktiv ist mit der Auswahl des Steuersignals
C0 zur Ausgabe als Steuersignal Cx. Wenn P1 während eines Standby-Intervalls
inaktiv ist, wird die Ausgabe des Differenzverstärkers 120 vom Multiplexer 220 zum
Ausgang Cx weitergeleitet.
-
Die
Mehrfachladungspumpensystemausführungsform 700 arbeitet
sowohl im aktiven als auch Standby-Modus. In einem aktiven Intervall
(Betrieb im aktiven Modus) ist das Signal P1 freigegeben, das, wie
aus 4 hervorgeht, bewirkt, daß der zweistufige Begrenzer 212 die
Steuersignale Cx, C0 und C1 ausgibt. Das Steuersignal C0 steuert
den Betrieb jeder Ladungspumpe CP2, CPn-1 auf die gleiche Weise,
wie die Ladungspumpe 20 von 1 gesteuert
wird, wie oben beschrieben. Das Steuersignal C1 steuert den Betrieb
jeder Ladungspumpe CP3, CPn, auf die gleiche Weise, wie die Ladungspumpe 30 von 1 gesteuert
wird, ebenfalls wie oben beschrieben. Während eines aktiven Intervalls
arbeitet die Ladungspumpe CP1 440 auch, um das Zuführen von
Ladungen an Vout zu unterstützen.
-
In
einem Standby-Intervall (Betrieb im Standby-Modus) ist das Pumpenfreigabesignal
(P1) deaktiviert. Dies wiederum deaktiviert die Steuersignale C0
und C1 und den Oszillator 421. Alle nur-aktiven Pumpen
CP2 ... CPn werden dann abgeschaltet. Das inaktive Signal P1 wählt dann
den Cy-Ausgang des Differenzverstärkers 120 als den
Cx-Ausgang des Multiplexers 220. Das Cx-Signal steuert
dann den Betrieb des Oszillators 420 und der Ladungspumpe CP1 440 während des
Standby-Intervalls. Während des
Standby-Intervalls wird das Cx-Steuersignal je nachdem aktiviert
und deaktiviert, ob die Ausgangsspannung Vout unter einem vorbestimmten
Spannungspegel liegt oder diesen übersteigt, der durch die Widerstände R14
und R15 bestimmt wird. Dann wird CP1 440 während des
Standby-Intervalls entsprechend dem Zustand des Signals Cx ein-
und ausgeschaltet. Deshalb arbeitet die CP1 440 als eine Doppelmodus-Ladungspumpe,
die als Funktion des Spannungspegels, den die Ausgangsspannung Vout sowohl
während
aktiver als auch Standby-Intervalle erreicht, ein- und ausgeschaltet
wird.
-
Der
Fachmann versteht, daß die
Prinzipien der Erfindung mit trivialen Modifikationen an den hier beschriebenen
Ausführungsformen
für Systeme
gelten, die eine Ausgangsspannung viel feiner mit einem Begrenzer
mit mehr als zwei Stufen und einem Oszillator mit einer entsprechenden
Anzahl von Ausgangsfrequenzen steuern.
-
Wenngleich
die Erfindung gemäß bestimmter
bevorzugter Ausführungsformen
beschrieben worden ist, erkennt der Fachmann die Modifikationen und
Verbesserungen, die vorgenommen werden können, ohne von dem eigentlichen
Schutzbereich und Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.