NL1029633C2

NL1029633C2 - Ladingspomp met gebalanceerde en constante op en neerwaartse stromen.

Info

Publication number: NL1029633C2
Application number: NL1029633A
Authority: NL
Inventors: Ju-Hyung Kim
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-08-02
Filing date: 2005-07-27
Publication date: 2006-03-20
Also published as: CN1734944A; US7256631B2; TWI341088B; KR100538702B1; US20060022727A1; CN1734944B; TW200614679A; NL1029633A1

Description

4 * . Ladingspomp met gebalanceerde en constante op en neerwaartse stromen.

..... De onderhavige uitvinding heeft in het algemeen betrekking op .: ladingspompen, en meer in het.bijzonder op een ladingspomp met opwaartse, en neerwaartse stromen die zijn gebalanceerd en constant voor het reduceren van fluctuaties (eng: jitter)- in een fasegesloten lus.

5 : Een .fasegesloten lus (PLL) wordt algemeen gebruikt voor ver scheidene toepassingen zoals een klokterugwinschakeling in een communicatiesysteem of een frequentiesynthetiseerder voor het synthetise-• ren van een hogere frequentie gebruikmakend van een lagere frequen-. tie. In het algemeen omvat de fasegesloten lus een fasefrequentiede-10 tec.tor (PFD) , een ladingspomp, een lusfilter, en een spanningsge- stuurde oscillator (VCO).

. Fig.. 1 . toont een blokdiagram dat een conventionele fasegesloten lus .illustreert··. Verwijzend naar fig. 1 genereert een fasefrequentie-. . detector 110 een opwaarts signaal UP en een neerwaarts signaal DN .15 gebaseerd op.,'een fase (of frequentie) verschil tussen een referentie- signaal. Vi . en een terugkoppelsignaal Vo. Een . ladingspomp 120 trekt een.opwaartse stroom IUP via een lusfilter' 130 wanneer het opwaarts signaal UP is geactiveerd of trekt een neerwaartse stroom IDN uit het lusfilter 130 wanneer het neerwaarts signaal DN is geactiveerd. Het 20... lusfilter 130 wordt geladen of ontladen in antwoord op de opwaart-se/neerwaartse stromen IUP/IDN voor het genereren van een lusfilter-spanning.

.. Een spanningsgestuurde oscillator 140 genereert het terugkoppelsignaal Vo gebaseerd op de lusfilterspanning. Op deze wijze worden .25. het. opwaartse signaal UP en het neerwaartse signaal DN gegenereerd . zodanig dat .een fase (of frequentie) verschil tussen het referentie-signaal Vi en het terugkoppelsignaal Vo wordt gereduceerd.

Fig. 2A en fig. 2B illustreren de werking van de ladingspomp .120 .in antwoord op het opwaartse signaal en het neerwaartse signaal. 30 Verwijzend naar fig. 2A, wordt een opwaartse schakelaar 230A gesloten . wanneer het opwaartse signaal UP wordt geactiveerd zodanig dat de opwaartse stroom IUP wordt geleverd van een opwaartse stroombron 210a voor het laden van een lusfilter 250a. Verwijzend naar fig. 2B is een neerwaartse schakelaar 240b gesloten wanneer het neerwaartse signaal 1029633

I I

- 2 -

Dn wordt 'geactiveerd zodanig dat de neerwaartse stroom IDN wordt getrokken door een neerwaartse stroombron 210b voor het ontladen van een lusfilter 250b. De lusfilters. 250a en 250b, geladen of .ontladen, genereren een besturingssignaal Vctrl dat verschaft wordt aan de VCO 5 140.

. ' Een belangrijk prestatieaspect van de fasege.sloten lus. hangt af van een prestatie van de ladingspomp.. In. het bijzonder is het gewenst dat de ladingspomp werkt in' een breed spanningsgebied met gebalanceerde op- en neerwaartse stroom IUP en IDN. Wanneer de opwaartse 10 stroom IUP niet in hoofdzaak overeenkomt met de neerwaartse, stroom IDN, kan een rimpel continu worden gegenereerd wanneer, de fasegeslo-ten lus is gesloten. Bovendien kunnen fluctuaties op nadelige wijze worden vergroot dankzij een degradatie van volgkarakteristieken.

Fig. 3 toont een schakelschema dat een conventionele .ladings-15 pomp illustreert. Verwijzend .naar fig. 3 omvat de conventionele ladingspomp een referentiestroombron Iref, PMOS (P-kanaals metaaloxide-halfgeleider) transistoren MP1 en MP2, . NMOS (N-kanaals metaaloxide-halfgeleider) transistoren MNl,. MN2. en MN.3, en opwaartse/neerwaartse schakelaars UP en DN. De NMOS transistoren MN1 en de .PMOS transistor 20 MP1"' vormen een stroomspiegel met de NMOS transistoren MN2 en respec tievelijk, de PMOS transistor ME2, voor het produceren van de opwaartse stroom IUP in verhouding tot een stroom die getrokken wordt, van de referentie stroombron Iref. De NMOS transistor MN3 die een stroomspiegel vormt met de NMOS transistor MN1, produceert, de neerwaartse ‘ 25 stroom.IDN in de verhouding tot de stroom die getrokken wordt uit de referentiestroombron Iref.

De opwaartse schakelaar UP is gesloten wanneer het opwaarts signaal UP is geactiveerd zodanig dat de opwaartse stroom IUP naar een uitgangsaansluiting OUT van de ladingspomp vloeit. Alternatief is 30 de neerwaartse schakelaar DN gesloten wanneer het neerwaartse signaal DN is geactiveerd voor het trekken van de neerwaartse stroom IDN van de uitgangsaansluiting OUT. Eén van het opwaartse signaal en het neerwaartse signaal UP en DN is geactiveerd.

De opwaartse en neerwaartse stromen IUP. en IDN zijn gewenst om 35 gelijk te zijn, en dergelijke stromen worden beide gegenereerd door spiegelen van de referentiestroom Iref. Aangezien echter een spanning aan de uitgangsaansluiting OUT varieert in een gebied van ongeveer 0V tot ongeveer VDD, worden de opwaartse en neerwaartse stromen IUP en 1029633 1 · - 3 - IDN verschillend van elkaar aangezien de PMOS en NMOS transistoren MP2 en MN3 een eindige weerstand hebben.

Dat wil zeggen dat de PMOS en NMOS transistoren MP2 en NM3 werken in een verzadigingsgebied waar een afvoerstroom IDS van elk van 5 . dergelijke transistoren als volgt varieert met de afvoer naar bron- spanning Vds: [Uitdrukking 1] 1 W 2 10 I ds = — μ Cox — (Vgs — Vth) (1 + λ Vds), waarbij μ een mobiliteit

2 L

is van een ladingsdrager in een kanaal, Cox een capaciteit is per eenheidsoppervlak gevormd door een poortelektrode en het kanaal, W een breedte is van het kanaal, L een lengte van het kanaal, Vgs een poort naar bronspanning, Vth een drempelspanning van de transistor en 15 λ een kanaallengte modulatie coëfficiënt.

De afvoerstroom Ids neemt toe wanneer dé afvoer naar bronspanning Vds toeneemt, en de afvoerstroom Ids neemt af wanneer de afvoer naar bronspanning Vds afnéemt, voor de NMOS transistor. Aan de andere kant neemt de afvoerstroom Ids toe wanneer de bron naar afvoerspan-20 ning Vsd toeneemt, en de afvoerstroom Ids neemt af wanneer de bron . naar afvoerspanning Vsd afneemt,- voor de PMOS transistor.

·. Wanneer derhalve de spanning aan de uitgangsaansluiting OUT’ van een ladingspomp in fig. 3 wordt verhoogd, dan wordt de bron naar afvoerspanning Vsd Van de PMOS transistor MP2 verlaagd, waarbij de op- 25.. waartse stroom IUP afneemt. Óók wordt de afvoer naar bronspanning Vds van de NMOS transistor MN3 vergroot waarbij de neerwaartse stroom IDN toeneemt. Omgekeerd, wanneer de spanning aan de uitgangsaansluiting OUT wordt gereduceerd, wordt de bron naar aanvoerspanning Vsd van de PMOS transistor MP2 vergroot, waarbij de opwaartse stroom IUP wordt 30 vergroot. Ook Wordt de afvoer naar bronspanning Vds van de NMOS transistor'MN3 verlaagd, waarbij de neerwaartse stroom IDN verlaagd wordt. Dus kunnen de opwaartse stroom IUP en de neerwaartse stroom IDN niet precies passend worden gemaakt van de variatie van de spanning aan de uitgangsaansluiting OUT.

35 Fig. 4 toont een afbeelding die simulatieresultaten illustreert voor de opwaartse stroom IUP en de neerwaartse stroom IDN volgens de spanning VOUT aan de uitgangsaansluiting van de ladingspomp in fig.

1 02963 3 i * - 4 - 3. Verwijzend naar fig. 4, wanneer de uitgarigsspanning VOUT toeneemt, neemt, de opwaartse stroom IUP af terwijl de neerwaartse stroom IDN toëneemt hetgeen resulteert in een afwijking in stroom die op zijn béurt kan resulteren in fluctuaties van de fasegesloten lus.

5 ' Een fasegesloten lus ladingspomp schakeling zoals beschreven in ' US octrooi nö. 6 107 889 bevat een referentiestroomlus voor het genereren van een referentiestroom in verhouding tot een referentiespan-ning en een replicatie terugkoppellus voor het repliceren van een lusfilterspanning aan een koppelknooppunt voor het verschaffen van de 10 referentiestroom als een opwaartse stroom. Volgens US octrooi no. 6 107 889 wordt de opwaartse stroom gerepliceerd van de neerwaartse stroom zodanig dat de opwaartse 'stroom in hoofdzaak- gelijk kan zijn aan de neerwaartse stroom. . ..

De ladingspomp schakeling die beschreven is in US octrooi no. 6 15 107 889 verandert de opwaartse stroom echter volgens de verandering van de neerwaartse stroom, voor een verbeterde overeenstemming van stromen. Echter hebben dergelijke opwaartse en neerwaartse stromen nog steeds variatie. Wanneer bijvoorbeeld de neerwaartse stroom wordt veranderd met Al, wordt de opwaartse stroom ook veranderd met ΔΙ van-' 20 wege de Overeenstemming met de neerwaartse stroom. Een dergelijke variatie in stroom kan de werkingssnelheid van de fasegesloten lus verlagen en kan frequentiekarakteristieken van de fasegesloten lus beïnvloeden voor het degraderen van de prestatie van de fasegesloten lus. Een ladingspomp die de opwaartse/neerwaartse stromen genereert: . 25 die zijn gebalanceerd op een constant stroomniveau is derhalve gewenst.

Een ladingspomp volgens voorkeursuitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding genereert dienovereenkomstig opwaartse/neerwaartse stromen die constant en gebalanceerd, blijven in een 30 gebied van een spanning van een üitgangsaansluiting.

Een' ladingspomp in een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding omvat onder opwaartse stroombronnen voor het genereren van eèn eerste onder opwaartse stroom en een tweede onder opwaartse stroom die complementair variëren met verandering in een spanning aan 35 een üitgangsaansluiting. De ladingspomp omvat ook onder neerwaartse stroombronnen voor het genereren van een eerste onder neerwaartse stroom en een tweede onder neerwaartse stroom die complementair variëren met de verandering in de spanning aan de üitgangsaansluiting.

1029633 - 5 -

In een andere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding omvatten dé onder opwaartse stroombronnen een eerste onder opwaartse stroombron en éen tweede onder opwaartse stroombron. De eerste onder opwaartse stroombron genereert· de eerste onder opwaartse stroom die 5 is gespiegeld van een referentiestroom, en de tweede onder opwaartse stróombron genereert de tweede onder opwaartse stroom die is gespiegeld van de eerste onder neerwaartse stroom.. .

. In een voorbeelduitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is de éérste ‘ónder opwaartse stroombron opgeboüwd uit een paar NMOS 10 transistoren die een eerste stroomspiegel vormen, en een paar PMOS. transiStoren die een tweede ströómspiegel vormen. .

Dé tweede onder opwaartse stroombron omvat verder een paar NMOS transistoren - die een eerste stroomspiegel vormen en een paar PMOS transistoren dié een tweede stroomspiegel vormen die verbonden is met '15. de eerste stroomspiegel bij één. gemeenschappelijk knooppunt. In dat geval hééft elk van de eerste en tweede.stroomspiegels de eerste onder nèerwaartse stroom dié, daarin vloeit, en een operationele versterker is ingericht voor het behouden van een spanning aan het ge-; meenschappelijke knooppunt die in hoofdzaak gelijk is aan de spanning 20 aan. de uitgangsaahsluiting.

In een· vérdere uitvoeringsvorm van. de onderhavige uitvinding omvatten de-onder neerwaartse:, stroombronnen een eerste onder neer-·. waartsè stroombron en een. tweede onder neerwaartse stroombron. De.

• .eerste onder neerwaartse stroombron genereert de eerste onder neer-: · 25 waartse stroom die is gespiegeld van een referentiestroom. De tweede -onder neerwaartse stroombron genereert de tweede onder neerwaartse stroom die is gespiegeld van de eerste onder opwaartse stroom.

In éen voorbeelduitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is de eerste onder neerwaartse stroombron opgebouwd uit een paar NMOS 30 transistoren die een stroomspiegel. vormen. De tweede onder neerwaartse stroombron omvat verder een paar PMOS transistoren die een eerste stroomspiegel vormen en een paar NMOS transistoren die een tweede stroomspiegel vormen die verbonden is met de eerste stroomspiegel bij een gemeenschappelijk knooppunt. In dat geval heeft elk van de eerste 35 en tweede stroómspiegéls de eerste onder opwaartse stroom die daarin vloeit, en een operationele versterker is ingericht om een spanning aan het gemeenschappelijke knooppunt in hoofdzaak gelijk te houden aan de spanning aan de uitgangsaansluiting.

1029633 - 6 -

In een ve_rdere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding omvat de ladingspomp opwaartse schakelaars en neerwaartse schakelaars. De opwaartse schakelaars . sluiten in antwoord op een eerste besturingssignaal zodanig.· dat de eerste en tweede onder opwaartse 5 stromen naar de uitgangsaansluiting vloeien, en de. neerwaartse scha- . :kélaars sluiten in antwoord op een tweede besturingssignaal zodanig ... dat de eerste en tweede onder neerwaartse'stromen. ..van de uitgangsaan-sluiting vloeien.

De ladingspomp die. dergelijke gebalanceerde .én constante op-, 10 waartse/neerwaartse stromen· genereert volgens de onderhavige uitvinding kan met bijzonder voordeel worden gebruikt voor het reduceren van fluctuaties in een fasegesloten.· lus. :I;n dat geval is . het eerste besturingssignaal een opwaarts signaal.: dat gegenereerd is. door een fasèfrequentiëdetector in de fasegesloten lus, en. het tweede· bestu-15 ringssign'aal is.: een neerwaarts signaal dat gegenereerd is door de fasefrequentiedetector. ..

.Dë bovenstaande en andere kenmerken en voordelen van de onderhavige uitvinding zullen: duidelijker worden wanneer deze wordt beschreven in gedetailleerde voorbeëlduitvoêringsvormen daarvan onder 20 verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin: fig. 1 een blokschema van een conventionele fasegesloten lus toont; " · •fig. 2A-en 2B schematische aanzichten - zijn die een werking illustreren van een ladingspomp volgens, de stand; van de. techniek.

25 fig. l een schakelschema is van een conventionele ladingspomp; .· .

fig. 4 een weergave is .vari simulatieresultaten voor. opwaartse ën neerwaartse stromen met variatie van een uitgangsspanning van de. . ladingspomp volgens fig. 3; .

fig. 5 een schakelschema is van een ladingspomp volgens een 30 vöorbeelduitvoeringsvorm van de onderhavige, uitvinding;.

fig. 6 een. weergave, is van simulatieresultaten voor. opwaartse en neerwaartse stromen met variatie van. een uitgangsspanning van de ladingspomp in fig. 5; · -- fig. 7A en fig. 7B gedeeltelijk vergrote aanzichten zijn van 35 gedeelten van de weergaven van respectievelijk fig. 4 en fig. 6; fig. 8 een weergave is van simulatieresultaten voor een misaanpassing van stroom tussen de opwaartse en neerwaartse stromen van de ladingspompen.in fig. 3 en fig. 5; en .

1029633 - 7 - fig. 9 een blokschema toont van een fasegesloten lus met de la-dingspomp van fig. 5, volgens een voorbeelduitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

De figuren waarnaar hier wordt verwezen zijn voor duidelijkheid .5. van illustratie getekend en zijn niet noodzakelijkerwijs op schaal, getekend. Elementen die dézelfde verwijzingscijfers hebben in figuren .1, 2A, 2B, 3, 4, 5,..6,. 7A, 7B, 8 en 9; verwijzen naar elementen met... een soortgelijke structuur, en/of functie.

Fig. 5 toont een schakelschema van eèn ladingspomp 600 volgens 10' een voorbeelduitvoeringsvorm van de. onderhavige uitvinding». Verwij- .. .zend naar fig.. 5 omvat de ladingspomp. 600 een .referentiestroombron Iref, PMOS transitoren MPl, en MP2, en-NMOS transistoren MNl,.. MN2 en MN3, een eerste stroombron 610, eneen tweede stroombron.620. De. referentie stroombron Iref, de PMOS, transistoren MPl en MP2, en de 15 NMOS transistoren MN1.;, MN2 en MN3 zijn soortgelijk in functie aan · analoge elementen uit de ladingspomp volgens de stand van de techniek in fig. 3.

Dat wil zeggen, de NMOS transistpr MNl en de PMOS transistor MP2 vormen eert stroomspiegel met respectievelijk de NMOS transistor 20 MN2 en de PMOS transistor MP2, voor. het genereren van een eerste onder opwaartse stroom IUP1 die in verhouding staat tot een stroom die .vloeit door de referentie stroombron Iref. De NMOS transistor MNl en de NMOS transistor MN3 vormen een stroomspiegel voor het genereren van een eerste onder neerwaartse stroom IDN1 die in verhouding staat 25 tot de stroom die. vloeit door dé· referentiestraom Iref.

De eerste stroombron. 610 omvat PMOS . transistoren MP3 en MP4, een NMOS. transistor MN5, en een operationele . versterker Al voor het genereren van een tweede onder opwaartse stroom IUP2. De eerste en tweede .onder opwaartse stromen IUP1 en IUP2 variëren complementair 30 met een verandering van. een uitgangsspanning VOüT van de ladingspomp 600. Additioneel omvat de tweede stroombron 620 een PMOS transistor MP5, .NMOS transistoren MN4 en MN6, en een operationele versterker A2 voor het genereren van een tweede onder neerwaartse stroom -IDN2. De eerste en tweede onder neerwaartse stroom IDN1 en IDN2 variëren com-35 plementair met een verandering van een uitgangsspanning VOUT van de; ladingspomp 600.

De' eerste stroombron 610 genereert de tweede, onder opwaartse stroom IUP2 die in hoofdzaak wordt gerepliceerd van de eerste onder 1029633 - 8 - . neerwaartse stroom IDN1. De tweede stroom 620 genereert de tweede onder neerwaartse stroom IDN2 die in hoofdzaak wordt gerepliceerd van de eerste onder opwaartse stroom IUPl. De som van de eerste en de tweede onder opwaartse stromen IUPl en IÜP2 is dus in hoofdzaak ge-5 lijk -.aan de som van de eerste en tweede onder neerwaartse stroom IDNl . en IDN2.

De som van de eerste en tweede, onder opwaartse stromen IUPl en IUP2 vormt de opwaartse stroom, en de som van de. eerste en tweede onder neerwaartse stromen IDNl en IDN2 vormt de neerwaartse stroom^ 10 De opwaartse en neerwaartse stromen zijn dus gebalanceerd volgens voorbeelduitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding. Bovendien : variëren de onder opwaartse stromen IUPl. en IUP2 complementair met een verandering van de uitgangsspanning VOUTy en de onder neerwaartse stromen IDNl en IDN2 variëren complementair, met de verandering van de 15 uitgangsspanning. De opwaartse en. neerwaartse stromen als eèn respectieve som van dergelijke. onderstromen. (IUPl eri IDP2., IDNl en IDN2) blijven in hoofdzaak constant .onafhankelijk van de verandering van de uitgangsspanning VOUT van de ladingspomp 600.

Dat de onder opwaartse stromen IPU1 en IPU2 complementair vari-20 eren betekent dat wanneer de eerste onder Opwaartse stroom IUPl toeneemt (of afneemt) in overeenstemming met een variatie in de uit-. gangsspanning VOUT, de tweede onder, opwaartse stroom. IUP2 overeenkom-; stig afneemt (of toeneemt) .-met eenzelfde hoeveelheid.' Zelfs wanneer de variaties in de eerste.en tweede onder opwaartse stromen IUPl en 25 IUP2 niet 'exact identiek : zijn wordt. de verandering', in. de. totale opwaartse stroom nog steeds., gereduceerd met de uitgangsspanning VOUT.

.Dat de onder neerwaartse stromen, IDNl en' IDN2 complementair variëren betekent op soortgelijke wijze dat wanneer de eerste onder neerwaartse stroom IDNl toeneemt (of afneemt) volgens een variatie in 30 de uitgangsspanning VOUT, de tweede onder neerwaartse stroom IDN2 overeenkomstig afneemt (of toeneemt): met eenzelfde hoeveelheid. Zelfs wanneer de variaties in de eerste en tweede onder neerwaartse stromen IDNl en IDN2 niet exact identiek zijn wordt de verandering in de to-. tale neerwaartse stroom nog steeds gereduceerd met de uitgangsspan-35 ning VOUT.

De replicatie van de tweede onder opwaartse stroom IUP2 van de eerste onder neerwaartse stroom IDNl in de ladingspomp van fig. 5 wordt nu beschreven. In de eerste stroombron 610 vormen de NMOS tran- 1029633 ' --9- • ..sistoren MN3 en MN5 een eerste stroomspiegel om de eerste onder neer- .. waartse stroom IDN1 door. de NMOS. transistor MN5 te laten vloeien. De PMOS transistor MP4 is in serie geschakeld met de NMOS transistor MN5 aan- een eerste referentie knooppunt nl zodanig dat de. eerste onder .5 .neerwaartse stroom IDN1 door de PMOS transistor MP4 vloeit..

. .In de eerste stroombron'610 repliceert de operationele versterker. Al verder de uitgangsspanning VOUT van dé ladingspomp aan het eerste referentieknooppunt nl zodanig dat een afvoer naar bronspan-ning· VDS van de NMOS transistor MN5 in hoofdzaak gelijk is aan de 10 . afvoer. naar bronspanning VDS van’ de. NMOS transistor MN3. Dè eerste • onder neerwaartse stroom IDN1 (dat wil zeggen de. tweede onder opwaartse . stroom IUP2) hangt derhalve af van de afvoer naar bronspan-. ning VDS van de NMOS transistor MN5. die complementair is aan de eerste onder opwaartse stroom .IUPl.afhahkelijk. van de bron naar afvoer-15 ; spanning Vsd van. de PMOS transistor MP2..

De operationele versterker Al ontvangt een spanning, aan het eerste referentieknooppunt nl op een positieve ingangsaansluiting en ontvangt de uitgangsspanning VOUT op een negatieve ingangsaansluiting voor het versterken van het verschil daartussen voor het leveren van 20 een eerste lage impedantie-uitgang. De eerste lage impedantie-uitgang wordt aangebracht op respectieve poorten van de PMOS transistoren MP3 en MP4. Aangezien de PMOS transistoren MP3 en MP4 een stroomspiegel vormen zijn de poort naar bron spanningen van dergelijke transistoren MP3 en MP4 in hoofdzaak gelij.k. Bovendien is de afvoer naar bronspan-25 ning van dergelijke transistoren MP3 én MP4 in hoöfdzaak. gelijk. ;

De PMOS. transistoren MP3 en MP4 hebben derhalve in hoofdzaak dezelfde stroom (dat wil zeggen. IDN1 = IUP2) die daardoor vloeit. De PMOS transistoren MP3 en MP4 en de operationele vérsterker Al Vormen een eerste stroomrepliceerlus die de uitgangsspanning VOUT aan het 30 eerste referentieknooppunt nl repliceert.

De replicatie van de tweede onder neerwaartse stroom IDN2 van de'eerste onder opwaartse stroom IUPl van de ladingspomp 600 in fig. 5 wordt nu beschreven. De PMOS transistor MP5 vormt éen stroomspiegel met de PMOS transistor MP2 zodanig dat de eerste onder opwaartse 35 stroom. IUPl vloeit door de PMOS transistor MP5. De NMOS transistor MN6 is in serie geschakeld met de-PMOS transistor-MP5 aan een tweede referentieknooppunt n2 zodanig dat de eerste onder opwaartse stroom IUPl vloeit door de NMOS transistor MN6.

1029633 - 10 -

De operationele versterker A2 repliceert de uitgangsspanning VOÜT van:de ladingspomp aan het tweede referentieknoöppunt n2 zodanig dat de afvoer naar bronspanningen Vds van de NMOS transistören MN4 en MN6' in hoofdzaak gelijk zijn. De eerste onder opwaartse stroom IUP1 .. .

5. (dat wil : zeggen de tweede onder neerwaartse stroom IDN2) ..hangt derhalve af van. de bron naar afvoerspanning. Vsd van de' PMOS.. transistor MP5 die complementair is aan.de eerste onder, neerwaartse stroom IDNl afhankelijk van de afvoer· naar bronspanning Vds van de NMOS transis^-tor MN3.

10 De operationele versterker A2. ontvangt de spanning van het. ·..' tweede referentieknoöppunt n2.op een positieve ingangsaansluiting en ontvangt de uitgangsspanning VOUT op een negatieve ingangsaansluiting voor-het versterken van het verschil daartussen voor het leveren van een tweede lage impedantie-uitgang. De tweede lage. impedantie-uitgang 15 wordt aangebracht op respectieve poorten van de . .NMOS transistor MN4 . en de NMOS transistor MN6. Aangezien de NMOS transistören MN4 en MN6 een stroomspiegel vormen zijn de. poort naar bronspanningen van dergelijke transistören MN4 en MN6 in hoofdzaak gelijk. Bovendien zijn de afvoer naar bronspanningen van dergelijke transistören MN4 en MN6 in 20 hoofdzaak gelijk.

De NMOS transistören MN4 en 'MN6 hebben derhalve in hoofdzaak dezelfde stroom (dat wil zeggen.IUP1. = IDN2) die daardoor „vloeit. De. NMOS transistören MN4 en MN6 en.de operationele versterker A2 vormen een tweede stroom replicatielus diè de uitgangsspanning VOÜT aan het 25 tweede referentieknoöppunt n2 repliceert.

De ladingspomp 600 omvat ook opwaartse.schakelaars 680 die zijn gesloten wanneer het UP signaal' (dat wil zeggen een eerste bestu-ringssignaal) is geactiveerd; zodanig dat de onder opwaartse stromen IUP1 en IUP2 vloeien naar de uitgangsaansluiting voor; het verhogen 30 van de uitgangsspanning VOÜT daarop. De ladingspomp 600 omvat ook neerwaartse schakelaars 690 dié .zijn gesloten wanneer het DN signaal (dat wil zeggen een tweede besturingssignaal) is geactiveerd zodanig dat de onder neerwaartse stromen IDNl en IDN2 vloeien van de uit-gangsaansluiting voor het afnèmen van de uitgangsspanning VOÜT daar-35 op.

Verwijzènd naar fig. 6 en fig. 9, worden de ÜP en DN signalen gegenereerd van een fasefrequentiedetector 902 van een fasegesloten lus 900 in een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding. Een van 1029633 - 11 - .

, · de UP en DN signalen wordt geactiveerd door de fasefrequentiedetector 902 uit het vergelijken van een fase (of frequentie), van een referen-• tiesignaal Vi en een terugkoppelsignaal Vo. De UP. en DN signalen besturen de ladingspomp 600 voor het.genereren van de onder opwaartse 5. stromen IUPl en IUP2 of dè onder neerwaartse stromen IDN1 ..en IDN2.

Dergelijke onder stromen worden gebruikt door. een lusfilter . voor het generéren van een lusfilterspanningVCTRL die gestuurd wordt aan een VCO (spanningsgestuurde oscillator) 906 voor het genereren van het terugkoppelsignaal. VO dat ook het uitgangssignaal van de fa-10 segesloten lus 900 is. Eén van de UP en DN signalen wordt op een moment geactiveerd door de fasefrequentiedetector 902 voor het reduceren van een fase (of frequentie) verschil tussen het referentiesig-naal Vi en het terugkoppelsignaal Vo.

De werking van de ladingspomp 600 met de variatie van de uit-15 gangsspanning VOUT van de uitgangsaansluiting wordt nu beschreven. Verwijzend naar fig. 5, wanneer de uitgangsspanning .VOUT wordt verlaagd, wordt de bron naar afvoerspanning Vsd van de PMOS transistor MP2 verlaagd, waarbij de eerste onder opwaartse stroom IUP afneemt. Omgekeerd wordt de afvoer naar bronspanning Vds van de NMOS transis-20 tor MN3 verhoogd zodat de eerste onder neerwaartse stroom IDN1 wordt, vèrhoogd. Aangezien de tweede onder opwaartse stroom IUP2 is gerepliceerd van de eerste onder neerwaartse stroom. IDN1, wordt de tweede :onüèr Opwaartse stroom IUP2 verhoogd. Dat wil zeggen dat de tweede onder opwaartse stroom IUP2 complementair wordt veranderd met de eer-. 25 .'· ste onder opwaartse stroom IUPl.. De . resulterende variatie in-de tota-. Ié opwaartse stroom (IUPl + IUP2) wordt dus gereduceerd met een verandering. in de uitgangsaansluiting VOUT.

Aangezien bovendien de tweede onder neerwaartse stroom IDN2 is gerepliceerd van de eerste onder.opwaartse stroom IUPl wordt de twee-30 de onder neérwaartse stroom IDN2 gereduceerd,. Dat wil zeggen, dat de . tweede onder nèerwaartse stroom IDN2 . complementair wordt veranderd mét de eerste onder neerwaartse s.troom IDN1. De resulterende variatie in de totale neerwaartse stroom (IDN1 + IDN2) wordt dus gereduceerd met een verandering in de uitgangsspanning VOUT. De totale opwaartse 35 stroom en de totale neerwaartse stroom hebben bovendien een irrelevante misaanpassing van dérgelijke complementaire relaties tussen elk van de onder opwaartse stromen IUPl en IUP2 en de onder neerwaartse stromen IDN1 en IDN2.

1029633 - 12 -

Wanneer de uitgangsspanning VOUT wordt verlaagd, wordt de Vsd van de PMÓS transistor MP2 verhoogd zodanig dat de eerste opwaartse . stroom.IUP wordt verhoogd, . terwijl dé Vds van de NMOS transistor MN3 'wordt verlaagd zodanig dat de eerste onder neerwaartse stroom IDN1 5 wordt verlaagd. Aangezien de tweede onder opwaartse stroom IUP2 is - gerepliceerd van de eerste onder neerwaartse stroom.IDMl, wordt de tweede onder neerwaartse stroom IUP2 ook verlaagd. Dat.wil zeggen dat de tweede onder neerwaartse stroom IUP2 complementair wordt veranderd met de: eerste onder neerwaartse stroom IüPl. De resulterende,variatie 10 in de totale opwaartse stroom (IUPl + IUP2) wordt dus gereduceerd met de uitgangsspanning VOUT.

Aangëzieh bovendien de tweede onder neerwaartse stroom IDN2 is gerepliceerd van de eerste onder opwaartse stroom IU.P1, wordt de tweede onder neerwaartse stroom IDN2 verhoogd. Dat wil zeggen dat de 15 tweède oridér neerwaartse stroom IDN2 complementair wordt veranderd met de eerste onder neerwaartse stroom IDN1. De resulterende variatie in de totale neerwaartse stroom (IDN1 + IDN2) wordt dus gereduceerd met de uitgangsspanning VOUT. De totale opwaartse stroom en de totale neerwaartse stroom hebben bovendien een insignificante misaanpassing . 20 van dergelijke complementaire relaties tussen elk van de onder opwaartse stromen IUPl en IUP2 en de onder neerwaartse stromen IDN1 en . IDN2. . .

Fig. 6 toont een weergave die simulatieresulaten illustreert voor de.totale opwaartse stroom IUP en de totale, .neerwaartse stroom 25 IDN afhankelijk van de uitgangsspanning VOUT van de ladingspomp. 600 in fig. 5. De simulatieresultaten van fig.. 6· zijn . voor wanneer de : - uitgangsspanning VOUT aan.de uitgangsaansluiting varieert in een gebied van.' ongeveer 0V tot ongeveer de Vdd (dat wil zeggen ongeveer 1,8 V). In fig. 6 worden de totale opwaartse, stroom IUP en de totale 30 neerwaartse stroom IDN in hoofdzaak constant gehouden wanneer de uitgangsspanning VOUT in een gebied is.van ongeveer. 0,2V tot ongeveer 1, 6V.

Fig. 7A toont een vergroot aanzicht van een gedeelte van de weergave van fig. 4, en fig. 7B toont een vergroot aanzicht. van een 35 gedeelte van de weergave van fig. 6. Verwijzend naar fig. 7A en fig. 7B, wanneer de uitgangsspanning VOUT van de ladingspomp varieert in èen gebied van ongeveer 0,2V tot ongeveer 1,6V, worden de totale opwaartse en neerwaartse stromen IUP en IDN: die zijn gegenereerd door 1029633 - 13 - de ladingspomp 600 volgens een voorbeelduitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding, meer constant gehouden dan met de conventionele ladingspomp van fig. 3 . ·' i Fig. 8 . toont een weergave die :simulatieresultaten illustreert 5 vóór een stroom misaanpassing' tussen de totale opwaartse stroom IUP. en de totale neerwaartse-stroom ÏDN in de ladingspompen van fig. 3 en fig. 5. In fig. 8 representeert 'SI een simulatieresultaat voor een ladingspomp volgens een voorbeelduitvoeringsvorm van de onderhavige . uitvinding, en representeert S2 een .simulatieresultaat voor 'de con-10 ventidnele ladingspomp* VerWijzend'naar fig; 8 heeft de ladingspomp.

.. volgens een vóorbeelduitvoeringsvotm van dè onderhavige uitvinding in fig. 5 de .misaanpassing tussen de totale opwaartse en neerwaartse · stromen IUP en IDN in hoöfdza'ak' geëlimineerd in vergelijking met de conventionele' ladingspomp van.fig.v3 wanneer de uitgangsspanning VOUT 15 . van dé ladingspomp in een - gebied" van ongeveer 0,.2V. tót ongeveer' 1,6 V is. ·'

Met een dergelijke gereduceerde misaanpassing in dè opwaartse en neerwaartse stromen IUP en IDN .die worden gehouden om in hoofdzaak constant. te zijn, kan de fluctuatie van de fasegesloten lus 900 ge-20 bruik maken van de ladingspomp 600 op voordelige wijze worden gereduceerd voor een verbeterde prestatie van'de fasegésloten lus 900.

Nu dus voorbeelduitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding·. zijn. beschreven, dient te worden begrepen dat de uitvinding zoals gedefinieerd door de bijgaande conclusies niet dient te worden 25 beperkt door.specifieke details die in.de bovenstaande beschrijving ' zijn 'uiteen gezet aangezien er vele duidelijke variaties daarvan mo-: 1 gelijk zijn zonder af te wijken van het wezen of'de omvang daarvan zoals, in .het hierna volgende geclaimd. Terwij1 de voorbèelduitvoe-ririgsvormen van de onderhavige uitvinding en de- voordelen daarvan.in 30 detail· zijn beschreven, dient te worden' begrepen dat verscheidene veranderingen, vervangingen:en. aanpassingen hierin - kunnen worden gemaakt zonder af te wijken van de omvang van de uitvinding.

35 1029633

Claims

1. Werkwijze voor het bedrijven van een ladingspomp omvattende: het genereren van een eerste· onder opwaartse stroom, en een tweede onder opwaartse, stroom die.complémentair variëren met'een verandering in een spanning aan een uitgangsaansluiting; én 5: ' het genereren van een eerste onder.. neerwaartse stroom en een . -tweede onder neerwaartse stroom die .complementair variëren met de .·'. verandering in de spanning aan de'uitgangsaansluiting.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij het genereren van de 10 -tweedé onder.opwaartse stroom en het .genereren van dé tweede onder . neerwaartse stroom rèspec.tiëvelijk. omvatten: -.·: het repliceren van de eerste, onder neerwaartse stroom voor. het ' genereren van de tweede onder opwaartse, stroom; en . het repliceren van de eerste onder opwaartse stroom voor het 15 . genereren van de tweede onder neerwaartse stroom.

3. Werkwijze volgens conclusie.1 of 2, verder omvattende: het geleiden van de eerste en tweede, onder opwaartse stromen ; naar de uitgangsaansluiting in antwoord op een eerste besturingssig-.20 . naai; .en het geleiden van de. eerste en tweede onder neerwaartse stromen van de uitgangsaansluiting in antwoord op een tweede besturingssig-naal. 25 4.. Werkwijze volgens: een van de voorgaande .conclusies, Waarbij de spanning aan de uitgangsaansluiting een spanningsges.tuurde oscil-lator .in een fasegesloten lüs bestuurt..

5. Ladingspomp omvattende: . · 30 onder opwaartse stroombronnen voor het generen van een eerste onder opwaartse stroom en een.tweede onder opwaartse stroom die complementair variëren met een verandering in een spanning aan een uitgangsaansluiting; en ondér neerwaartse stroombronnen voor het genereren van een eer-35 ste onder neerwaartse stroom en een tweede onder neerwaartse stroom 1029633 I 1 - 15 - die complementair variëren met de verandering in de spanning aan de uitgangsaansluiting.

6. Ladïngspomp volgens conclusie 5, waarbij de onder, opwaartse 5 . stroombronnen omvatten: V. een eerste onder opwaartse stroombron voor. het generen van de . eerste oiider opwaartse stroom die is gespiegeld, van een referentie-stroom; en • een tweede onder opwaartse stroombron voor het genereren van de 10 tweede onder opwaartse stroom die is gespiegeld van de eerste onder neerwaartse stroom.

7. Ladingspomp volgens conclusie 6, waarbij de eerste onder opwaartse stroombron een paar NMOS transistoren omvat die een eerste '15 stroomspiegel vormen, en een paar mét .PMOS transistoren die een tweede stroomspiegel vormen.

8. Ladingspomp volgens conclusie 6 of 7, waarbij de tweede on-' der opwaartse stroombron omvat: 20. eén paar NMOS transistoren die een eerste stroomspiegel vormen en een. paar PMOS transistoren die een tweede stroomspiegel vormen die verbonden is met de eerste stroomspiegel bij een gemeenschappelijk knooppunt; waarbij elk van de eerste en tweede stroomspiegels de eerste 25 onder neerwaartse stroom, hebben die daarin loopt; ën een operationele versterker die ingericht is voor het behouden . .. van één spanning óp het gemeenschappelijke knooppunt die in hoofdzaak - . gelijk is aan de spanning aan de uitgangsaansluiting.

9. Ladingspomp vólgens een van conclusies 5-8, waarbij de onder neerwaartse stroombronnen omvatten: een eerste onder neerwaartse stroombron voor.het genereren van de eerste onder neerwaartse stroom die is gespiegeld van een referen-tiestroom; en 35 eèn tweede onder neerwaartse stroombron voor het genereren van de tweede onder neerwaartse stroom die is gespiegeld van de eerste onder neerwaartse stroom. 1029633 -Ιβ-

10. Ladingspomp volgens, conclusie 9, waarbij de eerste onder neerwaartse stroombron is opgebouwd uit een paar NMOS transistoren die een stroombron vormen.

11. Ladingspomp volgens conclusie. 9 of 10, waarbij de tweede onder neerwaartse stroombron omvat: een paar PMOS transistoren die een eerste stroomspiegel vormen en een paar NMOS transistoren die een tweede stroomspiegel vormen die verbonden is met de eerste' stroomspiegel bij · een gemeenschappelijk 10 knooppunt; waarbij elk van de eerste en tweede, stroomspiegels de eerste onder opwaartse stroom hebben die daarin vloeit; en een operationele versterker die ingericht is voor het behouden .....van een spanning aan het gemeenschappelijke knooppunt die in hoofd- 15 .zaak gelijk is aan de spanning aan de uitgangsaansluiting

12. Ladingspomp volgens een van de conclusies 5-11, verder omvattende: opwaartse schakelaars die sluiten in antwoord op een eerste be-20 sturingssignaal zodanig dat de eerste en tweede onder opwaartse stromen naar de uitgangsaansluiting vloeien; en neerwaartse schakelaars die sluiten , in antwoord op een tweede besturingssignaal zodanig dat de eerste en tweede onder neerwaartse stromen van de uitgangsaansluiting vloeien. . 25

13. Ladingspomp volgens conclusie 12, waarbij het eerste besturingssignaal een opwaarts signaal is dat is gegenereerd door een fa-sefrequentiedetector in een fasegesloten lus, en waarbij het tweede, besturingssignaal een neerwaarts signaal is dat is gegenereerd door 30 de fasefrequentiedetector.

14. Fasegesloten lus omvattende: een fasefrequentiedetector voor het activeren van een opwaarts signaal of een neerwaarts signaal uit het vergelijken van een refe-35 .rentiesignaal met een terugkoppelsignaal; een ladingspomp omvattende: onder opwaartse stroombronnen voor het genereren van een eerste onder opwaartse stroom en een tweede onder opwaartse stroom die com- 1029633 - 17 - plementair variëren met een verandering in een spanning aan een uitgangsaansluiting; onder neerwaartse stroombronnen voor het genereren van een eerste onder neerwaartse stroom en een tweede onder neerwaartse stroom 5 die complementair variëren met: de verandering in de spanning aan de uitgangsaansluiting; waarbij de eerste en tweede onder opwaartse stromen naar de uitgangsaansluiting vloeien wanneer het opwaartse signaal is geactiveerd, en waarbij de eerste, en tweede onder neerwaartse stromen van 10 . de uitgangsaansluiting vloeien wanneer het neerwaarts signaal is geactiveerd; een lüsfilter voor het filteren vart de spanning aan dè uitgangsaansluiting voor het genereren van een lusfilterspanning; en ·.. eën spanrtingsgestuurde oscillator voor het genereren van het 15 terügkoppelsignaal in antwoord op de lusfilterspanning. 15. jFasègesloten lus volgens conclusie 14, waarbij de ladings-pomp verder omvat:·.·.·. opwaartse schakelaars die sluiten wanneer het opwaartse signaal 20 wordt geactiveerd zodanig dat de eerste en tweede onder opwaartse stromen naar de uitgangsaansluiting vloeien; en neerwaartse schakelaars die sluiten wanneer het’. neerwaartse • signaal wordt, geactiveerd zodanig dat de eerste en tweede onder neerwaartse stromen van de uitgangsaansluiting vloeien.' . 25 :16.. Fasegesloten lus volgens.conclusie 14 of 15, waarbij, de la-dingspomp verder omvat: ' een eerste onder opwaartse stroombron voor het genereren van de eerste onder opwaartse stroom die is gespiegeld van een referentie- . 30 stroom; eert tweede onder opwaartse stroombron voor het genereren van de tweede ónder, opwaartse stroom die is gespiegeld van de eerste onder neerwaartse stroom; . een eerste onder neerwaartse stroombron voor het generen van de 35 eersté onder:neerwaartse stroom die is gespiegeld van de referentie-stroom; en 1029633 ί m - 18 - een tweede onder neerwaartse stroombron voor het genereren van de tweede onder neerwaartse stroom die is gespiegeld van de eerste • onder opwaartse stroom. . i.·:. 5: . .17'. Fasegesloten lus volgens conclusie 16> . waarbij de eerste . onder Opwaartse stroombron is opgebou.wd-uit een paar NMOS transisto-ren die een eerste stroomspiegel vormen·,, en een paar PMOS .transisto- . . ren die een tweede stroomspiegel vormen., 10 18". 'Fasegesloten lus- volgens conclusie 1.6 . of · 17, waarbij de tweede onder opwaartse stroombron omvat.: .·..·' een paar NMOS transistoren die een eerste stroomspiegel.vormen. en een:paar PMOS transistoren die een: tweede stroomspiegel vormen die gekoppeld is met de eerste stroomspiegel .bij een gemeenschappelijk 15 knooppunt; waarbij elk van de eerste en tweede stroomspiegels de eerste onder neerwaartse stroom hebben die . daarin vloeit; en·) een operationele versterker die ingericht is voor het behouden van een spanning aan het gemeenschappelijke, knooppunt die in hoofd-.20 zaak gelijk is aan de spanning aan de. uitgangsaansluiting.

19. Fasegesloten lus volgens een van de conclusies 16-18, waar-• - bij de.eerste onder neerwaartse stroombron is opgebouwd. uit een paar -. NMOS transitoren die een stroomspiegel vormen·. .. . 25 • 20. Fasegesloten lus. volgens een van. ..conclusies -1.6-19, waarbij de tweede onder neerwaartse stroombron omvat: een paar PMOS transistoren die een eerste stroomspiegel vormen en een.paar NMOS transistoren die een tweede· stroomspiegel vormen die 30 verbonden . is met de eerste stroomspiegel bij een gemeenschappelijk knooppunt; waarbij elk van de. eerste en tweede stroomspiegels de eerste onder opwaartse stroom hebben die daarin vloeit; en 'een operationele versterker die ingericht is voor het behouden 3.5 van een -spanning aan het. geméenschappeli j ke knooppunt die in . hoofd-zaak gelijk is aan de spanning aan de uitgangsaansluiting. 1029633