NL9201053A

NL9201053A - Switched capacitor ladingspomp, alsmede zaagtandoscillator voorzien van een dergelijke switched capacitor ladingspomp.

Info

Publication number: NL9201053A
Application number: NL9201053A
Authority: NL
Inventors: Franciscus A C M Schoofs
Original assignee: Koninkl Philips Electronics Nv
Priority date: 1992-06-15
Filing date: 1992-06-15
Publication date: 1994-01-03
Also published as: JPH0661803A; US5387882A; ATE162023T1; DE69316088D1; ES2113472T3; SG48293A1; TW318292B; EP0574982B1; FI932694A; FI932694A0; KR940001210A; DE69316088T2; EP0574982A1

Description

Switched capacitor ladingspomp, alsmede zaagtandoscillator voorzien van een dergelijke switched capacitor ladingspomp

De uitvinding heeft betrekking op een switched capacitor ladingspomp omvattend: een condensator met een eerste condensatorklem en een tweede condensa- torldem, oplaadmiddelen, gekoppeld met de eerste condensatorklem, voor opladen van de condensator, een ontlaadschakelaar, gekoppeld met de eerste en de tweede condensatorklem, Voor herhaald ontladen van de condensator door sluiten en openen van de ontlaadschakelaar in responsie op een eerste, respectievelijk tweede waarde van een tweewaardig periodiek kloksignaal van een kloksignaalbron.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een zaagtandoscillator voorzien van een dergelijke switched capacitor ladingspomp.

Een dergelijke switched capacitor ladingspomp is bekend uit Proceedings of the IEEE, Vol. 71, No. 8, Augustus 1983, blz. 941-965, R. Gregorian et al., "Switched-Capacitor Circuit Design", figuur 1(b). De oplaadmiddelen zijn hier een schakelaar die de eerste condensatorklem kan verbinden met een eerste spanningsbron met spanning VI. De tweede condensatorklem is verbonden met een tweede spanningsbron met spanning V2. In elke cyclus van het kloksignaal wordt de condensator eerst ontladen met de ontlaadschakelaar en vervolgens opgeladen tot een spanningsverschil VI-V2. In een periodeduur T van de cyclus vloeit er een lading dQ die gelijk is aan C*(V1-V2), waarbij C de waarde is van de capaciteit van de condensator. Tijdens het opladen van de condensator wordt de eerste spanningsbron belast, waardoor de spanning VI verandert en daarmee de lading dQ. Het belasten van de eerste spanningsbron kan worden verminderd door middel van een buffertrap, dat wil zeggen een als spannings-volger geschakelde eerste operationele versterker. De tweede spanningsbron is meestal de inverterende ingang van een teruggekoppelde tweede operationele versterker, waarvan de niet-inverterende ingang met de tweede spanning V2 is verbonden. De uitgang van de tweede operationele versterker levert een signaal dat een maat is voor de lading dQ. De tweede spanningsbron met spanning V2 zou kunnnen vervallen door deze spanning gelijk te kiezen aan massapotentiaal. In dat geval zal echter voor de tweede operationele versterker een ten opzichte van massapotentiaal negatieve voedingsspanning beschikbaar moeten zijn. Het blijkt dus dat de realisatie van een nauwkeurige ladingspomp, dat wil zeggen een inrichting die in elke periodetijd T van een cyclus een vooraf bepaalde hoeveelheid lading dQ levert aan een uitgang, niet eenvoudig is.

De uitvinding beoogt een switched capacitor ladingspomp aan te geven waarin aan de voomoemde bezwaren tegemoet is gekomen.

Een switched capacitor ladingspomp van de aanhef genoemde soort is daartoe volgens de uitvinding gekenmerkt, doordat de oplaadmiddelen een eerste stroombron omvatten welke is gekoppeld met de eerste condensatorklem voor levering van een eerste stroom aan de condensator, en dat de switched capacitor ladingspomp verder omvat: een referentiespanningsbron, een comparator met een eerste ingang welke is aangesloten op de eerste condensatorklem, met een tweede ingang welke is aangesloten op de referentiespanningsbron en met een uitgang voor levering van een in hoofdzaak tweewaardig verge-lijkingssignaal, waarvan een eerste, respectievelijk tweede waarde aangeeft dat de spanning op de eerste ingang kleiner, respectievelijk groter is dan de spanning op de tweede ingang, een tweede stroombron voor levering van een tweede stroom, een uitgangsklem, een stroomschakelaar voor doorlaten van de tweede stroom naar de uitgangsklem in responsie op een overgang van de eerste waarde naar de tweede waarde van het kloksignaal en voor verhinderen van de tweede stroom naar de uitgangsklem in responsie op een overgang van de eerste naar de tweede waarde van het vergelijkings-signaal.

De eerste stroombron laadt de condensator op met de eerste stroom II, waarbij de stroomschakelaar de tweede stroom 12 toelaat naar de uitgang. Wanneer de spanning op de condensator gelijk is aan de referentiespanning Vref van de referentiespanningsbron, verhindert de stroomschakelaar dat de tweede stroom 12 de uitgang bereikt. Aldus is aan de uitgang een stroom beschikbaar die pulseert in het ritme van het kloksignaal en die in de periodeduur T van het kloksignaal een lading dQ = (I2/Il)*C*Vref levert. De referentiespanningsbron wordt niet of nauwelijks belast door de comparator. Een buffer is niet nodig. De verhouding tussen de stromen 12 en II kan, zeker bij een geïntegreerde uitvoering, bij het ontwerp nauwkeurig worden vastgelegd. De eerste condensatorklem kan met signaalmassa worden verbonden en de stroomschakelaar kan worden uitgevoerd met een current-router waarvoor geen negatieve voedingsspanning ten opzichte van massa nodig is.

De comparator en de stroomschakelaar kunnen op diverse manieren worden gerealiseerd. Een eerste uitvoeringsvorm van een switched capacitor ladings-pomp volgens de uitvinding is daartoe gekenmerkt, doordat de comparator en de stroomschakelaar omvatten: een eerste en een tweede transistor, welke als verschilpaar zijn geschakeld, en een derde transistor, elke transistor voorzien van een eerste hoofdelektrode, een tweede hoofdelektrode en een stuurelektrode, waarbij de eerste hoofdelektroden van de eerste en de tweede transistor met de tweede stroombron, de stuurelektrode van de eerste en tweede transistor met respectievelijk de eerste condensatorklem en de referentiespanningsbron, de tweede hoofdelektrode van de tweede transistor met een eerste klem voor levering van een vaste potentiaal, de tweede hoofdelektrode van de eerste transistor met de uit-gangsklem is gekoppeld, en waarbij de eerste hoofdelektrode, de tweede hoofdelektrode en de stuurelektrode van de derde transistor zijn gekoppeld met respectievelijk de tweede hoofdelektrode van de eerste transistor, een tweede klem voor levering van een vaste potentiaal en de kloksignaalbron.

Het verschilpaar verenigt de functies van comparator en stroomschakelaar. De ladingspomp is daardoor niet alleen zeer eenvoudig en maar ook zeer snel. De stroomschakelfunctie verloopt hierbij overigens niet stapsgewijs, maar geleidelijk wanneer de tweede transistor de tweede stroom ovemeemt van de eerste transistor. Dit is echter geen bezwaar. Over een periodeduur T gemeten blijft de lading dQ gelijk. De derde transistor leidt de stroom door de eerste transistor af naar de tweede klem met vaste potentiaal tijdens het ontladen van de condensator door de ontlaadschakelaar. Als de ladingspomp wordt gebruikt om een verdere condensator op te laden, dan zou deze verdere condensator worden ontladen door de derde transistor. Dit kan worden voorkomen met een tweede uitvoeringsvorm van een switched capacitor ladingspomp volgens de uitvinding, waarbij de uitgang is gekoppeld met de tweede hoofdelektrode van de eerste transistor via een diode. De diode voorkomt ontladen van de verdere condensator. Hetzelfde effect kan worden bereikt met een derde uitvoeringsvorm van een switched capacitor ladingspomp volgens de uitvinding, welke is gekenmerkt, doordat de comparator en de stroomschakelaar omvatten: een eerste en een tweede transistor, welke als verschilpaar zijn geschakeld, en een derde transistor, elke transistor voorzien van een eerste hoofdelektrode, een tweede hoofdelektrode en een stuurelektrode, waarbij de eerste hoofdelektroden van de eerste en de tweede transistor met de tweede stroombron, de stuurelektrode van de eerste en tweede transistor met respectievelijk de eerste condensatorklem en de referentiespanningsbron, de tweede hoofdelektrode van de tweede transistor met een eerste kiem voor levering van een vaste potentiaal, de tweede hoofdelektrode van de eerste transistor met de eerste hoofdelektrode van de derde transistor is gekoppeld, en waarbij de tweede hoofdelektrode en de stuurelektrode van de derde transistor zijn gekoppeld met respectievelijk de uitgangsklem en de ldoksignaalbron.

De derde transistor is nu in serie geschakeld met de eerste transistor, zodat eventueel ontladen van een verdere condensator voorkomen wordt.

De switched capacitor ladingspomp volgens de uitvinding kan voor allerlei doeleinden worden ingezet. Er kunnen condensatoren mee worden opgeladen met relatief kleine ladingspakketten zonder gebruik te maken van stroombronnen met een absoluut kleine stroom. Immers in de bovengenoemde formule voor dQ speelt alleen de verhouding van de tweede stroom 12 en de eerste stroom II een rol. Door keuze van de verhouding 12/11, de periodeduur T en dus ook van de frekwentie f = 1/T van het kloksignaal, de capaciteit C van de condensator en/of de waarde Vref van de refe-rentiespanning kan de gemiddelde waarde van de uitgangsstroom van de ladingspomp worden vastgelegd. Aldus kunnen grote tijdconstanten worden verwezenlijkt, bijvoorbeeld in regellussen voor voltage controlled oscillators.

De switched capacitor ladingspomp is met name zeer geschikt voor toepassing in een zaagtandoscillator omvattend: een condensator met een eerste condensatorklem en een tweede condensatorklem, een als stroombron geschakelde eerste transistor waarvan een hoofdgelei-dingspad is gekoppeld met de eerste condensatorklem voor opladen van de condensator, een eerste ontlaadtransistor met een eerste en een tweede hoofdelektrode welke zijn gekoppeld met respectievelijk de tweede en de eerste condensatorklem, en met een stuurelektrode welke is aangesloten voor ontvangst van een tweewaardig periodiek ldoksignaal voor herhaald ontladen van de condensator door in en uit geleiding brengen van de eerste ontlaadtransistor in responsie op een eerste, respectievelijk tweede waarde van het ldoksignaal, middelen voor genereren van het kloksignaal in responsie op een spanning over de condensator.

Dergelijke zaagtandoscillatoren worden ondermeer toegepast in timer-schakelingen. De middelen voor genereren van het kloksignaal kunnen in de praktijk op diverse manieren zijn uitgevoerd, maar ze bevatten steeds een comparator die de spanning op de condensator vergelijkt met een referentiespanning en een ontlaadsignaal genereert zodra de referentiespanning is bereikt. Door de referentiespanning om te schakelen of door toepassing van een extra comparator (venstercomparator) en een tweede referentiespanning wordt de schakeling zelfoscillerend. De oscillatiefrekwentie wordt daarbij onder meer bepaald door de tijd die nodig is om de condensator met de eerste transistor op te laden tot de referentiespanning. Zelfs wanneer de condensator op zichzelf een nauwkeurige waarde heeft, bijvoorbeeld omdat deze als een discreet onderdeel is aangesloten op een verder geïntegreerde zaagtandoscillator, dan is toch nog de parasitaire capaciteit op de eerste condensatorklem een bron van onnauwkeurigheid; zeker als de externe condensator een relatief kleine waarde moet hebben. De parasitaire capaciteit Cpar wordt bepaald door de afmetingen en eigenschappen van met name de als stroombron geschakelde eerste transistor en de Miller-capaciteit van de eerste ontlaadtransistor. Verder spelen nog de bedradingscapaciteit en de ingangscapaciteit van de comparator die is aangesloten op de eerste condensatorklem een rol. Het gevolg is dat door ontwerp- en procestoleranties de frekwentie van de bekende zaagtandoscillator niet geheel vast ligt.

De gevolgen kunnen nu volgens de uitvinding gereduceerd worden doordat de zaagtandoscillator verder omvat: een tweede transistor van eenzelfde type als de eerste transistor, voorzien van een hoofdstroompad met gesperde stroomdoorvoer, een tweede ontlaadtransistor van eenzelfde type als de eerste ontlaadtransistor, met een tweede hoofdelektrode welke in een knooppunt is gekoppeld met het hoofdstroompad van de tweede transistor, en met een eerste hoofdelektrode en een stmirelektrode welke zijn verbonden met respectievelijk de eerste hoofdelektrode en de stuurelektrode van de eerste ontlaadtransistor, een eerste stroombron welke is gekoppeld met het knooppunt voor levering van een eerste stroom, een referentiespanningsbron, een comparator met een eerste ingang welke is aangesloten op het knooppunt, met een tweede ingang welke is aangesloten op de referentiespanningsbron en met een uitgang voor levering van een in hoofdzaak tweewaardig vergelijkingssig-naal, waarvan een eerste, respectievelijk tweede waarde aangeeft dat de spanning op de eerste ingang kleiner is dan de spanning op de tweede ingang, een tweede stroombron voor levering van een tweede stroom, een stroomschakelaar voor doorlaten van de tweede stroom naar de eerste condensatorldem in responsie op een overgang van de eerste waarde naar de tweede waarde van het kloksignaal en voor verhinderen van de tweede stroom naar de eerste condensatorldem in responsie op een overgang van de eerste naar de tweede waarde van het vergelijkingssignaal.

De tweede transistor en de tweede ontlaadtransistor zijn samen een kopie van de eerste transistor en de eerste ontlaadtransistor, zodat de parasitaire capaciteit op het knooppunt nagenoeg even groot is als de parasitaire capaciteit op de eerste condensatorldem. De tweede transistor is zodanig geschakeld dat er geen stroom door vloeit en fungeert als dummy. De tweede transistor en de tweede ontlaadtransistor vormen samen met de eerste stroombron, de referentiespanningsbron, de comparator, de tweede stroombron en de stroomschakelaar een ladingspomp die de lading die zou verdwijnen in de parasitaire capaciteit Cpar aanvult met een vrijwel even grote compensatielading. De invloed van de parasitaire capaciteit Cpar wordt daardoor vrijwel teniet gedaan. De met het knooppunt verbonden componenten van de ladingspomp, in het bijzonder de tweede transistor en de tweede ontlaadtransistor, mogen ook geschaalde versies zijn van de overeenkomstige componenten van de zaagtandoscillator. Hierdoor daalt de parasitaire capaciteit op het knooppunt met een bepaalde schaalfactor, maar dit kan worden vereffend door een aangepaste verhouding van de tweede stroom 12 en de eerste stroom II. De invloed van de ingangscapaciteit van de comparator in de middelen voor genereren van het kloksignaal kan worden vereffend door voor de ladingspomp een comparator te kiezen met een ongeveer even grote ingangscapaciteit.

Deze en andere aspecten van de uitvinding zullen worden beschreven en toegelicht onder verwijzing naar bijgaande tekening, waarin

Figuur 1 een functioneel blokschema van switched capacitor ladingspomp volgens de uitvinding toont,

Figuur 2 diagrammen van signalen toont ter toelichting van de werking van de switched capacitor ladingspomp van figuur 1,

Figuur 3 en figuur 4 uitvoeringsvormen tonen van een switched capacitor ladingspomp volgens de uitvinding,

Figuur 5, figuur 6 en figuur 7 details tonen van alternatieve uitvoerings-i vormen van de uitvoeringsvorm van figuur 4, en

Figuur 8 een zaagtandoscillator toont welke is voorzien van een switched capacitor ladingspomp volgens de uitvinding.

In deze figuren zijn onderdelen of elementen met dezelfde functie of betekenis aangeduid met gelijke verwijzingstekens.

Figuur 1 toont het blokschema van een ladingspomp volgens de uitvinding. In de ladingspomp treden een aantal signalen op, waarvan de signaalvormen zijn weergegeven in figuur 2. Een eerste condensatorldem 2 van een condensator 4 is verbonden met een eerste stroombron 6 welke de condensator 4 oplaadt met een eerste stroom II, waarbij de condensatorspanning Vc over de condensator 4 toeneemt met de tijd. De tweede condensatorldem 8 is met de signaalmassa verbonden. De eerste con-densatorklem 2 is verbonden met een eerste ingang 10 van een comparator 12, waarvan een tweede ingang 14 is verbonden met een referentiespanningsbron 16 die een referentiespanning Vref levert ten opzichte van massa. De comparator 12 is voorzien van een uitgang 18 voor levering van een tweewaardig vergelijkingssignaal Vcomp dat een lage, respectievelijk hoge waarde aanneemt als de condensatorspanning Vc op de eerste ingang kleiner, respectievelijk groter is dan de referentiespanning Vref op de tweede ingang 14. De condensator 4 wordt periodiek ontladen door een ontlaadschake-laar 20 die is aangesloten op de eerste condensatorldem 2 en de tweede condensatorldem 8. De ontlaadschakelaar 20 wordt bestuurd door een kloksignaal CS van een kloksig-naalbron 22, waarbij een hoge, respectievelijk lage waarde van het kloksignaal CS de ontlaadschakelaar respectievelijk doet sluiten en openen. Een stroomschakelaar 24 is voorzien van een stroomingang 26, een uitgangsldem 28 voor levering van een uitgangs- stroom lout en van een eerste stuuringang 30 en een tweede stuuringang 32, waarop respectievelijk het vergelijkingssignaal Vcomp en het Moksignaal CS zijn aangesloten.

De stroomingang 26 is aangesloten op een tweede stroombron 34 welke een tweede stroom 12 levert aan de stroomschakelaar 24.

De stroomschakelaar 24 laat de tweede stroom 12 door naar de uitgangs-klem 28 na een neergaande flank van het Moksignaal CS, dat wil zeggen vanaf het moment dat de condensator 4 weer wordt opgeladen door de eerste stroombron 6. De uitgangsstroom lout heeft dan de waarde 12. De stroomschakelaar 24 verhindert de stroomtoevoer naar de uitgangsMem 28 bij een opgaande flank van het vergelijkingssignaal Vcomp, dat wil zeggen, wanneer de condensatorspanning Vc de referentiespanning Vref passeert. De uitgangsstroom lout daalt dan weer naar nul. Dit dalen kan abrupt, dan wel geleidelijk; de stroom lout moet in ieder geval tot nul zijn gedaald bij de eerstvolgende neergaande flank van het Moksignaal CS. De tijd die verstrijkt tussen twee neergaande flanken in het Moksignaal CS is de periodeduur T. Vanaf de neergaande flank in het Moksignaal CS tot de opgaande flank in het vergelijkingssignaal Vcomp loopt er een stroom II naar de condensator 4, waarbij de condensatorspanning Vc toeneemt tot Vref. De lading dQ in de condensator 4 is dan gelijk aan C * Vref, waarbij C de capaciteit is van de condensator 4. De uitgangsstroom lout is gedurende die tijd evenredig met de eerste stroom II, want dan geldt: lout = 12 = (12/11) * II.

De uitgangsstroom lout representeert over elke periodeduur T derhalve een ladingspak-ket dQ dat gelijk is aan: <

De daling van de uitgangsstroom lout van de waarde 12 naar nul mag ook geleidelijk verlopen. Als dit verloop symmetrisch is rondom de opgaande flank van het vergelijMngssignaal Vcomp, dan maakt dit voor de grootte van het ladingspakket dQ niet uit, omdat de integraal van de uitgangsstroom lout over een hele periodeduur T daardoor niet verandert.

Figuur 3 toont een eerste uitvoeringsvorm van de ladingspomp. De eerste stroombron 6 en de tweede stroombron 34 uit het blokschema van figuur 1 zijn hier uitgevoerd als een PMOS transistor 36 en een PMOS transistor 38 die als stroombron zijn geschakeld en met een als diode geschakelde PMOS transistor 40 een stroomspiegel vormen. De sources van de PMOS transistors 36, 38 en 40 zijn verbonden met een positieve voedingsMem 40 en de gates van deze transistors, alsmede de drain van PMOS transistor 40 zijn verbonden met een instelstroombron 44 die een stroom Ib levert. Door schaling van de PMOS transistors 36, 38 en 40 kan de onderlinge verhouding tussen de stromen II door PMOS transistor 36 en 12 door PMOS transistor 38 worden vastgesteld. De drain van de PMOS transistor 36 is verbonden met de eerste condensatorldem 2 van de condensator 4, waarvan de tweede condensatorklem 8 met massa is verbonden. De onlaadschakelaar 20 uit het blokschema van figuur 1 is uitgevoerd als een NMOS transistor 46, waarvan de source, drain en gate zijn verbonden met respectievelijk de tweede condensatorklem 8, de eerste condensatorklem 2 en de kloksignaalbron 22 voor ontvangst van het Idoksignaal CS. De ladingspomp is verder voorzien van een referentiespanningsbron 16 en een comparator 12 die op soortgelijke wijze zijn aangesloten als getoond in figuur 1. De in figuur 1 getoonde stroomscha-kelaar 24 omvat de PMOS transistors 48 en 50 en de NMOS transistor 52. De sources van de PMOS transistors 48 en 50 zijn verbonden met de drain van PMOS transistor 38. De gate van PMOS transistor 48 is verbonden met de uitgang 18 van de comparator 12. De gate van PMOS transistor 50 is via een inverter 54 met de uitgang 18 verbonden, zodat van de twee PMOS transistors 48 en 50 er slechts één geleidt. De drain van de PMOS transistor 48 is verbonden met de uitgang 28 en de drain van de PMOS transistor 50 is met massa verbonden. De source, drain en gate van de NMOS transistor 52 zijn verbonden met respectievelijk massa, de drain van PMOS transistor 48 en de kloksignaalgenerator 22 voor ontvangst van het kloksignaal CS. Zoals blijkt uit figuur 2, wordt het vergelijkingssignaal Vcomp tijdens het ontladen van condensator 4 laag, waardoor de stroom 12 door PMOS transistor 48 wordt doorgelaten naar de uitgangs-klem 28. De NMOS transistor 52 sluit echter de stroomtoevoer kort naar massa gedurende het ontladen van condensator 4. Hierdoor wordt bereikt dat de stroom lout in de uitgangsklem 28 de gedaante heeft zoals weergegeven in figuur 2.

De uitvoeringsvorm van de ladingspomp van figuur 3 kan vereenvoudigd worden door de PMOS transistors 48 en 50 zowel als comparator en als stroomschake-laar te laten fungeren. Het resultaat is weergegeven in figuur 4. De gate van de PMOS transistor 48 is nu direct verbonden met de eerste condensatorklem 2 en de gate van de PMOS transistor 40 is direct verbonden met de referentiespanningsbron 16. Op de uitgang 28 is bij wijze van voorbeeld een condensator 56 aangesloten die door de ladingspomp met ladingspakketten dQ wordt geladen. Een diode 58 voorkomt in dat geval dat de condensator 56 ongewild wordt ontladen door de NMOS transistor 52. Nadat de condensator 56 is opgeladen, kan deze desgewenst ook weer worden ontladen met ladingspakketten dQ. Hiertoe is voorzien door de NMOS transistors 60, 62 en 64 en de keuzeschakelaar 66. De NMOS transistors 62 en 64 zijn als stroomspiegel geschakeld, waarbij drain van NMOS transistor 64, die fungeert als uitgang van de stroomspiegel, is verbonden met de uitgangsklem 28. De drain van NMOS transistor 62, die fungeert als ingang van de stroomspiegel is via het hoofdstroompad van de NMOS transistor 60 verbonden met de drain van de PMOS transistor 48. De gate van de NMOS transistor 60 kan met de keuzeschakelaar 66 met massa (stand a) of met de positieve voedingsklem 42 (stand b) worden verbonden. In stand b geleidt de NMOS transistor 60 en vloeit de stroom 12 via de stroomspiegel naar de uitgangsklem 28, zodat de condensator 56 wordt ontladen. In stand a is de stroomspiegel niet werkzaam en wordt de condensator 56 opgeladen.

Figuur 5 toont een eerste variant van de schakeling van figuur 4, waarbij de drain van de PMOS transistor 48 via het hoofdstroompad van een PMOS transistor 68 met de uitgangsklem 28 is verbonden. De gate van de PMOS transistor 68 is aangesloten op het kloksignaal CS, zodat deze transistor als serieschakelaar fungeert die de stroomtoevoer naar de uitgangsklem 28 blokkeert tijdens het ontladen van de condensator 4.

Figuur 6 toont een tweede variant van de schakeling van figuur 4. De verhindering van de stroomlevering naar de uitgangsklem 28 komt nu tot stand met een NMOS transistor 70, waarvan de source, drain en gate zijn verbonden met respectievelijk massa, de drain van PMOS transistor 38 en het kloksignaal CS.

Figuur 7 toont een derde variant van de schakeling van figuur 4. De verhindering van de stroomlevering naar de uitgangsklem 28 komt hier tot stand met een PMOS transistor 72, waarvan de source, drain en gate zijn verbonden met respectievelijk de drain van PMOS transistor 38, de sources van de PMOS transistors 48 en 50 en het kloksignaal CS. Verder is getoond dat de stroom lout desgewenst via een stroomspiegel 74 afgenomen kan worden.

Figuur 8 toont een zaagtandoscillator waarin de ladingspomp wordt toegepast. De eigenlijke zaagtandoscillator is van een bekend type en omvat een als stroombron geschakelde PMOS transistor 80, een een condensator 82 met een eerste condensatorklem 84 en een tweede condensatorklem 86, een NMOS transistor voor het ontladen van de condensator 82, een referentiespanningsbron 90 en een Woksignaalgene-rator 92 die een kloksignaal CS opwekt. De kloksignaalgenerator 92 omvat een comparator 94 die de spanning op de eerste condensatorldem 84 vergelijkt met de referentiespanning Vref van de referentiespanningsbron 90. De comparator 94 triggert een one-shot generator 96, waarvan het uitgangssignaal fungeert als kloksignaal. In plaats van de comparator 94 en de one-shot generator 96 kan ook op bekende wijze een venstercomparator worden toegepast. De source en drain van de PMOS transistor 80 zijn verbonden met respectievelijk de eerste condensatorklem 84 en de positieve voedingsklem 42. De gate van de PMOS transistor 80 kan op dezelfde manier van spanning worden voorzien als getoond voor de PMOS transistor 36 in figuur 3. De tweede condensatorklem 86 is met massa verbonden. De drain, source en gate van de NMOS transistor 88 zijn verbonden met respectievelijk de tweede condensatorklem 86, de eerste condensatorklem 84 en het kloksignaal CS van de kloksignaalgenerator 92. De periodeduur T en dus ook de frekwentie van de zaagtandoscillator wordt onder meer bepaald door de tijd die nodig is de condensator 82 op te laden tot de referentiespanning Vref. De laadstroom Ich van de als stroombron geschakelde PMOS transistor 80 vloeit behalve naar de condensator 82 ook voor een gedeelte naar een parasitaire condensator 98 die aanwezig is op de eerste condensatorklem 84. De periodeduur T zal dus langer zijn dan verwacht mocht worden. Dit effect uit zich des te meer, wanneer de capaci-teitswaarde van de parasitaire condensator 98 niet meer te verwaarlozen is ten opzichte van de capaciteitswaarde van de condensator 82. De parasitaire capaciteit wordt onder meer gevormd door de uitgangscapaciteit van de PMOS transistor, de Miller-capaciteit van de NMOS-transistor 88 en de bedradingscapaciteit.

De ladingspomp omvat de PMOS transistor 46, de eerste stroombron 6, de comparator 12, de tweede stroombron 34 en de stroomschakelaar 24 die op dezelfde wijze zijn aangesloten tussen massa en de positieve voedingsklem 42, zoals getoond in de figuren 1 en 3. De uitgangsklem 28 is verbonden met de eerste condensatorklem 84. De NMOS transistor 46 is in een knooppunt 100 verbonden met de eerste stroombron 6, de eerste ingang 10 van de comparator 12 en met de drain van een PMOS transistor 102 waarvan zowel de source als de gate zijn verbonden met de positieve voedingsklem 42. De PMOS transistor is een kopie van de PMOS transistor 80, maar levert geen stroom aan het knooppunt 100. De NMOS transistor 46 is een kopie van de NMOS transistor 88. De capaciteit van de parasitaire condensator 104 op het knooppunt 104 is dan nagenoeg gelijk aan de capaciteit van de parasitaire condensator 98 op de eerste kondensatorklem 84. De parasitaire condensatoren 98 wordt opgeladen tot de referen- tiespanning Vref. Door nu dezelfde referentiespanning te gebruiken bij de ladingspomp, zal de parasitaire condensator 104 eenzelfde lading bevatten als de parasitaire capaciteit 98. Door nu de stroom lout toe te voeren naar de eerste condensatorldem 84, zal de lading die anders in de parasitaire condensator 98 zou vloeien, worden vereffend door de ladingspomp. Aldus wordt de invloed van de parasitaire condensator sterk gereduceerd.

De ladingspomp kan worden gerealiseerd met de reeds getoonde en besproken uitvoeringsvoorbeelden. Bij toepassing van de ladingspomp van figuur 4 zijn de diode 58 en de transistors 60, 62 en 64 niet nodig. Ook de NMOS transistor 52 is niet nodig omdat de NMOS transistor 88 dezelfde functie vervult. Bij toepassing van de ladingspomp van figuur 6 kan de diode 58 worden weggelaten.

Door voor de comparatoren 94 en 12 te kiezen voor eenzelfde type wordt de onderlinge gelijkheid van de parasitaire condensatoren 98 en 104 nog verder vergroot en dus ook de nauwkeurigheid waarmee de invloed van de parasitaire condensator 98 wordt gereduceerd. De NMOS transistor 46 en de PMOS transistor 102 kunnen ook geschaalde versies zijn van de overeenkomsige transistors 88 en 80. Hetzelfde is mogelijk met de comparatoren 94 en 12. De daarmee gepaard gaande vermindering van de capaciteit van de parasitaire condensator 104 kan worden verrekend door een passende verhouding te kiezen voor de stromen 12 en II.

De uitvinding is niet beperkt tot de getoonde uitvoeringsvoorbeelden. In plaats van of samen met de getoonde unipolaire transistoren kunnen ook bipolaire transistors worden toegepast, waarbij dan de emitter, collector en basis de plaats innemen van de source, drain en gate.

Claims

1. Switched capacitor ladingspomp omvattend: een condensator (4) met een eerste condensatorldem (2) en een tweede condensatorklem (8), oplaadmiddelen (6), gekoppeld met de eerste condensatorklem (2), voor opladen van de condensator (4), een ontlaadschakelaar (20), gekoppeld met de eerste (2) en de tweede (8) condensatorklem, voor herhaald ontladen van de condensator (4) door sluiten en openen van de ontlaadschakelaar (20) in responsie op een eerste, respectievelijk tweede waarde van een tweewaardig periodiek kloksignaal (CS) van een kloksignaalbron (22), met het kenmerk, dat de oplaadmiddelen een eerste stroombron (6) omvatten welke is gekoppeld met de eerste condensatorklem (2) voor levering van een eerste stroom (II) aan de condensator (4), en dat de switched capacitor ladingspomp verder omvat: een referentiespanningsbron (16), een comparator (12) met een eerste ingang (10) welke is aangesloten op de eerste condensatorklem (2), met een tweede ingang (14) welke is aangesloten op de referentiespanningsbron (16) en met een uitgang (18) voor levering van een in hoofdzaak tweewaardig vergelijkingssignaal (Vcomp), waarvan een eerste, respectievelijk tweede waarde aangeeft dat de spanning (Vc) op de eerste ingang (10) kleiner, respectievelijk groter is dan de spanning op de tweede ingang (14), een tweede stroombron (34) voor levering van een tweede stroom (12), een uitgangsldem (28), een stroomschakelaar (24) voor doorlaten van de tweede stroom (12) naar de uitgangsklem (28) in responsie op een overgang van de eerste waarde naar de tweede waarde van het kloksignaal (CS) en voor verhinderen van de tweede stroom (12) naar de uitgangsklem (28) in responsie op een overgang van de eerste naar de tweede waarde van het vergelijkingssignaal (Vcomp).

2. Switched capacitor ladingspomp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de comparator (12) en de stroomschakelaar (24) omvatten: een eerste (48) en een tweede (50) transistor, welke als verschilpaar zijn geschakeld, en . een derde transistor (52), elke transistor voorzien van een eerste hoofdelektrode, een tweede hoofdelektrode en een stuurelektrode, waarbij de eerste hoofdelektroden van de eerste (48) en de tweede (50) transistor met de tweede stroombron (34), de stuurelektrode van de eerste (48) en tweede (50) transistor met respectievelijk de eerste condensa-torklem (2) en de referentiespanningsbron (16), de tweede hoofdelektrode van de tweede transistor (50) met een eerste Idem (8) voor levering van een vaste potentiaal, de tweede hoofdelektrode van de eerste transistor (48) met de uitgangsklem (28) is gekoppeld, en waarbij de eerste hoofdelektrode, de tweede hoofdelektrode en de stuurelektrode van de derde transistor (52) zijn gekoppeld met respectievelijk de tweede hoofdelektrode van de eerste transistor (48), een tweede klem (8) voor levering van een vaste potentiaal en de ldoksignaalbron (22).

3. Switched capacitor ladingspomp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de comparator (12) en de stroomschakelaar (24) omvatten: een eerste (48) en een tweede transistor (50), welke als verschilpaar zijn geschakeld, en een derde transistor (68), elke transistor voorzien van een eerste hoofdelektrode, een tweede hoofdelektrode en een stuurelektrode, waarbij de eerste hoofdelektroden van de eerste (48) en de tweede (50) transistor met de tweede stroombron (34), de stuurelektrode van de eerste (48) en tweede transistor (50) met respectievelijk de eerste condensa-torklem (2) en de referentiespanningsbron (16), de tweede hoofdelektrode van de tweede transistor (50) met een eerste klem voor levering van een vaste potentiaal (8), de tweede hoofdelektrode van de eerste transistor (48) met de eerste hoofdelektrode van de derde transistor (68) is gekoppeld, en waarbij de tweede hoofdelektrode en de stuurelektrode van de derde transistor (68) zijn gekoppeld met respectievelijk de uitgangsklem (28) en de ldoksignaalbron (22).

4. Switched capacitor ladingspomp volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de comparator (12) en de stroomschakelaar (24)omvatten: een eerste (48) en een tweede (50) transistor, welke als verschilpaar zijn geschakeld, en een derde transistor (70), elke transistor voorzien van een eerste hoofdelektrode, een tweede hoofdelektrode en een stuurelektrode, waarbij de eerste hoofdelektroden van de eerste (48) en de tweede (50) transistor in een knooppunt met de tweede stroombron (34), de stuurelektrode van de eerste (48) en tweede (50) transistor met respectievelijk de eerste condensatorklem (2) en de referentiespanningsbron (16), de tweede hoofdelektrode van de tweede transistor (50) met een eerste klem voor levering van een vaste potentiaal (8), de tweede hoofdelektrode van de eerste transistor met de uitgangsklem (28) is gekoppeld, en waarbij de eerste hoofdelektrode, de tweede hoofdelektrode en de stuurelektrode van de derde transistor (70) zijn gekoppeld met respectievelijk het knooppunt, een tweede klem (8) voor levering van een vaste potentiaal en de kloksig-naalbron (22).

5. Switched capacitor ladingspomp volgens conclusie 2 of 4, met het kenmerk, dat de uitgang (28) is gekoppeld met de tweede hoofdelektrode van de eerste transistor (48) via een diode (58).

6. Zaagtandoscillator omvattend: een condensator (82) met een eerste condensatorklem (84) en een tweede condensatorklem (86), een als stroombron geschakelde eerste transistor (80) waarvan een hoofdgeleidingspad is gekoppeld met de eerste condensatorklem (84) voor opladen van de condensator (82), een eerste ontlaadtransistor (88) met een eerste en een tweede hoofdelektrode welke zijn gekoppeld met respectievelijk de tweede (84) en de eerste (84) condensatorklem, en met een stuurelektrode welke is aangesloten voor ontvangst van een tweewaardig periodiek kloksignaal (CS) voor herhaald ontladen van de condensator (82) door in en uit geleiding brengen van de eerste ontlaadtransistor (88) in responsie op een eerste, respectievelijk tweede waarde van het kloksignaal (CS), middelen (92) voor genereren van het kloksignaal (CS) in responsie op een spanning over de condensator (82), met het kenmerk, dat de zaagtandoscillator verder omvat: een tweede transistor (102) van eenzelfde type als de eerste transistor (80), voorzien van een hoofdstroompad met gesperde stroomdoorvoer, een tweede ontlaadtransistor (46) van eenzelfde type als de eerste ontlaadtransistor (88), met een tweede hoofdelektrode welke in een knooppunt (100) is gekoppeld met het hoofdstroompad van de tweede transistor (102), en met een eerste hoofdelektrode en een stuurelektrode welke zijn verbonden met respectievelijk de eerste hoofdelektrode en de stuurelektrode van de eerste ontlaadtransistor (88), een eerste stroombron (6) welke is gekoppeld met het knooppunt (100) voor levering van een eerste stroom (II), een referentiespanningsbron (90), een comparator (12) met een eerste ingang (10) welke is aangesloten op het knooppunt (100), met een tweede ingang (14) welke is aangesloten op de referentie-spanningsbron (90) en met een uitgang (18) voor levering van een in hoofdzaak tweewaardig vergelijkingssignaal (Vcomp), waarvan een eerste, respectievelijk tweede waarde aangeeft dat de spanning op de eerste ingang (10) kleiner is dan de spanning op de tweede ingang (14), een tweede stroombron (34) voor levering van een tweede stroom (12), een stroomschakelaar (24) voor doorlaten van de tweede stroom (12) naar de eerste condensatorldem (84) in responsie op een overgang van de eerste waarde naar de tweede waarde van het kloksignaal (CS) en voor verhinderen van de tweede stroom (Γ2) naar de eerste condensatorklem (84) in responsie op een overgang van de eerste naar de tweede waarde van het vergelijkingssignaal (Vcomp).