SE522959C2

SE522959C2 - Laddningspump av lågläckagetyp

Info

Publication number: SE522959C2
Application number: SE0201158A
Authority: SE
Inventors: Fredrik Jonsson
Original assignee: Spirea Ab
Priority date: 2002-04-16
Filing date: 2002-04-16
Publication date: 2004-03-16
Also published as: SE0201158L; SE0201158D0; WO2003088494A1; AU2003224527A1

Description

25 30 35 :a :;v| 522 959 o | Q ø v. a komma in i lågpassfiltret och förändra styrspänningen hos nämnda VCO, vilket resulterar i det faktum att utfrekven- sen hos nämnda VCO kommer att förändras.

Sammanfattning av uppfinningen Ett syfte med föreliggande uppfinning är därför att minska läckströmmen som förknippas med laddningspumpen, när laddningspumpen kopplas bort från filtret.

Detta syfte uppnås med en krets som är anslutbar till en laddningspump för att minska läckströmmen som förknippas med laddningspumpen. Kretsen innefattar en mätanordning, en första switch och en andra switch.

Mätanordningens ingång är ansluten till laddningspumpens nod från vilken en last matas, den första switchen är ansluten mellan noden och mätanordningens utgång. Den första switchen är också ansluten till ett substrat på vilket mätanordningen är anordnad och den andra switchen är ansluten mellan mätanordningens utgång och substratet.

Alternativt kan mätanordningen och den andra switchen kombineras i en enda komponent, varigenom en mätanordning med en omkopplingsbar utgång bildas. Den första switchen är anordnad att vara i sitt icke ledande tillstànd när laddningspumpen är bortkopplad från lasten, den andra switchen är anordnad att vara i sitt ledande tillstånd när laddningspumpen är bortkopplade från lasten och mätanordningen är anordnad att driva spänningsfallet över en huvudströmbana hos den första switchen till noll och/eller att driva spänningsfallet över en strömsamlande elektrod hos den första switchen och substratet till noll när den första switchen är i sitt icke ledande tillstånd.

Läckströmmen som förknippas med laddningspumpen minskas därmed. Föredragna utföringsformer definieras av de beroende kraven.

Uppfinningen baseras på idén att spänningen mäts i noden från vilken en laddningspumps last laddas upp eller laddas ur. Eftersom noden är ansluten till den första switchen och till mätanordningens ingång och eftersom den 10 15 20 25 30 35 o » u o u: 522 959 š'=§"='-.____f första switchen såväl som mätanordningen, via den andra switchen, är anslutna till substratet, är de parallell- kopplade. Mätanordningen mäter nodens potential. När laddningspumpen är bortkopplad från lasten, så driver mätanordningen sin utgång till samma potential som sin ingång. Genom utnyttjande av denna teknik kan en läck- ström minskas som i strukturen enligt känd teknik drivs via noden in i den första switchen, pà grund av ett spänningsfall på väljaringàngen. Mätanordningen kommer att tvinga sin utgång till samma potential som sin ingång, och motsvarande läckström produceras nu och drivs av mätanordningens utgång istället. Således drivs ingen läckström via noden.

Enligt en utföringsform av uppfinningen innefattar mätanordningen som används en operationsförstärkare anordnad i en spänningsföljarkonfiguration. I denna konfiguration kommer förstärkarens utsignal att följa insignalen. I kretsen enligt uppfinningen används både PMOS- och NMOS-transistorer. fall är dess kollektor ansluten till noden från vilken I den första transistorns laddningspumpen laddas upp eller laddas ur. Genom styrning av strömöverföringen genom denna transistor är det möjligt att styra uppladdningen och urladdningen av laddningspumpens last. I det fall transistorn är en NMOS- transistor är nämnda kollektor ansluten till en n-dopad anslutning. Följaktligen, i det fall transistorn är en PMOS-transistor är nämnda kollektor ansluten till en p- dopad anslutning. I en konventionell laddningspump kommer ett spänningsfall att ske över denna anslutning och den första transistorns p-dopade substrat (för en NMOS- transistor), vilket resulterar i en läckström in i övergången mellan det n-dopade och det p-dopade materia- let. När laddningspumpen kopplas bort från lasten är denna första transistor i ett icke ledande tillstånd.

Förstärkarens ingång är ansluten till uppladdnings- /urladdningsnoden och den andra transistorns kollektor är ansluten till förstärkarens utgång. Denna andra 10 15 20 25 30 35 522 959 transistor är i ledande tillstånd när laddningspumpen är bortkopplad från lasten. När den andra transistorn leder kommer förstärkaren att driva substratet till samma potential som det n-dopade materialet, vilket orsakar det tidigare nämnda spänningsfallet att uppstå vid förstärka- rens utgång, och förstärkarens utgång kommer att driva läckströmmen istället. Därför kommer ingen läckström att dras fràn filtret och drivas in i pn-övergången vid den första transistorns kollektor, vilken ström annars skulle orsaka styrspänningen för nämnda VCO att förändras.

Förändringen i styrsignalen som appliceras skulle orsaka utfrekvensen från nämnda VCO att förändras.

Ytterligare särdrag hos och fördelar med föreliggan- de uppfinning kommer att tydliggöras när de bifogade kraven och den följande beskrivningen studeras.

Kort beskrivning av ritningarna Utföringsformer av föreliggande uppfinning kommer att beskrivas mer noggrant med hänvisning till de medföl- jande ritningarna, i vilka: fig. 1 visar en typisk PLL-konfiguration innefattan- de en laddningspump i vilken föreliggande uppfinning med fördel kan användas; fig. 2 visar den grundläggande strukturen för en NMOS-transistor; fig. 3 visar en laddningspump enligt en utförings- form av uppfinningen och en last i form av ett slingfil- ter anslutet till laddningspumpen; och fig. 4 visar kretsen anligt uppfinningen och struk- turen av en transistor enligt uppfinningen.

Detaljerad beskrivning av föreliggande uppfinning Ett typiskt användningsområde för en VCO 1 är i en PLL. Ett exempel därpå visas i fig. 1. I nämnda PLL är utgången pà nämnda VCO l ansluten till ingången på en programmerbar delare 2. Den programmerbara delarens utgång är ansluten till en första ingång pà en fas- 10 15 20 25 30 35 u n.. . 522 959 n n canon 5 /frekvensdetektor 3. En andra ingång på detektorn 3 tar emot en referensfrekvens till vilken nämnda PLL skall låsa. Fas-/frekvensdetektorn 3 detekterar fas-/frekvens- skillnaden mellan VCO-signalen och referenssignalen. En fas-/frekvensdetektor fungerar som en fasdetektor under låsning och en frekvensdetektor när slingan inte är låst.

Detektorns 3 utgångar är anslutna till en laddningspump 4 och applicerar uppladdnings- och urladdningssignaler till laddningspumpen 4 beroende på skillnaden mellan VCO- signalen och referenssignalen. Laddningspumpen 4 inne- fattar en uppladdningsswitch 6 som styrs av uppladd- ningssignalen från detektorn 3, en laddningsströmkälla 8 ansluten till uppladdningsswitchen 6, en urladdnings- switch 7 styrd av urladdningssignalen från detektorn 3, en urladdningsströmkälla 9 ansluten till urladdnings- switchen 7 etc. Om VCO-signalens frekvens är högre än referenssignalens frekvens, så kommer en urladdnings- signal att appliceras och om VCO-signalens frekvens är lägre än referenssignalens frekvens, så kommer en upp- laddningssignal att appliceras. Laddningspumpen omvandlar uppladdnings- och urladdningssignalerna till en styr- spänning för nämnda VCO med hjälp av ett slingfilter 5.

En uppladdningssignal kommer att sluta uppladdnings- switchen 6 och således kommer en ström att ladda upp filtret. En urladdningssignal kommer att sluta urladd- ningsswitchen 7 och följaktligen kommer filtret att ladda ur till jord. Slingfiltrets 5 utgång är ansluten till en andra ingång på nämnda VCO 1, varvid nämnda VCO l förses med en styrspänningssignal som ställer in bärvàgsfrekven- sen på utsignalen Vut för nämnda VCO l. En första ingång pà nämnda VCO l tar emot en modulerande spänningssignal.

Utgången från nämnda PLL, d.v.s. utgången Vut från nämnda VCO 1, är ansluten till en effektförstärkare, en blandare eller liknande hos radiokommunikationsanordningen i vilken nämnda PLL är monterad. _ Som nämnts i det föregående, när det är önskvärt att använda nämnda VCO 1 för generering av endast en 10 15 20 25 30 35 <4) » . n. . q _ , ._ _ _ _! _. _ u: ..._ n n . . , . ß. . . . , , , ° ' I -v n. n. .. . f I I! g Q ' I a- u u . ,° " ' - .. ._ .. ; ; moduleringssignal, är det nödvändigt att öppna nämnda PLL eftersom den annars kommer att försöka låsa på module- ringssignalen. Detta sker genom bortkoppling av ladd- ningspumpen 4 från slingfiltret 5. Det är önskvärt att mängden läckström som produceras av laddningspumpen 4 är liten, eftersom denna ström kommer att komma in i sling- filtret 5 och producera en spänning till nämnda VCO vilket resulterar i det faktum att frekvensen av utsig- nalen Vut från nämnda VCO 1 förändras.

I fig. 2 visas strukturen av en NMOS-transistor. När relativa dopningskoncentrations i material betecknas är det vanligt att använda symbolerna - och +. Således skulle ett lätt dopat p-material betecknas p', vilket kan ses i fig. 2. Ett tungt dopat p-material skulle följakt- ligen betecknas p*. Transistorn T som indikeras av den streckade rektangeln i fig. 2 innefattas i urladdnings- switchen 7 i fig. 1. Uppladdningsswitchen 6 implementeras med hjälp av PMOS-transistorer. På grund av transistorns kollektorpotential kommer en potentialskillnad mellan materialet av n-typ och materialet av p-typ att uppstå och detta spänningsfall V över pn-övergången mellan nämnda kollektor och substratet kommer att resultera i en läckström in i övergången. Detta behöver inte vara ett problem när transistorn befinner sig i sitt ledande tillstànd, eftersom läckströmmen normalt är relativt liten jämfört med strömmen som flyter genom transistorn.

Dock är denna läckström, när transistorn befinner sig i sitt icke ledande tillstànd, jämförelsevis stor, eftersom strömflödet genom transistorn är praktiskt taget noll.

Läckströmmen kommer att ladda upp eller ladda ur sling- filtret något, vilket resulterar i en liten förändring i styrspänningen som matas till nämnda VCO och således kommer utfrekvensen från nämnda VCO att påverkas. För att eliminera denna svaghet hos laddningspumpar enligt känd teknik, så introduceras kretsen enligt en utföringsform av uppfinningen i fig. 3. 10 15 20 25 30 35 n n... 522 959 a . . . ,. « . . » .n 7 Fig. 3 visar en laddningspump enligt en utförings- form av uppfinningen och ett slingfilter anslutet till laddningspumpen. En uppladdningssignal Pup och en urladdningssignal Pdn är anslutna fràn fas-/frekvens- detektorn (PFD) enligt fig. 1 till laddningspumpen. När nämnda PFD kräver att nämnda VCO ska öka frekvensen, sà kommer väljarna S5 och S4 att slutas, och S6 kommer att vara öppen, medan S2 och S1 kommer att vara öppna och S3 kommer att slutas. Styrsignalen Inv(Pup) för S6 är inversen av styrsignalen Pup för S5 och S4. Denna opera- tion åstadkommer filtret att laddas upp av strömgenera- torn 8, varvid en styrspänning Vctr genereras till nämnda VCO. Om nämnda PFD kräver att nämnda VCO ökar frekvensen, så kommer väljarna S2 och S1 att slutas och S3 kommer att vara öppen, medan S5 och S4 kommer att vara öppna och S6 kommer att slutas. Denna operation àstadkommer filtret att ladda ur genom väljarna S2 och S1. Öppning av väljarna S5, S4, S2 och S1 och slutning av väljarna S6 och S3 kommer att koppla bort laddningspumpen fràn filtret. Väljarna S5 och S1 i fig. 3 motsvarar väljarna 7 och 6 i fig. 1.

Fig. 4 kommer at visa ännu en vy av kretsen enligt en utföringsform av uppfinningen, vilken vy förklarar varför läckströmmen i pn-övergången mellan nämnda kollek- tor och substratet undviks när laddningspumpen kopplas bort fràn filtret. Precis som i fig. 2 så implementeras väljarna som visas i form av NMOS-transistorer. När S1 och S2 är öppna och S3 är sluten, så kopplas laddnings- pumpen bort frän filtret. En operationsförstärkare A med en förstärkning av 1 mäter potentialen pä transistorns kollektor (d.v.s. den strömsamlande elektroden) och driver transistorns emitter (d.v.s. den strömemitterande elektroden) till samma potential, vilket resulterar i ett spänningsfall över kollektor-emitter (d.v.s. en huvud- strömbana) pà noll. Detta kommer att minimera transis- torns kanalström. Förstärkaren driver också bulken, d.v.s. p-substratet, till samma potential. Eftersom n- 10 15 20 25 z: m.- 522 959 u I - . .~ 8 materialet och p-materialet mellan nämnda kollektor och substratet nu har samma potential, så kommer inget spänningsfall att uppstå över denna övergång. Dock kommer ett spänningsfall V att istället uppstå över övergången mellan nf-materialet och p'-materialet. En läckström kommer att flyta in i övergången, men denna gång drivs strömmen av operationsförstärkarens utgång. Följaktligen, och i motsats till vad som visas i fig. 2, så kommer inget spänningsfall att inträffa över pn-övergången vid transistorns S2 kollektor och således kommer inte sling- filtret att matas. Det ska noteras att i kretsen enligt föreliggande uppfinning används både PMOS-transistorer och NMOS-transistorer. I fig. 3 är transistorerna S4, S5 och S6 av PMOS-typ och transistorerna S1, S2 och S3 av NMOS-typ.

Det bör också noteras att istället för att använda en förstärkare med en switch ansluten till utgången, är det möjligt att använda en operationsförstärkare i vilken drivandet av utgången kan sättas ur stånd, t. ex. en så kallad kopplad operationsförstärkare. Nyckelsärdraget år att förstärkarens utgång kan frånkopplas, om så önskas. Även om uppfinningen har beskrivits med hänvisning till särskilda utföringsformer därav, kommer många olika förändringar, modifieringar och liknande att vara uppen- bara för fackmannen. De beskrivna utföringsformerna är därför inte avsedda att begränsa uppfinningens omfång, såsom det definieras av de bifogade patentkraven.

Claims

10 15 20 25 30 35 522 959 v p v u :- 9 PATENTKRAV

1. Krets som är anslutbar till en laddningspump för minskning av läckström som är förknippad med nämnda laddningspump, vilken krets innefattar en mätanordning med en omkopplingsbar utgång och en första switch, vilken mätanordnings ingång är ansluten till en nod hos ladd- ningspumpen, från vilken nod en last matas, vilken första switch är ansluten mellan nämnda nod och mätanordningens utgång och vilken första switch också är ansluten till ett substrat på vilket nämnda mätanordning är anordnad, varvid den första switchen är anordnad att vara i sitt icke ledande tillstånd när laddningspumpen är bortkopplad från lasten och varvid mätanordningen är anordnad att vara i sitt ledande tillstånd när laddningspumpen är bortkopplad från lasten och mätanordningen är anordnad att driva spänningsfallet över en huvudströmbana hos den första switchen till noll och/eller att driva spänningsfallet över en strömsamlande elektrod hos nämnda första switch och nämnda substrat till noll när nämnda första switch är i sitt icke ledande tillstånd, varvid läckströmmen som förknippas med laddningspumpen minskas.

2. Kretsen enligt krav 1, varvid nämnda mätanordning med en omkopplingsbar utgång är en förstärkare som har en andra switch ansluten till sin utgång, varvid nämnda första switch är en första transistor och nämnda andra switch är en andra transistor.

3. Kretsen enligt krav 2, varvid den första transis- torns strömsamlande elektrod är ansluten till den nod hos laddningspumpen från vilken en last matas, vilken första transistor är i sitt icke ledande tillstånd när ladd- ningspumpen är bortkopplad från lasten och varvid förstärkarens ingång är ansluten till nämnda nod och förstärkarens utgång är ansluten till den andra transis- torns strömsamlande elektrod och en strömemitterande elektrod hos den andra transistorn är ansluten till en 10 15 20 25 30 35 v o - . ,., 522 959 10 strömemitterande elektrod hos den första transistorn, vilken andra transistor är i sitt ledande tillstånd när laddningspumpen är bortkopplad från lasten och vilken andra transistor ansluter nämnda utgång på förstärkaren till den första transistorns substrat.

4. Kretsen enligt krav 1, varvid nämnda mätanordning med en omkopplingsbar utgång är en kopplad operationsförstärkare och nämnda första switch är en första transistor.

5. Kretsen enligt krav 4, varvid den första transistorns strömsamlande elektrod är ansluten till den nod hos laddningspumpen från vilken en last matas, vilken första transistor är i sitt icke ledande tillstånd när laddningspumpen är bortkopplad från lasten och varvid förstärkarens ingång är ansluten till nämnda nod och förstärkarens utgång är ansluten till den första transistorns strömemitterande utgång.

6. Kretsen enligt något av kraven 2-5, varvid transistorerna som används är NMOS-transistorer.

7. Kretsen enligt något av kraven 2-5, varvid transistorerna som används är PMOS-transistorer.

8. Kretsen enligt något av kraven 3-7, varvid huvudströmbanan innefattar kollektor-emitter-huvudbanan, den strömsamlande elektroden är en kollektorelektrod och den strömemitterande elektroden är en emitterelektrod.

9. Kretsen enligt något av kraven 2-8, varvid förstärkaren är ansluten i en spänningsföljarkonfigura- tion, varvid förstärkarens utgång bringas att följa ingången.