Chipentwicklung fu127 ur Pixel - Prof. Dr. Norbert Wermes ...

5. 3-Transistor-Ladungspumpe
Ladungspumpen sind Schaltungen, die eine de nierte Ladungsmenge in einen
bestimmten Knoten injizieren 1 . Einfache Ladungspumpen sind beispielsweise
eine getaktete Stromquelle, oder eine Kapazität, die zyklisch zwischen zwei
Potentialen hin und hergeschaltet wird (Abbildung 5.1). Der Integrator des
CIX-Prototypchips setzt eine Ladungspumpe zum Entladen einer Integrationskapazität
ein (siehe Kapitel 3.2). Für diese Anwendung wurde eine
sogenannte 3-Transistor-Ladungspumpe entwickelt die im Folgenden genauer
beschrieben werden soll. Die beiden anderen Typen der Ladungspumpe
stehen auf dem CIX-Chip ebenfalls alternativ zur Auswahl.
C
Abbildung 5.1: Eine getaktete Stromquelle und eine switched-capacitor-
Ladungspumpe sind bereits auf dem CIX-Chip implementiert.
5.1 Beschreibung der Ladungspumpe
Die in dieser Arbeit untersuchte 3-Transistor-Ladungspumpe besteht aus
einer Kapazität, und einer Serienschaltung zweier n-Kanal Transistoren (MN1,
MN2) und einem p-Kanal Transistor (MP1) (Abbildung 5.2). Sie pumpt eine
durch die Gatespannungen Vg1 und Vg2 der Transistoren MN1 und MN2
definierte Ladungsmenge vom Reset-Eingang zum Ausgang Vout 2 . Mittels
dieser Gatespannungen wird der Spannungshub U an der zwischen den n-
Kanal Transistoren liegenden Kapazität C eingestellt. Daraus ergibt sich nach
Q = C U die Ladungsmenge pro Pumpzyklus. Durch Setzen des activelow
Reset-Signals am Eingang wird die Ladungspumpe in einen de nierten
Ausgangszustand gebracht. Der Transistor MP1 dient als Schalter, der den
1 Es handelt sich hierbei nicht um DC-DC-Spannungswandler, diese werden
ublicherweise auch als Ladungspumpen bezeichnet
2 Elektronen fließen von Reset nach Vout, positive Ladungen (‘Locher’) von Vout nach
Reset.