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

52 5. 3-Transistor-Ladungspumpe
Die gepumpte Ladungsmenge Q ergibt sich aus der Kapazität C, und
der Differenz der Gatespannungen Vg2 und Vg1.
Eine Änderung des Ausgangspotentials Vout hat keinen Einfluss auf
die gepumpte Ladung Q.
Die Pumpe arbeitet frequenzunabhängig.
5.1.2 E ekte höherer Ordnung
Verschiedene Effekte haben einen Einfluss auf die Linearität der Ladungspumpe.
Im Folgenden soll der Bulkeffekt der Transistoren und der Ein uss
parasitärer Kapazitäten kurz vorgestellt werden.
Bulke ekt
Die Schwellenspannung Vth eines MOS-Transistors ist abhängig von der
Source-Bulk-Spannung VSB. Dieser sogenannte Bulkeffekt tritt immer dann
auf, wenn VSB 6= 0 ist. Näherungsweise gilt:
Vth = Vth0 +
� �2 f + VSB
� 2 f
�
(5.4)
Hierbei ist 0:5 p V und f = kT
e− ln ni �
eine Funktion der intrinsischen
Ladungsträgerkonzentration ni und Dotierungskonzentration n + . Bei den
beiden n-Kanal-Transistoren der Ladungspumpe spielt der Bulke ekt eine
wichtige Rolle. Die maximal auftretenden Source-Bulk-Spannungen können
Vout erreichen. Sind die Schwellenspannungen der Transistoren nicht mehr
identisch, lässt sich Gleichung (5.3) nicht mehr anwenden. Die Schwellenspannungen
von MN1 und MN2 lassen sich vereinfacht als Funktion der
Gatespannungen verstehen, da bei der Ladungspumpe die Sourcespannungen
von den Gatespannungen abhängen.
Parasitäre Kapazitäten
� n +
Q = C [Vg2 Vg1 (Vth (Vg2) Vth (Vg1))]
Zusätzlich zu der Kapazität C existieren auch Ausgangskapazitäten der
Transistoren MN1 und MN2. Diese Kapazitäten variieren geringfügig mit dem
Potential VC und führen zu weiteren Abweichungen vom idealen Verhalten.
Eine Änderung des Ausgangspotentials Vout hat zweierlei Auswirkungen.
Zum einen ändert sich der Arbeitsbereich der Ladungspumpe. Es kann keine
Ladung gepumpt werden, sofern das Ausgangspotential Vout kleiner ist als
VC nach der Ladephase. Weiterhin haben selbst unter Berücksichtigung der
Bedingung (5.2) Schwankungen von Vout Konsequenzen für die Genauigkeit