CN100350502C

CN100350502C - 具有降低噪声的电压产生器及其方法

Info

Publication number: CN100350502C
Application number: CNB031649629A
Authority: CN
Inventors: 权明珠; 李在真
Original assignee: Hynix Semiconductor Inc
Current assignee: SK Hynix Inc
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2023-07-31
Also published as: US20040130300A1; JP4393163B2; US7091769B2; TW200418042A; JP2004312985A; KR20040047173A; TWI261843B; CN1514442A

Abstract

具有降低的噪声的电压产生器，其特征在于具一检测器、一控制器、一子升压器、一主升压器、以及一电压加法器。检测器接收一输出电压、第一参考电压、和低于第一参考电压的第二参考电压，然后输出第一感测信号和第二感测信号。控制器接收第一感测信号和第二感测信号以及一执行信号，从而输出第一控制信号和第二控制信号。子升压器响应于第一控制信号增加电压。主升压器响应于第二控制信号增加电压。电压加法器将子升压器输出的信号与主升压器输出的信号相加，从而提供输出电压。

Description

具有降低噪声的电压产生器及其方法

技术领域

本发明一般涉及一种电压产生器，尤其是，涉及一种构造为降低噪声的电荷泵类型的电压产生器。

背景技术

在传统的DRAM中，电荷被抽出，从而产生一驱动电压，用于不损失门限电压的驱动字线和比特线。在DRAM操作过程中，例如字线驱动和比特线预充电，消耗了大量的能量，然后驱动电压的电平变得很低。在这种情况下，当驱动电压的电平低于一个目标电平的时候，在传统的技术中该时间就被检测出来，从而抽取电荷并且保持驱动电压的电平。

图1是一个说明传统的电压产生器的方框图。传统的电压产生器包括：一检测器10，一振荡器20，一控制驱动器30以及一泵40。检测器10检测驱动电压V_pp的电平。振荡器20响应于检测器10所输出的信号。控制驱动器30响应于振荡器20的输出信号。泵40响应于控制驱动器30的输出信号抽取电荷，从而输出驱动电压V_pp。

图2a和2b是说明图1传统的电压产生器的电路图。检测器10划分驱动电压V_pp，从而获得一检测电压V_pps。然后，检测器10将检测电压V_pps与一参考电压V_rc相比较，以便当检测电压大于参考电压V_rc的时候输出一低电平信号，反之亦然。检测电压V_pps可以用下面的等式表示：

V_{pps} = \frac{R_{3} + R_{4}}{R_{1} + R_{2} + R_{3} + R_{4}} \times V_{pp}

当检测器10的输出信号位于一低电平的时候，就是说，检测电压V_pps小于参考电压V_rc，那么从振荡器就输出一振荡信号。控制驱动器30响应于振荡器20的振荡信号输出控制信号p1，p2，g1和g2。泵40受控制驱动器30的控制信号p1、p2、g1和g2的控制，输出驱动电压V_pp。响应于控制信号p1、p2，电容C1和C2被预充电。通过响应于控制信号g1和g2传送在电容器C1和C2中存储的电荷，产生了一大于外部提供的电压V_ext的驱动电压V_pp。

图3是说明传统的电压产生器的操作的时序图。当字线被激励或者比特线被预充电的时候，驱动电压V_pp的电平就开始下降。在t1的时间，检测器10检测驱动电压V_pp降到了目标电平以下。在t2的时间，泵40开始抽取电荷。由于泵40抽取电荷的操作，驱动电压V_pp的电平上升。在t3的时间，检测器10检测驱动电压V_pp位于目标电平，并命令泵40停止抽取电荷。但是，由于电路的响应时间，实际上泵40在t4的时间停止抽取操作。

如上所述，在传统的电压产生器中，由于检测器10实际检测到目标电平的时间点与泵40开始或者停止操作的时间点之间的时间延迟，驱动电压V_pp的波动ΔV_pp是很大的，这导致了不必要的能量损耗。重要的是，驱动电压的这个波动造成了能够使能量源波动的噪声。

发明内容

本发明的目的是当驱动电压V_pp达到一目标电平之前的预定电平的时候，根据一DRAM的操作，通过抽取预定数量的电荷来降低驱动电压V_pp的波动。

在本发明的一个实施例中提供了一种电压产生器，包括：一检测器，用于将输出电压与第一参考电压和低于第一参考电压的第二参考电压相比较，从而输出第一感测信号(sensing signal)和第二感测信号；一控制器，用于接收第一感测信号、第二感测信号、以及一执行信号，从而输出第一控制信号和第二控制信号；一子升压器(sub-booster)，用于响应于第一控制信号升高输出电压，其中子升压器包括用于响应于第一控制信号输出子振荡信号的子振荡器、和用于响应于该子振荡信号升高输出电压的子泵电路；一主升压器(main booster)，用于响应于第二控制信号升高输出电压，其中主升压器包括用于响应于第二控制信号输出主振荡信号的主振荡器、和用于响应于该主振荡信号升高输出电压的主泵电路；以及一电压加法器，用于将子升压器与主升压器的输出的信号相加，从而提供输出电压。

附图说明

本公开将描述几个实施例，从而揭示其广泛的意义。附图也被作为参考。

图1是描述一个传统的电压产生器的方框图。

图2a和2b是说明传统的电压产生器的电路图。

图3是说明传统的电压产生器的时序图。

图4是说明根据本发明的一个实施例的电压产生器的方框图。

图5是说明根据本发明的一个实施例的电压产生器的时序图。

图6a是说明图4所示的检测器的电路图。

图6b是说明用于产生图4所示的执行信号ACT的执行解码器的方框图。

图6c和6d是说明图4所示的控制器的方框图。

具体实施方式

本发明将参照附图进行详细的描述。

图4是一个说明根据本发明的一个实施例的电压产生器的方框图。

在本实施例中，公开的电压产生器包括：一检测器100、一控制器200、一主振荡器300、一子振荡器310、一主控制驱动器400、一子控制驱动器410、一主泵500、一子泵510、以及一电压加法器600。检测器100具有多于两个的检测电平。在驱动电压V_pp经过一预定电平之后以及驱动电压V_pp达到目标电平之前，当执行信号ACT被输入的时候，控制器200输出一控制信号。主振荡器300以及子振荡器310响应于从控制器200输出的控制信号输出振荡信号。主控制驱动器400和子控制驱动器410响应于主振荡器300和子振荡器310输出的振荡信号输出泵控制信号。主泵500和子泵510响应于主控制驱动器400和子控制驱动器410输出的泵控制信号抽取电压。电压加法器600将主泵500和子泵510输出的电压相加，然后将相加的电压作为一个驱动电压而输出。驱动电压回馈到检测器100。

由于存储器设备的操作或者电荷泄漏消耗电荷，驱动电压V_pp的电平会下降。由于特定操作导致的电荷消耗的点和数量能够通过激励(stimulaton)来预测。

下面将要描述使用一个操作来激励一字线或者给一比特线预充电的例子。为了描述该实施例，假设在字线激励过程中消耗的电荷为Q1，这是通过激励所获得的，并且充电电容为C1。当字线被激励的时候，驱动电压V_pp的波动范围就为Q1/C1。此外，如果电荷消耗是Q2，驱动电压V_pp的波动就为Q2/C1。因此，驱动电压V_pp的波动能够通过预抽取和提供预定数量的电荷来降低。

为了防止驱动电压V_pp的电平高于目标电平上升的太高，高于目标电平的预定电平就被设定为一个预检测电平，并且仅当驱动电压V_pp的电平变得低于预检测电平的时候，电荷被预抽取。如果一个执行命令在驱动电压V_pp的电平低于预检测电平但高于目标电平的时间点上被输入，所公开的电压产生器就会根据一给定的执行命令预抽取该执行所必需的电荷。结果，在公开的电压产生器中驱动电压V_pp的波动就能够被降低。

当实际消耗的电荷的数量大于预定的数量的时候，驱动电压V_pp的电平就变得低于目标电平。在那种情况下，所公开的电压产生器就会以传统的电压产生器同样的方式抽取电荷。当实际消耗的电荷的数量小于预定的数量的时候，驱动电压V_pp的电平就保持在目标电平上，并且DRAM执行一个通常的操作。此外，由于抽取仅当驱动电压V_pp的电平变得低于预检测电平的时候开始，由于电荷抽取造成的驱动电压V_pp的过度的升高能够通过适当调节预检测电平来预防。

尽管本发明的优选实施例仅使用了两个检测电平，一个为预检测电平，另一个为目标电平，但是根据其它的优选实施例，检测电平的数目可以超过两个。

图5是说明根据本发明的电压产生器的时序图。

当检测到一个预检测电平det1和一个目标电平det2(t1，t2)的时候，检测器100激励一个预检测电平信号det1_en和一个目标电平det2_en。如果预检测电平信号det1_en被激励，并且在目标电平信号det2_en(t_det)被激励之前，输入一执行命令ACT，控制器200激励子泵控制信号sub_pump_en。当子泵控制信号sub_pump_en被激励的时候，子振荡器310、子控制驱动器410、以及子泵510依次开始工作。如果目标信号电平det2_en被激活，在预定的响应时间之后，主泵500开始工作。在子泵510执行抽取操作的过程中的时间的总量是由执行命令ACT所确定的。这里，当子泵510执行抽取操作的时候，该时间段可以与主泵500的重叠。根据优选的实施例，主泵的操作过程中，子泵可以停止。在t3的时间，检测器100检测到驱动电压V_pp恢复到了目标电平。在t4的时间，在预定的响应时间之后，主泵500停止抽取电荷。

图6a是图4所示的检测器100的电路图。检测器100包括：一检测单元120、第一比较器110、和第二比较器130。检测单元120划分驱动电压V_pp，从而产生两个检测电压V_pps1和V_pps2。第一比较器110将检测电压V_pps1和相应于预检测电平的电压V_rc1相比较。第二比较器130将检测电压V_pps2和相应于预检测电平的电压V_rc2相比较。检测电平V_pps1和V_pps2可以用下面的等式表示：

V_{pps 1} = \frac{R_{2} + R_{3} + R_{4}}{R_{1} + R_{2} + R_{3} + R_{4}} \times V_{pp}

V_{pps 2} = \frac{R_{3} + R_{4}}{R_{1} + R_{2} + R_{3} + R_{4}} \times V_{pp}

当检测电压V_pps1小于电压V_rc1的时候，比较器110输出一个高电平信号。当检测电压V_pps2小于V_rc2的时候，第二比较器130输出一个高电平信号。

图6b是说明用于产生图4的执行信号ACT的执行解码器的方框图。

执行解码器包括：一命令解码器50、一组合控制器(bank controller)60、以及一地址缓存器和地址解码器70。命令解码器50接收和解码一芯片选择信号/CS、一行地址选通信号/RAS、一列地址选通信号/CAS、以及一写使能信号/WE，并输出一相应的命令信号CMD。命令信号包括启动、读、写、预充电和更新信号。地址缓存器和解码器70接收和解码一个地址。命令信号CMD与地址缓存和解码器70所输出的信号被输入到组合控制器60。组合控制器60输出一执行信号ACT。执行信号ACT包括每一个组合启动(bankactive)、每一个组合预充电(bank precharge)、每一个组合读取(bank read)、和每一个组合写入(bank write)。

图6c和6d是说明图4所示的控制器200的方框图。

图6c说明了在预检测电平信号det1_en启动之后，目标电平信号det2_en被启动之前，执行命令被输入的时候，用于启动泵选择信号pmp_sel的电路。

与非门NAND1对预检测电平信号det1_en和通过反转目标电平信号det2_en所获得的信号执行与非操作。与非门NAND2对执行信号ACT和通过反转与非门NAND1的输出信号所获得的信号执行与非操作。如果当预检测电平信号det1_en位于“高”电平，目标电平信号det2_en位于“低”电平的时候，执行信号ACT被输入，则与非门NAND2的输出信号被激励。一锁存器锁存了与非门NAND2的输出信号，然后输出该锁存信号作为泵选择信号pmp_sel。

图6d说明了响应于执行命令ACT和泵选择信号pmp_sel输出振荡控制信号sub_osc_en和osc_en的电路。

在图6d所示的优选实施例中，由于振荡控制信号sub_osc_en和osc_en彼此具有相反的逻辑电平，当子振荡器310工作的时候，主振荡器300不工作。但是，在本发明的其它实施例中，主振荡器300和子振荡器310能够同时工作。

具有不同的启动时间的多个脉冲被输入到一复用器214。用于产生多个脉冲中的一个的每一个块(块1，块2，...，块n)包括一延迟电路211，例如一反相链。延迟电路211的延迟时间被配置，以使其根据执行信号ACT而不同。由于复用器214根据执行信号ACT从多个块(块1，块2，...，块n)选择和输出所述输出信号中的一个，振荡控制信号sub_osc_en保持于一激励状态的时间根据执行信号ACT而不同。

由于子振荡器310仅当振荡控制信号sub_osc_en处于激励状态的时候，输出振荡信号，抽取电荷的总量能够根据执行信号ACT调整。

因此，在上面公开的电压产生器中，驱动电压V_pp电平能够通过在操作主泵之前操作子泵来防止其过度地波动。结果，由于驱动电压的过度波动而可能产生的噪声可以被减少。另外，由于当驱动电压的变化减少的时候，将被抽取的电荷总量也会减少，用于将驱动电压V_pp保持在目标电平之上所需的电能能够被减少。

这里以附图和示例的方式描述了特定的实施例，但是本发明允许有多种的变形和替代形式。但是，应当明白本发明并不局限于这里公开的特定的形式。而且，本发明覆盖了所有在本发明的权利要求所定义的精神和范围内的改变、等同和替代形式。

Claims

1.一种电压产生器，包括：

一检测器，用于将电压产生器的输出电压与第一参考电压和低于第一参考电压的第二参考电压相比较，从而输出第一感测信号和第二感测信号；

一控制器，用于接收第一感测信号、第二感测信号、以及一执行信号，从而分别输出第一控制信号和第二控制信号；

一子升压器，用于响应于第一控制信号升高输出电压，其中，子升压器包括用于响应于第一控制信号输出子振荡信号的子振荡器、和用于响应于该子振荡信号升高输出电压的子泵电路；

一主升压器，用于响应于第二控制信号升高输出电压，其中，主升压器包括用于响应于第二控制信号输出主振荡信号的主振荡器、和用于响应于该主振荡信号升高输出电压的主泵电路；以及

一电压加法器，用于将子升压器和主升压器的输出信号相加，从而提供输出电压。

2.如权利要求1所述的电压产生器，其中检测器包括：

一感测电压产生器，用于将输出电压分开从而产生第一感测电压和低于第一感测电压的第二感测电压；

第一比较器，用于比较第一感测电压和第一参考电压，从而输出第一感测信号；以及

第二比较器，用于比较第二感测电压和第二参考电压，从而输出第二感测信号。

3.如权利要求1所述的电压产生器，其中控制器包括：

一执行检测器，用于结合第一感测信号、第二感测信号以及执行信号，从而产生一输出信号；

一锁存器，用于锁存执行检测器的输出信号；以及

一子控制器，用于接收锁存器输出信号和执行信号从而输出第一控制信号。

4.如权利要求3所述的电压产生器，其中子控制器包括：

多个脉冲产生块，每一个块响应于锁存器的输出信号和执行信号输出一个脉冲；以及

一复用器，用于响应于执行信号从多个脉冲中选择一个脉冲，从而输出一个脉冲作为第一控制信号。

5.如权利要求4所述的电压产生器，其中脉冲产生块包括：

第一操作装置，用于对锁存的输出信号和执行信号执行与非操作；

一延迟电路，用于根据执行信号对第一操作装置的输出信号延迟一个预定的时间；以及

第二操作装置，用于对第一操作装置的输出信号和延迟电路的输出信号执行与非操作，从而提供一个输出。

6.如权利要求1所述的电压产生器，其中主升压器还包括：

主控制驱动器，用于解码该主振荡信号，从而输出多个主电容预充电信号和多个主电荷传送信号，

其中，主泵电路响应于多个主电容预充电信号对电容充电，并且响应于多个主电荷传送信号抽取在电容中存储的电荷。

7.如权利要求1所述的电压产生器，其中子升压器还包括：

子控制驱动器，用于解码该子振荡信号，从而输出多个子电容预充电信号和多个子电荷传送信号；以及

其中，子泵电路响应于多个子电容预充电信号对电容充电，并且响应于多个子电荷传送信号抽取在电容中存储的电荷。

8.如权利要求1所述的电压产生器，其中

所述检测器进一步比较输出电压与高于第一参考电压的第三参考电压，从而输出第三感测信号，以及

所述控制器进一步接收第三感测信号和执行信号，从而输出第三控制信号，

还包括第二子升压器，响应于第三控制信号升高电压，并且

其中电压加法器将子升压器、第二子升压器和主升压器的输出信号相加，从而提供输出电压。

9.一种电压产生器，包括：

一用于将电压产生器的输出电压与第一参考电压和低于第一参考电压的第二参考电压相比较，从而输出第一感测信号和第二感测信号的装置；

一用于接收第一感测信号、第二感测信号、以及一执行信号，从而分别输出第一控制信号和第二控制信号的装置；

用于响应于第一控制信号升高输出电压的装置，其中，所述用于响应于第一控制信号升高输出电压的装置包括用于响应于第一控制信号输出第一振荡信号的装置、和用于响应于该第一振荡信号升高输出电压的装置；

用于响应于第二控制信号升高输出电压的装置，其中，所述用于响应于第二控制信号升高输出电压的装置包括用于响应于第二控制信号输出第二振荡信号的装置、和用于响应于该第二振荡信号升高输出电压的装置；以及

一用于将所述用于响应于第一控制信号升高输出电压的装置与所述用于响应于第二控制信号升高输出电压的装置的输出的信号相加从而提供输出电压的装置。

10.如权利要求9所述的电压产生器，其中用于比较的装置进一步包括：

一用于将输出电压分开从而产生第一感测电压和低于第一感测电压的第二感测电压的装置；

一用于比较第一感测电压和第一参考电压，从而输出第一感测信号的装置；以及

一用于比较第二感测电压和第二参考电压，从而输出第二感测信号的装置。

11.如权利要求9所述的电压产生器，其中用于输出的装置进一步包括：

一用于结合第一感测信号、第二感测信号、以及执行信号从而产生一输出信号的装置；

一用于锁存所述用于结合的装置的输出信号的装置；以及

一用于接收所述用于锁存的装置的输出信号和执行信号从而输出第一控制信号的装置。

12.如权利要求11所述的电压产生器，其中用于接收锁存器的输出信号和执行信号的装置进一步包括：

用于产生多个脉冲的装置，其中每个脉冲响应于执行信号和锁存器的输出信号；以及

用于响应于执行信号从多个脉冲中选择一个脉冲，从而输出一个脉冲作为第一控制信号的装置。

13.如权利要求12所述的电压产生器，其中用于产生多个脉冲的装置进一步包括：

第一操作装置，用于对锁存器的输出信号和执行信号执行与非操作，从而产生一个输出信号；

一用于根据执行信号对第一操作装置的输出信号延迟一个预定的时间，从而产生一输出信号的装置；以及

第二操作装置，用于对第一操作装置的输出信号和用于延迟的装置输出的信号执行与非操作。

14.如权利要求9所述的电压产生器，其中用于响应于第二控制信号升高电压的装置进一步包括：

一用于解码该第二振荡信号从而输出多个第二电容预充电信号和多个第二电荷传送信号的装置，

其中，所述用于响应于第二控制信号升高输出电压的装置响应于多个第二电容预充电信号对电容充电，并且响应于多个第二电荷传送信号抽取在电容中存储的电荷。

15.如权利要求9所述的电压产生器，其中用于响应于第一控制信号升高电压的装置进一步包括：

一用于解码第一振荡信号从而输出多个第一电容预充电信号和多个第一电荷传送信号的装置，

其中，所述用于响应于第一控制信号升高输出电压的装置响应于多个第一电容预充电信号对电容充电，并且响应于多个第一电荷传送信号抽取在电容中存储的电荷。

16.一种用于产生具有降低的噪声的输出电压的方法，包括：

接收一执行信号；

当输出电压低于第一参考电压的时候，响应于执行信号和第一振荡信号升高第一电压信号；

当输出电压低于第二参考电压的时候，响应于执行信号和第二振荡信号，升高第二电压信号，其中该第二参考电压低于第一参考电压；以及

将第一电压信号与第二电压信号相加，从而产生输出电压。

17.如权利要求16所述的用于产生具有降低的噪声的输出电压的方法，进一步包括：

当输出电压低于第三参考电压的时候，响应于执行信号和第三振荡信号而升高第三电压信号的步骤，其中所述第三参考电压信号大于第一参考电压，

其中将第一电压信号与第二电压信号相加的步骤也将第三电压信号相加，从而产生输出电压。

18.如权利要求16所述的用于产生具有降低的噪声的输出电压的方法，进一步包括：

将输出电压分开从而产生第一感测电压和低于第一感测电压的第二感测电压；

比较第一感测电压和第一参考电压，并响应于此产生第一感测信号；以及

比较第二感测电压和第二参考电压，并响应于此产生第二感测信号。

19.一种电压产生器，包括：

第一电压子升压器，构造为当输出电压低于第一参考电压的时候，提供第一电压信号，其中第一电压子升压器包括用于输出第一子振荡信号的第一子振荡器、和用于响应于第一子振荡信号升高第一电压信号的子泵；

一主电压升压器，构造为当输出电压低于第二参考电压的时候，提供第二电压信号，其中第二参考电压低于第一参考电压，其中主电压升压器包括用于输出主振荡信号的主振荡器、和用于响应于主振荡信号升高第二电压信号的主泵电路；以及

一电压加法器，构造为将第一电压信号和第二电压信号相加从而提供输出电压。

20.如权利要求19所述的电压产生器，进一步包括：

第二电压子升压器，构造为当输出电压小于第三参考电压的时候，提供第三电压信号，其中第三参考电压信号大于第一参考电压，其中第二电压子升压器包括用于输出第二子振荡信号的第二子振荡器、和用于响应于第二子振荡信号升高第三电压信号的第二子泵，并且

其中电压加法器构造为将第一电压信号、第二电压信号和第三电压信号相加从而提供输出电压。