CN101989457A - 减少滤波电容的非易挥发存储器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种减少滤波电容的非易挥发性存储器系统，包括：电荷泵电路、电荷泵控制电路以及非易挥发存储器，所述电荷泵电路包括N级电容，N为正整数；每一级电容有与之相连接的开关电路，所述开关电路与电荷泵控制电路相连接；所述电荷泵控制电路按照存储器不同的操作模式产生不同的操作信号来控制开关电路。本发明通过调节电容的大小实现驱动能力的调整。在部分选择模式下，降低电容以便降低电荷泵的驱动能力，从而减少所需的滤波电容，在全部选择模式下，提高电容以便满足该模式所需的驱动能力。通过在电荷泵中设置开关来控制电容的大小，可以灵活的实现减少滤波电容，减少芯片面积。

Description

减少滤波电容的非易挥发存储器系统
技术领域
本发明涉及一种存储器系统，具体涉及一种非易挥发存储器系统。
背景技术
目前，如图1至图3所示，在非易挥发存储器系统中，通常是根据Flash或EEPROM的要求选择某一固定驱动能力的电荷泵，然后根据电荷泵的滤波要求进行滤波电容的选择。这样一来出现的情况就是，驱动能力选择了最大的，滤波电容也跟着选择了最大的，实际情况往往是需要较大驱动能力的时候不需要额外的滤波电容，需要额外滤波电容的时候，并不需要如此大的驱动能力。驱动能力和滤波电容的匹配之间往往出现矛盾。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种减少滤波电容的非易挥发存储器系统，可以减少存储器高压产生模块中滤波电容的数量，减少芯片面积。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种减少滤波电容的非易挥发存储器系统，电荷泵电路、电荷泵控制电路以及非易挥发存储器，所述电荷泵电路包括N级电容，N为正整数；每一级电容有与之相连接的开关电路，所述开关电路与电荷泵控制电路相连接；所述电荷泵控制电路按照存储器不同的操作模式产生不同的操作信号来控制开关电路。
本发明的有益效果在于：通过调节电容的大小实现驱动能力的调整。在部分选择模式下，降低电容以便降低电荷泵的驱动能力，从而减少所需的滤波电容，在全部选择模式下，提高电容以便满足该模式所需的驱动能力。通过在电荷泵中设置开关来控制电容的大小，可以灵活的实现减少滤波电容，减少芯片面积。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是公知的普通电荷泵和Flash或EEPROM组成的完整非易挥发存储器(NVM，Non-Volatile Memory)系统示意图；
图2是公知的电荷泵的电路；
图3是普通电荷泵的单级电路；
图4是本发明实施举例使用的电荷泵的单级电路；
图5是本发明实施举例完整的降低滤波电容的系统示意图。
具体实施方式
本发明实施例中电荷泵和Flash或EEPROM系统在原有系统(如图1、图2、图3所示)的基础上主要针对电荷泵做了改动(如图4所示)：在电荷泵中每一级电路针对电容Ct加了开关电路，选择实际使用的电容，从而调节电荷泵的驱动能力，将控制信号(en，enb)引出；引出反映Flash或EEPROM不同操作模式的信号(Mode)；设计控制电路，根据具体的操作模式Mode，按设计产生正确的en和enb信号；按照图5所示的方法连接相应模块，从而根据不同的操作模式选择合适的驱动能力。
这样一来，在全部选择模式下，Ct＝Ct0+Ctc，驱动能力满足该模式的要求，由于自身电容负载足够大，不需要额外的滤波电容。
在部分选择模式下，自身负载电容较小，需要额外的滤波电容，但是通过调节Ct＝Ct0，降低驱动能力(该驱动能力满足该模式的要求)，实际所需的滤波电容可以大大降低。
本发明根据Flash或EEPROM各个模式下所需的驱动能力不同，设计合适的可根据模式调节驱动能力的电荷泵，使得实际所需的滤波电容的数量大大减少，有效地优化了系统的面积。
随着Flash或EEPROM容量的增加，部分选择和全部选择模式所需的驱动能力的差别越来越大，从而通过上述本发明的技术可以减少可观数量的滤波电容。
以现有Flash和电荷泵的系统为例，下表(表1)列出了各个容量下的Flash所需的驱动能力，滤波电容为电荷泵提供该驱动能力所需的滤波电容量。
表1是现有Flash和电荷泵系统要求：
Figure B2009100577018D0000031
768KB的部分选择(page)模式为512byte模式，需要的驱动能力应该小于15uA(128KB的全部选择(bulk)模式)。就以128KB的标准来说，通过调整page模式下对应的驱动能力为15uA或25uA，所需的滤波电容降为20pF或40pF，相比40pF或90pF，减少了70pF，该面积达到0.023mm2，接近25uA的负高压电荷泵的面积。
图2显示的是公知的电荷泵的电路，其Vout的最大值为：
Vmax＝vpwr+n*vpwr(式6.1)，
其中n代表级数，n可以等于3。当Vout端驱动I0的负载时，实际的Vout电位为：
Vout＝Vmax-nI0T或Ct(式6.2)，
式中T为CK的周期，Ct为pump电容，通过该公式可以看出对于固定的Vout，增加Ct可以提高同一级数的电荷泵的驱动能力I0。反之减小Ct会降低驱动能力I0。
1)根据上述原理采用调整Ct的办法来调整电荷泵的驱动能力。
2)根据Flash或EEPROM的全部选择bulk模式所需的驱动能力的要求设计电荷泵，获得合理的n和Ct。
3)根据Flash或EEPROM的部分选择page或byte模式所需的驱动能力，根据固定n，获得Ct0，从而：
Ct＝Ct0+Ctc(式6.3)，
4)在电荷泵的单级pump电路模块中加入两组开关选择Ctc，en＝vpwr时，实际的Ct＝Ct0+Ctc，en＝0时，实际的Ct＝Ct0。
5)设计电荷泵驱动控制模块，将具体的模式信息转换成en和enb信号，全部选择bulk模式下en＝vpwr，部分选择page或byte模式下en＝vgnd。
6)根据3)中的驱动能力设计相应的滤波电容C1’和C2’。
根据表1提供的数据可见对于768KB的Flash IP来说，根据Ct设计的滤波电容为40pF+90pF，保守估计根据Ct0设计的滤波电容为20pF+40pF(128KB Flash IP的全部选择模式要求)，这样可以减少70pF电容的面积。
图1中C1，C2分别为正高压电荷泵和负高压电荷泵的滤波电容，电荷泵的驱动能力固定。图4中给出了电荷泵的示意图，其中vpwr是电源电压，CK和CK#是反向时钟，Ct 1，Ct2，Ct3是pump电容，Cs是输出负载。图5中给出了本发明中给出的完整的系统解决办法：将Flash或EEPROM当前的操作模式信息给到电荷泵驱动控制模块，该模块将模式信息转化成电荷泵的en或enb信息。根据en或enb信息调节电荷泵的驱动能力。根据较低驱动能力的要求，设计相应的滤波电容C1’和C2’。
本发明方法原理：Flash或EEPROM需要使用电荷泵(charge pump)产生正或负高压进行写操作。随着存储器容量的增加，所需要的电荷泵的驱动能力(driven capability)也相应提高。随着驱动能力的提高，在没有滤波电容的情况下，电荷泵的纹波也相应的增加。在全部选择(bulk)模式下，Flash或EEPROM自身的电容负载就可以完成滤波，但是需要较大的驱动能力。在部分选择(page或byte)模式下，Flash或EEPROM自身的电容负载不一定能够满足滤波的需要，但是仅需要较小的驱动能力。
一方面电荷泵的驱动能力与所需的滤波电容成正比关系，另一方面Flash或EEPROM不同模式下所需的驱动能力和所需的滤波电容成反比关系。根据这一原理，可以通过在Flash或EEPROM不同模式下变换电荷泵的驱动能力，从而就可以减少需要外加的滤波电容，从而达到减少面积的目的。
技术要点：电荷泵的驱动能力与每一级时钟(clk)串联的电容(Ct)大小成正比，通过调节该电容的大小实现驱动能力的调整。在部分选择模式下，降低Ct以便降低电荷泵的驱动能力，从而减少所需的滤波电容，在全部选择模式下，提高Ct以便满足该模式所需的驱动能力。通过在电荷泵中设置开关来控制Ct的大小(如图4所示)，就可以实现不同模式下驱动能力的调节，从而达到减小滤波电容的目的。
实施效果：举例来说与0.13微米嵌入式闪存工艺Flash会根据容量的不同选择合适驱动能力的电荷泵(正电压VPOS或负电压VNEG)，针对电荷泵的驱动能力选择合适的滤波电容。现在针对128K容量，驱动能力选择15uA或25uA，滤波电容是20pF或40pF。针对256K容量，驱动能力选择30uA或50uA，滤波电容是30pF或60pF。按照本发明，将256K容量下电荷泵的驱动能力在部分选择模式下降为15uA或30uA，从而相应的滤波电容只需20pF或40pF。相对于原先的设计，可以节省30pF的电容，减少三分之一，这还没有考虑Flash128K本身可以降低的电容。
本发明并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种减少滤波电容的非易挥发存储器系统，其特征在于，包括：
电荷泵电路、电荷泵控制电路以及非易挥发存储器，所述电荷泵电路包括N级电容，N为正整数；
每一级电容有与之相连接的开关电路，所述开关电路与电荷泵控制电路相连接；
所述电荷泵控制电路按照存储器不同的操作模式产生不同的操作信号来控制开关电路。
2.如权利要求1所述的减少滤波电容的非易挥发存储器系统，其特征在于，电荷泵控制电路操作信号包括全部选择模式或部分选择模式。
3.如权利要求1所述的减少滤波电容的非易挥发存储器系统，其特征在于，所述非易挥发存储器包括Flash或EEPROM。
4.如权利要求1所述的减少滤波电容的非易挥发存储器系统，其特征在于，所述电荷泵电路包括3级电容。
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