CN102055317B

CN102055317B - 电荷泵装置及其稳压方法

Info

Publication number: CN102055317B
Application number: CN 200910198460
Authority: CN
Inventors: 杨光军
Original assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2029-11-04
Also published as: CN102055317A

Abstract

本发明提供一种电荷泵装置及其稳压方法，所述电荷泵装置包括：电荷泵、多个稳压电容和多个切换控制模块，其中，每个稳压电容，通过一个相应的切换控制模块与电荷泵连接，所述电荷泵，在写操作准备阶段对所述多个稳压电容一起进行预充电，所述切换控制模块，控制相应的稳压电容与所述电荷泵的接通与断开。这样一来，电荷泵输出电压的上升时间和纹波现象都可以同时得到优化，也即在不影响减少纹波现象的情形下，可以减少上升时间，从而提高存储系统整体的性能。而且，由于把传统技术中大的稳压电容分成小的稳压电容逐个进行切换控制的操作，因此，稳压电容切换的过程带来的噪声也比较小，有利于改善电荷泵电路的可靠性。

Description

电荷泵装置及其稳压方法

技术领域

本发明涉及半导体存储技术领域，特别涉及一种电荷泵装置及其稳压方法。

背景技术

近年来，在半导体存储器迅速发展的过程中，由于DRAM、EEPROM、FLASH等先进存储器具有高密度、低功耗和低价格的优点，已经成为了计算机、移动通信终端中普遍采用存储装置。

半导体存储器中，电荷泵是提供高压的电路模块，存储系统利用电荷泵输出的高压把数据写进存储模块中，图1为传统的电荷泵装置的电路示意图，图2为图1中电荷泵装置的信号时序图。但是，由于输出路径上的延时，输出的电压会产生无序的波动，即所谓的“纹波”噪声(见图2中输出电压HV)，而这种“纹波”噪声将造成存储器操作时的不稳定，影响器件的可靠性。因此，电荷泵工作时需要对其输出的电压进行稳压。

通常，为了减少所述“纹波”噪声，一般需要在输出节点上增加稳压电容，如图所示，输入电荷泵的PROG信号用来启动写操作的准备工作，例如，在准备工作中进行存储地址(ADD)的选择(见图中椭圆虚线)。而Web信号用来驱动电荷泵，只有当所示Web信号输入电荷泵的时候，电荷泵才开始工作，与此同时稳压电容(C_filter)、电容负载(C_load)和电流负载(I_load)开始工作，其中，稳压电容可以起到减少“纹波”噪声的作用。

然而问题在于，上述稳压电容又会增加电荷泵的上升时间(即提升电压的时间)，从而直接影响整个存储器系统的操作时间，降低了系统的工作效率。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种电荷泵装置及其稳压方法，避免稳压电容增加上升时间，以改善系统工作效率降低的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种电荷泵装置，包括：电荷泵、多个稳压电容和多个切换控制模块，其中，

每个稳压电容，通过一个相应的切换控制模块与电荷泵连接，

所述电荷泵，在写操作准备阶段对所述多个稳压电容一起进行预充电，

所述切换控制模块，控制相应的稳压电容与所述电荷泵的接通与断开。

所述切换控制模块包括比较器，判断电荷泵电压是否大于各个稳压电容相应的参考电压，如果是，则将稳压电容与电荷泵接通。

所述的电荷泵装置还包括：负载模块和负载控制模块，其中，所述负载模块通过所述负载控制模块与电荷泵连接，所述负载控制模块，控制所述负载模块与电荷泵的接通与断开。

所述负载模块包括依次连接的电容负载和电流负载。

所述切换控制模块输出控制信号来控制相应的稳压电容与所述电荷泵的接通与断开，所述控制信号CEN与所述比较器的输出信号HV_UP和电荷泵预充信号PROGST具有以下关系：CEN＝PRGST xnor HV_UP。

相应的，还提供一种电荷泵装置的稳压方法，所述电荷泵装置包括电荷泵和多个稳压电容，所述稳压方法包括：

写操作准备阶段对所述多个稳压电容一起进行预充电，

当web信号为低电平时，逐个断开各个稳压电容与电荷泵的连接，以提升电荷泵的电压，

当电荷泵电压被提升至各个稳压电容相应的参考电压时，逐个将稳压电容与电荷泵连接。

当电荷泵电压被提升至各个稳压电容相应的参考电压时逐个将稳压电容与电荷泵连接，包括以下步骤：

提供各个稳压电容相应的参考电压，

判断电荷泵电压是否大于所述参考电压，如果是，则将稳压电容与电荷泵连接。

所述电荷泵装置具有负载模块，所述的电荷泵装置的稳压方法还包括当web信号为低电平时将负载模块与电荷泵连接。

所述负载模块包括依次连接的电容负载和电流负载。

所述逐个断开各个稳压电容与电荷泵的连接、以及逐个将稳压电容与电荷泵连接通过各个稳压电容相应的控制信号CEN来实现；

所述控制信号CEN，与所述判断电荷泵电压是否大于所述参考电压的结果输出信号HV_UP和电荷泵预充信号PROGST具有以下关系：CEN＝PRGSTxnor HV_UP。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

采用上述电荷泵装置及其稳压方法，在写操作准备阶段(即写操作前)给各个稳压电容预充的方式。在PROGST和Web之间，存储单元的选择(cellselection)和稳压电容的预充一起进行，能够避免稳压电容增加上升时间，以改善系统工作效率降低的问题。电荷泵输出电压的上升时间和纹波现象都可以同时得到优化，也即在不影响减少纹波现象的情形下，可以减少上升时间，从而提高存储系统整体的性能。

而且，由于把传统技术中大的稳压电容分成小的稳压电容逐个进行切换控制的操作，因此，稳压电容切换的过程带来的噪声也比较小，有利于改善电荷泵电路的可靠性。

附图说明

通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为传统的电荷泵装置的电路示意图；

图2为图1中电荷泵装置的信号时序图；

图3为本发明实施例中电荷泵装置的电路示意图；

图4为图3中切换控制模块的电路示意图；

图5为图3中电荷泵装置的信号时序图；

图6为本发明实施例中电荷泵装置稳压方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示装置结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

正如背景技术部分所述，传统的电荷泵装置通常为了减少“纹波”噪声，需要在输出节点上增加稳压电容。然而问题在于，上述稳压电容又会增加电荷泵的上升时间，从而直接影响整个存储器系统的操作时间，降低了系统的工作效率。

传统的电荷泵电路都是只能在上升时间和减少纹波噪声之间寻求平衡，并不能够单独进行优化。基于此，本发明提供一种电荷泵装置，将传统电荷泵电路中大容量的稳压电容分成若干个容量小的稳压电容，并且顺次切换各个稳压电容，从而使得电荷泵高压的上升时间和纹波都可以得到优化。

以下结合附图详细说明本发明所述电荷泵装置的一个优选的实施例。图3为本发明实施例中电荷泵装置的电路示意图，图4为图3中切换控制模块的电路示意图，图5为图3中电荷泵装置的信号时序图。

如图所示，所述电荷泵装置包括：电荷泵11、多个稳压电容C_filter1、C_filter2、C_filter3......C_filterN(小电容)和多个切换控制模块12，其中：

每个稳压电容均通过一个相应的切换控制模块12与电荷泵11的HV节点连接；

当稳压电容与所述电荷泵11接通时，电荷泵11在写操作准备阶段对所述多个稳压电容C_filter1、C_filter2、C_filter3......C_filterN一起进行预充电；

所述切换控制模块12控制相应的稳压电容与所述电荷泵11的接通与断开，也即，第一切换控制模块121控制稳压电容C_filter1与电荷泵11的接通与断开，第二切换控制模块122控制稳压电容C_filter2与电荷泵11的接通与断开，依此类推......第N切换控制模块12n控制稳压电容C_filterN与电荷泵11的接通与断开。

本实施例中，各个切换控制模块12的组成类似，每一切换控制模块12均包括比较器18，判断电荷泵11电压是否大于各个稳压电容C_filter相应的参考电压V_REF，如果是，则将稳压电容C_filter与电荷泵11接通。换言之，在各个比较器18的控制下，对应的每一稳压电容C_filter1、C_filter2、C_filter3......C_filterN都具有独立的切换控制信号CEN₁、CEN₂、CEN₃、......CEN_n。他们各自的切换时机都是独立控制的。

参照图4所示，例如，比较器181用于判断电荷泵11的输出电压HV是否大于预先提供的参考电压V_REF，如果是，则将所述稳压电容C_filter1与电荷泵11的HV输出连接，起到稳压的作用，以减少纹波，该比较器181输入HV信号和参考电压V_REF，而经过比较运算后输出HV_UP1比较结果信号。

所述切换控制模块12输出控制信号CEN来控制相应的稳压电容C_filter与所述电荷泵11的接通与断开，所述控制信号CEN与所述比较器18的输出信号HV_UP和电荷泵11的预充信号PROGST具有以下关系：CENi＝PRGST xnorHV_UPi。其中，i＝1、2、3......n，n为自然数。

本发明的其他实施例中，所述的电荷泵装置还可以包括：负载模块13和负载控制模块14，其中，所述负载模块13通过所述负载控制模块14与电荷泵11连接，所述负载控制模块14控制所述负载模块13与电荷泵11的接通与断开。

优选的，所述负载模块13包括依次连接的电容负载C_load和电流负载I_load。所述负载控制模块14的控制信号Web即为输入电荷泵11的Web信号。

本发明的实施例中，各个稳压电容C_filter1、C_filter2、C_filter3......C_filterN相对于传统电荷泵电路中的稳压电容来说，电容值均更小。

上述电荷泵装置在工作过程中，把传统技术中大的稳压电容分成多个小的稳压电容C_filter1、C_filter2、C_filter3......C_filterN，需要对应连接的多个比较器18(与稳压电容的数量相同)来产生比较结果信号HV_UP₁、HV_UP₂、HV_UP₃......HV_UP_n，也就是说，每一稳压电容都具有独立的切换点。

在编程准备阶段，电荷泵11与各个稳压电容均接通，先对所有的稳压电容一起充电，当将各个稳压电容分别充到各自相应的切换点后，由比较器18产生比较结果信号HV_UP₁、HV_UP₂、HV_UP₃......HV_UP_n分别与电荷泵11的预充信号PROGST进行异或后运算，得到稳压电容的切换控制信号CEN₁、CEN₂、CEN₃、......CEN_n，并由各个切换控制信号把对应的稳压C_filter1、C_filter2、C_filter3......C_filterN逐个关掉，而在电荷泵11电压HV的上升阶段，由稳压电容的切换控制信号CEN₁、CEN₂、CEN₃、......CEN_n逐个把各个稳压电容与电荷泵11的HV节点接通。

采用上述电荷泵装置，在写操作准备阶段(即写操作前)给各个稳压电容预充的方式。在PROGST和Web之间，存储单元的选择(cell selection)和稳压电容的预充一起进行，能够避免稳压电容增加上升时间，以改善系统工作效率降低的问题。电荷泵输出电压的上升时间和纹波现象都可以同时得到优化，也即在不影响减少纹波现象的情形下，可以减少上升时间，从而提高存储系统整体的性能。

相应的，本发明实施例还提供一种电荷泵装置的稳压方法，图6为本发明实施例中电荷泵装置稳压方法的流程图。所述电荷泵装置例如为以上实施例中任一电荷泵装置。

参照图6所示，具体来说，所述稳压方法包括以下步骤：

步骤S1：写操作准备阶段对所述多个稳压电容一起进行预充电。

步骤S2：当web信号为低电平时，逐个断开各个稳压电容与电荷泵的连接，以提升电荷泵的电压。

步骤S3：当电荷泵电压被提升至各个稳压电容相应的参考电压时，逐个将稳压电容与电荷泵连接。

具体的，步骤S3当电荷泵电压被提升至各个稳压电容相应的参考电压时逐个将稳压电容与电荷泵连接，可以包括以下步骤：

步骤S31：提供各个稳压电容相应的参考电压，

步骤S32：判断电荷泵电压是否大于所述参考电压，如果是，则将稳压电容与电荷泵连接。

所述电荷泵装置具有负载模块，所述稳压方法的步骤S2还包括当web信号为低电平时将负载模块与电荷泵接通。所述负载模块包括依次连接的电容负载和电流负载。

本实施例所述的电荷泵装置的稳压方法中，所述逐个断开各个稳压电容与电荷泵的接通(步骤S2)、以及逐个将稳压电容与电荷泵连接(步骤S3)通过各个稳压电容C_filter1、C_filter2、C_filter3......C_filterN相应的切换控制信号CEN₁、CEN₂、CEN₃、......CEN_n来实现。

所述切换控制信号CEN₁、CEN₂、CEN₃、......CEN_n，与所述判断电荷泵电压是否大于所述参考电压的结果输出信号HV_UP₁、HV_UP₂、HV_UP₃......HV_UP_n和电荷泵的预充信号PROGST具有以下关系：CEN＝PRGST xnorHV_UP。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种电荷泵装置，用于存储系统，其特征在于，包括：电荷泵、多个稳压电容、负载模块、负载控制模块和多个切换控制模块，其中，

所述电荷泵，在所述存储系统的写操作准备阶段对所述多个稳压电容一起进行预充电，

所述负载模块，通过所述负载控制模块与所述电荷泵连接，

所述负载控制模块，当web信号为低电平时将负载模块与电荷泵连接，

所述切换控制模块，控制相应的稳压电容与所述电荷泵的接通与断开，当所述web信号为低电平时，逐个断开各个稳压电容与电荷泵的连接，以提升电荷泵的电压，当电荷泵电压被提升至各个稳压电容相应的参考电压时，逐个将稳压电容与电荷泵连接。

2.根据权利要求1所述的电荷泵装置，其特征在于，所述切换控制模块包括比较器，判断电荷泵电压是否大于各个稳压电容相应的参考电压，如果是，则将稳压电容与电荷泵接通。

3.根据权利要求1所述的电荷泵装置，其特征在于，所述负载模块包括依次连接的电容负载和电流负载。

4.根据权利要求2所述的电荷泵装置，其特征在于，所述切换控制模块输出控制信号CEN来控制相应的稳压电容与所述电荷泵的接通与断开，所述控制信号CEN与所述比较器的输出信号HV_UP和电荷泵预充信号PROGST具有以下关系：CEN=PROGST xnor HV_UP。

5.一种电荷泵装置的稳压方法，所述电荷泵装置用于存储系统，包括电荷泵、负载模块和多个稳压电容，其特征在于，

在所述存储系统的写操作准备阶段对所述多个稳压电容一起进行预充电，

当web信号为低电平时，将所述负载模块与所述电荷泵连接，逐个断开各个稳压电容与电荷泵的连接，以提升电荷泵的电压，

6.根据权利要求5所述的电荷泵装置的稳压方法，其特征在于，当电荷泵电压被提升至各个稳压电容相应的参考电压时逐个将稳压电容与电荷泵连接，包括以下步骤：

提供各个稳压电容相应的参考电压，

7.根据权利要求5所述的电荷泵装置的稳压方法，其特征在于，所述负载模块包括依次连接的电容负载和电流负载。

8.根据权利要求5所述的电荷泵装置的稳压方法，其特征在于，所述逐个断开各个稳压电容与电荷泵的连接、以及逐个将稳压电容与电荷泵连接通过各个稳压电容相应的控制信号CEN来实现，

所述控制信号CEN，与所述判断电荷泵电压是否大于所述参考电压的结果输出信号HV_UP和电荷泵预充信号PROGST具有以下关系：CEN=PROGST xnor HV_UP。