CN102064684A

CN102064684A - 电荷泵装置及其稳压方法

Info

Publication number: CN102064684A
Application number: CN2009101992412A
Authority: CN
Inventors: 杨光军
Original assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2009-11-18
Filing date: 2009-11-18
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2029-11-18
Also published as: CN102064684B

Abstract

本发明提供一种电荷泵装置及其控制方法，所述电荷泵装置包括：主电荷泵、辅助电荷泵、第一切换控制模块、第二切换控制模块和稳压电容。主电荷泵通过第一切换控制模块与稳压电容连接；辅助电荷泵通过第二切换控制模块与稳压电容连接，用于对稳压电容进行预充电，辅助电荷泵的升压速率大于主电荷泵的升压速率；第一切换控制模块用于控制主电荷泵与稳压电容的接通或断开；第二切换控制模块用于控制辅助电荷泵与稳压电容的接通与断开。这样一来，电荷泵装置高压的上升时间和纹波都可以得到优化，在不影响纹波的情形下可以减少上升时间，提高存储器整体性能。而且由于辅助电荷泵对稳压电容进行预充电，不需要利用写操作前的准备阶段的时间，更加灵活。

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：主电荷泵、辅助电荷泵、第一切换控制模块、第二切换控制模块和稳压电容，其中，

所述主电荷泵，通过所述第一切换控制模块与所述稳压电容连接；

所述辅助电荷泵，通过所述第二切换控制模块与稳压电容连接，用于对所述稳压电容进行预充电，所述辅助电荷泵的升压速率大于主电荷泵的升压速率；

所述第一切换控制模块，用于控制所述主电荷泵与稳压电容的接通或断开；

所述第二切换控制模块，用于控制所述辅助电荷泵与稳压电容的接通与断开。

所述第一切换控制模块包括第一比较器，所述第一比较器连接主电荷泵的输出电压，用于判断主电荷泵输出电压的分压是否大于预先提供的参考电压，如果是，则将所述稳压电容与主电荷泵接通。

所述第二切换控制模块包括第二比较器，所述第二比较器连接辅助电荷泵的输出电压，用于判断辅助电荷泵输出电压的分压是否大于预先提供的参考电压，如果是，则将所述稳压电容与辅助电荷泵断开。

所述辅助电荷泵输出电压的分压等于或者略大于主电荷泵输出电压的分压。

优选的，所述的电荷泵装置还包括负载模块，所述负载模块与所述主电荷泵连接。

相应的，还提供一种电荷泵装置的稳压方法，包括以下步骤：

所述主电荷泵与稳压电容断开的状态下，将所述辅助电荷泵与稳压电容接通，对所述稳压电容进行预充电；

在第二切换控制信号的控制下，断开辅助电荷泵与稳压电容的连接；

在第一切换控制信号的控制下，将主电荷泵与稳压电容接通。

具体的，在第二切换控制信号的控制下断开辅助电荷泵与稳压电容的连接，包括以下步骤：

提供参考电压，

判断所述辅助电荷泵输出电压的分压是否大于所述参考电压，如果是，则输出第二切换控制信号。

具体的，在第一切换控制信号的控制下将主电荷泵与稳压电容接通，包括以下步骤：

提供参考电压，

判断主电荷泵输出电压的分压是否大于所述参考电压，如果是，则输出第一切换控制信号。

优选的，所述的电荷泵装置还包括负载模块，则所述的电荷泵装置的稳压方法中对所述稳压电容进行预充电过程中所述负载模块与所述主电荷泵保持连接。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

所述电荷泵装置及其稳压方法，利用辅助电荷泵来对稳压电容进行预充电，稳压电容C_filter起初一直接到辅助电荷泵的输出电压节点上，能够避免稳压电容增加主电荷泵电压上升时间，以改善系统工作效率降低的问题，直到第二切换控制信号产生时，稳压电容将从辅助电荷泵上断开，直到第一切换控制信号产生后，才连接到主电荷泵的输出电压节点上，对主电荷泵的输出电压进行稳压，以减少纹波。

这样一来，电荷泵装置整体上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，本发明实施例中的电荷泵装置中，将传统的电荷泵作为主电荷泵，另外设置了辅助电荷泵对稳压电容进行预充电，这样不需要利用写操作前的准备阶段的时间，更加灵活。

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4A为图3中第一切换控制模块的电路示意图；

图4B为图3中第二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，其包括主电荷泵和辅助电荷泵，采用辅助电荷泵来对稳压电容预充，然后切换控制信号再将主电荷泵与稳压电容接通，对稳压电容、电容负载C_load和电流负载I_load充电，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4A为图3中第一切换控制模块的电路示意图，图4B为图3中第二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3-图5所示，所述电荷泵装置包括：主电荷泵11、辅助电荷泵21、第一切换控制模块12、第二切换控制模块22和稳压电容C_filter。

其中：所述主电荷泵11用于通过所述第一切换控制模块12与所述稳压电容C_filter连接。

所述辅助电荷泵21通过所述第二切换控制模块22与稳压电容C_filter连接，用于对所述稳压电容C_filter进行预充电，所述辅助电荷泵21的升压速率大于主电荷泵11的升压速率。

所述第一切换控制模块12，根据第一切换控制信号HV1_UP控制所述主电荷泵11与稳压电容C_filter的接通或断开；所述第二切换控制模块22，根据第二切换控制信号HV2_UP控制所述辅助电荷泵与稳压电容的接通与断开。

如图4B所示，本实施例中，所述第二切换控制模块22包括第二比较器221，所述第二比较器221连接辅助电荷泵21的输出电压HV2，用于判断辅助电荷泵21输出电压HV2的分压HV2_DET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_filter与辅助电荷泵21断开；如果否，则保持所述稳压电容C_filter与辅助电荷泵21接通，使得辅助电荷泵21对稳压电容C_filter预充电，直到辅助电荷泵升压至第二切换信号HV2_UP产生。

如图4A所示，本实施例中，所述第一切换控制模块12包括第一比较器121，所述第一比较器121连接主电荷泵11的输出电压HV1，用于判断主电荷泵11输出电压HV1的分压HV1_DET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_filter与主电荷泵11接通；如果否，则保持所述稳压电容C_filter与主电荷泵11断开，直到主电荷泵升压至第一切换信号HV1_UP产生。

优选的，所述辅助电荷泵21输出电压HV2的分压HV2_DET等于或者略大于主电荷泵11输出电压HV1的分压HV1_UP。

所述的电荷泵装置还包括：负载模块13，其中，所述负载模块13与主电荷泵11的输出电压HV1节点直接连接。本实施例中，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。当主电荷泵11与所述稳压电容C_filter接通时，同时还连接有上述电容负载C_load和电流负载I_load。

相对于主电荷泵11来说，辅助电荷泵21与所述稳压电容C_filter接通时并未连接其他负载，因此辅助电荷泵21的负载较小，从而可以实现所述辅助电荷泵21输出电压HV2的升压速率大于主电荷泵11输出电压HV1的升压速率。

本发明的其他实施例中，所述负载模块13也可以根据实际电路需要包括其他负载，不再一一赘述。

所述电荷泵装置实质上利用辅助电荷泵21来对稳压电容C_filter进行预充电，稳压电容C_filter起初一直接到辅助电荷泵21的输出电压HV2节点上，能够避免稳压电容增加主电荷泵11电压上升时间，以改善系统工作效率降低的问题，直到第二切换控制信号HV2_UP产生时，稳压电容C_filter将从HV2节点上断开，直到第一切换控制信号HV1_UP产生后，才连接到主电荷泵11的输出电压HV1节点上，对主电荷泵11的输出电压进行稳压，以减少纹波。

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5和图6所示，具体来说，所述稳压方法包括以下步骤：

步骤S1：在主电荷泵与稳压电容断开的状态下，将所述辅助电荷泵与稳压电容接通，利用该辅助电荷泵对所述稳压电容进行预充电。

步骤S2：在第二切换控制信号的控制下，断开辅助电荷泵与稳压电容的连接。其中，所述第二切换控制信号可以由第二切换控制模块产生，该第二切换控制模块根据辅助电荷泵输出电压的分压与参考电压的比较结果形成第二切换控制信号。

步骤S3：在第一切换控制信号的控制下，将主电荷泵与稳压电容接通。其中，所述第一切换控制信号可以由第一切换控制模块产生，该第一切换控制模块根据主电荷泵输出电压的分压与参考电压的比较结果形成第一切换控制信号。

具体的，以上步骤S2包括以下步骤：

步骤S21：提供参考电压，

步骤S22：判断所述辅助电荷泵输出电压的分压是否大于所述参考电压，如果是，则输出第二切换控制信号；如果否，则保持所述稳压电容与辅助电荷泵的接通状态，直到辅助电荷泵升压至第二切换信号HV2_UP产生。

具体的，以上步骤S3包括以下步骤：

步骤S31：提供参考电压，

步骤S32：判断主电荷泵输出电压的分压是否大于所述参考电压，如果是，则输出第一切换控制信号，如果否，则保持所述稳压电容与主电荷泵断开，直到主电荷泵升压至第一切换信号HV1_UP产生。

优选的，所述的电荷泵装置的稳压方法中，所述辅助电荷泵输出电压的分压等于或者略大于主电荷泵输出电压的分压。

优选的，所述的电荷泵装置还包括负载模块，则本实施例中电荷泵装置的稳压方法中，对所述稳压电容进行预充电过程中所述负载模块与所述主电荷泵的输出电压HV1节点保持连接。

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，其特征在于，包括：主电荷泵、辅助电荷泵、第一切换控制模块、第二切换控制模块和稳压电容，其中，

2.根据权利要求1所述的电荷泵装置，其特征在于，所述第一切换控制模块包括第一比较器，所述第一比较器连接主电荷泵的输出电压，用于判断主电荷泵输出电压的分压是否大于预先提供的参考电压，如果是，则将所述稳压电容与主电荷泵接通。

3.根据权利要求2所述的电荷泵装置，其特征在于，所述第二切换控制模块包括第二比较器，所述第二比较器连接辅助电荷泵的输出电压，用于判断辅助电荷泵输出电压的分压是否大于预先提供的参考电压，如果是，则将所述稳压电容与辅助电荷泵断开。

4.根据权利要求3所述的电荷泵装置，其特征在于，所述辅助电荷泵输出电压的分压等于或者略大于主电荷泵输出电压的分压。

5.根据权利要求1所述的电荷泵装置，其特征在于，还包括负载模块，所述负载模块与所述主电荷泵连接。

6.一种电荷泵装置的稳压方法，所述电荷泵装置包括稳压电容、主电荷泵和辅助电荷泵，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的电荷泵装置的稳压方法，其特征在于，在第二切换控制信号的控制下断开辅助电荷泵与稳压电容的连接，包括以下步骤：

提供参考电压，

8.根据权利要求7所述的电荷泵装置的稳压方法，其特征在于，在第一切换控制信号的控制下将主电荷泵与稳压电容接通，包括以下步骤：

提供参考电压，

9.根据权利要求8所述的电荷泵装置的稳压方法，其特征在于，所述辅助电荷泵输出电压的分压等于或者略大于主电荷泵输出电压的分压。

10.根据权利要求6所述的电荷泵装置的稳压方法，其特征在于，所述的电荷泵装置还包括负载模块，则对所述稳压电容进行预充电过程中所述负载模块与所述主电荷泵保持连接。