CN102148060B

CN102148060B - 电荷泵系统及存储器编程电路

Info

Publication number: CN102148060B
Application number: CN201010111192.5A
Authority: CN
Inventors: 杨光军
Original assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2030-02-10
Also published as: CN102148060A

Abstract

一种电荷泵系统及存储器编程电路。所述存储器编程电路包括电荷泵选择单元、时钟驱动单元、电荷泵单元、地址译码单元以及存储阵列，所述时钟驱动单元与电荷泵单元均包含有多个子单元，其中：电荷泵选择单元基于数据信息确定需要进行编程的存储单元数量，并向时钟驱动单元对应的时钟驱动子单元提供开启信号；时钟驱动单元的时钟驱动子单元基于电荷泵选择单元的开启信号分别开启，并向电荷泵单元的对应电荷泵子单元提供驱动信号；电荷泵单元的电荷泵子单元基于驱动信号分别开启并提升电压，向地址译码单元选中的存储阵列提供编程电压。

Description

电荷泵系统及存储器编程电路

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，更具体的，本发明涉及一种电荷泵系统及存储器编程电路。

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、快闪存储器等先进存储器具有高密度、低功耗和低价格的优点，其已经成为了计算机、移动通信终端中普遍采用的存储装置。

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电压将数据写进存储器中。电荷泵的升压原理通常是利用电容两端电压差不能瞬时变化的特性，当电荷泵保持充、放电状态时，电荷泵中电容两端的电压差将保持恒定，在这种情况下，将所述电容周期性翻转，即可以使得电容两端的电压持续的周期性升高。

专利号为US5430674的美国专利提供了一种采用电荷泵对存储阵列进行编程的电荷泵系统，其示意图如图1所示，包括：时钟驱动单元101、电荷泵单元103、地址译码单元105以及存储阵列107；其中，时钟驱动单元101用于向电荷泵单元103提供周期性翻转的时钟驱动信号，以驱动电荷泵单元103提升电压；地址译码单元105用于选择存储阵列107中需要进行编程操作的存储单元，在电荷泵单元103的电压上升到目标电压(如写入电压或擦除电压)时，地址译码单元105提供由电荷泵单元103至存储阵列107中存储单元的电流通道，在电荷泵单元103输出的编程电压作用下，对存储阵列107完成数据的写入或擦除，进而实现数据的记录功能。

现有技术的电荷泵系统中，电荷泵单元103通过单一的电荷泵对存储阵列107进行编程操作。在对存储阵列107进行编程操作时，既有可能只需要对存储阵列107中的个别存储单元进行操作，也有可能需要对一列存储单元进行操作。因此，为了避免驱动能力不足的情况出现，所述单一的电荷泵必须具备较大的器件尺寸以提高驱动能力。而对于电荷泵而言，其器件尺寸增大必然会带来较大的寄生电容，在电荷泵进行编程操作时，所述较大的寄生电容会增加电荷泵电流的消耗，从而带来不必要的功耗。

与此同时，为了驱动具有较大器件尺寸的电荷泵，时钟驱动单元101的驱动能力必须相应提高，所述时钟驱动单元101驱动能力的提高也对应于器件尺寸及寄生电容的增加，而时钟驱动单元101寄生电容的增加会引起电荷泵充电效率的降低，也会造成无效功耗的增加。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种电荷泵系统及存储器编程电路，降低存储器编程电路中寄生电容引起的无效功耗。

为解决上述问题，本发明提供了一种电荷泵系统，所述电荷泵系统用于向存储阵列提供编程电压，包括：电荷泵选择单元、时钟驱动单元、电荷泵单元，所述时钟驱动单元与电荷泵单元均包含有多个子单元，其中：

电荷泵选择单元基于数据信息确定需要进行编程的存储单元数量，并向时钟驱动单元对应的时钟驱动子单元提供开启信号；

时钟驱动单元的时钟驱动子单元基于电荷泵选择单元的开启信号分别开启，并向电荷泵单元的对应电荷泵子单元提供驱动信号；

电荷泵单元的电荷泵子单元基于驱动信号分别开启并提升电压。

相应的，本发明还提供了一种存储器编程电路，包括：电荷泵选择单元、时钟驱动单元、电荷泵单元、地址译码单元以及存储阵列，所述时钟驱动单元与电荷泵单元均包含有多个子单元，其中：

电荷泵单元的电荷泵子单元基于驱动信号分别开启并提升电压，向地址译码单元选中的存储阵列提供编程电压。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明电荷泵系统的电荷泵单元包括多个电荷泵子单元，相应的，时钟驱动单元也包含有多个时钟驱动子单元。当向存储阵列提供编程电压时，所述电荷泵子单元及时钟驱动子单元可以基于需要编程的存储单元数量的不同部分或全部开启，所述部分开启的电荷泵单元及时钟驱动单元可以降低整个电荷泵系统的寄生电容，从而减少了电荷泵系统中寄生电容的无效功耗。

附图说明

图1是现有技术一种电荷泵系统的示意图。

图2是本发明实施例的电荷泵系统应用于存储器编程电路的示意图。

图3是本发明实施例电荷泵系统的电荷泵选择单元的示意图。

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。

正如背景技术部分所述，现有技术的电荷泵系统中，电荷泵单元与时钟驱动单元具有较大的寄生电容，而所述电荷泵系统在给后续的存储阵列提供编程电压时，需要给电荷泵单元与时钟驱动单元的所有寄生电容充电，所述寄生电容的充电产生了不必要的功耗，造成了电量的浪费。

针对上述问题，本发明的发明人提供了一种电荷泵系统及存储器编程电路，所述电荷泵系统中的电荷泵单元包含有多个电荷泵子单元，当电荷泵单元为存储阵列提供电压时，电荷泵系统可以基于需要编程的存储单元数量选择电荷泵单元中的一个电荷泵子单元或多个电荷泵子单元开启，再对存储阵列进行编程操作。

对于本发明电荷泵系统中的电荷泵单元，其所有电荷泵子单元的驱动能力之和满足存储阵列编程操作的电流需求即可，而其中每个电荷泵子单元的驱动能力可以相应降低，因此，所述每一电荷泵子单元的器件尺寸减小，寄生电容也相应降低。

相应的，本发明电荷泵系统中的时钟驱动单元具有与电荷泵单元对应的结构，依据具体实施例的不同，所述时钟驱动单元中的每一时钟驱动子单元用于驱动电荷泵单元中的一个或多个电荷泵子单元；优选的，所述时钟驱动单元的每一时钟驱动子单元对电荷泵子单元的驱动能力相等，每一时钟驱动子单元只驱动对应的一个电荷泵子单元，因此，所述驱动能力减小的时钟驱动子单元的器件尺寸和寄生电容都相应降低。

本发明电荷泵系统在为存储阵列提供编程电压时，电荷泵单元通常只有部分电荷泵子单元处于开启状态，同时，时钟驱动单元也只有对应的部分时钟驱动子单元开启。与现有技术的电荷泵系统相比，所述部分开启的电荷泵单元与时钟驱动单元的寄生电容相应降低，因此，本发明的电荷泵系统在对存储阵列提供编程电压时，通常只需要对部分寄生电容进行充电，损耗在寄生电容上的无效功耗比现有技术的电荷泵系统显著降低。

图2是本发明实施例电荷泵系统应用于存储器编程电路的示意图。

如图2所示，本发明实施例的电荷泵系统包括：电荷泵选择单元201、时钟驱动单元203、电荷泵单元205，所述电荷泵系统用于向地址译码单元207以及存储阵列209提供编程电压，所述时钟驱动单元与电荷泵单元均包含有多个子单元，其中：

电荷泵选择单元201根据数据信息确定需要进行编程的存储单元数量，并向时钟驱动单元203对应的时钟驱动子单元提供开启信号。

时钟驱动单元203的时钟驱动子单元基于电荷泵选择单元201的开启信号分别开启，并向电荷泵单元205的对应电荷泵子单元提供驱动信号。

电荷泵单元205的多个电荷泵子单元基于时钟驱动单元203提供的驱动信号分别开启并提升电压，在经过地址译码单元207的选择后，电荷泵单元205向存储阵列209提供编程电压。

地址译码单元207用于选择存储阵列209中需要进行编程操作的存储单元，并提供由电荷泵单元205至存储阵列209中需要进行编程操作的存储单元的电流通道。

在电荷泵单元205输出的编程电压作用下，存储阵列209完成数据信息的写入或擦除，进而实现数据信息的记录。

依据具体实施例的不同，所述电荷泵单元205的每一电荷泵子单元的对存储阵列209中存储单元的驱动能力满足一个或多个存储单元进行编程操作时的电压需求，在优选的实施例中，所述电荷泵单元205的每一电荷泵子单元对存储阵列209中存储单元的驱动能力相等。

在具体实施例中，所述存储阵列209可以为DRAM、EEPROM、快闪存储器。

本发明实施例的电荷泵系统的工作原理为：

电荷泵选择单元201接收数据信息，基于所接收数据信息的不同，确定需要进行编程操作的存储单元数量，并由所述需要进行编程操作的存储单元数量确定电荷泵单元205中需要开启的电荷泵子单元数量，之后，电荷泵选择单元201向时钟驱动单元203的部分或全部时钟驱动子单元发送开启信号。

在获得开启信号后，时钟驱动单元203的部分或全部时钟驱动子单元开启，其中，被开启的时钟驱动子单元向电荷泵单元205中的对应电荷泵子单元提供驱动信号，所述驱动信号控制电荷泵子单元中的存储电容周期性翻转，从而实现编程电压的提升。

当电荷泵单元205中电荷泵子单元的电压提升至目标电压后，经由地址译码单元207提供的由电荷泵单元205至存储阵列209中需要进行编程操作的存储单元的电流通道，电荷泵单元205向所述存储阵列209中需要进行编程操作的存储单元输出编程电压，存储阵列209完成数据信息的写入或擦除，进而实现数据信息的记录。

为了提高编程操作的稳定性和可靠性，电荷泵单元205对存储阵列的各个存储单元同时进行编程操作，因此，电荷泵单元205的各个电荷泵子单元的输出合并后，再为存储阵列209提供编程电压。在具体实施例中，电荷泵单元205的各个电荷泵子单元的输出端并联连接后，再与地址译码单元207的输入端相连。

虽然时钟驱动单元203的每一时钟驱动子单元与电荷泵单元205中每一电荷泵子单元的寄生电容与有用电容的比例仍与现有技术电荷泵系统相同，但由于现有技术电荷泵系统需要对图1中的电荷泵单元103及时钟驱动单元101的所有寄生电容进行充电，而本发明实施例的电荷泵系统只需要对时钟驱动单元203与电荷泵单元205中每一被开启的子单元的寄生电容进行充电，而未开启子单元的寄生电容不会被充电，因此，每次编程操作消耗在寄生电容上的电量减小，整个电荷泵系统的功耗得以降低。

电荷泵选择单元201确定需要进行编程操作的存储单元数量，例如，存储阵列209中存储的数据为8位宽，相应的，电荷泵选择单元201输入的数据信息也为8位宽：

在执行写‘1’操作时，如果所述数据信息为‘10101000’，所述存储阵列209中的3个存储单元需要编程电压，那么，所述电荷泵选择单元201判定需要编程的存储单元数量为3个，则电荷泵选择单元201选择开启时钟驱动电路203的3个时钟驱动子单元，进而使得电荷泵单元205的3个电荷泵子单元提升电压；

在执行写‘0’操作时，如果所述数据信息为‘10101000’，所述存储阵列209中的5个存储单元需要编程电压，那么，所述电荷泵选择单元201判定需要编程的存储单元数量为5个，则电荷泵选择单元201选择开启时钟驱动电路203的5个时钟驱动子单元，进而使得电荷泵单元205的5个电荷泵子单元提升电压。

在具体实施例中，所述电荷泵选择单元201可以采用数模-模数转换来实现需要编程的存储单元数目的计算以及时钟驱动单元203的开启信号的产生。

图3是本发明实施例电荷泵系统的电荷泵选择单元的示意图。

如图3所示，所述电荷泵选择单元包括：数模转换单元301、模数转换单元303以及使能选择单元305，其中，

数模转换单元301将输入的数据信息转换为模拟信号。

模数转换单元303将数模转换单元301转换的模拟信号再转换为数字信号，所述数字信号对应于需要开启的电荷泵数量。

使能选择单元305将模数转换单元303输出的数字信号转换为后续时钟驱动单元的开启信号。

所述电荷泵选择单元的工作原理为：

数模转换单元301将输入的数据信息转换为模拟信号，例如，所述模拟信号可以为电流信号。以数据信息为‘10101000’为例，数模转换单元301将输入的数据信息中每一位数据分别通过一位的数模转换电路转换为电流信号，其转换规则为，对于‘1’，生成标准电流，对于‘0’，不生成电流。那么对于‘10101000’，其中有3个‘1’，所述数模转换单元301将其转换成3个标准电流，所述3个标准电流相累加，再提供给模数转化单元303。

之后，模数转换单元303将所述模拟信号转换为数字信号，如前所述，如果所述模拟信号为电流信号，模数转换单元303可以将所述累加后的3个标准电流通过电阻转换为电压信号，再由模数转换电路完成所述电压信号向数字信号的转换。在完成所述模数转换过程后，输入信号中‘1’或‘0’的个数即可以确定为3个。

最后，基于前述输入信号中检测到的‘1’的数量，使能选择单元305选择相应数量的时钟驱动子单元开启，在具体实施例中，所述使能选择单元305可以通过多路选择器实现，即若模数转换单元303计算得到需要编程的存储单元数量为3，则所述存储单元的数量‘3’被输入到使能选择单元305的输入端，相应的，所述，使能选择单元305向时钟驱动单元的3个时钟驱动子单元提供开启信号。

综上所述，本发明电荷泵系统及存储器编程电路的电荷泵单元包括多个电荷泵子单元，相应的，时钟驱动单元也包含有多个时钟驱动子单元。当向存储阵列提供编程电压时，所述电荷泵单元及时钟驱动单元可以基于需要编程的存储单元数量的不同部分或全部子单元开启，所述部分开启的电荷泵单元及时钟驱动单元降低了整个电荷泵系统的寄生电容，从而减少了电荷泵系统中因寄生电容产生的无效功耗。

应该理解，此处的例子和实施例仅是示例性的，本领域技术人员可以在不背离本申请和所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，做出各种修改和更正。

Claims

1.一种电荷泵系统，所述电荷泵系统用于向存储阵列提供编程电压，其特征在于，包括：电荷泵选择单元、时钟驱动单元、电荷泵单元，所述时钟驱动单元与电荷泵单元均包含有多个子单元，其中：

电荷泵单元的电荷泵子单元基于驱动信号分别开启并提升电压；

所述时钟驱动单元及电荷泵单元中每一被开启子单元的寄生电容会被充电，而未被开启子单元的寄生电容不会被充电。

2.如权利要求1所述的电荷泵系统，其特征在于，所述时钟驱动单元中的每一时钟驱动子单元用于驱动电荷泵单元中的一个或多个电荷泵子单元。

3.如权利要求2所述的电荷泵系统，其特征在于，所述时钟驱动单元的每一时钟驱动子单元对电荷泵子单元的驱动能力相等。

4.如权利要求1所述的电荷泵系统，其特征在于，所述电荷泵单元的每一电荷泵子单元对存储阵列中的一个或多个存储单元提供编程电压。

5.如权利要求4所述的电荷泵系统，其特征在于，所述电荷泵单元的每一电荷泵子单元对存储阵列中存储单元的驱动能力相等。

6.如权利要求1所述的电荷泵系统，其特征在于，所述电荷泵选择单元包括：

数模转换单元，将数据信息转换为模拟信号；

模数转换单元，将数模转换单元转换的模拟信号再转换为数字信号，所述数字信号对应于需要开启的电荷泵数量；

使能选择单元，将模数转换单元输出的数字信号转换为后续时钟驱动单元的开启信号。

7.如权利要求1所述的电荷泵系统，其特征在于，所述存储阵列为DRAM、EEPROM或快闪存储器。

8.一种存储器编程电路，其特征在于，包括：电荷泵选择单元、时钟驱动单元、电荷泵单元、地址译码单元以及存储阵列，所述时钟驱动单元与电荷泵单元均包含有多个子单元，其中：

电荷泵单元的电荷泵子单元基于驱动信号分别开启并提升电压，向地址译码单元选中的存储阵列中的存储单元提供编程电压；

9.如权利要求8所述的存储器编程电路，其特征在于，所述电荷泵单元的各个电荷泵子单元的输出端并联后，与地址译码单元的输入端相连。