CN102360565B - 电荷泵系统及用其产生读写操作字线电压的方法、存储器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电荷泵系统及用其产生读写操作字线电压的方法和一种存储器。该电荷泵系统包括：受待机使能信号控制的待机模式电荷泵；受工作使能信号控制的工作模式电荷泵和受控开关；负载电容；一、二号分压电路；一、二号比较器；或门电路；振荡器；两电荷泵的输出端相连；负载电容分别接两电荷泵的输出和地；待机模式电荷泵的输出接一号分压电路，受控开关的两端分别接工作模式电荷泵的输出端与二号分压电路；一、二号比较器分别比较相应基准电压与相应分压电路的输出；或门电路根据两比较器的输出，控制振荡器的工作；振荡器的输出端接两电荷泵的输入端。本发明能提高读写操作字线电压的建立速度。

Description

电荷泵系统及用其产生读写操作字线电压的方法、存储器

技术领域

本发明涉及存储器芯片的读写操作技术领域，特别是涉及一种电荷泵系统、一种用该电荷泵系统产生读写操作字线电压的方法以及一种包括该电荷泵系统的存储器。

背景技术

对存储单元进行快速读写，一直是高速存储器芯片（如FLASH等）的追求目标。存储单元的字线上的读写操作字线电压建立时间是制约读写速度的重要因素。在高速存储器芯片中，读写操作字线电压一般在3V以上，对于其在低电源电压（3V以下）的应用，需要用电荷泵来产生读写操作字线电压。

图1为现有技术提供的产生读写操作字线电压的电荷泵系统的结构图。如图1所示，该系统包括：受工作使能信号控制的电荷泵101、分压电路102、比较器103、振荡器104和负载电容105。其中，电荷泵101的输出端分别接负载电容105的一端和分压电路102的输入端，负载电容105的另一端接地；比较器103的正向输入端和反向输入端分别接基准电压（Vref）和分压电路102的输出端，比较器103的输出端接振荡器104的输入端；振荡器104的输出端接电荷泵101的输入端。另外，电荷泵101的输出端还接读操作或写操作所涉及的存储单元的字线106。这样，在工作使能信号为逻辑0时，电荷泵101处于不工作状态，整个系统不工作；在工作使能信号为逻辑1时，电荷泵101输出电压，在负载电容105处形成一电压（VPP）提供给字线106，用于在字线106上建立读写操作字线电压。在VPP提供给字线106之后，负载电容105上的电荷量会减少一部分，因而VPP会发生下降，如果任由其一直下降，将会造成在工作使能信号持续为逻辑1的情况下（即持续进行读操作或写操作的情况下）因VPP过低而不能进行需要的读操作或写操作，即该存储芯片不能正常工作，这是不允许的，因而现有技术设置了分压电路102和比较器103，二者根据VPP的高低来控制电荷泵101的工作，使VPP维持在能保证存储芯片正常进行读写的水平，其工作原理如下：经过分压电路102的分压，VPP被降至图1中的V输入到比较器103的反向输入端，在与正向输入端所输入的基准电压Vref进行比较后，如果Vref大于V，则说明VPP已下降到不能保证存储芯片正常读写的水平，此时比较器103输出一激励信号Vout，以使振荡器104产生一定频率的方波信号clk输出到电荷泵101，电荷泵101接收到该方波信号clk后，快速向负载电容105提供电荷，以提高其两端的电压VPP，这也提高了字线106上的电压，保证了存储芯片的正常读写操作。当然，在分压电路102的输出电压V高于Vref时，比较器103的输出为0（即地电压），此时振荡器104不工作。

上述的工作使能信号可在逻辑0与逻辑1之间切换，逻辑0意味着该信号的电压为地电压，逻辑1则意味着该信号的电压为电源电压。随着存储芯片应用需求的变化，低电源电压（如低于1.8V的电源电压）的存储芯片逐渐成为设计和发展的方向，但是，由于电荷泵101的能力和效率会随电源电压的降低而降低，因而利用图1所示的现有技术来建立读写操作字线电压的时间就会越来越长，这与存储芯片的快速读写目标背道而驰。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电荷泵系统、一种用该电荷泵系统产生读写操作字线电压的方法以及一种包括该电荷泵系统的存储器，能提高读写操作字线电压的建立速度。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种电荷泵系统，该系统包括：

受待机使能信号控制的待机模式电荷泵；

均受工作使能信号控制的工作模式电荷泵和受控开关；

负载电容；

一号分压电路；

二号分压电路；

一号比较器；

二号比较器；

或门电路；

振荡器；其中，

所述待机模式电荷泵的输出端和所述工作模式电荷泵的输出端均与字线相连，作为该系统的输出端；

所述负载电容的一端与所述待机模式电荷泵的输出端相连，另一端接地；

所述一号分压电路的输入端与所述待机模式电荷泵的输出端相连；

所述受控开关的两端分别接所述工作模式电荷泵的输出端与所述二号分压电路的输入端；

所述一号比较器的正向输入端和反向输入端分别接一号基准电压和所述一号分压电路的输出端；

所述二号比较器的正向输入端和反向输入端分别接二号基准电压和所述二号分压电路的输出端；

所述或门电路的两个输入端分别与所述一号比较器的输出端和所述二号比较器的输出端相连，所述或门电路的输出端与所述振荡器的使能端相连；

所述振荡器的输出端分别接所述待机模式电荷泵的输入端和所述工作模式电荷泵的输入端；

当所述待机使能信号有效时，所述待机模式电荷泵处于工作状态；当所述工作使能信号有效时，所述工作模式电荷泵处于工作状态，所述受控开关处于导通状态；当所述工作使能信号无效时，所述工作模式电荷泵处于不工作状态，所述受控开关处于不导通状态。

本发明的有益效果是：本发明中，在待机使能信号有效时待机模式电荷泵处于工作状态，在工作使能信号有效时工作模式电荷泵处于工作状态，且受控开关处于导通状态，在工作使能信号无效时工作模式电荷泵处于不工作状态，且受控开关处于不导通状态。这样，可在工作使能信号无效时使待机使能信号处于有效状态，从而在负载电容两端的电压（即读写操作字线电压VPP）不能保证字线正常读写存储单元时，使一号分压电路输出至一号比较器反向输入端的一号分压电压V1小于一号比较器正向输入端的一号基准电压Vref1，这样，一号比较器的输出电压Vout1就使或门电路输出一激励信号osc_en，该激励信号启动振荡器的工作，使其产生一定频率的方波信号clk输出到待机模式电荷泵，以提高负载电容两端的电压VPP，从而使字线上的电压提高至可正常读写的水平。当字线需要对存储单元进行读操作或写操作从而将工作使能信号置为有效状态时，字线上的电压水平即已满足读写操作要求，因而可直接进行读写操作，相对于现有技术在工作使能信号转变为有效状态后需要一定的读写操作字线电压建立时间，且电源电压越低，该建立时间越长的情况，本发明的读写操作字线电压建立时间可认为为零，因而本发明大大提高了读写操作字线电压的建立速度，也就提高了存储器的读写速度。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

进一步，所述待机模式电荷泵的输出电压不大于所述工作模式电荷泵的输出电压。

进一步，所述受控开关为NMOS管，其栅极接所述工作使能信号，其源极接所述工作模式电荷泵的输出端，其漏极接所述二号分压电路的输入端；

或，所述受控开关为PMOS管，其栅极接所述工作使能信号，其漏极接所述工作模式电荷泵的输出端，其源极接所述二号分压电路的输入端。

进一步，所述一号分压电路包括n个相互串联的一号器件；其中，n为不小于2的整数；

与所述待机模式电荷泵的输出端相连的一号器件为第一级一号器件，接地的一号器件为第n级一号器件，其余的n-2个一号器件均串联于所述第一级一号器件和所述第n级一号器件之间；

所述一号分压电路的输出端位于所述第一级一号器件和所述第n级一号器件之间。

进一步，所述一号器件为电阻；

或，

所述一号器件为电容；

或，

所述一号器件为NMOS管；其中，各一号器件的栅极均与该一号器件的源极相连；第一级一号器件的漏极接所述待机模式电荷泵的输出端，第n级一号器件的源极接地，其余各一号器件的漏极均接与该一号器件串联且比其更加靠近第一级一号器件的一号器件的源极；第n级一号器件的漏极接与该一号器件串联的一号器件的源极；

或，

所述一号器件为PMOS管；其中，各一号器件的栅极均与该一号器件的漏极相连；第一级一号器件的源极接所述待机模式电荷泵的输出端，第n级一号器件的漏极接地，其余各一号器件的源极均接与该一号器件串联且比其更加靠近第一级一号器件的一号器件的漏极；第n级一号器件的源极接与该一号器件串联的一号器件的漏极。

进一步，所述二号分压电路包括m个相互串联的二号器件；其中，m为不小于2的整数；

与所述受控开关的一端相连的二号器件为第一级二号器件，接地的二号器件为第m级二号器件，其余的m-2个二号器件均串联于所述第一级二号器件和所述第m级二号器件之间；

所述二号分压电路的输出端位于所述第一级二号器件和所述第m级二号器件之间。

进一步，所述二号器件为电阻；

或，

所述二号器件为电容；

或，

所述二号器件为NMOS管；其中，各二号器件的栅极均与该二号器件的源极相连；第一级二号器件的漏极接所述受控开关的一端，第m级二号器件的源极接地，其余各二号器件的漏极均接与该二号器件串联且比其更加靠近第一级二号器件的二号器件的源极；第m级二号器件的漏极接与该二号器件串联的二号器件的源极；

或，

所述二号器件为PMOS管；其中，各二号器件的栅极均与该二号器件的漏极相连；第一级二号器件的源极接所述受控开关的一端，第m级二号器件的漏极接地，其余各二号器件的源极均接与该二号器件串联且比其更加靠近第一级二号器件的二号器件的漏极；第m级二号器件的源极接与该二号器件串联的二号器件的漏极。

进一步，有效的所述待机使能信号所对应的电压为电源电压；

和/或，

无效的所述工作使能信号所对应的电压为低电压；有效的所述工作使能信号所对应的电压为电源电压。

本发明还公开了一种存储器，该存储器包括存储单元和字线；所述字线与所述存储单元相连，用于在读写操作字线电压的支持下读出所述存储单元中的数据或向所述存储单元写入数据；该存储器还包括电荷泵系统，该电荷泵系统包括：

受待机使能信号控制的待机模式电荷泵；

均受工作使能信号控制的工作模式电荷泵和受控开关；

负载电容；

一号分压电路；

二号分压电路；

一号比较器；

二号比较器；

或门电路；

振荡器；其中，

所述待机模式电荷泵的输出端和所述工作模式电荷泵的输出端均与所述字线相连；

所述负载电容的一端与所述待机模式电荷泵的输出端相连，另一端接地；

所述一号分压电路的输入端与所述待机模式电荷泵的输出端相连；

所述受控开关的两端分别接所述工作模式电荷泵的输出端与所述二号分压电路的输入端；

所述一号比较器的正向输入端和反向输入端分别接一号基准电压和所述一号分压电路的输出端；

所述二号比较器的正向输入端和反向输入端分别接二号基准电压和所述二号分压电路的输出端；

所述或门电路的两个输入端分别与所述一号比较器的输出端和所述二号比较器的输出端相连，所述或门电路的输出端与所述振荡器的使能端相连；

所述振荡器的输出端分别接所述待机模式电荷泵的输入端和所述工作模式电荷泵的输入端；

当所述待机使能信号有效时，所述待机模式电荷泵处于工作状态而向所述字线提供所述读写操作字线电压；当所述工作使能信号有效时，所述工作模式电荷泵处于工作状态而向所述字线提供所述读写操作字线电压，所述受控开关处于导通状态；当所述工作使能信号无效时，所述工作模式电荷泵处于不工作状态，所述受控开关处于不导通状态。

本发明还公开了一种用电荷泵系统产生读写操作字线电压的方法，所述电荷泵系统为上述的电荷泵系统，该方法包括：

步骤1：保持待机使能信号一直有效，使所述待机模式电荷泵一直处于工作状态而保持向所述字线提供所述读写操作字线电压；

步骤2：在需要对存储单元进行读操作或写操作时，原处于无效状态的工作使能信号变为有效状态，所述工作模式电荷泵变为工作状态，所述受控开关变为导通状态；所述字线上的所述读写操作字线电压因所述读操作或所述写操作的进行而下降；

步骤3：当所述一号分压电路对所述读写操作字线电压分压所得到的输出电压低于所述一号基准电压时，所述一号比较器向所述或门电路输出逻辑1；当所述二号分压电路对所述读写操作字线电压分压所得到的输出电压低于所述二号基准电压时，所述二号比较器向所述或门电路输出逻辑1；

步骤4：所述或门电路对其两个输入信号进行逻辑或运算后，向所述振荡器提供使能信号，使所述振荡器启动而产生方波信号；

步骤5：所述待机模式电荷泵和所述工作模式电荷泵均在所述方波信号的激励下向所述负载电容提供电荷以提高字线上的所述读写操作字线电压；

步骤6：判断所述工作使能信号是否处于有效状态，如果是，则返回所述步骤3，否则，返回所述步骤1。

附图说明

图1为现有技术提供的产生读写操作字线电压的电荷泵系统的结构图；

图2为本发明提供的电荷泵系统及其所在的存储器的结构图；

图3为一号器件选用电阻或电容时的一号分压电路的结构图；

图4为一号器件选用PMOS管时的一号分压电路的结构图；

图5为一号器件选用NMOS管时的一号分压电路的结构图；

图6为二号器件选用电阻或电容时的二号分压电路的结构图；

图7为二号器件选用PMOS管时二号分压电路的结构图；

图8为二号器件选用NMOS管时二号分压电路的结构图；

图9为本发明提出的用电荷泵系统产生读写操作字线电压的方法的流程图；

图10为电源电压VDD、待机使能信号、工作使能信号以及读写操作字线电压VPP的时序图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

图2为本发明提供的电荷泵系统及其所在的存储器的结构图。如图2所示，本发明提出的电荷泵系统包括：待机模式电荷泵201、工作模式电荷泵202、受控开关211、负载电容207、一号分压电路203、二号分压电路204、一号比较器205、二号比较器206、或门电路209、振荡器210。图2还给出了包括该电荷泵系统的一种存储器的结构，该存储器除了包括上述的电荷泵系统之外，还包括用于存储数据的存储单元212以及与存储单元212相连的字线208，其中的字线208用于在读写操作字线电压的支持下读出存储单元212中存储的数据或向存储单元212写入数据。

本发明中，待机模式电荷泵201受待机使能信号控制，工作模式电荷泵202和受控开关211均受工作使能信号控制。这里的待机使能信号和工作使能信号均具有有效和无效两种状态，无效的待机使能信号所对应的电压为地电压（即为零电压），有效的待机使能信号所对应的电压为电源电压（具体电源电压值根据该电荷泵系统所在的存储器的不同而有所不同，可为3V，也可为低于3V的低电源电压）。同样，无效的工作使能信号所对应的电压为地电压，有效的工作使能信号所对应的电压为电源电压。

本发明中，待机模式电荷泵201和工作模式电荷泵202都为现有技术提供的能向外部电路（如负载电容207）快速提供电荷的电荷泵电路，其具有使能端，可在使能信号的控制下处于工作状态或不工作状态，其具有输入端，可接振荡器的输出端，从而接收振荡器提供的一定频率的方波信号，并在该方波信号的激励下向外部电路提供电荷。

当待机使能信号有效时，待机模式电荷泵201处于工作状态，可向负载电容207提供电荷，从而向字线208提供读写操作字线电压；当待机使能信号无效时，待机模式电荷泵201可以处于不工作状态，从而终止待机模式电荷泵201的工作，当然，在待机使能信号无效时，也可使待机模式电荷泵201处于工作状态。

当工作使能信号有效时，工作模式电荷泵202处于工作状态，可向负载电容207提供电荷，从而向字线208提供读写操作字线电压，受控开关211此时处于导通状态，此时，如图2所示，二号分压电路204的输入电压即为工作模式电荷泵202的输出电压（或待机模式电荷泵201的输出电压），其值与负载电容207两端的电压VPP相同；当工作使能信号无效时，工作模式电荷泵202处于不工作状态，受控开关211处于不导通状态，此时，二号分压电路204和二号比较器206都不工作，二号比较器206的输出电压Vout2为零（或为地电压），对或门电路209而言，二号比较器206的输出Vout2就相当于其进行逻辑或运算的逻辑0。

图2中，待机模式电荷泵201的输出端和工作模式电荷泵202的输出端相连，可作为该电荷泵系统的输出端来使用。在应用该电荷泵系统的存储器中，可将该电荷泵系统的输出端与字线208相连，从而由待机模式电荷泵201和工作模式电荷泵202共同向字线208提供进行读操作或写操作的读写操作字线电压，这有利于提高存储器的读写速度。当然，在该电荷泵系统应用于其他实施例中时，该输出端也可向其他外部电路快速提供输出电压。负载电容207的一端与待机模式电荷泵201的输出端相连，另一端接地，因而该电荷泵系统提供给字线208的电压即为两个电荷泵（待机模式电荷泵201和工作模式电荷泵202）共同向负载电容207提供的电荷所建立的电压VPP。

一号分压电路203的输入端与待机模式电荷泵201的输出端相连，因而一号分压电路203的输入电压即为上述的电压VPP。

受控开关211的两端分别接工作模式电荷泵202的输出端与二号分压电路204的输入端，因而在受控开关211处于导通状态时，二号分压电路204的输入电压也为上述的电压VPP。

一号比较器205的正向输入端和反向输入端分别接预定的一号基准电压Vref1和一号分压电路203的输出端，因而一号比较器205是对Vref1和一号分压电路203的输出电压V1进行比较，从而产生一输出电压信号Vout1的电路，如果Vref1大于V1，意味着VPP不足以保证字线208对存储单元212正常进行读操作或写操作，因而一号比较器205的输出电压信号Vout1为提供给或门电路209进行逻辑或运算的逻辑1；如果Vref1不大于V1，则意味着VPP能够保证字线208对存储单元212正常进行读操作或写操作，此时Vout1为提供给或门电路209进行逻辑或运算的逻辑0。

二号比较器206的正向输入端和反向输入端分别接二号基准电压Vref2和二号分压电路204的输出端，因而二号比较器206是对Vref2和二号分压电路204的输出电压V2进行比较，从而产生一输出电压信号Vout2的电路，如果Vref2大于V2，意味着VPP不足以保证字线208对存储单元212正常进行读操作或写操作，因而二号比较器206的输出电压信号Vout2为提供给或门电路209进行逻辑或运算的逻辑1；如果Vref2不大于V2，则意味着VPP能够保证字线208对存储单元212正常进行读操作或写操作，此时Vout2为提供给或门电路209进行逻辑或运算的逻辑0。

或门电路209为进行逻辑或运算的电路，本发明中的或门电路209具有两个输入端和一个输出端，其两个输入端分别与一号比较器205的输出端和二号比较器206的输出端相连，从而可对一号比较器205的输出信号和二号比较器206的输出信号进行逻辑或运算，图2中，或门电路209的输出端与振荡器210的使能端相连，因而该或门电路209的输出电压为决定振荡器210是否工作的使能信号，如果该使能信号为或门电路209的逻辑1，则振荡器210被启动工作，可产生一定频率的方波信号clk，如果或门电路209的输出信号为其逻辑0，则振荡器210不工作。

振荡器210的输出端分别接待机模式电荷泵201的输入端和工作模式电荷泵202的输入端，这样，如果振荡器210处于工作状态从而可产生clk，则在待机使能信号为逻辑1的情况下，待机模式电荷泵201工作，从而向负载电容207提供电荷以提高其两端的电压VPP，在工作使能信号为逻辑1的情况下，工作模式电荷泵202工作，从而向负载电容208提供电荷以提高其两端的电压VPP。当然，如果此时待机使能信号和工作使能信号同时为逻辑1，则待机模式电荷泵201和工作模式电荷泵202同时向负载电容207提供电荷，以共同提高其两端的电压VPP，这样也就提高了VPP的提高速度。

由此可见，本发明中，在待机使能信号有效时待机模式电荷泵处于工作状态，在工作使能信号有效时工作模式电荷泵处于工作状态，且受控开关处于导通状态，在工作使能信号无效时工作模式电荷泵处于不工作状态，且受控开关处于不导通状态。这样，可在工作使能信号无效时使待机使能信号处于有效状态，从而在负载电容两端的电压（即读写操作字线电压VPP）不能保证字线正常读写存储单元时，使一号分压电路输出至一号比较器反向输入端的一号分压电压V1小于一号比较器正向输入端的一号基准电压Vref1，这样，一号比较器的输出电压Vout1就使或门电路输出一激励信号osc_en，该激励信号启动振荡器的工作，使其产生一定频率的方波信号clk输出到待机模式电荷泵，以提高负载电容两端的电压VPP，从而使字线上的电压提高至可正常读写的水平。当字线需要对存储单元进行读操作或写操作从而将工作使能信号置为有效状态时，字线上的电压水平即已满足读写操作要求，因而可直接进行读写操作，相对于现有技术在工作使能信号转变为有效状态后需要一定的读写操作字线电压建立时间，且电源电压越低，该建立时间越长的情况，本发明的读写操作字线电压建立时间可认为为零，因而本发明大大提高了读写操作字线电压的建立速度，也就提高了存储器的读写速度。

另外，当工作使能信号从无效变为有效时，可继续使待机使能信号处于有效状态，从而在VPP下降至不能满足存储芯片的读写操作需求时，进一步使二号分压电路的输出电压小于二号比较器正向输入端的二号基准电压Vref2，从而使二号比较器的输出电压Vout2通过或门电路与Vout1进行逻辑或运算后，输出信号osc_en能启动振荡器，振荡器输出的clk信号分别提供给待机模式电荷泵和工作模式电荷泵，这样，待机模式电荷泵和工作模式电荷泵就共同向负载电容提供电荷，这提高了读写操作字线电压的恢复速度，也就可以提高包括了本发明提出的电荷泵系统的存储器的读写速度。

为了降低该电荷泵系统在待机模式（即工作使能信号无效而待机使能信号有效）下的能耗，本发明中，可设置待机模式电荷泵201的输出电压，使其不大于工作模式电荷泵202的输出电压。

本发明还提出了一种利用上述的电荷泵系统来产生读写操作字线电压的方法，图9为该方法的流程图。利用该方法，电源电压VDD、待机使能信号、工作使能信号、VPP的时序如图10所示。

如图9所示，该方法包括以下步骤：

步骤901：保持待机使能信号一直有效，使待机模式电荷泵一直处于工作状态而保持向字线提供读写操作字线电压。

该步骤中的一直有效是以始终提供电源电压VDD为前提的，如图10所示，在VDD不为零且高于一定值的情况下，待机使能信号一直处于有效状态。如果VDD下降到上述的定值以下，甚至减小到零，则该步骤将无法执行。

本步骤是在图2所示的电荷泵系统以及包括该电荷泵系统的存储器的结构的基础上执行的。在待机使能信号一直处于有效状态的情况下，待机模式电荷泵201就会一直处于工作状态，从而通过向负载电容207快速提供电荷的方式来保持向字线208提供读写操作字线电压。如果字线208上的读写操作字线电压（即负载电容207两端的电压VPP）下降而使一号分压电路203的输出V1低于一号基准电压Vref1时，一号比较器205的输出信号Vout1就变为或门电路209的逻辑1，这样，或门电路209就输出osc_en信号，而启动振荡器210的工作，令其产生一定频率的方波信号clk提供给待机模式电荷泵201，从而向负载电容207提供更多的电荷，以提高其两端的电压VPP，即提高字线208上的读写操作字线电压，最终使V1不小于Vref1为止，此时，字线208上的电压满足正常对存储单元212进行读操作或写操作的水平。

步骤902：在需要对存储单元进行读操作或写操作时，原处于无效状态的工作使能信号变为有效状态，工作模式电荷泵变为工作状态，受控开关变为导通状态；字线上的读写操作字线电压因读操作或写操作的进行而下降。

是否需要对存储单元进行读操作或写操作，是由存储器外部的控制电路来控制的，在该控制电路需要对存储单元进行读操作或写操作时，就将工作使能信号由无效状态变为有效状态，从而使工作模式电荷泵由原来的不工作状态变为工作状态，并使受控开关由原来的不导通状态变为导通状态。

图2中的字线208上的读写操作字线电压必须达到一定的电压水平（本发明称该电压水平为读写水平）才能对存储单元212进行正常的读操作或写操作，如果字线208上的电压（即负载电容207两端的电压VPP）低于该读写水平，则不能对存储单元212进行正常的读操作或写操作。而本发明在步骤901中已保持使待机模式电荷泵201处于工作状态，从而在本步骤之前即已保证VPP达到了读写水平，因而在步骤中，在控制电路将工作使能信号由无效状态调整为有效状态的同时，字线208即已开始对存储单元212进行读操作或写操作，相对于现有技术需要一定的读写操作字线电压建立时间的情形，本发明无疑大大提高了存储器的读写操作反应速度。

字线208上的读写操作字线电压（即负载电容207两端的电压VPP）会因读操作或写操作的进行而下降，这是负载电容207在读操作或写操作的同时放电的结果。如果任由VPP下降，则字线208上的电压将很快低于读写水平而不能实现正常的读操作或写操作，因而本发明所提供的电荷泵系统需要及时向负载电容207提供电荷，以提高其两端的电压VPP，从而保证字线208上的电压始终保持在读写水平以上，这是通过步骤903-906来实现的。

步骤903：当一号分压电路对读写操作字线电压分压所得到的输出电压低于一号基准电压时，一号比较器向或门电路输出逻辑1；当二号分压电路对读写操作字线电压分压所得到的输出电压低于二号基准电压时，二号比较器向或门电路输出逻辑1。

在步骤902中，字线208上的读写操作字线电压因读操作或写操作的进行而下降，根据图2所示的结构图，一号分压电路203和二号分压电路204的输入均为上述的VPP，也就是字线208上的读写操作字线电压，VPP的降低也会使一号分压电路203和二号分压电路204的输出信号（V1和V2）下降，而当V1低于接一号比较器205正向输入端的一号基准电压Vref1时，一号比较器205就向或门电路209输出Vout1信号，此时，该Vout1信号的值相当于或门电路209的逻辑1。与此类似，当V2低于接二号比较器206正向输入端的二号基准电压Vref2时，二号比较器206就向或门电路209输出Vout2信号，此时，该Vout2信号的值也相当于或门电路209的逻辑1。

步骤904：或门电路对其两个输入信号进行逻辑或运算后，向振荡器提供使能信号，使振荡器启动而产生方波信号。

无论一号比较器205向或门电路209输出逻辑1信号，还是二号比较器206向或门电路209输出逻辑1信号，或者一号比较器205和二号比较器206共同向或门电路209输出逻辑1信号，或门电路209对其两个输入信号进行逻辑或运算后，都会输出osc_en信号作为振荡器210的使能信号，以启动振荡器210的工作，使其产生一定频率的方波信号clk，该clk信号为待机模式电荷泵201和工作模式电荷泵202的激励信号。

步骤905：待机模式电荷泵和工作模式电荷泵均在方波信号的激励下向负载电容提供电荷以提高字线上的读写操作字线电压。

接收到上述的clk信号后，待机模式电荷泵和工作模式电荷泵均会快速向负载电容207提供电荷，以快速提高其两端的电压VPP，从而提高字线208上的读写操作字线电压，并且只要VPP不能保证V1等于或超过Vref1，待机模式电荷泵201就持续向负载电容207提供电荷，只要VPP不能保证V2等于或超过Vref2，工作式电荷泵202就持续向负载电容207提供电荷。

步骤906：判断工作使能信号是否处于有效状态，如果是，则返回步骤903，否则，返回步骤901。

在步骤905的执行结果使V1等于或超过Vref1，并使V2等于或超过Vref2时，开始执行本步骤。

如果工作使能信号还处于有效状态，意味着字线208需要继续对存储单元212进行读操作或写操作，因而就要返回步骤903，重新执行步骤903至本步骤，继续由一号分压电路203与一号比较器205的组合、以及二号分压电路204与二号比较器206的组合来控制振荡器210的工作，保证VPP不低于读写水平。

如果在步骤905之后，工作使能信号已变为无效状态，意味着字线208已不需要对存储单元212进行读操作或写操作，则可以返回步骤901，仅由一号分压电路203与一号比较器205的组合来控制振荡器210的工作，保证VPP不低于读写水平，从而保证下一次读操作或写操作无需经过读写操作字线电压建立时间即可正常进行读写。

利用该方法，在待机使能信号和工作使能信号同时处于有效状态（即图10中的高电位）时，VPP的时域变化情况即表现为图10所示的不稳定的波动形状，且该波动形状的时域信号的平均值不小于上述的读写水平。

为了达到上述使VPP的波动形状的时域信号的平均值等于待机使能信号为逻辑1而工作使能信号为逻辑0时VPP的稳定电位的目的，本发明中，待机模式电荷泵201的输出电压应小于或等于工作模式电荷泵202的输出电压。

本发明中的受控开关211为受工作使能信号控制的受控开关，其具有多种实现形式，例如，受控开关211可用现有技术提供的N沟道金属-氧化物-半导体晶体管（NMOS管）来实现，其栅极接工作使能信号，其源极接工作模式电荷泵202的输出端，其漏极接二号分压电路204的输入端。或者，受控开关211也可以用P沟道金属-氧化物-半导体晶体管（PMOS管）来实现，其栅极接工作使能信号，其漏极接工作模式电荷泵202的输出端，其源极接二号分压电路204的输入端。

一号分压电路203是对VPP进行分压从而得到与Vref1进行比较的电压信号V1的电路，其实现形式有多种，例如，一号分压电路203可包括n个相互串联的一号器件；其中，n为不小于2的整数，该一号分压电路203的输入端与待机模式电荷泵201的输出端相连，该一号分压电路203的输出端输出的信号为可变化的电压信号V1，因此，可将该一号分压电路203中与待机模式电荷泵201的输出端相连的一号器件称为第一级一号器件，将接地的一号器件称为第n级一号器件，其余的（n-2）个一号器件均串联于第一级一号器件和第n级一号器件之间，并且，该一号分压电路203的输出端位于第一级一号器件和第n级一号器件之间。

通常情况下，为了便于设计，可将各一号器件设计为完全相同的器件。而一号分压电路203的输出电压V1越低，则Vref1也就可以设置得越低，这样，该系统的功耗也就相应地降低，因此，一号分压电路203的输出端可设置在第n级一号器件前端，即V1为第n级一号器件两端的电压（另一端接地）。

上述的一号器件可以由多种电路器件来实现，例如，可用电阻或电容来实现，图3为一号器件选用电阻或电容时的一号分压电路的结构图，该图中的n取3，标号301-303所示的一号器件可全用电阻来实现，或全用电容来实现。图3中，与待机模式电荷泵201的输出端相连的即为第一级一号器件301，接地的即为第三级一号器件303，该一号分压电路的输出端（即V1所示的位置）在一号器件302与303之间，这样，V1即为第三级一号器件303两端的电压。

另外，一号器件还可以用PMOS管来实现。图4为一号器件选用PMOS管时的一号分压电路的结构图。如图4所示，这里的n取4，各一号器件（401-404）的栅极均与该一号器件的漏极相连；第一级一号器件401的源极接待机模式电荷泵201的输出端，第四级一号器件404的漏极接地，其余各一号器件（402和403）的源极均接与该一号器件串联且比其更加靠近第一级一号器件401的一号器件的漏极，即图4中，一号器件402的源极接一号器件401的漏极，一号器件403的源极接一号器件402的漏极，另外，第四级一号器件404的源极接与该一号器件串联的一号器件403的漏极。

一号器件还可以用NMOS管来实现，图5为一号器件选用NMOS管时的一号分压电路的结构图。如图5所示，这里的n取5，各一号器件（501-505）的栅极均与该一号器件的源极相连；第一级一号器件501的漏极接待机模式电荷泵201的输出端，第五级一号器件505的源极接地，其余各一号器件（502-504）的漏极均接与该一号器件串联且比其更加靠近第一级一号器件的一号器件的源极，即一号器件502的漏极接一号器件501的源极，一号器件503的漏极接一号器件502的源极，一号器件504的漏极接一号器件503的源极，此外，第五级一号器件505的漏极接与该一号器件串联的一号器件504的源极。

在图4和图5的结构中，输出端均选最优位置，即第n级一号器件的前端（即有别于接地端的一端），从而使相应一号分压电路的输出电压V1即为第n级一号器件两端的电压。

由图3-5可以看出，本发明中的n可以取任一不小于2的整数值，相应的结构可以根据图3-5的结构类推出来，本发明不再做具体描述，但这些结构也在本发明的保护范围之内。

本发明中的二号分压电路204也有多种实现形式，例如，其包括m个相互串联的二号器件；其中，m为不小于2的整数。

将该二号分压电路204中与受控开关211的一端相连的二号器件称为第一级二号器件，接地的二号器件称为第m级二号器件，其余的（m-2）个二号器件均串联于第一级二号器件和第m级二号器件之间；该二号分压电路204的输出端可位于第一级二号器件和第m级二号器件之间，较优的，各二号器件完全相同，该二号分压电路204的输出端位于第m级二号器件的前端（即有别于接地端的一端），即该二号分压电路204的输出电压V2为第m级二号器件两端的电压（另一端接地）。

上述的二号器件可以选用电阻、电容、NMOS管和PMOS管等各种元器件来实现。图6为二号器件选用电阻或电容时的二号分压电路的结构图。如图6所示，这里的m取3，二号器件（601-603）全为电阻，或全为电容，第一级二号器件601与受控开关211的输出端相连，第三级二号器件603接地，输出电压信号V2在第三级二号器件603与二号器件602之间，这样，V2即为第三级二号器件603两端的电压。

图7为二号器件选用PMOS管时二号分压电路的结构图。如图7所示，m取4，各二号器件（701-704）的栅极均与该二号器件的漏极相连；第一级二号器,701的源极接受控开关211的一端，第四级二号器件704的漏极接地，其余各二号器件（702和703）的源极均接与该二号器件串联且比其更加靠近第一级二号器件的二号器件的漏极，即二号器件702的源极接二号器件701的漏极，二号器件703的源极接二号器件702的漏极，此外，第四级二号器件704的源极接与该二号器件串联的二号器件703的漏极。输出电压V2在第四级二号器件704的源极，从而使V2即为第四级二号器件704两端的电压。

图8为二号器件选用NMOS管时二号分压电路的结构图。如图8所示，这里的m取5，各二号器件（801-805）的栅极均与该二号器件的源极相连；第一级二号器件801的漏极接受控开关211的一端，第五级二号器件805的源极接地，其余各二号器件（802-804）的漏极均接与该二号器件串联且比其更加靠近第一级二号器件的二号器件的源极，即二号器件802的漏极接二号器件801的源极，二号器件803的漏极接二号器件802的源极，二号器件804的漏极接二号器件803的源极，此外，第五级二号器件805的漏极接与该二号器件串联的二号器件804的源极。该二号分压电路的输出端（V2所示的位置）在第五级二号器件805的漏极。

当然，m可以取不小于2的任一整数，相应的二号分压电路的结构可以参考图6-8进行类推，本发明不做赘述，但这些结构在本发明的保护范围之内。

由此可见，本发明具有以下优点：

（1）本发明中，在待机使能信号有效时待机模式电荷泵处于工作状态，在工作使能信号有效时工作模式电荷泵处于工作状态，且受控开关处于导通状态，在工作使能信号无效时工作模式电荷泵处于不工作状态，且受控开关处于不导通状态。这样，可在工作使能信号无效时使待机使能信号处于有效状态，从而在负载电容两端的电压（即读写操作字线电压VPP）不能保证字线正常读写存储单元时，使一号分压电路输出至一号比较器反向输入端的一号分压电压V1小于一号比较器正向输入端的一号基准电压Vref1，这样，一号比较器的输出电压Vout1就使或门电路输出一激励信号osc_en，该激励信号启动振荡器的工作，使其产生一定频率的方波信号clk输出到待机模式电荷泵，以提高负载电容两端的电压VPP，从而使字线上的电压提高至可正常读写的水平。当字线需要对存储单元进行读操作或写操作从而将工作使能信号置为有效状态时，字线上的电压水平即已满足读写操作要求，因而可直接进行读写操作，相对于现有技术在工作使能信号转变为有效状态后需要一定的读写操作字线电压建立时间，且电源电压越低，该建立时间越长的情况，本发明的读写操作字线电压建立时间可认为为零，因而本发明大大提高了读写操作字线电压的建立速度，也就提高了存储器的读写速度。

（2）本发明中，当工作使能信号从逻辑0变为逻辑1时，可继续保持待机使能信号为逻辑1，从而在VPP下降至不能满足存储芯片的读写操作需求时，进一步使二号分压电路的输出电压小于二号比较器正向输入端的二号基准电压Vref2，从而使二号比较器的输出电压Vout 2通过或门电路与Vout1进行逻辑或运算后，输出信号osc_en启动振荡器，输出clk分别提供给待机模式电荷泵和工作模式电荷泵，这样，在待机模式电荷泵和工作模式电荷泵共同向负载电容提供电荷，可提高读写操作字线电压的恢复速度，也就可以提高应用本发明的存储芯片的读写速度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电荷泵系统，其特征在于，该系统包括：

受待机使能信号控制的待机模式电荷泵；

均受工作使能信号控制的工作模式电荷泵和受控开关；

负载电容；

一号分压电路；

二号分压电路；

一号比较器；

二号比较器；

或门电路；

振荡器；其中，

所述待机模式电荷泵的输出端和所述工作模式电荷泵的输出端相连，作为该系统的输出端；

所述负载电容的一端与所述待机模式电荷泵的输出端相连，另一端接地；

所述一号分压电路的输入端与所述待机模式电荷泵的输出端相连；

所述受控开关的两端分别接所述工作模式电荷泵的输出端与所述二号分压电路的输入端；

所述一号比较器的正向输入端和反向输入端分别接一号基准电压和所述一号分压电路的输出端；

所述二号比较器的正向输入端和反向输入端分别接二号基准电压和所述二号分压电路的输出端；

所述或门电路的两个输入端分别与所述一号比较器的输出端和所述二号比较器的输出端相连，所述或门电路的输出端与所述振荡器的使能端相连；

所述振荡器的输出端分别接所述待机模式电荷泵的输入端和所述工作模式电荷泵的输入端；

当所述待机使能信号有效时，所述待机模式电荷泵处于工作状态；当所述工作使能信号有效时，所述工作模式电荷泵处于工作状态，所述受控开关处于导通状态；当所述工作使能信号无效时，所述工作模式电荷泵处于不工作状态，所述受控开关处于不导通状态。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述待机模式电荷泵的输出电压不大于所述工作模式电荷泵的输出电压。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述受控开关为NMOS管，其栅极接所述工作使能信号，其源极接所述工作模式电荷泵的输出端，其漏极接所述二号分压电路的输入端；

或，所述受控开关为PMOS管，其栅极接所述工作使能信号，其漏极接所述工作模式电荷泵的输出端，其源极接所述二号分压电路的输入端。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述一号分压电路包括n个相互串联的一号器件；其中，n为不小于2的整数；

与所述待机模式电荷泵的输出端相连的一号器件为第一级一号器件，接地的一号器件为第n级一号器件，其余的n-2个一号器件均串联于所述第一级一号器件和所述第n级一号器件之间；

所述一号分压电路的输出端位于所述第一级一号器件和所述第n级一号器件之间。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，

所述一号器件为电阻；

或，

所述一号器件为电容；

或，

所述一号器件为NMOS管；其中，各一号器件的栅极均与该一号器件的源极相连；第一级一号器件的漏极接所述待机模式电荷泵的输出端，第n级一号器件的源极接地，其余各一号器件的漏极均接与该一号器件串联且比其更加靠近第一级一号器件的一号器件的源极；第n级一号器件的漏极接与该一号器件串联的一号器件的源极；

或，

所述一号器件为PMOS管；其中，各一号器件的栅极均与该一号器件的漏极相连；第一级一号器件的源极接所述待机模式电荷泵的输出端，第n级一号器件的漏极接地，其余各一号器件的源极均接与该一号器件串联且比其更加靠近第一级一号器件的一号器件的漏极；第n级一号器件的源极接与该一号器件串联的一号器件的漏极。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述二号分压电路包括m个相互串联的二号器件；其中，m为不小于2的整数；

与所述受控开关的一端相连的二号器件为第一级二号器件，接地的二号器件为第m级二号器件，其余的m-2个二号器件均串联于所述第一级二号器件和所述第m级二号器件之间；

所述二号分压电路的输出端位于所述第一级二号器件和所述第m级二号器件之间。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，

所述二号器件为电阻；

或，

所述二号器件为电容；

或，

所述二号器件为NMOS管；其中，各二号器件的栅极均与该二号器件的源极相连；第一级二号器件的漏极接所述受控开关的一端，第m级二号器件的源极接地，其余各二号器件的漏极均接与该二号器件串联且比其更加靠近第一级二号器件的二号器件的源极；第m级二号器件的漏极接与该二号器件串联的二号器件的源极；

或，

所述二号器件为PMOS管；其中，各二号器件的栅极均与该二号器件的漏极相连；第一级二号器件的源极接所述受控开关的一端，第m级二号器件的漏极接地，其余各二号器件的源极均接与该二号器件串联且比其更加靠近第一级二号器件的二号器件的漏极；第m级二号器件的源极接与该二号器件串联的二号器件的漏极。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，有效的所述待机使能信号所对应的电压为电源电压；

和/或，

无效的所述工作使能信号所对应的电压为地电压；有效的所述工作使能信号所对应的电压为电源电压。

9.一种存储器，该存储器包括存储单元和字线；所述字线与所述存储单元相连，用于在读写操作字线电压的支持下读出所述存储单元中的数据或向所述存储单元写入数据；其特征在于，该存储器还包括电荷泵系统，该电荷泵系统包括：

受待机使能信号控制的待机模式电荷泵；

均受工作使能信号控制的工作模式电荷泵和受控开关；

负载电容；

一号分压电路；

二号分压电路；

一号比较器；

二号比较器；

或门电路；

振荡器；其中，

所述待机模式电荷泵的输出端和所述工作模式电荷泵的输出端均与所述字线相连；

所述负载电容的一端与所述待机模式电荷泵的输出端相连，另一端接地；

所述一号分压电路的输入端与所述待机模式电荷泵的输出端相连；

所述受控开关的两端分别接所述工作模式电荷泵的输出端与所述二号分压电路的输入端；

所述一号比较器的正向输入端和反向输入端分别接一号基准电压和所述一号分压电路的输出端；

所述二号比较器的正向输入端和反向输入端分别接二号基准电压和所述二号分压电路的输出端；

所述或门电路的两个输入端分别与所述一号比较器的输出端和所述二号比较器的输出端相连，所述或门电路的输出端与所述振荡器的使能端相连；

所述振荡器的输出端分别接所述待机模式电荷泵的输入端和所述工作模式电荷泵的输入端；

当所述待机使能信号有效时，所述待机模式电荷泵处于工作状态而向所述字线提供所述读写操作字线电压；当所述工作使能信号有效时，所述工作模式电荷泵处于工作状态而向所述字线提供所述读写操作字线电压，所述受控开关处于导通状态；当所述工作使能信号无效时，所述工作模式电荷泵处于不工作状态，所述受控开关处于不导通状态。

10.一种用电荷泵系统产生读写操作字线电压的方法，所述电荷泵系统为权利要求1所述的电荷泵系统，其特征在于，该方法包括：

步骤1：保持待机使能信号一直有效，使所述待机模式电荷泵一直处于工作状态而保持向所述字线提供所述读写操作字线电压；

步骤2：在需要对存储单元进行读操作或写操作时，原处于无效状态的工作使能信号变为有效状态，所述工作模式电荷泵变为工作状态，所述受控开关变为导通状态；所述字线上的所述读写操作字线电压因所述读操作或所述写操作的进行而下降；

步骤3：当所述一号分压电路对所述读写操作字线电压分压所得到的输出电压低于所述一号基准电压时，所述一号比较器向所述或门电路输出逻辑1；当所述二号分压电路对所述读写操作字线电压分压所得到的输出电压低于所述二号基准电压时，所述二号比较器向所述或门电路输出逻辑1；

步骤4：所述或门电路对其两个输入信号进行逻辑或运算后，向所述振荡器提供使能信号，使所述振荡器启动而产生方波信号；

步骤5：所述待机模式电荷泵和所述工作模式电荷泵均在所述方波信号的激励下向所述负载电容提供电荷以提高字线上的所述读写操作字线电压；

步骤6：判断所述工作使能信号是否处于有效状态，如果是，则返回所述步骤3，否则，返回所述步骤1。

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