CN103219039A - 一种编程电压补偿电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种编程电压补偿电路，用于对非易失性存储器编程电压进行补偿，包括电荷泵，其输入端和输出端分别连接一供电电源和输出编程电压；包括相互串联的第一、第二电阻模块的取样电阻网络连接于电荷泵的输出端，第一、第二电阻模块相接于第一公共节点并输出取样电压；补偿转换电路的两端分别连接于一基准电源以及用于根据编程电流的变化控制输出一调节电压；比较器，其第一输入端和第二输入端分别接收取样电压和调节电压，其输出端输出一反馈信号至电荷泵以控制电荷泵的输出。本发明在保证编程电压得到补偿的基础上，使补偿转换电路由一基准电源直接供电且输出稳定的编程电压以及避免功耗损失的问题。
Description
技术领域
本发明属于存储器制造技术领域，尤其涉及一种用于对非易失性存储器的编程电压进行补偿的编程电压补偿电路。
背景技术
半导体存储器可被分为易失性存储器和非易失性存储器。电可擦除/可编程非易失性存储器(EEPROM)是非易失性存储器的一种，它的优点是即使在停止供电时也能够保存数据，而闪存(Flash Memory)是电可擦除/可编程的非易失性存储器的一个代表性示例。
由于闪存是一种电可擦除/可编程的非易失性存储器，为了编程和擦除闪存存储器单元，需要提供其高于电源电压的电压，用于编程和/或擦除闪存存储器单元的电压被称之为编程电压。一般，为了使闪存有效地进行编程和擦除工作，往往需要对编程电压进行补偿，因为如果不进行补偿，如一次擦写数据较多或负载电流较大时，编程电压会下降过多，从而造成编程时写入数据不准确。
图1为现有技术中常用的编程电压补偿电路的电路结构图。如图1所示，电荷泵(Charge pump)101输入低电压Vcc(其典型值为1.8V/3.3V)，输出较高的输出电压HV，PMOS晶体管管P1、P2......PN组成取样电阻网络102，与比较器(COMP)104一起稳定这较高的输出电压HV，输出电压HV经过NMOS晶体管P0的调整后形成编程电压Vpp，同时，由电阻R0与一镜像恒流源串联组成的补偿转换电路103与NMOS晶体管P0并联接于电荷泵101的输出端。当串联的PMOS晶体管管P1、P2......PN的数目确定后，电荷泵101的输出端输出的稳定电压的大小就被锁住。当电荷泵101的输出电压HV比锁存的稳定电压偏高时，取样点电压VIN偏高，因取样点电压VIN接至比较器104的反向端，故比较器104的输出端输出的反馈信号FB下降，反馈信号FB控制电荷泵不工作，电荷泵输出稳定的输出电压HV，由于补偿转换电路103和NMOS晶体管P0的存在，将输出电压HV拉低；当电荷泵101的输出电压HV比锁存的稳定电压偏低时，取样点电压VIN偏低，故比较器104的输出端输出的反馈信号FB上升，反馈信号FB使电荷泵重新工作，HV升高至稳定电压，因此输出电压HV不断在稳定电压小范围内波动。
一般无补偿(此处指固定补偿)时，编程电压Vpp的输出无法兼顾编程负载较重(即编程电流上升较多，施加编程电流的电路中电压损耗增加较大)和较轻(即编程电流上升较少，施加编程电流的电路中电压损耗增加较少)的情况。而有补偿电路作补偿时，因编程电流较大时，使补偿电流Icomp较小，此补偿电流Icomp经电阻R0压降较小，则补偿电流Icomp经电阻R0在NMOS晶体管P0的栅极形成向相反方向变化的栅极电压，即NMOS晶体管P0的栅极电压变高，从而NMOS管P0导通增强，其导通电阻进一步下降，从而使编程电压Vpp获得提高来抑制大负载编程电流造成的电压下降。
然而，虽然现有技术常用的编程电压补偿电路可以对编程电压进行补偿以获得较为稳定的编程电压Vpp，但却存在如下问题：一、由于现有技术中的补偿转换电路需要从电荷泵101供电，其加重了电荷泵的负载电流；二、编程电压Vpp由输出电压HV经NMOS晶体管P0降压后生成，存在一定电压损耗；同时客观上使得输出电压HV必须更高才能满足同样的编程电压Vpp，从而使输出电压HV与编程电压Vpp之间存在功耗损失；三、NMOS晶体管P0存在制造上的工艺波动，从而导致NMOS晶体管P0阈值(VT)也存在波动，NMOS晶体管P0的栅极电压与编程电压Vpp存在所述VT，当所述VT发生变化时，编程电压Vpp的大小亦受到影响，从而造成编程时写入数据不准确。
综上所述可知，现有技术中的补偿电流Icomp由电荷泵提供而加重了电荷泵的负载电流，且编程电压Vpp与输出电源HV之间存在电压降，而编程电压需经压降才能生成等原因而导致存在功耗损失的问题，以及受晶体管工艺波动等原因而导致存在的编程电压会发生变化的问题，因此，实有必要提出改进的技术手段，来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种编程电压补偿电路，在保证编程电压得到补偿的基础上，使得其补偿转换电路由一基准电源直接供电，且电荷泵直接输出稳定的编程电压，以及避免功耗损失的问题。
为了解决上述问题，本发明提供一种编程电压补偿电路，用于对非易失性存储器编程电压进行补偿，包括：
电荷泵，所述电荷泵的输入端连接一供电电源，所述电荷泵的输出端输出高于供电电源的编程电压；
取样电阻网络，连接于所述电荷泵的输出端，所述取样电阻网络包括相互串联的第一电阻模块与第二电阻模块，所述第一电阻模块与所述第二电阻模块相接于第一公共节点并输出取样电压；
补偿转换电路，所述补偿转换电路的一端连接于一基准电源，所述补偿转换电路的另一端用于根据编程电流的变化控制输出一调节电压；
比较器，所述比较器的第一输入端接收所述取样电压，所述比较器的第二输入端接收所述调节电压，所述比较器的输出端输出一反馈信号至所述电荷泵，以控制所述电荷泵的输出。
进一步的，所述补偿转换电路包含一电压跟随器、一电阻与一镜像恒流源，所述电压跟随器的输入端接收所述基准电源，所述电阻的一端连接于所述电压跟随器的输出端，所述电阻的另一端和所述镜像恒流源相接于第二公共节点并输出所述调节电压。
进一步的，当所述编程电流变大时，所述镜像恒流源受控输出的一补偿电流减少，所述补偿转换电路控制使得所述调节电压增大。
进一步的，所述比较器的第一输入端为反向端，所述比较器的第二输入端为正向端，当所述取样电压小于所述调节电压时，反馈信号上升控制电荷泵的编程电压上升。
进一步的，所述第一电阻模块包含多个接成电阻的PMOS晶体管，所述第一电阻模块中的每个PMOS晶体管源极与衬底连接，栅极与漏极连接；所述第二电阻模块包含一接成电阻的PMOS晶体管，所述第二电阻模块的PMOS晶体管源极输出所述取样电压，栅极与漏极连接。
与现有技术相比，本发明公开的一种编程电压补偿电路，由于第一电阻模块和第二电阻模块的第一公共节点连接于比较器的第一输入端，补偿转换电路由相互串联的电压跟随器、电阻和镜像恒流源组成，电压跟随器的另一端连接于基准电源，并且电阻与镜像恒流源形成的第二公共节点连接于比较器的第二输入端，使得补偿转换电路根据编程电流的变化可以控制第二公共节点电压的大小，并使得取样电阻网络根据第二电阻模块的变化在第一公共节点处输出相应的取样电压，进而使得比较器输出相应的反馈信号至电荷泵以控制电荷泵直接输出稳定的编程电压，而不会受晶体管工艺波动等原因而导致存在的编程电压会发生变化的问题，本发明由于补偿转换电路的电压不由电荷泵提供，且电荷泵输出编程电压后不再有压降，因此解决了现有技术中为保证稳定的编程电压而产生的功耗损失的问题。
附图说明
图1为现有技术常用的编程电压补偿电路的电路结构示意图；
图2为本发明编程电压补偿电路较佳实施例的电路结构图。
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。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
图2为本发明编程电压补偿电路较佳实施例的电路结构图。如图2所示，本发明一种编程电压补偿电路，用于对非易失性存储器(例如闪存)编程电压的补偿，用于包括：
电荷泵201，所述电荷泵的输入端连接一供电电源Vcc，输入低电压，所述低电压的典型值可以例如为1.8V/3.3V，所述电荷泵的输出端输出高于供电电源Vcc的编程电压Vpp；
取样电阻网络202，连接于所述电荷泵的输出端，所述取样电阻网络202由第一电阻模块2021与第二电阻模块2022串联组成，即所述第一电阻模块2021与第二电阻模块2022串联接于所述电荷泵201的输出端，且所述第一电阻模块2021与所述第二电阻模块2022相接于第一公共节点a处形成的取样电压VIN被输出，在本发明较佳实施例中，所述取样电阻网络202为N个接成电阻的PMOS晶体管P1、P2.....PN-1以及PN组成，其中P1、P2......PN-1组成所述第一电阻模块2021，所述第一电阻模块中的每个PMOS晶体管的源极与衬底连接在一起(图中未示)，栅极与漏极相接；PN构成所述第二电阻模块2022，PN源极输出取样电压VIN，PN栅极与漏极相接，所述第一公共节点a连接于所述第一电阻模块中的PMOS晶体管PN-1的漏极和所述第二电阻模块中的PMOS晶体管PN的源极，但本发明取样电路网络不以此为限。
补偿转换电路203，所述补偿转换电路的一端连接于一基准电源Vref，所述补偿转换电路的另一端用于根据编程电流的变化控制输出一调节电压Vrefin，本发明较佳实施例中，所述补偿转换电路203由一电压跟随器Follower、一电阻R0与一镜像恒流源组成，所述电压跟随器的输入端接收所述基准电源Vref，所述电阻R0的一端连接于所述电压跟随器的输出端，所述电阻R0的另一端和所述镜像恒流源相接处形成第二公共节点b并输出所述调节电压Vrefin。由于所述电压跟随器Follower的输出端电压Vout的大小随所述基准电源变化而变化且具有电流驱动能力，当所述基准电源Vref恒定时，所述电压跟随器Follower的输出端电压Vout恒定，则当所述编程电流变大时，所述镜像恒流源受控调节输出的补偿电流Icomp减少，流过所述电阻R0压降减少，从而在所述第二公共节点b形成的调节电压Vrefin增大到一定值；
比较器204，所述比较器的第一输入端接收所述取样电压VIN，所述比较器的第二输入端接收所述调节电压Vrefin，所述比较器的输出端输出一反馈信号FB至所述电荷泵201，以控制所述电荷泵201的输出，具体的来说，所述比较器的第一输入端为反向端，所述比较器的第二输入端为正向端。
以下将进一步分析本发明如何实现编程电压Vpp的补偿。请继续参考图2，当编程电流变大时，镜像恒流源受控输出的补偿电流Icomp减少，则调节电压Vrefin增大到一定值，比较器204接收的取样电压VIN一直小于调节电压Vrefin，则比较器输出的反馈信号FB上升，反馈信号FB的上升则控制电荷泵201输出的编程电压VPP上升，使比较器204接收的取样电压VIN逐步上升，知道取样电压VIN等于调节电压Vrefin，此时输出的编程电压Vpp已经考虑到编程电流的电路中电压的损耗。具体的来说，可以根据实际编程的需要来确定所述编程电流变大的程度，从而控制所述补偿电流Icomp减少的程度，进而控制调节电压Vrefin的大小。
本发明公开的一种编程电压补偿电路，由于第一电阻模块和第二电阻模块的第一公共节点连接于比较器的第一输入端，补偿转换电路由相互串联的电压跟随器、电阻和镜像恒流源组成，电压跟随器的另一端连接于基准电源，并且电阻与镜像恒流源形成的第二公共节点连接于比较器的第二输入端，使得补偿转换电路根据编程电流的变化可以控制第二公共节点电压的大小，并使得取样电阻网络根据第二电阻模块的变化在第一公共节点处输出相应的取样电压，进而使得比较器输出相应的反馈信号至电荷泵以控制电荷泵直接输出稳定的编程电压，而不会受晶体管工艺波动等原因而导致存在的编程电压会发生变化的问题，本发明由于补偿转换电路的电压不由电荷泵提供，且电荷泵输出编程电压后不再有压降，因此解决了现有技术中为保证稳定的编程电压而产生的功耗损失的问题。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
Claims (5)
1.一种编程电压补偿电路，用于对非易失性存储器编程电压进行补偿，包括：
电荷泵，所述电荷泵的输入端连接一供电电源，所述电荷泵的输出端输出高于供电电源的编程电压；
取样电阻网络，连接于所述电荷泵的输出端，所述取样电阻网络包括相互串联的第一电阻模块与第二电阻模块，所述第一电阻模块与所述第二电阻模块相接于第一公共节点并输出取样电压；
补偿转换电路，所述补偿转换电路的一端连接于一基准电源，所述补偿转换电路的另一端用于根据编程电流的变化控制输出一调节电压；
比较器，所述比较器的第一输入端接收所述取样电压，所述比较器的第二输入端接收所述调节电压，所述比较器的输出端输出一反馈信号至所述电荷泵，以控制所述电荷泵的输出。
2.如权利要求1所述的编程电压补偿电路，其特征在于：所述补偿转换电路包含一电压跟随器、一电阻与一镜像恒流源，所述电压跟随器的输入端接收所述基准电源，所述电阻的一端连接于所述电压跟随器的输出端，所述电阻的另一端和所述镜像恒流源相接于第二公共节点并输出所述调节电压。
3.如权利要求2所述的编程电压补偿电路，其特征在于：当所述编程电流变大时，所述镜像恒流源受控输出的一补偿电流减少，所述补偿转换电路控制使得所述调节电压增大。
4.如权利要求1所述的编程电压补偿电路，其特征在于：所述比较器的第一输入端为反向端，所述比较器的第二输入端为正向端，当所述取样电压小于所述调节电压时，反馈信号上升控制电荷泵的编程电压上升。
5.如权利要求1所述的编程电压补偿电路，其特征在于：所述第一电阻模块包含多个接成电阻的PMOS晶体管，所述第一电阻模块中的每个PMOS晶体管源极与衬底连接，栅极与漏极连接；所述第二电阻模块包含一接成电阻的PMOS晶体管，所述第二电阻模块的PMOS晶体管源极输出所述取样电压，栅极与漏极连接。
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