CN106505851B - 一种电压档位控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电压档位控制电路，包括：电荷泵、分压系统、比较器和电源，分压系统包括：由至少一个一级分压阻抗元件串联形成的一级分压支路，一级分压支路的首端作为分压系统的输入端；至少一个N沟道金属氧化物半导体型场效应管；由至少一个二级分压阻抗元件串联形成的二级分压支路；至少一个P沟道金属氧化物半导体型场效应管；接地阻抗元件，二级分压支路的末端通过所述接地阻抗元件接地，且作为分压系统的输出端；电荷泵，和电源和分压系统的输入端分别相连，分压系统的输出端和比较器的反相输入端连接，比较器的同相输入端连接恒定参考电压，输出端连接电荷泵的使能端。本发明公开的电压档位控制电路输出电压范围大，且成本低。

Description

一种电压档位控制电路

技术领域

本发明实施例涉及电子电路技术，尤其涉及一种电压档位控制电路。

背景技术

资料储存型闪存(NAND Flash)具有容量较大，改写速度快等优点，适用于大量数据的存储，因而在业界得到了越来越广泛的应用。

NAND Flash的编程和擦除需要30V高压，而提供NAND Flash编程和擦除时所需电压的电路中，通常使用P沟道金属氧化物半导体型场效应管(PMOS管)，但基于目前的工艺，制造耐压30V的PMOS管的成本很高。

发明内容

本发明提供一种电压档位控制电路，以实现输出电压范围大，降低成本。

本发明实施例提供了一种电压档位控制电路，包括：电荷泵、分压系统、比较器和电源，所述分压系统包括：

由至少一个一级分压阻抗元件串联形成的一级分压支路，每个一级分压阻抗元件的首端作为一个一级分压点，所述一级分压支路的首端作为所述分压系统的输入端；

至少一个N沟道金属氧化物半导体型场效应管NMOS，所述NMOS管的漏极与所述电荷泵的输出端连接，所述NMOS管的栅极与一级控制信号输出端连接，各所述NMOS管的源极与各所述一级分压点一一对应相连；

由至少一个二级分压阻抗元件串联形成的二级分压支路，每个二级分压阻抗元件的首端作为一个二级分压点；

至少一个P沟道金属氧化物半导体型场效应管PMOS，各所述PMOS管的漏极与各所述二级分压点一一对应相连，所述PMOS管的栅极与二级控制信号输出端连接，各所述PMOS管的源极分别与所述一级分压支路的末端相连；

接地阻抗元件，所述二级分压支路的末端通过所述接地阻抗元件接地，且作为所述分压系统的输出端；

所述电荷泵，和所述电源和所述分压系统的输入端分别相连，所述分压系统的输出端和所述比较器的反相输入端连接，所述比较器的同相输入端连接恒定参考电压，输出端连接所述电荷泵的使能端。

进一步的，所述电压档位控制电路，还包括：

非门，所述比较器的输出端通过所述非门和所述电荷泵的使能端连接，相应的，所述分压系统的输出端和所述比较器的同相输入端连接，所述比较器的反相输入端连接恒定参考电压。

进一步的，单个所述一级分压阻抗元件的电阻抗值大于等于所有二级分压阻抗元件的电阻抗值之和；

接地阻抗元件和单个二级分压阻抗元件的电阻抗值相等。

进一步的，所述NMOS管为耗尽型NMOS管，耐压30V以上；

所述PMOS管为耗尽型PMOS管，耐压7V以上。

进一步的，所述电压档位控制电路，还包括：

前端阻抗元件，连接在所述电荷泵的输出端和所述一级分压支路的首端之间。

进一步的，所述一级分压阻抗元件、二级分压阻抗元件、接地阻抗元件包括下述中的至少一个：

电阻、二极管、金属氧化物半导体型场效应管。

进一步的，一级分压电阻的阻值为50K欧姆；

二级分压电阻的阻值为10K欧姆；

接地电阻的阻值为10K欧姆。

进一步的，所述一级分压阻抗元件和所述前端阻抗元件的类型相同；

所述二级分压阻抗元件和所述接地阻抗元件的类型相同。

进一步的，所述恒定参考电压的电压值为1V。

本发明通过两级分压支路，不需使用高成本的PMOS管，解决电压档位控制电路制造成本高的问题，实现降低成本的效果。

附图说明

图1为现有技术的电压档位控制电路的结构示意图；

图2是本发明实施例一中的一种电压档位控制电路中分压系统的电路图；

图3是本发明实施例二中的一种电压档位控制电路的结构示意图；

图4是本发明实施例三中的一种电压档位控制电路中分压系统的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为现有技术的电压档位控制电路的结构示意图，如图1所示，电压档位控制电路包括：电荷泵、分压系统、比较器和电源。

其中，电荷泵，和电源和分压系统分别相连，用于输出高于电源电压的输出电压VH，输出到分压系统的输入端；

分压系统，用于输出正比于电荷泵输出电压VH的低电压分量VDIV，分压系统的输出端连接比较器的反相输入端；

比较器的同相输入端连接恒定参考电压VREF，输出端连接电荷泵的使能端EN，用于根据低电压分量VDIV和恒定参考电压VREF的电压值大小关系控制电荷泵的启停；

电源连接到电荷泵的输入端，为电荷泵供电。

分压系统控制低电压分量VDIV和电荷泵输出电压VH的比例系数μ。当电荷泵输出电压VH等于分压系统控制的目标电压时，低电压分量VDIV等于恒定参考电压VREF。当电荷泵输出电压VH大于目标电压时，低电压分量VDIV大于恒定参考电压VREF，比较器输出低电平到电荷泵的使能端，电荷泵停止工作，其输出电压VH维持在目标电压；当电荷泵输出电压VH小于目标电压时，低电压分量VDIV小于恒定参考电压VREF，比较器输出高电平到电荷泵的使能端，电荷泵启动，其输出电压VH继续提升，直到其达到目标电压。示例的，当低电压分量VDIV和电荷泵输出电压VH的比例系数μ为0.1，电荷泵输出电压VH＝VREF/μ＝10·VREF。

图2为本实施例提供的一种电压档位控制电路中分压系统的电路图，如图2所示，优选的，一级分压阻抗元件、二级分压阻抗元件和接地阻抗元件为电阻，即一级分压电阻、二级分压电阻和接地电阻。一级分压电阻R1、R2、R3和R4串联组成一级分压支路，每个一级分压电阻的首段作为一个一级分压点，示例的，各个一级分压电阻的阻值均为50K欧姆；二级分压电阻R5、R6、R7、R8和R9串联组成二级分压支路，每个二级分压电阻的首端作为一个二级分压点，二级分压支路的末端和接地电阻R10连接，示例的，各个二级分压电阻和接地电阻的阻值均为10K欧姆。

NMOS管Q1、Q2、Q3和Q4的源极和各一级分压点一一对应相连，栅极分别连接一级控制信号输出端MSB<1:4>，漏极都和电荷泵的输出端连接，示例的，NMOS管的耐压值为30V。优选的，一级控制信号是摆幅为0～VH的数字信号，VH即为电荷泵输出电压，一级控制信号由数字译码器和电平转换电路组合产生，当一级控制信号输出为0，其对应的NMOS管关断，当一级控制信号输出为VH，其对应的NMOS管导通。PMOS管U1、U2、U3、U4和U5的漏极和各二级分压点一一对应相连，栅极分别连接二级控制信号输出端LSB<1:5>，源极都和一级分压支路的末端相连，示例的，PMOS管的耐压为7V。优选的，一级控制信号是摆幅为0～VH的数字信号，VH为电荷泵输出电压，一级控制信号由数字译码器和电平转换电路组合产生，当一级控制信号输出为0，其对应的NMOS管关断，当一级控制信号输出为VH，其对应的NMOS管导通。优选的，二级控制信号是摆幅为0～RSW的数字信号，RSW为一级分压支路末端的电压值，二级控制信号也由数字译码器和电平转换电路组合产生，当二级控制信号输出为0，其对应的PMOS管导通，当二级控制信号输出为RSW，其对应的PMOS管关断。本实施例中，一级控制信号的输出端MSB<1:4>每次有一位输出VH，同时，二级控制信号的输出端LSB<1:5>每次有一位输出RSW。

优选的，恒定参考电压VREF的电压值为1V。示例的，当MSB<1>输出VH，MSB<2:4>输出0，NMOS管中只有Q1导通，一级控制信号选通了22～26V的基本电压；当LSB<2>输出0，MSB<2:4>输出RSW，PMOS管中只有U2导通，二级控制信号与一级控制信号配合选择电荷泵输出电压为25V。此时，一级分压支路末端电压值为5V，未超过PMOS管耐压值7V。通过两级分压控制，能配合选择11～26V之间，步长为1V的一个电压值作为电荷泵的输出电压。

本实施例的技术方案，通过两级分压控制，解决了电压控制电路中使用耐高压PMOS管导致的成本较高的问题，达到了降低成本的效果。

实施例二

图3为本实施例提供的一种电压档位控制电路的结构示意图，在上述技术方案的基础上，本实施例提供的一种电压档位控制电路，包括非门，比较器的输出端通过非门和电荷泵的使能端连接，相应的，分压系统的输出端和比较器的同相输入端连接，比较器的反相输入端连接恒定参考电压。

如图3所示，比较器的输出端通过非门和电荷泵的使能端连接，能避免电路工作时，其他电信号的干扰，使系统工作更稳定。

实施例三

图4为本实施例提供的一种电压档位控制电路中分压系统的电路图，在上述实施例的基础上，电压档位控制电路，还包括：前端阻抗元件，连接在电荷泵的输出端和一级分压支路的首端之间。连入前端阻抗元件使电压档位控制电路相比未连入前端阻抗元件的电压档位控制电路可以输出更宽的电压范围。相应的，一级控制信号的输出端MSB<1:4>每次有一位输出VH或者都输出0，二级控制信号的输出端LSB<1:5>每次有一位输出RSW。

优选的，前端阻抗元件为前端电阻R11，示例的，前端电阻R11阻值为50K欧姆，恒定参考电压VREF为1V，一级控制信号的输出端MSB<1:4>都输出0，NMOS管全部关断，二级控制信号的输出端LSB<1>输出0，LSB<2:5>输出RWS，PMOS管中只有U1导通，一级分压控制与一级分压控制配合选择电荷泵输出电压为31V。

通过连入前端阻抗元件，增加了一级控制信号的输出组合，使电压档位控制电路的输出范围更宽。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种电压档位控制电路，包括：电荷泵、分压系统、比较器和电源，其特征在于：

所述分压系统包括：

由至少一个一级分压阻抗元件串联形成的一级分压支路，每个一级分压阻抗元件的首端作为一个一级分压点，所述一级分压支路的首端作为所述分压系统的输入端；

至少一个N沟道金属氧化物半导体型场效应管NMOS，所述NMOS管的漏极与所述电荷泵的输出端连接，所述NMOS管的栅极与一级控制信号输出端连接，各所述NMOS管的源极与各所述一级分压点一一对应相连；

由至少一个二级分压阻抗元件串联形成的二级分压支路，每个二级分压阻抗元件的首端作为一个二级分压点；

至少一个P沟道金属氧化物半导体型场效应管PMOS，各所述PMOS管的漏极与各所述二级分压点一一对应相连，所述PMOS管的栅极与二级控制信号输出端连接，各所述PMOS管的源极分别与所述一级分压支路的末端相连；

接地阻抗元件，所述二级分压支路的末端通过所述接地阻抗元件接地，且作为所述分压系统的输出端；

所述电荷泵，和所述电源和所述分压系统的输入端分别相连，所述分压系统的输出端和所述比较器的反相输入端连接，所述比较器的同相输入端连接恒定参考电压，输出端连接所述电荷泵的使能端。

2.根据权利要求1所述的电压档位控制电路，其特征在于，还包括：

非门，所述比较器的输出端通过所述非门和所述电荷泵的使能端连接，相应的，所述分压系统的输出端和所述比较器的同相输入端连接，所述比较器的反相输入端连接恒定参考电压。

3.根据权利要求1或2所述的电压档位控制电路，其特征在于：

单个所述一级分压阻抗元件的电阻抗值大于等于所有二级分压阻抗元件的电阻抗值之和；

接地阻抗元件和单个二级分压阻抗元件的电阻抗值相等。

4.根据权利要求3所述的电压档位控制电路，其特征在于：

所述NMOS管为耗尽型NMOS管，耐压30V以上；

所述PMOS管为耗尽型PMOS管，耐压7V以上。

5.根据权利要求1或2所述的电压档位控制电路，其特征在于，还包括：

前端阻抗元件，连接在所述电荷泵的输出端和所述一级分压支路的首端之间。

6.根据权利要求1、2、4中任一项所述的电压档位控制电路，其特征在于，所述一级分压阻抗元件、二级分压阻抗元件、接地阻抗元件包括下述中的至少一个：

电阻、二极管、金属氧化物半导体型场效应管。

7.根据权利要求6所述的电压档位控制电路，其特征在于：

所述一级分压阻抗元件为一级分压电阻，所述一级分压电阻的阻值为50K欧姆；

所述二级分压阻抗元件为二级分压电阻，所述二级分压电阻的阻值为10K欧姆；

所述接地阻抗元件为接地电阻，所述接地电阻的阻值为10K欧姆。

8.根据权利要求5所述的电压档位控制电路，其特征在于：

所述一级分压阻抗元件和所述前端阻抗元件的类型相同；

所述二级分压阻抗元件和所述接地阻抗元件的类型相同。

9.根据权利要求1、2、4、7、8中任一项所述的电压档位控制电路，其特征在于：

所述恒定参考电压的电压值为1V。