CN107171546A - 电荷泵电路以及包括该电荷泵电路的内部电压产生电路 - Google Patents

电荷泵电路以及包括该电荷泵电路的内部电压产生电路 Download PDF

Info

Publication number
CN107171546A
CN107171546A CN201610590189.3A CN201610590189A CN107171546A CN 107171546 A CN107171546 A CN 107171546A CN 201610590189 A CN201610590189 A CN 201610590189A CN 107171546 A CN107171546 A CN 107171546A
Authority
CN
China
Prior art keywords
switch
charge
charge pump
capacitor
switch group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610590189.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107171546B (zh
Inventor
徐尚助
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SK Hynix Inc
Original Assignee
Hynix Semiconductor Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hynix Semiconductor Inc filed Critical Hynix Semiconductor Inc
Publication of CN107171546A publication Critical patent/CN107171546A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107171546B publication Critical patent/CN107171546B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C5/00—Details of stores covered by group G11C11/00
    • G11C5/14—Power supply arrangements, e.g. power down, chip selection or deselection, layout of wirings or power grids, or multiple supply levels
    • G11C5/145—Applications of charge pumps; Boosted voltage circuits; Clamp circuits therefor
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C5/00—Details of stores covered by group G11C11/00
    • G11C5/14—Power supply arrangements, e.g. power down, chip selection or deselection, layout of wirings or power grids, or multiple supply levels
    • G11C5/147—Voltage reference generators, voltage or current regulators; Internally lowered supply levels; Compensation for voltage drops
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • H02M3/072—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps adapted to generate an output voltage whose value is lower than the input voltage

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

电荷泵电路以及包括该电荷泵电路的内部电压产生电路。一种电荷泵电路可以包括：电荷泵单元，该电荷泵单元适合于执行电荷泵操作，直到输出电压达到目标电压为止；以及多级电荷共享单元，该多级电荷共享单元包括并联联接在负载电路与所述电荷泵单元之间的第一电容器至第N电容器，所述多级电荷共享单元适合于在电荷共享操作之后分别在所述第一电容器至所述第N电容器与所述负载电路之间依次执行第一电荷共享操作至第N电荷共享操作，其中，所述第一电荷共享操作至所述第N电荷共享操作被相互独立地执行，并且N是大于或等于2的自然数。

Description

电荷泵电路以及包括该电荷泵电路的内部电压产生电路
技术领域
本发明的示例性实施方式总体上涉及半导体设计技术，并且更具体地，涉及一种半导体存储器装置的电荷泵电路以及包括该电荷泵电路的内部电压产生电路。
背景技术
半导体存储器装置使用外部电压来产生具有各种电平的内部电压，并且所述内部电压被用于半导体存储器装置的各种内部操作。
用于使用外部电压来产生内部电压的现有方法被主要划分成两个类别。根据第一类别方法，可以通过将外部电压下转换为更低的电位而产生低于外部电压的内部电压。根据第二类别方法，可以通过对外部电压进行电荷抽吸(charge pumping)而产生高于外部电压或者低于接地电压的内部电压。
高电压VPP和反向偏置电压VBB被广泛地用作通过电荷抽吸产生的内部电压。高电压VPP被产生以便使单元晶体管的栅极(或字线)具有比作为外部电压的电源电压VCC高的电位，因此防止单元数据的丢失并且访问存储器单元。反向偏置电压VBB被产生以便使单元晶体管的整体具有比作为外部电压的接地电压VSS低的电位，因此防止单元数据的丢失。
图1是例示了常规的电荷泵电路10的图。
参照图1，电荷泵电路10包括电荷泵单元12、输出电容器C0和开关SW。
电荷泵单元12将输入电压抽吸为输出电压VPASSPMP，该输出电压VPASSPMP被升压至由负载电路20所需的电平。电荷泵单元12可以包括基于相位上互补的第一时钟CLK1和第二时钟CLK2而接通/断开的多个开关(未例示)。电荷泵单元12可以利用这些开关的特定节点的电荷对输出电容器C0进行充电或者对输出电容器C0进行放电，并因此在输出端子OUT_ND处获取经升压的输出电压VPASSPMP。
也就是说，电荷泵电路10通过对输入电压进行升压以高电压电平产生输出电压VPASSPMP，并且使用输出电容器C0来使经升压的输出电压VPASSPMP保持在预定电平处。联接至电荷泵电路10的输出端子OUT_ND的负载电路20可以从电荷泵电路10接收电压和电流。
将对上述电荷泵电路10的操作进行如下描述。首先，电荷泵电路10使开关SW断开，并且执行电荷泵操作以利用经升压的输出电压VPASSPMP对输出电容器C0进行充电。然后，当输出电压VPASSPMP达到目标电压时，电荷泵电路10可以使开关SW闭合。电荷泵电路10的输出电压VPASSPMP被供应给负载电路20的输入端子INIT_ND。
这时，当电荷泵电路10的输出电压VPASSPMP被供应给负载电路20的输入端子INIT_ND时，执行电荷共享操作。在电荷泵电路10的输出端子OUT_ND和负载电路20的输入端子INIT_ND在电荷共享操作期间具有相同的电容的瞬间，电荷泵电路10可以向负载电路20提供具有输出电压VPASSPMP的中间电平的电压。
在电荷泵电路10中，可以考虑到电荷泵电路10的电压/电流供应能力以及由负载电路20所需的电流量和电压稳定性(纹波)来确定输出电容器C0的电容(或大小)。
也就是说，当输出电容器C0具有高电容时，可以减少通过抽吸操作导致的电压纹波，并且即使负载电路20瞬时地使用电流，也可以提高电荷泵电路10的电压保持能力。然而，为了保持电容，输出电容器C0在初始阶段需要大量的电荷。此外，因为电荷泵电路10将输出电容器C0视为负载，所以当输出端子OUT_ND的电压降低时，电荷泵电路10需要更大量的时间以恢复输出端子OUT_ND的电压。另一方面，当输出电容器C0具有小电容时，即使输出端子OUT_ND的电压降低了，也可以在短时间内恢复输出端子OUT_ND的电压。然而，可能增加通过抽吸操作导致的电压纹波，并且可能由于瞬时电流消耗而发生电压变化。
因此，在确定电荷泵电路10的输出电容器C0的电容方面一直存在困难。
发明内容
各个实施方式致力于一种通过执行多个电荷共享操作而显出提高的输出电压传输效率的改进的电荷泵电路以及包括该电荷泵电路的内部电压产生电路。
在一个实施方式中，一种电荷泵电路可以包括：电荷泵单元，该电荷泵单元适合于执行电荷泵操作，直到输出电压达到目标电压为止；以及多级电荷共享单元，该多级电荷共享单元包括并联联接在负载电路与所述电荷泵单元之间的第一电容器至第N电容器，所述多级电荷共享单元适合于在电荷共享操作之后分别在所述第一电容器至所述第N电容器与所述负载电路之间依次执行第一电荷共享操作至第N电荷共享操作，其中，所述第一电荷共享操作至所述第N电荷共享操作被相互独立地执行，并且N是大于或等于2的自然数。
在一个实施方式中，一种内部电压产生电路可以包括：检测单元，该检测单元适合于通过对基准电压和内部电压进行比较而产生检测信号；振荡器，该振荡器适合于响应于所述检测信号而产生周期信号；以及电荷泵电路，该电荷泵电路包括并联联接在内部电路与所述内部电压的输出端子之间的第一电容器至第N电容器，并且适合于响应于所述周期信号而执行电荷泵操作，直到所述内部电压达到目标电压为止，并且在所述电荷泵操作之后分别在所述第一电容器至所述第N电容器与所述内部电路之间依次执行第一电荷共享操作至第N电荷共享操作，其中，所述第一电荷共享操作至所述第N电荷共享操作被相互独立地执行以将所述内部电压提供给所述内部电路，并且N是大于或等于2的自然数。
在一个实施方式中，提供了一种包括并联联接在输出端子与负载电路之间的第一电容器至第N电容器的电荷泵电路的电荷泵方法。该电荷泵方法可以包括以下步骤：执行电荷泵操作，直到输出电压达到目标电压为止；以及在所述电荷泵操作之后，分别在所述第一电容器至所述第N电容器与所述负载电路之间依次执行第一电荷共享操作至第N电荷共享操作，其中，所述第一电荷共享操作至所述第N电荷共享操作被相互独立地执行，并且N是大于或等于2的自然数。
在一个实施方式中，一种产生内部电压的方法可以包括以下步骤：响应于周期信号而执行电荷泵操作，直到内部电压达到目标电压为止；以及在所述电荷泵操作之后，分别在第一电容器至第N电容器与内部电路之间依次执行第一电荷共享操作至第N电荷共享操作，其中，所述第一电容器至所述第N电容器并联联接在所述内部电压的输出端子与所述内部电路之间，其中，所述第一电荷共享操作至所述第N电荷共享操作被相互独立地执行，并且N是大于或等于2的自然数。该方法还可以包括以下步骤：通过对刷新电压和内部电压进行比较而产生检测信号；以及响应于所述检测信号而产生周期信号。
附图说明
本发明的这些及其它特征和优点将从参照附图描述的本发明的以下实施方式中变得显而易见，其中：
图1是例示了常规的电荷泵电路的图。
图2是根据本发明的一个实施方式的电荷泵电路的电路图。
图3A、图3B和图3C是用于描述图2的电荷泵电路的操作的电路图。
图4是用于描述图2的电荷泵电路的操作的定时图。
图5是根据本发明的另一实施方式的电荷泵电路的电路图。
图6是用于描述图5的电荷泵电路的操作的表。
图7是根据本发明的又一实施方式的电荷泵电路的电路图。
图8是用于描述图7的电荷泵电路的操作的表。
图9是根据本发明的实施方式的包括电荷泵电路的内部电压产生电路的框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述各个实施方式。然而，本发明可以被按照不同的形式具体实现，而不应被解释为限于本文所阐述的实施方式。相反，这些实施方式被提供以使得本公开将是彻底且完整的，并且将把本发明充分地传达给本领域技术人员。在整个本公开中，相同的附图标记在本发明的各个图和实施方式中自始至终指代相同的部件。
本文所使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而并不旨在限制本发明。如本文所使用的，除非上下文另外明确地指示，否则单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式。还将理解的是，当术语“包括”、“包含”、“包括有”和“包含有”被用在本说明书中时，所述术语指示存在所述的特征，但是不排除存在或添加一个或更多个其它特征。如本文所使用的，术语“和/或”指示关联的列举项中的一个或更多个的任何组合或所有组合。
将理解的是，当一个元件被称为“连接至”或者“联接至”另一元件时，所述一个元件能够直接位于所述另一元件上、连接至或者联接至所述另一元件，或者可以存在一个或更多个中间元件。另外，还将理解的是，当一个元件被称为“在”两个元件“之间”时，所述一个元件可以是这两个元件之间的唯一元件，或者还可以存在一个或更多个中间元件。
还注意的是，在一些情况下，如对于相关领域技术人员而言将显而易见的，除非另外具体地指示，否则可以单独地或者与另一实施方式的其它特征或元件相结合地使用与一个实施方式相关地描述的特征或元件。
图2是根据本发明的实施方式的电荷泵电路100的电路图。
参照图2，电荷泵电路100可以包括电荷泵单元120和多级电荷共享单元130。
电荷泵单元120可以执行电荷泵操作，直到输出电压VPASSPMP达到目标电压为止。电荷泵单元120可以包括基于相位上互补的第一时钟CLK1和第二时钟CLK2而接通/断开的多个开关(未例示)。电荷泵单元120可以对第一电容器C1和第二电容器C2进行放电或者利用这些开关的特定节点的电荷对多级电荷共享单元130的第一电容器C1和第二电容器C2进行充电，并因此在其输出端子OUT_ND处提供经升压的输出电压VPASSPMP。
多级电荷共享单元130可以包括并联联接在电荷泵单元120与负载电路150之间的第一电容器C1和第二电容器C2。在电荷泵单元120的电荷泵操作之后，多级电荷共享单元130可以在第一电容器C1及第二电容器C2与负载电路150之间依次执行第一电荷共享操作和第二电荷共享操作。这时，可以相互独立地执行第一电荷共享操作和第二电荷共享操作。
更具体地，多级电荷共享单元130可以包括第一开关SW1、第二开关SW2和第三开关SW3以及第一电容器C1和第二电容器C2。第一开关SW1和第二开关SW2可以串联联接在电荷泵单元120的输出端子OUT_ND与负载电路150的输入端子INIT_ND之间，并且第三开关SW3可以具有联接至第一开关SW1和第二开关SW2的公共节点COM_ND的一个端子。第一电容器C1可以联接在第三开关SW3的另一端子与接地电压端子VSS之间。第二电容器C2可以联接在电荷泵单元120的输出端子OUT_ND与接地电压端子VSS之间。这时，可以在电荷泵操作和第一电荷共享操作期间依次断开第一开关SW1和第二开关SW2。可以在第一电荷共享操作之后的第二电荷共享操作期间断开第三开关SW3。
在本实施方式中，第一电容器C1和第二电容器C2的总电容可以等于图1的输出电容器C0的电容。
在具有上述配置的电荷泵电路100中，两个或更多个电容器可以在输出端子OUT_ND处彼此并联联接。电容器的总电容可以等于用于目标电压的目标电容。电荷泵电路100可以通过执行电荷泵操作直到输出电压VPASSPMP达到目标电压为止来利用输出电压VPASSPMP对电容器进行充电，然后在这些电容器与负载电路150之间依次执行电荷共享操作。这时，可以相互独立地执行两个或更多个电荷共享操作。也就是说，电荷泵电路100可以首先执行电荷共享操作以增加负载电路150的输入端子INIT_ND的电压。在这种状态下，电荷泵电路100可以再次执行电荷共享操作。因此，负载电路150的输入端子INIT_ND可以迅速地达到目标电压。
此外，当电荷共享操作被依次执行时，可以减小在电荷泵电路100的输出端子OUT_ND处的电压降。因此，可以改进针对击穿电压的保护特性。此外，因为电荷泵电路100的输出电容在电荷泵电路100联接至负载电路150之后降低，所以负载电路150的输入端子INIT_ND可以迅速地达到负载电路150的目标电压，因此提高了负载电路150的操作速度。
在下文中，将参照图3A、图3B、图3C和图4来描述图2的电荷泵电路100的操作。
图3A、图3B和图3C是用于描述图2的电荷泵电路100的操作的电路图。图4是用于描述图2的电荷泵电路100的操作的定时图。作为示例，让我们假定第一电容器C1具有与第二电容器C2相同的电容(例如，1μF)，并且第一电容器C1和第二电容器C2的总电容(2μF)等于负载电路150的负载电容器CL的电容(2μF)。
参照图3A和图4，可以首先执行电荷泵操作。在电荷泵操作期间，可以断开第一开关SW1，并且可以接通第二开关SW2和第三开关SW3。因此，电荷泵电路100可以利用经升压的输出电压VPASSPMP对第一电容器C1和第二电容器C2进行充电。这时，当输出电压VPASSPMP是10V时，可以在第一电容器C1和第二电容器C2中存储10μF的电荷，因为第一电容器C1和第二电容器C2具有相同的电容。也就是说，第一电容器C1的电荷Q1和第二电容器C2的电荷Q2各自为10μF(Q1＝Q2＝10μF)，并且负载电容器CL的电荷QL是0μF(QL＝0μF)。
此外，当实施方式中的第一电容器C1和第二电容器C2的总电容等于图1的输出电容器C0的电容时，常规的电荷泵电路10的输出端子OUT_ND的输出电压VPASSPMP可以具有与电荷泵电路100的输出端子OUT_ND的输出电压VPASSPMP基本上相同的值。
参照图3B和图4，可以执行第一电荷共享操作。在第一电荷共享操作期间，可以断开第二开关SW2，并且可以接通第一开关SW1和第三开关SW3。因此，可以向负载电路150传输存储在第一电容器C1中的输出电压VPASSPMP。这时，因为第一电容器C1的电容与负载电容器CL的电容之比为1:2，所以根据电荷守恒定律，可以分别在第一电容器C1和负载电容器CL中存储3.33μF的电荷和6.66μF的电荷。也就是说，第一电容器C1的电荷Q1和第二电容器C2的电荷Q2是3.33μF和10μF(Q1＝3.33μF，Q2＝10μF)，并且负载电容器CL的电荷QL是6.66μF(QL＝6.66μF)。结果，可以向负载电路150的输入端子INIT_ND传输3.3V的电压。
参照图3C和图4，可以执行第二电荷共享操作。在第二电荷共享操作期间，可以断开第三开关SW3，并且可以接通第一开关SW1和第二开关SW2。因此，可以向负载电路150传输存储在第二电容器C2中的输出电压VPASSPMP。这时，因为第二电容器C2的电容与负载电容器CL的电容之比为1:2，所以根据电荷守恒定律，可以分别在第二电容器C2和负载电容器CL中存储5.56μF的电荷和11.1μF的电荷。也就是说，第一电容器C1的电荷Q1和第二电容器C2的电荷Q2是3.33μF和5.56μF(Q1＝3.33μF，Q2＝5.56μF)，并且负载电容器CL的电荷QL是11.1μF(QL＝11.1μF)。结果，可以向负载电路150的输入端子INIT_ND传输5.56V的电压。也就是说，在相同的条件下，从常规的电荷泵电路10传输到负载电路20的输出电压VPASSPMP的传输效率是50％，然而，根据本实施方式的从电荷泵电路100传输到负载电路150的输出电压VPASSPMP的传输效率可以提高至55.6％。
在本实施方式中，已经描述了两级电荷共享操作。然而，本实施方式不限于此。例如，通常，电荷泵电路可以通过执行N级电荷共享操作来提高其电压传输效率，其中，N是大于或等于二(2)的自然数。在下文中，将参照图5描述能够通过N个电容器来执行N级电荷共享操作的电荷泵电路。
图5是根据本发明的另一实施方式的电荷泵电路200的电路图。
参照图5，电荷泵电路200可以包括电荷泵单元220和多级电荷共享单元230。
电荷泵单元220可以执行电荷泵操作，直到输出电压VPASSPMP达到目标电压为止。电荷泵单元220可以包括基于相位上互补的第一时钟CLK1和第二时钟CLK2而接通/断开的多个开关(未例示)。电荷泵单元220可以利用这些开关的特定节点的电荷对多级电荷共享单元230的第一电容器C1至第N电容器CN进行充电或者对第一电容器C1至第N电容器CN进行放电，并因此在其输出端子OUT_ND处获取升压的输出电压VPASSPMP。
多级电荷共享单元230可以包括并联联接在电荷泵单元220与负载电路250之间的第一电容器C1至第N电容器CN。在电荷泵单元220的电荷泵操作之后，多级电荷共享单元230可以在第一电容器C1至第N电容器CN与负载电路250之间依次执行第一电荷共享操作至第N电荷共享操作。这时，可以相互独立地执行第一电荷共享操作至第N电荷共享操作。
更具体地，多级电荷共享单元230可以包括第一开关组SW_GRP1和第二开关组SW_GRP2以及第一电容器C1至第N电容器CN。第一开关组SW_GRP1可以包括N个开关(第一开关SWA_1至第N开关SWA_N)，所述N个开关(第一开关SWA_1至第N开关SWA_N)串联联接在负载电路250的输入端子INIT_ND与电荷泵单元220的输出端子OUT_ND之间。第二开关组SW_GRP2可以包括N-1个开关(第一开关SWB_1至第N-1开关SWB_N-1)，所述N-1个开关(第一开关SWB_1至第N-1开关SWB_N-1)分别联接在第一电容器C1至第(N-1)电容器CN-1与第一开关组SW_GRP1的第一开关SWA_1至第N开关SWA_N之间的公共节点CND_1至CND_N-1之间。第一电容器C1至第(N-1)电容器CN-1可以分别联接在接地电压端子VSS与第二开关组SW_GRP2的第一开关SWB_1至第(N-1)开关SWB_N-1之间，并且第N电容器CN可以联接在接地电压端子VSS与电荷泵单元220的输出端子OUT_ND之间。这时，可以在电荷泵操作以及第一电荷共享操作至第(N-1)电荷共享操作期间依次断开第一开关组SW_GRP1的N个开关SWA_1至SWA_N。可以在第一电荷共享操作至第(N-1)电荷共享操作当中的对应电荷共享操作之后断开第二开关组SW_GRP2的(N-1)个开关SWB_1至SWB_N-1。
也就是说，第一开关组SW_GRP1的第一开关SWA_1至第N开关SWA_N可以分别在电荷泵操作以及第一电荷共享操作至第(N-1)电荷共享操作期间被断开，并且可以在其它操作期间保持接通状态。第二开关组SW_GRP2的第一开关SWB_1至第(N-1)开关SWB_N-1可以分别在电荷泵操作期间被接通并且紧接在第一电荷共享操作至第(N-1)电荷共享操作之后被断开。
在本实施方式中，第一电容器C1至第N电容器CN的总电容可以等于图1的输出电容器C0的电容。
图6是用于描述图5的电荷泵电路200的操作的表。
参照图6，可以首先执行电荷泵操作。在电荷泵操作期间，可以断开第一开关组SW_GRP1的第一开关SWA_1，并且可以接通第一开关组SW_GRP1的其它开关SWA_2至SWA_N。此外，还可以接通第二开关组SW_GRP2的(N-1)个开关SWB_1至SWB_N-1。因此，电荷泵电路200可以利用经升压的输出电压VPASSPMP对第一电容器C1至第N电容器CN进行充电。
然后，可以执行在图6的表中指示为“第一次共享”的第一电荷共享操作。在第一电荷共享操作期间，可以断开第一开关组SW_GRP1的第二开关SWA_2，并且可以接通第一开关组SW_GRP1的其它开关SWA_1以及SWA_3至SWA_N。此外，可以接通第二开关组SW_GRP2的(N-1)个开关SWB_1至SWB_N-1。因此，可以向负载电路250传输存储在第一电容器C1中的输出电压VPASSPMP。
然后，可以执行第二电荷共享操作(被指示为第二次共享)。在第二电荷共享操作期间，可以断开第一开关组SW_GRP1的第三开关SWA_3，并且可以接通第一开关组SW_GRP1的其它开关SWA_1、SWA_2以及SWA_4至SWA_N。此外，可以断开第二开关组SW_GRP2的第一开关SWB_1，并且可以接通第二开关组SW_GRP2的其它开关SWB_2至SWB_N-1。因此，可以将存储在第二电容器C2中的输出电压VPASSPMP传输到负载电路250。
然后，可以执行第三电荷共享操作(被指示为第三次共享)。在第三电荷共享操作期间，可以断开第一开关组SW_GRP1的第四开关SWA_4，并且可以接通第一开关组SW_GRP1的其它开关SWA_1至SWA_3以及SWA_5至SWA_N。此外，可以断开第二开关组SW_GRP2的第一开关SWB_1和第二开关SWB_2，并且可以接通第二开关组SW_GRP2的其它开关SWB_3至SWB_N-1。因此，可以将存储在第三电容器C3中的输出电压VPASSPMP传输到负载电路250。
按照这种方式，还可以依次执行第四电荷共享操作至第N电荷共享操作。也就是说，可以在电荷泵操作以及第一电荷共享操作至第(N-1)电荷共享操作期间依次断开第一开关组SW_GRP1的N个开关SWA_1至SWA_N，并且可以在第一电荷共享操作至第(N-1)电荷共享操作期间的对应电荷共享操作之后断开第二开关组SW_GRP2的(N-1)个开关SWB_1至SWB_N-1。
在依次执行了第一电荷共享操作至第N电荷共享操作之后，与从常规的电荷泵电路10传输到负载电路20的输出电压VPASSPMP的传输效率相比，在相同的条件下根据本实施方式的从电荷泵电路200传输到负载电路250的输出电压VPASSPMP的传输效率可以提高。例如，假定在N等于10的情况下第一电容器C1至第N电容器CN的总电容等于负载电路250的负载电容器的电容。在这种情况下，在依次执行了第一电荷共享操作至第十电荷共享操作之后，可以将从电荷泵电路200传输到负载电路250的输出电压VPASSPMP的传输效率设置为62.5％。在另一实施方式中，可以调整第一电容器C1至第N电容器CN的电容，以进一步不同地设置从电荷泵电路200传输到负载电路250的输出电压VPASSPMP的传输效率。
图7是根据本发明的又一实施方式的电荷泵电路300的电路图。
参照图7，本实施方式中的电荷泵电路300可以包括电荷泵单元320和多级电荷共享单元330。
电荷泵单元320可以执行电荷泵操作，直到输出电压VPASSPMP达到目标电压为止。电荷泵单元320可以包括基于相位上互补的第一时钟CLK1和第二时钟CLK2而接通/断开的多个开关(未例示)。电荷泵单元320可以利用这些开关的特定节点的电荷对多级电荷共享单元330的第一电容器C1至第N电容器CN进行充电或者对第一电容器C1至第N电容器CN进行放电，并因此在其输出端子OUT_ND处获取升压的输出电压VPASSPMP。
多级电荷共享单元330可以包括并联联接在电荷泵单元320与负载电路350之间的第一电容器C1至第N电容器CN。在电荷泵单元320的电荷泵操作之后，多级电荷共享单元330可以在第一电容器C1至第N电容器CN与负载电路350之间依次执行第一电荷共享操作至第N电荷共享操作。这时，可以相互独立地执行第一电荷共享操作至第N电荷共享操作。
更具体地，多级电荷共享单元330可以包括第一开关组SW_GRP1和第二开关组SW_GRP2以及第一电容器C1至第N电容器CN。第一开关组SW_GRP1可以包括N个开关(第一开关SWA_1至第N开关SWA_N)，所述N个开关(第一开关SWA_1至第N开关SWA_N)各自具有联接至电荷泵单元320的输出端子OUT_ND的一个端子。第二开关组SW_GRP2可以包括N个开关(第一开关SWB_1至第N开关SWB_N)，所述N个开关(第一开关SWB_1至第N开关SWB_N)各自分别联接在负载电路350的输入端子INIT_ND与第一开关组SW_GRP1的第一开关SWA_1至第N开关SWA_N中的每一个的另一端子(即，公共节点CN_1至CN_N)之间。第一电容器C1至第N电容器CN可以联接在接地电压端子VSS与相应的公共节点CN_1至CN_N之间，所述相应的公共节点CN_1至CN_N位于第一开关组SW_GRP1的第一开关SWA_1至第N开关SWA_N与第二开关组SW_GRP2的第一开关SWB_1至第N开关SWB_N之间。这时，第一开关组SW_GRP1的N个开关SWA_1至SWA_N可以在电荷泵操作期间被全部接通，并且在第一电荷共享操作至第N电荷共享操作期间被依次断开。在本实施方式中，在第N电荷共享操作期间，第一开关组SW_GRP1的第N个开关SWA_N可以不被断开，而是保持接通状态。此外，第二开关组SW_GRP2的N个开关SWB_1至SWB_N可以在电荷泵操作期间被全部断开，并且在第一电荷共享操作至第N电荷共享操作期间被依次接通。
也就是说，第一开关组SW_GRP1的第一开关SWA_1至第N开关SWA_N可以在电荷泵操作期间被全部接通，并且分别从第一电荷共享操作至第N电荷共享操作断开。第二开关组SW_GRP2的第一开关SWB_1至第N开关SWB_N可以在电荷泵操作期间被全部断开，可以分别在第一电荷共享操作至第N电荷共享操作期间被接通，然后可以保持断开状态。
在本实施方式中，第一电容器C1至第N电容器CN的总电容可以等于图1的输出电容器C0的电容。
图8是用于描述图7的电荷泵电路300的操作的表。
参照图8，可以首先执行电荷泵操作。在电荷泵操作期间，可以接通第一开关组SW_GRP1的N个开关SWA_1至SWA_N，并且可以全部断开第二开关组SW_GRP2的N个开关SWB_1至SWB_N。因此，电荷泵电路300可以利用经升压的输出电压VPASSPMP对第一电容器C1至第N电容器CN进行充电。
然后，可以依次执行第一电荷共享操作至第N电荷共享操作(在图8的表中被指示为“第一次共享至第N次共享”)。在第一电荷共享操作至第N电荷共享操作期间，可以依次断开第一开关组SW_GRP1的N个开关SWA_1至SWA_N，并且可以依次接通第二开关组SW_GRP2的N个开关SWB_1至SWB_N。因此，可以将存储在第一电容器C1至第N电容器CN中的输出电压VPASSPMP依次传输到负载电路350。
类似地，在依次执行了第一电荷共享操作至第N电荷共享操作之后，与常规的电荷泵电路10相比，根据本实施方式的从电荷泵电路300传输到负载电路350的输出电压VPASSPMP的传输效率可以提高。
图9是根据本发明的实施方式的包括电荷泵电路440的内部电压产生电路400的框图。
参照图9，内部电压产生电路400还可以包括检测单元410、振荡器420和泵单元430。
检测单元410可以对基准电压VREF和内部电压VINT进行比较，并且输出检测信号EN。当内部电压VINT具有比基准电压VREF低的电压电平时，检测单元410可以针对逻辑高电平而启用(enable)检测信号EN，并且输出检测信号EN。另一方面，当内部电压VINT具有比基准电压VREF高的电压电平时，检测单元410可以针对逻辑低电平而禁用(disable)检测信号EN，并且输出检测信号EN。
振荡器420可以响应于检测信号EN而输出周期信号OSC。振荡器420可以在接收到经启用的检测信号EN时输出周期信号OSC。
泵单元430可以响应于周期信号OSC而产生内部电压VINT。更具体地，泵单元430可以包括泵控制单元432和电荷泵电路434。
泵控制单元432可以响应于周期信号OSC而产生用于控制电荷泵电路434的多个抽吸控制信号CLK1和CLK2。电荷泵电路434可以通过基于抽吸控制信号CLK1和CLK2对输入电压(例如，电源电压VCC)进行电荷抽吸来输出内部电压VINT。
在本实施方式中，电荷泵电路434可以包括图5的电荷泵电路200或图7的电荷泵电路300。也就是说，电荷泵电路434可以包括并联联接在内部电压VINT的输出端子与内部电路(未例示)之间的第一电容器至第N电容器。电荷泵电路434可以响应于抽吸控制信号CLK1和CLK2而执行电荷泵操作，直到内部电压VINT达到目标电压为止，然后在第一电容器至第N电容器与内部电路之间依次执行第一电荷共享操作至第N电荷共享操作。这时，电荷泵电路434可以通过相互独立地执行第一电荷共享操作至第N电荷共享操作来将内部电压VINT提供给内部电路。
具有上述配置的内部电压产生电路400可以在将内部电压VINT提供给内部电路(未例示)时执行两个或更多个电荷共享操作，因此提高内部电压VINT的传输效率。此外，内部电压产生电路400可以减小在内部电压VINT的输出端子处的电压降，因此改进针对击穿电压的保护特性。此外，因为内部电压产生电路400的输出电容在内部电压产生电路400联接至内部电路之后减小，所以内部电压VINT可以迅速地达到内部电路的目标电压，因此提高了内部电路的操作速度。
尽管已经出于例示性目的描述了各个实施方式，但是对于本领域技术人员而言将显而易见的是，可以在不脱离如所附的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改变和修改。
例如，可以根据输入信号的极性按照不同的方式来设置上述实施方式中所使用的逻辑门和晶体管的位置和类型。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年3月8日提交的韩国专利申请No.10-2016-0027621的优先权，该韩国专利申请通过引用完整地并入到本文中。

Claims (17)

1.一种电荷泵电路，该电荷泵电路包括：
电荷泵单元，该电荷泵单元适合于执行电荷泵操作，直到输出电压达到目标电压为止；以及
多级电荷共享单元，该多级电荷共享单元包括并联联接在负载电路与所述电荷泵单元之间的第一电容器至第N电容器，所述多级电荷共享单元适合于在电荷共享操作之后分别在所述第一电容器至所述第N电容器与所述负载电路之间依次执行第一电荷共享操作至第N电荷共享操作，其中，所述第一电荷共享操作至所述第N电荷共享操作被相互独立地执行，并且N是大于或等于2的自然数。
2.根据权利要求1所述的电荷泵电路，其中，所述多级电荷共享单元包括：
第一开关组，该第一开关组包括第一开关至第N开关，所述第一开关至所述第N开关串联联接在所述负载电路的输入端子与所述电荷泵单元的输出端子之间；
第二开关组，该第二开关组包括第一开关至第(N-1)开关，所述第一开关至所述第(N-1)开关分别联接在所述第一电容器至所述第(N-1)电容器与公共节点之间，所述公共节点位于所述第一开关组的所述第一开关至所述第N开关之间；
所述第一电容器至所述第(N-1)电容器，所述第一电容器至所述第(N-1)电容器分别联接在接地电压端子与所述第二开关组的所述第一开关至所述第(N-1)开关之间；以及
所述第N电容器，所述第N电容器联接在所述接地电压端子与所述电荷泵单元的所述输出端子之间。
3.根据权利要求2所述的电荷泵电路，其中，所述第一开关组的所述第一开关至所述第N开关分别在所述电荷泵操作以及所述第一电荷共享操作至第(N-1)电荷共享操作期间被断开，并且在其它操作期间保持接通状态。
4.根据权利要求2所述的电荷泵电路，其中，所述第二开关组的所述第一开关至所述第(N-1)开关分别在所述电荷泵操作期间被接通，并且紧接在所述第一电荷共享操作至第(N-1)电荷共享操作之后被断开。
5.根据权利要求1所述的电荷泵电路，其中，所述多级电荷共享单元包括：
第一开关组，该第一开关组包括第一开关至第N开关，所述第一开关至所述第N开关中的每一个的一个端子联接至所述电荷泵单元的输出端子；
第二开关组，该第二开关组包括第一开关至第N开关，所述第一开关至所述第N开关分别联接在所述第一开关组的所述第一开关至所述第N开关中的每一个的另一端子与所述负载电路的输入端子之间；以及
所述第一电容器至所述第N电容器，所述第一电容器至所述第N电容器分别联接在接地电压端子与公共节点之间，所述公共节点位于所述第一开关组的所述第一开关至所述第N开关与所述第二开关组的所述第一开关至所述第N开关之间。
6.根据权利要求5所述的电荷泵电路，其中，所述第一开关组的所述第一开关至所述第N开关在所述电荷泵操作期间被全部接通，并且分别从所述第一电荷共享操作至所述第N电荷共享操作断开。
7.根据权利要求5所述的电荷泵电路，其中，所述第二开关组的所述第一开关至所述第N开关在所述电荷泵操作期间被全部断开，分别在所述第一电荷共享操作至所述第N电荷共享操作期间被接通，然后保持断开状态。
8.根据权利要求1所述的电荷泵电路，其中，所述第一电容器至所述第N电容器的总电容等于输出电容。
9.一种内部电压产生电路，该内部电压产生电路包括：
检测单元，该检测单元适合于通过对基准电压和内部电压进行比较而产生检测信号；
振荡器，该振荡器适合于响应于所述检测信号而产生周期信号；以及
电荷泵电路，该电荷泵电路包括并联联接在内部电路与所述内部电压的输出端子之间的第一电容器至第N电容器，并且适合于响应于所述周期信号而执行电荷泵操作，直到所述内部电压达到目标电压为止，并且在所述电荷泵操作之后分别在所述第一电容器至所述第N电容器与所述内部电路之间依次执行第一电荷共享操作至第N电荷共享操作，其中，所述第一电荷共享操作至所述第N电荷共享操作被相互独立地执行以将所述内部电压提供给所述内部电路，并且N是大于或等于2的自然数。
10.根据权利要求9所述的内部电压产生电路，其中，所述电荷泵电路包括：
电荷泵单元，该电荷泵单元适合于响应于所述周期信号而执行所述电荷泵操作，直到所述内部电压达到所述目标电压为止；以及
多级电荷共享单元，该多级电荷共享单元包括并联联接在所述电荷泵单元与所述内部电路之间的所述第一电容器至所述第N电容器，并且适合于在所述电荷泵操作之后依次执行所述第一电荷共享操作至所述第N电荷共享操作。
11.根据权利要求10所述的内部电压产生电路，其中，所述多级电荷共享单元包括：
第一开关组，该第一开关组包括第一开关至第N开关，所述第一开关至所述第N开关串联联接在所述内部电路的输入端子与所述电荷泵单元的输出端子之间；
第二开关组，该第二开关组包括第一开关至第(N-1)开关，所述第一开关至所述第(N-1)开关分别联接在所述第一电容器至所述第(N-1)电容器与公共节点之间，所述公共节点位于所述第一开关组的所述第一开关至所述第N开关之间；
所述第一电容器至所述第(N-1)电容器，所述第一电容器至所述第(N-1)电容器分别联接在接地电压端子与所述第二开关组的所述第一开关至所述第(N-1)开关之间；以及
所述第N电容器，所述第N电容器联接在所述接地电压端子与所述电荷泵单元的所述输出端子之间。
12.根据权利要求11所述的内部电压产生电路，其中，所述第一开关组的所述第一开关至所述第N开关分别在所述电荷泵操作以及所述第一电荷共享操作至第(N-1)电荷共享操作期间被断开，并且在其它操作期间保持接通状态。
13.根据权利要求11所述的内部电压产生电路，其中，所述第二开关组的所述第一开关至所述第(N-1)开关分别在所述电荷泵操作期间被接通，并且紧接在所述第一电荷共享操作至第(N-1)电荷共享操作之后被断开。
14.根据权利要求10所述的内部电压产生电路，其中，所述多级电荷共享单元包括：
第一开关组，该第一开关组包括第一开关至第N开关，所述第一开关至所述第N开关中的每一个的一个端子联接至所述电荷泵单元的输出端子；
第二开关组，该第二开关组包括第一开关至第N开关，所述第一开关至所述第N开关分别联接在所述第一开关组的所述第一开关至所述第N开关中的每一个的另一端子与所述内部电路的输入端子之间；以及
所述第一电容器至所述第N电容器，所述第一电容器至所述第N电容器分别联接在接地电压端子与公共节点之间，所述公共节点位于所述第一开关组的所述第一开关至所述第N开关与所述第二开关组的所述第一开关至所述第N开关之间。
15.根据权利要求14所述的内部电压产生电路，其中，所述第一开关组的所述第一开关至所述第N开关在所述电荷泵操作期间被全部接通，并且分别从所述第一电荷共享操作至所述第N电荷共享操作断开。
16.根据权利要求14所述的内部电压产生电路，其中，所述第二开关组的所述第一开关至所述第N开关在所述电荷泵操作期间被全部断开，分别在所述第一电荷共享操作至所述第N电荷共享操作期间被接通，然后保持断开状态。
17.一种包括并联联接在输出端子与负载电路之间的第一电容器至第N电容器的电荷泵电路的电荷泵方法，该电荷泵方法包括以下步骤：
执行电荷泵操作，直到输出电压达到目标电压为止；以及
在所述电荷泵操作之后，分别在所述第一电容器至所述第N电容器与所述负载电路之间依次执行第一电荷共享操作至第N电荷共享操作，其中，所述第一电荷共享操作至所述第N电荷共享操作被相互独立地执行，并且N是大于或等于2的自然数。
CN201610590189.3A 2016-03-08 2016-07-25 电荷泵电路以及包括该电荷泵电路的内部电压产生电路 Active CN107171546B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160027621A KR102454863B1 (ko) 2016-03-08 2016-03-08 차지 펌프 회로 및 이를 포함하는 내부 전압 생성 회로
KR10-2016-0027621 2016-03-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107171546A true CN107171546A (zh) 2017-09-15
CN107171546B CN107171546B (zh) 2019-06-28

Family

ID=59787150

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610590189.3A Active CN107171546B (zh) 2016-03-08 2016-07-25 电荷泵电路以及包括该电荷泵电路的内部电压产生电路

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10250129B2 (zh)
KR (1) KR102454863B1 (zh)
CN (1) CN107171546B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11056155B1 (en) * 2018-06-20 2021-07-06 Adesto Technologies Corporation Nonvolatile memory devices, systems and methods with switching charge pump architectures
US11061646B2 (en) 2018-09-28 2021-07-13 Intel Corporation Compute in memory circuits with multi-Vdd arrays and/or analog multipliers

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1132959A (zh) * 1994-10-14 1996-10-09 松下电工株式会社 电源变换系统
JPH11113250A (ja) * 1997-10-03 1999-04-23 Stanley Electric Co Ltd スイッチトキャパシタを用いた電圧変換方法と電圧変換器
US20110170368A1 (en) * 2010-01-12 2011-07-14 International Business Machines Corporation Charge pump system and method utilizing adjustable output charge and compilation system and method for use by the charge pump
CN102265494A (zh) * 2008-12-18 2011-11-30 Nxp股份有限公司 电荷泵电路

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020071511A (ko) 2001-03-06 2002-09-13 최대섭 다수개의 캐패시터의 분압을 이용한 교류전압의 교류 또는직류 전압으로의 변환회로
GB2384123A (en) 2002-01-11 2003-07-16 Zarlink Semiconductor Inc Resampling filter for analog PLL

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1132959A (zh) * 1994-10-14 1996-10-09 松下电工株式会社 电源变换系统
JPH11113250A (ja) * 1997-10-03 1999-04-23 Stanley Electric Co Ltd スイッチトキャパシタを用いた電圧変換方法と電圧変換器
CN102265494A (zh) * 2008-12-18 2011-11-30 Nxp股份有限公司 电荷泵电路
US20110170368A1 (en) * 2010-01-12 2011-07-14 International Business Machines Corporation Charge pump system and method utilizing adjustable output charge and compilation system and method for use by the charge pump

Also Published As

Publication number Publication date
KR102454863B1 (ko) 2022-10-17
CN107171546B (zh) 2019-06-28
KR20170104787A (ko) 2017-09-18
US10250129B2 (en) 2019-04-02
US20170264191A1 (en) 2017-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5446697A (en) Semiconductor memory device
US8294509B2 (en) Charge pump systems with reduction in inefficiencies due to charge sharing between capacitances
US7737765B2 (en) Fast start charge pump for voltage regulators
CN103578549A (zh) 使用电源检测机制的可配置的多级电荷泵
US20110221514A1 (en) Variable stage charge pump and method for providing boosted output voltage
US6933768B2 (en) Method for increasing the input voltage of an integrated circuit with a two-stage charge pump, and integrated circuit
US8629575B2 (en) Integrated circuit and method for charge reversal of a circuit part of the integrated circuit
JP2003511003A (ja) 集積回路に使用されるキャパシタの端子間のストレスを軽減するための方法および装置
CN211046760U (zh) 电荷泵电路和非易失性存储器设备
KR20010011502A (ko) 가변 오실레이션 주기를 갖는 차지펌프회로
CN101364424A (zh) 相变存储器的感测电路及方法
CN106063071A (zh) 用于低功率模式期间的电荷恢复的装置
CN102324840B (zh) 电荷泵及工作方法
TW202015319A (zh) 電荷泵
JP2010119226A (ja) チャージポンプ回路
CN106787685A (zh) 使用软启动的负电荷泵
CN107171546A (zh) 电荷泵电路以及包括该电荷泵电路的内部电压产生电路
US6404272B2 (en) Charge pump booster device with transfer and recovery of the charge
US7619924B2 (en) Device and method for reading out memory information
CN101295536B (zh) 升压电路及应用其的内存结构
CN108092501A (zh) 升压电路及具备该升压电路的非易失性存储器
US7142041B2 (en) Controlled active shutdown of charge pump
EP1374243B1 (en) System and method for achieving fast switching of analog voltages on a large capacitive load
CN104091613B (zh) 电荷泵系统及存储器
EP0865149A3 (en) High current CMOS charge pump, particularly for flash EEPROM memories

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant