CN107994768A - 一种可有效减小面积的电荷泵电路 - Google Patents

一种可有效减小面积的电荷泵电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可有效减小面积的电荷泵电路，包括：输入级电荷泵模块，中间级电荷泵模块，输出级电荷泵模块，电荷泵输入输出控制信号产生模块，时钟产生模块以及控制电路，本发明通过控制信号使每一级电荷泵串联或者并联，不仅减小了电荷泵面积，并且减少了闪存唤醒所用的时间。

Description

一种可有效减小面积的电荷泵电路
技术领域
本发明涉及一种电荷泵电路，特别是涉及一种可有效减小面积的电荷泵电路。
背景技术
super eflash(超快闪存)在不同的操作下需要不同的高电压，具体如下；
1)读操作(read operation):需要2.5v电压，输出负载为100uA～200uA，视读速度及唤醒时间而定；
2)编程操作(program operation)：需要2.5v电压负载为100uA的能力；8.2v电压负载为100uA(按照0.38um^2cell，8bits program编程)；
3)擦除操作(erase operation):需要2.5v电压负载很小；12v电压负载为30uA设计。
可见，在super eflash(超快闪存)内部需要2.5v/8.2v/12v三种电压，由于8.2及12v电压比较靠近，因此，会采用同一个电荷泵来产生8.2v&&100uA或者12v&&30uA，总共两个电荷泵，即一个2.5V读操作的电荷泵与一个编程电荷泵。
图1为现有技术的2.5V电荷泵的电路结构图，由于其为现有技术，在此对其结构不予赘述。图2为传统编程电荷泵的电路结构图，如图2所示，传统编程电荷泵由多级基本电荷泵单元级联组成，每个基本电荷泵单元与读取电荷泵电路基本相同，只是存在驱动能力的差异以及耐压差异，擦除的时候，将2.5v电荷泵的输出作为到编程电荷泵的输入，可达到擦除需要12v电压的需求。
现有技术中，由于两个相互独立的电荷泵，能力相互独立设计，包括去纹波(ripple)的电容。对于需要快速唤醒的要求(wakeup time<500ns),则需要能力很强的2.5v电荷泵。客户在低功耗设计的时候，非常在乎闪存wakeup(唤醒)的时间，而flash IP的wakeup(唤醒)时间是由内部2.5v建立的时间确定的。需要快速的建立时间，必须要能力很强的2.5v电荷泵，而现有技术的2.5V电荷泵建立时间都比较慢，且在2.5V电荷泵建立的过程中，编程电荷泵没有工作，浪费了资源。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种可有效减小面积的电荷泵电路，以实现一种具有低通滤波功能的输入输出电路，可有效隔离信号工作频率以上的高频干扰，提高信号传输的成功率，同时保证芯片的电磁兼容能力。
为达上述及其它目的，本发明提出一种可有效减小面积的电荷泵电路，包括：
输入级电荷泵模块，用于在擦除控制信号ERSEN控制下选择2.5V电荷泵输出或电源电压作为本级电荷泵模块的输入，并在第一串并联控制信号SW<0>及其互补信号SWb<0>的控制下将本级电荷泵模块的电荷泵单元产生的输出进行串联或并联输出；
中间级电荷泵模块，用于在该第一串并联控制信号SW<0>控制下选择上一级电荷泵模块的输出或电源电压作为本级电荷泵模块的输入，并在第一串并联控制信号SW<0>及其互补信号SWb<0>的控制下将本级电荷泵模块的电荷泵单元产生的输出进行串联或并联输出；
输出级电荷泵模块，用于在该第一串并联控制信号SW<0>控制下选择上一级电荷泵模块的输出或电源电压作为本级电荷泵模块的输入，并在第二串并联控制信号SW<1>的控制下将本级电荷泵模块的电荷泵单元产生的输出进行串联或并联输出；
电荷泵输入输出控制信号产生模块，用于在许可信号EN、脉冲互补信号pulseb和高压HV、2.5V电荷泵输出的控制下产生第一串并联控制信号SW<0>及其互补信号SWb<0>和第二串并联控制信号SW<1>及其互补信号SWb<1>；
时钟产生模块50，用于在编程许可信号EP_EN、脉冲信号pulse、许可信号EN选择第一时钟WLOSCLK或第二时钟EPOSCLK作为本模块的输出CLKA、CLKB；
控制电路，用于在模式选择信号DEEPPD_MODE和编程许可信号EP_EN的控制系下产生许可信号EN、脉冲信号pulse及其互补信号pulseb。
进一步地，所述输入级电荷泵模块包括输入选择电路电平位移器、PMOS管MB0b、PMOS管MB0、输出并联电路PMOS管MP0、输出串联电路PMOS管MS0以及基本电荷泵单元CP0。
进一步地，该中间级电荷泵模块包括输入选择电路PMOS管MBi、输出并联电路PMOS管MPi、输出串联电路PMOS管MSi以及基本电荷泵单元CPi，其中，i＝1,2,3…N-2。
进一步地，该输出级电荷泵模块包括输入选择电路PMOS管MB(N-1)、输出并联电路PMOS管MP(N-1)以及基本电荷泵单元CP(N-1)。
进一步地，该电荷泵输入输出控制信号产生模块包括包括多个逻辑电路。
进一步地，时钟产生模块50包括多个反相器(I4、I5、I22、I56、I55、I48、I36)、多路选择器(I19)、与非门(I38)、或非门(I41)。
进一步地，控制电路包括延时器(I51)、或非门(I32/I35)、反相器(I42与I37)。
进一步地，该2.5V电荷泵的输出连接至该输入选择电路电平位移器的电源端，擦除控制信号ERSEN连接至该输入选择电路电平位移器的输入端IN，该输入选择电路电平位移器的输出信号ENA连接至该PMOS管MB0的栅极、该输入选择电路电平位移器的输出互补信号ENBA连接至该PMOS管MB0b的栅极，该PMOS管MB0b的源极连接该2.5V电荷泵的输出，该PMOS管MB0b、MB0的漏极相连组成节点连接至基本电荷泵单元CP0的输入端INPUT，PMOS管MB0、MB1…MB(N-1)的源极连接电源电压，PMOS管MBi的漏极与PMOS管MS(i-1)的漏极并连接至基本电荷泵单元CPi的输入端INPUT(i＝1,2…N-1)，PMOS管MP0、MP1…MP(N-1)的源极相连组成输出节点VD25_Temp，PMOS管MP0、MP1…MP(N-2)的栅极连接至第一串并联控制信号SW<0>，PMOS管MP(N-1)的栅极连接至第二串并联控制信号SW<1>，PMOS管MPi的漏极与PMOS管MSi的源极、衬底相连并连接至基本电荷泵单元CPi的输出端OUT形成节点OUT<i>(i＝0,1,…,N-2)，PMOS管MP(N-1)的漏极连接至基本电荷泵单元CP(N-1)的输出端OUT形成节点HV，PMOS管MS0、MS1…MS(N-2)的栅极连接至第一串并联控制信号SW<0>的互补信号SWb<0>。
进一步地，模式选择信号及其经过延时器I51的信号连接至或非门I32的两个输入端，或非门I32的输出端即脉冲信号连接至或非门I35的一输入端，编程许可信号EP_EN经反相器I37后连接至或非门I35的另一输入端，或非门I35的输出即许可信号EN，脉冲信号经反相器I42即脉冲互补信号；第一时钟和第二时钟经反相器(I4、I5)后连接至多路选择器I19的两个输入端，许可信号EN连接至多路选择器I19的控制端，多路选择器I19的输出端经反相器I22后连接至反相器I56的输入端和与非门I38的一输入端，脉冲信号和编程许可信号EP_EN连接至或非门I41的两个输入端，或非门I41的输出端经反相器I48后连接至与非门I38的另一输入端，与非门I38的输出经反相器I36缓冲后即第一时钟输出CLKA，反相器I56的输出经反相器I55缓冲后即第二时钟输出CLKB，许可信号EN连接至一逻辑电路的输入端，该逻辑电路的输出端即第一串并联控制信号SW<0>及其互补信号SWb<0>，脉冲互补信号连接至另一逻辑电路的输入端，该逻辑电路的输出端即第二串并联控制信号SW<1>及其互补信号SWb<1>。
进一步地，所述N为6。
与现有技术相比，本发明一种可有效减小面积的电荷泵通过开关使每一级电荷泵串联或者并联，不仅减小了电荷泵面积，并且减少了唤醒(Wakeup)所用时间。
附图说明
图1为现有技术的2.5V电荷泵的电路结构图；
图2为传统编程电荷泵的电路结构图；
图3为本发明一种可有效减小面积的电荷泵电路的电路结构图；
图4为本发明具体实施例的仿真示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
本发明目的是让闲置的编程电荷泵和2.5v一起工作以减少闪存唤醒的时间，但是如果直接用编程电荷泵产生2.5v，效率很低，能力也不强，所以此过程会把编程电荷泵的每一级并联。当内部2.5v建立好以后就关闭编程电荷泵，否则一个能力远远超过读要求的2.5v电荷泵的存在会导致peak电流及ripple都会很大。
图3为本发明一种可有效减小面积的电荷泵电路的电路结构图。如图3所示，本发明一种可有效减小面积的电荷泵电路，包括输入级电荷泵模块10、中间级电荷泵模块20、输出级电荷泵模块30、电荷泵输入输出控制信号产生模块40、时钟产生模块50以及控制电路60。
其中，输入级电荷泵模块10由输入选择电路电平位移器I1、PMOS管MB0b、PMOS管MB0、输出并联电路PMOS管MP0、输出串联电路PMOS管MS0以及基本电荷泵单元CP0组成，用于在擦除控制信号ERSEN控制下选择2.5V电荷泵输出VD25或电源电压作为本级电荷泵模块的输入，并在第一串并联控制信号SW<0>及其互补信号SWb<0>的控制下将本级电荷泵模块的电荷泵单元CP0产生的输出进行串联或并联输出；中间级电荷泵模块20由输入选择电路PMOS管MBi、输出并联电路PMOS管MPi、输出串联电路PMOS管MSi以及基本电荷泵单元CPi组成，用于在第一串并联控制信号SW<0>控制下选择上一级电荷泵模块的输出或电源电压作为本级电荷泵模块的输入，并在第一串并联控制信号SW<0>及其互补信号SWb<0>的控制下将本级电荷泵模块的电荷泵单元CPi产生的输出进行串联或并联输出(本发明图示为6级电荷泵结构，中间级有4级，即i＝1,2,3,4)；输出级电荷泵模块30由输入选择电路PMOS管MB(N-1)、输出并联电路PMOS管MP(N-1)以及基本电荷泵单元CP(N-1)组成，用于在第一串并联控制信号SW<0>控制下选择上一级电荷泵模块的输出或电源电压作为本级电荷泵模块的输入，并在第二串并联控制信号SW<1>的控制下将本级电荷泵模块的电荷泵单元CP(N-1)产生的输出进行串联或并联输出(本发明图示为6级电荷泵结构，即N＝6)；电荷泵输入输出控制信号产生模块40由逻辑电路I23和I18组成，此为通用电路，用于在许可信号EN、脉冲互补信号pulseb和高压HV、2.5V电荷泵输出VD25的控制下产生第一串并联控制信号SW<0>及其互补信号SWb<0>和第二串并联控制信号SW<1>及其互补信号SWb<1>；时钟产生模块50由反相器I4、I5、I22、I56、I55、I48、I36、多路选择器I19、与非门I38、或非门I41组成，为通用逻辑电路，用于在编程许可信号EP_EN、脉冲信号pulse、许可信号EN选择第一时钟WLOSCLK或第二时钟EPOSCLK作为本模块的输出CLKA、CLKB；控制电路60由延时器I51、或非门I32/I35、反相器I42、I37组成，用于在模式选择信号DEEPPD_MODE和编程许可信号EP_EN的控制系下产生许可信号EN、脉冲信号pulse及其互补信号pulseb。
2.5V电荷泵输出VD25连接至电平位移器I1的电源端，擦除控制信号ERSEN连接至电平位移器I1的输入端IN，电平位移器I1的输出信号ENA连接至PMOS管MB0的栅极、电平位移器I1的输出互补信号ENBA连接至PMOS管MB0b的栅极，PMOS管MB0b的源极连接2.5V电荷泵输出VD25，PMOS管MB0b、MB0的漏极相连组成节点VDD_PUMPin连接至基本电荷泵单元CP0的输入端INPUT，PMOS管MB0、MB1、……、MB(N-1)的源极连接电源电压，PMOS管MBi的漏极与PMOS管MS(i-1)的漏极连接至基本电荷泵单元CPi的输入端INPUT(i＝1,2,……,N-1)，PMOS管MP0、MP1、……、MP(N-1)的源极相连组成输出节点VD25_Temp，PMOS管MP0、MP1、……、MP(N-2)的栅极连接至第一串并联控制信号SW<0>，PMOS管MP(N-1)的栅极连接至第二串并联控制信号SW<1>，PMOS管MPi的漏极与PMOS管MSi的源极、衬底相连并连接至基本电荷泵单元CPi的输出端OUT形成节点OUT<i>(i＝0,1,……,N-2)，PMOS管MP(N-1)的漏极连接至基本电荷泵单元CP(N-1)的输出端OUT形成节点HV，PMOS管MS0、MS1、……、MS(N-2)的栅极连接至第一串并联控制信号SW<0>的互补信号SWb<0>。
模式选择信号DEEPPD_MODE及其经过延时器I51的信号连接至或非门I32的两个输入端，或非门I32的输出端即脉冲信号pulse连接至或非门I35的一输入端，编程许可信号EP_EN经反相器I37后连接至或非门I35的另一输入端，或非门I35的输出即许可信号EN，脉冲信号pulse经反相器I42即脉冲互补信号pulseb；第一时钟WLOSCLK和第二时钟EPOSCLK经反相器I4、I5后连接至多路选择器I19的两个输入端，许可信号EN连接至多路选择器I19的控制端，多路选择器I19的输出端经反相器I22后连接至反相器I56的输入端和与非门I38的一输入端，脉冲信号pulse和编程许可信号EP_EN连接至或非门I41的两个输入端，或非门I41的输出端经反相器I48后连接至与非门I38的另一输入端，与非门I38的输出经反相器I36缓冲后即第一时钟输出CLKA，反相器I56的输出经反相器I55缓冲后即第二时钟输出CLKB；许可信号EN连接至逻辑电路I23的输入端，逻辑电路I23的输出端即第一串并联控制信号SW<0>及其互补信号SWb<0>，脉冲互补信号pulseb连接至逻辑电路I18的输入端，逻辑电路I18的输出端即第二串并联控制信号SW<1>及其互补信号SWb<1>。
图4为本发明具体实施例的仿真示意图。如图4所示，当上电复位信号拉高或者模式选择信号拉低，会产生一个～500ns的脉冲，此脉冲宽度时间内会让program电荷泵的每一级并联并且并联到2.5v电荷泵上，形成一个能力超级强的2.5v电荷泵。能让Flash快速唤醒。
当500ns之后，前面5级电荷泵停止工作。最后一级继续并联2.5v电荷泵工作。这个可以适当增强2.5v电荷泵的能力，但不至于让2.5v能力太强而导致peak电流和ripple太大。另一个好处是在读的时候，2.5v电荷泵和编程电荷泵的滤波电容可以共享。可以减小滤波电容进而达到减小面积的目的。
编程的时候，电荷泵的每一级串联。并和2.5v电荷泵相互独立。独立产生2.5v电压和8.2v电压。
擦除(Erase)的时候，把2.5v的输出作为program电荷泵的输入，产生12v的电压。同时2.5v还是存之。
本发明中，2.5v和编程电荷泵所用电容面积为10um×10um×156(而在目前传统做法电容面积为10um×10um×370)，并且减少了唤醒(Wakeup)所用时间。
综上所述，本发明一种可有效减小面积的电荷泵通过开关使每一级电荷泵串联或者并联，不仅减小了电荷泵面积，并且减少了唤醒(Wakeup)所用时间。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种可有效减小面积的电荷泵电路，包括：
输入级电荷泵模块，用于在擦除控制信号ERSEN控制下选择2.5V电荷泵输出或电源电压作为本级电荷泵模块的输入，并在第一串并联控制信号SW<0>及其互补信号SWb<0>的控制下将本级电荷泵模块的电荷泵单元产生的输出进行串联或并联输出；
中间级电荷泵模块，用于在该第一串并联控制信号SW<0>控制下选择上一级电荷泵模块的输出或电源电压作为本级电荷泵模块的输入，并在第一串并联控制信号SW<0>及其互补信号SWb<0>的控制下将本级电荷泵模块的电荷泵单元产生的输出进行串联或并联输出；
输出级电荷泵模块，用于在该第一串并联控制信号SW<0>控制下选择上一级电荷泵模块的输出或电源电压作为本级电荷泵模块的输入，并在第二串并联控制信号SW<1>的控制下将本级电荷泵模块的电荷泵单元产生的输出进行串联或并联输出；
电荷泵输入输出控制信号产生模块，用于在许可信号EN、脉冲互补信号pulseb和高压HV、2.5V电荷泵输出的控制下产生第一串并联控制信号SW<0>及其互补信号SWb<0>和第二串并联控制信号SW<1>及其互补信号SWb<1>；
时钟产生模块50，用于在编程许可信号EP_EN、脉冲信号pulse、许可信号EN选择第一时钟WLOSCLK或第二时钟EPOSCLK作为本模块的输出CLKA、CLKB；
控制电路，用于在模式选择信号DEEPPD_MODE和编程许可信号EP_EN的控制系下产生许可信号EN、脉冲信号pulse及其互补信号pulseb。
2.如权利要求1所述的一种可有效减小面积的电荷泵电路，其特征在于：所述输入级电荷泵模块包括输入选择电路电平位移器、PMOS管MB0b、PMOS管MB0、输出并联电路PMOS管MP0、输出串联电路PMOS管MS0以及基本电荷泵单元CP0。
3.如权利要求2所述的一种可有效减小面积的电荷泵电路，其特征在于：该中间级电荷泵模块包括输入选择电路PMOS管MBi、输出并联电路PMOS管MPi、输出串联电路PMOS管MSi以及基本电荷泵单元CPi，其中，i＝1,2,3…N-2。
4.如权利要求3所述的一种可有效减小面积的电荷泵电路，其特征在于：该输出级电荷泵模块包括输入选择电路PMOS管MB(N-1)、输出并联电路PMOS管MP(N-1)以及基本电荷泵单元CP(N-1)。
5.如权利要求4所述的一种可有效减小面积的电荷泵电路，其特征在于：该电荷泵输入输出控制信号产生模块包括包括多个逻辑电路。
6.如权利要求5所述的一种可有效减小面积的电荷泵电路，其特征在于：时钟产生模块50包括多个反相器(I4、I5、I22、I56、I55、I48、I36)、多路选择器(I19)、与非门(I38)、或非门(I41)。
7.如权利要求6所述的一种可有效减小面积的电荷泵电路，其特征在于：控制电路包括延时器(I51)、或非门(I32/I35)、反相器(I42与I37)。
8.如权利要求7所述的一种可有效减小面积的电荷泵电路，其特征在于：该2.5V电荷泵的输出连接至该输入选择电路电平位移器的电源端，擦除控制信号ERSEN连接至该输入选择电路电平位移器的输入端IN，该输入选择电路电平位移器的输出信号ENA连接至该PMOS管MB0的栅极、该输入选择电路电平位移器的输出互补信号ENBA连接至该PMOS管MB0b的栅极，该PMOS管MB0b的源极连接该2.5V电荷泵的输出，该PMOS管MB0b、MB0的漏极相连组成节点连接至基本电荷泵单元CP0的输入端INPUT，PMOS管MB0、MB1…MB(N-1)的源极连接电源电压，PMOS管MBi的漏极与PMOS管MS(i-1)的漏极连接至基本电荷泵单元CPi的输入端INPUT(i＝1,2…N-1)，PMOS管MP0、MP1…MP(N-1)的源极相连组成输出节点VD25_Temp，PMOS管MP0、MP1…MP(N-2)的栅极连接至第一串并联控制信号SW<0>，PMOS管MP(N-1)的栅极连接至第二串并联控制信号SW<1>，PMOS管MPi的漏极与PMOS管MSi的源极、衬底相连并连接至基本电荷泵单元CPi的输出端OUT形成节点OUT<i>(i＝0,1,…,N-2)，PMOS管MP(N-1)的漏极连接至基本电荷泵单元CP(N-1)的输出端OUT形成节点HV，PMOS管MS0、MS1…MS(N-2)的栅极连接至第一串并联控制信号SW<0>的互补信号SWb<0>。
9.如权利要求8所述的一种可有效减小面积的电荷泵电路，其特征在于：模式选择信号及其经过延时器I51的信号连接至或非门I32的两个输入端，或非门I32的输出端即脉冲信号连接至或非门I35的一输入端，编程许可信号EP_EN经反相器I37后连接至或非门I35的另一输入端，或非门I35的输出即许可信号EN，脉冲信号经反相器I42即脉冲互补信号；第一时钟和第二时钟经反相器(I4、I5)后连接至多路选择器I19的两个输入端，许可信号EN连接至多路选择器I19的控制端，多路选择器I19的输出端经反相器I22后连接至反相器I56的输入端和与非门I38的一输入端，脉冲信号和编程许可信号EP_EN连接至或非门I41的两个输入端，或非门I41的输出端经反相器I48后连接至与非门I38的另一输入端，与非门I38的输出经反相器I36缓冲后即第一时钟输出CLKA，反相器I56的输出经反相器I55缓冲后即第二时钟输出CLKB，许可信号EN连接至一逻辑电路的输入端，该逻辑电路的输出端即第一串并联控制信号SW<0>及其互补信号SWb<0>，脉冲互补信号连接至另一逻辑电路的输入端，该逻辑电路的输出端即第二串并联控制信号SW<1>及其互补信号SWb<1>。
10.如权利要求9所述的一种可有效减小面积的电荷泵电路，其特征在于：所述N为6。
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