CN110211623B - 一种nor flash存储单元阵列的电源系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种NOR FLASH存储单元阵列的电源系统，包括电荷泵系统、放电模块和连接于所述电荷泵系统的电压钳位模块；所述电压钳位模块的输入电压为所述电荷泵系统的输出电压，输出电压始终维持在读电压。只要处于编程状态时，无论Vsel怎么变化，Vuns始终保持在读电压6V，解决了编程结束回到待机状态，需要将所有区域块重新充电到读电压，耗电增加，重新充电时间较长，编程退出时间较长的问题；并且无需增设另外一个电荷泵维持在读电压，节约了成本。

Description

一种NOR FLASH存储单元阵列的电源系统
技术领域
本发明涉及存储器技术领域，尤其是一种NOR FLASH存储单元阵列的电源系统。
背景技术
FLASH存储单元阵列通常会在物理上划分为多个区域块。待机状态时，所有区域块的字选模块电压维持在读电压，以便接收读指令后可以快速响应。在对存储单元执行写操作时，根据地址选中相应的区域块，由电荷泵将相应区域块的字选模块电压充电到更高的编程电压和验证电压，而未选中的区域块一般会放电到电源电压，或者由另外一个电荷泵维持在读电压。
前一种方式的缺陷在于，编程结束回到待机状态，需要将所有区域块重新充电到读电压，耗电增加，重新充电时间较长，增加编程退出时间；后一种方式的缺陷在于，编程退出时间较小，但是需要一个额外的电荷泵提供电压，如图1公开的一种存储单元阵列及其电源系统，其中bank0-bankn为存储单元阵列的若干区域块，S1、S2为开关，Array为存储单元，WLS为字选解码模块。bank0为选中的区域块，S1闭合、S2断开，连接到Vsel；bank1-bankn为未选中的区域块，S1断开、S2闭合，连接到Vuns。Pump1为编程电荷泵，输出Vsel，编程时为9V左右，编程验证时为7V左右；Pump2为待机电荷泵，输出Vuns，维持在读电压，6V左右。
双电荷泵实现双电压输出，由于字选模块方向，在没有字选线切换时，可以认为是一个容性负载，这个容性负载会有一个较小的器件关断漏电流，所以仍然需要具有一定驱动能力的电荷泵来维持。电荷泵从高压切换到低压的能力非常弱，需要一个开关电路才能快速放电，而开关放电模块的强制放电速度不稳定，所以电荷泵从高压放电到低压，通常是，先放电到电源电压再重新充电到较低目标电压，这个时间较长，编程时间大量浪费在充电、放电上。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种NOR FLASH存储单元阵列的电源系统。
一种NOR FLASH存储单元阵列的电源系统，包括电荷泵系统、放电模块和连接于所述电荷泵系统的电压钳位模块；所述电压钳位模块的输入电压为所述电荷泵系统的输出电压，输出电压始终维持在读电压。
进一步的，所述电荷泵系统包主要由振荡器、电荷泵、比较器、第一反馈电阻和第二反馈电阻组成，所述电荷泵输出电压通过所述第一反馈电阻和第二反馈电阻分压，并将所述第一反馈电阻上得到的分压输入所述比较器的一个输入端，所述比较器的另一个输入端输入比较电压，所述比较器的输出端连接所述振荡器，所述振荡器输出的时钟信号接入所述电荷泵；所述第二反馈电阻为受控可变电阻。
进一步的，所述电压钳位模块主要由两个高压PMOS构成的电流镜、电子开关、电压/电流转换器、误差放大器和通过二极管接法串联的多个具有P阱中的NMOS管/具有N阱中的PMOS管构成；所述多个具有P阱中的NMOS管/具有N阱中的PMOS管连接于所述电流镜的输出侧，所述电压/电流转换器连接于所述电流镜输入侧；取一个具有P阱中的NMOS管/具有N阱中的PMOS管上的分压输入误差放大器的一个输入端，所述误差放大器的另一个输入端输入参考电压，所述误差放大器的输出端连接所述电压/电流转换器，所述电子开关连接于所述电流镜输出端，并受控于编程信号；所述电子开关采用高压PMOS，所述电压/电流转换器采用高压NMOS。
进一步的，所述放电模块采用可控放电模块，所述可控放电模块由第一NMOS管和第二NMOS管连接构成，所述第一NMOS管的漏极连接所述电荷泵的输出端，其栅极连接放电信号，其源极连接所述第二NMOS管的漏极，所述第二NMOS管的栅极连接偏置电压，其源极接地。
本发明的有益效果：只要编程信号PGM_B＝0，即处于编程状态时，无论Vsel怎么变化，Vuns始终保持在读电压6V，解决了编程结束回到待机状态，需要将所有区域块重新充电到读电压，耗电增加，重新充电时间较长，编程退出时间较长的问题；并且无需增设另外一个电荷泵维持在读电压，节约了成本。
附图说明
图1为现有存储单元阵列电源系统；
图2为实施例1中的存储单元阵列电源系统；
图3为实施例1中的电压钳位模块电路图；
图4为Vsel、Vuns与控制信号PGM_B、PGM_VFY、DISC的关系波形图；
图5为实施例2中的电压钳位模块电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
实施例1(以读电压6V、验证电压7V、编程电压9V为例)
一种NOR FLASH存储单元阵列的电源系统，如图2所示，包括电荷泵系统、放电模块和连接于所述电荷泵系统的电压钳位模块；所述电压钳位模块的输入电压为所述电荷泵系统的输出电压，输出电压始终维持在读电压，从而不需要通过另外一个电荷泵将字选模块电压维持在读电压。
所述电压钳位模块可以基于现有技术采用具备电压钳位功能的电路。在本实施例中，如图3所示，所述电压钳位模块主要由两个高压PMOS管MP1、MP2构成的电流镜、高压PMOS管MP3(电子开关)、高压NMOS管MN3(电压/电流转换器)、误差放大器EA和通过二极管接法串联的六个具有P阱中的NMOS管MN11-16构成，MN11-16具有相同的尺寸，连接方式为二极管接法，P阱与源端相连，保证开启电压相同。
所述六个具有P阱中的NMOS管MN11-16连接于所述电流镜的输出侧，所述电压/电流转换器MN3连接于所述电流镜输入侧；取MN11上的分压输入误差放大器EA的一个输入端，所述误差放大器EA的另一个输入端输入参考电压VREF2＝1V，所述误差放大器EA的输出端连接所述电压/电流转换器MN3。所述电子开关MP3连接于所述电流镜输出端，并受控于编程信号PGM_B；PGM_B＝0时导通，Vuns＝Vx；PGM_B＝1时关断，Vuns＝Vsel。
待机状态(电荷泵输出读电压Vsel＝6V电压)时，PGM_B＝1，图2中每个区域块中的S1和S2都导通，图3中电子开关MP3受控关断，Vuns＝Vsel＝6V；此时，电压钳位模块和放电模块处于关闭状态。
进行编程状态(电荷泵输出编程电压Vsel＝9V电压)后，PGM_B＝1，选中的区域块，S1闭合、S2断开，Vuns连接到Vsel，如bank0；未选中的区域块，PGM_B＝0，S1断开、S2闭合，Vuns连接到Vx，如bank1-bankn。
初始状态Vx＝6V，经MN11-16分压，V1＝1V，误差放大器EA对VREF2和V1的误差进行放大，并通过电压/电流转换器MN3转化为电流，再通过MP1、MP2构成的电流镜为Vx提供电流。有误差放大器EA的比较及其电流补偿，就算电荷泵放电到电源电压，Vx都会维持在目标电压6V。
这里，由于未选中区域块Vuns上的漏电最大也就是微安级别，MN11-16、MN3支路电流也要很小，才能不会影响电荷泵对选中区域块提供的电压。误差放大器EA是在芯片电压域的。
所述电荷泵系统包主要由振荡器、电荷泵、比较器、第一反馈电阻R1和第二反馈电阻R2组成，所述电荷泵输出电压通过所述第一反馈电阻R1和第二反馈电阻R2分压，并将所述第一反馈电阻R1上得到的分压输入所述比较器的一个输入端，所述比较器的另一个输入端输入比较电压VREF1，所述比较器的输出端连接所述振荡器，所述振荡器输出的时钟信号CLK接入所述电荷泵，从而实现对电荷泵输出电压的调节。
所述第二反馈电阻R2为受控可变电阻，受编程/验证选通信号PGM_VYF控制。PGM_VFY＝0时，电荷泵输出编程电压9V；PGM_VFY＝1时，电荷泵输出验证电压7V。
电荷泵从高压切换到低压的能力非常弱，需要一个开关电路才能快速放电，而开关放电模块的强制放电速度不稳定，所以电荷泵从高压放电到低压，通常是，先放电到电源电压再重新充电到较低目标电压，这个时间较长，编程时间大量浪费在充电、放电上。本实施例中，所述放电模块采用可控放电模块，放电速度可控。
所述可控放电模块由第一NMOS管MN1和第二NMOS管MN2连接构成，所述第一NMOS管MN1的漏极连接所述电荷泵的输出端，其栅极连接放电信号DISC(discharge)，其源极连接所述第二NMOS管MN2的漏极，所述第二NMOS管MN2的栅极连接偏置电压VBIAS，其源极接地。
MN1为NMOS管，栅端接偏置电压VBIAS，用于产生恒定电流；MN2为NMOS管，起开关作用。从图4可以看出，当DISC＝1时，电荷泵开始匀速放电。
实施例2
作为一种优选的方案，MN11的栅极和漏极分开，栅极接到参考电压VREF2，如图5所示。
优化后的电路，从MN12源极往下看到的阻抗由MN11的1/gm，变为MN11的漏极电阻，增加了很多倍，因此环路增益变大很多；从而对误差放大器增益设计要求降低了很多。
显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种NOR FLASH存储单元阵列的电源系统，包括电荷泵系统和放电模块，其特征在于，还包括连接于所述电荷泵系统的电压钳位模块；所述电压钳位模块的输入电压为所述电荷泵系统的输出电压，输出电压始终维持在读电压；
所述电压钳位模块主要由两个高压PMOS构成的电流镜、电子开关、电压/电流转换器、误差放大器和通过二极管接法串联的多个具有P阱中的NMOS管/具有N阱中的PMOS管构成；所述多个具有P阱中的NMOS管/具有N阱中的PMOS管连接于所述电流镜的输出侧，所述电压/电流转换器连接于所述电流镜输入侧；
取一个具有P阱中的NMOS管/具有N阱中的PMOS管上的分压输入误差放大器的一个输入端，所述误差放大器的另一个输入端输入参考电压，所述误差放大器的输出端连接所述电压/电流转换器，所述电子开关连接于所述电流镜输出端，并受控于编程信号。
2.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，所述电子开关采用高压PMOS，所述电压/电流转换器采用高压NMOS。
3.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，所述电荷泵系统包主要由振荡器、电荷泵、比较器、第一反馈电阻和第二反馈电阻组成，所述电荷泵输出电压通过所述第一反馈电阻和第二反馈电阻分压，并将所述第一反馈电阻上得到的分压输入所述比较器的一个输入端，所述比较器的另一个输入端输入比较电压，所述比较器的输出端连接所述振荡器，所述振荡器输出的时钟信号接入所述电荷泵；所述第二反馈电阻为受控可变电阻。
4.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，所述放电模块采用可控放电模块，所述可控放电模块由第一NMOS管和第二NMOS管连接构成，所述第一NMOS管的漏极连接所述电荷泵的输出端，其栅极连接放电信号，其源极连接所述第二NMOS管的漏极，所述第二NMOS管的栅极连接偏置电压，其源极接地。
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