CN110572027A - 电荷泵电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电荷泵电路，电荷泵单元结构包括：升压电路单元，正压泵传输单元和负压泵传输单元；升压电路单元的输出端通过第一开关电路连接到正压泵传输单元的输入端以及通过第二开关电路连接到负压泵传输单元的输入端；擦除使能信连接到正负压泵传输单元的控制端，第一使能信号连接正压泵传输单元和第一开关电路的控制端，第二使能信号连接负压泵传输单元和第二开关电路的控制端；在擦除使能信号使能过程中，当第一使能信号使能时升压电路单元和正压泵传输单元组成正压电荷泵单元并输出单元正压信号以及当第二使能信号使能时，升压电路单元和负压泵传输单元组成负压电荷泵单元并输出单元负压信号。本发明能减少电路面积，提高芯片集成度。

Description

电荷泵电路
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路，特别是涉及一种电荷泵电路。
背景技术
随着半导体技术的发展，器件的工作电压越来越低，对于存储器来说，其工作所需的电源电压不断缩小到如2.5V、1.8V以下。但是，存储器的编程和擦除电压会远大于电源电压，这时通常需要采用电荷泵电路来将电源电压变换到所需的编程电压或擦除电压。在集成电路中，往往需要同时采用到正电压和负电压。如图1所示，是现有电荷泵电路的一个电荷泵单元的结构图；现有电荷泵电路的电荷泵单元结构101包括：2个升压电路单元，分别如标记102a和102b所示；正压泵传输单元103和负压泵传输单元104。
所述正压泵传输单元103的控制端连接擦除使能信号Erasen；所述负压泵传输单元104的控制端连接擦除使能信号Erasen。
所述擦除使能信号Erasen使能时，所述电荷泵电路同时输出正压信号和负压信号。
在所述擦除使能信号Erasen使能过程中，由所述升压电路单元102a提供升压信号Vbst到所述正压泵传输单元103并由所述升压电路单元102a和所述正压泵传输单元103组成正压电荷泵单元，所述正压电荷泵单元工作并从所述正压泵传输单元103输出端输出单元正压信号Vpos。
同时，在所述擦除使能信号Erasen使能过程中，由所述升压电路单元102b提供升压信号Vbst到所述负压泵传输单元104并由所述升压电路单元102b和所述负压泵传输单元104组成负压电荷泵单元，所述负压电荷泵单元工作并从所述负压泵传输单元104输出端输出单元负压信号Vneg。
所述电荷泵电路由多级所述电荷泵单元结构101串联而成。
第一级所述电荷泵单元结构101中，所述正压电荷泵单元的输入端接电源电压，每一级所述电荷泵单元结构101的所述正压电荷泵单元输出的单元正压信号逐级升高并在最后一级所述电荷泵单元结构101的所述正压电荷泵单元输出所述正压信号。
第一级所述电荷泵单元结构101中，所述负压电荷泵单元的输入端接地，每一级所述电荷泵单元结构101的所述负压电荷泵单元输出的单元负压信号逐级降低并在最后一级所述电荷泵单元结构101的所述负压电荷泵单元输出所述负压信号。
如图2所示，是图1所示的现有电荷泵电路的电荷泵单元的输出信号曲线；图2中的曲线ERASEN对应于所述擦除使能信号Erasen；曲线EN对应于所述第二使能信号EN；所述第一使能信号ENB未图示，但是根据曲线EN的反相信号能得到所述第一使能信号ENB的曲线；曲线VNEG对应于所述单元负压信号Vneg的曲线，曲线VPOS对应于所述单元正压信号Vpos的曲线。可以看出，当所述擦除使能信号Erasen为高电平时，并最后会形成所需的所述单元正压信号Vpos和所述单元负压信号Vneg，图2中显示了得到的所述单元负压信号Vneg为-7V，所述单元正压信号Vpos为8V。
在集成电路中，电路的面积越小，芯片的集成度越高，成本越低，所以在现有电荷泵电路的基础上降低电路面积是申请人所关注的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电荷泵电路，能减少电路面积。
为解决上述技术问题，本发明提供的电荷泵电路的电荷泵单元结构包括：升压电路单元，正压泵传输单元和负压泵传输单元。
所述升压电路单元的输出端通过第一开关电路连接到所述正压泵传输单元的输入端。
所述升压电路单元的输出端通过第二开关电路连接到所述负压泵传输单元的输入端。
所述正压泵传输单元的控制端连接擦除使能信号和第一使能信号；所述负压泵传输单元的控制端连接擦除使能信号和第二使能信号，所述第二使能信号为所述第一使能信号的反相信号。
所述第一开关电路的控制端连接所述第一使能信号，所述第二开关电路的控制端连接所述第二使能信号。
所述擦除使能信号使能时，所述电荷泵电路同时输出正压信号和负压信号。
在所述擦除使能信号使能过程中，当所述第一使能信号使能时，所述第一开关电路导通，所述第二开关电路关闭，所述正压泵传输单元工作，所述负压泵传输单元停止工作，所述升压电路单元提供升压信号到所述正压泵传输单元并由所述升压电路单元和所述正压泵传输单元组成正压电荷泵单元，所述正压电荷泵单元工作并从所述正压泵传输单元输出端输出单元正压信号。
在所述擦除使能信号使能过程中，当所述第二使能信号使能时，所述第二开关电路导通，所述第一开关电路关闭，所述负压泵传输单元工作，所述正压泵传输单元停止工作，所述升压电路单元提供升压信号到所述负压泵传输单元并由所述升压电路单元和所述负压泵传输单元组成负压电荷泵单元，所述负压电荷泵单元工作并从所述负压泵传输单元输出端输出单元负压信号。
进一步的改进是，所述第一使能信号的频率大于所述擦除使能信号的频率，在所述擦除使能信号使能过程中，所述正压电荷泵单元和所述负压电荷泵单元交替工作使所述电荷泵电路同时输出正压信号和负压信号。
进一步的改进是，所述擦除使能信号为高电平时使能；或者，所述擦除使能信号为低电平时使能。
进一步的改进是，所述第一使能信号为高电平时使能，所述第二使能信号为高电平时使能；或者，所述第一使能信号为低电平时使能，所述第二使能信号为低电平时使能。
进一步的改进是，所述升压电路单元包括：反相器和电容电路。
所述反相器的输入端连接输入时钟信号，所述反相器的输出端连接所述电容电路的输入端，所述电容电路的输出端作为所述升压电路单元的输出端并输出所述升压信号。
进一步的改进是，所述反相器为CMOS反相器。
进一步的改进是，所述电容电路由多个电容器串联或并联形成，所述电容电路的电容器中包括由MOS电容。
进一步的改进是，所述MOS电容由源极和漏极连接在一起的NMOS管组成或者由源极和漏极连接在一起的PMOS管组成。
进一步的改进是，所述正压泵传输单元包括第一NMOS管和第二NMOS管。
所述第一NMOS管的漏极和所述第二NMOS管的漏极连接在一起并接第一正压输入信号。
所述第一NMOS管的栅极和所述第二NMOS管的栅极连接在一起并接第二正压输入信号。
所述第一NMOS管的源极输出第一正压输出信号，所述第二NMOS管的源极输出第二正压输出信号。
所述升压电路单元的输出端连接到所述第一NMOS管的漏极。
进一步的改进是，所述正压泵传输单元还包括第三NMOS管。
所述第三NMOS管的源极连接所述第一NMOS管的漏极，所述第三NMOS管的漏极连接所述第一NMOS管的栅极，所述第三NMOS管的栅极连接所述第一NMOS管的源极。
进一步的改进是，所述负压泵传输单元包括第四NMOS管和第五NMOS管。
所述第四NMOS管的漏极和所述第五NMOS管的漏极连接在一起并输出第一负压输出信号。
所述第四NMOS管的栅极和所述第五NMOS管的栅极连接在一起并接第二负压输出信号。
所述第四NMOS管的源极接第一负压输入信号，所述第五NMOS管的源极接第二负压输入信号。
所述升压电路单元的输出端连接到所述第四NMOS管的漏极。
进一步的改进是，所述负压泵传输单元还包括第六NMOS管。
所述第六NMOS管的源极连接所述第四NMOS管的栅极，所述第六NMOS管的漏极连接所述第四NMOS管的漏极，所述第六NMOS管的栅极连接所述第四NMOS管的源极。
进一步的改进是，所述第一开关电路包括一个以上串联在一起的NMOS管或PMOS管。
所述第二开关电路包括一个以上串联在一起的NMOS管或PMOS管。
进一步的改进是，所述电荷泵电路由多级所述电荷泵单元结构串联而成。
进一步的改进是，第一级所述电荷泵单元结构中，所述正压电荷泵单元的输入端接电源电压，每一级所述电荷泵单元结构的所述正压电荷泵单元输出的单元正压信号逐级升高并在最后一级所述电荷泵单元结构的所述正压电荷泵单元输出所述正压信号。
第一级所述电荷泵单元结构中，所述负压电荷泵单元的输入端接地，每一级所述电荷泵单元结构的所述负压电荷泵单元输出的单元负压信号逐级降低并在最后一级所述电荷泵单元结构的所述负压电荷泵单元输出所述负压信号。
本发明电荷泵电路的电荷泵单元结构中同时包括正压泵传输单元和负压泵传输单元，且正压泵传输单元和负压泵传输单元能共享一个升压电路单元并分别输出单元正压和负压信号，最后能实现正负压信号输出，所以本发明能在实现正压和负压信号的输出的同时，每一个电荷泵单元结构仅需采用一个升压电路单元，和现有电路相比，本发明能节省一个升压电路单元，从而能减少电路面积，并从而能提高芯片的集成度以及降低芯片成本。
附图说明
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：
图1是现有电荷泵电路的一个电荷泵单元的结构图；
图2是图1所示的现有电荷泵电路的电荷泵单元的输出信号曲线；
图3是本发明实施例电荷泵电路的一个电荷泵单元的结构图；
图4是图3所示的本发明实施例电荷泵电路的电荷泵单元的输出信号曲线；
图5是本发明实施例电荷泵电路的正压泵传输单元的电路图；
图6是本发明实施例电荷泵电路的负压泵传输单元的电路图；
图7是本发明实施例电荷泵电路的升压电路单元的电路图。
具体实施方式
如图3所示，是本发明实施例电荷泵电路的一个电荷泵单元的结构图；本发明实施例电荷泵电路的电荷泵单元结构1包括：升压电路单元2，正压泵传输单元4和负压泵传输单元5。
所述升压电路单元2的输出端通过第一开关电路31连接到所述正压泵传输单元4的输入端。
所述升压电路单元2的输出端通过第二开关电路32连接到所述负压泵传输单元5的输入端。
更优选择为，所述第一开关电路31包括一个以上串联在一起的NMOS管或PMOS管，图3中显示了所述第一开关电路31由开关31a和31b串联而成。所述第二开关电路32包括一个以上串联在一起的NMOS管或PMOS管，图3中显示了所述第二开关电路32由开关32a和32b串联而成。
所述正压泵传输单元4的控制端连接擦除使能信号Erasen和第一使能信号ENB；所述负压泵传输单元5的控制端连接擦除使能信号Erasen和第二使能信号EN，所述第二使能信号EN为所述第一使能信号ENB的反相信号。
所述第一开关电路31的控制端连接所述第一使能信号ENB，所述第二开关电路32的控制端连接所述第二使能信号EN。
所述擦除使能信号Erasen使能时，所述电荷泵电路同时输出正压信号和负压信号。
在所述擦除使能信号Erasen使能过程中，当所述第一使能信号ENB使能时，所述第一开关电路31导通，所述第二开关电路32关闭，所述正压泵传输单元4工作，所述负压泵传输单元5停止工作，所述升压电路单元2提供升压信号Vbst到所述正压泵传输单元4并由所述升压电路单元2和所述正压泵传输单元4组成正压电荷泵单元，所述正压电荷泵单元工作并从所述正压泵传输单元4输出端输出单元正压信号Vpos。
在所述擦除使能信号Erasen使能过程中，当所述第二使能信号EN使能时，所述第二开关电路32导通，所述第一开关电路31关闭，所述负压泵传输单元5工作，所述正压泵传输单元4停止工作，所述升压电路单元2提供升压信号Vbst到所述负压泵传输单元5并由所述升压电路单元2和所述负压泵传输单元5组成负压电荷泵单元，所述负压电荷泵单元工作并从所述负压泵传输单元5输出端输出单元负压信号Vneg。
较佳选择为，在所述正压泵传输单元4输出端还连接有电容C101；在所述负压泵传输单元5输出端还连接有电容C102。
本发明实施例中，所述第一使能信号ENB的频率大于所述擦除使能信号Erasen的频率，在所述擦除使能信号Erasen使能过程中，所述正压电荷泵单元和所述负压电荷泵单元交替工作使所述电荷泵电路同时输出正压信号和负压信号。
本发明实施例中，所述擦除使能信号Erasen为高电平时使能。在其他实施例中也能为：所述擦除使能信号Erasen为低电平时使能。
所述第一使能信号ENB为高电平时使能，所述第二使能信号EN为高电平时使能。在其他实施例中也能为：所述第一使能信号ENB为低电平时使能，所述第二使能信号EN为高电平时使能。
所述电荷泵电路由多级所述电荷泵单元结构1串联而成。
第一级所述电荷泵单元结构1中，所述正压电荷泵单元的输入端接电源电压，每一级所述电荷泵单元结构1的所述正压电荷泵单元输出的单元正压信号Vpos逐级升高并在最后一级所述电荷泵单元结构1的所述正压电荷泵单元输出所述正压信号。
第一级所述电荷泵单元结构1中，所述负压电荷泵单元的输入端接地，每一级所述电荷泵单元结构1的所述负压电荷泵单元输出的单元负压信号Vneg逐级降低并在最后一级所述电荷泵单元结构1的所述负压电荷泵单元输出所述负压信号。
如图4所示，是图3所示的本发明实施例电荷泵电路的电荷泵单元的输出信号曲线；图4中的曲线ERASEN对应于所述擦除使能信号Erasen；曲线EN对应于所述第二使能信号EN；所述第一使能信号ENB未图示，但是根据曲线EN的反相信号能得到所述第一使能信号ENB的曲线；曲线VNEG对应于所述单元负压信号Vneg的曲线，曲线VPOS对应于所述单元正压信号Vpos的曲线。可以看出，当所述擦除使能信号Erasen为高电平时，所述第一使能信号ENB和所述第二使能信号EN会变化，并最后会形成所需的所述单元正压信号Vpos和所述单元负压信号Vneg，图4中显示了得到的所述单元负压信号Vneg为-7V，所述单元正压信号Vpos为8V。
如图7所示，是本发明实施例电荷泵电路的升压电路单元的电路图，所述升压电路单元2包括：反相器Inv1和电容电路C1。
所述反相器Inv1的输入端连接输入时钟信号CK，所述反相器Inv1的输出端输出时钟信号CCK，时钟信号CCK为时钟信号CK的反相信号且具有更强的驱动能力。所述反相器Inv1的输出端连接所述电容电路C1的输入端，所述电容电路C1的输出端作为所述升压电路单元2的输出端并输出所述升压信号Vbst。
较佳选择为，所述反相器Inv1为CMOS反相器，如由PMOS管PM1和NMOS管NM7组成的CMOS反相器，CMOS反相器连接在电源电压VDD和地VSS之间。
所述电容电路C1由多个电容器串联或并联形成，所述电容电路C1的电容器中包括由MOS电容。所述MOS电容由源极和漏极连接在一起的NMOS管组成或者由源极和漏极连接在一起的PMOS管组成。图7中显示了，所述电容电路C1由连接成MOS电容结构的PMOS管PM2和PM3以及无源结构的电容C1a并联而成。
如图5所示，是本发明实施例电荷泵电路的正压泵传输单元的电路图；所述正压泵传输单元4包括第一NMOS管NM1和第二NMOS管NM2。
所述第一NMOS管NM1的漏极和所述第二NMOS管NM2的漏极连接在一起并接第一正压输入信号Vposin1。
所述第一NMOS管NM1的栅极和所述第二NMOS管NM2的栅极连接在一起并接第二正压输入信号Vposin2。
所述第一NMOS管NM1的源极输出第一正压输出信号Vposout1，所述第二NMOS管NM2的源极输出第二正压输出信号Vposout2。
所述升压电路单元2的输出端连接到所述第一NMOS管NM1的漏极。
更优选择为，所述正压泵传输单元4还包括第三NMOS管NM3。
所述第三NMOS管NM3的源极连接所述第一NMOS管NM1的漏极，所述第三NMOS管NM3的漏极连接所述第一NMOS管NM1的栅极，所述第三NMOS管NM3的栅极连接所述第一NMOS管NM1的源极。
如图6所示，是本发明实施例电荷泵电路的负压泵传输单元的电路图；所述负压泵传输单元5包括第四NMOS管NM4和第五NMOS管NM5。
所述第四NMOS管NM4的漏极和所述第五NMOS管NM5的漏极连接在一起并输出第一负压输出信号Vnegout1。
所述第四NMOS管NM4的栅极和所述第五NMOS管NM5的栅极连接在一起并接第二负压输出信号Vnegout2。
所述第四NMOS管NM4的源极接第一负压输入信号Vnegin1，所述第五NMOS管NM5的源极接第二负压输入信号Vnegin2。
所述升压电路单元2的输出端连接到所述第四NMOS管NM4的漏极。
更优选择为，所述负压泵传输单元5还包括第六NMOS管NM6。
所述第六NMOS管NM6的源极连接所述第四NMOS管NM4的栅极，所述第六NMOS管NM6的漏极连接所述第四NMOS管NM4的漏极，所述第六NMOS管NM6的栅极连接所述第四NMOS管NM4的源极。
本发明实施例电荷泵电路的电荷泵单元结构1中同时包括正压泵传输单元4和负压泵传输单元5，且正压泵传输单元4和负压泵传输单元5能共享一个升压电路单元2并分别输出单元正压和负压信号，最后能实现正负压信号输出，所以本发明实施例能在实现正压和负压信号的输出的同时，每一个电荷泵单元结构1仅需采用一个升压电路单元2，和现有电路相比，本发明实施例能节省一个升压电路单元2，升压电路单元2中包括了反相器和电容电路，减少一个升压电路单元2能节省不少电路面积，从而能提高芯片的集成度并降低芯片成本。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种电荷泵电路，其特征在于：电荷泵电路的电荷泵单元结构包括：升压电路单元，正压泵传输单元和负压泵传输单元；
所述升压电路单元的输出端通过第一开关电路连接到所述正压泵传输单元的输入端；
所述升压电路单元的输出端通过第二开关电路连接到所述负压泵传输单元的输入端；
所述正压泵传输单元的控制端连接擦除使能信号和第一使能信号；所述负压泵传输单元的控制端连接擦除使能信号和第二使能信号，所述第二使能信号为所述第一使能信号的反相信号；
所述第一开关电路的控制端连接所述第一使能信号，所述第二开关电路的控制端连接所述第二使能信号；
所述擦除使能信号使能时，所述电荷泵电路同时输出正压信号和负压信号；
在所述擦除使能信号使能过程中，当所述第一使能信号使能时，所述第一开关电路导通，所述第二开关电路关闭，所述正压泵传输单元工作，所述负压泵传输单元停止工作，所述升压电路单元提供升压信号到所述正压泵传输单元并由所述升压电路单元和所述正压泵传输单元组成正压电荷泵单元，所述正压电荷泵单元工作并从所述正压泵传输单元输出端输出单元正压信号；
在所述擦除使能信号使能过程中，当所述第二使能信号使能时，所述第二开关电路导通，所述第一开关电路关闭，所述负压泵传输单元工作，所述正压泵传输单元停止工作，所述升压电路单元提供升压信号到所述负压泵传输单元并由所述升压电路单元和所述负压泵传输单元组成负压电荷泵单元，所述负压电荷泵单元工作并从所述负压泵传输单元输出端输出单元负压信号。
2.如权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于：所述第一使能信号的频率大于所述擦除使能信号的频率，在所述擦除使能信号使能过程中，所述正压电荷泵单元和所述负压电荷泵单元交替工作使所述电荷泵电路同时输出正压信号和负压信号。
3.如权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于：所述擦除使能信号为高电平时使能；或者，所述擦除使能信号为低电平时使能。
4.如权利要求3所述的电荷泵电路，其特征在于：所述第一使能信号为高电平时使能，所述第二使能信号为高电平时使能；或者，所述第一使能信号为低电平时使能，所述第二使能信号为低电平时使能。
5.如权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于：所述升压电路单元包括：反相器和电容电路；
所述反相器的输入端连接输入时钟信号，所述反相器的输出端连接所述电容电路的输入端，所述电容电路的输出端作为所述升压电路单元的输出端并输出所述升压信号。
6.如权利要求5所述的电荷泵电路，其特征在于：所述反相器为CMOS反相器。
7.如权利要求5所述的电荷泵电路，其特征在于：所述电容电路由多个电容器串联或并联形成，所述电容电路的电容器中包括由MOS电容。
8.如权利要求7所述的电荷泵电路，其特征在于：所述MOS电容由源极和漏极连接在一起的NMOS管组成或者由源极和漏极连接在一起的PMOS管组成。
9.如权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于：所述正压泵传输单元包括第一NMOS管和第二NMOS管；
所述第一NMOS管的漏极和所述第二NMOS管的漏极连接在一起并接第一正压输入信号；
所述第一NMOS管的栅极和所述第二NMOS管的栅极连接在一起并接第二正压输入信号；
所述第一NMOS管的源极输出第一正压输出信号，所述第二NMOS管的源极输出第二正压输出信号；
所述升压电路单元的输出端连接到所述第一NMOS管的漏极。
10.如权利要求9所述的电荷泵电路，其特征在于：所述正压泵传输单元还包括第三NMOS管；
所述第三NMOS管的源极连接所述第一NMOS管的漏极，所述第三NMOS管的漏极连接所述第一NMOS管的栅极，所述第三NMOS管的栅极连接所述第一NMOS管的源极。
11.如权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于：所述负压泵传输单元包括第四NMOS管和第五NMOS管；
所述第四NMOS管的漏极和所述第五NMOS管的漏极连接在一起并输出第一负压输出信号；
所述第四NMOS管的栅极和所述第五NMOS管的栅极连接在一起并接第二负压输出信号；
所述第四NMOS管的源极接第一负压输入信号，所述第五NMOS管的源极接第二负压输入信号；
所述升压电路单元的输出端连接到所述第四NMOS管的漏极。
12.如权利要求11所述的电荷泵电路，其特征在于：所述负压泵传输单元还包括第六NMOS管；
所述第六NMOS管的源极连接所述第四NMOS管的栅极，所述第六NMOS管的漏极连接所述第四NMOS管的漏极，所述第六NMOS管的栅极连接所述第四NMOS管的源极。
13.如权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于：所述第一开关电路包括一个以上串联在一起的NMOS管或PMOS管；
所述第二开关电路包括一个以上串联在一起的NMOS管或PMOS管。
14.如权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于：所述电荷泵电路由多级所述电荷泵单元结构串联而成。
15.如权利要求14所述的电荷泵电路，其特征在于：第一级所述电荷泵单元结构中，所述正压电荷泵单元的输入端接电源电压，每一级所述电荷泵单元结构的所述正压电荷泵单元输出的单元正压信号逐级升高并在最后一级所述电荷泵单元结构的所述正压电荷泵单元输出所述正压信号；
第一级所述电荷泵单元结构中，所述负压电荷泵单元的输入端接地，每一级所述电荷泵单元结构的所述负压电荷泵单元输出的单元负压信号逐级降低并在最后一级所述电荷泵单元结构的所述负压电荷泵单元输出所述负压信号。
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