CN111490675A - 电荷泵电路、非易失存储器及控制电荷泵输出电压的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电荷泵电路、非易失存储器及控制电荷泵电路输出电压的方法。所述电路包括：低压电荷泵电路、高压电荷泵电路以及开关电路，所述开关电路、所述低压电荷泵电路以及所述高压电荷泵电路两两互相连接，所述开关电路用于当期望所述电荷泵电路的输出电压小于预设电压时，打开低电压输出通道，使得所述低压电荷泵电路开始工作，产生第一电压，所述开关电路还用于当期望所述电荷泵电路的输出电压大于等于所述预设电压时，打开高电压输出通道，同时所述低压电荷泵电路和所述高压电荷泵电路开始工作，产生第二电压，所述高电压输出通道打开时，所述第一电压输出到所述高压电荷泵电路，作为所述高压电荷泵电路的输入电源电压以及驱动电源。

Description

电荷泵电路、非易失存储器及控制电荷泵输出电压的方法

技术领域

本发明涉及非易失存储器领域，尤其涉及电荷泵电路、非易失存储器以及控制电荷泵输出电压的方法。

背景技术

目前非易失存储器内基本由电荷泵为非易失存储器提供满足操作需要的工作电压，电荷泵为开关电容式电压变换器，是一种利用所谓的“快速”或“泵送”电容，而非电感或变压器来储能的直流变换器，能使输入的电源电压升高或降低，也可以用于产生负电压，其内部的MOS开关阵列以一定的方式控制快速电容器的充电和放电，从而使输入电压以一定因数(1/2,2或3)倍增或降低，从而得到所需要的输出电压，一般当需要输出电压绝对值很高的电压时，需要串联很多级的电荷泵。

现有的非易失存储器的电荷泵电路如说明书附图中的图1，电荷泵电路主体结构为图中由多个NMOS管和多个电容组成的NMOS PUMP，其中VDD为整个电荷泵的电源电压，电阻RL和电容CL组成滤波稳压电路，使得电荷泵输出的电压是稳定的，且基本不包括谐波的，该主体结构的驱动电路是由多级反相器组成的CLKDRIVER，其中clkin为控制模块发送的使能信号，该使能信号用于控制驱动电路产生电平信号，来驱动电荷泵电路的主题结构工作，当电荷泵电路输出的电压要求很高的时候，就需要很多级电荷泵串联在一起，需要说明的是，图1中所示为方便解释原理所示出的简单结构，实际中电荷泵电路的电荷泵可以有很多级。

随着非易失存储器的发展，小型化的需求也越来越大，但因为需要输出电压绝对值很高的电压时，所需的电荷泵元器件都必须使用高压元器件，而高压元器件中的电容会占用很大的物理版图空间，这就十分不利于非易失存储器的小型化发展。

发明内容

本发明提供的电荷泵电路、非易失存储器以及控制电荷泵输出电压的方法，解决了现有高压电荷泵电路使用元器件较多，占用物理面积较大的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种电荷泵电路，所述电路包括：低压电荷泵电路、高压电荷泵电路以及开关电路；

所述开关电路、所述低压电荷泵电路以及所述高压电荷泵电路两两互相连接；

所述开关电路用于当期望所述电荷泵电路的输出电压小于预设电压时，打开低电压输出通道，使得所述低压电荷泵电路开始工作，产生第一电压，所述低电压输出通道为所述第一电压的输出通道；

所述开关电路还用于当期望所述电荷泵电路的输出电压大于等于所述预设电压时，打开高电压输出通道，同时所述低压电荷泵电路和所述高压电荷泵电路开始工作，产生第二电压，所述高电压输出通道为所述第二电压的输出通道，所述高电压输出通道打开时，所述第一电压输出到所述高压电荷泵电路，作为所述高压电荷泵电路的输入电源电压以及驱动电源。

可选地，当所述低电压输出通道打开时，所述第一电压通过所述开关电路输出，此时所述第一电压即为所述电荷泵电路的输出。

可选地，当所述高电压输出通道打开时，所述第二电压通过所述开关电路输出，此时所述第二电压即为所述电荷泵电路的输出。

可选地，所述电路应用于非易失存储器，所述非易失存储器包括：控制模块；

所述控制模块与所述开关电路和所述高压电荷泵电路分别连接，所述控制模块用于向所述开关电路和所述高压电荷泵电路分别发送电平信号，所述电平信号用于控制所述开关电路和所述高压电荷泵电路的工作状态。

可选地，当所述控制模块发送的电平信号为低电平时，所述开关电路打开所述低电压输出通道；

当所述控制模块发送的电平信号为高电平时，所述开关电路打开所述高电压输出通道，同时所述高压电荷泵电路和所述低压电荷泵电路开始工作。

可选地，所述低压电荷泵电路采用低压元器件；

所述高压电荷泵电路采用高压元器件；

所述开关电路采用高压元器件。

本发明实施例还提出了一种非易失存储器，所述非易失存储器包括：控制模块和以上任一所述的电荷泵电路，所述控制模块与所述电荷泵电路连接。

本发明实施例还提出了一种控制电荷泵输出电压的方法，所述方法应用于以上任一所述的电荷泵电路，所述方法包括：

所述开关电路接收电平信号，所述电平信号的电位表征期望所述电荷泵电路的输出电压与预设电压之间的大小关系；

所述开关电路根据所述电平信号，打开电压输出通道，使得电荷泵电路输出电压。

可选地，所述开关电路根据所述电平信号，打开所述电压输出通道，包括：

在所述开关电路确定所述电平信号是低电平时，打开所述低电压输出通道，所述低压电荷泵电路开始工作，产生所述第一电压；

在所述开关电路确定所述电平信号是高电平时，打开所述高电压输出通道，所述低压电荷泵电路和所述高压电荷泵电路同时开始工作，产生所述第二电压；

其中，在期望所述电荷泵电路的输出电压小于预设电压时，电平信号是低电平；在期望所述电荷泵电路的输出电压大于等于所述预设电压时，电平信号是高电平。

可选地，在所述开关电路确定所述电平信号是高电平时，打开所述高电压输出通道，所述低压电荷泵电路和所述高压电荷泵电路同时开始工作，产生所述第二电压，包括：

当所述高电压输出通道打开时，所述第一电压输出到所述高压电荷泵电路中，作为所述高压电荷泵电路的输入电源电压和驱动电源；

所述高压电荷泵电路根据所述第一电压，产生所述第二电压。

与现有技术相比，本发明提供的电荷泵电路、非易失存储器以及控制电荷泵输出电压的方法，通过期望电压值与预设电压的大小比较，确定是需要输出低压还是高压，若是需要输出低压，则低压电荷泵电路工作，若是需要输出高压，则低压电荷泵电路和高压电荷泵电路一起工作。本发明电荷泵电路因为部分的采用了低压元器件，所以使得物理版图缩小，有利于非易失存储器的小型化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有电荷泵电路图；

图2是本发明一种电荷泵电路的模块示意图；

图3是本发明一种电荷泵电路示意图；

图4是本发明一种非易失存储器的示意图；

图5是本发明一种控制电荷泵输出电压方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图2，示出了电荷泵电路的模块示意图，具体可以包括：

低压电荷泵电路20、高压电荷泵电路30以及开关电路40。

开关电路40、低压电荷泵电路20以及高压电荷泵电路30两两互相连接，开关电路40用于当期望电荷泵电路的输出电压小于预设电压时，打开低电压输出通道，使得低压电荷泵电路20开始工作，产生第一电压，低电压输出通道为第一电压的输出通道，开关电路还用于当期望电荷泵电路的输出电压大于等于预设电压时，打开高电压输出通道，此时低压电荷泵电路20和高压电荷泵电路30开始工作，产生第二电压，高电压输出通道为第二电压的输出通道，高电压输出通道打开时，第一电压输出到高压电荷泵电路30，作为高压电荷泵电路30的输入电源电压以及驱动电源，本发明实施例中，预设电压为5v，即当期望电荷泵电路输出的电压小于5v时，低电压输出通道打开，低压电荷泵电路20开始工作，此时低压电荷泵电路20产生的电压通过开关电路40输出，当期望电荷泵电路输出的电压大于等于5v时，高电压输出通道打开，高压电荷泵电路30和低压电荷泵电路20同时工作，此时高压电荷泵电路30产生的电压通过开关电路40输出。

可选地，参照图3，本发明电路应用于非易失存储器中，非易失存储器中有控制模块50，控制模块50与开关模块(图3中switch)40连接和高压电荷泵电路(图3中高压pump)30分别连接，控制模块50用于向开关电路40和高压电荷泵电路30分别发送电平信号(图3中Dec)，该电平信号用于控制开关电路40和高压电荷泵电路30的工作状态，当控制模块50发送的电平信号为低电平时，表示期望电荷泵电路输出的电压vout小于5v，此时开关电路40打开低电压输出通道1，低压电荷泵电路20开始工作，产生电压v1，之后开关电路40将电压v1输出；当控制模块50发送的电平信号为高电平时，表示期望电荷泵电路输出的电压vout大于等于5v，此时开关电路40打开高电压输出通道2，同时高压电荷泵电路30和低压电荷泵电路20开始工作，产生电压v2，此时低电压输出通道1关闭，电压v1作为高压电荷泵电路30的输入电源电压以及驱动电源，即高压电荷泵电路30的电源电压为5v，其产生的电压v2由开关电路40输出。

可选地，本发明实施例中，低压电荷泵电路20采用低压元器件，高压电荷泵电路30采用高压元器件，开关电路40采用高压元器件，由于低压元器件相比较于高压元器件的物理尺寸小的多，所以整个电荷泵电路的物理版图也就比现有电荷泵电路的物理版图小得多。

可选地，参照图4示出了本发明实施例中非易失存储器的示意图，该非易失存储器包括：控制模块和以上任一所述的电荷泵电路，控制模块与电荷泵电路连接。

可选地，参照图5示出了本发明实施例一种控制电荷泵输出电压方法的流程图，该方法应用于以上任一所述的电荷泵电路，该方法包括：

步骤101：开关电路接收电平信号，电平信号的电位表征期望电荷泵电路的输出电压与预设电压之间的大小关系。

本发明实施例中，开关电路40接收到控制模块50发送的电平信号，该电平信号的电位反映的是期望电荷泵电路的输出电压与预设电压之间的大小关系，若期望电荷泵电路的输出电压小于预设电压，则电平信号为低电平，若期望电荷泵电路的输出电压大于等于预设电压，则电平信号为高电平。本发明实施例对此不做具体限定。

步骤102：开关电路根据电平信号，打开电压输出通道，使得电荷泵电路输出电压。

本发明实施例中，开关电路40根据电平信号为低电平还是高电平，来确定是打开低电压输出通道1还是打开高电压输出通道2，最后通过开关电路40使得电荷泵电路输出电压。

可选地，步骤102包括：

步骤102a：在开关电路确定电平信号是低电平时，打开低电压输出通道，低压电荷泵电路开始工作，产生第一电压。

步骤102b：在开关电路确定电平信号是高电平时，打开高电压输出通道，低压电荷泵电路和高压电荷泵电路同时开始工作，产生第二电压。

本发明实施例中，当开关电路接收的信号为低电平时，打开低电压输出通道1，低压电荷泵电路20开始工作，产生第一电压v1，此时高电压输出通道2关闭，高压电荷泵电路30不工作；当开关电路接收的信号为高电平时，打开高电压输出通道2，低压电荷泵电路20和高压电荷泵电路30同时开始工作，产生第二电压v2，此时低电压输出通道1关闭，电压v1作为高压电荷泵电路30的电源电压和驱动电压。

举例说明，假设现有技术的电荷泵电源是2v，所需电荷泵电路的输出电压是30v，那么根据公式：vout＝vddp*(n+1)*ratio，可以得到电荷泵电路的级数至少需要18级，其中vout＝30v是电荷泵电路的输出电压，vddp＝2v是电荷泵电路的电源，n是电荷泵电路的级数，ratio＝0.8是比例系数。

当使用本发明实施例的方案以后，当所需电荷泵电路输出电压vout为5v以下时，开关信号接收到低电平信号，打开低电压输出通道1，此时低压电荷泵电路20开始工作，根据公式可以算出低压电荷泵电路20需要3级，当所需电荷泵电路输出电压vout为5v以上的时候，假设需要30v，此时高压电荷泵电路30和低压电荷泵电路20共同工作，低电压输出通道1关闭，低压电荷泵电路20产生的电压v1为5v，其作为高压电荷泵电路30的电源，根据公式可以算出高压电荷泵电路30需要7级，所以使用本发明实施例新方案电荷泵电路的总级数只有3+7＝10级，远小于现有技术电荷泵电路的18级，而且低压电荷泵电路20因为采用的是低压元器件，其电容面积也有较大的减小，所以整体电荷泵电路的物理版图会有极大减小，根据实际中制作出来的电荷泵电路尺寸测量，现有技术电荷泵电路的版图尺寸为3350微米*277微米时，实现相同电压输出的本发明实施例中的电荷泵电路版图尺寸为2080微米*225微米，版面缩小接近50％，对物理版图空间的提升很大。

本发明实施例的电荷泵电路，根据需要输出电压为低压还是高压，来选择是低压电荷泵电路工作，还是低压电荷泵电路和高压电荷泵电路一起工作，在只有低压电荷泵电路工作时，根据低压元器件自身特性，其工作的效率高于高压元器件，所以只需要输出低电压时，电荷泵电路的工作效率较高。本发明电荷泵电路因为部分的采用了低压元器件，所以使得物理版图缩小，有利于非易失存储器的小型化。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种电荷泵电路，其特征在于，所述电路包括：低压电荷泵电路、高压电荷泵电路以及开关电路；

所述开关电路、所述低压电荷泵电路以及所述高压电荷泵电路两两互相连接；

所述开关电路用于当期望所述电荷泵电路的输出电压小于预设电压时，打开低电压输出通道，使得所述低压电荷泵电路开始工作，产生第一电压，所述低电压输出通道为所述第一电压的输出通道；

所述开关电路还用于当期望所述电荷泵电路的输出电压大于等于所述预设电压时，打开高电压输出通道，同时所述低压电荷泵电路和所述高压电荷泵电路开始工作，产生第二电压，所述高电压输出通道为所述第二电压的输出通道，所述高电压输出通道打开时，所述第一电压输出到所述高压电荷泵电路，作为所述高压电荷泵电路的输入电源电压以及驱动电源。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，当所述低电压输出通道打开时，所述第一电压通过所述开关电路输出，此时所述第一电压即为所述电荷泵电路的输出。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，当所述高电压输出通道打开时，所述第二电压通过所述开关电路输出，此时所述第二电压即为所述电荷泵电路的输出。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路应用于非易失存储器，所述非易失存储器包括：控制模块；

所述控制模块与所述开关电路和所述高压电荷泵电路分别连接，所述控制模块用于向所述开关电路和所述高压电荷泵电路分别发送电平信号，所述电平信号用于控制所述开关电路和所述高压电荷泵电路的工作状态。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，当所述控制模块发送的电平信号为低电平时，所述开关电路打开所述低电压输出通道；

当所述控制模块发送的电平信号为高电平时，所述开关电路打开所述高电压输出通道，同时所述高压电荷泵电路和所述低压电荷泵电路开始工作。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述低压电荷泵电路采用低压元器件；

所述高压电荷泵电路采用高压元器件；

所述开关电路采用高压元器件。

7.一种非易失存储器，所述非易失存储器包括：控制模块和权利要求1-6任一所述的电荷泵电路，所述控制模块与所述电荷泵电路连接。

8.一种控制电荷泵输出电压的方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求1-6任一所述的电荷泵电路，所述方法包括：

所述开关电路接收电平信号，所述电平信号的电位表征期望所述电荷泵电路的输出电压与预设电压之间的大小关系；

所述开关电路根据所述电平信号，打开电压输出通道，使得电荷泵电路输出电压。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述开关电路根据所述电平信号，打开所述电压输出通道，包括：

在所述开关电路确定所述电平信号是低电平时，打开所述低电压输出通道，所述低压电荷泵电路开始工作，产生所述第一电压；

在所述开关电路确定所述电平信号是高电平时，打开所述高电压输出通道，所述低压电荷泵电路和所述高压电荷泵电路同时开始工作，产生所述第二电压；

其中，在期望所述电荷泵电路的输出电压小于预设电压时，电平信号是低电平；在期望所述电荷泵电路的输出电压大于等于所述预设电压时，电平信号是高电平。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述开关电路确定所述电平信号是高电平时，打开所述高电压输出通道，所述低压电荷泵电路和所述高压电荷泵电路同时开始工作，产生所述第二电压，包括：

当所述高电压输出通道打开时，所述第一电压输出到所述高压电荷泵电路中，作为所述高压电荷泵电路的输入电源电压和驱动电源；

所述高压电荷泵电路根据所述第一电压，产生所述第二电压。

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