CN1214810A - 用于对一种电子负载回路供电的电路装置 - Google Patents

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Abstract

用于对电子负载回路供给高电压的电路装置,该高电压值大于对该电路装置供电的电源电压(Vdd)的值,该电路装置具有一个与负载回路电连接的泵电路(2),它根据具有预定泵频率的一个内部开关信号(3)这样地对负载回路输出高电压,即由负载回路接收的泵电路(2)的泵功率实际上不但与电源电压(Vdd)的值有关,而且也与泵电路的开关信号(3)的泵频率值有关。该电路装置具有一个对泵电路(2)设置的电子控制电路(4),后者由至少从泵电路(2)的电源电压(Vdd)导出的电压供电,及它根据与供电电压(Vdd)的值相关的控制信号(5)将对产生由泵电路(2)输出的高电压的泵频率有影响的开关信号(3)这样地输出到泵电路(2),即使得开关信号(3)的泵频率值与电源电压(Vdd)的值成相反的关系。

Description

用于对一种电子负载回 路供电的电路装置
本发明涉及一种用于对电子负载回路供给高电压的电路装置，该高电压值大于对该电路装置供电的电源电压的值，该电路装置具有一个与负载回路电连接的泵电路，它根据具有预定泵频率的一个内部开关信号这样地对负载回路输出高电压，即由负载回路接收的泵电路的泵功率实际上不但与电源电压的值有关，而且也与泵电路的开关信号的泵频率值有关。
对于可电编程及电擦抹的半导体存储器将需要用于编程及擦抹的电压，该电压值在多数情况下超过电源电压的值。可电编程及可电擦抹的半导体存储器的存储单元通常由两个外部可控制的电极及一个位于其中间、电位不受约束的电极组成。这些存储单元的编程是通过在两个可外部控制的电极之间施加通常为+18伏值的高电压使电位不受约束的电极上诱发出电荷来实现的，电擦抹是通过施加与编程电压符号相反的且通常为-12伏值的高电压使电位不受约束的电极上的电荷消除来实现的。可电编程及可擦抹的半导体存储器的重要应用领域除了电子数据处理设备外尤其是电子卡，如存储器卡及微处理器卡。在这些情况下当电子卡与终端之间交换数据期间电源电压从所谓终端的外部输入。在设有由双极性晶体管组成的集成半导体元件的TTL技术领域中电源电压的值通常为5伏±10％，而在设有由场效应晶体管组成的集成半导体元件的CMOS技术领域中电源电压的值通常为3伏±10％。因此对于所述的可电编程及可擦抹的半导体存储器的应用领域希望能提供一种具有两种符号电压的高电压发生电路，它既可以用约3伏的电源电压又可以用约5伏的电源电压工作。
本发明的任务在于，给出一种开始所述类型的电路装置，它能用不同的电源电压工作，以输出恒定的泵功率。
该任务将通过权利要求1所述的电路装置来解决。
根据本发明设计了：一种电路装置，它具有一个对泵电路设置的电子控制电路，后者由至少从泵电路的电源电压导出的电压供电，及它根据与电源电压的值相关的控制信号将对产生由泵电路输出的高电压的泵频率有影响的开关信号这样地输出到泵电路，即使得开关信号的泵频率值与电源电压的值成相反的关系。本发明基于这样的认识：对于负载回路输出的泵功率与电源电压和泵频率之积的关系充分地利用到如此程度，以致当不同的电源电压时为了输出尽可能恒定的电功率这样地调节泵频率，即使得泵频率随电源电压的下降而增长。该电路装置的成本因此是相对低的，因此仅需要一个单一的、与电源电压值相应的控制信号来调节泵频率。因此泵频率仅需根据电源电压的值来控制。另外的量、例如泵电路的功率输出或负载回路的吸收功率，对泵频率无实质影响，因此不需要用与电源电压以外的其它量相关的其它信号来控制泵频率。
在根据本发明的电路装置的一个有利构型中，可以设计，泵电路借助控制电路的控制信号进行控制，以对负载回路输出至少接近恒定的泵功率，其中泵电路的泵功率输出是借助控制电路基本上正比于电源电压值与泵频率的积地被控制的。为了使泵电路的泵功率保持在一个恒定值上，可以设计：使泵频率通过电源电压值这样地控制，即电源电压值对泵功率的影响受到补偿。
在考虑到一方面泵功率与另一方面电源电压和泵频率之积的正比关系的情况下，可进一步设置：泵电路的泵功率输出借助控制电路与电源电压值有关地这样被控制，即使得泵频率反比于电源电压值。在具有泵功率P=C*U*f的泵电路中，其中P为泵功率、C为理想的常数系数、U为电源电压及f为泵频率，控制电路以理想方式、即对泵频率f根据关系式f=d/U进行控制，其中d为一个理想的常数，则泵功率将保持一个恒定值。对于该泵频率关系，因此得到：P=C*d。在泵频率反比于电源电压值的这种控制时，泵功率电源电压及泵频率的依赖性可得到补偿。在理想的电路中，常数c和d例如与温度或元件特定参数有关。这些影响，只要认为有需要，可以在一定情况下通过适当的电路技术措施加以补偿。
在根据本发明的另一个有利构型中，可以设计，用于产生及输出开关信号的控制电路具有一个振荡器电路，它的振荡频率受在振荡器电路的输入端上施加的控制信号的控制。在使用由振荡电路产生的信号作为泵电路的开关信号时，泵频率正比于振荡频率，由此可根据控制信号来控制泵频率。
为了达到电源电压与泵频率之间的反比例关系，可以设计，在振荡器电路的输入端上施加的控制信号直接地由电源电压导出。由此使泵频率的值直接由电源电压的值来控制。
在根据本发明的电路装置的进一步构型中，可以设计，振荡电路具有一个施密特触发器电路。具有一个施密特触发器电路的振荡器电路能以简单方式仅由一个电压来控制，由此使根据本发明的电路装置能以相对低的电路技术成本来构成。
为了对由振荡器电路输出的信号作进一步处理，可以有利地设计：对泵电路设置的控制电路具有一个连接在振荡器电路后的分频器，它使两个彼此反对称的脉冲信号连接到泵电路的两个泵输入端上。为了泵电路的完善功能可以有利地设计：提供两个彼此反相的脉冲信号，它们的高电位及低电位具有相同的时间宽度；这样的脉冲信号可以借助于根据本发明电路装置的分频器以相对简单的方式来获得。该分频器例如可通过简单的门电路来构成，它们在通常的集成半导体技术中例如以TTL或CMOS结构方式来提供。
在根据本发明的另一个有利实施例中，可以设计：泵电路具有一个由多个带有电容及作为二极管工作的晶体管的级组成的级联电路，其中级联电路的各级这样地在高电压输出端及电源电压之间连接成串联电路，即作为二极管工作的各晶体管构成一个串联电路，与作为二极管工作的各晶体管的连接点相连接的电容器用其背离作为二极管工作的晶体管的一侧交替地连接到两个泵输入端；及泵电路还具有另一个连接在电源电压及各晶体管组成的串联电路之间的、作为二极管工作的晶体管，后者的控制输入端回接到电源电压上。通过使用作为二极管回接的晶体管，尤其在CMOS工艺中可以使半导体衬底上的面积用量保持很小。这样一种泵电路能够用通常的集成半导体技术、例如TTL或CMOS结构方式来实现，这可保证在半导体衬底上的全部集成的可能性。
为了保证尽可能紧凑的结构，可以有利地设计：该电路装置是与负载回路共同地集成在一个半导体衬底上构成的。振荡器电路、分频器以及级联电路可以用相同的半导体工艺来实现，由此使得在单个半导体衬底上制造单片电路部件成为可能。
根据本发明的控制电路的一种特别有利的应用，可以规定：该电子负载回路具有一组非易失性的可擦抹、可编程的半导体存储器的待编程或待擦抹存储单元。在该情况下，可有利地规定，高电压的值最好约+18伏或-12伏，及电源电压的值最好在约+3伏-10％至+5伏+10％之间。
为了减少电路装置的成本，还可规定，控制信号的值直接地相应于电源电压的值。否则电源电压与控制信号之间的转换电路可能会引起控制信号与电源电压之间的非线性传递函数，这就可能对泵频率和电源电压之间的反比例关系产生干扰。
从以下借助附图对一个实施例的说明可以得到本发明的其它特征、优点及应用，附图为：
图1：根据本发明的电路装置的一个概要结构；
图2：一个施密特触发器-振荡器回路的概要结构；
图3：根据本发明的电路装置中一些电压的时间变化波形。
图1表示根据本发明的电路装置的一个实施例，它用于以其值高于对该电路装置供电的电源电压Vdd的高电压对连接于高压输出端1的负载回路供电，后者在图1中未示出。该负载回路可以优先考虑是在一个电子存储器卡或微处理器卡上设置的可编程序及可擦抹的半导体存储器。该电路装置具有一个与负载回路相连接的泵电路2，它根据具有预定泵频率的一个内部开关信号3将典型为18伏的高电压通过高压输出端1这样地输出到负载回路，即使得由负载回路吸收的泵电路2的电功率实际上不但与电源电压Vdd的值有关，而且也与泵电路2的开关信号3的泵频率值有关。该电路装置具有一个对泵电路2设置的电子控制电路4，后者由从泵电路2的电源电压Vdd导出的电压供电，及它根据与供电电压Vdd相关的控制信号5将对产生由泵电路2输出的高电压的泵频率有影响的开关信号3这样地输出到泵电路2，即使得开关信号3的泵频率值与电源电压Vdd的值成相反的关系。控制电路4及泵电路2通过控制电路4的控制输出端6、7和泵电路2的泵输入端8、9彼此相连接。在根据图1的实施例中，控制电路4的控制信号5被表示成直接为该电路装置的电源电压Vdd。该控制电路4具有一个施密特触发器-振荡器10及连接在该施密特触发器-振荡器后面的由门电路11至21构成的分频器22。参照图2，振荡器电路10具有一个第一参考电压输入端23及一个第二参考电压输入端24，在其上输入用于调整该电路装置的两个恒定参考电压。振荡电路10还具有由四个晶体管25至28组成的串联电路，即二个P沟道场效应晶体管25、26及二个n沟道场效应晶体管27、28，它们串联在电源电压Vdd及地端子之间。由四个晶体管29至32、即二个P沟道场效应晶体管29、30及两个n沟道场效应二极管31、32组成的第二串联电路与第一串联电路并联。晶体管25的控制输入端与第一参考电压输入端23相连接，及晶体管28的控制输入端与第二参考电压输入端24相连接。晶体管29至32的控制输入端彼此相连接并与晶体管26、27两个电极的连接点相连接。一个电容器35也与晶体管26、27相并联。一个P沟道场效应晶体管33与晶体管29至31相并联。一个n沟道场效应晶体管34与晶体管30至32相并联。晶体管33、34的控制输入端与晶体管30、31的电极连接点以及二个非门36、37的输入端相连接。非门36的输出端与晶体管26、27的共同控制端子相连接。非门37的输出端相当于振荡器电路10的输出端38。振荡器电路10经过振荡器输出端38与分频器22相连接。由门11至21构成的分频器22具有五个非门11至15，二个或非门16、17及四个各有一个前置集成与门的或门18至21，它们以从图1可看到的方式相连接。控制电路4的第一及第二控制输出端6、7与第一及第二泵输入端8、9相连接以对泵电路2提供开关信号3。由14个电容器39、40及15个晶体管40、41构成的泵电路2形成了由14级、每级各有一个电容器39、40及一个作为二极管工作的晶体管41，组成的级联电路，它根据图1的电路图连接。这里级联电路的各级在高电压输出端1及电源电压Vdd之间这样地连接，即作为二极管工作的晶体管41构成一个串联电路，与作为二极管工作的晶体管41的控制输入端相连接的电容器39、40用其背离晶体管41的一侧连接到两个泵输入端8、9上，其中偶数电容器39连接于泵输入端8，而奇数电容器40连接于泵输入端9。该泵电路2还具有另一个连接在电源电压Vdd及由各晶体管41组成的串联电路之间的作为二极管工作的晶体管42，后者的控制输入端回接到供电电压Vdd上。在图3中表示出四个波形43至46，它们表示在图1和2所示电路装置中的一些电压随时间的变化。第一波形43表示在电源电压Vdd=5伏时由振荡电路10产生并在输出端38上输出的脉冲信号，及第二波形44表示在高电压输出端1上同时地输出的高电压。与此相类似，波形45及46表示在电源电压Vdd=3伏时在输出端38上输出的脉冲信号及在高电压输出端1上输出的高电压。
以下借助在图3中表示的电压波形来详细地说明在图1及2中所示的电路装置的工作原理。施密特触发器-振荡器10在其输出端38上产生矩形波信号43、46，其频率反比于控制信号5，后者与该电路装置的电源电压值Vdd相等。通过在参考电压输入端23、24输入的参考电压，在图2中所示的、由晶体管25至28构成的串联电路作为电流源工作，其电流值正比于电源电压Vdd。通过非门36反馈连接的晶体管29至31的串联电路及电容器35构成了一个振荡回路并产生振荡，它通过非门37被整形成矩形波信号并通过输出端38输出到分频器22。比较在电源电压为5伏及3伏时在振荡器输出端38上的脉冲信号43及45，将得到在电源电压Vdd与振荡器输出端38上脉冲频率之间近似反比例的关系。在施密特触发器-振荡器10后连接的分频器22这样地处理在输出端38上的信号，即使得开关信号3由两个在控制输出端6、7并由此在泵输入端8、9上施加的彼此持续反相的矩形波信号组成。泵电路2将在泵输入端8、9上施加的开关信号3处理成在高电压输出端1上输出的高电压。波形44及46表示由泵电路2以在振荡器输出端38上相应的脉冲信号的一半频率逐段实现的高电压输出端上电压的增高，它的起始值为相应的电源电压Vdd，即5V和3V。在这两种情况下，在2μs后在高电压输出端1上施加的高电压值提高到相应电源电压Vdd的约两倍值并在又2μs后提高到相应电源电压Vdd的约三倍值，这就意味着，泵功率几乎与相应的电源电压无关。

Claims (13)

1．用于对电子负载回路供给高电压的电路装置，该高电压的值大于对该电路装置供电的电源电压(Vdd)的值，该电路装置具有一个与负载回路电连接的泵电路(2)，它根据具有预定泵频率的一个内部开关信号(3)这样地对负载回路输出高电压，即由负载回路接收的泵电路(2)的泵功率实际上不但与电源电压(Vdd)的值有关，而且也与泵电路(2)的开关信号(3)的泵频率值有关，其特征在于：
该电路装置具有一个对泵电路(2)设置的电子控制电路(4)，后者由至少从泵电路(2)的电源电压(Vdd)导出的电压供电，及它根据与电源电压(Vdd)的值相关的控制信号(5)将对产生由泵电路(2)输出的高电压的泵频率有影响的开关信号(3)这样地输出到泵电路(2)，即使得开关信号(3)的泵频率值与电源电压(Vdd)的值成相反的关系。
2．根据权利要求1的电路装置，其特征在于：泵电路(2)借助控制电路(4)的控制信号(5)进行控制，以对负载回路输出至少接近恒定的泵功率。
3．根据权利要求1及2的电路装置，其特征在于：对泵电路(2)的泵功率输出借助控制电路(4)基本上正比于电源电压值(Vdd)与泵频率的积进行控制。
4．根据权利要求1至3的电路装置，其特征在于：泵电路(2)的泵功率输出借助于控制电路(4)与电源电压值(Vdd)有关地这样被控制，即使得泵频率反比于电源电压值(Vdd)。
5．根据权利要求1至4的电路装置，其特征在于：用于产生及输出开关信号(3)的控制电路(4)具有一个振荡器电路(10)，它的振荡频率受在振荡器电路(10)的输入端施加的控制信号(5)的控制。
6．根据权利要求5的电路装置，其特征在于：在振荡器电路(10)的输入端上施加的控制信号(5)可直接地由电源电压值(Vdd)导出。
7．根据权利要求5或6的电路装置，其特征在于：振荡器电路(10)具有一个施密特触发器电路。
8．根据权利要求5至7的电路装置，其特征在于：对泵电路(2)设置的控制电路(4)具有一个连接在振荡器电路(10)后的分频器(22)，它使两个彼此反对称的脉冲信号连接到泵电路(2)的两个泵输入端(8、9)上。
9．根据权利要求1至8的电路装置，其特征在于：泵电路(2)具有一个由多个带有电容(39、40)及作为二极管工作的晶体管(41)的级组成的级联电路，其中级联电路的各级这样地在高电压输出端(1)及电源电压(Vdd)之间连接成串联电路，即作为二极管工作的晶体管(41)构成一个串联电路，与作为二极管工作的各晶体管(41)的连接点相连接的电容器(39、40)用其背离作为二极管工作的晶体管(41)的一侧交替地连接到两个泵输入端(8、9)；及泵电路还具有另一个连接在电源电压(Vdd)及由各晶体管(41)组成的串联电路之间的作为二极管工作的晶体管(42)，后者的控制输入端回接到电源电压(Vdd)上。
10．根据权利要求1至9的电路装置，其特征在于：该电路装置是整体集成在一个半导体衬底上构成的。
11．根据权利要求1至10的电路装置，其特征在于：电子负载回路具有一组非易失性的可擦抹、可编程的半导体存储器的待编程或待擦抹存储单元。
12．根据权利要求1至11的电路装置，其特征在于：控制信号(5)的值相应于电源(Vdd)的值。
13．根据权利要求1至12的电路装置，其特征在于：高电压的值最好约+18伏或-12伏，及电源电压(Vdd)的值最好在约+3伏±10％至+5伏±10％之间。
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