CN1688951A - 模块电荷泵架构 - Google Patents

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Abstract

电压调节装置(80)用于在集成电路内利用电荷泵的模块设置内部生成电源电压。电荷泵的特点在于电荷泵级的第一多个并联块，该电荷泵级包括电荷泵级的第一块(84)，电荷泵级的最后块(86)以及其间的电荷泵级的至少一个中间块。电荷泵级的每个并联块包括串行级联的一组第二多个电荷泵级(88、90...92)；以及连接到输出节点的输出级(94)。通过利用由逻辑电路生成的影响各电荷泵的组合块信号获得所需的输出电压(82)。

Description

模块电荷泵架构
技术领域
本发明涉及集成电路设计领域，尤其涉及电荷泵电路领域。
发明背景
存储器电路常需要内部生成升高的电压，以满足编程、擦除或读取各个存储单元的需要。现有技术中，已知可将电荷泵电路用于提升由外部电压源提供的电压，从而升高电压可用于个别存储单元的编程、擦除或读取操作。根据电压和电流要求，在并联和串联级方面，需要不同的泵架构。在某些内部操作模式中，在借助电荷泵升压的节点上需要多个电压值。
图1描绘了用于从第一恒压输入Vdd14生成电源电压Vout12的典型电荷泵10的简单示意图。电容器CP116和CP218交替保持在由外部信号CLK24提供的电荷泵时钟信号CK20和其反相/CK22，其中外部信号CLK24确定电荷传送速率。控制信号ENA26控制泵10的开-关切换。一旦Vout电压12已达到所需值Vref42，则调节器(未示出)禁用时钟CLK24和/或ENA信号26，如图2所示。由于电流消耗Vout降低。一旦Vout已达到低于Vref42的固定值44，调节器(未示出)再次启用电荷泵10(图1)。电压值的多重性可通过从两个级(D128和D230)起增加二极管/级的数量而实现，如图1所示。
本领域已知的是，希望对来自内部调节电压Vpump的电流Ipump根据存储器的工作状态变化。如图3所示，输出泵节点Outp64上的电流消耗可借助于2个电荷泵66和68维持，这两个电荷泵通过控制信号ENA172和ENA274而被适当启用，在Vdd70和Outp64之间并联工作，提供相同的Vpump电压76，并提供请求的Ipump(未示出)。
但是，存在两个主要问题，在单个输出节点Outp上提供多个电压值的电荷泵必须解决：(1)如何通过增加Ipump/Isupply比率获得良好的效率，其中Isupply是来自Vdd电压电源的电流消耗；以及(2)如何减少Vr/Vpump比率，其中Vr是波纹幅度。
当在包括串联级的级数超出获得所需高Vpump电压所需的最小数量N的电荷泵的Outp节点上必须获得低Vpump值时，这些问题加剧。事实上，在该实例中，电源电流Isupply的有效部分被用于充电/放电泵的“无用”级的电容器，从而即使Outp节点上要求的Ipump较低，也会看到Vdd的巨大电流消耗。例如，之前已被调节到高Vpump值的泵现在被调节成提供更低的Vpump值。如果是这样，以对应于高Vpump值的高位势值充电的泵的相同内部节点必须产生更低的Vpump值而不重新充电到与所需低Vpump值相对应的合适位势值。这个结果是伪泵浦并在Outp节点上的相对较高的波纹电压Vr，直到达到稳定状态。
发明内容
我们已通过不同泵的并联工作解决了上述问题，如图3所示，但其中各个泵可具有不同的电压，并可适当启用。已提供一种由可选并联泵构成的模块电荷泵结构，其中每一个泵提供不同的电压Vpump，且每一个提供所需的电流Ipump，但不会显著增加这些灵活的电荷泵结构占据的集成电路面积。
本发明提供了一种特点在于电荷泵的模块排列的电荷泵架构。电荷泵被排列为在接收电源电压的输入节点和输送输出电压的输出节点之间的多个通路中连接的多个电荷泵级，其中每个泵级都具有接收激活泵级的启用信号的激活线。激活线由逻辑电路馈送，该逻辑电路具有同时生成与所需输出电压相对应的启用信号的逻辑元件的结构。术语“同时生成”包括脉冲的所有相位变化，因为相位变化响应于按合适顺序计时各种泵级。这允许大量同时选择激活的泵级生成所需的输出电压。
本发明的一个方面针对一种装置，它包括：电荷泵级的第一多个并联块，其包括电荷泵级的第一块，电荷泵级的最后块，以及其间的电荷泵级的至少一个中间块。
在本发明的一个实施例中，电荷泵级的每个并联块包括串行级联的一组第二多个电荷泵级；以及连接到输出节点的输出级。
在本发明的一个实施例中，每个电荷泵级进一步包括：(a)第一开关；(b)第二开关；(c)升压电容器，它与所述第一开关和所述第二开关电连通；以及(d)倒相器，它具有与升压电容器和泵节点电连通的输出。在该实施例中，具有输入的倒相器接收到升压电容器的启用时钟信号，且所述第一和第二开关由与启用时钟信号相对应的时钟信号操作。
在本发明的另一个实施例中，每个所述电荷泵级进一步包括正电荷泵。在本发明的另一个实施例中，每个所述电荷泵级进一步包括负电荷泵。
在本发明的另一个实施例中，每个块中有具有整数N个电荷泵级的整数第一多个P块。在该实施例中，电荷泵级的总数T等于NP且输出级的数量等于P。
本发明的另一方面针对一种用于在集成电路内内部生成电源电压的模块装置，包括整数多个M单独(N，P)电荷泵。
在本发明的再一个实施例中，每个单独(N，P)电荷泵包括电荷泵级的整数P个并联块，包括电荷泵级的第一块，电荷泵级的最后块，以及其间的电荷泵级的至少一个中间块。
在另一个实施例中，电荷泵级的每个并联块包括串行级联的一组整数N个电荷泵级；以及连接到输出节点的输出级。在该实施例中，电荷泵级总数的整数T等于PMN；其中输出级的整数O等于PM。
但是，本发明的再一个方面针对一种用于在集成电路内内部生成电源电压的装置，该装置包括整数多个M单独电荷泵；其中第一单独电荷泵包括单独(n1，p1)电荷泵；其中其间的至少一个中间单独电荷泵包括单独(ni，pi)电荷泵，其中最后单独电荷泵包括单独(nM，PM)电荷泵。
在本发明的另一个实施例中，每个单独(ni，pi)电荷泵包括电荷泵级的pi整数个并联块，其包括电荷泵级的第一块，电荷泵级的最后块，以及其间的电荷泵级的至少一个中间块。
在另一个实施例中，电荷泵级的每个所述并联块包括串行级联的一组整数ni数量的电荷泵级；以及连接到输出节点的输出级。在该实施例中，输出级的整数O等于∑i＝1 i＝M(pi)  其中电荷泵级的总数的整数T等于∑i＝1 i＝M(ni pi)；i是小于或等于M的整数。
在再一个实施例中，在每个所述单独(ni，pi)电荷泵中，ni大于或等于pi。在可选实施例中，pi大于或等于ni。这里，ni小于或等于N；且pi小于或等于P，其中整数P是电荷泵级的并联块的总数；其中整数N是串行级联的电荷泵级的总数。在一个实施例中，整数S组控制信号被用于控制每个所述电荷泵级，且至少一组控制信号被用于控制所述电荷泵级。
在本发明的一个实施例中，包括多个M单独电荷泵的本发明的装置包括单独电荷泵的整数多个Q1个不同配置。此外，对于每个配置，每个输出级连接到输出节点，整数多个C1电荷泵级被禁用。该装置适合于通过使用多个控制信号在多个Q1个不同配置中调整，以优化所述输出节点处所述电源电压和电源电流的生成，以及最小化所述输出节点处的波纹电压。
本发明的一个附加方面针对一种用于在集成电路内内部生成电源电压的装置，它包括整数多个M单独电荷泵，以及辅助泵。辅助泵被配置成生成用作整数多个S1控制信号的参考电压的辅助电压。
在另一个实施例中，整数MIN1个启用的输出级被最小化。在一个实施例中，每个启用的输出级通过使用整数多个U1开关连接到输出节点，其中至少一个控制信号被用于控制电荷泵级。
在再一个实施例中，包含多个M单独电荷泵的本发明的装置包括单独电荷泵的整数多个Q1个不同配置。在一个实施例中，对于每个配置，每个输出级连接到输出节点，且整数多个C1电荷泵级被禁用。该装置适合于通过使用多个控制信号在多个Q1不同配置中调整，以优化输出节点处电源电压和电源电流的生成，以及最小化输出节点处的波纹电压。
附图概述
图1描绘了现有技术的电荷泵。
图2说明了作为启用信号函数的图1电荷泵的电源电压特征。
图3示出了包含两个并联电荷泵的现有技术电荷泵架构。
图4是用于在集成电路内内部生成电源电压Vpump的本发明装置的平面图。
图5更详细地说明了图4装置的电荷泵级。
图6A描绘了本发明的动态电荷泵架构，其中电荷泵级的数量n＝1、2或3，且并联级的数量p＝2；即n≥p，且输出级的数量未被优化。
图6B说明了本发明的图6A动态电荷泵结构的控制电路的工作。
图7描绘了本发明的电荷泵架构，其中“n”始终≥“p”(可扩展到p始终≥n的情况)，且输出级的数量被最小化。
图8A和8B说明了本发明的电荷泵架构(n×p)到(p×n)泵，其中输出级的数量被最小化。
图9是实现图8和8B的更特别的灵活(4×2)到(2×4)泵的平面图。
图10描绘了图9电路的实际实现，它包括辅助泵、控制信号的电平移动器以及馈送每个单独级的启用或禁用的相位。
图11说明了如何通过将不同的控制相位施加到图10的泵架构上来获得不同的配置。
图12描绘了本发明的一个实施例中的(n×p)到(p×n)泵架构320，但是输出级的数量未最小化。
图13描绘了本发明的电荷泵架构，其中通过具有专用相位(PHP，PHS)a和(PHP，PHS)_b，可获得另一个泵架构(例如，(2×2))，且采用由不同相位控制的所有级可以实现更大的灵活度。
具体实施方式
参考图4，一装置在集成电路内生成电源电压Vpump82，该集成电路包含整数“p”个电荷泵级的并联块，其中包括作为一电荷泵级阵列的电荷泵级的第一个块84、电荷泵级的最后一个块86以及其间的电荷泵级的至少一个中间块(未示出)。在本发明的一个实施例中，电荷泵级的每个并联块(84，86)包含串行级联的一组第二多个“n”的电荷泵级(88、90、...、92)；以及连接到输出节点Outp96的输出级94。
在图5的实施例中，更详细地示出了图4装置80的电荷泵级(88、90或92)。图4装置80的每个电荷泵级(88、90或92)进一步包括第一开关102、第二开关104、与第一开关和第二开关电连通的升压电容器106；以及具有与升压电容器和泵节点112电连通的输出110的倒相器108。倒相器108具有接收到升压电容器的启用时钟信号114的输入113。通过时钟信号CK116和通过与启用时钟信号CK114相对应的倒相时钟信号/CK118操作第一和第二开关。
串联和并联电荷泵级的数量可根据Vpump和Ipump值而改变，而不会明显增加提供最大Vpump或Ipump所需占据的芯片空间。本实例涉及提供高于Vdd的Vpump的泵(正泵)，但它可方便地扩展为提供负Vpump的泵(负泵)。
仍参考图4，数量“p”个电荷泵并联工作，每一个都由串联的“n”个级(STAGE)和输出级94(OUT STAGE)构成。这种电荷泵阵列将被称作“n×p”泵。将n称作“串联级数”并将p称作“并联级数”。通过增加n，将增加Ipump＝0的最大输出电压Vpump82，遵循规则：
Vpump，max＝(n+1)×Vdd；    (等式1)
其中，已考虑了每级增益(gain-per-stage)＝Vdd的理想的泵，即没有损耗的泵。
在一个时钟周期期间，一个p泵提供平均电流I_av。如果p泵同时工作，则总的平均电流Ipump如下：
Ipump＝p×I_av      (等式2)
假定期望调节Vpump电压＜Vpump，max。一旦固定n和p，则Vpump越大，Ipump越小，这取决于泵的输出等效电阻Rs，从而取决于时钟周期Tck、数量n、n个级中每一个的泵电容CP(图5的106)，如通过理想泵的以下方程示出的：
Rs＝(n×Tck)/CP。       (等式3)
来自Vdd的电流消耗是：
Isupply＝(n×p×CPAR×Vdd)/Tck+Ipump×(n+1)+Iosc；    (等式4)
其中，CPAR是泵节点(图5的120)处的寄生电容。Iosc是由于生成泵和控制信号的电路生成的电流消耗，它将不作考虑。通过等式4，可以看到：即使Outp节点96没有请求电流Ipump，由于每个时钟周期的CPAR电容(图5的120)的充电/放电产生来自Vdd98的消耗Isupply。根据(等式4)，Isupply与n和p成比例。此外，即使在CPAR＝0的理想泵中，如果Ipump固定，n应被优化为确保所需Vpump生成的最小值。
在本发明的一个实施例中，电荷泵级可以是正电荷泵。在本发明的另一个实施例中，电荷泵级可以是负电荷泵。
一旦Vpump和对应于最大Vpump的Ipump通过操作条件固定，目的是优化n和p使得泵具有高效率和/或低波纹Vr。
如上所述，在某些内部操作模式期间，在借助电荷泵升压的节点上需要多个电压值。在该情况中，n和p可根据每对(Vpump-Ipump)值而改变。为了保持面积占据，可以使用单个(n×p)电荷泵，适当地改变n和p。
仍参考图4，假定希望调节Outp节点96处的m个Vpump值82。首先，应确定为这m个Vpump值优化的m对(n，p)_1，(n，p)_2...(n，p)_m。关于级数n和p(不考虑输出级)，两个实施例是可能的：
a.在所有“m”个配置中，n≥p，或者p≥n。
如果是这种情况，总n将是这m对中的最大n，且总p将是这m对中的最大p。
b.在某些“mi”个配置中，n≥p，其中在其它“mk”个配置中p≥n；其中所有“mi”个配置和所有“mk”个配置的组合用尽所有可能的“m”个配置。
如果是这种情况，本发明的电荷泵架构还应包括更复杂的控制电路，其包含多个开关，将某些并联级(类似于图4的84或86)“转换”成串联级(类似于图4的级88到92)，反之亦然。在情况(b)的实施例中，有效级的总数应包括NS个级，其中NS是m对中的最大(n×p)乘积。
一旦确定级的总数，对于输出级，两个不同的其它实施例都是可以的。
c.第一实施例，其中输出级的数量未最小化。由于更小的CP电容，输出级占据的区域比泵级少。在实施例(c)中，所需的开关数量少于实施例(b)中所需的开关数，但与实施例(b)中所需的控制信号数量相比，控制信号的数量应增加。
仍参考图4，为了实现实施例(c)，必要的是：(I)在插入位置中放入适当连接到电荷泵80的“m”个级的“m”组输出级(94，...87)，从而可获得与Vpump82有关的泵的“m”个不同配置，同时连接合适的输出级并禁用不使用的级；以及(ii)生成(m1+m2)组控制信号，m1用于m组电荷泵级，且m2用于m组输出级，在实施例(a)中m1＝m2＝m。
d.在另一个实施例中，输出级的数量最小化。在这种情况中，需要多个开关来适当地连接泵的所需点处的输出级。这些开关的控制涉及辅助电压的使用(图4中未示出)，该辅助电压大于要调节的最高Vpump82。为了实现该实施例，必要的是：(I)使用p max输出级，其中p max是m对中的最大p，其适当地连接到电荷泵级；(ii)生成(m1+m3)组控制信号，m1用于m组电荷泵级，且m3用于m组输出级(在情况(a)中，m3＝1，且通常m3＜m2)。
在本发明的另一个实施例中，图6A描绘了电荷泵架构140，其中n＝1、2、3且p＝2；其中n≥p。在该实施例中，基本方案140包括泵140的两个分支中各一个上的3个泵级和3个输出级。在本发明的另一个实施例中，当p≥n(未示出)时，应用相同的电荷泵架构。在这两个实施例中，n≥p且p≥n，假定输出级的数量未最小化。如果是这种情况，图6A的电荷泵架构140被配置成包含m＝3个不同的电荷泵配置。
在这三个配置的各一个中，提供电压Vpump142的输出节点Outp143应适当地经由专用输出级连接到1、2或3个泵级。Outp节点进入合适的电压调节器(例如，VXP_REG)，它调节电压Vpump142的所需值，它停止电荷泵的泵时钟CK(图5中的114)。所需值被数字化为5个比特(BIT<4:0>)。这就是如何选择所需的电压输出。
在一个实施例中，所有电荷泵级都由两个信号驱动：
(i)PHP_n，它是将电荷抽运到泵电容器的信号；
(ii)PHS_n，它是打开/闭合泵级的内部开关的信号。
在一个实施例中，所有输出级都由两个信号驱动：
(iii)PHPo_n，它是将电荷抽运到输出电容器上的信号；
(iv)PHSo_n，它是打开/闭合输出级的内部开关的信号。
因此，图6A的电荷泵140是4相泵。该结果可方便地扩展到2相泵的情况。假定m＝3(n，p)对为：
Vpump_1＝＞(n，p)_1＝(3，2)；
Vpump_2＝＞(n，p)_2＝(2，2)；
Vpump_3＝＞(n，p)_3＝(1，1)。
在所有3个配置中，n≥p。在该实例中，输出级的数量未最小化。在以下给出的讨论中，描述了如何管理优化数量输出级的开关。
为了实现可调泵，从(3×2)泵开始，它具有3个输出级和6组控制信号，即用于电荷泵级的3对(PHP，PHS)_1，(PHP，PHS)_2，(PHP，PHS)_3，和用于输出级的其它3对(PHPo，PHSo)_1，(PHPo，PHSo)_2，(PHPo，PHSo)_3。关于用于表示相位的惯例，如果在某些图中表示由同相PHP，PHS控制的2个串联级，其旨在这两个串联级同时工作，但具有不同的相位。
例如，如果泵的四个相位是A，B，C，D，则图中由同相PHP，PHS控制的两个级旨在如下：
(i)第一级由A和B相控制；
(ii)第二级由C和D相控制。
在一个实施例中，从一个配置到另一个配置的切换是通过控制电路而简单获得的，其中该控制电路适当的停止泵的专用相位PHP，PHS。通过(等式4)，可以清楚的是，图6A的动态电荷泵结构140比为最大电压Vpump_1调整尺寸的“静态”的传统(3×2)泵架构更有效。表1概括了图6A的动态结构140的工作。
  级/相   启用/工作的Vpump_1(3×2)   启用/工作的Vpump_2(2×2)   启用/工作的Vpump_3(1×1)
  级1-1   x   x   x
  级2-1   x   x
  级3-1   x
  级1-2   x   x   x(注释1)
  级2-2   x   x
  级3-2   x
  级1-1out   x
  级2-1out   x
  级3-1out   x
  级1-2out   不存在   不存在   不存在
  级3-2   x
  (PHP，PHS)_1   x   x   x
  (PHP，PHS)_2   x   x
  级/相   启用/工作的Vpump_1(3×2)   启用/工作的Vpump_2(2×2)   启用/工作的Vpump_3(1×1)
  (PHP，PHS)_3   x
  (PHPo，PHSo)_1   x
  (PHPo，PHSo)_2   x
  (PHPo，PHSo)_3   x
表1
注释(1)，即使不必要，启用级1-2以简化控制电路。
参考表1，例如，如果希望仅启用泵级1-1和1-2以进行工作，应使控制信号PHP_1，PHS_1，PHPo_1和PHSo_1有效，并禁用所有其它控制信号。
图6B说明了图6A的动态电荷泵结构140的控制电路180的工作。图6B的控制电路180启用/禁用合适相位并具有BIT<4:0>、泵时钟CKP作为输入，信号PHPx和PHSx作为输出。“相位发生器”182从时钟CKP信号181生成2个信号：PHP186和PHS188。根据解码网络块184解码的由BIT<4:0>承载的Vpump值，生成合适的启用信号(ENA_X1，ENA_X2，ENA_X3)，从而PHP和PHS信号在合适的线路上传递以馈送泵级：PHPS_n，PHS_n，PHPo_n和PHSo_n。PHP和PHS信号在合适线路上传递以馈送泵级：PHPS_n，PHS_n，PHPo_n和PHSo_n。
假定，限定BIT<4:0>对应于从1.75V到9.50V的Vpump的32个电压阶跃，每个阶跃为250mV。使用上述方法，如果限定目标Vpump值为2.5V，则将具有BIT<4:0>＝00011。如果是这种情况，则在Vpump大于目标值时，调节器VXP_REG获得信息并停止CKP时钟。通过控制逻辑解码信息，该控制逻辑(利用这些数据)确定应启用多少级。在这种情况中，根据表1，在2.5V的Vpump目标值的情况下，启用泵级1-1、1-2、2-1、2-2和输出级2-1out和2-2out并禁用所有其它。
在本发明的一个实施例中，图7说明了电荷泵架构200，其中“n”始终≥“p”(能扩展到“p”始终≥“n”的情况)，且输出级的数量最小化。
图7的电荷泵架构200类似于图6A的电荷泵架构140，但现在只有2个(p_max)输出级。启用输出级借助级1-1，或者级2-1和2-2，或者级3-1和3-2的输出处的开关被适当连接。
在本发明的一个实施例中，开关选择如下：
如果泵是正的，可使用n-ch开关；
如果泵是负的，可使用p-ch开关。
开关的适当选择可避免大批管理问题。
仍参考图7，在正(负)泵中，为了打开(关闭)开关，控制信号应涉及比Vpump值204中最高(最低)电压更高(更低)的电压。在本发明的一个实施例中，辅助泵AUX_PUMP块202用于生成用于控制信号的参考电压203。如果使用合适的架构(例如，含(n×1)结构和小型泵电容器的二极管泵)，这种辅助泵的实现不影响面积占据和总Isupply方面的效率。
仍参考图7，在调节Vpump_1、Vpump_2或Vpump_3时，应适当闭合n-ch开关。由AUX_PUMP块202表示的辅助泵输出电压Vaux203，假定其大于最大Vpump电压(在这种情况中Vpump_1)。在一个实施例中，AUX-PUMP202实现为具有小型CP电容器的(4×1)泵。块ELEV208将启用信号Anp(n，p＝1...3)210从Vdd电平移动到Vaux电平(Anp_HV)。相对于图6A，不需要PHPo和PHSo相位。输出级可由PHP1和PHS1控制，因为第一泵级和输出级两者在所有的m配置中运作。表2概括了图7所示的结构200的运作。即使不必要，启用级1-2以简化控制。
  级/相  启用/工作的Vpump_1(3×2)  启用/工作的Vpump_2(2×2)  启用/工作的Vpump_3(1×1)
  级1-1  x  x  x
  级2-1  x  x
  级3-1  x
  级1-2  x  x  x(注释1)
  级2-2  x  x
  级3-2  x
  输出级1  x  x  x
  输出级2  x  x  x
  (PHP，PHS)_1  x  x  x
  (PHP，PHS)_2  x  x
  (PHP，PHS)_3  x
  A11_HV  x
  A21_HV  x
  A31_HV  x
  级/相  启用/工作的Vpump_1(3×2)  启用/工作的Vpump_2(2×2)  启用/工作的Vpump_3(1×1)
  A12_HV
  A22_HV  x
  A32_HV  x
表2
在本发明的一个实施例中，图8A和8B描述了(n×p)和(p×n)电荷泵架构220。输出级的数量最小化。更具体地，图8A示出了具有4个串联级和2个并联级的(4×2)PUMP1224。图8B示出了具有2个串联级和4个并联级的(2×4)PUMP2222。以下示例可方便地扩展到两个普通泵的情况，一个由(n×p)级构成，一个由(p×n)级构成。
指定以下描述来示出PUMP1224如何可变成PUMP2222而没有面积浪费。这两个泵之间的转变在存储器电路中很有用，其中在两个不同的操作模式中，需要具有低Ipump的高Vpump(由PUMP1提供)或者具有高Ipump的低Vpump(由PUMP2提供)。
泵级的总数是NS＝4×2＝8。输出级的总最小化数量是4。各个电荷泵级可借助开关串联或并联，如以上部分所述的。在一个实施例中，图9示出了如何实现灵活的(4×2)到(2×4)泵。当需要(4×2)泵时，开关(1)242、(3)244是OFF，且开关(2)246是ON。在(4×2)泵中，Outp节点248连接到2个输出级，每一个都终止分别包括4个串联级的两个并联结构。
另一方面，当需要(2×4)泵时，开关(2)246为OFF，将4个级的2个链断为各2个级的2个链。开关(1)242为ON，因此将作为源电压的Vdd250提供到所新获得的2个链。开关(3)244为ON，因此将两个剩余的输出级并联到之前的两个。
图10示出图9的电路240的实际实现260，包括辅助泵262，用于控制信号264和266的电平移动器，启用或禁用的馈送每个单独级的相位。图9泵的开关(1)268、(2)272和(3)270由通路实现，这些通路由Vaux274涉及的信号S1HV276，S2HV272和S3HV280选通。级1、2、5、6由相位PHPa、PHSa控制。级3、4、7、8由相位PHPb、PHSb控制。这不是必然的(在这两种架构中所有级都是ON)但为该结构提供了更大的灵活性，如以下将了解的。输出级1o 284和2o 286始终是ON，同时输出级3o 288和4o 290仅在(2×4)架构中为ON，因此它们的控制相位是不同的。
图11示出了如何可以通过将不同的控制相位施加到图10的泵架构260上获得不同配置。
更具体地，具有用于泵级的不同控制相位(PHP，PHS)_a和(PHP，PHS)_b使得以下架构成为可能：(4×2)(如上所述)，(2×4)(如上所述)，通过保持级3、4、7、8和输出级1o、2o为ON，其中开关S1HV为ON且开关S2HV、S3HV为OFF实现(2×2)；以及2个不同的(2×2)泵，如果其它两对开关S4_HV302、S5HV304置于输出级3o、4o之后，将3o、4o的输出节点连接到Outp306或者另一个节点，Outp2308。
表3概括了用于(4×2)、(2×4)和(2×2)架构的图10所示电荷泵结构260的运作。
  级/相  启用/工作的Vpump_1(3×2)  启用/工作的Vpump_2(2×2)  启用/工作的Vpump_3(1×1)
  级1  x  x
  级2  x  x
  级3  x  x  x
  级4  x  x  x
  级5  x  x
  级6  x  x
  级7  x  x  x
  级8  x  x  x
  输出级1o  x  x  x
  输出级2o  x  x  x
  输出级3o  x
  输出级4o  x
  (PHP，PHS)_a  x  x
  (PHP，PHS)_b  x  x  x
  (PHPo，PHSo)_a  x
  (PHPo，PHSo)_b  x  x  x
  S1_HV  x  x
  S2_HV  x
  S3_HV  x
表3
如果输出级由不同相位控制，如在图10中，开关S3HV是不必要的：输出级3o、4o可直接连接到级2，6的输出。在这种情况中，当不使用3o、4o时，应禁用它们的控制相位。
在本发明的一个实施例中，图12描述了可从(n×p)转换为(p×n)的泵架构320，然而输出级的数量未最小化。当在面积占据方面输出级数量不关键时，320架构很重要。如果将更严格的图12的320与图8的可转换220结构(n×p)到(p×n)相比，清楚的是，结构320具有以下优点：缺少涉及Vaux电压的开关。因此，结构220的AUX-PUMP和电平移动器(块ELEV)在结构320中不必要。
仍参考图12，通过控制相位PHP和PHS以及现在涉及Vdd324的开关Sx322，在通入输出级5o、6o后级1、2和5、6可串联到级3、4和7、8。在实现(4×2)架构时，该结构实际由(2×2)泵构成，具有串联馈送另一个(2×2)泵的其输出级5o、6o，具有连接到Outp节点326并提供所需Vpump电压328的其输出级1o、2o。
图13描绘了本发明的另一个电荷泵架构350，其中通过具有专用相位(PHP，PHS)_a和(PHP，PHS)_b，可获得另一泵架构(例如，(2×2))并可用由不同相位控制的全部级实现更大的灵活性。例如，采用级1(352)和2(354)、5(356)和6(358)、输出级3o 360、输出级6o362以及开关Sx(变成S1364和S2366)的专用相位可获得(2×1)或(2×3)结构。
图12所示的用于(4×2)和(2×4)架构的320。
表4
  级/相   启用/工作的(4×2)架构   启用/工作的(2×4)架构
  级1   x   x
  级2   x   x
  级3   x   x
  级4   x   x
  级5   x   x
  级6   x   x
  级7   x   x
  级8   x   x
  输出级1o   x   x
  输出级2o   x   x
  输出级3o   x
  输出级4o   x
  输出级5o
  输出级6o   x
  (PHP，PHS)_a   x   x
  (PHP，PHS)_b   x   x
  (PHPo，PHSo)_a   x
  (PHPo，PHSo)_b   x   x
  (PHPo，PHSo)_c   x
  Sx   x

Claims (16)

1.一种用于生成电源电压的模块电荷泵，其特征在于，包括：
多个电荷泵级，连接于接收电源电压的输入节点和输送输出电压的输出节点之间的多个路径中，其中每个泵级具有接收激活泵级的启用信号的激活线；
逻辑电路，具有同时生成启用信号的逻辑元件的结构，该启用信号被发送到与所需输出电压相对应的泵级的激活线；以及
从而同时选择性激活的泵级的数量和结构产生所需输出电压。
2.一种用于在集成电路内内部生成电源电压的模块装置，其特征在于，包括：
电荷泵级的第一多个并联块，它包括电荷泵级的第一块，电荷泵级的最后块，以及其间的电荷泵级的至少一个中间块；其中电荷泵级的每个所述并联块包括串行级联的一组第二多个电荷泵级；以及连接到输出节点的输出级。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，每个所述电荷泵级进一步包括：
第一开关；
第二开关；
升压电容器，它与所述第一开关和所述第二开关电连通；以及
倒相器，它具有与所述升压电容器和泵节点电连通的输出；所述倒相器具有接收到所述升压电容器的启用时钟信号的输入；所述第一和第二开关由与所述启用时钟信号相对应的时钟信号操作。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，每个所述电荷泵级进一步包括正电荷泵。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，每个所述电荷泵级进一步包括负电荷泵。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，每个所述块中有具有整数N个电荷泵级的整数第一多个P块；且其中电荷泵级的总数T等于NP且输出级的数量等于P。
7.一种用于在集成电路内内部生成电源电压的模块装置，其特征在于，所述装置包括整数多个M单独(N，P)电荷泵，其中每个所述单独(N，P)电荷泵包括电荷泵级的整数P个并联块，该电荷泵级包括电荷泵级的第一块，电荷泵级的最后块，以及其间的电荷泵级的至少一个中间块；其中电荷泵级的每个所述并联块包括串行级联的一组整数N个所述电荷泵级；以及连接到输出节点的输出级；其中电荷泵级总数的整数T等于PMN；其中输出级的整数O等于PM。
8.一种用于在集成电路内内部生成电源电压的装置，其特征在于，所述装置包括整数多个M单独电荷泵；其中第一单独电荷泵包括单独(n1，p1)电荷泵；其中其间的至少一个中间单独电荷泵包括单独(ni，pi)电荷泵，其中最后单独电荷泵包括单独(nM，pM)电荷泵；每个所述单独(ni，pi)电荷泵包括电荷泵级的pi整数并联块，其包括电荷泵级的第一块，电荷泵级的最后块，以及其间的电荷泵级的至少一个中间块；其中电荷泵级的每个所述并联块包括串行级联的一组整数ni数量的电荷泵级；以及连接到输出节点的输出级；以及其中输出级的整数O等于∑i＝1 i＝M(pi)；其中电荷泵级的总数的整数T等于∑i＝1 i＝M(ni pi)；i是小于或等于M的整数。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，每个所述单独(ni，pi)电荷泵，ni大于或等于pi；其中ni小于或等于N；且其中pi小于或等于P；其中整数P是电荷泵级的并联块的总数；其中整数N是串行级联的电荷泵级的总数；以及其中整数S组控制信号被用于控制每个所述电荷泵级，且其中至少一组所述控制信号被用于控制一个所述电荷泵级。
10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，包括单独电荷泵的整数多个Q1个不同配置；其中对于每个所述配置，每个所述输出级连接到所述输出节点，以及其中对于每个所述配置，整数多个C1个电荷泵级被禁用；且其中所述装置适合于通过使用多个控制信号在所述多个Q1个不同配置中调整，以优化所述输出节点处所述电源电压和电源电流的生成，以及最小化所述输出节点处的波纹电压。
11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，在每个所述单独(ni，pi)电荷泵中，pi大于或等于ni；以及其中pi小于或等于P；其中ni小于或等于N；其中整数P是电荷泵级的并联块的总数；其中整数N是串行级联的电荷泵级的总数；其中整数S组控制信号被用于控制每个所述电荷泵级，且其中至少一组所述控制信号被用于控制一个所述电荷泵级。
12.如权利要求10所述的装置，其特征在于，包括单独电荷泵的整数多个Q2不同配置；其中对于每个所述配置，每个所述输出级连接到所述输出节点，且其中对于每个所述配置，整数多个C2电荷泵级被禁用；且其中所述装置适合于通过使用多个控制信号在所述多个Q2不同配置中调整，以优化所述输出节点处所述电源电压和电源电流的生成，以及最小化所述输出节点处的波纹电压。
13.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：
辅助泵，它被配置成生成用作整数多个S1控制信号的参考电压的辅助电压；
其中在每个所述单独(ni，pi)电荷泵中，ni大于或等于pi；以及其中ni小于或等于N；其中pi小于或等于P；其中整数P是电荷泵级的并联块的总数；其中整数N是串行级联的电荷泵级的总数；其中启用的输出级的整数MIN1被最小化；且其中通过使用整数多个U1开关，每个所述启用的输出级连接到所述输出节点，且其中至少一个所述控制信号被用于控制一个所述电荷泵级。
14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，包括：
单独电荷泵的整数多个Q3不同配置；
其中对于每个所述配置，每个所述启用的输出级连接到所述输出节点，且其中对于每个所述配置，整数多个C3电荷泵级被禁用；以及
其中，所述装置适合于通过利用多个控制信号在所述多个Q3不同配置中调整，以优化所述输出节点处所述电源电压和所述电源电流的生成，以及最小化所述输出节点处的所述波纹电压。
15.如权利要求7所述的装置，其特征在于，进一步包括：
辅助泵，它被配置成生成用作整数多个S2控制信号的参考电压的辅助电压；
其中在每个所述单独(ni，pi)电荷泵中，pi大于或等于ni；且其中ni小于或等于N；以及其中pi小于或等于P；其中整数P是电荷泵级的并联块的总数；其中整数N是串行级联的电荷泵级的总数；以及其中启用的输出级的整数MIN2被最小化；且其中通过利用整数多个U2开关，每个所述启用的输出级连接到所述输出节点，且其中至少一个所述控制信号被用于控制一个所述电荷泵级。
16.如权利要求14所述的装置，其特征在于，包括：
单独电荷泵的整数多个Q4不同配置；
其中对于每个所述配置，每个所述启用的输出级连接到所述输出节点，且其中对于每个所述配置，整数多个C4电荷泵级被禁用；以及
其中所述装置适合于通过利用多个控制信号在所述多个Q4不同配置中调整，以优化所述输出节点处所述电源电压和所述电源电流的生成，以及最小化所述输出节点处的所述波纹电压。
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