DE102010016083A1

DE102010016083A1 - System und Verfahren zum Regeln einer Stromversorgung

Info

Publication number: DE102010016083A1
Application number: DE102010016083A
Authority: DE
Inventors: Thomas Nirschl
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2010-09-30
Also published as: US7876079B2; US20100244791A1

Abstract

In einer Ausführungsform wird ein Verfahren zur Stmversorgungssystems (100) offenbart. Das Verfahren weist auf das Regeln der Stromversorgung auf eine erste Spannung. Nach dem Regeln der Stromversorgug auf eine zweite Spannung geregelt, wobei ein Eingang des Stromversorgungssystems (100) geändert und die Ladung an einem Ausgang des Stromversorgungssystems (100) verändert wird, bis die Ausgangsspannung (VBOOST) die zweite Ausgangsspannung erreicht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein System und ein Verfahren zum Regeln einer Stromversorgung und insbesondere ein System und ein Verfahren zur Steuerung einer Ladungspumpen-Stromversorgung.
Nichtflüchtige Halbleiterspeicher, wie zum Beispiel EEPROM, und Flash-Speicher sind in vielen Elektronikanwendungen, darunter Flash-Laufwerke, Smart Cards und eingebettete Systeme, immer häufiger anzutreffen. Damit solche nichtflüchtigen Speicher Daten speichern, sind jedoch hohe Spannungen zum Schreiben von Daten notwendig. Im Allgemeinen werden diese hohen Spannungen durch Stromversorgungen auf Ladungspumpenbasis auf derselben integrierten Schaltung wie die Speichermatrix erzeugt. Ladungspumpen-Stromversorgungen verwenden typischerweise kapazitive Boost-Techniken zum Erzeugen von On-Chip-Programmierspannungen über der extern angelegten Stromversorgungsspannung.
In einem typischen nichtflüchtigen Speichersystem wird dieselbe Stromversorgung auf Ladungspumpenbasis verwendet, um die zum Schreiben und zum Löschen der Speichermatrix erforderlichen hohen Spannungen und die zum Lesen der Speichermatrix benötigten niedrigeren Spannungen zu erzeugen. Da schrumpfende Halbleitergeometrien eine entsprechende Abnahme der Spannung, die ein Standard-Halbleiterbauelement tolerieren kann, bevor es durchschlägt oder zerstört wird, erzeugt haben, sind immer dann, wenn hohe On-Chip-Spannungen verwendet werden, speziell konstruierte Hochspannungsbauelemente erforderlich. Diese Hochspannungsbauelemente sind im Allgemeinen größer, langsamer und weniger flächeneffizient als Minimalgeometriebauelemente niedrigerer Spannung, so dass flächeneffiziente Entwürfe die Verwendung solcher Hochspannungsbauelemente minimieren. Dementsprechend verwenden die Leseschaltungen für nichtflüchtigen Speicher typischerweise Niederspannungsbauelemente, die hohen Programmierspannungen nicht standhalten können.
Um Beschädigung und Durchschlag von Niederspannungsbauelementen nach dem Ausführen eines Lese- oder Löschzyklus zu verhindern, entladen herkömmliche nichtflüchtige Speichersysteme typischerweise den Ausgang der Ladungspumpe von seinem Hochspannungszustand auf eine Standby-Spannung, bevor eine niedrigere Spannung erzeugt wird. Das Wiederaufladen des Ausgangs der Ladungspumpen-Stromversorgung nimmt jedoch Zeit in Anspruch, typischerweise in einem Bereich von 10 μs bis 30 μs. Bei Anwendungen, die hohe Geschwindigkeit erfordern, kann diese Zeitverzögerung die Systemleistungsfähigkeit verlangsamen. Das Entladen und Wiederaufladen einer Ladungspumpe setzt ferner überschüssige Leistung und Energie um, was bei Low-Power-Anwendungen nachteilig sein kann.
Es werden schnelle und leistungseffiziente Schaltungen und Verfahren benötigt, um Systeme mit mehreren Spannungen über der Versorgungsspannung mit Strom zu versorgen.
In einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Steuern einer Ausgangsspannung eines Stromversorgungssystems offenbart. Das Verfahren weist auf das Regeln der Stromversorgung auf eine erste Spannung. Nach dem Regeln der Stromversorgung auf eine erste Spannung wird die Stromversorgung auf eine zweite Spannung geregelt, wobei ein Eingangssignal des Stromversorgungssystems geändert und die Ladung am Ausgang des Stromversorgungssystems verändert wird, bis die Ausgangsspannung die zweite Ausgangsspannung erreicht.
Im Obigen wurden Merkmale der vorliegenden Erfindung relativ grob skizziert. Im Folgenden werden zusätzliche Merkmale der Erfindung beschrieben, die den Gegenstand der Ansprüche der Erfindung bilden. Für Fachleute ist erkennbar, dass die Konzeption und die spezifische offenbarte Ausführungsform ohne weiteres als Grundlage zum Modifizieren oder Entwerfen anderer Strukturen oder Prozesse zum Ausführen derselben Zwecke der vorliegenden Erfindung benutzt werden können. Außerdem ist für Fachleute erkennbar, dass solche äquivalenten Konstruktionen nicht von dem in den angefügten Ansprüchen dargelegten Gedanken und Schutzumfang der Erfindung abweichen.
Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verwiesen.
Es zeigen:
1 eine Ausführungsform eines Ladungspumpen-Stromversorgungssystems;
2 ein Impulsdiagramm einer Ausführungsform eines Ladungspumpen-Stromversorgungssystems;
3 eine Ausführungsform eines programmierbaren Spannungsteilers; und
4 eine alternative Ausführungsform eines Ladungspumpen-Stromversorgungssystems.
Die Herstellung und Verwendung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend ausführliche besprochen. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfindungsgemäße Konzepte bereitstellt, die in vielfältigen spezifischen Kontexten realisiert werden können. Die spezifischen besprochenen Ausführungsformen veranschaulichen lediglich spezifische Weisen der Herstellung und Verwendung der Erfindung und begrenzen nicht den Schutzumfang der Erfindung.
Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf Ausführungsformen in einem spezifischen Kontext beschrieben, nämlich einem Ladungspumpen-Stromversorgungssystem für einen nichtflüchtigen Speicher. Die Erfindung kann auch in anderen Kontexten angewandt werden, wie zum Beispiel in allgemeinen Stromversorgungssystemen.
1 zeigt eine Ausführungsform eines Stromversorgungssystems 100, das der Lastschaltung 110 die geboostete Spannung VBOOST zuführt. Das Stromversorgungssystems 100 weist vorzugsweise eine Ladungspumpe 102 auf, einen programmierbaren Spannungsteiler 108, einen Komparator 114, ein Latch 112 und eine Steuerung 118. Die Kapazität C_load repräsentiert die Gesamtausgangskapazität bei VBOOST. Bei bevorzugten Ausführungsformen besteht die Ladungspumpe 102 aus einem Taktgenerator 104 und einer Boostschaltung 106. Der Taktgenerator 104 erzeugt Takte P1 und P2 aus dem Signal CLK des Eingangs CLK. Diese Takte P1 und P2 werden von der Boostschaltung 106 verwendet, um sukzessive Stufen eines Dioden- und Kondensatorarrays, das die Ausgangsspannung VBOOST erzeugt, zu takten. Die Frequenz des Signals CLK liegt vorzugsweise zwischen etwa 50 MHz und etwa 200 MHz, obwohl bei alternativen Ausführungsformen auch Frequenzen außerhalb dieses Bereichs verwendet werden können. Die Ladungspumpe 102, die gemäß herkömmlichen in der Technik bekannten Verfahren implementiert wird, ist dafür ausgelegt, Ausgangsspannungen zwischen etwa 3 V und etwa 20 V bereitzustellen. Bei alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können andere Ladungspumpen- oder Spannungsboostarchitekturen verwendet werden und andere Ausgangsspannungsbereiche gewährleistet werden. Zum Beispiel kann anstelle einer Ladungspumpe eine Schaltstromversorgung. verwendet werden.
Die Ladungspumpe 102 wird durch das Signal DISABLE_CP aktiviert, das vorzugsweise die Boostschaltung 102 durch Torschalten des Taktsignals CLK freigibt und sperrt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Phasen P1 und P2 aktiv, wenn DISABLE_CP niedrig ist, und inaktiv, wenn DISABLE_CP hoch ist. Bei alternativen Ausführungsformen kann diese Polarität umgekehrt werden.
Während des Betriebs des Ladungspumpen-Stromversorgungssystems 100 wird der Ausgang VBOOST durch die Rückkopplungswirkung einer Regelschleife mit dem programmierbaren Spannungsteiler 108 und dem Komparator 114 geregelt. Im Prinzip aktiviert die Regelschleife die Ladungspumpe 102, wenn VBOOST unter einer Zielspannung liegt, und deaktiviert die Ladungspumpe 102, wenn VBOOST eine Zielspannung übersteigt. Bei bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hängt die Zielausgangsspannung von der konkreten Betriebsart ab, in der die Speicherschaltung 110 betrieben wird. Bei Ausführungsformen, die nichtflüchtige Speicher, wie zum Beispiel EEPROM und Flash, verwenden, arbeitet die Speicherschaltung 110 in einem Lesemodus, einem Schreibmodus und einem Löschmodus. Im Lesemodus liegt die Zielausgangsspannung zwischen etwa 3 V und etwa 10 V. Im Schreib- und Löschmodus liegt die Zielausgangsspannung zwischen etwa 12 V und etwa 20 V. Bei alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können andere Ausgangsspannungsbereiche verwendet werden.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird VBOOST auf eine Zielausgangsspannung geregelt, indem VBOOST auf eine Spannung in dem Compliance-Bereich von durch die normale nicht geboostete Versorgung versorgten Schaltungen heruntergeteilt wird. Die geteilte Spannung wird mit einer Referenzspannung verglichen und es erfolgt eine Bestimmung, ob die Ladungspumpe aktiviert werden soll oder nicht. Bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird VBOOST unter Verwendung eines programmierbaren Spannungsteilers 108 geteilt, um die Spannung VDIV gemäß einem Spannungsteilerverhältnis zu produzieren, das durch das Signal LEVEL gesteuert wird. Das Signal LEVEL ist vorzugsweise ein 4-Bit-Digitalsignal, das das Spannungsteilerverhältnis des Spannungsteilers 108 einstellt. Bei alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das Signal LEVEL andere Auflösungen als 4 Bit aufweisen und VDIV kann andere Beziehungen zu VBOOST neben einem einfachen Verhältnis aufweisen. Zum Beispiel kann VDIV durch ein Teilerverhältnis plus einer Konstante mit VBOOST in Beziehung stehen. Der programmierbare Spannungsteiler 108 kann bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von herkömmlichen Techniken und Architekturen implementiert werden.
Bei bevorzugten Ausführungsformen wird die geteilte Ausgabe VDIV durch den Komparator 114, der gemäß in der Technik bekannten Techniken konstruiert ist, mit der Referenzspannung VREF verglichen. Die Ausgabe des Komparators 114. ist das Signal DISABLE_CP, das den Betrieb der Ladungspumpe 102 steuert. Bei der dargestellten Ausführungsform ist, wenn VDIV größer als VREF ist, das Signal DISABLE_CP hoch und sperrt dadurch die Ladungspumpe 102. Wenn VDIV kleiner als VREF ist, ist DISABLE_CP jedoch niedrig und die Ladungspumpe 102 wird aktiviert. Es ist zu sehen, dass bei alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung DISABLE_CP und/oder der Freigabeeingang des Taktgenerators 104 eine andere Polarität aufweisen können.
Wenn ein Betriebsartenwechsel vorliegt, der eine Ausgangsspannungsänderung von einer höheren Ausgangsspannung zu einer niedrigeren Ausgangsspannung, zum Beispiel von einer Schreibspannung von 12 V zu einer Lesespannung von 5 V erfordert, entlädt das Stromversorgungssystem 100 die durch C_load repräsentierte Ausgangskapazität, bis die Spannung an VBOOST die niedrigere Lesespannung erreicht. Bei bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird C_load durch den NMOS-Transistor M_D entladen, dessen Gate durch das Latch 112 gesteuert wird.
Bei bevorzugten Ausführungsformen wird eine Änderung der Ausgangsspannung bewirkt, indem der Wert des Signals LEVEL geändert wird, das in den programmierbaren Spannungsteiler 108 eingegeben wird, der das Teilerverhältnis des Teilers 108 ändert. Um die geregelte Spannung von VBOOST zu verringern, wird das Teilerverhältnis des programmierbaren Spannungsteilers von einem höheren Teilerverhältnis in ein niedrigeres Teilerverhältnis umgeändert. Wenn zum Beispiel das Spannungsteilerverhältnis des programmierbaren Teilers anfänglich 1/12 und VREF auf 1 V gesetzt ist, wird der Ausgang bei VBOOST auf etwa 12 V geregelt. Wenn das Spannungsteilerverhältnis jedoch von 1/12 in 1/5 umgeändert wird, wird VBOOST letztendlich auf etwa 5 V gesteuert.
Es ist jedoch ersichtlich, dass, damit VBOOST von einer höheren Spannung zu einer niedrigeren Spannung übergeht, die Ausgangskapazität C_load entladen werden muss. Bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liegt C_load vorzugsweise in der Größenordnung von etwa 100 pF, um sicherzustellen, dass der Speicherschaltung 110 während einer Schreib- oder Löschoperation genug Ladung zur Verfügung steht, ohne VBOOST zu sehr herunterzuziehen. Bei anderen Ausführungsformen kann C_load andere Werte annehmen, zum Beispiel zwischen 5 pF und etwa 100 pF abhängig von der Anwendung. Als Alternative kann C_load über 100 pF oder unter 5 pF betragen. Das Entladen von C_load durch parasitäre Entladungswege in der Speicherschaltung 110 und/oder den programmierbaren Spannungsteiler 108 kann folglich eine beträchtliche Zeit in Anspruch nehmen, zum Beispiel bis zu etwa 1 ms. Es C_load zu erlauben, sich durch den Betrieb der Speicherschaltung 110 zu entladen, ist des Weiteren problematisch, weil die Schaltkreise in der Speicherschaltung 110 möglicherweise den hohen Schreib- und Löschspannungen bei VBOOST nicht standhalten können. Ladungspumpen der herkömmlichen Technik haben diese Situation behoben, indem C_load nach einer Schreib- oder Löschoperation vor der nächsten Operation vollständig entladen wird. Wie bereits erläutert wurde, setzt das Entladen solch einer großen Kapazität Leistung um und die Anspruch genommene Zeit zum Laden von VBOOST von Masse auf eine Lesespannung (d. h. etwa 10 μs bis 30 μs) verlangsamt den Betrieb des Speichersystems.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird, wenn der Ausgang der Ladungspumpe 102 von einer höheren Spannung zu einer niedrigeren Spannung übergeht, C_load durch M_D entladen, bis die neue Zielspannung erreicht ist. Um VBOOST auf diese Weise von einer höheren Spannung auf eine niedrigere Spannung herabzusetzen, wird das Signal LEVEL_CHANGED gesetzt, wenn über das Signal LEVEL ein niedrigeres Spannungsteilerverhältnis ausgewählt wird. Wenn LEVEL_CHANGED gesetzt ist, ist das Latch 112 gesetzt, wodurch der Transistor M_D eingeschaltet wird, so dass sich C_load entlädt. Sobald die Spannung VDIV unter VREF abfällt, ändert der Komparator 114 seinen Zustand und das Signal DISABLE_CP wird niedrig und setzt durch den Inverter 116 das Latch 112 zurück. Nachdem das Latch 112 zurückgesetzt ist, wird das Gate des Transistors M_D auf niedrig gebracht, so dass C_load aufhört, sich durch M_D zu entladen. Bei bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird LEVEL_CHANGED für einen kurzen Zeitraum gesetzt, wie zum Beispiel für zwei Taktzyklen, um sicherzustellen, dass das Latch 112 zurückgesetzt werden kann, wenn DISABLE_CP niedrig wird. Die Steuerung des Timings der Signale LEVEL und LEVEL_CHANGED wird durch die Steuerung 118 gesteuert.
Es ist erkennbar, dass bei alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Ladungspumpe 102 die Ausgabe VBOOST auf eine negative Versorgung boosten kann. In diesem Fall wird das Entladungsbauelement M_D als ein PMOS-Bauelement implementiert und die Polarität des Komparators 114 umgekehrt, so dass die Ladungspumpe 102 aktiviert wird, wenn VDIV VREF übersteigt. Bei Ausführungsformen mit negativen Versorgungen kann der Komparator 114 so vorgespannt werden, dass er mit negativen Versorgungsspannungen operiert, und/oder der programmierbare Widerstandsteiler 108 kann vorgespannt werden, um VDIV in dem Spannungs-Compliance-Bereich des Komparators 114 und des Rests der Schaltungen des Stromversorgungssystems 100 zu produzieren. Zum Beispiel kann der Referenzknoten VSS auf eine Spannung von mehr als Masse vorgespannt werden, so dass VDIV (und folglich VREF) positive Spannungswerte aufweisen. Bei bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die negative Spannungsversorgungen produzieren, liegen Zielausgangsspannungen vorzugsweise zwischen etwa –4 V und etwa –12 V. Als Alternative können abhängig von der konkreten Anwendung und ihren Spezifikationen andere Ausgangsspannungsbereiche verwendet werden.
Nunmehr mit Bezug auf 2 ist ein beispielhaftes Diagramm einer Signalform 200 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, das einen Übergang von einer höheren Spannung zu einer niedrigeren Spannung bei VBOOST darstellt. VBOOST beginnt anfänglich bei V1. An der Flanke 202 geht das Signal LEVEL von einem hohen Teilerverhältnis und einem niedrigen Teilerverhältnis über und das Signal LEVEL_CHANGED wird gesetzt. Die geteilte Spannung VDIV wird dann aufgrund der Änderung des Spannungsteilerverhältnisses höher als VREF gesteuert. Eine kurze Zeit später (zum Zeitpunkt 204) ändert sich der Zustand des Komparators und VBOOST beginnt, sich zu entladen. Das Signal DISABLE_CP wird auch gesetzt, wodurch die Ladungspumpe 102 ausgeschaltet wird. Zum Beispiel wird zwei Taktzyklen später an der Flanke 206 das Signal LEVEL_CHANGED zurückgesetzt, um sicherzustellen, dass sich das Latch 112 (1) ordnungsgemäß rücksetzt. Nachdem VDIV unter VREF geht, wodurch angezeigt wird, dass VBOOST im Wesentlichen seinen neuen Zielwert von V2 erreicht hat, ändert sich der Zustand des Komparators nochmals und DISABLE_CP wird zurückgesetzt. Wenn DISABLE_CP niedrig wird, wird das Latch 112 (1) rückgesetzt, der Transistor MD ausgeschaltet und VBOOST hört auf, sich zu entladen. Bei bevorzugten Ausführungsformen wartet das System eine definierte Anzahl von Taktzyklen, um es VBOOST zu erlauben, sich auf seinen neuen Wert zu entladen. Zum Beispiel wartet bei einer Ausführungsform das System 300 Taktzyklen lang, bis VBOOST seinen Endwert erreicht. Bei alternativen Ausführungsformen kann der Automat bzw. die CPU, der bzw. die das Timing steuert, interaktiv auf das Erreichen eines neuen Werts durch die Ladungspumpe reagieren.
Nunmehr mit Bezug auf 3 ist eine Ausführungsform eines programmierbaren Spannungsteilers 300 dargestellt. Der programmierbare Spannungsteiler 300 weist ein Widerstandsnetzwerk 302 auf, das aus Reihenwiderständen R₀ bis R_n besteht. Zwischen Knoten in dem Widerstandsnetzwerk 302 und dem geteilten Ausgangsspannungsknoten VDIV sind Transmissionsgatter TG0 bis TG(n – 1) geschaltet. Bei bevorzugten Ausführungsformen werden die Transmissionsgatter TG0 bis TG(n – 1) mit CMOS-Transmissionsgattern implementiert. Bei alternativen Ausführungsformen können andere Schaltverfahren verwendet werden. Der Decoder 304 dekodiert das m-Bit-Teilerverhältnissignal LEVEL zu Signalen S0 bis S(n – 1) zur Steuerung der Transmissionsgatter TG0 bis TG(n – 1). Bei bevorzugten Ausführungsformen ist das Signal LEVEL ein 4-Bit-Binärwort, das zu 16 Schaltsignalen dekodiert wird. Bei alternativen Ausführungsformen können andere logische Schemata verwendet werden, um die Schaltsignale S0 bis S(n – 1) zu erzeugen, zum Beispiel können diese Signale direkt durch die Steuerung 118 (1) erzeugt werden.
In alternativen Ausführungsformen können andere Spannungsteilerstrukturen und -techniken zur Erzeugung der geteilten Spannung VDIV verwendet werden. Zum Beispiel können Netzwerke anderer Schaltungskomponenten, wie zum Beispiel Kondensatoren, Dioden und Transistoren, anstelle des Widerstandsnetzwerks 302 verwendet werden. Ein solches Alternativverfahren verwendet in Reihe geschaltete MOSFETs und wird in der US-Patentanmeldung Nr. 10/970,363, eingereicht am 24.10.2004 mit dem Titel „Circuit Arrangement for Voltage Regulation” beschrieben, wobei auf diese Anmeldung hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.
Nunmehr mit Bezug auf 4 ist eine weitere Ausführungsform eines Ladungspumpen-Stromversorgungssystems 400 dargestellt. Das Stromversorgungssystem 400 weist eine Ladungspumpe 402 auf, die durch eine Rückkopplungsschleife gesteuert wird, die aus einem programmierbaren Widerstandsteiler 412 und einem Komparator 414 besteht. Im Gegensatz zu der Ausführungsform von 1 wird der Ausgang des Komparators 414 durch Inverter 416 und 418 gepuffert und durch das Flipflop 420 registriert, das mit dem Takt CLK läuft und mit der Ladungspumpe 402 synchron ist. Das Takten des Komparators von 414 stellt sicher, dass alle Zustandsübergänge an einer Taktflanke auftreten und dass ein langsamer und/oder metastabiler Zustand am Ausgang des Komparators 414 nicht bewirkt, dass sich die Schaltung unvorhersehbar verhält. Außerdem befindet sich in der Rückkopplungsschleife ein Inverter 422 und ein NAND-Gatter 424. Das Signal EN fährt die Ladungspumpe 402 herunter, wenn es gesetzt ist.
Wenn VBOOST bezüglich Spannung reduziert wird, wird VBOOST durch den Transistor M8, der durch den Ausgang des OR-Gatters 410 gesteuert wird, entladen. Der Kaskodetransistor M6 ist vorzugsweise ein Hochspannungsbauelement und ist vorgesehen, um den Transistor M8 vor Durchschlag und Beschädigung zu schützen. Als Alternative kann M6 abhängig von dem konkreten System und seinen Spezifikationen ein Mittelspannungs- oder Niederspannungsbauelement sein. Die Spannung VCAS wird vorzugsweise so gewählt, dass verhindert wird, dass M8 durchschlägt.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Signal DISCHARGE vorgesehen, um den Ausgang des Latch 409 zu übersteuern und den Ausgang der Ladungspumpe 402 extern zu entladen. Wenn DISCHARGE hoch wird, wird das Gate von M8 über das OR-Gatter 410 hoch. Der zusätzliche mit dem Kaskodetransistor M5 in Reihe geschaltete Entladungstransistor M7 ist vorgesehen, um den Ausgang der Ladungspumpe 402 schneller zu entladen. M10, die auch mit dem Signal DISCHARGE gekoppelt ist, ist vorgesehen, um den positiven Eingang des Komparators 414 mit Masse zu verbinden. Bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird das Signal DISCHARGE gesetzt, um die Ladungspumpe in einen Niedrig-Energie(Low-Power)- und/oder Schlaf(Sleep)-Modus zu versetzen.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hat VREF einen Wert von zwischen etwa 0,4 V und etwa 1 V, vorzugsweise etwa 0,6 V, und wird aus einer Bandabstandreferenz abgeleitet. Als Alternative können ein anderer Spannungspegel und andere Spannungsreferenz-Erzeugungstechniken verwendet werden. Das Signal VSS_REF ist vorzugsweise mit einer selben ruhigen Niederstrom-Referenzmasse gekoppelt, die zur Erzeugung von VREF verwendet wird. Wenn der Ausgang der Ladungspumpe 402 jedoch entladen wird, wird der Transistor M9 eingeschaltet und ein bestimmter Strom durch den Spannungsteiler wird zu der Hochstrommasse VSS_HC abgezweigt, um Transienten auf der ruhigen Masse VSS_REF zu verringern.
Das Latch 404 besteht aus Transistoren M1, M2, M3 und M4 und hintereinander angeordneten Invertern 406 und 408. Die Transistoren M1 und M3 sind mit dem Eingang des Inverters 406 in Reihe geschaltet und die Transistoren M2 und M4 sind mit dem Eingang des Inverters 408 in Reihe geschaltet. Das Signal LEVEL_CHANGED ist mit dem Gate von M2 gekoppelt, während dem Gate von M3 über den Inverter 426 eine invertierte Version von LEVEL_CHANGED zugeführt wird. Ähnlich ist das Signal DISABLE_CP mit dem Gate von M4 gekoppelt und eine invertierte Version von DISABLE_CP wird über den Inverter 422 dem Gate von M1 zugeführt. Es ist ersichtlich, dass der Ausgang LOUT des Latch 404 gesetzt ist, wenn LEVEL_CHANGED von niedrig zu hoch übergeht, und dass LOUT niedrig wird, wenn DISABLE_CP hoch wird. Zwei Zweige aus Transistoren, einer mit M1 und M3 und der andere mit M2 und M4, werden mit invertierten Signalen verwendet, um einen merklichen DC Gleichstromfluss zu verhindern. Bei alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können andere Latchtopologien verwendet werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile ausführlich beschrieben wurden, versteht sich, dass verschiedene Änderungen, Substitutionen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne von dem durch die angefügten Ansprüche definierten Gedanken und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus soll der Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung nicht auf die konkreten in der Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen von Prozess, Maschine, Herstellung, Materialzusammensetzung, Mitteln, Verfahren und Schritten beschränkt werden. Für Durchschnittsfachleute wird aus der Offenbarung der vorliegenden Erfindung ohne weiteres erkennbar, dass Prozesse, Maschinen, Herstellung, Materialzusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Schritte, die zur Zeit existieren oder später zu entwickeln sind, die im Wesentlichen dieselbe Funktion wie entsprechende hier beschriebene Ausführungsformen ausführen oder im Wesentlichen dasselbe Ergebnis erzielen, gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt werden können. Dementsprechend sollen die angefügten Ansprüche in ihrem Schutzumfang solche Prozesse, Maschinen, Herstellung, Materialzusammensetzungen, Mittel, Verfahren oder Schritte umfassen.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Ausgangsspannung (VBOOST) eines Stromversorgungssystems (100), mit den folgenden Schritten: Regelnder Ausgangsspannung (VBOOST) auf eine erste Spannung; und nach dem Regeln der Ausgangsspannung (VBOOST) auf die erste Spannung, Regeln der Ausgangsspannung (VBOOST) auf eine zweite Spannung, wobei das Regeln der Ausgangsspannung (VBOOST) auf die zweite Spannung Folgendes aufweist: • Ändern eines Eingangs für das Stromversorgungssystem (100) und • Verändern der Ladung an einem Ausgang des Stromversorgungssystems (100), bis die Ausgangsspannung (VBOOST) die zweite Ausgangsspannung erreicht.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Stromversorgungssystem (100) eine Ladungspumpe (102) aufweist; wobei das Regeln des Ausgangs auf eine erste Spannung Folgendes aufweist: • Aktivieren der Ladungspumpe (102), wenn die Ausgangsspannung (VBOOST) die erste Spannung in einer ersten Richtung überschreitet und • Deaktivieren der Ladungspumpe (102), wenn die Ausgangsspannung (VBOOST) die erste Spannung in einer zweiten Richtung überschreitet, wobei die zweite Richtung der ersten Richtung entgegengesetzt ist; und wobei das Regeln des Ausgangs auf die zweite Spannung ferner Folgendes aufweist: • Aktivieren der Ladungspumpe (102), wenn die Ausgangsspannung (VBOOST) die zweite Spannung in der ersten Richtung überschreitet, und • Deaktivieren der Ladungspumpe (102), wenn die Ausgangsspannung (VBOOST) die zweite Spannung in der zweiten Richtung überschreitet.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Stromversorgungssystem (100) eine Ladungspumpe (102) aufweist; wobei das Regeln des Ausgangs auf die erste Spannung Folgendes aufweist: • Teilen der Ausgangsspannung (VBOOST) gemäß einer ersten Transformation; • Bilden einer ersten geteilten Spannung auf der Basis des Teilens der Ausgangsspannung (VBOOST) gemäß der ersten Transformation, • Aktivieren der Ladungspumpe (102), wenn die erste geteilte Spannung eine Referenzspannung in einer ersten Richtung überschreitet, • Deaktivieren der Ladungspumpe (102), wenn die erste geteilte Spannung die Referenzspannung in einer zweiten Richtung überschreitet, wobei die zweite Richtung der ersten Richtung entgegengesetzt ist; wobei das Regeln des Ausgangs auf die zweite Spannung ferner Folgendes aufweist: • Teilen der Ausgangsspannung (VBOOST) gemäß einer zweiten Transformation, • Bilden einer zweiten geteilten Spannung auf der Basis des Teilens der Ausgangsspannung (VBOOST) gemäß der zweiten Transformation, • Aktivieren der Ladungspumpe (102), wenn die zweite geteilte Spannung die Referenzspannung in einer ersten Richtung überschreitet und • Deaktivieren der Ladungspumpe (102), wenn die zweite geteilte Spannung die Referenzspannung in der zweiten Richtung überschreitet; und wobei das Verändern der Ladung ferner das Verändern der Ladung, bis die zweite geteilte Spannung die Referenzspannung in der zweiten Richtung überschreitet, aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 3, • wobei das Verändern der Ladung das Entladen des Ausgangs aufweist; • die erste Richtung eines Spannungsabnahme aufweist; und • die zweite Richtung eine Spannungszunahme aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei das Entladen des Ausgangs das Aktivieren eines mit dem Ausgang gekoppelten Transistors (MD) aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, • wobei die erste Transformation ein erstes Verhältnis aufweist; • wobei das Bilden der ersten geteilten Spannung das Einstellen eines programmierbaren Spannungsteilers auf eine dem ersten Verhältnis entsprechende erste Einstellung aufweist; • wobei der zweite Algorithmus das Ableiten eines zweiten Verhältnisses aufweist; und • wobei das Bilden der zweiten geteilten Spannung das Einstellen eines programmierbaren Spannungsteilers auf eine dem zweiten Verhältnis entsprechende zweite Einstellung aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei der programmierbare Spannungsteiler einen mit dem Stromversorgungsausgang gekoppelten Widerstandsteiler aufweist.
Stromversorgungssystem (100), aufweisend: eine Ladungspumpe (102), aufweisend: • einen ersten Takteingang (CLK), • einen Freigabeeingang (ENB) und • einen Versorgungsausgang; einen programmierbaren Spannungsteiler (108), aufweisend: • einen mit dem Ladungspumpenausgang gekoppelten ersten Eingang, • einen mit einer ersten Referenzspannung gekoppelten zweiten Eingang und • einen geteilten Spannungsausgang und • einen Programmiereingang, der dafür ausgelegt ist, sich auf den geteilten Spannungsausgang auszuwirken; einen Komparator (114), aufweisend: • einen mit dem geteilten Spannungsausgang (VDIV) gekoppelten ersten Eingang, • einen mit einer Eingangsreferenzspannung (VREF) gekoppelten zweiten Eingang, • einen mit dem Freigabeeingang (ENB) der Ladungspumpe (102) gekoppelten Ausgang; eine mit dem Ladungspumpen-Versorgungsausgang gekoppelte Entladungsschaltung (112), aufweisend: • einen Aktivierungseingang (S) und • einen mit dem Ausgang des Komparators (114) gekoppelten Deaktivierungseingang (R), wobei die Entladungsschaltung (112) für Folgendes ausgelegt ist: • Beginnen mit dem Entladen des Ladungspumpen-Versorgungsausgangs, wenn der Aktivierungseingang (S) seinen Zustand wechselt, und • Aufhören mit dem Entladen des Ladungspumpen-Versorgungsausgangs, wenn der Aktivierungseingang (S) seinen Zustand ändert.
Stromversorgungssystem (100) gemäß Anspruch 8, • wobei der programmierbare Spannungsteiler (108) mehrere Spannungsabgriffe aufweist; und • wobei der programmierbare Spannungsteiler (108) dafür ausgelegt ist, auf der Basis eines Werts des Programmiereingangs einen der mehreren Spannungsabgriffe mit dem geteilten Spannungsausgang zu koppeln.
Stromversorgungssystem (100) gemäß Anspruch 8 oder 9, ferner mit einem zwischen den zweiten Eingang des programmierbaren Spannungsteilers (108) und eine zweite Referenzspannung geschalteten Schalter, • wobei die erste Referenzspannung eine ruhige Massereferenz aufweist; • wobei die zweite Referenzspannung eine Hochstrom-Massereferenz aufweist; und • wobei der Schalter dafür ausgelegt ist, den zweiten Eingang mit der Hochstrom-Massereferenz zu koppeln, während die Entladungsschaltung (112) den Ladungspumpen-Versorgungsausgang entlädt.
Stromversorgungssystem (100) gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei die Entladungsschaltung (112) ferner einen mit der Ladungspumpenversorgung gekoppelten Transistor aufweist.
Stromversorgungssystem (100) gemäß Anspruch 11, • wobei die Ladungspumpenversorgung dafür ausgelegt ist, eine positive Spannung auszugeben; und • wobei der Transistor einen NMOS-Transistor aufweist.
Stromversorgungssystem (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Entladungsschaltung (112) ferner ein Latch aufweist.
Stromversorgungssystem (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13, ferner mit einem zwischen den Ausgang des Komparators (114) und den Aktivierungseingang geschalteten Register.
Stromversorgungssystem (100) gemäß Anspruch 14, wobei die Ladungspumpenversorgung dafür ausgelegt ist, einem nichtflüchtigen Speicher Lese- und Schreibspannungen zuzuführen.
Halbleiterschaltung (100), aufweisend: • eine Ladungspumpen-Stromversorgung; • einen mit einem Ausgang der Stromversorgung gekoppelten programmierbaren Spannungsteiler (108), wobei der programmierbare Spannungsteiler (108) einen Ausgang aufweist, der dafür ausgelegt ist, ein zu einer Spannung an dem Ausgang der Stromversorgung proportionales Signal gemäß einem durch einen Programmiereingang wählbaren Verhältnis auszugeben; • einen mit dem Ausgang des programmierbaren Spannungsteilers (108) gekoppelten Komparator (114), wobei der Komparator (114) einen Ausgang aufweist, der dafür ausgelegt ist, seinen Zustand zu ändern, wenn der Ausgang der programmierbaren Spannung eine vorbestimmte Schwelle überschreitet; • ein mit dem Ausgang des Komparators (114) gekoppeltes Latch (112), wobei das Latch (112) dafür ausgelegt ist, gesetzt zu werden, wenn ein erstes externes Signal gesetzt wird, und rückgesetzt zu werden, wenn der Ausgang des Komparators (114) seinen Zustand von einem ersten Zustand zu einem zweiten Zustand ändert; und • eine Entladungsschaltung, die dafür ausgelegt ist, den Ausgang der Stromversorgung zu entladen, wenn das Latch (112) gesetzt ist.
Halbleiterschaltung (100) gemäß Anspruch 16, wobei der Komparator (114) dafür ausgelegt ist, von dem ersten Zustand zu dem zweiten Zustand überzugehen, wenn der Ausgang des programmierbaren Spannungsteilers (108) die vorbestimmte Schwelle in einer negativen Richtung überschreitet.
Halbleiterschaltung (100) gemäß Anspruch 17, wobei die Ladungspumpen-Stromversorgung dafür ausgelegt ist, aktiv zu sein, wenn sich der Komparatorausgang des Komparators (114) in dem zweiten Zustand befindet.
Halbleiterschaltung (100) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, ferner mit einer Steuerung, die dafür ausgelegt ist, das erste externe Signal für eine Anzahl von Taktzyklen zu aktivieren, wenn der Programmiereingang des programmierbaren Spannungsteilers (108) seinen Zustand ändert.
Halbleiterschaltung (100) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, ferner mit einem mit dem Ausgang der Stromversorgung gekoppelten Speicher (110).
Halbleiterschaltung (100) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei der Speicher (110) einen nichtflüchtigen Speicher (110) aufweist.
Halbleiterschaltung (100) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 21, wobei der Spannungsteiler (108) mehrere in Reihe geschaltete Dioden aufweist.
Halbleiterspeicherschaltung (100), aufweisend: eine Speicherschaltung (110) mit einem Versorgungseingang; eine ladungsgeboostete Stromversorgung, aufweisend: • einen mit dem Versorgungseingang des Speichers (110) gekoppelten Ausgang, • einen Taktgenerator (104), • einen Freigabeeingang (ENB), und • eine kapazitive Ladungsboostschaltung (106); einen programmierbaren Spannungsteiler (108), aufweisend: • einen mit dem Ausgang der Stromversorgung gekoppelten ersten Knoten; • einen Programmiereingang, der dafür ausgelegt ist, ein Spannungsteilerverhältnis zu setzen; • einen Ausgang; einen Komparator (114), aufweisend: • einen mit dem Ausgang des programmierbaren Spannungsteilers (108) gekoppelten ersten Eingang; • einen mit einer Referenzspannung gekoppelten zweiten Eingang; • einen mit dem Freigabeeingang (ENB) der ladungsgeboosteten Stromversorgung gekoppelten Ausgang; ein Latch (112), aufweisend: • einen mit dem Ausgang des Komparators (114) gekoppelten ersten Eingang und • einen mit einem ersten externen Eingang gekoppelten zweiten Eingang; und einen Transistor (M_D), aufweisend: • einen mit dem Ausgang der Stromversorgung gekoppelten Ausgangsknoten, • einen mit einem Ausgang des Latch gekoppelten Steuerknoten.