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HINTERGRUND
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Ladungspumpenschaltungen werden im Allgemeinen zum Erzeugen höherer Spannungen aus Niederspannungseingängen verwendet. Sie werden für gewöhnlich verwendet, um einen stetigen Ausgangsspannungspegel bereitzustellen. Die Bereitstellung dieser hohen Spannungen ist in vielen Niederspannungsanwendungen, wie die Vorspannung für Speicherzellen, wie eine RRAM-Zelle, bereitzustellen, kritisch.
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Ein herkömmliches Ladungspumpensystem, das verwendet wird, um Vorspannungen für eine Speicherzelle bereitzustellen, kann eine Ladungspumpe umfassen, um die höhere Spannung zu erzeugen, gefolgt von einem Filter, typischer Weise einem RC-Filter, und einer Niederabfallsregulatorschaltung, um Rauschen auszufiltern und eine stabile Niederwelligkeitsspannung an die Speicherzelle bereitzustellen.
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Die Veröffentlichungsschrift
US 2007/0069801 A1 offenbart eine Ladungspumpe mit einer Mehrzahl von in Serie verbundenen Pumpenstufen. Die Ausgangsspannung wird über eine Mehrzahl von Komparatoren mit einer entsprechenden Mehrzahl von Referenzspannungen verglichen, um die Pumpenstufen selektiv zu aktivieren.
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Die Veröffentlichungsschrift
US 2009/0097285 A1 offenbart einen ladungsbasierten Spannungsvervielfacher mit einer Mehrzahl an Pumpenstufen. Die Ausgangsspannung wird mit einer Referenzspannung verglichen, und das Vergleichsergebnis in ein spezifisches Steuersignal umgewandelt, um durch selektives Aktivieren von Pumpenstufen die Kapazität der Pumpenschaltung anzupassen.
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US 2008/0136388 A1 offenbart Aufwärtswandler zum Stabilisieren der Arbeitsweise eines Gleichspannungswandlers. Die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers kann in einem Detektor mit einem Schwellwert verglichen werden, und die Frequenz eines Taktsignals des Gleichspannungswandler kann mit einem Ringoszillator angepasst werden.
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Figurenliste
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Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden am besten aus der folgenden ausführlichen Beschreibung verstanden, wenn diese mit den begleitenden Figuren gelesen wird. Es ist zu beachten, dass in Übereinstimmung mit der Standardpraxis in der Industrie, unterschiedliche Merkmale nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Tatsächlich können die Abmessungen der unterschiedlichen Merkmale zur Klarheit der Besprechung willkürlich erhöht oder verringert sein.
- 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Ladungspumpensystems in Übereinstimmung mit manchen Ausführungsformen veranschaulicht.
- 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer resistiven Direktzugriffspeicher- (RRAM, Resistive Random Access Memory) -Schaltung in Übereinstimmung mit manchen Ausführungsformen veranschaulicht.
- 3 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel der Erkennungsschaltung von 1 in Übereinstimmung mit manchen Ausführungsformen veranschaulicht.
- 4 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel der Ladungspumpe von 1 in Übereinstimmung mit manchen Ausführungsformen veranschaulicht.
- 5 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein anderes Beispiel der Ladungspumpe von 1 in Übereinstimmung mit manchen Ausführungsformen veranschaulicht.
- 6 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Beispiel eines abstimmbaren Ringoszillators in Übereinstimmung mit manchen Ausführungsformen veranschaulicht.
- 7 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens in Übereinstimmung mit manchen Ausführungsformen veranschaulicht.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Eine verbesserte Ladungspumpenschaltung und ein zugehöriges Verfahren wird gemäß den Ansprüchen 1 und 11 bereitgestellt. Die folgende Offenbarung stellt viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zum Implementieren verschiedener Merkmale des bereitgestellten Gegenstands bereit. Spezifische Beispiele von Komponenten und Anordnungen werden unten beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind selbstverständlich bloß Beispiele und nicht gedacht, einschränkend zu sein. Zum Beispiel kann die Bildung eines ersten Elements über oder auf einem zweiten Element in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen enthalten, in denen das erste und das zweite Element in direktem Kontakt gebildet sind, und kann auch Ausführungsformen enthalten, in denen zusätzliche Elemente zwischen dem ersten und dem zweiten Element gebildet sind, sodass das erste und das zweite Element nicht in direktem Kontakt sein könnten. Zusätzlich kann die vorliegende Offenbarung Bezugsnummern und/oder -zeichen in den unterschiedlichen Beispielen wiederholen. Die Wiederholung dient zum Zweck der Vereinfachung und Klarheit und gibt selbst keine Beziehung zwischen den unterschiedlichen besprochenen Ausführungsformen und/oder Konfigurationen vor.
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Weiter können räumlich relative Ausdrücke wie „unterhalb“, „unter“, niedriger“, „oberhalb“, „ober“ und dergleichen hierin zur Erleichterung der Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu (einem) anderen Element(en) oder Merkmal(en) wie in den Figuren veranschaulicht zu beschreiben. Die räumlich relativen Ausdrücke sind angedacht, verschiedene Ausrichtungen des Bauelements in Verwendung oder Betrieb zusätzlich zu der in den Figuren abgebildeten Ausrichtung zu umschließen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet (um 90 Grad gedreht oder bei anderen Ausrichtungen) sein und die hierin verwendeten räumlich relativen Beschreibungsausdrücke können ebenso entsprechend ausgelegt werden.
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In manchen Speicherzellen, wie RRAM-Zellen, kann es notwendig sein, die Wortleitungenvorspannung auf einen höheren Pegel anzuheben als die Spannung, die durch die Netzspannung bereitgestellt wird. Typischerweise wird eine Ladungspumpenschaltung verwendet, um die höhere Spannung zuzuleiten, wie von der Speicherzelle gefordert, um innerhalb der geeigneten Betriebsspanne zu funktionieren. In solchen Fällen ist die Ladungspumpenschaltung gestaltet, unter den höchstmöglichen Stromlastbedingungen zu arbeiten. Jedoch, wenn die Stromlast niedrig ist, kann die Ausgangsspannung solcher Ladungspumpen höhere Welligkeitsamplituden als gewünscht enthalten. Deshalb können unter solchen Bedingungen Schaltungen eingesetzt werden, um eine Welligkeitsamplitude der Ladungspumpenausgangsspannung zu verringern.
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Typischerweise können Speicherzellen während Schreibbetrieben eine Vorspannung benötigen, die größer als die Versorgungsspannung sein kann, um innerhalb der geeigneten Spanne zu arbeiten. In solchen Fällen wird eine Ladungspumpe verwendet, um den Spannungspegel weiter anzuheben. Die Ausgangsspannung, die von der Ladungspumpe erzeugt ist, kann jedoch nicht stabil genug sein, um Speicherzellenbetriebe vorzuspannen. Deshalb werden manchmal ein RC-Filter und ein LDO verwendet, um den Ausgang der Ladungspumpe zu glätten, bevor dieser verwendet wird, um die eine oder mehreren Speicherzellenschreibspannungen vorzuspannen. Das RC-Filter ist gestaltet, die Welligkeiten vom Ausgangssignal der Ladungspumpe auszufiltern. Jedoch kann ein RC-Filter ein wesentliches Gebiet belegen, zusätzlichen IR-Abfall induzieren und die Stromlast erhöhen.
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1 veranschaulicht ein Beispielsystem 100 in Übereinstimmung mit offenbarten Ausführungsformen, das ein Niederwelligkeitsspannungssignal bereitstellt. Spannungswelligkeit ist die periodische Restvariation von Gleichspannung, wenn sie von einem Wechselstromnetz abgeleitet wird. Spannungswelligkeit wird als Spitze-zu-Spitze-Spannungsamplituden gemessen. In manchen Beispielen kann das System 100 die Ausgangswelligkeitsspannung des Ladungspumpensystems 120 verringern, sodass die Spitzezu-Spitze-Welligkeitsspannung +/- 20mV misst. In anderen Beispielen kann die Ausgangswelligkeitsspannung +/- 10mV oder +/- 5mV messen. Das System 100 enthält eine Erkennungsschaltung 110 und ein Ladungspumpensystem 120. Das Ladungspumpensystem 120 empfängt eine Mehrzahl von Aktivierungssignalen 112, 114, 116, 118 als Eingänge, um den Betrieb des Ladungspumpensystems zu steuern. In einem Beispiel enthält die Mehrzahl von Aktivierungssignalen vier Aktivierungssignale 112,114,116,118. Jedoch kann jede Zahl von Aktivierungssignalen durch die Erkennungsschaltung 110 erzeugt werden. Die Zahl von Aktivierungssignalen kann auf der Spannungsanhebungskapazität der einen oder mehreren Ladungspumpen basieren, die im Ladungspumpensystem verwendet werden. Beispiele offenbarter Ladungspumpensysteme werden unten in Bezug auf 4 und 5 beschrieben.
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Das Ladungspumpensystem 120 ist dazu eingerichtet, einen angehobenen Pegel von Ausgangsspannung bei einem Knoten 130 zu erzeugen. Die Ladungspumpenausgangsspannung bei Knoten 130 des Ladungspumpensystems 120 kann dann in eine Last 140 eingespeist werden. Im veranschaulichten Beispiel ist die Last 140 eine Schaltung, die die angehobene Niederwelligkeitsspannung für ihren Betrieb verwendet, wie eine Speicherschaltung 210, die typischerweise ein stabiles Niederwelligkeitsspannungssignal während Schreibbetrieben als ihre Schreibvorspannung verwendet. Die Ladungspumpenausgangsspannung bei Knoten 130 wird auch als ein Eingangssignal für die Erkennungsschaltung 110 als Teil einer Rückkopplungsschleife verwendet. 4 und 5 zeigen zwei verschiedene Ausführungsformen des Ladungspumpensystems, das mit der Erkennungsschaltung 110 verbunden ist, das verwendet werden kann, das Niederwelligkeitsausgangssignal wie von einer Last 140 verwendet zu erzeugen.
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In manchen Beispielen ist die Erkennungsschaltung 110 dazu eingerichtet, die Ladungspumpenausgangsspannung bei Knoten 130 zu überwachen. Die Erkennungsschaltung 110 enthält eine Mehrzahl von Eingangserkennungsspannungspegeln 102, 104, 106, 108 und die Ladungspumpenausgangsspannung von Knoten 130 als Eingänge. Die Erkennungsschaltung 110 gibt eine Mehrzahl von Aktivierungssignalen 112, 114, 116, 118 aus. Obwohl vier Eingangserkennungsspannungspegel 102, 104, 106, 108 und vier Aktivierungssignale 112, 114, 116, 118 in der beispielhaften Veranschaulichung des Systems 100 gezeigt werden, ist zu verstehen, dass die Zahl von Eingangserkennungsspannungspegeln und Aktivierungssignalen variabel ist und andere Zahlen von Eingangserkennungsspannungspegeln und Aktivierungssignalen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung liegen. Die Mehrzahl von Aktivierungssignalen 112-118 sind dann als Eingänge zum Ladungspumpensystem 120 enthalten. Die Mehrzahl von Aktivierungssignalen wird verwendet, um den Betrieb der einen oder mehreren Ladungspumpen zu steuern, die Teil des Ladungspumpensystems 120 sind. Die Erkennungsschaltung 110 wird in Bezug auf 3 ausführlicher beschrieben.
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2 veranschaulicht eine Ausführungsform der Last 140, die die Speicherschaltung 210 enthält. Speicherbauelemente werden verwendet, um Informationen in Halbleiterbauelementen und Systemen zu speichern. Die veranschaulichte Speicherschaltung 210 enthält eine Mehrzahl von resistiven Direktzugriffspeicher- (RRAM) -Zellen 212, die in einem Array von Reihen und Spalten angeordnet sind. RRAM-Speicherzellen sind nichtflüchtige Speicherzellen, die Informationen basierend auf Änderungen von elektrischem Widerstand speichern. Im Allgemeinen enthält jede RRAM-Zelle 212 einen Datenspeicherknoten, in dem eine Bodenelektrode, eine resistive Schaltschicht und eine Deckelektrode in Reihenfolge gestapelt sein können. Der Widerstand der resistiven Schaltschicht variiert gemäß einer angelegten Spannung. Eine RRAM-Zelle kann in einer Mehrzahl von Zuständen sein, in denen die elektrischen Widerstände verschiedene sind. Jeder verschiedene Zustand kann eine digitale Information darstellen. Der Zustand kann durch Anlegen einer vorgegebenen Spannung oder eines Stroms zwischen den Elektroden geändert werden. Ein Zustand wird so lange beibehalten, solange ein vorgegebener Betrieb nicht durchgeführt wird.
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Zu Zwecken der Besprechung zeigt 2 vier RRAM-Speicherzellen 212. Jedoch würde ein typisches RRAM-Speicherarray viel mehr RRAM-Zellen enthalten. Die RRAM-Zellen 212 sind innerhalb des RRAM-Arrays in Reihen und/oder Spalten angeordnet. RRAM-Zellen 212 innerhalb einer Reihe des RRAM-Arrays sind betriebsfähig mit einer Wortleitung WL1 beziehungsweise WL2 gekoppelt, während RRAM-Zellen 212 innerhalb einer Spalte des RRAM-Arrays betriebsfähig mit einer Bitleitung BL1 oder BL2 und einer gemeinsamen Source-Leitung CSL (Common Source Line) gekoppelt. Die Mehrzahl von RRAM-Zellen ist jeweils einer Adresse zugehörig, die durch einen Schnittpunkt einer Wortleitung WL1 oder WL2 und einer Bitleitung BL1 oder BL2 definiert ist.
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Jede der RRAM-Zellen 212 enthält ein resistives RRAM-Element 214 und einen Zugrifftransistor 216. Das resistive RRAM-Element 214 weist einen resistiven Zustand auf, der zwischen einem niederresistiven Zustand und einem hochresistiven Zustand umschaltbar ist. Die resistiven Zustände geben einen Datenwert (z.B. eine „1“ oder „o“) an, der innerhalb des resistiven RRAM-Elements 214 gespeichert ist. Das resistive RRAM-Element 214 weist einen ersten Anschluss, der an eine der Bitleitungen BL1 oder BL2 gekoppelt ist, und einen zweiten Anschluss, der an den Zugrifftransistor 216 gekoppelt ist, auf. Der Zugrifftransistor weist ein Gate, das an eine der Wortleitungen WL1 oder WL2 gekoppelt ist, eine Source, die an die gemeinsame Source-Leitung CSL gekoppelt ist, und einen Drain, der an den zweiten Anschluss des resistiven RRAM-Elements 214 gekoppelt ist, auf. Durch Aktivieren der Wortleitung WL1 oder WL2 wird der Zugrifftransistor 214 eingeschalten, was der gemeinsamen Source-Leitung CSL erlaubt, an den zweiten Anschluss des resistiven RRAM-Elements 214 gekoppelt zu werden.
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Das RRAM-Array ist dazu eingerichtet, Daten von der Mehrzahl von RRAM-Zellen 212 zu lesen und/oder dorthin zu schreiben. Ein Wortleitungssignal (z.B. ein Strom und/oder eine Spannung) wird basierend auf einer ersten Adresse ADDR1, die von einem Wortleitungsdecoder empfangen wird, an eine der Wortleitungen WL1-WL2 angelegt, ein Bitleitungssignal wird basierend auf einer zweiten Adresse ADDR2 durch einen Bitleitungsdecoder an eine der Mehrzahl von Bitleitungen BL1-BL2 angelegt. In manchen Beispielen wird ein gemeinsames Source-Leitungssignal basierend auf der zweiten Adresse ADDR2 an die gemeinsame Source-Leitung CSL angelegt und in anderen Beispielen wird das CSL-Signal basierend auf einer dritten Adresse ADDR3 an die gemeinsame Source-Leitung CSL angelegt.
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Durch selektives Anlegen von Signalen an die Wortleitungen WL1-WL2, die Bitleitungen BL1-BL2 und die gemeinsame Source-Leitung CSL können Bildungs-, Einstell-, Zurücksetz- und Lesebetriebe an ausgewählten der Mehrzahl von RRAM-Zellen 212 durchgeführt werden. Zum Beispiel, um Daten von einer bestimmten RRAM-Zelle 212 zu lesen, wird ein Wortleitungssignal (z.B. Spannung) an die Wortleitung WL1 angelegt, ein Bitleitungssignal (z.B. Spannung) wird an die Bitleitung BL1 angelegt und ein Source-Leitungssignal (z.B. Spannung) wird an die gemeinsame Source-Leitung CSL angelegt. Die angelegten Signale verursachen einen Lesewahrnehmungsverstärker, um ein Signal (z.B. Spannung), das einen Wert aufweist, der von einem Datenzustand der RRAM-Zelle 212 abhängig ist, zu empfangen. Der Wahrnehmungsverstärker ist dazu eingerichtet, dieses Signal wahrzunehmen und den Datenzustand der ausgewählten RRAM-Zelle basierend auf dem Signal zu ermitteln (z.B. durch Vergleichen einer empfangenen Spannung mit einer Referenzspannung).
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3 veranschaulicht eine Ausführungsform der Erkennungsschaltung 110. In einem Beispiel ist die Erkennungsschaltung mit einem Spannungsvergleicher implementiert, der dazu eingerichtet ist, eine Mehrzahl von Eingangsspannungspegel-Erkennungsschaltungszweigen zu enthalten. Die Erkennungsschaltung 110 enthält eine Stromvorspannungsschaltung 305, die einen geteilten Strom an die Mehrzahl von Eingangsspannungspegel-Erkennungsschaltungszweigen 310, 312, 314, 316 zuleitet. Während eine Ausführungsform, die vier Eingangsspannungspegel-Erkennungsschaltungszweige 310, 312, 314, 316 enthält, in 3 veranschaulicht ist, wird verstanden, dass die Erkennungsschaltung 110 gestaltet sein kann, mehr oder weniger Eingangsspannungspegel-Erkennungsschaltungszweige zu enthalten. Jeder Eingangsspannungspegel-Erkennungsschaltungszweig ist einem Eingangserkennungsspannungspegel und einem Aktivierungsausgangssignal zugeordnet, zum Beispiel Eingangserkennungsspannungspegel 102 und Aktivierungsausgangssignal 112 im Fall der in 3 gezeigten Eingangsspannungspegel-Erkennungsschaltungszweigs 310.
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Die Stromvorspannungsschaltung 305 enthält eine Stromquelle 320, die mit dem Drain-Anschluss eines NMOS-Transistors 322 verbunden ist. Die Source des NMOS-Transistors ist mit Masse verbunden. Der Gate-Anschluss des NMOS-Transistors 322 ist an den Drain-Anschluss des NMOS-Transistors 322 gebunden, der mit der Stromquelle 320 verbunden ist. Der Gate-Anschluss des NMOS-Transistors 322 ist auch an den Gate-Anschluss eines anderen NMOS-Transistors 360 gebunden. Die Stromquelle 320, der NMOS-Transistor 322 und der NMOS-Transistor 360 sind in einer Stromspiegelkonfiguration angeordnet.
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Im veranschaulichten Beispiel sind die Eingangserkennungsspannungspegel 102, 104, 106, 108 vorgegebene Spannungswerte, die von den Spannungsanforderungen der Last 140, die mit dem Ausgang des Ladungspumpensystems verbunden ist, und den Spannungsanhebungskapazitäten der einen oder der mehreren Ladungspumpen, die im Ladungspumpensystem 120 enthalten sind, abhängig sind. In einem Beispiel sind, um eine Niederwelligkeitsladungspumpenausgangsspannung bei 2,5V beizubehalten, die vier Eingangserkennungsspannungspegel 102, 104, 106, 108 auf 2,68V, 2,62V, 2,56V und 2,5V eingestellt. Die Eingangserkennungsspannungspegel sind vorgegeben, um sicherzustellen, dass die Ladungspumpenausgangsspannung bei Knoten 130 angemessen höher als die Stromlastanforderungen der Last 140 bleibt.
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Jeder der Eingangsspannungspegel-Erkennungsschaltungszweige 310, 312, 313 und 316 umfasst einen PMOS-Transistor und einen NMOS-Transistor. Zum Beispiel umfasst der Eingangsspannungspegel-Erkennungsschaltungszweig 310 PMOS-Transistor 330 und NMOS-Transistor 340. Der Source-Anschluss der PMOS-Transistoren 330, 332, 334, 336 der jeweiligen Eingangsspannungspegel-Erkennungsschaltungszweige 310, 312, 314, 316 ist jeweils mit einem Betriebsspannungsanschluss 350 verbunden, der dazu eingerichtet ist, eine Versorgungsspannung VDIO zu empfangen. Der Drain-Anschluss von jedem PMOS-Transistor 340, 342, 344, 346 ist an den Drain-Anschluss seines jeweiligen NMOS-Transistors 340, 342, 344, 346 gebunden und ist auch mit jeweiligen Aktivierungssignalen 112, 114, 116, 118 verbunden. Die Source-Anschlüsse von jedem der NMOS-Transistoren 340, 342, 344, 346 sind mit dem Drain-Anschluss des NMOS-Transistors 360 verbunden. Der Source-Anschluss des NMOS-Transistors 360 ist mit Masse verbunden.
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Die Gate-Anschlüsse der PMOS-Transistoren 330, 332, 334, 336 sind aneinandergebunden und sind auch mit dem Gate-Anschluss und Drain-Anschluss eines PMOS-Transistors 338 verbunden, der Teil einer Ladungspumpenausgangspannungspegel-Erkennungsschaltung 318 ist. Die Gate-Anschlüsse der NMOS-Transistoren 340, 342, 344, 346 sind dazu eingerichtet, die jeweiligen Eingangserkennungsspannungspegel 102, 104, 106, 108 zu empfangen. Der Gate-Anschluss des NMOS 348 der Ladungspumpenspannungspegel-Erkennungsschaltung 318 ist mit der Ladungspumpenausgangsspannung bei Knoten 130 verbunden. Der Drain-Anschluss des NMOS-Transistors 348 ist an den Drain-Anschluss des PMOS-Transistors 338 gebunden und der Source-Anschluss des NMOS-Transistors ist an den Source-Anschluss der NMOS-Transistoren 340, 342, 346, 348 gebunden und mit dem Drain-Anschluss des NMOS-Transistors 360 verbunden.
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Die Eingangsspannungspegel-Erkennungsschaltungszweige 310, 312, 314, 316 sind in einer Stromspiegelkonfiguration mit der Ladungspumpenausgangsspannungspegel-Erkennungsschaltung 318. Die Stromspiegelkonfiguration stellt ein Transimpedanzelement bereit, sodass die Eingangsspannungspegel-Erkennungsschaltungszweige 310-316 einen Spannungsausgang 112-118 aufweisen.
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In einem Beispiel sind die PMOS-Transistoren 330, 332, 334, 336 von jedem der Mehrzahl von Eingangsspannungspegel-Erkennungsschaltungszweigen 310, 312, 314, 316 gestaltet, dieselbe Größe wie der PMOS-Transistor 338 aufzuweisen und die NMOS-Transistoren 340, 342, 344, 346 von jedem der Mehrzahl von Eingangsspannungspegel-Erkennungsschaltungszweigen 310, 312, 314, 316 sind gestaltet, dieselbe Größe wie der NMOS-Transistor 348 aufzuweisen. Die Größe solcher MOS-Bauelemente ist zum Beispiel durch die Breiten- und Längenparameter der MOS-Bauelemente definiert. Zum Beispiel erlaubt ein breiteres Bauelement mehr Stromfluss. Die Breiten- und Längenparameter können so ausgewählt sein, dass die MOS-Bauelemente ausreichende Antriebsstärke aufweisen, um die gewünschten Strom- und Verlustpegel zuzuleiten. Zusätzlich zu den passenden Größen der Transistoren sind die Gestaltung der PMOS-Transistoren alle dazu eingerichtet zusammenzupassen und die Gestaltung der NMOS-Transistoren sind alle dazu eingerichtet zusammenzupassen.
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Im veranschaulichten Beispiel ist die Erkennungsschaltung 110 unter Verwendung einer Spannungskomparatorschaltung 300 implementiert. Die Ladungspumpenausgangsspannung bei Knoten 130 ist an den Gate-Anschluss des NMOS-Bauelements 348 der Ladungspumpenspannungspegel-Erkennungsschaltung 318 als Teil eines Rückkopplungsmechanismus gekoppelt. Der Betrieb des NMOS-Bauelements 348 ist daher durch eine Ladungspumpenausgangsspannung bei Knoten 130 gesteuert. Der NMOS-Transistor 360 ist dazu eingerichtet, in einer Stromspiegelkonfiguration mit dem NMOS-Transistor 322 zu sein. Dementsprechend passt der Strom, der durch NMOS-Transistor 322 fließt, mit dem Strom, der durch den NMOS-Transistor 360 fließt, zusammen. Daher summiert sich der Strom, der durch jeden Zweig 310-318 fließt, so, dass er mit der Stromquelle 320 zusammenpasst.
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Die Erkennungsschaltung 110 ist dazu eingerichtet, die Spannung bei Knoten 130 mit jedem der Mehrzahl von Eingangserkennungsspannungspegeln 102, 104, 106, 108 zu vergleichen. Zum Beispiel, falls der Ladungspumpenbetrieb nicht die nötige Stromlast zuleiten kann, wird die Ladungspumpenausgangsspannung bei Knoten 130 abnehmen. Nach Vergleichen der Ladungspumpenausgangsspannung bei Knoten 130 mit dem ersten Erkennungsspannungspegel 102, steigt das entsprechende Aktivierungssignal 112 an, falls der Spannungspegel 102 niedriger als die Ladungspumpenausgangsspannung bei Knoten 130 ist. Derselbe Prozess geschieht auch mit den anderen Eingangsspannungspegel-Erkennungsschaltungszweigen 312, 314 und 316. Wenn die Last 140 eine höhere Stromlast zieht, werden mehr Aktivierungssignale 112-118 hochgezogen, um nachfolgend mehrere Ladungspumpenschaltungen einzuschalten.
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4 veranschaulicht ein beispielhaftes Niederwelligkeitsspannungssignalsystem 400 in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform des Ladungspumpensystems 120. Das Niederwelligkeitsspannungssignalsystem 400 umfasst die Erkennungsschaltung 110, das Ladungspumpensystem 120 und die Last 140. Die veranschaulichte Ausführungsform des Ladungspumpensystems 120 enthält eine Mehrzahl von Ladungspumpen 410, 420, 430, 440. Obwohl die Ausführungsform des Ladungspumpensystems 120 von 4 vier Ladungspumpen 410, 420, 430, 440 zeigt, ist klar, dass das Ladungspumpensystem 120 mehr oder weniger Ladungspumpen enthalten kann. Jede Ladungspumpe empfängt ein jeweiliges der Aktivierungssignale 112, 114, 116, 118 und ein fixiertes Frequenztaktsignal 450 als Eingänge. Die Ausgänge der Mehrzahl von Ladungspumpen sind aneinandergebunden und dienen als der Eingang zur Last 140.
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Die Ladungspumpen 410, 420, 430, 440 arbeiten basierend auf dem Zustand der Aktivierungssignale 112, 114, 116, 118 von der Erkennungsschaltung 110. Zum Beispiel, falls das Aktivierungssignal 112, das von der Ladungspumpe 410 empfangen wird, hoch ist, wird die Ladungspumpe 410 einen angehobenen Pegel von Ladungspumpensystemausgangsspannung bei Knoten 130 erzeugen. Der Spannungspegel bei Knoten 130 kann durch Ein- oder Ausschalten einer oder mehrerer der Ladungspumpen 410, 420, 430, 440 angepasst werden. Die Anpassung, um jegliche Schwankungen oder Welligkeiten in der Ladungspumpensystemausgangsspannung zu korrigieren, wird automatisch unter Verwendung der Erkennungsschaltung 110 vorgenommen, die mit der Rückkopplung von der Ladungspumpensystemausgangsspannung bei Knoten 130 gekoppelt ist. Die Erkennungsschaltung 110 überwacht den Ladungspumpensystemspannungspegel beim Knoten 130 und steuert die Ladungspumpen 410, 420, 430, 440 entsprechend. Falls der Ladungspumpensystemausgangsspannungspegel bei Knoten 130 abfällt, nehmen die mehreren Spannungserkennungsschaltungen den Abfall wahr und lösen die relevanten Eingangsspannungspegel-Erkennungsschaltungszweige aus, um das entsprechende Aktivierungssignal hochzudrehen. Die Aktivierungssignale steuern jeweils eine Ladungspumpe, die sich nachfolgend einschaltet, um eine angehobene Spannung auszugeben. Die Zahl von Ladungspumpen, die eingeschaltet sind, und die Betriebskapazität von jeder Ladungspumpe ist direkt proportional zur Spannungsanhebungsmenge, die durch den Ladungspumpensystemausgangsspannungspegel bei Knoten 130 empfangen wird. Zum Beispiel, falls jede Ladungspumpe die Betriebskapazität aufweist, um eine Spannungsanhebung von 0,06V zu erzeugen und die Ladungspumpensystemausgangsspannung um 0,18V abfällt, werden drei der Ladungspumpen automatisch eingeschalten, um die Ladungspumpensystemausgangsspannung um 0,18V anzuheben. Daher werden jegliche Abfälle in der Ladungspumpensystemausgangsspannung durch die Anhebung von Spannung, die durch Einschalten der geeigneten Ladungspumpen innerhalb des Ladungspumpensystems 120 bereitgestellt ist, korrigiert.
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Wenn zum Beispiel, bei Betrachtung des gesamten Ladungspumpensystems 120, eine Ladungspumpe eingeschaltet ist, erhält die Ladungspumpenausgangsspannung bei Knoten 130 eine Spannungsanhebung. Wenn die Ladungspumpenausgangsspannung bei Knoten 130 den zweiten Erkennungsspannungspegel 104 erreicht, geht das Aktivierungssignal 114 hoch und aktiviert eine zweite Ladungspumpe, sich einzuschalten, was wiederum die Ladungspumpenausgangsspannung bei Knoten 130 noch weiter anhebt. Falls die Stromlast größer als die Betriebskapazität der Ladungspumpe ist, wird die Ausgangsspannung abnehmen und mehr Ladungspumpen auslösen, bis das Ladungspumpensystem arbeitet, um die Stromlast zu übersteigen. Da Betrieb des Ladungspumpensystems immer angemessen höher als die Stromlast ist, kann dies effektiv Überschwingen der Ladungspumpe vermeiden.
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5 veranschaulicht ein anderes Beispiel von Niederwelligkeitsspannungssignalsystem 500 in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform des Ladungspumpensystems 120. Das Niederwelligkeitsspannungssignalsystem 500 umfasst die Erkennungsschaltung 110, eine alternative Ausführungsform des Ladungspumpensystems 120 und die Last 140. Die Ausführungsform des in 5 gezeigten Ladungspumpensystems 120 enthält einen variablen Frequenzerzeuger 510 und eine Ladungspumpe 520. Ein Beispiel des variablen Frequenzerzeugers 510 kann unter Verwendung eines abstimmbaren Ringoszillators implementiert sein. Eine beispielhafte Implementierung des abstimmbaren Ringoszillators wird in Bezug auf 6 beschrieben, die weiter unten besprochen wird. Die Ladungspumpe 520 ist dazu eingerichtet, einen angehobenen Pegel von Ausgangsspannung beim Knoten 130 zu erzeugen. Das Ausgangssignal beim Knoten 130 wird auch als ein Eingangssignal für die Erkennungsschaltung 110 als Teil einer wie zuvor besprochenen Rückkopplungsschleife verwendet. Die in 5 gezeigte Erkennungsschaltung 110 ist angeordnet, den Ausgangsspannungspegel der Ladungspumpe 520 beim Knoten 130 zu überwachen. Der Ausgang der Erkennungsschaltung 110 ist ein Satz von Aktivierungssignalen 112, 114, 116, 118 für den Eingang des variablen Frequenzerzeugers 510. Die Frequenz des variablen Frequenzerzeugers 510 kann gemäß der Mehrzahl von Aktivierungssignalen 112, 114, 116, 118 angepasst werden, die durch die Erkennungsschaltung 110 bereitgestellt sind. Dies bedeutet auch, dass die Stromlast, die als der Eingang der Ladungspumpe 520 bereitgestellt ist, gemäß dem Ausgangsspannungspegel der Ladungspumpe 520 beim Knoten 130 angepasst werden kann, wodurch der Ausgangsspannungspegel der Ladungspumpe 520 stabilisiert wird.
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Zum Beispiel, wenn die Ausgangsspannung der Ladungspumpe 520 bei Knoten 130 abfällt, nimmt die Erkennungsschaltung den Abfall wahr und löst die relevanten Eingangsspannungspegel-Erkennungsschaltungszweige aus, um das entsprechende Aktivierungssignal hochzudrehen. Die Zahl von aktivierten Pegelerkennungsschaltungen wird zum digitalen Signal übersetzt, das verwendet wird, die Frequenzauswahl vom Ausgangstaktsignal des variablen Frequenzerzeugers 510 zu steuern. In einem Beispiel kann der variable Frequenzerzeuger eine abstimmbare Ringoszillatorschaltung umfassen. Eine niedrige Ladungspumpenausgangsspannung bei Knoten 130 kann einen schnelleren Ringoszillator starten, um den Ladungspumpbetrieb zu beschleunigen und einen größeren Ausgangsstrom zu induzieren, um den Abfallspannungspegel zu erhöhen, wodurch der Spannungsabfall beim Ladungspumpenausgang reguliert wird.
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6 veranschaulicht ein Beispiel eines abstimmbaren Ringoszillators 600, der innerhalb des in 1 gezeigten Ladungspumpensystems 120 implementiert sein kann. Der abstimmbare Ringoszillator 600 ist eine Schleife, die eine Mehrzahl von NAND-Gates 610, 612 und Wechselrichtern 620a-620g (gemeinsam Wechselrichter 620) umfasst. Der Oszillator 600 ist dazu eingerichtet, einen Frequenzausgang bei einer gewissen Frequenz an die Ladungspumpe 520 bereitzustellen. Der Ringoszillator 600 enthält weiter eine Mehrzahl von Eingangs-NAND-Gates 602, 604, 606.
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In diesem Beispiel können drei verschiedene Ausgangsfrequenzen bereitgestellt sein. Es ist jedoch klar, dass mehr oder weniger Frequenzen durch Verbinden von mehr NAND-Gates zusätzlich zu NAND-Gates 602, 604 und 606 und Durchleiten mehrerer Aktivierungssignale zu den NAND-Gate-Eingängen verfügbar gemacht werden können. NAND-Gates 602, 604 und 606 sind implementiert, um die Frequenzauswahl des abstimmbaren Ringoszillators 600 basierend auf den Aktivierungssignalen 112, 114, 116 von der Erkennungsschaltung 110 zu steuern. Jedes der NAND-Gates 602, 604, 606 weist einen Eingang auf, der verbunden ist, um ein entsprechendes der Aktivierungssignale 112, 114, 116 von der in 3 gezeigten Erkennungsschaltung 110 zu empfangen. Die NAND-Gates 602, 604, 606 weisen weiter einen zweiten Eingang auf, der verbunden ist, um den Oszillatorausgang 608 als ein Rückkopplungssignal zu empfangen. Für die NAND-Gates 602 und 604 sind die Ausgänge jeweils an einen Eingang der NAND-Gates 610 und 612 gebunden. Die NAND-Gates 610 und 612 werden verwendet, um zu ermitteln, wie viele Sätze von Wechselrichtern 620 mit der Schleife verbunden sind.
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Im abstimmbaren Ringoszillator 600 kann die Frequenz gemäß einem oder mehreren Aktivierungssignalen 112, 114, 116 von der in 3 gezeigten Erkennungsschaltung 110 angepasst sein. Die Wechselrichter 620 fungieren als Verzögerungselemente und der abstimmbare Ringoszillator 600 arbeitet unter Verwendung der Zeitverzögerungen, die durch die Wechselrichter 620 implementiert sind, um die Frequenz des Ausgangssignals 608 zu ändern. Falls eine höhere Zahl von Wechselrichtern 620 verbunden ist, stellt der Oszillator 600 ein niedrigeres Frequenzausgangssignal bei Knoten 608 bereit, während falls eine niedrigere Zahl von Wechselrichtern 620 verbunden ist, der Oszillator 600 ein höheres Frequenzausgangssignal bei Knoten 608 bereitstellt. Mit verschiedenen Kombinationen von Aktivierungssignalen, die NAND-Gates 602, 604, 606, 610, 612 steuern, kann die Zahl von Wechselrichtern 620, die Teil des Rings sind, angepasst werden und daher kann die Frequenz des abstimmbaren Ringoszillators 600 angepasst werden. Falls eine höhere Zahl von Aktivierungssignalen eingeschaltet ist, weist das Oszillatorausgangssignal eine niedrigere Frequenz auf. Falls weniger Aktivierungssignale eingeschaltet sind, weist das Oszillatorausgangssignal eine höhere Frequenz auf.
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7 veranschaulicht ein Verfahren 700 in Übereinstimmung mit offenbarten Ausführungsformen. Bei Schritt 710 wird eine Ausgangsspannung bei einem Ausgangsknoten 130 einer Ladungspumpe 120 mit einer Mehrzahl vordefinierter Eingangserkennungsspannungspegeln bei Eingangsanschlüssen 102-104 verglichen. Bei Schritt 712 werden ein oder mehrere einer Mehrzahl von Aktivierungssignalen bei Aktivierungsanschlüssen 112-118 basierend auf dem Vergleich von Schritt 710 eingeschaltet. Basierend auf den Aktivierungssignalen, die eingeschaltet sind, wird die Ladungspumpe 120 bei Schritt 714 gesteuert, um die Ausgangsspannung der Ladungspumpe wie in Schritt 716 gezeigt zu modifizieren. Zum Beispiel kann eine Taktsignalfrequenz aus einer Mehrzahl von vorgegebenen Frequenzen durch den in 5 gezeigten variablen Frequenzerzeuger 510 ausgewählt werden und die ausgewählte Taktfrequenz wird an die Ladungspumpe 120 ausgegeben. In anderen Beispielen kann eine oder können mehrere einer Mehrzahl von Ladungspumpen 410 basierend auf den Aktivierungssignalen wie in 4 gezeigt aktiviert werden.
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Daher stellen offenbarte Ausführungsformen ein Ladungspumpensystem bereit, das die Welligkeitsamplitude einer Ladungspumpenschaltungsausgangsspannung minimiert, ohne das Schaltungsgebiet oder die Stromlast zu erhöhen. Manche offenbarte Ausführungsformen enthalten eine Erkennungsschaltung und einen Rückkopplungsmechanismus, um einen Spannungsabfall wahrzunehmen, um automatisch ein Ladungspumpensystem zu aktivieren, um den Spannungsabfall zu kompensieren, wodurch eine Welligkeitsamplitude im Spannungssignal verringert wird.
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In Übereinstimmung mit manchen Ausführungsformen wird ein System offenbart, das Welligkeit einer Ladungspumpensystemausgangsspannung verringert. Das System umfasst ein Ladungspumpensystem, das eine Mehrzahl von Aktivierungssignaleingangsanschlüssen und einen Ausgangsanschluss aufweist, wobei das Ladungspumpensystem dazu eingerichtet ist, eine Ausgangsspannung beim Ausgangsanschluss bereitzustellen; und eine Erkennungsschaltung, die mit den Aktivierungsanschlüssen und dem Ausgangsanschluss des Ladungspumpensystems verbunden ist, wobei die Erkennungsschaltung dazu eingerichtet ist, die Ladungspumpensystemausgangsspannung mit einer Mehrzahl von vordefinierten Eingangserkennungsspannungspegeln zu vergleichen und selektiv eine Mehrzahl von Aktivierungssignalen an die Ladungspumpensystem-Aktivierungssignaleingangsanschlüsse in Antwort auf den Vergleich auszugeben.
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In Übereinstimmung mit weiteren Ausführungsformen wird ein Speichersystem offenbart, das eine Niederwelligkeitseingangsspannung enthält. Das Speicherzellensystem umfasst: ein Array von Speicherzellen; eine Mehrzahl von Bitleitungen, die mit dem Array von Speicherzellen verbunden sind; eine Mehrzahl von Ladungspumpen, wobei jede einen Aktivierungssignaleingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss mit der Mehrzahl von Bitleitungen gekoppelt aufweist; und eine Erkennungsschaltung, die mit den Aktivierungsanschlüssen und dem Ausgangsanschluss der Ladungspumpe verbunden ist, wobei die Erkennungsschaltung dazu eingerichtet ist, die Ladungspumpenausgangsspannung mit einer Mehrzahl von vordefinierten Referenzspannungspegeln zu vergleichen und eine Mehrzahl von jeweiligen Aktivierungssignalen mit den Ladungspumpenaktivierungssignaleingangsanschlüssen in Antwort auf den Vergleich selektiv auszugeben.
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In Übereinstimmung mit anderen Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Erzeugen einer Niederwelligkeitsladungspumpensystem-Ausgangsspannung offenbart. Das Verfahren umfasst: Vergleichen einer Ausgangsspannung einer Ladungspumpe mit einer Mehrzahl von vordefinierten Eingangserkennungsspannungspegeln; basierend auf dem Vergleich, Veranlassen eines oder mehrerer einer Mehrzahl von Aktivierungssignalen, sich einzuschalten; basierend auf den Aktivierungssignalen, die eingeschaltet sind, Auswählen einer Taktsignalfrequenz aus einer Mehrzahl von vorgegebenen Frequenzen; Ausgeben der ausgewählten Taktfrequenz an die Ladungspumpe; und Modifizieren der Ausgangsspannung der Ladungspumpe basierend auf der ausgewählten Taktfrequenz.
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Das Vorangehende umreißt Merkmale einiger Ausführungsformen, sodass Fachkundige die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen können. Fachkundige sollten begrüßen, dass sie die vorliegende Offenbarung bereits als eine Basis zum Gestalten und Modifizieren anderer Prozesse und Strukturen zum Umsetzen derselben Zwecke und/oder Erzielen derselben Vorteile der hierin vorgebrachten Ausführungsformen verwenden können. Fachkundige sollten auch verstehen, dass solche gleichwertigen Konstruktionen nicht vom Wesen und Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen und dass sie unterschiedliche Änderungen Ersetzungen und Abänderungen hierin vornehmen können, ohne vom Wesen und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
