KR20140078609A - 판독 및 프로그램을 위해 동적으로 재구성가능한 충전 펌프 시스템 - Google Patents

판독 및 프로그램을 위해 동적으로 재구성가능한 충전 펌프 시스템 Download PDF

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KR20140078609A
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쿠이 비 응구옌
조나단 호앙 후인
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샌디스크 테크놀로지스, 인코포레이티드
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Abstract

충전 펌프 시스템은 고 전압 발생 시스템의 면적 및 파워 소비를 감소시킬 수 있는 배열에서, 몇몇을 동시에 포함하여, 복수의 조정된 출력 레벨들을 제공할 수 있다. 충전 펌프 시스템은 출력 요건들에 기초하여 동적으로 재구성될 수 있다. 출력 레벨이 낮지만 큰 AC, DC 부하를 위해 요구될 때, 시스템은 부하를 공유하기 위해 병렬로 구성된다. 비휘발성 메모리에서 프로그램하기 위한 것과 같이 더 높은 출력이 요구될 때, 시스템은 요망되는 고 출력 레벨을 발생하게 직렬로 구성된다. 예시적인 실시예는 각 동작에서 모든 펌프 유닛들을 사용하며, 따라서, 더 큰, 더 많은 파워 소비 배열들과 동일한 펌프 능력을 여전히 전달하면서도, 더 작은 펌프 면적 및 더 적은 파워 소비를 위해 최적화될 수 있다.

Description

판독 및 프로그램을 위해 동적으로 재구성가능한 충전 펌프 시스템{CHARGE PUMP SYSTEM DYNAMICALLY RECONFIGURABLE FOR READ AND PROGRAM}
본 발명은 일반적으로 충전 펌프들의 분야에 관한 것으로, 특히 복수의 서로 다른 출력 레벨들을 동시에 공급할 수 있는 충전 펌프 시스템들에 관한 것이다.
충전 펌프들은 이의 DC 입력 전압보다 큰 DC 출력 전압을 제공하기 위해 스위칭 프로세스를 사용한다. 일반적으로, 충전 펌프는 입력과 출력 간을 스위칭하기 위해 결합된 캐패시터를 가질 것이다. 한 클럭 반 사이클인 충전 반 사이클 동안에 캐패시터는 입력 전압까지 충전하기 위해서 입력에 병렬로 결합한다. 제 2 클럭 반 사이클인 전송 반 사이클 동안에, 충전된 캐패시터는 입력 전압의 레벨에 두 배의 출력 전압을 제공하기 위해서 입력 전압과 직렬로 결합한다. 이 프로세스가 도 1a 및 도 1b에 도시되었다. 도 1a에서, 캐패시터(5)는 충전 반 사이클을 예시하기 위해 입력 전압(VIN)과 병렬로 배열된다. 도 1b에서, 충전된 캐패시터(5)는 전송 반 사이클을 예시하기 위해서 입력 전압과 직렬로 배열된다. 도 1b에 보인 바와 같이, 이에 따라, 충전된 캐패시터(5)의 양의 단자는 그라운드에 관하여 2*VIN이 될 것이다.
충전 펌프들은 많은 상황들에서 사용된다. 예를 들면, 이들은 낮은 파워 공급 전압으로부터 프로그래밍 또는 소거 전압들과 같은 많은 필요한 동작 전압들을 발생하기 위해서 EEPROM, 플래시 EEPROM 및 다른 비휘발성 메모리들 상에 주변 회로들로서 사용된다. 종래의 딕슨형 펌프들과 같은 다수의 충전 펌프 설계들이 이 기술에 공지되어 있다. 그러나 충전 펌프들에의 일반적인 의존을 고려해 볼 때, 특히 펌프들의 레이아웃 면적량 및 전류 소비 요건들을 감소시키려는 것에 관하여 펌프 설계에 있어 개선할 계속적인 필요성이 존재한다.
도 2는 전형적인 충전 펌프 배열의 상위 레벨 블록도이다. 여기에 기술된 설계들은 펌프부(201)의 상세에서 종래기술과 상이하다. 도 2에 도시된 바와 같이, 펌프(201)는 입력들로서 클럭 신호와 전압(Vreg)을 가지며 출력(Vout)을 제공한다. 고(Vdd) 및 저(그라운드) 연결들은 명확히 도시되지 않았다. 전압(Vreg)은 외부 전압원으로부터 기준 전압(Vref)과 출력 전압(Vout)을 입력들로서 갖는 조정기(regulator)(203)에 의해 제공된다. 조정기 블록(203)은 Vout의 요망되는 값이 얻어질 수 있게 Vreg의 값을 조정한다. 펌프부(201)는 전형적으로, 예시적인 실시예들에 대해 이하 기술된 바와 같이, 교차-결합된 요소들을 가질 것이다. (충전 펌프는 전형적으로 일부 사용들에서 "충전 펌프"가 펌프부(201)만을 지칭할지라도, 조정기가 포함될 때는 펌프 부분(201) 및 조정기(203) 둘 다를 지칭하기 위해 취해진다).
더 높은 레벨들을 제공하기 위해서, 충전 펌프는 입력 전압을 일련의 스테이지들에서 점차적으로 승압(boost)할 것이다. 비휘발성 메모리를 위한 것과 같은, 많은 충전 펌프 응용들에서, 몇몇의 서로 다른 조정된 출력들이 종종 동시에 필요해진다. 출력 레벨들의 정확성을 보유하면서, 이들의 파워 및 에너지 요건들 모두를 감소시킴으로써 이러한 시스템의 효율을 개선할 계속적인 필요성이 존재한다.
제 1의 한 세트의 측면들에 따라, 입력 전압을 수신하여 이 입력 전압으로부터 각각 제 1 및 제 2 출력 노드들에서 제 1 및 제 2 조정된 출력 전압들을 발생하게 연결된 충전 펌프 시스템이 제시된다. 시스템은 입력 전압을 수신하여 입력 전압으로부터 발생된 출력 전압을 제 1 출력 노드에서 제공하게 연결된 제 1 충전 펌프를 포함한다. 또한, 시스템은 제 2 출력 노드에서 제 2 출력 전압을 제공하게 연결되고 입력 전압을 수신하게 연결될 수 있는 제 2 충전 펌프를 포함한다. 시스템은 입력 전압을 수신하게 연결될 수 있는 제 3 충전 펌프를 더 포함한다. 시스템은 제 1 스위치로서, 이에 의해 제 3 충전 펌프의 출력이 제 1 출력 노드에 연결될 수 있는 것인, 제 1 스위치; 한 세트의 제 2 스위치들로서, 이에 의해 제 1 충전 펌프의 출력이 제 3 충전 펌프에 공급될 수 있고 제 3 충전 펌프의 상기 출력이 제 2 충전 펌프에 공급될 수 있는 것인, 한 세트의 제 2 스위치들을 포함한다. 제 1 조정 회로(regulation circuit)는 제 1 출력 노드에서 전압을 수신하게 연결되고, 제 2 조정 회로는 제 2 출력 노드에서 전압을 수신하게 연결되며, 제어회로는 제 1 및 제 2 스위치들에 연결되어, 충전 펌프 시스템이 제 1 또는 제 2 모드 중 하나에서 동작될 수 있게 한다. 제 1 모드에서, 제 1 스위치는 온이고 제 2 스위치들은 오프이며 따라서 제 1 및 제 3 충전 펌프들은 입력 전압으로부터 제 1 출력 노드에 출력 전압을 발생하게 병렬로 연결되고, 제 1 조정 회로에 의해 제 1 조정된 출력 전압에 조정되며, 제 2 충전 펌프는 입력 전압으로부터 제 2 출력 노드에서 출력 전압을 발생하며, 제 2 조정 회로에 의해 제 2 조정된 출력 전압에 조정된다. 제 2 모드에서, 상기 제 1 스위치는 오프이고 상기 제 2 스위치들은 온이며 따라서 제 1 충전 펌프는 입력으로부터 제 1 출력 노드에서 출력 전압을 발생하고 제 1 조정 회로에 의해 제 1 조정된 출력 전압에 조정되고, 제 3 및 제 2 충전 펌프들은 제 1 출력 전압으로부터 제 2 출력 노드에서 출력 전압을 발생하게 직렬로 연결되고 제 2 조정 회로에 의해 제 2 조정된 출력 전압에 조정된다. 제 2 조정된 출력 전압은 제 1 조정된 출력 전압보다 높으며, 제 2 조정된 출력 전압은 제 1 모드에서보다 제 2 모드에서 더 높다.
다른 측면들에서, 각각의 제 1 및 제 2 출력 노드들에서 제 1 및 제 2 조정된 전압을 제공하게 충전 펌프 시스템을 동작시키는 방법이 제시된다. 방법은 제 1 모드 또는 제 2 모드에서 충전 펌프 시스템을 선택적으로 동작시키는 단계를 포함한다. 제 1 모드는 입력 전압으로부터 제 1 출력 노드에서 제 1 출력 전압을 발생하게 제 1 충전 펌프 및 제 2 충전 펌프를 병렬로 동작시키는 단계, 및 입력 전압으로부터 제 2 출력 노드에서 제 2 출력 전압을 발생하게 제 3 충전 펌프를 동작시키는 단계를 동시에 포함한다. 제 1 모드는 또한 제 1 출력 전압을 제 1 조정된 레벨에 조정하는 단계; 및 제 2 출력 전압을 제 1 조정된 레벨보다 높은 제 2 조정된 레벨에 조정하는 단계를 포함한다. 제 2 모드는 동시에, 입력 전압으로부터 제 1 출력 노드에서 제 1 출력 전압을 발생하게 상기 제 1 충전 펌프를 동작시키는 단계; 및 입력 전압으로부터 제 2 출력 노드에서 제 2 출력 전압을 발생하게 제 1 충전 펌프, 제 2 충전 펌프, 및 제 3 충전 펌프를 직렬로 동작시키는 단계를 포함한다. 제 2 모드는 또한 제 1 출력 전압을 제 1 조정된 레벨에 조정하는 단계; 및 제 2 출력 전압을 제 2 조정된 레벨에 조정하는 단계를 포함하고, 제 2 조정된 레벨은 제 1 조정된 레벨보다 높으며, 제 2 모드의 제 2 조정된 전압은 제 1 모드의 제 2 조정된 전압보다 높다.
본 발명의 여러 측면들, 잇점들, 특징들 및 실시예들은 이의 예시적 예들의 다음 설명에 포함되고 이의 설명은 동반된 도면들에 관련하여 취해질 것이다. 본원에서 참조되는 모든 특허들, 특허출원들, 논문들, 그외 공보, 문서 및 자료들은 모든 목적을 위해 이들 전부가 참조로서 본원에 포함된다. 포함시킨 공보, 문서 혹은 자료들의 어느 것과 본원 간에 용어들의 정의 혹은 사용에 있어 어떤 모순 혹은 상충되는 범위에 있어선 본원의 것들이 우선할 것이다.
본 발명의 여러 측면들 및 특징들은 다음 도면들을 검토함으로써 더 잘 이해될 수 있다.
도 1a는 일반적인 충전 펌프에서 충전 반 사이클의 간이화된 회로도이다.
도 1b는 일반적인 충전 펌프에서 전송 반 사이클의 간이화된 회로도이다.
도 2는 조정된 충전 펌프에 대한 상위 레벨 블록도이다.
도 3은 복수-펌프, 복수-출력 충전 펌프 시스템의 예이다.
도 4는 도 3의 시스템의 동작을 도시한 것이다.
도 5는 복수의 조정된 출력 레벨들을 갖는 충전 펌프 시스템에 대한 예시적인 실시예이다.
도 6은 도 5의 시스템의 동작을 도시한 것이다.
다음은 고 전압 발생 시스템의 면적 및 파워 소비를 감소시킬 수 있는, 몇개를 동시에 포함하는, 복수의 조정된 출력 레벨들을 제공하기 위한 충전 펌프 시스템을 제시한다. 충전 펌프 시스템은 출력 요건들에 기초하여 동적으로 재구성될 수 있다. 출력 레벨이 낮을 때, 그러나 큰 AC, DC 부하를 위해 요구될 때, 시스템은 부하를 공유하기 위해 병렬로 구성된다. 이를테면 비휘발성 메모리에서 프로그래밍 전압 VPGM을 위해 더 높은 출력이 요구될 때, 시스템은 요망되는 고 출력 레벨을 발생하기 위해 직렬로 구성된다. 예시적인 실시예는 각 동작에서 모든 펌프 유닛들을 사용하며, 따라서, 더 큰, 더 많은 파워 소비 배열들과 동일한 펌프 능력을 여전히 전달하면서도, 더 작은 펌프 면적 및 더 적은 파워 소비를 위해 최적화될 수 있다.
몇가지 상황을 제공하기 위해서, 예시적인 실시예를 제시하기 전에, 대안적 충전 펌프 시스템의 예가 도 3에 관련하여 논의된다. 도 3의 시스템은 공급(supply) 레벨 이상으로 승압된 3개의 조정된 레벨들을 제공하기 위해서 3개의 충전 펌프들로 설계된다. 저 전압 충전 펌프 LV(301)는 VOUT1을 발생하며 VOUT1을 수신하여 펌프를 요망되는 레벨까지 조정하는 LVReg(311)에 의해 조정된다. 고 전압 충전 펌프 HV(303)는 입력으로서 LV 펌프(301)로부터의 VOUT1을 가지며, 이어 이것은 HVReg(313)에 의해 조정되는 출력(VOUT2)을 발생하기 위해 하나 이상의 서로 다른 스테이지들을 통해 승압한다. 제 3 충전 펌프(305)는 Reg(315)에 의해 조정되는 제 3 레벨(VOUT3)을 발생한다. 예를 들면, NAND-형 플래시 메모리와 같은 비휘발성 메모리 시스템에서 VOUT3는 검증 동작들 동안에 판독 레벨들을 디코딩하기 위한 공급(supply)으로서 사용될 수도 있을 것이다. 3개의 펌프들 각각은 대응하는 신호들(ENABLE1, ENABLE2, ENABLE3) 중 하나에 의해 독립적으로 활성화된다.
도 4는 출력 레벨들이 프로그래밍 동작 동안에 NAND 메모리를 위해 인가될 때에 VOUT1, VOUT2 및 VOUT3의 값들 및 선택된 워드라인 상에 레벨을 도시한 것이다. VOUT1은 예를 들면 컬럼 또는 비트라인에 관계된 전압들을 공급하기 위해 사용되며, 임의의 동작의 시작에서 활성화되고 모든 동작을 위해 동일 레벨에 조정된다. VOUT2는 프로그래밍 전압(VPGM)을 선택된 워드라인에 공급하기 위해서, 그리고 프로그램 동작 동안에 VPGM 레벨을 전하기 위해 사용되는 디코딩 전압을 위해 사용된다. VOUT2는 각 프로그래밍 펄스 사이에 검증 동작 동안에 조정되어 유지되고, 필요하다면, 검증 후에 프로그래밍 펄스(dVPGM)의 스텝 크기만큼 증가된다. VOUT3은 검증 국면 동안에 감지 레벨들을 워드라인들에 전하기 위해 디코딩 회로에 공급되게 (VREADH/VREADHH)까지 조정되고, 다양한 승압 선택들에서 비선택된 워드라인들에 공급하고 공급하기 위해 프로그래밍 국면 동안에 낮은 레벨에 그리고 NAND 스트링들에 대해 선택 게이트 레벨들에 조정된다. 이러한 배열 하에서, VOUT2는 프로그래밍 파형의 각 스텝 동안에만 한 스텝 상승되고, 전체 프로그램 동작 동안에, 심지어 검증 국면 동안에도, 고(high)로 유지됨에 유의한다.
도 5는 본원에서 제시되는 많은 측면들을 보여주는 예시적 충전 펌프 시스템을 도시한 것이다. 충전 펌프 시스템은 2개의 조정된 출력들로서 VOUT1 및 더 높은 VOUT2을 제공하며, VOUT2을 위한 서로 다른 값들을 갖는 2가지 모드들에서 동작한다. 도 5의 펌프 시스템은 비교적 저 전압 충전 펌프 LV(501) 및 스테이지들을 가진 몇몇의 더 높은 전압 충전 펌프들로 구성된다. 더 높은 전압 충전 펌프 스테이지들은 위배된 장치 EDR(Electrical Design Rule) 없이 고 전압 레벨을 가진 출력을 전달하는 능력에 의해 구별된다. 고 전압 충전 펌프들은 입력으로서 장치 상에 고 공급 레벨(VCC)로 시작하거나, 혹은 또 다른 펌프들의 출력으로부터의 입력으로 시작하는 능력을 갖게 설계된다. 도 5의 예에서, 고 전압 스테이지 펌프들은 SW2 스위치들(521, 523, 525)이 오프일 때 VCC로 시작할 수 있거나, 혹은 SW2 스위치들(521, 523, 525)이 온일 때 이전의 펌프의 출력으로 시작할 수 있는 하나 이상의(여기에서는 2) MID 스테이지들(503, 505), 그리고 펌프 OUT(507)를 포함한다. 스위치들 SW1(531, 533)은 HV 스테이지들인 MID 펌프들(503, 505) 출력들과 VOUT1 사이에 추가된다. 이것은 VOUT1 부하에 공급하기 위해 MID 펌프들이 LV 펌프(501)와 병렬로 작동하게 한다. 펌프들 사이에 SW2 스위치들은 이를테면 프로그램에 공급하기 위해 필요로 되는 것과 같은, 일종의 고 출력을 공급하기 위해 모든 펌프 유닛들이 직렬로 구성될 수 있게 한다.
도 5의 시스템은 활성화 신호들을 위한 특정한 배열을 도시한 것이다. 신호 ENABLE1은 VOUT1이 요구될 때 ENABLE1=high로하여, LV 충전 펌프(501)를 제어한다. ENABLE1 및 ENABLE2 둘 다는 HV 펌프들인 MID(503, 505)를 제어하기 위해 연결된다. 예를 들면, NAND를 위한 적용에서, 판독 및 검증 동안에 메모리는 ENABLE1=high, ENABLE2=0를 설정할 수 있을 것이며, SW1(531, 533) 둘 다 활성화된다. 펌프들 MID(503, 505)은 이들의 출력들이 병렬로 연결되게 하여 펌프 LV(501)이 VOUT1에 연결된 AC/DC 부하에 공급하는 것을 돕는다. (MID 펌프들(503, 505)은 고 전압 모드에서 사용될 땐 더 높은 전압들을 취급할 수 있지만, LV 펌프(501)와 동일한 량의 승압, 예를 들면 4배를 제공하게 설계될 수 있다). 프로그램 동안, ENABLE1 및 ENABLE2 둘 다 고(high)일 때, SW2 스위치들(521, 523, 525)이 활성화된다. 펌프들 MID(503, 505)는 이전 펌프로부터 입력을 취하고 HV 펌프 OUT(507)을 위한 매우 높은 출력을 발생한다. ENABLE2 및 ENABLE3 둘 다 HV 펌프 OUT(507)를 제어한다. 판독 및 검증 동안에, ENABLE3만이 고이고, ENABLE2는 저이며, HV 펌프 OUT(507)은 판독 전압을 전하기 위해 스위치들을 위한 디코딩을 위해 VCC로부터 VOUT2을 발생한다. 프로그램 동안에, 펄스 레벨을 발생하기 위해서 ENABLE2 및 ENABLE3 둘 다 고이며, HV 펌프 OUT(507)는 펌프 MID(505)로부터 입력을 취하며, VPGM을 위해서, 그리고 VPGM을 전하기 위해 디코딩 회로들에 공급하기 위해 매우 높은 VOUT2을 발생한다. ENABLE 신호들은 예를 들면 메모리 상에 상태머신(도시되지 않음)으로부터 공급될 수 있고, 반면 스위치들은 임의의 타이밍 제약들을 충족하기 위해 내부에서 제어될 수 있다.
VOUT1은 조정 회로 LVReg(541)에 연결되고, 이어 이것은 펌프(501)를 제어하기 위해 사용되며, VOUT1을 공급하기 위해 사용될 때는 MID 펌프들(503, 505)을 제어하기 위해 사용된다. 출력(VOUT2)은 고 전압 펌프들 OUT(507)을 조정하기 위해서, 그리고 VOUT2을 공급하기 위해 사용될 땐 MID 펌프들(503, 505)을 조정하기 위해 고 전압 조정 회로 HVReg(543)에서 수신된다. (여기에서, VOUT2을 발생하기 위해 MID 펌프들(503, 505)이 OUT 펌프(507)와 직렬이 될 때, 모든 이들 펌프는 동일한 플래그를 수신하는데, 그러나 다른 배열들에서는 이를테면 서로 다른 플래그들이 승압 체인에 서로 다른 지점들에 있을 때 펌프들을 차별하여 조정하기 위해 이들 플래그들을 사용하는 것이 사용될 수도 있을 것이다). 이 배열에서, HVReg(543)는 VOUT2을 검출하고, 직렬로 연결하였을 때 MID 펌프들(503, 505) 및 OUT 펌프(507)의 내부 펌프 클럭을 중지시키 위해 플래그 신호를 보낸다. VOUT1은 이미 LVReg(541)에 의해 조정되었고 펌프(501)를 위한 내부 LV 스테이지들을 제어하기 위해 이의 자신의 플래그를 갖기 때문에, 시스템은 HVReg 플래그를 LV 펌프(501)에 보낼 필요가 없다. 유사하게, 판독/검증 동작들 동안에, 펌프들 MID(503, 505) 및 LV 스테이지들(501)은 동일한 조정기들로 조정되기 때문에, LVReg로부터 플래그는 이 판독/검증 동작 동안 MID 펌프들(503, 505)을 위한 내부 펌프 클럭들(혹은 그러나 조정된)을 또한 제어한다. 적합한 조정 회로의 예들이 이하 인용된 참조문헌에서 주어진다.
결국, 스위치들(SW1, SW2)의 사용에 의해, 시스템은 두 모드들에서 동작할 수 있다. 각 모드에서, 시스템은 두 조정된 출력들(VOUT1, VOUT2)을 제공한다. 제 1 모드에서, SW1 스위치들이 온이고 SW2 스위치들이 오프일 때, MID 펌프들(503, 505)은, LV 펌프(501)과 같이, VOUT1에 기여하여, 이것을 VCC로부터 발생한다. 이 모드에서, HV 펌프(507)는 또한 VCC를 시작점으로서, 그러나 예를 들면, 다른 펌프들보다 더 많은 스테이지들을 사용함으로써 VOUT2를 발생하기 위해서, 사용한다. 제 2 모드에서, SW1 스위치들은 오프이며, SW2 스위치들은 온이다. 이 모드에서, LV 펌프(501)는 여전히 VCC로부터 VOUT1을 발생하고 있다. 다른 펌프들은 이제 직렬로 연결되고, 따라서 VOUT1는 이제 MID 펌프(503)에의 입력이 되고, 그러면 이것은 MID 펌프(505)에 입력이 되며, HV OUT 펌프(607)는 이제 이의 입력으로서 이 이미 승압된 레벨로 시작하여 더 높은 출력을 발생한다. 이것은 도 6에 의해 도시되었다.
판독 동작들 동안에, 모든 SW2는 오프이고, 내부 HV 스테이지들인 펌프 MID 및 OUT는 모두가 이들의 입력으로서 VCC로 시작하고 있다. HV 펌프 MID의 출력은 VOUT1이 이의 큰 AC 및 DC 부하를 위해 공급하는 것을 돕기 위해 SW1 스위치들을 통해 보내진다. 도 6은 NAND형 플래시 메모리의 기입 동작에 도 5의 시스템의 적용을 도시한 것으로, 두 모드들은 도시된 바와 같은 시퀀스로 검증 및 프로그래밍 펄스로서 교번하여 사용된다. 초기 검증부터 시작하여, LV 펌프(501) 및 HV 펌프 MID(503, 505)은 VOUT1이 검증 동작을 위해 큰 AC 및 DC 부하를 감당하는 것을 돕기 위해 병렬로 구성된다. HV 펌프 OUT(507)는 VCC로부터 시작하며, 프로그래밍 펄스를 위해 사용되는 것보다는 낮지만, 전형적으로 약 12V인, 검증의 감지 동작을 위해 워드라인들 상에 사용되는 전압들을 전하기에 충분히 높은 VOUT2 레벨을 발생한다. 제 1 검증을 완료하고 프로그램 국면을 위해 VOUT1 셋업을 돕는 것을 행한 후에, HV 스테이지 펌프들(503, 505, 507)은 VOUT2을 VPGM 레벨을 위한 매우 높은 레벨에 가져가고 또한 디코딩 스위치들이 선택된 워드라인들에 이 레벨을 공급하게 직렬로 구성된다. 검증 및 펄스 국면들은 기입 동작이 완료될 때까지 계속하여 교번하며, 프로그램 국면 동안에 VOUT2 레벨은 각 펄스로서 한 스텝 높아진다.
본원에서 논의되는 주된 측면들은 주로 서로 다른 펌프들의 관계 및 서로 다른 출력 레벨을 공급하기 위한 이들의 연결들의 토폴로지에 관한 것이다. 펌프들 자신들의 세부에 관하여, 다양한 설계들이 사용될 수 있다. 이전의 도면들에서 뿐만 아니라 도 5에서 충전 펌프들의 블록 표현 및 조정 회로의 기본적 구현만이 주어졌다. 충전 펌프 자체에 관하여, 다양한 설계들(전압 더블러, 딕슨형, 등등) 중 어느 것이든 사용될 수 있다. 유사하게, 이를테면 입력 클럭 신호의 주파수, 입력 전압의 진폭, 스테이지들의 수, 등등을 가변하는 것과 같이 제어 신호에 기초하여 출력이 어떻게 조정되는가에 대한 많은 방법들이 있다. 위에 예들에 뿐만 아니라 이하 예시적인 실시예들에 적용될 수 있는 이들 측면들에 관한 더 상세한 것은 예를 들면 웹페이지 "www.eecg.toronto.edu/~kphang/ecel371/chargepumps.pdf에서 입수될 수 있는, "Charge Pump Circuit Design" by Pan and Samaddar, McGraw-Hill, 2006, 또는 "Charge Pumps: An Overview", Pylarinos and Rogers, Department of Electrical and Computer Engineering University of Toronto에서 발견될 수 있다. 다양한 다른 충전 펌프 측면들 및 설계들에 관한 추가의 정보는 미국특허 5,436,587; 6,370,075; 6,556,465; 6,760,262; 6,922,096; 7,030,683; 7,554,311; 7,368,979; 7,795,952; 7,135,910; 7,973,592; 및 7,969,235; 미국특허공개번호 2009-0153230-A1; 2009-0153232-A1; 2009-0315616-A1; 2009-0322413-Al; 2009-0058506-A1; US-2011-0148509-A1; 2007-0126494-A1; 2007-0139099-Al; 2008-0307342 A1; 및 2009-0058507 A1; 및 둘 다 2010년 12월 20일에 출원된, 출원번호 12/973,641 및 12/973,493에서 발견될 수 있다. 가변 수의 브랜치들을 가진 펌프 시스템의 예들은 예를 들면, 미국특허 5,781,473에서 발견될 수 있고, 가변 수의 스테이지들은 예를 들면, 미국특허 5,602,194, 6,151,229 6,369,642, 6,370,075 및 6,486,728과, 미국특허공개번호 2011-0133820-A1에서 발견될 수 있다.
도 3 및 도 4에 관하여 논의된 바와 같이, 고 전압들을 제공하기 위한 전형적인 펌프 시스템 설계들은 몇개의 펌프들을 사용하며, 각 펌프는 독립적으로 제어되고 요구될 때 출력 레벨을 발생한다. 프로그램 전압(VPGM 레벨)을 발생하는 충전 펌프는 프로그램 동안 활성화되며, 판독 및 검증에선 비활성화 또는 사용되지 않으며, 다른 저 전압 충전 펌프는 전형적으로 큰 AC/DC 부하에 공급하기 위해 필요해진다. 이러한 배열은 큰 레이아웃 면적을 요구하며 비교적 큰 파워량을 인출할 것이다. 도 5 및 도 6의 예시적인 실시예는 2개의 조정된 출력들 및 2개의 중간 펌프들(MID 펌프들(503, 505)을 갖게 배열되지만, 응용에 따라 다른 개수들의 출력들 및 재구성가능한 중간 펌프들이 사용될 수 있다. 실시예의 상세가 어떻든 간에 도 및 도 6에 관하여 기술된 접근법은 출력 요건들에 기초하여 동적으로 재구성될 수 있는 충전 펌프 시스템을 위한 설계를 제시한다. 출력 레벨이 낮을 때, 그러나 큰 AC, DC 부하를 위해 요구할 때, 시스템은 부하를 공유하기 위해 병렬로 구성된다. VPGM와 같은 높은 출력을 위해 요구될 때 시스템은 직렬로 구성되며, 다음의 입력으로서 한 펌프의 출력을 취하며, 그럼으로써 VPGM 요건을 위한 고 출력 레벨을 발생할 수 있다. 이 접근법은 각 동작에서 모든 펌프 유닛들을 사용할 수 있고, 따라서 더 작은 펌프 면적 및 더 적은 파워 소비를 위해 최적화할 수 있으며, 여전히 이전의 접근법들과 동일한 펌프 능력을 전달할 수 있다.
발명이 특정 실시예들을 참조하여 기술되었을지라도, 설명은 발명의 적용의 예일 뿐이며 제한으로서 취해지지 않아야 한다. 결국, 개시된 실시예들의 특징들의 다양한 개조들 및 조합들은 다음 청구항들에 의해 포함된 바와 같은 발명의 범위 내에 있다.

Claims (11)

  1. 입력 전압을 수신하여 상기 입력 전압으로부터 각각의 제 1 및 제 2 출력 노드들에서 제 1 및 제 2 조정된 출력 전압들을 발생하게 연결된 충전 펌프 시스템에 있어서,
    상기 입력 전압을 수신하여 상기 입력 전압으로부터 발생된 출력 전압을 상기 제 1 출력 노드에서 제공하도록 연결된 제 1 충전 펌프;
    상기 제 2 출력 노드에서 제 2 출력 전압을 제공하도록 연결되고 상기 입력 전압을 수신하게 연결될 수 있는 제 2 충전 펌프;
    상기 입력 전압을 수신하도록 연결될 수 있는 제 3 충전 펌프;
    상기 제 3 충전 펌프의 출력이 상기 제 1 출력 노드에 연결될 수 있는 상기 제 1 스위치;
    상기 제 1 충전 펌프의 출력은 상기 제 3 충전 펌프에 공급될 수 있고 상기 제 3 충전 펌프의 출력은 상기 제 2 충전 펌프에 공급될 수 있는 한 세트의 제 2 스위치들;
    상기 제 1 출력 노드에서 전압을 수신하게 연결된 제 1 조정 회로;
    상기 제 2 출력 노드에서 전압을 수신하게 연결된 제 2 조정 회로; 및
    상기 충전 펌프 시스템이 제 1 모드 또는 제 2 모드 중 하나의 모드에서 동작될 수 있도록, 상기 제 1 스위치 및 제 2 스위치들에 연결된 제어회로를 포함하고;
    상기 제 1 모드에서, 상기 제 1 스위치는 온(on)이고 상기 제 2 스위치들은 오프(off)되어, 상기 제 1 충전 펌프 및 제 3 충전 펌프들은 상기 입력 전압으로부터 상기 제 1 출력 노드에 상기 출력 전압을 발생하게 병렬 연결되고 상기 제 1 조정 회로에 의해 상기 제 1 조정된 출력 전압에 조정되며, 상기 제 2 충전 펌프는 상기 입력 전압으로부터 상기 제 2 출력 노드에서 상기 출력 전압을 발생하며, 상기 제 2 조정 회로에 의해 상기 제 2 조정된 출력 전압에 조정되며;
    상기 제 2 모드에서, 상기 제 1 스위치는 오프(off)이고 상기 제 2 스위치들은 온(on)되어, 상기 제 1 충전 펌프는 상기 입력으로부터 상기 제 1 출력 노드에서 상기 출력 전압을 발생하고 상기 제 1 조정 회로에 의해 상기 제 1 조정된 출력 전압에 조정되고, 상기 제 3 및 제 2 충전 펌프들은 상기 제 1 출력 전압으로부터 상기 제 2 출력 노드에서 상기 출력 전압을 발생하게 직렬 연결되고 상기 제 2 조정 회로에 의해 상기 제 2 조정된 출력 전압에 조정되며;
    상기 제 2 조정된 출력 전압은 상기 제 1 조정된 출력 전압보다 높으며, 상기 제 2 조정된 출력 전압은 상기 제 1 모드에서 보다 상기 제 2 모드에서 더 높은, 충전 펌프 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 입력 전압을 수신하게 연결될 수 있는 제 4 충전 펌프;
    상기 제 4 충전 펌프의 출력이 상기 제 1 출력 노드에 연결될 수 있게 하는, 상기 제어회로에 연결된 추가의 제 1 스위치를 더 포함하고;
    상기 제 2 세트의 스위치들은 상기 제 1 충전 펌프의 출력을 상기 제 4 충전 펌프를 통해 상기 제 3 충전 펌프에 제공할 수 있고,
    상기 제 1 모드에서, 상기 추가의 제 1 스위치는 상기 입력 전압으로부터 상기 제 1 출력 노드에서 상기 출력 전압을 발생하게 상기 제 4 충전 펌프가 상기 제 1 및 제 3 충전 펌프들과 병렬 연결되도록 온되며; 상기 제 2 모드에서, 상기 추가의 제 1 스위치는 오프이고 제 4 충전 펌프는 상기 제 1 출력 전압으로부터 상기 제 2 출력 노드에서 상기 출력 전압을 발생하게 상기 제 3 충전 펌프와 제 2 충전 펌프 간에 직렬 연결된, 충전 펌프 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 충전 펌프 시스템은 비휘발성 메모리 회로 상에 주변 회로로서 형성되는, 충전 펌프 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 3 충전 펌프들은 제 1 독립적인 활성화 신호에 응하며, 상기 제 2 및 제 3 충전 펌프들은 제 2 활성화 신호에 응하며, 상기 제 2 충전 펌프는 제 3 활성화 신호에 응답하며, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 활성화 신호들은 독립적으로 어서트(assert) 될 수 있는, 충전 펌프 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 한 시퀀스의 교번하는 제 1 및 제 2 모드들에서 상기 충전 펌프 시스템을 동작시킬 수 있는, 충전 펌프 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 조정된 출력 전압의 레벨은 교번하는 시퀀스의 각 제 2 모드 동안 증가된, 충전 펌프 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 입력 전압은 상기 충전 펌프 시스템이 형성된 상기 회로의 높은 공급 레벨인, 충전 펌프 시스템.
  8. 각각의 제 1 및 제 2 출력 노드들에서 제 1 및 제 2 조정된 전압을 제공하기 위한 충전 펌프 시스템 동작 방법에 있어서,
    제 1 모드 또는 제 2 모드에서 상기 충전 펌프 시스템을 선택적으로 동작시키는 단계를 포함하며;
    상기 제 1 모드는 동시에,
    입력 전압으로부터 상기 제 1 출력 노드에서 제 1 출력 전압을 발생하게 제 1 충전 펌프 및 제 2 충전 펌프를 병렬로 동작시키는 단계;
    상기 입력 전압으로부터 상기 제 2 출력 노드에서 제 2 출력 전압을 발생하게 제 3 충전 펌프를 동작시키는 단계;
    상기 제 1 출력 전압을 제 1 조정된 레벨에 조정하는 단계; 및
    상기 제 2 출력 전압을 제 2 조정된 레벨에 조정하는 단계로서, 상기 제 2 조정된 레벨은 상기 제 1 조정된 레벨보다 높은, 상기 제 2 출력 전압을 제 2 조정된 레벨에 조정하는 단계를 포함하며;
    상기 제 2 모드는 동시에,
    상기 입력 전압으로부터 상기 제 1 출력 노드에서 제 1 출력 전압을 발생하게 상기 제 1 충전 펌프를 동작시키는 단계;
    상기 입력 전압으로부터 상기 제 2 출력 노드에서 제 2 출력 전압을 발생하게 상기 제 1 충전 펌프, 상기 제 2 충전 펌프, 및 상기 제 3 충전 펌프를 직렬로 동작시키는 단계;
    상기 제 1 출력 전압을 제 1 조정된 레벨에 조정하는 단계; 및
    상기 제 2 출력 전압을 제 2 조정된 레벨에 조정하는 단계를 포함하고, 상기 제 2 조정된 레벨은 상기 제 1 조정된 레벨보다 높으며, 상기 제 2 모드의 상기 제 2 조정된 전압은 상기 제 1 모드의 상기 제 2 조정된 전압보다 높은, 충전 펌프 시스템 동작 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 충전 펌프 시스템 동작 방법은 한 시퀀스의 교번하는 제 1 및 제 2 모드들에서 상기 충전 펌프 시스템을 동작시키는 단계를 포함하는, 충전 펌프 시스템 동작 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 조정된 레벨은 상기 시퀀스에서 각 제 2 모드 동안 증가되는, 충전 펌프 시스템 동작 방법.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 모드는 상기 입력 전압으로부터 상기 제 1 출력 노드에서 상기 제 1 출력 전압을 발생하게 상기 제 1 및 제 2 충전 펌프들과 병렬로 제 4 충전 펌프를 동작시키는 단계를 더 포함하고;
    상기 제 2 모드에서, 상기 제 4 충전 펌프는 상기 입력 전압으로부터 상기 제 2 출력 노드에서 상기 제 2 출력 전압을 발생하게 제 1 충전 펌프와 제 3 충전 펌프 간에 상기 제 2 충전 펌프와 직렬로 동작되는, 충전 펌프 시스템 동작 방법.
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