NL9200057A - Terugkoppelnetwerk voor cmos hoogspanningsgenerator om (e)eprom-geheugen cellen te programmeren. - Google Patents

Description

Terugkoppelnetwerk voor CMOS hoogspanningsgenerator om (E^EPROM-geheugen cellen te programmeren.

De uitvinding betreft een terugkoppelnetwerk - voor een hoogspanningsgenerator omvattend verscheidene in serie geplaatste spanningsvermenigvuldigingstrappen, waarbij een oscillator tenminste twee, l80° uit fase zijnde kloksignalen genereert, die om en om de opeenvolgende spanningsvermenigvuldigingstrappen besturen om een hoogspanningspuls aan de uitgang van de hoogspanningsgenerator te verschaffen, waarbij de hoogspanningsuitgang is verbonden met het terugkoppelnetwerk, dat een aan de oscillator afgegeven regelsignaal genereert, zo dat de twee kloksignalen worden gemodificeerd in afhankelijkheid van de spanning op de hoogspanningsuitgang.

Een dergelijk terugkoppelnetwerk voor een hoogspanningsgenerator is bekend uit de Europese octrooiaanvrage 350.462, waarin een hoogspanningspulsgenerator voor het programmeren van (E)EPROM-geheugencellen wordt beschreven. Het bekende terugkoppelnetwerk omvat enkele in serie geplaatste, als diode geschakelde MOS-transistoren, in serie met een MOS-transistor waarvan de poortelektrode een referentiespanning ontvangt. De spanning over laatstgenoemde transistor wordt toegevoerd aan een Schmitt trigger wiens uitgang een stop-signaal verschaft voor een kloksignalen genererende oscillator. Het bekende terugkoppelnetwerk geleidt alleen dan een terugkoppelstroom als de hoogspanningsuitgang boven een bepaalde drempelwaarde uitstijgt, zo dat alle diode-geschakelde MOS-transistoren in geleiding komen. Als daardoor de spanning over de laatste MOS-transistor uit de serie-schakeling boven een bepaald niveau komt, wordt via de Schmitt trigger het stop-signaal gegenereerd en stopt de oscillator het genereren van kloksignalen, zodat de spanningsvermenigvuldigingstrappen geen lading meer naar de hoogspanningsuitgang transporteren en de hoogspanningsuitgang bijgevolg niet kan toenemen in waarde.

Een nadeel van het bekende terugkoppelnetwerk is, dat deze een terugkoppelstroom nodig heeft om het overschrijden door de hoogspanningsuitgang van de drempelwaarde te kunnen detekteren. Daardoor treedt ladingsverlies aan de hoogspanningsuitgang op, welke lading zoveel mogelijk dient te worden gebruikt voor het programmeren van de (E)EPROM-geheugencellen. Een ander nadeel van de bekende inrichting is, dat deze niet nauwkeurig is.

De inrichting volgens de uitvinding beoogt deze nadelen op te heffen. Een eerste doel van de uitvinding is derhalve om een terugkoppelnetwerk te verschaffen, dat geen gelijkstroom afneemt van de hoogspanningsuitgang en een hoge nauwkeurigheid heeft (indicatie: 1%).

Een ander doel van de uitvinding is om een terugkoppelnetwerk te .verschaffen, dat er voor zorgt, dat de opgaande helling van de programmeringspuls niet te snel stijgt (kenmerkende waarde: 0,02 V/ps).

Nog weer een ander doel van de uitvinding is om een terugkoppelnetwerk te verschaffen, dat aan de kloksignalen genererende oscillator een stuurstroom kan verschaffen, zodat een efficient geregeld spanningsvermenigvuldigingsnetwerk ontstaat.

Tenslotte is het een doel van de uitvinding om een terugkoppelnetwerk te verschaffen, dat een stuurstroom kan genereren, waarmee de uitgangsstroom van de hoogspanningsuitgang kan worden geregeld.

Het terugkoppelnetwerk volgens de uitvinding draagt daartoe het kenmerk, dat het terugkoppelnetwerk een van een capacitieve ingangstrap voorzien hoogspanningsterugkoppelnetwerk omvat, waarbij het uitgangssignaal van het hoogspanningsterugkoppelnetwerk de stroom van een gestuurde stroombron bestuurt, waarbij tenminste de kloksignalen genererende oscillator deze stroom als het regelsignaal ontvangt en in afhankelijkheid daarvan de frequentie van de kloksignalen regelt.

Een dergelijk terugkoppelnetwerk heeft als voordeel, dat geen gelijkstroom uit de hoogspanningsuitgang hoeft te worden onttrokken om het hoogspanningsniveau te kunnen detekteren, terwijl bovendien de spanningsvermenigvuldiger frequentiegestuurd wordt, afhankelijk van de belasting aan de hoogspanningsuitgang. De spanningsvermenigvuldigingstrappen zullen derhalve niet meer lading naar de hoogspanningsuitgang transporteren dan strikt noodzakelijjk is voor het programmeren van de (E)EPROM-geheugencellen.

De uitvinding zal hieronder verder worden toegelicht aan de hand van een tekening. Daarin toont fig. 1 een uitvoeringsvorm van een spanningsvermenigvuldigingsnetwerk waarin het terugkoppelnetwerk volgens de uitvinding kan worden toegepast; fig. 2 een eerste uitvoeringsvorm van een hoogspanningsterugkoppelnetwerk met capacitieve ingangstrap; fig. 3 een tweede uitvoeringsvorm van een hoogspanningsterugkoppelnetwerk met capacitieve ingangstrap; fig. 4 een derde uitvoeringsvorm van een hoogspanningsterugkoppelnetwerk met capacitieve ingangstrap; fig. 5 een weergave van een hoogspanningspuls waarmee een (E)EPROM-geheugencel kan worden geprogrammeerd; fig. 6 een gestuurde stroombron waarmee een stuurstroom voor een oscillator kan worden gegenereerd; \ fig. 7 een realisatie van de inrichting van fig. 6 in CMOS-technologie.

In figuur 1 wordt een mogelijke toepassing van het terugkoppelnetwerk volgens de uitvinding getoond. De figuur toont een bekende spanningsvermenigvuldiger, bestaande uit verscheidene in serie geplaatste ladingspompjes. Elke ladingspomp betaat uit een diode Di en een met de kathode gekoppelde capaciteit Ci+1. Aan diens andere zijde ontvangt elke capaciteit een door een oscillator 3 gegenereerd kloksignaal (φΐ of φ2). De oscillator 3 genereert twee, 180 ° uit fase zijnde kloksignalen, die om en om aan de opeenvolgende capaciteiten Ci worden aangeboden. In deze bekende spanningsvermenigvuldiger treedt bij elke trap een spanningsvermeerdering op, maximaal gelijk aan de stapgrootte van het kloksignaal minus de drempelspanning van de diodes.

De dioden DO.....Dn kunnen als diode geschakelde MOS-transistoren zijn.

In de inrichting volgens figuur 1 wordt de laatste capaciteit Cn niet gestuurd met een van beide kloksignalen φΐ of φ2, maar met een stuurstroom II. Dit verschaft de mogelijkheid om pieken op de hoogspanningsuitgang tijdens het omklappen van de kloksignalen φΐ en φ2 te reduceren. Daar het principe van de stroomsturing van de laatste capaciteit verder is beschreven in de tegelijk ingediende Nederlandse octrooiaanvrage ........... (NO 36843), zal hier daarvan verder worden afgezien. Van belang voor de onderhavige uitvinding is, dat de versterker A de waarde van de stroom II regelt en daarmee onder meer de oscillator 3 stuurt, waarmee via het modificeren van de frequentie van de kloksignalen φΐ en φ2 de stijgtijd van de helling van de hoogspanningspuls VPP wordt bepaald. Voor een voorbeeld van de golfvorm van een op de hoogspanningsuitgang verschijnende programmeringspuls VPP wordt verwezen naar figuur 5·

Toepassing van het terugkoppelnetwerk volgens de uitvinding is echter niet beperkt tot de inrichting van figuur 1; het terugkoppelnetwerk kan ook daar worden toegepast waar alleen een stuurstroom aan de oscillator wordt toegevoerd, waarmee de frequentie van de kloksignalen φΐ en φ2 wordt geregeld en waarin de laatste capaciteit van het spanningsvermenigvuldigingsnetwerk eveneens een van beide kloksignalen φΐ en φ2 ontvangt, en bijgevolg de uitgang van de hoogspanningsgenerator niet stroomgestuurd is.

Figuur 2 toont een hoogspanningsdetector met capacitieve ingangsstrap. De hoogspanningsingang HVIN wordt toegevoérd aan een capaciteit CP, die in serie is geplaatst met een capaciteit CR. Het verbindingspunt van beide capaciteiten is via een door een signaal RST gestuurde schakelaar gekoppeld met een referentiespanning Vref2. Hierbij is RST een pulsvormig signaal, dat de waarde "1" (hoog) heeft als er geen hoogspanningspuls hoeft te worden gegenereerd en de waarde "0" (laag) als er een programmeringspuls dient te worden gegenereerd.

Het andere einde van de capaciteit CR is via een eveneens door RST gestuurde schakelaar met een referentiespanning Vrefl verbonden, alsmede via een stroombron Idisch met een punt van gemeenschappelijke potentiaal VSS ("aarde"). Zolang RST = 1 zijn beide gestuurde schakelaars gesloten en is de uitgangsspanning van de hoogspanningsdetector VCTRLHV = Vref2. Vref2 bepaalt dus het nul-niveau van de uitgang van het terugkoppelnetwerk. De capaciteit CP, resp. CR is dan opgeladen met een spanning HVINst-Vref2, resp. Vrefl-Vref2. Hierin is HVINst het startniveau van de op de hoogspanningsgenerator aanwezige programmeringspuls VPP (zie figuur 5)· Veelal is HVINst = VDD, waarbij VDD de positieve voedingsspanning is.

De uitgangsspanning VCTRLHV van de hoogspanningsdetector wordt bijvoorbeeld met een inrichting, zoals weergegeven in figuur 6, omgezet in een stuurstroom Iosc, die de oscillator aanstuurt en de frequentie van de kloksignalen φΐ en φ2 regelt. De spanning VCTRLHV wordt daartoe vergeleken met de referentiespanning Vref2. Afhankelijk van de uitkomst daarvan wordt een deel van de stroom Imax (zie figuur 6) afgeleid en dus de stroom Iosc geregeld. Figuur 7 toont een realisatie van de inrichting van figuur 6 in CMOS-technologie. Daarin wordt de stroom Imax gegenereerd met behulp van een MOS-transistor Ml waarvan de poortelektrode een vooraf bepaalde spanning VB1 ontvangt. De stroom Imax wordt deels van de uitgangsstroom Iosc afgeleid via een andere MOS-transistor M2 waarvan de poortelektrode de spanning VCTRLHV ontvangt. In dit geval moet de drempelspanning van M2 gelijk zijn aan Vref2. Iose wordt dan geregeld door de waarde van VCTRHV, als deze de waarde Vref2 overschrijdt.

Op het moment dat een programmeringspuls moet worden gegenereerd, wordt RST = 0 en worden beide door RST gestuurde schakelaars in figuur 2 geopend. Daardoor daalt de waarde van de spanning VR, afhankelijk van de grootte van Idisch. De waarde van VCTRLHV zal daarom alleen dan dezelfde waarde behouden, als de opgaande flank van de spanning HVIN (= VPP) stijgt met een waarde CR/CP maal de neergaande flank van VR. Als VPP een stijgtijd heeft van trise dan geldt:

Idisch = Vrefl * (CR/trise) · (1)

Aan het einde van trise zal VPP een maximale waarde VPProax bereiken. Deze waarde VPPmax wordt bepaald door: VPPmax = (CR/CP) * Vrefl + HVINst (2)

De waarde van Vrefl bepaalt dus de maximale waarde van de programmeringspuls.

Figuur 3 toont een voorkeursuitvoering van het hoogspannings-terugkoppelnetwerk volgens de uitvinding. De capacitieve ingangstrap is identiek aan die uit figuur 2. De uitgang van de capacitieve ingangstrap wordt echter versterkt om het signaal VCTRLHV te genereren. Deze versterking vermindert de onnauwkeurigheid van de schakeling ten gevolge van een (gering) verschil tussen Vref2 en de werkelijke drempelspanning van transistor M2 uit fig. 7· Opgemerkt wordt dat deze gehele versterkertrap strikt gesproken, niet noodzakelijk is, als VCTRLHV slechts (gering) capacitief wordt belast, zoals het geval zou zijn indien de belasting bestaat uit transistor M2 uit fig. 7· De versterkertrap is uitsluitend ter verbetering van de nauwkeurigheid van de regelaar in de schakeling opgenomen.

De versterker bestaat uit een operationele versterker waarvan de uitgang via een capaciteit Cl naar diens omkeeringang is teruggekoppeld, welke omkeeringang tevens via een capaciteit C2 met aarde (VSS) is verbonden. Parallel aan Cl is een door RST gestuurde schakelaar aangebracht. Voordat een programmeringspuls moet worden gegenereerd is RST = 1 en is Cl ontladen. Bijgevolg geldt dan, net als in de schakeling van figuur 2, VCTRLHV = Vref2. Als een programmeringspuls moet worden gegenereerd, openen alle door RST gestuurde schakelaars zich en geldt: VCTRLHV = (C2/C1) * VP (3) waarin VP de uitgangsspanning van de capacitieve ingangstrap is. Daarbij wordt nog opgemerkt, dat een programmeringspuls in de regel niet langer duurt dan 20 ms. Daardoor is de drift van de spanning VP aan de niet-omkeeringang van de operationele versterker A, als de programmeringspuls zijn maximale waarde VPPmax heeft bereikt, gering genoeg om de werking van het terugkoppelnetwerk niet te verstoren. Derhalve kunnen de spanningen op de capacitieve knooppunten voor aanvang van een programmeringspuls goed worden gedefiniëerd.

Het zal duidelijk zijn, dat in het versterkergedeelte de capaciteiten Cl en C2 kunnen worden vervangen door weerstanden R1 en R2, zoals in figuur 4 is getoond. De door RST gestuurde schakelaar tussen de uitgang en de omkeeringang van de operationele versterker kan dan achterwege blijven.

Claims (6)

1. Terugkoppelnetwerk voor een hoogspanningsgenerator omvattend verscheidene in serie geplaatste spanningsvermenigvuldigingstrappen, waarbij een oscillator tenminste twee, 180° uit fase zijnde·kloksignalen genereert, die om en om de opeenvolgende spanningsvermenigvuldigings-trappen besturen om een hoogspanningspuls aan de uitgang van de hoogspanningsgenerator te verschaffen, waarbij de hoogspanningsuitgang is verbonden met het terugkoppelnetwerk, dat een aan de oscillator afgegeven regelsignaal genereert, zo dat de twee kloksignalen worden gemodificeerd in afhankelijkheid van de spanning op de hoogspanningsuitgang met het kenmerk, dat het terugkoppelnetwerk een van een capacitieve ingangstrap (CP, CR) voorzien hoogspanningsterugkoppelnetwerk omvat, waarbij het uitgangssignaal (VCTRLHV) van het hoogspanningsterugkoppelnetwerk de stroom (Iosc) van een gestuurde stroombron bestuurt, waarbij tenminste de kloksignalen genererende oscillator (3) deze stroom als het regelsignaal ontvangt en in afhankelijkheid daarvan de frequentie van de kloksignalen (φΐ, φ2) regelt.

2. Terugkoppelnetwerk volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de hoogspanningsdetector een eerste capaciteit CP omvat, die aan zijn ene einde de hoogspanningsuitgang ontvangt en aan zijn andere einde is verbonden met het ene einde van een tweede capaciteit CR, waarvan het andere einde via een eerste stroombron (I<iiSCh) met een punt van gemeenschappelijke spanning (VSS) is verbonden, alsmede met een eerste referentiespanning (Vrefl) via een door een stuursignaal (RST) gestuurde eerste schakelaar, waarbij het verbindingspunt van de eerste en tweede capaciteit via een door het stuursignaal (RST) gestuurde tweede schakelaar met een tweede referentiespanning (Vref2) is verbonden, welk verbindingspunt het uitgangssignaal (VCTRLHV) van het hoogspanningsterugkoppelnetwerk levert, welk stuursignaal (RST) de eerste en tweede schakelaar alleen dan in geleidende toestand stuurt, als er geen programmeringspuls dient te worden gegenereerd.

3· Terugkoppelnetwerk volgens conclusie 2 met het kenmerk, dat het verbindingspunt van de eerste en tweede capaciteit (CP, CR) is verbonden met een versterkingseenheid, waarvan de uitgang het uitgangsignaal (VCTRLHV) van de hoogspanningsdetector vormt.

4. Terugkoppelnetwerk volgens conclusie 3 met het kenmerk, dat de versterkingseenheid een operationele versterker (A) omvat, waarvan de uitgang het uitgangssignaal (VCTRLHV) levert en is teruggekoppeld naar diens omkeeringang via een derde capaciteit (Cl), welke omkeeringang tevens via een vierde capaciteit (C2) is verbonden met het punt van gemeenschappelijk spanning (VSS), waarbij parallel aan de derde capaciteit een eveneens door het stuursignaal (RST) gestuurde derde schakelaar is geplaatst en de niet-omkeeringang met het verbindingspunt (VP) van de eerste en tweede capaciteit (CP, CR) is verbonden.

5. Terugkoppelnetwerk volgens een van de voorgaande conclusies met het kenmerk, dat de gestuurde stroombron een stroombron met een vooraf bepaalde stroom (Imax) omvat, welke vooraf bepaalde stroom (Imax) wordt verdeeld over twee stroomtakken, in de ene waarvan de stroom (Iosc) van de gestuurde stroombron vloeit en in de andere een door het uitgangssignaal (VCTRLHV) van het hoogspanningsterugkoppelnetwerk bepaalde stroom.

6. Terugkoppelnetwerk volgens conclusie 5 met het kenmerk, dat de gestuurde stroombron een serieschakeling van een eerste MOS-transistor Ml, waarvan de poortelektrode een vooraf bepaalde spanning (VB1) ontvangt, en een tweede MOS-transistor M2, waarvan de poortelektrode het uitgangssignaal (VCTRLHV) van de hoogspanningsdetector ontvangt, omvat en het verbindingspunt van beide MOS-transistoren is verbonden met de ene stroomtak, waardoor de stroom (Iosc) vloeit.