TWI496143B - 電壓產生器 - Google Patents

Description

電壓產生器

本發明是有關於一種適用於快閃記憶體的電壓產生器。

在快閃記憶體的架構中，以NOR型態的快閃記憶體為範例，常需要一個內部的電壓源來提供操作電壓。這個電壓源常透過一個電壓泵電路以及電壓調整器(regulator)來產生。而其中的電壓泵電路用來提供一個較高的輸出電壓以提供至電壓調整器，而電壓調整器則依據這個輸出電壓來產生快閃記憶體所需的電源。

在習知的技術領域中，電壓泵電路通常是透過將參考電壓乘上固定的倍數來產生輸出電壓的。而為了滿足快閃記憶體所需的最高電源需求，電壓泵電路會被設計以提供一個較高的輸出電壓。然而，當快閃記憶體所需電源需求降低時，電壓泵電路所產生的輸出電壓並不會被改變，無形中造成了電能的浪費。在另外一方面，在這樣的情況下，電壓調整器在接收的輸出電壓以及產生的電源的電壓值落差過大的情況下，其所產生的電源上，會有較大的漣波(ripple)現象。也就是說，這樣的電壓調整器所產生的電源的品質是較差的。

本發明提供一種適用於快閃記憶體的電壓產生器，有效降低漣波現象以及功率消耗。

本發明提供一種適用於快閃記憶體的電壓產生器，包括電壓泵電路以及電壓調整器。電壓泵電路包括至少一電壓泵單元，電壓泵單元具有電壓接收端及電壓傳送端，其中，電壓接收端接收參考電壓，電壓傳送端產生輸出電壓。電壓泵單元包括第一、第二電壓傳送通道以及第一、第二電容。第一電壓傳送通道的一端耦接電壓接收端。第一電壓傳送通道受控於第一控制信號以導通或斷開。第一電容串接在電壓接收端及第一推舉致能信號間。第二電壓傳送通道的一端耦接第一電壓傳送通道的第二端，第二電壓傳送通道受控於第二控制信號以導通或斷開，第二電壓傳送通道的第二端耦接至電壓傳送端。第二電容串接在第一電壓傳送通道的第二端及第二推舉致能信號間。電壓調整器耦接電壓泵單元的電壓傳送端，以接收並依據輸出電壓來產生調整後輸出電壓。

基於上述，本發明提出一種電壓產生器，其中的電壓泵電路可以依據所屬的快閃記憶體所需的電壓(調整後輸出電壓)的電壓大小來調整輸出電壓的電壓大小。如此一來，電壓泵電路所產生輸出電壓的電壓不會過大而導致過多的電力消耗。並且，在電壓調整器依據輸出電壓來產生調整後輸出電壓的過程中，可有效減低電壓漣波。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1繪示本發明一實施例的電壓產生器100的示意圖。電壓產生器100適用於快閃記憶體(例如是NOR快閃記憶體)，包括信號產生器110、電壓泵電路120以及電壓調整器130。在本實施例中，電壓泵電路120接收由信號產生器110所產生的控制信號組CKX以及推舉致能信號組BSX，並接收參考信號VREF。電壓泵電路120依據控制信號組CKX以及推舉致能信號組BSX以藉由推升參考信號VREF來產生輸出電壓VOUT。

請注意，在本實施例中，輸出電壓VOUT的電壓值大小是可以透過調整推舉致能信號組BSX來改變的。而推舉致能信號組BSX以及控制信號組CKX是由信號產生器110依據其所接收的目標輸出電壓VTG的電壓大小來產生的。通常而言，輸出電壓VOUT接近於參考電壓VREF的N倍，N為不等於0的整數。

另外，電壓調整器130則接收電壓泵電路120所產生的輸出電壓VOUT，並依據輸出電壓VOUT來產生調整後輸出電壓VTUNE，並提供調整後輸出電壓VTUNE給快閃記憶體內部的電路來使用。值得一提的是，調整後輸出電壓VTUNE不會高於輸出電壓VOUT，也就是說，電壓調整器130可以是低壓差(Low Drop-Out,LDO)電壓調整器。

請注意，在本實施例中，目標輸出電壓VTG被設定等於電壓調整器130穩態時所產生的調整後輸出電壓VTUNE。如此一來，在依據目標輸出電壓VTG所產生的推舉致能信號組BSX以及控制信號組CKX的控制下，電壓泵電路120所產生的輸出電壓VOUT將會接近並大於調整後輸出電壓VTUNE。有效減低功率消耗，並降低調整後輸出電壓VTUNE上所可能出現的漣波現象。

圖2繪示本發明實施例的電壓泵電路120的一實施方式。電壓泵電路120包括電壓泵單元121~12N以及參考電壓接收開關210。電壓泵單元121~12N中的電路組態均是相同的。以電壓泵單元121為範例，電壓泵單元121包括電壓傳送通道1211、1212以及電容C11、C12。電壓傳送通道1211的一端耦接至電壓接收端RT，而電壓傳送通道1211的另一端與電容C12及電壓傳送通道1212共同耦接。電壓傳送通道1211接收並受控於控制信號CKA以導通或斷開。電壓傳送通道1212未與電壓傳送通道1211耦接的另一端點耦接至電壓傳送端TT，電壓傳送通道1212接收並受控於控制信號CKB以導通或斷開。另外，電容C11的一端耦接至電壓接收端RT，另一端接收推舉致能信號BSA1，而電容C12的一端耦接電壓傳送通道1211及1212相耦接的端點，另一端則接收推舉致能信號BSC1。

附帶一提的，參考電壓接收開關210串接在電壓泵單元121接收參考電壓VREF的路徑間，參考電壓接收開關210接收並受控於控制信號CKB以導通或斷開。另外，電壓傳送通道1211及1212並不會同時被導通。

以下請同時參照圖2以及圖3A，其中圖3A繪示電壓泵電路120執行正向推舉動作的波形圖。其中，在初始時間區間T₀ ，可以先透過控制信號CKB使參考電壓接收開關210導通，並使參考電壓VREF被傳送至電壓泵單元121的電壓接收端RT，並使參考電壓VREF被保存在電容C11中。接著，在初始時間區間T₀ 後的時間區間T₁ ，推舉致能信號BSA1由低電壓準位被拉高，並使電壓接收端RT上的電壓被向上推升。並且，在時間區間T₁ 中的子時間區間T₁₁ ，電壓傳送通道1211依據控制信號CKA被導通，以使電容C11及C12間進行電荷分配，並藉以拉升電壓傳送通道1211及1212相耦接端點上的電壓值。

接下來，在子時間區間T₁₁ 結束時，電壓傳送通道1211依據控制信號CKA被斷開，而在時間區間T₁ 結束時，推舉致能信號BSA1則回復至低電壓準位。並且，在時間區間T₂ 中，推舉致能信號BSA1由低電壓準位被拉高，並透過電容C12來更推高電壓傳送通道1211及1212相耦接端點上的電壓值，並且，在子時間區間T₂₁ 中，電壓傳送通道1212依據控制信號CKB被導通，並將電壓傳送通道1211及1212相耦接端點上的電壓傳送至電壓傳送端TT。

在此請注意，本發明實施例中的電壓泵單元的個數可以是一個或是多個。而越多數量的電壓泵單元可以產生更多級的電壓推升效果。其中，各電壓泵單元121~12N中，對應相同耦接位置的電壓傳送通道1211~12N1以及1212~12N2所分別接收的控制信號CKA以及CKB是相同的。而各電容C11~CN1以及C12~CN2所接收的推舉致能信號BSA1~BSAN以及BSC1~BSCN則是不相同的。

電壓泵單元的個數可以由電壓泵電路120所需產生的最大可能的輸出電壓VOUT來決定。而當電壓泵電路120並非要產生最大可能的輸出電壓VOUT時，可以透過控制各級的電壓泵單元所接收的推舉致能信號是否被拉高來決定。舉個例子來說明，當電壓泵單元的個數等於5時，而電壓泵電路120所需產生的輸出電壓VOUT僅需3級的電壓泵單元就可以完成時，可以選擇拉升前3級的電壓泵單元的推舉致能信號，而後兩級的電壓泵單元的推舉致能信號則保持在固定的電壓準位即可。

以下則請同時參照圖2以及圖3B，其中圖3B繪示電壓泵電路120執行負向推舉動作的波形圖。同樣的，在初始時間區間T₀ ，可以先透過控制信號CKB使參考電壓接收開關210導通，並使參考電壓VREF被傳送至電壓泵單元121的電壓接收端RT，並使參考電壓VREF被保存在電容C11中。在圖3B的實施方式中，參考電壓VREF可以等於接地電壓(0伏特)。

在接著，在初始時間區間T₀ 後的時間區間T₁ ，推舉致能信號BSA1由低電壓準位被拉高，且推舉致能信號BSA1由高電壓準位被拉低，並在時間區間T₁ 中的子時間區間T₁₁ 中，透過控制信號CKA來使電壓傳送通道1211被導通。如此一來，電容C11以及C12會透過電壓傳送通道1211相互直接連接，電容C11以及C12間並依據推舉致能信號BSA1及BSC1間的電壓差來進行電荷分配。並且，在時間區間T₁ 結束並進入時間區間T₂ 的瞬間，透過拉低推舉致能信號BSA1來使電壓傳送通道1211及1212相耦接的端點上的電壓被拉低，並在時間區間T₂ 中的子時間區間T₂₁ ，藉由透過控制信號CKB來導通電壓傳送通道1212來傳送被拉低的電壓傳送通道1211及1212相耦接的端點上的電壓至電壓傳送端TT。

與關於圖3A所說明的實施方式相同的，透過多級的電壓泵單元121~12N，可以控制所產生的輸出電壓VOUT的電壓絕對值。並且，電壓泵電路120依據圖3B波形所產生的輸出電壓VOUT的電壓值小於0。

圖4A及圖4B分別繪示本發明實施例的電壓傳送通道不同的實施方式。在圖4A的繪示中，電壓傳送通道由電晶體M1來建構。其中，電晶體M1的閘極接收控制信號CKX1。在當電晶體M1依據控制信號CKX1導通時，電晶體M1會將其源極所接收的電壓傳送至電晶體M1的汲極。若以電壓傳送通道1211為範例，電晶體M1的源極耦接至電壓接收端RT，其汲極耦接至電壓傳送通道1212。若以電壓傳送通道1212為範例，電晶體M1的汲極耦接至電壓傳送端TT，其源極耦接至電壓傳送通道1211。

另外，在圖4B的繪示中，電壓傳送通道除由電晶體M1來建構外，並包括電容CA串接在電晶體M1的閘極接收控制信號CKX1的路徑間。也就是說，控制信號CKX1是透過電容CA來耦合至電晶體M1，以控制電晶體M1的導通或斷開的動作。

圖5繪示本發明實施例的電容的實施方式。本發明實施例中所提出的電容C11~CN2，皆可透過電晶體M2來建構，也就是所謂的電晶體電容。其中，電晶體M2的閘極作為電容的第一電極端A1，源極以及汲極相互連接以成為電容的第二電極端A2。

綜上所述，本發明透過各級電壓泵單元中的推舉致能信號的調整，來動態調整電壓泵電路所產生的輸出電壓的電壓值，使電壓泵電路所產生的輸出電壓的電壓值，不會高於電壓調整器所產生的調整後輸出電壓過多，以減低多餘的電力消耗，並降低調整後輸出電壓上的漣波現象。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．電壓產生器

110．．．信號產生器

120．．．電壓泵電路

130．．．電壓調整器

121~12N．．．電壓泵單元

1211~12N1、1212~12N2．．．電壓傳送通道

210．．．參考電壓接收開關

CKX．．．控制信號組

BSX．．．推舉致能信號組

VREF．．．參考信號

VOUT．．．輸出電壓

VTG．．．目標輸出電壓

VTUNE．．．調整後輸出電壓

TT．．．電壓傳送端

RT．．．電壓接收端

CKA、CKB、CKX1．．．控制信號

BSA1~BSAN、BSC1~BSCN．．．推舉致能信號

C11~CN1、C12~CN2．．．電容

T₀ 、T₁ 、T₂ 、T₁₁ 、T₂₁ ．．．時間區間

M1、M2．．．電晶體

A1、A2．．．電極端

圖1繪示本發明一實施例的電壓產生器100的示意圖。

圖2繪示本發明實施例的電壓泵電路120的一實施方式。

圖3A繪示電壓泵電路120執行正向推舉動作的波形圖。

圖3B繪示電壓泵電路120執行負向推舉動作的波形圖。

圖4A及圖4B分別繪示本發明實施例的電壓傳送通道不同的實施方式。

圖5繪示本發明實施例的電容的實施方式。

120．．．電壓泵電路

121~12N．．．電壓泵單元

1211~12N1、1212~12N2．．．電壓傳送通道

210．．．參考電壓接收開關

VREF．．．參考信號

VOUT．．．輸出電壓

TT．．．電壓傳送端

RT．．．電壓接收端

CKA、CKB．．．控制信號

BSA1~BSAN、BSC1~BSCN．．．推舉致能信號

C11~CN1、C12~CN2．．．電容

Claims (8)

1. 一種電壓產生器，適用於一快閃記憶體，包括：一電壓泵電路，包括至少一電壓泵單元，該電壓泵單元具有一電壓接收端及一電壓傳送端，其中該電壓接收端接收一參考電壓，該電壓傳送端產生一輸出電壓，該電壓泵單元包括：一第一電壓傳送通道，其一端耦接該電壓接收端，該第一電壓傳送通道受控於一第一控制信號以導通或斷開；一第一電容，串接在該電壓接收端及一第一推舉致能信號間；一第二電壓傳送通道，其一端耦接該第一電壓傳送通道的第二端，該第二電壓傳送通道受控於一第二控制信號以導通或斷開，該第二電壓傳送通道的第二端耦接至該電壓傳送端；以及一第二電容，串接在該第一電壓傳送通道的第二端及一第二推舉致能信號間；一電壓調整器，耦接該電壓泵單元的電壓傳送端，接收並依據該輸出電壓來產生一調整後輸出電壓；以及一信號產生器，耦接該電壓泵電路，用以依據一目標輸出電壓的電壓大小來產生該第一及該第二控制信號以及該第一及該第二推舉致能信號，其中，該目標輸出電壓被設定等於該電壓調整器穩態時所產生的該調整後輸出電壓，並透過該第一及該第二控 制信號以及該第一及該第二推舉致能信號，使該輸出電壓將會接近並大於該調整後輸出電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電壓產生器，其中該第一及該第二控制信號為週期性的時脈信號。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電壓產生器，其中該第一電壓傳送通道以及該第二電壓傳送通道不同時導通。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電壓產生器，其中更包括：一參考電壓接收開關，串接在該電壓接收端接收該參考電壓的路徑間，該參考電壓接收開關依據該第二控制信號以導通或斷開。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電壓產生器，其中該第一電壓傳送通道包括：一第一電晶體，具有第一端第二端以及控制端，其控制端接收該第一控制信號，其第一及第二端分別耦接該電壓接收端以及該第二電容，該第二電壓傳送通道包括：一第二電晶體，具有第一端第二端以及控制端，其控制端接收該第二控制信號，其第一及第二端分別耦接該第二電容以及該電壓傳送端。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電壓產生器，其中該第一電壓傳送通道更包括：一第三電容，串接在該第一電晶體接收該第一控制信號的路徑間， 該第二電壓傳送通道更包括：一第四電容，串接在該第二電晶體接收該第二控制信號的路徑間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電壓產生器，其中該第一及該第二電容皆為電晶體電容。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電壓產生器，其中該電壓調整器為低壓差(Low Drop-Out,LDO)電壓調整器。