專利名稱：電荷泵電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及電荷泵電路。
背景技術(shù)：
近年來，在半導(dǎo)體存儲器迅速發(fā)展的過程中，由于DRAM、EEPROM、FLASH等先進(jìn)存儲器具有高密度、低功耗和低價格的優(yōu)點(diǎn)，其已經(jīng)成為了計算機(jī)、移動通信終端中普遍采用的存儲裝置。半導(dǎo)體存儲器中，電荷泵電路是提供高壓的電路模塊，存儲系統(tǒng)利用電荷泵電路輸出的高幅值編程電壓將數(shù)據(jù)信息寫進(jìn)存儲模塊中。日本專利號為JP2004-259405專利即公開了一種電荷泵電路，其示意圖如圖1所示，包括升壓單元101，分壓單元102，電壓比較單元103，基準(zhǔn)電壓源104以及時鐘驅(qū)動單元105，其工作原理為升壓單元101啟動，其輸出的升壓電壓在經(jīng)過分壓單元102的分壓后，被送到電壓比較單元103的輸入端，與基準(zhǔn)電壓源104提供的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較；基于所述基準(zhǔn)電壓與分壓電壓的比較結(jié)果，時鐘驅(qū)動單元105輸出驅(qū)動電壓進(jìn)而控制升壓單元101的升壓動作。具體地說，如果分壓后的分壓電壓小于基準(zhǔn)電壓，則電壓比較單元103輸出的控制電壓為第一電平，所述第一電平的控制電壓被送到時鐘驅(qū)動單元105的輸入端，使得時鐘驅(qū)動單元105輸出的驅(qū)動電壓為周期振蕩信號，所述周期振蕩信號使得升壓單元101持續(xù)升壓；而如果分壓后的分壓電壓大于基準(zhǔn)電壓，則電壓比較單元103輸出的控制電壓為第二電平，所述第二電平的控制電壓被送到時鐘驅(qū)動單元105的輸入端，使得時鐘驅(qū)動單元105停止振蕩，輸出的驅(qū)動電壓為無效驅(qū)動信號，升壓單元101因而停止升壓。圖2是圖1現(xiàn)有電荷泵電路的信號時序圖。圖中的橫軸為時間，縱軸為升壓電壓的電壓值。在初始升壓階段201，升壓單元輸出的升壓電壓未超過目標(biāo)電壓VO時(目標(biāo)電壓VO是指可以驅(qū)動電荷泵電路負(fù)載工作的電壓)，電荷泵電路持續(xù)進(jìn)行升壓動作，但是當(dāng)升壓單元輸出的升壓電壓超過目標(biāo)電壓VO后，理論上，時鐘驅(qū)動單元應(yīng)停止振蕩，輸出無效驅(qū)動信號。然而，在實(shí)際電路中，電壓比較單元至升壓單元的輸入端的路徑存在路徑延遲，在升壓電壓超過目標(biāo)電壓VO后，由于所述路徑延遲，時鐘驅(qū)動單元輸出端仍會維持一段時間的周期振蕩信號；所述暫時存在的周期振蕩信號控制升壓單元繼續(xù)工作，短時間內(nèi)升壓電壓仍然繼續(xù)上升，直至達(dá)到升壓電壓最高值Vl。因此，升壓單元輸出的升壓電壓會超過目標(biāo)電壓VO —定幅值，產(chǎn)生如圖2中升壓電壓曲線后半段所示的過沖202 (Overshoot)。時鐘驅(qū)動單元停止振蕩后，升壓單元也不再繼續(xù)升壓動作，升壓電壓會由于負(fù)載對電荷泵電路輸出電流的消耗而逐步降低；當(dāng)升壓電壓降低到目標(biāo)電壓VO時，電壓比較單元重新輸出第一電平的控制電壓，但由于路徑延遲，所述第一電平的控制電壓控制時鐘驅(qū)動單元105產(chǎn)生的驅(qū)動電壓要經(jīng)過一段時間的延遲后，才會由無效驅(qū)動信號轉(zhuǎn)變?yōu)橹芷谡袷幮盘枺虼?，升壓電壓仍由于?fù)載消耗而繼續(xù)降低，直至升壓電壓最低值V2;之后，時鐘驅(qū)動單元才會重新開始振蕩，并輸出周期振蕩信號，以控制升壓單元重新進(jìn)行升壓動作。因此，現(xiàn)有技術(shù)電荷泵電路中升壓單元輸出的升壓電壓存在著一定幅度的周期性變化，即周期性的上升-下降-上升的電壓變化過程。所述電荷泵電路輸出電壓的周期性變化被稱為“紋波”，如果紋波的電壓幅值變化過大，則會造成存儲器操作的不穩(wěn)定，影響數(shù)據(jù)寫入的穩(wěn)定性及器件的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種電荷泵電路，縮短電荷泵電路輸出電壓的穩(wěn)定時間，減少因電荷泵電壓不穩(wěn)定引起的誤操作。為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種電荷泵電路，包括升壓單元、分壓單元、基準(zhǔn)電壓源、電壓比較單元、時鐘驅(qū)動單元以及脈沖調(diào)制單元，其中升壓單元，根據(jù)脈沖調(diào)制單元輸出的調(diào)制電壓提升升壓電壓；分壓單元，對升壓單元輸出的升壓電壓進(jìn)行分壓并輸出分壓電壓；電壓比較單元，對分壓電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，基于所述比較結(jié)果向時鐘驅(qū)動單元、脈沖調(diào)制單元提供控制電壓；時鐘驅(qū)動單元，接收電壓比較單元輸出的控制電壓，基于所述控制電壓形成驅(qū)動電壓并發(fā)送至脈沖調(diào)制單元；脈沖調(diào)制單元，基于控制電壓對時鐘驅(qū)動單元發(fā)送的驅(qū)動電壓進(jìn)行調(diào)制處理，并向升壓單元發(fā)送調(diào)制電壓。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)在電荷泵電路中設(shè)置了脈沖調(diào)制單元，當(dāng)電荷泵電路的輸出電壓超過目標(biāo)電壓后，所述脈沖調(diào)制單元延長了時鐘驅(qū)動單元輸出的周期振蕩信號的上升時間。這使得升壓單元中電容兩端跨接的電壓緩慢變化，升壓單元的升壓速度降低，從而減小了升壓電壓過沖的幅度。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)電荷泵電路的示意圖。圖2是圖1現(xiàn)有技術(shù)電荷泵電路的信號時序圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例電荷泵電路的示意圖。圖4是圖3中電荷泵電路的信號時序圖。圖5是圖3中脈沖調(diào)制單元的示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。正如背景技術(shù)部分所述，在電荷泵電路中，由于電壓比較單元至升壓單元輸入端的路徑存在路徑延遲，升壓單元輸出的升壓電壓會暫時的超過目標(biāo)電壓，產(chǎn)生過沖現(xiàn)象；所述過沖現(xiàn)象使得電荷泵電路的輸出電壓會發(fā)生周期性的波動。電荷泵電路的升壓單元通常是利用電容兩端電壓差不能瞬時變化的特性來實(shí)現(xiàn)升壓的，當(dāng)升壓單元進(jìn)行升壓時，其中用于存儲電荷的電容兩端的電壓差不會瞬變。在這種情況下，將所述電容的兩極板周期性的翻轉(zhuǎn)，即可以使得電容兩端的電壓持續(xù)升高。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在所述升壓單元中，電容的周期性翻轉(zhuǎn)通常是通過模擬開關(guān)的切換來實(shí)現(xiàn)，而所述模擬開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)則是由周期振蕩信號的驅(qū)動電壓控制的。因此，通過改變周期振蕩信號的波形來控制模擬開關(guān)的切換動作，進(jìn)而控制升壓單元在升壓電壓到達(dá)目標(biāo)電壓時的升壓動作，即可減小電壓過沖的幅度。在周期振蕩信號的驅(qū)動電壓控制升壓單元進(jìn)行升壓動作時，所述周期振蕩信號中的高電平與低電平分別對應(yīng)于模擬開關(guān)的打開、斷開狀態(tài)；依據(jù)具體實(shí)施例的不同，可以由高電平對應(yīng)模擬開關(guān)的打開狀態(tài)，也可以由低電平對應(yīng)于模擬開關(guān)的打開狀態(tài)，所述被打開的模擬開關(guān)控制電荷泵中的電流源對其中的電容進(jìn)行充電，進(jìn)而完成升壓電壓的升壓動作。在本發(fā)明的電荷泵電路的一個實(shí)施例中，以打開模擬開關(guān)的有效信號為高電平為例進(jìn)行說明，因此所述脈沖信號由無效信號向有效信號的過渡時間為信號的上升時間，由有效信號向無效信號的過渡時間為信號的下降時間。圖3是本發(fā)明實(shí)施例電荷泵電路的示意圖。如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例電荷泵電路的電路包括升壓單元101、分壓單元102、電壓比較單元103、基準(zhǔn)電壓源104、時鐘驅(qū)動單元105以及脈沖調(diào)制單元106，其中升壓單元101基于脈沖調(diào)制單元106輸出的調(diào)制電壓提升升壓電壓。分壓單元102對升壓單元101輸出的升壓電壓進(jìn)行分壓，并將所述分壓電壓發(fā)送至電壓比較單元103。基準(zhǔn)電壓源104提供基準(zhǔn)電壓，并將所述基準(zhǔn)電壓發(fā)送至電壓比較單元103。電壓比較單元103對分壓電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，基于所述比較結(jié)果向時鐘驅(qū)動單元105、脈沖調(diào)制單元106的使能輸入端提供控制電壓。時鐘驅(qū)動單元105接收電壓比較單元103輸出的控制電壓，并將基于所述控制電壓形成的驅(qū)動電壓發(fā)送至脈沖調(diào)制單元106的驅(qū)動輸入端。脈沖調(diào)制單元106的使能輸入端接收控制電壓，基于所述控制電壓的不同對驅(qū)動輸入端接收的驅(qū)動電壓進(jìn)行調(diào)制，并向升壓單元101輸出調(diào)制電壓。所述電荷泵電路的工作原理為當(dāng)升壓單元101得到周期振蕩信號的驅(qū)動電壓后，升壓單元101開始泵升升壓電壓，在具體實(shí)施例中，所述升壓電壓即為電荷泵電路的輸出電壓；所述升壓電壓經(jīng)過分壓單元102的分壓后，與基準(zhǔn)電壓源104提供的基準(zhǔn)電壓比較當(dāng)分壓單元102輸出的分壓電壓小于基準(zhǔn)電壓時(即升壓電壓小于目標(biāo)電壓時)， 電壓比較單元103輸出第一電平的控制電壓，所述第一電平的控制電壓分別被送到時鐘驅(qū)動單元105、以及脈沖調(diào)制單元106的使能輸入端。對于時鐘驅(qū)動單元105，所述第一電平的控制電壓控制時鐘驅(qū)動單元105振蕩，并輸出周期振蕩信號。在具體實(shí)施例中，所述周期振蕩信號為周期的矩形波脈沖信號。之后， 所述周期振蕩信號被送到脈沖調(diào)制單元106的驅(qū)動輸入端。同時，電壓比較單元103輸出的第一電平的控制電壓還被送到脈沖調(diào)制單元106的使能輸入端，所述第一電平的控制電壓使得脈沖調(diào)制單元106對時鐘驅(qū)動單元105輸出的驅(qū)動電壓不進(jìn)行調(diào)制，輸出與時鐘驅(qū)動單元105輸出的與周期振蕩信號一致的調(diào)制電壓，因此，升壓單元101仍繼續(xù)升壓。經(jīng)過多次的升壓動作，分壓單元102輸出的分壓電壓超過基準(zhǔn)電壓后(即升壓電壓大于目標(biāo)電壓時)，電壓比較單元103輸出第二電平的控制電壓，所述第二電平的控制電壓也分別被送到時鐘驅(qū)動單元105、以及脈沖調(diào)制單元106的使能輸入端。對于時鐘驅(qū)動單元105，雖然其輸入端接收到了第二電平的控制電壓，但由于電壓比較單元103至升壓單元101的路徑延遲，時鐘驅(qū)動單元105輸出的驅(qū)動電壓要經(jīng)過一段時間的延遲后，才會由周期振蕩信號轉(zhuǎn)變?yōu)闊o效驅(qū)動信號，并提供給升壓單元101，因此，所述時鐘驅(qū)動單元105仍暫時輸出圖4中的曲線402的脈沖406，所述脈沖406與周期振蕩信號中的脈沖相同。同時，電壓比較單元103輸出的第二電平的控制電壓被送到脈沖調(diào)制單元106的使能輸入端，所述第二電平的控制電壓使得脈沖調(diào)制單元106對暫時為周期振蕩信號的驅(qū)動電壓進(jìn)行調(diào)制，延長所述周期振蕩信號的上升時間，同時保持其下降時間不變，從而將原先的矩形波調(diào)制成了圖4中的調(diào)制電壓曲線403后半段所示的梯形波的脈沖405。在具體實(shí)施例中，被調(diào)制的周期振蕩信號的上升時間與整個振蕩信號周期的比為1/20至19/20。之后，所述被調(diào)制的調(diào)制電壓被發(fā)送至升壓單元101，由于上升時間增加，調(diào)制電壓在驅(qū)動升壓單元101工作時，升壓單元101中模擬開關(guān)的阻抗緩慢減小并使得模擬開關(guān)的打開速度降低，因而電容進(jìn)行充電的速度降低。如圖4升壓電壓曲線403的后段404所示，升壓電壓過沖的幅度得到抑制，其幅度遠(yuǎn)小于圖2中202示出的過沖幅值。為了更好的理解構(gòu)成本發(fā)明電荷泵電路的脈沖調(diào)制單元及其工作原理，接下來對本發(fā)明實(shí)施例電荷泵電路中的脈沖調(diào)制單元的具體構(gòu)成進(jìn)行說明。但應(yīng)認(rèn)識到，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明而仍然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列的描述應(yīng)當(dāng)被理解為對本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛教導(dǎo)，而并不作為對本發(fā)明的限制。圖5是本發(fā)明實(shí)施例電荷泵電路中脈沖調(diào)制單元的示意圖。如圖5所示，所述脈沖調(diào)制單元106包括延遲單元501與選擇單元502，其中延遲單元501接收由時鐘驅(qū)動單元發(fā)送的周期振蕩信號，對所述周期振蕩信號進(jìn)行調(diào)制，延長其上升時間，并將所述被調(diào)制的周期振蕩信號發(fā)送至選擇單元502的輸入端；選擇單元502的輸入端分別接收由時鐘驅(qū)動單元發(fā)送的未被調(diào)制的周期振蕩信號與經(jīng)過延遲單元501調(diào)制的周期振蕩信號，所述選擇單元502的選擇控制端接收由電壓比較單元發(fā)送的控制電壓，基于不同的控制電壓分別選擇經(jīng)過調(diào)制或未經(jīng)調(diào)制的周期振蕩信號。具體的說，當(dāng)所述控制電壓為第二電平的控制電壓時，選擇單元502選擇延遲單元501發(fā)送的調(diào)制的周期振蕩信號，當(dāng)所述控制電壓為第一電平的控制電壓時，選擇單元 502選擇時鐘驅(qū)動單元直接發(fā)送的未被調(diào)制的周期振蕩信號。在完成信號選擇后，選擇單元 502輸出調(diào)制電壓，并將所述調(diào)制電壓發(fā)送至升壓單元，以驅(qū)動其進(jìn)行升壓動作。在具體實(shí)施例中，延遲單元501對驅(qū)動電壓的調(diào)制功能通過低通濾波單元與邊沿選擇單元共同實(shí)現(xiàn)，其中低通濾波單元用于延長周期振蕩信號的驅(qū)動電壓的上升時間； 邊沿選擇單元依據(jù)周期振蕩信號邊沿的不同選擇輸出不同的驅(qū)動電壓，在時鐘沿為上升沿
6時，選擇輸出延遲的上升沿部分，在時鐘沿為下降沿時，選擇輸出未被延遲的下降沿部分。 這種時鐘沿的選擇合成使得周期振蕩信號的驅(qū)動電壓在上升時間延長的同時，下降時間保持原狀，從而實(shí)現(xiàn)了梯形波的波形。本發(fā)明的電荷泵電路設(shè)置了脈沖調(diào)制單元，在電荷泵電路的輸出電壓超過目標(biāo)電壓后，所述脈沖調(diào)制單元延長了時鐘驅(qū)動單元輸出的周期振蕩信號的驅(qū)動電壓的上升時間。這使得升壓單元中電容兩端跨接的電壓緩慢變化，升壓單元的升壓速度降低，從而減小了升壓電壓過沖的幅度。應(yīng)該理解，此處的例子和實(shí)施例僅是示例性的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不背離本申請和所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，做出各種修改和更正。
權(quán)利要求
1.一種電荷泵電路，其特征在于，包括升壓單元、分壓單元、基準(zhǔn)電壓源、電壓比較單元、時鐘驅(qū)動單元以及脈沖調(diào)制單元，其中升壓單元，根據(jù)脈沖調(diào)制單元輸出的調(diào)制電壓提升升壓電壓；分壓單元，對升壓單元輸出的升壓電壓進(jìn)行分壓并輸出分壓電壓；電壓比較單元，對分壓電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，基于所述比較結(jié)果向時鐘驅(qū)動單元、 脈沖調(diào)制單元提供控制電壓；時鐘驅(qū)動單元，接收電壓比較單元輸出的控制電壓，基于所述控制電壓形成驅(qū)動電壓并發(fā)送至脈沖調(diào)制單元；脈沖調(diào)制單元，基于控制電壓對時鐘驅(qū)動單元發(fā)送的驅(qū)動電壓進(jìn)行調(diào)制處理，并向升壓單元發(fā)送調(diào)制電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的電荷泵電路，其特征在于，所述驅(qū)動電壓為周期振蕩信號時，所述脈沖調(diào)制單元對驅(qū)動電壓進(jìn)行調(diào)制包括延長時鐘驅(qū)動單元輸出的周期振蕩信號的上升時間。
3.如權(quán)利要求2所述的電荷泵電路，其特征在于，所述被調(diào)制的周期振蕩信號的上升時間與整個振蕩信號周期的比為1/20至19/20。
4.如權(quán)利要求3所述的電荷泵電路，其特征在于，所述脈沖調(diào)制單元對驅(qū)動電壓進(jìn)行調(diào)制還包括保持周期振蕩信號的下降時間不變。
5.如權(quán)利要求2所述的電荷泵電路，其特征在于，所述周期振蕩信號為梯形波。
6.如權(quán)利要求2所述的電荷泵電路，其特征在于，所述脈沖調(diào)制單元包括延遲單元與選擇單元，其中延遲單元接收由時鐘驅(qū)動單元發(fā)送的周期振蕩信號，對所述周期振蕩信號進(jìn)行調(diào)制， 延長其上升時間，并將所述被調(diào)制的周期振蕩信號發(fā)送至選擇單元的輸入端；選擇單元的輸入端分別接收由時鐘驅(qū)動單元發(fā)送的未被調(diào)制的周期振蕩信號與經(jīng)過延遲單元調(diào)制的周期振蕩信號，所述選擇單元的選擇控制端接收由電壓比較單元發(fā)送的控制電壓，基于不同的控制電壓分別選擇經(jīng)過調(diào)制或未經(jīng)調(diào)制的周期振蕩信號。
7.如權(quán)利要求6所述的電荷泵電路，其特征在于，所述延遲單元包括低通濾波單元與邊沿選擇單元，其中低通濾波單元用于延長周期振蕩信號的上升時間；邊沿選擇單元依據(jù)時鐘沿的不同選擇輸出不同的周期振蕩信號邊沿，在時鐘沿為上升沿時，選擇輸出延遲的上升沿部分，在時鐘沿為下降沿時，選擇輸出未被延遲的下降沿部分。
全文摘要
一種電荷泵電路，包括升壓單元、分壓單元、基準(zhǔn)電壓源、電壓比較單元、時鐘驅(qū)動單元以及脈沖調(diào)制單元，其中升壓單元，根據(jù)脈沖調(diào)制單元輸出的調(diào)制電壓提升升壓電壓；分壓單元，對升壓單元輸出的升壓電壓進(jìn)行分壓并輸出分壓電壓；電壓比較單元，對分壓電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，基于所述比較結(jié)果向時鐘驅(qū)動單元、脈沖調(diào)制單元提供控制電壓；時鐘驅(qū)動單元，接收電壓比較單元輸出的控制電壓，基于所述控制電壓形成驅(qū)動電壓并發(fā)送至脈沖調(diào)制單元；脈沖調(diào)制單元，基于控制電壓對時鐘驅(qū)動單元發(fā)送的驅(qū)動電壓進(jìn)行調(diào)制處理，并向升壓單元發(fā)送調(diào)制電壓。
文檔編號H02M3/07GK102195472SQ201010125888
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月8日
發(fā)明者楊光軍 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司