[發明專利]一種電荷泵電路

有效

• 申請號: 201410005963.0
• 申請日: 2014-01-07
• 公開（公告）號: CN103715883A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 黃明永;楊光軍
• 申請（專利權）人: 上海華虹宏力半導體制造有限公司
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 吳靖靚;駱蘇華

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種電荷泵電路。

背景技術

在信息時代，信息存儲是信息技術中最重要的技術內容之一。DRAM、EEPROM、快閃存儲器等存儲器得到越來越廣泛的應用。

基于低功耗、低成本的要求，存儲器的電源電壓通常比較低，例如2.5V、1.8V等，然而為了實現信息的“寫入”和“清除”等操作，通常需要遠高于電源電壓的編程電壓及擦除電壓，例如8V或11V等。因此，電荷泵電路廣泛應用于存儲器中，用于通過較低的電源電壓獲得較高的編程電壓、擦除電壓等存儲器的操作電壓。

參考圖1，示出了一種兩級電荷泵電路的示意圖。如圖1所示的電荷泵電路每一個升壓級由一個二極管接法的NMOS管(該NMOS管的柵極與漏極相接)、連接于NMOS管源極的電容構成，電容的另一端連接于時鐘振蕩電路。其中，每一升壓級的電容為等值的耦合電容，時鐘振蕩電路產生、的兩相不重疊時鐘，時鐘的幅度一般與電源電壓Vdd相等。電荷泵工作時，當為低電平，電源電壓Vdd通過NMOS管對C1充電，當為高電平時，C1上極板電壓跳變為2倍的Vdd，給C2充電，這樣，電荷就從左邊傳到了右邊。而當又為低電平時，由于二極管接法的NMOS管的單向導通性，電荷無法從右邊傳輸回左邊，這樣，隨著電荷泵級數的增加，電荷就源源不斷地從電源傳遞到輸出端，從而得到所需的高壓。圖2所示的是基于圖1的一種多級電荷泵電路的示意圖，其每個升壓級的結構可參考圖1，圖2中，時鐘振蕩電路產生時鐘信號CLK至相應電容極的一端，該時鐘信號CLK的幅度也一般與電源電壓Vdd相等。

現有技術中，在存儲器的編程和擦除過程中，往往是采用同一個電荷泵電路來為存儲器提供編程電壓和擦除電壓等操作電壓的。以電荷泵電路提供編程電壓和擦除電壓為例：電荷泵電路和存儲單元陣列之間包括選擇器，編程過程中，電荷泵電路向存儲單元陣列提供編程電壓，選擇器使電荷泵電路的輸出端與存儲單元陣列的編程接入端導通；擦除過程中，電荷泵電路向存儲器提供擦除電壓，選擇器使電荷泵單元電路的輸出端與存儲單元陣列中的擦除接入端導通。可見，存儲器內的電荷泵電路需要為存儲器提供范圍較寬的輸出電壓。

但是存儲器內的電荷泵電路輸出電壓的范圍受升壓級中電容的擊穿電壓的限制，比如，若電荷泵電路中最后一個升壓級電容的擊穿電壓為10V，當需要為存儲器提供大于10V的操作電壓時，最后升壓級中電容兩端需要承受大于10V的壓差，即實際壓差大于電容的擊穿電壓了，這顯然對電容及電荷泵電路的使用壽命造成影響。因而，存儲器內的電荷泵電路輸出電壓的幅值受限。

發明內容

本發明技術方案所需解決的技術問題是，如何提高電荷泵電路輸出電壓的幅值。

為了解決上述技術問題，本發明技術方案提供了一種電荷泵電路，包括：

至少兩個依次連接的升壓級單元，其中，前一個升壓級單元用于向后一個升壓級單元提供充電電流；所述升壓級單元包括電容元件和使充電電流輸入所述電容元件的第一控制元件；

最后一個升壓級單元所包括的電容元件構成電容組，所述電容組的電容元件的數量為至少兩個，其中，第一個電容元件的第一極板連接所述第一控制元件，最后一個電容元件的第二極板接收充電時鐘信號，后一個電容元件的第一極板與前一個電容元件的第二極板連接，各電容元件的與其他電容元件連接的極板具有初始電壓，所述初始電壓與所述電容元件的擊穿電壓相關。

可選的，除最后一個升壓級單元以外的任意升壓級單元所包括的電容元件構成所述電容組。

可選的，所述電荷泵電路還包括：

電壓源單元，用于提供所述初始電壓；

至少一個第二控制元件，串聯在所述電壓源單元和相鄰的電容元件的連接節點之間，用于防止所連接電壓源單元和電容元件之間的反向電流。

可選的，所述第二控制元件為單向導通元件。

可選的，所述第二控制元件為二極管。

可選的，所述第二控制元件為柵漏相連的MOS管，相鄰的MOS管之間通過源漏串聯。

可選的，所述第一控制元件為單向導通元件。

可選的，所述第一控制元件為開關元件，所述開關元件由控制信號控制開閉，所述控制信號與所述充電時鐘信號相關。

可選的，所述第一控制元件為柵漏相連的MOS管，所述MOS管的漏極輸入所述充電電流、源極連接電容元件。

可選的，所述電荷泵電路還包括：電流源單元，用于向第一個升壓級單元提供充電電流；時鐘源單元，用于提供所述充電時鐘信號。

本發明技術方案的有益效果至少包括：