[發明專利]適用于存儲器的電荷泵輸出分壓電路

有效

• 申請號: 201710070975.5
• 申請日: 2017-02-09
• 公開（公告）號: CN108417239B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 范東風;沈紅偉;趙利川;張詩娟;張建平;王立芳
• 申請（專利權）人: 華大恒芯科技有限公司
• 主分類號: G11C16/30
• 分類號: G11C16/30
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所(普通合伙) 11308
• 代理人: 熊傳亞

本發明公開了一種適用于存儲器的電荷泵輸出分壓電路，適用于存儲器的電荷泵輸出分壓電路，包括電容分壓主電路和開關電容輔電路。在電荷泵輸出電壓建立階段，電容分壓主電路和開關電容輔電路共同決定所述電荷泵輸出電壓的分壓比例，而在穩定階段，電容分壓主電路決定所述電荷泵輸出電壓的分壓比例。

技術領域

本發明涉及非易失性存儲器技術領域，具體地涉及一種適用于存儲器的電荷泵輸出分壓電路。

背景技術

半導體存儲器可以分為兩大類：易失性存儲器和非易失性存儲器。易失性存儲器在系統斷電之后，所存儲的數據丟失，例如SRAM和DRAM。非易失性存儲器在系統斷電之后，仍然可以很好地保存數據，例如EEPROM和FLASH。

作為目前商業應用最為廣泛的兩種非易失性存儲器，EEPROM和FLASH各有其優缺點：前者工藝非常成熟，器件的可靠性也較好，但是存儲單元采用2T結構，導致存儲單元的有效面積較大；后者在存儲陣列的可靠性方面要稍遜于EEPROM，但是采用1T結構的存儲單元，使得存儲密度更高，在大容量存儲器的使用中很有優勢。此外，EEPROM的擦除、編程機制都使用FN隧道效應，而FLASH多采用CHEI效應進行編程，比較而言，EEPROM的寫操作功耗更小，更加適合于低功耗、超低功耗的應用場合。

EEPROM和FLASH的系統架構類似，包括存儲陣列和外圍電路兩部分。外圍電路一般分為行/列譯碼器、靈敏放大器、邏輯控制電路、數據/地址鎖存器、電源管理模塊(主要為片上電荷泵)等。在進行寫操作時，上述存儲器的功耗主要產生于片上電荷泵電路；而在讀操作時，除了片上電荷泵外，還產生于靈敏放大器電路。可見針對RFID電子標簽芯片、雙界面智能卡、穿戴式電子產品等低功耗應用領域，電荷泵電路直接影響著存儲器的功耗指標和可靠性指標。目前電荷泵常用的輸出穩壓方案有兩種：一種方案是采用齊納二極管，當電荷泵輸出電壓大于齊納二極管的穩壓值時，齊納二極管的導通電流急劇增大，通過對電荷泵輸出電壓的泄流達到穩壓的目的；另一種方案是采用反饋環路，首先需要電荷泵輸出分壓電路對其進行采樣，并將分壓值與參考基準電壓值進行比較，當分壓值大于基準電壓值時，比較器輸出指示信號，通過調整電荷泵驅動時鐘來達到穩壓的目的。上述第二種方案因為電荷泵輸出電壓精度高、功耗可控等優點，成為存儲器采用的主流設計方案。

在反饋環穩壓方案中，電荷泵輸出分壓設計技術起著至關重要的作用。圖1是傳統的電阻分壓電路100，其分壓比例由電阻111-113的阻值決定。該電阻分壓電路100的分壓精度極高，但是電阻分壓也有著明顯的缺點：例如靜態功耗較大。如果為了減小靜態功耗從而增大電阻111-113的阻值，則又會顯著增大電阻111-113的版圖面積，而且電阻111-113的寄生電容也會隨著版圖面積的增大而增大，顯然阻值和容值的增大，反過來又會影響電阻分壓電路100的瞬態響應特性。因此，電阻分壓電路100并不太適用于超低功耗的應用場景。

圖2是傳統的二極管分壓電路200，其中二極管211-213的物理版圖參數完全相同，其分壓比例完全取決于二極管211-213的串/并聯的具體電路結構。二極管分壓電路200的分壓精度也較高，但是受限于二極管211-213的I-V特性，當二極管211-213的兩端壓差小于其導通閾值時，其電流極小，當二極管211-213的兩端壓差大于其導通閾值時，其電流急劇增大，而且二極管211-213的導通閾值電壓與溫度、工藝等息息相關，因此采用二極管分壓電路200也難以在功耗和性能之間進行取舍。

圖3是傳統的PMOS二極管分壓電路300，其中在主流的標準CMOS工藝上，采用PMOS二極管311-313代替傳統雙極的二極管211-213，同樣PMOS二極管311-313的閾值電壓受溫度、工藝影響較大。