[實用新型]電荷泵和存儲器

有效

• 申請號: 201721055909.2
• 申請日: 2017-08-22
• 公開（公告）號: CN207304375U
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 馬亮;劉大海;李迪;刁靜;張登軍;林圭榮
• 申請（專利權）人: 合肥博雅半導體有限公司
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07;G11C5/14
• 代理公司: 北京成創同維知識產權代理有限公司11449
• 代理人: 蔡純,張靖琳

技術領域

本實用新型涉及半導體領域，特別涉及一種電荷泵和存儲器。

背景技術

隨著半導體技術的發展，基于低功耗、低成本的設計要求，存儲器的電源電壓通常比較低。然而，為了實現存儲信息的讀寫，通常需要遠高于電源電壓的編程電壓和擦除電壓。因此，電荷泵被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讀取電壓、編程電壓以及擦除電壓。

電荷泵使用開關過程來提供大于其直流輸入電壓。通常，電荷泵可具有耦合到輸入端與輸出端之間的開關的電容器。在一個時鐘相位期間 (充電半周期)，電容器并聯地耦合到輸入端，以充電達到輸入電壓。在第二時鐘相位期間(轉移半周期)，充電的電容器與輸入電壓串聯耦合以提供兩倍于輸入電壓的電平的輸出電壓。此過程說明于圖1A和1B 中。在圖1A中，電容器5與輸入電壓V_IN并聯配置以說明充電半周期。在圖1B中，充電的電容器5與輸入電壓V_IN串聯配置以說明轉移半周期。如圖1B所示，充電的電容器5的正極端子將因此相對于接地為2*V_IN。

上述一般電荷泵只在轉移半周期期間轉移功率。圖2示出了現有技術的一種電荷泵的電路示意圖。如圖2所示，現有技術的電荷泵包含數個倍增電壓的電壓級，每一級包含一個電容器。從這種電路的輸出電壓可以被示為：

M_out＝[V_dd+n(V_clk-VT)]-VT(1)

圖1A和圖1B的電荷泵電路存在的問題是：因為電路的每一級都只有一個電容器，那么到第N級，電容器將必須經受VCC*2^(N-1)的電壓應力，因此這些電容器需要較大的抗電壓能力，需要較厚的氧化物絕緣層以防止電介質擊穿和短路，這樣電荷泵的面積也會相應的增加。

實用新型內容

鑒于此，本實用新型旨在提供一種可以在提供足夠的輸出電壓的同時節約面積的電荷泵和存儲器。

根據本實用新型的一方面，提供一種電荷泵，其輸入端接收電源電壓、輸出端提供大于所述電源電壓的供電電壓，其特征在于，所述電荷泵包括在所述電荷泵的輸入端至所述電荷泵的輸出端之間依次級聯的多個電壓級，每個所述電壓級包括：電容單元，其第一端提供本級的輸出電壓，其第二端接收時鐘信號，所述電容單元包括串聯在所述第一端和所述第二端之間的至少一個電容器，所述至少一個電容器的數量和類型根據所述電容單元的設定容值和實現面積確定；以及開關模塊，用于根據所述電源電壓或前一個所述電壓級的所述輸出電壓對所述電容單元的第一端進行充電，其中，所述多個電壓級中至少有兩個所述電壓級的所述電容單元中的所述電容器的數量不相同。

優選地，所述多個電壓級至少包括第一部分以及級聯在所述第一部分之后的第二部分，所述第一部分和所述第二部分分別包括一個所述電壓級或級聯的多個所述電壓級，所述第一部分的各個所述電壓級的所述電容單元中的所述電容器為低壓類型且數量等于1，所述第二部分的各個所述電壓級的所述電容單元中的所述電容器為低壓類型且數量大于1。

優選地，在所述多個電壓級的所述第二部分中，級聯在后的所述電壓級的所述電容單元中的所述電容器的數量大于等于級聯在先的所述電壓級的所述電容單元中的所述電容器的數量。

優選地，所述多個電壓級還包括級聯在所述第二部分之后的第三部分，所述第三部分包括一個所述電壓級或級聯的多個所述電壓級，在所述第三部分的各個所述電壓級中，所述電容單元中的所述電容器為高壓類型且數量大于等于1，所述電容單元的實現面積小于相同設定容值下由至少一個低壓類型的所述電容器串聯而成的電容單元的實現面積。

優選地，在每個所述電壓級中，所述電容單元的所述電容器的數量根據該所述電壓級的電壓應力確定。

優選地，所述時鐘信號包括互不交疊的第一時鐘信號和第二時鐘信號，在所述依次級聯的多個電壓級中，從所述電荷泵的輸入端起的第奇數個所述電壓級中的所述電容單元的第二端接收所述第一時鐘信號、第偶數個所述電壓級中的所述電容單元的第二端接收所述第二時鐘信號。

優選地，所述第一時鐘信號與所述第二時鐘信號的相位相反。

優選地，所述開關模塊包括二極管，所述二極管的陽極接收所述電源電壓或前一個所述電壓級的所述輸出電壓，所述二極管的陰極與同一電壓級的所述電容單元的第一端相連。

優選地，所述二極管由工作在線性區的P型MOSFET或N型 MOSFET實現。