專利名稱：低功率電荷泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例有關(guān)次微米金屬氧化物半導(dǎo)體的設(shè)計及作業(yè)。更具體而言，本發(fā)明的實施例提供了一種低功率電荷泵(charge pump)。
背景技術(shù)：
閃存是一種具有許多優(yōu)異特性的半導(dǎo)體計算機內(nèi)存類型。閃存和只讀存儲器(Read Only Memory；簡稱ROM)一樣是非易失性的，意指此種內(nèi)存的內(nèi)容是穩(wěn)定的，且在未施加電源時可保持該內(nèi)容。
閃存裝置在電子裝置市場上已獲得廣泛的使用。閃存優(yōu)于ROM的一主要之處在于在制造出裝置之后可改變閃存的內(nèi)容。在其中包括桌上型計算機、行動電話、及手持計算機的許多類型的計算機中都已廣泛地使用了閃存。閃存也被廣泛地用于數(shù)字相機及諸如“MP3”播放器等的可攜式數(shù)字音樂播放器。
除了諸如在數(shù)字攝錄機等的直接閃存存儲應(yīng)用之外，設(shè)有閃存的存儲裝置也正在許多應(yīng)用中取代了有時被稱為硬盤機的旋轉(zhuǎn)磁盤。與硬盤機相比時，閃存顯然有較堅固耐用、較安靜、耗電較低，且在某些存儲密度中，此種設(shè)有閃存的裝置可能比相同容量的硬盤機更小。
圖1示出傳統(tǒng)技術(shù)中現(xiàn)有的一存儲單元(10)。區(qū)域(14)是存儲單元(10)的漏級及(或)源極區(qū)?？蓪⒃摰葏^(qū)域互換地用來作為源極及(或)漏級區(qū)。系將控制柵極(16)用來控制存儲單元(10)的作業(yè)。在源極/漏級區(qū)(14)之間形成一溝道區(qū)(17)。特征部位尺寸(18)是一特定半導(dǎo)體制程所能制造出來的最小特征部位的標(biāo)稱尺寸。在此種類型的存儲單元中，柵極(16)寬度及溝道(17)長度大約相當(dāng)于特征部位尺寸(18)。
存儲單元(10)可以是“浮接?xùn)艠O”存儲單元及氮化物只讀存儲器(Nitride Read Only Memory；簡稱NROM)這兩種一般類型的非易失性內(nèi)存中的一種。在一浮接?xùn)艠O存儲單元中，柵極堆棧的層(12B)通常是導(dǎo)電多晶硅。層(12A)及(12C)是絕緣材料，用以隔離或“浮接”通常被稱為浮接?xùn)艠O的柵極層(12B)。浮接?xùn)艠O(12B)是存儲單元(10)的存儲元件。
采用氮化硅的閃存與采用浮接?xùn)艠O及穿隧氧化物的類似閃存相比時具有許多優(yōu)點。硅-氧化物-氮化物-氧化物-硅(Silicon-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon；簡稱SONOS)在每單位面積可使用的存儲單元數(shù)目上有密度極大的潛力，且與浮接?xùn)艠O內(nèi)存相比時只需要較少的制程步驟。此外，可輕易地將此種閃存與標(biāo)準(zhǔn)靜態(tài)機存取內(nèi)存(SRAM)制程技術(shù)整合。使用SONOS裝置的進一步的優(yōu)點是其在需要較大溫度變化及對輻射硬化的應(yīng)用上的適用性。SONOS堆棧是一種柵極介質(zhì)堆棧，且包含單一層的多晶硅、一個三重堆棧的氧化物-氮化物-氧化物(ONO)柵極介電質(zhì)層、以及MOS溝道(17)。該ONO結(jié)構(gòu)可包含一隧道氧化物(12A)、氮化物內(nèi)存存儲層(12B)、及一阻擋氧化物層(12C)。
通常系將閃存裝置配置成方位排成若干列及若干行的由許多例示的個別存儲單元(例如存儲單元(10))構(gòu)成的一數(shù)組。每一列中的存儲單元的控制柵極(例如圖1所示的控制柵極(16))通常被連接到一系列的字線，因而形成可選擇對應(yīng)的字線而存取的若干個別列的存儲單元。同樣地，每一行中的存儲單元的源極及(或)漏級(例如區(qū)域(14))被連接到一系列的位線，因而形成可選擇對應(yīng)的位線而存取的若干個別行的存儲單元。
在以更低的成本供應(yīng)更大容量的內(nèi)存方面，各內(nèi)存裝置制造商持續(xù)地受到挑戰(zhàn)。最近，加州的高級微裝置公司(Advanced Micro Devices，Incorporated of California)已導(dǎo)入了鏡位(MIRROR BITTM)采用氮化物的快閃ROM，此種快閃ROM在氮化物層(12B)中每一存儲單元中可存儲多個被實體隔離的位。此種在每一存儲單元中存儲多個位的方式增加了內(nèi)存裝置的存儲密度，因而降低了每一位的存儲成本。
要讀取存儲單元(10)的“左方”部分中存儲的一位時，將大約4.5伏特的一讀取電壓施加到一字線，并使一位線接地。節(jié)點(14A)(區(qū)域(14)的左方例子)系用來作為該存儲單元的源極，且電流系自用來作為一漏級的節(jié)點(14B)而流到節(jié)點(14A)經(jīng)由位線接地。連接到該位線的感測邏輯電路可解譯電流的量(而該電流的量受到氮化物柵極層(12B)中存儲的電荷量的影響)，以便決定一位是否被存儲在存儲單元(10)的該“左方”部分。
要讀取存儲單元(10)的“右方”部分中存儲的一位時，將大約4.5伏特的一讀取電壓施加到一字線，并使位線接地。節(jié)點(14B)(區(qū)域(14)的右方例子)系用來作為該存儲單元的源極，且電流系自用來作為漏級的節(jié)點(14A)而流到節(jié)點(14B)經(jīng)由位線接地。連接到該位線的感測邏輯電路可解譯電流的量(而該電流的量受到氮化物柵極層(12B)中存儲的電荷量的影響)，以便決定一位是否被存儲在存儲單元(10)的該“右方”部分。
要將一位寫入(或燒錄到)存儲單元(10)的該“右方”部分時，將大約9.5伏特的一燒錄電壓施加到一線，使一位線接地，并將該位線用來作為一源極。電流系自字線經(jīng)由節(jié)點(14A)而流到位線。該電流造成電荷的熱載子注入到在實體上接近節(jié)點(14A)的該SONOS堆棧的氮化物層。
要將一位寫入(或燒錄到)存儲單元(10)的該“左方”部分時，將大約9.5伏特的一燒錄電壓施加到一線，使一位線接地，并將該位線用來作為一源極。電流系自字線經(jīng)由節(jié)點(14B)而流到位線。該電流造成電荷的熱載子注入到在實體上接近節(jié)點(14B)的該SONOS堆棧的氮化物層。
大部分低電力消耗的閃存裝置系在諸如1.8伏特的單一外部電壓下進行諸如讀取及燒錄等的作業(yè)。通常系由一閃存集成電路上的諸如一電荷泵等的一輔助電路產(chǎn)生諸如用于燒錄的一9.5伏特偏壓或用于讀取的一4.5伏特偏壓等的內(nèi)部電壓。產(chǎn)品設(shè)計者(例如將閃存用于產(chǎn)品的設(shè)計者)可利用諸如一閃存等的一單一供應(yīng)電壓的零件來實現(xiàn)許多優(yōu)點。例如，一產(chǎn)品設(shè)計者只需要為一產(chǎn)品設(shè)計單一的電源供應(yīng)器。有效率的產(chǎn)品層級電源供應(yīng)器經(jīng)常需要諸如電感器等的磁性裝置。電感經(jīng)常是尺寸相當(dāng)“高”的元件。限制“高尺寸”元件的數(shù)目有利于作出較薄的產(chǎn)品。在進一步的效益上，單一供應(yīng)電壓的裝置使產(chǎn)品設(shè)計者不必顧及裝置電壓要求的細節(jié)。裝置設(shè)計者更能針對最佳的性能而有利地選擇工作電壓。
此外，一電源轉(zhuǎn)換電路的一集成電路實施例通常比一系統(tǒng)層級的電路板實施例可以有較小的尺寸及較低的成本。將電源轉(zhuǎn)換電路整合到單一供應(yīng)電壓的集成電路的另一優(yōu)點系與元件的“第二供貨來源”有關(guān)。許多大量電子配件的制造商需要自至少兩個(第一個及“第二個”)獨立的供應(yīng)煉取得類似的元件。例如，在閃存裝置的情形中，可用單一共享的外部電壓供應(yīng)來應(yīng)付兩種不同閃存裝置的極端不同的內(nèi)部設(shè)計，若非單一供應(yīng)電壓，則這兩種不同的閃存裝置可能需要多個不同且不兼容的電壓，才能支持這兩種內(nèi)存裝置供貨商的每一供貨商。
但是很不幸，在一集成電路上實施的電源轉(zhuǎn)換電路在將能量自某一電壓轉(zhuǎn)換為另一電壓上，通常比一電壓轉(zhuǎn)換電路的系統(tǒng)層級的電路板實施例較無效率。造成較低效率的其中一個因素是使有效率的電感被用于電源轉(zhuǎn)換電路上時通常有商業(yè)上的不可行性。電感的電路在電源轉(zhuǎn)換上通常比電容的電路更有效率。額外的因素是集成電路中的電容部位是比較大，且必須將該電容部位盡量縮小，以便可諸如在一集成電路的尺寸限制內(nèi)有最大的內(nèi)存數(shù)組尺寸。
圖2A示出傳統(tǒng)上在一集成電路中用來將電壓升壓的電荷泵電路(200)。電荷泵電路(200)包含二極管(241至245)以及電容元件(251至253)。通常系將電容元件(251至253)稱為“泵電容”(pump capacitors)。將節(jié)點(261)及(262)稱為“泵節(jié)點”。系將一方波時鐘信號CLK1(220)供應(yīng)到或驅(qū)動電容元件(251)的下方腳。通常系將一電容元件的下方腳稱為一“泵驅(qū)動節(jié)點”，例如泵驅(qū)動節(jié)點(270)及(271)。系將一供應(yīng)電壓Vcc(210)供應(yīng)到二極管(241)的陽極，且輸出節(jié)點(260)上可得到一輸出電壓。
圖2B示出CLK1(220)及CLK2(230)信號。這些時鐘信號的范圍通常是自0伏特至Vcc，且具有諸如25％的“高”作用周期。CLK2(230)具有與CLK1(220)相同的波形，但是延遲了180度。因此，當(dāng)CLK1(220)處于高電平時，CLK2(230)處于低電平，反之亦然。此外，可以有兩個信號都處于低電平的兩段時間。請再參閱圖2A，當(dāng)CLK1(220)處于低電平時，電容元件(251)經(jīng)由二極管(241)而充電。當(dāng)電容元件(251)完全充電時，節(jié)點(261)的電平將大約在Vcc。當(dāng)電容元件(251)完全充電時，CLK1(220)轉(zhuǎn)變到大約Vcc(210)的高電平，且節(jié)點(261)的電平跳到大約2Vcc(210)。二極管(241)現(xiàn)在被反向偏壓，且不導(dǎo)通。CLK2(230)轉(zhuǎn)變到低電平，因而二極管(242)被順向偏壓，且節(jié)點(261)的電壓轉(zhuǎn)移到節(jié)點(262)，而使電容元件(252)充電。
當(dāng)CLK2(230)隨后轉(zhuǎn)變到大約Vcc(210)的高電平時，節(jié)點(262)的電平跳到大約3Vcc(210)。該過程可重復(fù)經(jīng)過許多級，而產(chǎn)生一系列的輸出電壓，以供一集成電路內(nèi)的其它電路所使用。在傳統(tǒng)的技術(shù)中，經(jīng)常以通過柵(pass gate)裝置取代一電荷泵電路中的二極管，以便消除因二極管電位降而產(chǎn)生的能量耗損。我們當(dāng)了解，使用通過柵裝置時，需要額外的時鐘觸發(fā)邏輯電路，以便在需要導(dǎo)通一通過柵時開啟該通過柵，并于需要阻擋電流流過時關(guān)閉一通過柵。
因為在諸如電池供電的細胞式電話(cell phone)及手持計算機等的低電力消耗的應(yīng)用中已廣泛采用了閃存所以提高閃存裝置內(nèi)的內(nèi)部電源轉(zhuǎn)換電路的效率將可有利地降低產(chǎn)品層級的電力消耗，因而增加電池使用時間，且使產(chǎn)品在市場上更有吸引力。因此，非常需要有集成電路電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計上的改良，并提供優(yōu)于采用較無效率設(shè)計的產(chǎn)品的競爭力。
半導(dǎo)體制程設(shè)備式相當(dāng)昂貴。諸如離子植入及擴散等基本的半導(dǎo)體制程步驟通常需要長期的開發(fā)及廣泛的認證測試。實施一種新的制程時，在半導(dǎo)體制造商方面要投入相當(dāng)多的資源。一制造商可能必須改變或完全更新制程數(shù)據(jù)庫及流程，以便實施一種新的制程。此外，將生產(chǎn)線的設(shè)備更新時，不論是考慮到直接費用，或是考慮到因執(zhí)行設(shè)備更新所需的時間而產(chǎn)生的機會成本，也都是成本相當(dāng)高的。
因此，增加閃存燒錄速率的任何解決方案都應(yīng)與現(xiàn)有的半導(dǎo)體制程及設(shè)備兼容，而不需要更新已為大家所接受的機臺及技術(shù)。
因此，目前需要一種增加電荷泵的效率的方法。進一步需要一種以與實施高效率電荷泵的傳統(tǒng)方法兼容且互補的方式來提高電荷泵的效率的方法。又進一步需要一種利用現(xiàn)有的半導(dǎo)體制程及設(shè)備而無須更新已為大家所接受的機臺及技術(shù)即可滿足上述需要的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例提供了一種提高電荷泵的效率的方式。本發(fā)明的另一實施例提供了一種以與實施高效率電荷泵的傳統(tǒng)方法兼容且互補的方式來提高電荷泵的效率的方法。本發(fā)明的又一實施例提供了一種利用現(xiàn)有的半導(dǎo)體制程及設(shè)備而無須更新已為大家所接受的機臺及技術(shù)即可滿足上述解決方案的方法。
本發(fā)明揭示了一種低功率電荷泵。一第一泵級的一泵驅(qū)動節(jié)點選擇性地耦合到后續(xù)泵級的一泵驅(qū)動節(jié)點。在將電荷自一第一泵級轉(zhuǎn)移到后續(xù)級之后，該第一及后續(xù)泵驅(qū)動節(jié)點耦合。一第一級泵驅(qū)動節(jié)點上的殘余電荷因而被轉(zhuǎn)移到一后續(xù)泵驅(qū)動節(jié)點。在將電荷自該第一泵驅(qū)動節(jié)點轉(zhuǎn)移到該第二泵驅(qū)動節(jié)點之后，該等節(jié)點即解除耦合。藉由將一第一泵級選擇性地耦合到后續(xù)泵級的一泵驅(qū)動節(jié)點，該第一泵驅(qū)動節(jié)點可將該后續(xù)泵驅(qū)動節(jié)點預(yù)先充電，因而減少時鐘驅(qū)動電路為了產(chǎn)生一驅(qū)動時鐘的一正向轉(zhuǎn)變而必須提供的能量。此種方式的優(yōu)點在于系自第一級采取預(yù)先充電的能量，因而減少了時鐘驅(qū)動電路先前在一反向時鐘信號轉(zhuǎn)變期間所散逸的能量。
本發(fā)明的又一實施例提供了一種新穎的泵驅(qū)動節(jié)點時鐘信號，該時鐘信號包含一高阻抗?fàn)顟B(tài)，用以配合該等泵驅(qū)動節(jié)點的選擇性耦合而驅(qū)動泵驅(qū)動節(jié)點。
本發(fā)明的另一實施例提供了一種在低于1.8伏特的供應(yīng)電壓下驅(qū)動臨界電壓抵消通過柵的方法。


圖1示出傳統(tǒng)技術(shù)中現(xiàn)有的一存儲單元。
圖2A示出傳統(tǒng)上在集成電路中用來將電壓升壓的電荷泵電路。
圖2B示出用來驅(qū)動電荷泵電路的時鐘信號。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一實施例的低功率電荷泵電路。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一實施例而用來驅(qū)動一低功率電荷泵電路的時鐘信號。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電荷泵電路。
圖6示出根據(jù)本發(fā)明的一實施例而在低供應(yīng)電壓下作業(yè)的電荷泵電路。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明的一實施例的臨界電壓通過柵驅(qū)動電容器時鐘信號產(chǎn)生電路。
具體實施例方式
在下文對本發(fā)明低功率電荷泵的詳細說明中，述及了許多特定的細節(jié)，以便使本發(fā)明能被徹底了解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)可了解，在無須這些特定細節(jié)或其等效細節(jié)的情形下亦可實施本發(fā)明。在其它的情形中，則并未說明一些現(xiàn)有的方法、程序、元件、及電路，以免非必要地模糊了本發(fā)明的面向。
低功率電荷泵將在閃存裝置的設(shè)計及作業(yè)的環(huán)境中說明本發(fā)明的實施例。然而，我們當(dāng)了解，亦可將本發(fā)明的實施例用于電子設(shè)計及作業(yè)的其它領(lǐng)域。
請再參閱圖2A及圖2B，在電容元件的下方端點(例如在泵驅(qū)動節(jié)點(270)上的一負時鐘轉(zhuǎn)變是電荷泵電路(200)的一功能性要素。但是很不幸，該時鐘轉(zhuǎn)變自該電容元件“竊取了”某些電荷，因而在該時鐘驅(qū)動器電路中散逸出能量，且降低了電荷泵電路(200)內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換效率。相對應(yīng)的，一正時鐘轉(zhuǎn)變必須將能量供應(yīng)到一電容元件的基部，而自時鐘驅(qū)動電路汲取電力。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一實施例的一低功率電荷泵電路(300)。除了電荷泵電路(200)中所述的元件之外，低功率電荷泵電路(300)還包含通過柵(310)、(312)、及(315)。通過柵(310)、(312)、及(315)系用來將一泵驅(qū)動節(jié)點預(yù)先充電，且在本說明書中被稱為泵驅(qū)動節(jié)點預(yù)先充電通過柵。
根據(jù)本發(fā)明的一實施例，可有利地操作泵驅(qū)動節(jié)點預(yù)先充電通過柵，以便將一泵驅(qū)動節(jié)點預(yù)先充電，因而減少時鐘驅(qū)動電路為了產(chǎn)生驅(qū)動時鐘的正向轉(zhuǎn)變而必須提供的能量。有利之處在于系自一先前級取得預(yù)先充電能量，因而減少了時鐘驅(qū)動電路先前于反向時鐘信號轉(zhuǎn)變期間所散逸的能量。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一實施例而用來驅(qū)動低功率電荷泵電路(300)的時鐘信號。CLK1(320)及CLK2(330)類似于CLK1(220)及CLK2(230)。CLK1(320)及CLK2(330)具有相同的期間及作用周期，且系180度異相。系由可具有一高阻抗?fàn)顟B(tài)的驅(qū)動器驅(qū)動CLK1(320)及CLK2(330)。當(dāng)CLK1(320)及CLK2(330)都不處于高電平時，該等驅(qū)動器進入一高阻抗?fàn)顟B(tài)，且諸如泵驅(qū)動節(jié)點(270)及(271)等的節(jié)點浮接。此時，可開啟一泵驅(qū)動節(jié)點預(yù)先充電通過柵，以便將電荷自諸如泵驅(qū)動節(jié)點(270)等的一泵驅(qū)動節(jié)點轉(zhuǎn)移到一后續(xù)級中的諸如泵驅(qū)動節(jié)點(271)等的一泵驅(qū)動節(jié)點。
請再度參閱圖3，現(xiàn)在將說明低功率電荷泵電路(300)的作業(yè)的一例示周期。當(dāng)CLK1(320)驅(qū)動到低電平時，電容元件(251)經(jīng)由二極管(241)而充電。當(dāng)電容元件(251)完全充電時，節(jié)點(261)的電平將大約是Vcc。當(dāng)電容元件(251)完全充電時，CLK1(320)進入一高阻抗?fàn)顟B(tài)。
CLK1(320)轉(zhuǎn)變到大約Vcc(210)的高電平，泵驅(qū)動節(jié)點預(yù)先充電通過柵(310)關(guān)閉，且節(jié)點(261)的電平跳到大約2Vcc(210)。二極管(241)現(xiàn)在被反向偏壓，且并不導(dǎo)通。CLK2(330)轉(zhuǎn)變到低電平，因而二極管(242)被順向偏壓，且節(jié)點(261)的電壓被轉(zhuǎn)移到節(jié)點(262)，而將電容元件(252)充電。
CLK2(330)進入高阻抗?fàn)顟B(tài)，泵驅(qū)動節(jié)點預(yù)先充電通過柵(310)開啟，且電流在泵驅(qū)動節(jié)點(270)與泵驅(qū)動節(jié)點(271)之間流動，而在泵驅(qū)動節(jié)點(271)上產(chǎn)生了大約為一半Vcc的電壓。然后泵驅(qū)動節(jié)點預(yù)先充電通過柵(310)關(guān)閉，隔離了泵驅(qū)動節(jié)點(270)及(271)。當(dāng)CLK2(330)轉(zhuǎn)變到大約Vcc(210)的高電平時，CLK2(330)驅(qū)動電路只需供應(yīng)等于Vcc的一半的電荷，這是因為泵驅(qū)動節(jié)點(271)已被預(yù)先充電到Vcc的一半。因而造成一種有利的結(jié)果，先前會由反向時鐘轉(zhuǎn)變而散逸的能量被轉(zhuǎn)移到后續(xù)級，且配合正向時鐘轉(zhuǎn)變而重新使用該能量，因而提高了該電源轉(zhuǎn)換電路的效率。
如前文所述，可使用通過柵裝置來取代二極管，例如取代電荷泵電路中的二極管(241至244)。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一實施例而與低功率電荷泵電路(300)類似的一低功率電荷泵電路(500)。通過柵裝置(541)、(542)、(543)、及(544)已分別取代了電荷泵電路(300)的二極管(241)、(242)、(243)、及(244)。通過柵裝置(541至544)可用來減少電荷泵電路(300)中因二極管電位降而產(chǎn)生的能量耗損。通過柵裝置(541至544)被稱為臨界電壓(VT)抵消通過柵。
耦合元件(571)將通過柵裝置(542)的控制端耦合到泵節(jié)點(511)。耦合元件(572)將通過柵裝置(543)的控制端耦合到泵節(jié)點(512)。耦合元件(573)將通過柵裝置(544)的控制端耦合到泵節(jié)點(513)。
耦合元件(571至573)通常可讓其各別的通過柵裝置開啟或關(guān)閉，因而通過柵裝置可在前一級將電荷轉(zhuǎn)移到后續(xù)級時讓電荷沿著較佳的方向傳播，且禁止電荷自后續(xù)級不利地流到前一級。例如，當(dāng)泵節(jié)點(511)已充電且泵節(jié)點(512)已放電時，耦合元件(571)將泵節(jié)點(511)上的電壓耦合到通過柵裝置(542)的控制端，使耦合元件(542)導(dǎo)通，因而將電荷自泵節(jié)點(511)轉(zhuǎn)移到泵節(jié)點(512)。當(dāng)泵節(jié)點(511)及(512)上的電壓相等時，通過柵裝置(542)將關(guān)閉，因而電荷將不會自泵節(jié)點(512)“反向地”流到泵節(jié)點(511)。臨界電壓抵消通過柵裝置通常在控制端上需要大約1.0伏特來完全導(dǎo)通。
根據(jù)本發(fā)明的一實施例，將臨界電壓抵消通過柵裝置的控制端耦合到前一泵節(jié)點時，即足以控制該通過柵，以便操作一電荷泵。但是很不幸，對大約1.8伏特或更低的供應(yīng)電壓而言，以此種方式控制臨界電壓抵消通過柵裝置可能是不夠的。
請再參閱圖4，我們當(dāng)了解，CLK1(320)及CLK2(330)在每一周期中包含時鐘信號并未被實際驅(qū)動的兩個段落。根據(jù)本發(fā)明的一實施例，在這些時間中，系正在將諸如泵驅(qū)動節(jié)點(271)等的一后續(xù)泵驅(qū)動節(jié)點預(yù)先充電。然而，在該預(yù)先充電時間中，諸如泵驅(qū)動節(jié)點(511)等之前一泵節(jié)點的電位也被拉下到大約時鐘信號電壓的一半。該時鐘驅(qū)動電壓通常是Vcc。因此，對于小于1.8伏特的諸如Vcc(510)等的Vcc而言，在諸如泵驅(qū)動節(jié)點(511)等的泵驅(qū)動節(jié)點上形成的0.9伏特(1.8伏特/2)通常并不足以使諸如臨界電壓抵消通過柵裝置(542)等的臨界電壓抵消通過柵裝置開啟。在此種不幸的結(jié)果下，電路(500)可能無法在所需的低供應(yīng)電壓下工作。
圖6示出根據(jù)本發(fā)明的一實施例而在諸如1.8伏特或更低的低供應(yīng)電壓下作業(yè)的一電荷泵電路(600)。
電容器(652)、(653)、及(654)驅(qū)動臨界電壓抵消通過柵，且被稱為臨界電壓抵消通過柵驅(qū)動電容器。時鐘信號CLK1A(662)驅(qū)動臨界電壓通過柵驅(qū)動電容器(652)。CLK1A(662)系CLK1(320)時間前移的版本。時鐘信號CLK2A(661)驅(qū)動臨界電壓通過柵驅(qū)動電容(653)。CLK2A(661)系CLK2(320)時間前移的版本。將于下文中詳細說明時鐘信號CLK1A(662)及CLK2A(661)。
根據(jù)本發(fā)明的一實施例，時鐘信號CLK2A(661)及CLK1A(662)除了與CLK1(320)及CLK2(330)有一時間關(guān)系之外，也應(yīng)在高于大約2.0伏特的電壓下驅(qū)動。當(dāng)在高于大約2.0伏特的電壓下驅(qū)動時，時鐘信號CLK2A(661)及CLK1A(662)可有利地導(dǎo)通相關(guān)聯(lián)的臨界電壓抵消通過柵裝置，而可讓電荷流到電荷泵電路(600)的后續(xù)級。
有利之處在于諸如電容器(652至654)等新穎的臨界電壓通過柵驅(qū)動電容器協(xié)同諸如CLK1A(662)及CLK2A(661)等新穎的臨界電壓通過柵驅(qū)動電容器時鐘信號工作的組合系與經(jīng)由諸如耦合元件(571)而將泵驅(qū)動節(jié)點耦合到臨界電壓通過柵裝置的控制柵的方式互補。在此種新穎的方式下，臨界電壓通過柵驅(qū)動電容器時鐘信號不需要提供開啟臨界電壓通過柵裝置所需的所有能量，這是因為已自前一級的泵節(jié)點提供了某些所需的能量。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明的一實施例的臨界電壓通過柵驅(qū)動電容器時鐘信號產(chǎn)生電路。電路(700)采取一時鐘振蕩器信號(701)作為一輸入。信號(701)的作用周期最好是大約為50％，且系將頻率選擇為與其它的電路元件兼容，例如與電荷泵電路(600)的電容元件的充電時間兼容。我們當(dāng)了解，本發(fā)明的實施例非常適于范圍寬廣的振蕩器信號(701)的頻率及作用周期。
電路(700)產(chǎn)生不重疊的時鐘信號CLK1Ai(703)及CLK2Ai(704)。此外，產(chǎn)生了系為CLK1Ai(703)反相的信號CLK1ABi(705)、以及系為CLK2Ai(704)反相的信號CLK2Abi(706)。
不重疊的時鐘信號CLK1Ai(703)及CLK2Ai(704)連同其互補信號系用來作為電路(710)的輸入。電路(710)產(chǎn)生泵驅(qū)動節(jié)點時鐘信號CLK1(320)及CLK2(330)。根據(jù)本發(fā)明的一實施例，我們當(dāng)了解，CLK1(320)及CLK2(330)的波形中都包含系浮接而不是被驅(qū)動的段落。
根據(jù)本發(fā)明的一實施例，為了要產(chǎn)生臨界電壓通過柵驅(qū)動電容器時鐘信號CLK1A(662)及CLK2A(661)，可能需要將該等信號的電壓升壓到高于2.0伏特的電平。時鐘升壓電路(750)及(751)可將時鐘信號CLK1Ai(703)及CLK2Ai(704)分別升壓到適當(dāng)?shù)碾妷悍秶?。我們?dāng)了解，本發(fā)明的實施例非常適于多種諸如使用單一級升壓器而將時鐘信號電壓升壓的裝置。
該新穎的低功率電荷泵提供了需要升壓的裝置(尤其是閃存裝置)的低功率作業(yè)。實驗結(jié)果已證實了單一級效率的提高。已確定傳統(tǒng)的四級電荷泵的每一級有87％的能量效率。已確定本發(fā)明的一對應(yīng)實施例的每一級有95％的能量效率。我們當(dāng)了解，對于四級的電荷泵而言，本發(fā)明的被測試的實施例比傳統(tǒng)的設(shè)計的效率高出大約42％。
此外，本發(fā)明的被測試的實施例證實了比傳統(tǒng)的設(shè)計在起動時間上快了50奈秒。對低功率裝置而言加快起動時間是非常有利的。經(jīng)常系將此種裝置設(shè)定在一低功能且低功率的模式，以便節(jié)省能量。具有快速起動特性的諸如電荷泵等的電源供應(yīng)器在進入及退出低功率模式上，可以有較快的轉(zhuǎn)變，因而有利地增加了停留在低功率模式中的時間長度，且因而有利地降低了總電力消耗。這些有利的結(jié)果可使裝置具有較佳的能量效率特性，因而使采用本發(fā)明實施例的使用者具有競爭力。
本發(fā)明的實施例提供了一種提高電荷泵的效率的方式。本發(fā)明的另一實施例提供了一種以與實施高效率電荷泵的傳統(tǒng)方法兼容且互補的方式來提高電荷泵的效率的方法。本發(fā)明的又一實施例提供了一種利用現(xiàn)有的半導(dǎo)體制程及設(shè)備而無須更新已為大家所接受的機臺及技術(shù)即可滿足上述解決方案的方法。
至此已說明了作為本發(fā)明較佳實施例的低功率電荷泵。雖然已參照一些特定實施例而說明了本發(fā)明，但是我們當(dāng)了解，不應(yīng)將本發(fā)明詮釋為受到這些實施例的限制，而是應(yīng)根據(jù)最后的申請專利范圍來詮釋本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種將輸入電壓升壓的電荷泵電子電路(300)，包含包含第一泵驅(qū)動節(jié)點(270)的第一泵級；包含第二泵驅(qū)動節(jié)點(271)的第二泵級，該第二泵級系與該第一泵級相鄰并且被耦合到該第一泵級；以及切換元件(310)，用以將該第一泵驅(qū)動節(jié)點選擇性地耦合到該第二泵驅(qū)動節(jié)點。
2.如權(quán)利要求1所述的電荷泵電子電路(300)，其中該切換元件(310)是通過柵裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的電荷泵電子電路(300)，進一步包含由第一泵驅(qū)動信號驅(qū)動電路產(chǎn)生的第一泵驅(qū)動信號(320)，該第一泵驅(qū)動信號(320)被耦合到該第一泵驅(qū)動節(jié)點；由第二泵驅(qū)動信號驅(qū)動電路產(chǎn)生的第二泵驅(qū)動信號(330)，該第二泵驅(qū)動信號(330)被耦合到該第二泵驅(qū)動節(jié)點；以及其中該第一泵驅(qū)動信號(320)及第二泵驅(qū)動信號(330)驅(qū)動電路包含一高阻抗?fàn)顟B(tài)。
4.如權(quán)利要求3所述的電荷泵電子電路(300)，其中如果該第一泵驅(qū)動信號或該第二泵驅(qū)動信號是高電平，則該切換元件(310)是實質(zhì)上不導(dǎo)通。
5.如權(quán)利要求3所述的電荷泵電子電路(300)，其中該第一泵級供電給該第二泵級；以及在該第一泵驅(qū)動信號的一高電平狀態(tài)與一接續(xù)的低電平狀態(tài)之間的一時間間隔中，該切換元件(310)是實質(zhì)上導(dǎo)通的。
6.如權(quán)利要求5所述的電荷泵電子電路(300)，其中在該第一泵驅(qū)動信號(320)的低電平狀態(tài)與接續(xù)的高電平狀態(tài)之間的時間間隔中，該切換元件(310)是處于導(dǎo)通狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求5所述的電荷泵電子電路(300)，其中在一集成電路中提供該電荷泵電子電路(300)。
8.如權(quán)利要求7所述的電荷泵電子電路(300)，其中該集成電路包含非易失性內(nèi)存。
9.如權(quán)利要求8所述的電荷泵電子電路(300)，其中該非易失性內(nèi)存包含浮接?xùn)艠O存儲元件。
10.如權(quán)利要求8所述的電荷泵電子電路(300)，其中該非易失性內(nèi)存包含用來作為存儲元件的氮化物層。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種低功率電荷泵(300)。第一泵級的一泵驅(qū)動節(jié)點(270)被選擇性地耦合到后續(xù)泵級的泵驅(qū)動節(jié)點(271)。在將電荷自第一泵級轉(zhuǎn)移到后續(xù)級之后，該第一(270)及后續(xù)(271)泵驅(qū)動節(jié)點被耦合。第一級泵驅(qū)動節(jié)點(270)上的殘余電荷因而被轉(zhuǎn)移到后續(xù)泵驅(qū)動節(jié)點(271)。在將電荷自該第一泵驅(qū)動節(jié)點(270)轉(zhuǎn)移到該第二泵驅(qū)動節(jié)點(271)之后，該等節(jié)點即被解除耦合。藉由將第一泵級選擇性地耦合到后續(xù)泵級的一泵驅(qū)動節(jié)點(271)，該第一泵驅(qū)動節(jié)點(270)可將該后續(xù)泵驅(qū)動節(jié)點(271)預(yù)先充電，因而減少時鐘驅(qū)動電路(700)為了產(chǎn)生驅(qū)動時鐘的正向轉(zhuǎn)變而必須提供的能量。此種方式的優(yōu)點在于系自第一級采取預(yù)先充電的能量，因而減少了時鐘驅(qū)動電路先前在反向時鐘信號轉(zhuǎn)變期間所散逸的能量。在此種新穎的方式下，可有利地提高電荷泵裝置的轉(zhuǎn)換效率，因而提供了增強的低功率性能。
文檔編號G11C16/06GK1833288SQ200480022338
公開日2006年9月13日 申請日期2004年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月6日
發(fā)明者X·郭 申請人:先進微裝置公司