專(zhuān)利名稱(chēng)：用于充電泵的負(fù)反饋負(fù)載溫度校正的制作方法
背景技術(shù)：
1、發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明通常涉及電子電路。具體來(lái)說(shuō)，涉及充電泵電路。
2、相關(guān)技術(shù)的描述充電泵提供高于其自已的電源電壓的輸出電壓。閃速存儲(chǔ)器能使用充電泵來(lái)產(chǎn)生擦除和編程電壓。


圖1A示出了簡(jiǎn)單的充電泵電路1的示意圖，具有驅(qū)動(dòng)負(fù)載12的兩級(jí)充電泵11。該圖僅示出了產(chǎn)生電壓V1、V2和V3的電容器C1-C2和二極管D1-D3以及提供負(fù)載的電阻器RL和電容器CL，但為提供性能可為電路增加其他元件。圖2B示出了由該電路產(chǎn)生的各種波形。充電泵的操作是公知的，在此不再進(jìn)一步描述該電路。
充電泵的效率是由時(shí)鐘脈沖源的頻率而定，因?yàn)闀r(shí)鐘周期影響在電容器中發(fā)生的充電和放電量。
圖2表示充電泵控制電路2。壓控振蕩器(VCO)22提供具有由差分放大器21的輸出控制的頻率的時(shí)鐘脈沖源。時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器23將單個(gè)VCO輸出轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)多級(jí)充電泵電路24所需的多個(gè)時(shí)鐘。由電壓驅(qū)動(dòng)器25采樣由充電泵電路24產(chǎn)生的電壓VOUT，電壓驅(qū)動(dòng)器將VOUT的預(yù)定一小部分反饋成電壓VFDBK。由差分放大器21將該電壓VFDBK與穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓VREF進(jìn)行比較，以及VREF和VFDBK間的差值控制差分放大器21的輸出，反過(guò)來(lái)，差分放大器控制VCO時(shí)鐘的頻率。該閉合環(huán)路通過(guò)控制操作充電泵的時(shí)鐘的頻率來(lái)調(diào)節(jié)充電泵的輸出。在指定的一組狀況下，每個(gè)充電泵電路具有產(chǎn)生可從電路獲得的最大電流量的最佳頻率。
不幸的是，充電泵以及調(diào)節(jié)電路由于操作過(guò)程中的溫度變化和制作期間工藝變化很容易變化。通常，對(duì)VCO22的指定頻率，充電泵電路的最大電流隨溫度變化而變化，以便保險(xiǎn)設(shè)計(jì)電路來(lái)處理在最壞的情況的溫度下所期望的電流需求。以及制作期間工藝變化能導(dǎo)致在任何情況下不會(huì)被優(yōu)化的電路。
圖3示出了典型的操作泵電路的操作特性圖。x軸測(cè)量VCO偏壓電平(VCO輸入的電壓電平)，而y軸以微安培測(cè)量相應(yīng)的輸出電流，充電泵電路能生成相應(yīng)的輸出電流。虛線(xiàn)表示100℃的溫度時(shí)電路的特性。對(duì)該例子，當(dāng)偏壓電平達(dá)到0.5伏時(shí)，有效的輸出電流相當(dāng)恒定，但超過(guò)0.5伏時(shí)，輸出電流急劇下降，使最佳偏壓為約0.5伏或稍微小些。
實(shí)線(xiàn)表示用于-40℃的溫度的相同的曲線(xiàn)。通過(guò)有效數(shù)，將整個(gè)曲線(xiàn)位移到左邊，該曲線(xiàn)在0.3V時(shí)具有最佳偏壓電平。從該圖可能看出較高的溫度需要較高的偏壓，如果在任何操作溫度下可從電路獲得最大電流的話(huà)。
不幸的是，常規(guī)電路不提供該調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，而且必須將電路設(shè)計(jì)成用于最糟糕的情況。這導(dǎo)致更昂貴和電路資源浪費(fèi)的保險(xiǎn)設(shè)計(jì)。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明圖1A表示現(xiàn)有技術(shù)的充電泵電路。
圖1B表示由圖1A的電路產(chǎn)生的各種波形。
圖2表示現(xiàn)有技術(shù)的充電泵系統(tǒng)。
圖3表示常規(guī)充電泵的特性圖。
圖4表示本發(fā)明的系統(tǒng)。
圖5表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電路。
圖6表示本發(fā)明的另一實(shí)施例的電路。
圖7表示本發(fā)明的充電泵的特性圖。
圖8表示本發(fā)明的方法的流程圖。
發(fā)明的詳細(xì)描述本發(fā)明能通過(guò)補(bǔ)償溫度改變和工藝變化來(lái)提供改進(jìn)的充電泵調(diào)節(jié)?？蓪⒄{(diào)節(jié)電路放在圖2的差分放大器和VCO間來(lái)控制輸入VCO的電壓，從而調(diào)節(jié)由VCO提供的頻率。該頻率調(diào)節(jié)可用來(lái)調(diào)整充電泵電路的時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)提高的電流輸出。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能意識(shí)到充電泵系統(tǒng)的各種元件將在同樣的相對(duì)熱的環(huán)境中操作。盡管每個(gè)元件可產(chǎn)生不同的熱量，導(dǎo)致用于每個(gè)元件的稍微不同的內(nèi)部操作溫度，但操作環(huán)境的溫度的改變將產(chǎn)生所有元件溫度相應(yīng)改變。因此所有元件在操作溫度中應(yīng)當(dāng)視為同樣增加或減小。通過(guò)允許基于操作環(huán)境中改變的溫度補(bǔ)償，簡(jiǎn)化了任何熱分析，而不考慮一個(gè)元件到另一個(gè)元件的溫度方面的單個(gè)差值。
圖4表示充電泵控制系統(tǒng)4，具有與圖2中的對(duì)應(yīng)元件21、22、23、24和25對(duì)應(yīng)的差分放大器41、VCO42、時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路43、充電泵電路44以及電壓驅(qū)動(dòng)器45。在本發(fā)明的系統(tǒng)中，可將調(diào)節(jié)電路40放在差分放大器41的輸出和VCO42的輸入間。通過(guò)改變放在差分放大器輸出上的負(fù)載，調(diào)節(jié)電路40可改變差分放大器的輸出電壓。然后將該調(diào)節(jié)電壓傳遞給VCO42。
圖5表示調(diào)節(jié)電路40的實(shí)施例40a的示意圖，以及與差分放大器41和VCO42的連接。偏壓線(xiàn)51將差分放大器41的輸出連接到VCO42的輸入。偏壓線(xiàn)51能提供直接連接，而沒(méi)有任何介入有源元件。盡管稱(chēng)為“線(xiàn)”，偏壓線(xiàn)51可具有任何結(jié)構(gòu)，而不應(yīng)當(dāng)推斷其物理形狀或大小?？捎枚O管53以及晶體管52來(lái)改變偏壓線(xiàn)51上0V和Vcc間的差分放大器輸出電壓V4。在Vcc，振蕩器將斷開(kāi)，以及當(dāng)電壓降低到低于Vcc時(shí)，VCO41的泵時(shí)鐘脈沖的頻率將增加。
晶體管52可是尾電流偏壓晶體管。晶體管52可通過(guò)偏壓放大器的輸出，從而控制放大器輸出電壓特性來(lái)控制流過(guò)差分放大器41的電流。晶體管52的柵壓控制其輸出電導(dǎo)，反過(guò)來(lái)，輸出電導(dǎo)影響由差分放大器41所見(jiàn)的負(fù)載，從而影響電壓V4。本領(lǐng)域公知的尾電流偏壓電路通常具有為負(fù)的溫度系數(shù)。當(dāng)其溫度增加時(shí)，它將V4拉到較低值。然而，V4是用于VCO42的偏壓。如圖3中所看到，如果獲得充電泵的電流輸出的最佳電平，溫度的增加應(yīng)當(dāng)伴隨VCO偏壓的增加。因此，如果在所有操作溫度獲得最佳充電泵電流的話(huà)，晶體管的溫度特性在與希望的相反方向中操作。
可使用包括電阻器54的電阻器電路來(lái)控制從VCC到二極管53的電壓降，從而控制電壓V4。如果電阻管54是標(biāo)準(zhǔn)電阻器，其電阻將隨其溫度加而增加，產(chǎn)生更大的電壓降并降低V4的值。再參考圖3，如果獲得充電泵的電流輸出的最佳電平，溫度方面的增加應(yīng)當(dāng)伴隨VCO偏壓的增加。因此，標(biāo)準(zhǔn)電阻器將在所希望的相反方面中操作。結(jié)合上述晶體管的溫度依存影響，通過(guò)增大溫度改變時(shí)產(chǎn)生的充電泵輸出方差，該操作將惡化充電泵的溫度特性。
通過(guò)使用具有相反溫度特性的電阻器能抵消這些影響。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，電阻器54具有負(fù)溫度系數(shù)。在具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻器中，當(dāng)溫度增加，電阻降低。當(dāng)具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻器用作圖5的電路中的電阻器54時(shí)，溫度方面的增加降低了電阻器54的電阻，從而降低經(jīng)過(guò)電阻器的電壓降并增加V4的值。再參考圖3，可以看出提高溫度使特性曲線(xiàn)以及其相關(guān)的最佳電流點(diǎn)移到右邊。在圖3中增加V4使VCO偏壓移到右邊，因此當(dāng)溫度改變時(shí)，偏壓能堅(jiān)持最佳電流點(diǎn)。使用具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻器54可用來(lái)部分或全部抵消尾電流偏壓晶體和充電泵的溫度依存特性，溫度依存特性使有效的輸出電流隨溫度改變而降低。
除溫度以外，其他狀況也可引起設(shè)備到設(shè)備的偏壓中的變化。由于制造差分放大器、VCOs、充電泵和電阻器中的正常工藝變化，電阻器54可在一個(gè)單元中提供最佳偏壓，而在另一單元中提供非最佳偏壓。圖6中示出的調(diào)節(jié)電路40的實(shí)施例40b能提供用于這種狀況的調(diào)節(jié)。不是圖5的單個(gè)電阻器54，圖6示出了包括多個(gè)電阻器62-65、開(kāi)關(guān)66-69以及可編程邏輯61的電阻器電路。每個(gè)電阻器62-65能具有稍微不同的電阻。通過(guò)打開(kāi)或關(guān)閉相關(guān)的開(kāi)關(guān)66-69可啟動(dòng)或禁用(連接到Vcc或與Vcc分離)每個(gè)電阻器62-65(連接到Vcc或與Vcc分離)。每個(gè)開(kāi)關(guān)可包括晶體管。如果打開(kāi)一個(gè)開(kāi)關(guān)66-69，將其相關(guān)的電阻器62-65有效地連接在Vcc和二極管53間，從而向二極管53提供偏壓電阻器。如果關(guān)閉一個(gè)開(kāi)關(guān)66-69，實(shí)質(zhì)上從Vcc斷開(kāi)其相關(guān)的電阻器62-65，從該電路有效地刪除那個(gè)電阻器?？删幊踢壿?1可用來(lái)單個(gè)地打開(kāi)或關(guān)閉單個(gè)的晶體管66-69。在制造過(guò)程中，能確定將為電路40b提供所需的偏壓的最佳電阻。然后能編程可編程邏輯61來(lái)打開(kāi)或關(guān)閉將最接近于提供該最佳電阻的合適的電阻器，或電阻器的組合。在一個(gè)實(shí)施例中，每次僅打開(kāi)一個(gè)電阻器62-65。在一個(gè)實(shí)施例中，與相鄰電阻器相比，每個(gè)電阻器向二極管53提供75毫伏的壓差。
通過(guò)在制造過(guò)程中在控制狀態(tài)下測(cè)量VCO和/或充電泵特性，可選擇適當(dāng)?shù)碾娮杵鱽?lái)向VCO提供最佳或接近最佳的電壓。然而能編程可編程邏輯61來(lái)選擇適當(dāng)?shù)碾娮杵鳌Ｒ虼?，可單?dú)制造每個(gè)充電泵系統(tǒng)來(lái)為其特定的操作特性提供正確的偏壓。可編程邏輯61可是非易失性存儲(chǔ)器或鎖存電路的任何一種形式，如熔線(xiàn)連接或可編程門(mén)陣列。
圖7表示用可編程邏輯61適當(dāng)選擇并具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻器如何能隨溫度改變改變VCO的輸出電壓以便充電泵輸出電流將保持接近最佳的水平的例子。假定溫度從-40℃增加到+100℃，差分放大器41的輸出可從0.3伏改變到0.5伏。當(dāng)曲線(xiàn)從左移動(dòng)到右時(shí)，將VCO偏壓保持在或接近曲線(xiàn)的最佳部分。當(dāng)輸出電流不再?gòu)?qiáng)烈地依賴(lài)于溫度時(shí)，不必保險(xiǎn)設(shè)計(jì)用于很少遇到的最壞情況下的溫度的電路，而且可將電路設(shè)計(jì)成用于正常操作溫度。
圖8表示本發(fā)明的方法的流程圖。在點(diǎn)A開(kāi)始，通過(guò)差分放大器，可將充電泵的輸出電壓部分與基準(zhǔn)電壓比較。在步驟810分壓器電路可用來(lái)獲得預(yù)定的小部分輸出，因?yàn)槿枯敵鲭妷嚎赡芴叨荒茉诓襟E820進(jìn)行有用的比較。在步驟830，差分放大器的輸出可用來(lái)驅(qū)動(dòng)壓控振蕩器的輸入。在步驟840，使用具有負(fù)溫度系數(shù)的偏壓電阻電阻，偏壓差分放大器的輸出。
為編程電阻器電阻來(lái)適應(yīng)工藝變化，可使用流程圖B。為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，在該流程圖中將步驟810-840合并在單個(gè)步驟850中。在步驟860，使用可編程邏輯，選擇電阻器電阻中多個(gè)電阻器的一個(gè)。在步驟870，將選擇的電阻器耦合在電壓電源以及差分放大器的輸出之間。盡管在該流程圖中未示出，可將選擇的電阻器通過(guò)其他元件，如圖5中的二極管53來(lái)耦合。
在此描述的充電泵用來(lái)放大相同極性的電壓。例如，示出的+3的電源增加到約+7.5伏。電源電壓和終止電壓可能不同于這些數(shù)字，而不脫離本發(fā)明的范圍。另外，可改變電壓的極性，例如從正電源電壓改變成負(fù)終止電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，閃速存儲(chǔ)器電源電壓約+1.8伏以及擦除電壓為約-10伏。極性改變可用各種已知方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括電平移動(dòng)電路。這些技術(shù)在本領(lǐng)域是非常公知的，在此不再進(jìn)一步描述。
在圖中將特定的晶體管視為P-溝道或N-溝道?？墒褂眠@些選擇來(lái)描述本發(fā)明的特定實(shí)施例，但P-或N-溝道設(shè)計(jì)的選擇可不同于上述實(shí)施例而不脫離本發(fā)明的范圍。
上述描述是用于描述而不是限定。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將做出改變。這些改變規(guī)定為包含在本發(fā)明中，本發(fā)明僅通過(guò)附加權(quán)利要求書(shū)的精神和范圍來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)節(jié)電路，包括偏壓線(xiàn)，耦合到差分放大器的輸出以及壓控振蕩器的輸入；電阻器電路，具有負(fù)溫度系數(shù)，耦合在偏壓線(xiàn)和第一電壓電源之間以便調(diào)節(jié)偏壓線(xiàn)上的偏壓；以及偏壓電路，耦合在偏壓線(xiàn)和第二電壓電源之間。
2.如權(quán)利要求1的電路，進(jìn)一步包括耦合在電阻器電路和偏壓線(xiàn)間的二極管。
3.如權(quán)利要求1的電路，其中偏壓電路包括尾電流偏壓晶體管。
4.如權(quán)利要求3的電路，其中第二電壓源是信號(hào)地線(xiàn)。
5.如權(quán)利要求1的電路，其中電阻器電路包括連接到第一電壓電源并耦合到偏壓線(xiàn)的第一電阻器。
6.如權(quán)利要求1的電路，其中電阻器電路包括耦合到第一電壓電源的第一和第二開(kāi)關(guān)；耦合在偏壓線(xiàn)和第一開(kāi)關(guān)間的第一電阻器；耦合在偏壓線(xiàn)和第二開(kāi)關(guān)間的第二電阻器；耦合到第一和第二開(kāi)關(guān)以便控制第一和第二開(kāi)關(guān)的可編程邏輯。
7.如權(quán)利要求6的電路，其中可編程邏輯用來(lái)通過(guò)啟動(dòng)第一和第二開(kāi)關(guān)的一個(gè)以及停用第一和第二開(kāi)關(guān)的另一個(gè)來(lái)選擇第一和第二電阻器間的一個(gè)。
8.如權(quán)利要求7的電路，其中第一和第二開(kāi)關(guān)包括晶體管。
9.一種調(diào)節(jié)器系統(tǒng)，包括壓控振蕩器；時(shí)鐘脈沖電路，耦合到壓控振蕩器；充電泵電路，耦合到時(shí)鐘脈沖電路；分壓器電路，耦合到充電泵電路；差分放大器，耦合到分壓器電路；調(diào)節(jié)電路，耦合在差分放大器和壓控振蕩器之間，調(diào)節(jié)電路包括偏壓線(xiàn)，耦合到差分放大器的輸出以及壓控振蕩器的輸入；電阻器電路，具有負(fù)溫度系數(shù)，耦合在偏壓線(xiàn)和第一電壓電源之間以便調(diào)節(jié)偏壓線(xiàn)上的偏壓；以及偏壓電路，耦合在偏壓線(xiàn)和第二電壓電源之間。
10.如權(quán)利要求9的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括耦合在電阻器電路和偏壓線(xiàn)間的二極管。
11.如權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中偏壓電路包括尾電流偏壓晶體管。
12.如權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中第二電壓源是信號(hào)地線(xiàn)。
13.如權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中電阻器電路包括連接到第一電壓電源并耦合到偏壓線(xiàn)的第一電阻器。
14.如權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中電阻器電路包括耦合到第一電壓電源的第一和第二開(kāi)關(guān)；耦合在偏壓線(xiàn)和第一開(kāi)關(guān)間的第一電阻器；耦合在偏壓線(xiàn)和第二開(kāi)關(guān)間的第二電阻器；耦合到第一和第二開(kāi)關(guān)以便控制第一和第二開(kāi)關(guān)的可編程邏輯。
15.如權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中可編程邏輯用來(lái)通過(guò)啟動(dòng)第一和第二開(kāi)關(guān)的一個(gè)以及停用第一和第二開(kāi)關(guān)的另一個(gè)來(lái)選擇第一和第二電阻器間的一個(gè)。
16.如權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中第一和第二開(kāi)關(guān)包括晶體管。
17.一種方法，包括由充電泵電路檢測(cè)輸出的預(yù)定部分；用差分放大器檢測(cè)預(yù)定部分和基準(zhǔn)電壓的差值；用差分放大器的輸出來(lái)驅(qū)動(dòng)壓控振蕩器的輸入以便控制時(shí)鐘脈沖的頻率來(lái)驅(qū)動(dòng)充電泵電路；用溫度補(bǔ)償調(diào)節(jié)電路來(lái)調(diào)節(jié)差分放大器的輸出電壓以便控制頻率。
18.如權(quán)利要求17的方法，其中調(diào)節(jié)包括用具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻器電路來(lái)偏壓輸出電壓。
19.如權(quán)利要求17的方法，其中調(diào)節(jié)包括選擇多個(gè)具有負(fù)溫度系數(shù)的電阻器的至少一個(gè)；將至少一個(gè)電阻器耦合在電壓電源和差分放大器的輸出之間以便偏壓輸出電壓。
20.如權(quán)利要求19的方法，其中所述選擇包括用可編程邏輯進(jìn)行選擇。
全文摘要
調(diào)節(jié)器電路控制充電泵電路的輸出，降低充電泵電路的有效輸出電流上操作溫度和工藝變化的影響。將充電泵電路的輸出電壓的預(yù)定部分反饋到差分放大器的輸入，將輸出電壓的預(yù)定部分與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。差分放大器的輸出饋送到壓控振蕩器(VCO)，反過(guò)來(lái)，生成用來(lái)驅(qū)動(dòng)充電泵電路的時(shí)鐘脈沖信號(hào)。該結(jié)構(gòu)的正常溫度特性使充電泵電路的輸出隨溫度變化降低?？蓪⒄{(diào)節(jié)電路放在差分放大器和VCO間，以便調(diào)整驅(qū)動(dòng)包含可用可編程邏輯選擇的具有負(fù)溫度系數(shù)的偏壓電阻器或多個(gè)這樣的電阻器的VCo的電壓。
文檔編號(hào)H02M3/07GK1466807SQ01816419
公開(kāi)日2004年1月7日 申請(qǐng)日期2001年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月27日
發(fā)明者R·拜恩斯, R 拜恩斯, B·恩戈, 泛 固, D·埃爾姆胡爾斯特 申請(qǐng)人:英特爾公司