負電荷泵調節(jié)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及負電荷泵調節(jié)。負電荷泵（110）對泵使能信號（410）進行響應。壓控電流源（120）提供電流（350）。電阻器（150）耦合至源自所述壓控電流源的結點（351）和源自所述負電荷泵的負電荷輸出（325）之間。電容器（142）被設置為與所述電阻器并聯。比較器（130）生成所述泵使能信號以控制所述負電荷泵。所述比較器耦合至所述電阻器和所述電容器，并且測量跨其的IR降并且將該測量結果相對于參考閾值（134）進行比較。所述泵使能信號的電平可以通過調諧所述電阻器的電阻量或電容器或者調整所述參考閾值而可變。存儲器（180）可以被所述負電荷泵的方法驅動。
【專利說明】負電荷栗調節(jié)

【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電荷泵，更具體地說，涉及負電荷泵調節(jié)。

【背景技術】
[0002]由 Bloch, Μ.，Lauterbauch, C.和 Weber, W.在 1998 年 9 月 22 日至 24 日的1998年第24屆歐洲固態(tài)電路會議(ESSCIRC’ 98)記錄的100-103頁提出的題名為“HighEfficiency charge Pump Circuit for Negative High Voltage Generat1n at2V SupplyVoltage ”的文章公開了用于負泵的分壓以及旁路通路方法。
[0003]2009年6月30日授予的Pan的美國專利號7，554，311公開了正電荷泵的調節(jié)。這種混合方案的連續(xù)時間域部分使用了分壓而不是施加固定的IR降(IR drop)，高頻采樣分量依賴于分容。這個現有專利試圖將兩種已知的調節(jié)技術進行結合。當想要調節(jié)多電平時，這種方法變得難用。
[0004]這些先前的方法不能同時解決負電荷泵的連續(xù)時間平均采樣和高頻響應。
[0005]通過舉例的方式說明了本發(fā)明，但本發(fā)明并不被附圖所限制，在附圖中相同的參考符號表示類似的元素。出于簡潔和清晰的目的而示出了附圖中的元素，這些元素不一定按比例繪制。


【發(fā)明內容】

[0006]根據本發(fā)明的一個方面，提供一種具有輸出電平調節(jié)的負電荷泵，包括:用于對泵使能信號進行響應以在輸出處生成負電壓的負電荷泵；用于在一結點處提供電流的壓控電流源；可操作地耦合在所述壓控電流源的所述結點和所述負電荷泵的所述輸出之間的電阻器電路；與所述電阻器電路并聯的電容器電路；以及比較器，可操作地耦合至所述電阻器電路和所述電容器電路以將跨所述電阻器電路和所述電容器電路的IR降相對于參考閾值進行比較并生成控制所述負電荷泵的所述泵使能信號。
[0007]根據本發(fā)明的一個方面，提供一種泵調節(jié)負電荷泵輸出電平的方法，包括以下步驟:(a)響應于泵使能信號而在負電荷泵中的輸出處生成負電壓并將所述負電壓提供給并聯的電阻器電路和電容器電路的第一側；(b)給位于并聯的所述電阻器電路和所述電容器電路的第二側的結點提供電流；以及(C)將跨所述電阻器電路的IR降相對于參考閾值進行比較以生成所述泵使能信號，從而控制對應于第一側的輸出處的負電壓。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]結合附圖，通過參考以下的詳細說明，優(yōu)選實施例的細節(jié)將會更容易理解，其中:
[0009]圖1示出了根據本發(fā)明的實施例的具有泵控制的負電荷泵的示意框圖；
[0010]圖2示出了根據本發(fā)明的另一個實施例的具有泵控制的負電荷泵的示意框圖；
[0011]圖3示出了根據本發(fā)明的一個實施例的壓控電流源；
[0012]圖4示出了根據本發(fā)明的一個實施例的可變電容器電路的例子；
[0013]圖5示出了根據本發(fā)明的實施例的在具有兩個不同的可變參考閾值以及特定電容和電阻的裝置和方法中的信號隨時間變化的時序圖；以及
[0014]圖6示出了根據本發(fā)明的實施例的在具有一個參考閾值以及不同于圖5的電容或電阻的裝置和方法中的信號隨時間變化的時序圖。

【具體實施方式】
[0015]圖1示出了根據本發(fā)明的實施例的具有泵控制的負電荷泵的示意框圖。負電荷泵110在輸出325處生成負電壓326。針對負電荷泵110設置了輸出電平調節(jié)。負電荷泵110對泵使能信號410進行響應。壓控電流源120基于電壓輸入320在結點351處提供電流 350。
[0016]電阻器150耦合至結點351和源自負電荷泵110的輸出325處的負電壓326之間。電容器142被設置為與電阻器150并聯。
[0017]比較器130生成泵使能信號410以控制負電荷泵110。比較器130耦合至電阻器150和電容器142。比較器130測量跨電阻器和電容器的IR降(也稱電壓降)。比較器130將該測量的IR降相對于參考閾值134進行比較。
[0018]在圖1的實施例中，泵使能信號410可以多快地對負電荷泵110的輸出325處的負電壓326的變化進行響應可以是可變的。當泵使能信號410的響應時間相對于泵達到目標輸出電平而變化時，負電荷泵的輸出325處的負電壓326的鏈波可以變化。
[0019]在圖1的實施例中，泵使能信號410直接表示負電荷泵110是否處于調節(jié)好的狀態(tài)中。泵使能信號410為高，直到泵進入調節(jié)好的狀態(tài)。負電荷泵110—進入調節(jié)好的狀態(tài)，泵使能信號410就變低。隨著負電荷泵110由于其負載需求而進入調節(jié)好的狀態(tài)以及離開調節(jié)好的狀態(tài)，泵使能信號410的該高、低狀態(tài)繼續(xù)。漣波存在于輸出325處的負電壓326上。該漣波是由負電荷泵110內部的時鐘引起的。期望泵使能信號410的反饋控制具有良好的響應時間，以便負電荷泵110內部的時鐘可以立即被關閉，從而減小輸出325處的負電壓326上的鏈波。
[0020]在圖1的一個實施例中，負電荷泵被用于生成負電壓。其可以由一個或許多級組成，并對作為輸入的泵使能信號410和時鐘信號415進行響應。時鐘信號415運行電荷泵中的門，該門通過泵使能信號410進行操作。泵使能信號410連同時鐘一起調節(jié)圖示的負電荷泵電路110。如果泵使能信號410為高，則時鐘信號415傳播到基本泵單元并在輸出325處生成負電壓326。輸出325處的負電壓326 —達到期望的電壓電平，到基本泵單元的時鐘就被關閉。時鐘信號415可以是單相時鐘或另選的多相時鐘(諸如四相時鐘)。負電荷泵110的輸出325處的負電壓輸出326被連接到可變電阻器150的底部結點。
[0021]可變組件中的一個或多個可以導致該變化的電平。在第一選擇中，負電荷泵110的輸出325的鏈波通過調整電容器142的電容而可變。在第二選擇中，負電荷泵110的輸出325處的負電壓326的漣波通過調諧電阻器150的電阻大小而可變。在第三選擇中，它們中的多個可以變化。此外，在更簡單的選擇中，它們都不變。
[0022]當電阻器150的電阻增大時，反饋回路的響應時間增加，這又導致了更高的漣波。當電阻器150的電阻減小時，反饋回路的響應時間減小，這又導致了更低的漣波。當電容器142的電容增大時，反饋回路的高頻響應時間得到改善并且更快，這又導致了更低的漣波。當電容器142的電容減小時，反饋回路的高頻響應劣化并且更慢，這又導致了更高的漣波。因此，通過調整電阻器150的電阻并通過調整電容器142的電容，負電荷泵110的輸出325處的負電壓326的漣波可以被控制。
[0023]泵控制器差異設定單元170耦合到可變參考閾值134、電容器142和電阻器150中的一個或多個以對其進行控制。泵控制差異設定單元170調整可變參考閾值134、可變電阻器150或可變電容器142中的一個或全部以影響泵使能信號410，并由此從負電荷泵110選擇不同的負電壓電平326以控制例如擦除和編程閃存存儲器180的速率。
[0024]在圖1的一個實施例中，通過調整可變電阻器150或通過調整可變參考閾值134，負電荷泵110的輸出325處的負電壓326的電平可以變化。
[0025]負電壓由負電荷泵生成以進行閃存存儲器擦除操作。同樣，在閃存讀取期間，由負電荷泵生成的負電壓被用于切斷通過非易失性單元的泄漏。
[0026]將已知參考閾值與跨電阻電路的IR降進行比較的先前的電荷泵調節(jié)反饋具有長的RC時間常數，因此使反饋回路減慢。該慢反饋響應使得漣波隨時間而增長，結果，大的解耦電容器被用于應對該慢反饋回路。期望增加調節(jié)電路的高頻響應以克服對大的解耦電容器的需求。本發(fā)明的實施例增加了調節(jié)電路的高頻響應，并因而通過調整諸如電阻器150和參考閾值134的參數而減小了漣波。本發(fā)明的實施例還引入了跨電阻器150的電容器142或240以增大調節(jié)電路的高頻響應，因此也進一步減小了漣波。通過調整可變電容器142的電容，可以進一步減小漣波。電容器142或242給高頻響應提供了旁路通路。該旁路通路減小了漣波，同時仍保持連續(xù)的時間域調節(jié)。該旁路通路還使得電荷泵電路模塊的大小能夠減小，該模塊的覆蓋區(qū)先前主要由解耦電容器的區(qū)域決定，而該區(qū)域現在是不需要的。
[0027]在一個實施例中，存儲器180具有耦合至電荷泵110的負電荷泵輸出325的存儲單元，以通過使用負電壓326來改變存儲單元的狀態(tài)。負電壓326用于擦除和編程存儲單元185的狀態(tài)。
[0028]本發(fā)明的負電荷泵可以被用于閃存存儲器180，閃存存儲器180使用負泵以用于負井偏壓。本發(fā)明的負電荷泵可以被用于其它存儲器類型和其它應用中。其它示例應用是在帶有負泵調節(jié)的可調浮置電池中。
[0029]圖2根據本發(fā)明的另一個實施例示出了具有泵控制的負電荷泵的示意框圖。通過調諧圖1中的電阻器150的電阻量，圖2示出了第三選擇的一個結構。圖1中的電阻器150也是電阻器電路。圖1中的電容器142也是電容器電路。圖2的電阻器電路包括包括了多個串聯電阻器250-259的電阻器組。設置了多個開關260-267。每一個開關耦合至串聯電阻器250-259中對應的一個并且被控制以操作從電阻器組中的串聯電阻器選擇的組合。電阻器組中的每一個串聯電阻器250-259可以具有相同或基本相同的值。這有助于稍后在圖3中描述的參考電阻器360。比較器130測量跨從電阻器組中的串聯電阻器250-259選擇的組合的IR降并將其與已知閾值進行比較。
[0030]開關控制器270耦合至開關260-267以對其進行控制來操作從電阻器組中的串聯電阻器選擇的組合以實現期望的電阻。開關控制器270調整電阻以影響泵使能信號410，從而從負電荷泵110選擇不同的負電壓電平326以控制例如擦除和編程閃存存儲器的速率。
[0031]IR降通過對跨已知電阻的IR降的電壓采樣而被測量。已知電流350被驅動穿過電阻器150的已知電阻，并且使用IR降，比較器的負輸入上的電壓被升高，以使其尋找地電I組合。
3聯電阻器250-259的多倍值相對應的值。))匹配，并且驅動該電流通過已知的電阻值控電流源可以具有1.2伏的預定電壓輸入可變電容器電路142的例子。固定電容器1容器以確定結點351和輸出325之間期望二固定電容器440-444之一。
有兩個不同的可變參考閾值134以及電容I置和方法中的信號隨時間的時序圖。示出)1。負電壓326’對應于0.5伏的參考閾值直134。參考閾值134的信號波形將是平線異設定單元170調整到一電平。該調節(jié)優(yōu)51和輸出325之間的跨電阻器150和電容考閾值134進行比較以生成圖示的泵使能單元185的負電荷。例如，在一個示例應用中，圖示的電容器142或240的可變電容由泵控制器差異設定單元170或開關控制器270調整以控制用于擦除或編程閃存存儲器180的單元185的負電荷。該調整優(yōu)選在操作之間、當負電荷泵關閉時進行。
[0041]結點351和輸出325之間的跨電阻器150和電容器142的IR降由比較器130測量并相對可變參考閾值134進行比較以生成圖示的泵使能信號410。負電荷泵110包含內部門，該門通過使用圖示的時鐘信號415選通該泵使能信號410。從而，當電阻器150或電容器142不同時，圖示的結點325處的帶有所示較短漣波610的負電壓326從電荷泵110輸出。
[0042]一些實施例的調節(jié)器的目的是調節(jié)負電荷泵110的負電壓326輸出。然而，在負電荷泵110的輸出325上的負電壓326將發(fā)生漣波，如圖5和圖6中的510和610所示。調節(jié)器使用反饋回路來調節(jié)泵控制信號410，以使得負電壓326具有圍繞期望的目標電壓的漣波。該目標電壓也被稱為圖5和圖6所示的時間平均電平520。目標電壓可以通過調整可變參考閾值137、電阻器電路150的電阻和電容器電路142的電容中的任何一個來調整。泵控制器差異設定單元170對可變參考閾值137、電阻器電路150的電阻或電容器電路142的電容做出這些調整。
[0043]除了調節(jié)，一些實施例的另一個目的是要最小化漣波510或610，這樣負電壓326圍繞期望的目標電壓盡可能實際地恒定。通過降低電阻器電路150的電阻或增加電容器電路142的電容，漣波可以被最小化，也就是被縮短。泵控制器差異設定單元170對電阻器電路150的電阻和電容器電路142的電容做出這些調整。但是，如果不能自由調整電阻和電容中的一個，則可以考慮調整該電阻和電容中的另一個。通常，最好調整電阻以選擇目標電壓。但是電阻有時可能對響應時間產生不利影響，因此，增加旁路電容142有助于加快反饋回路的響應時間。
[0044]雖然本發(fā)明的描述參照了具體實施例，但是在不脫離權利要求所闡述的本發(fā)明范圍的情況下，可以進行各種修改以及變型。相應地，說明書以及附圖被認為是說明性的而不是限制性的，并且所有這樣的修改旨在落入本發(fā)明范圍內。電路可以具有不同于附圖中所示例子的配置。這里關于具體實施例所描述的任何好處、優(yōu)點或問題解決方案都不旨在被解釋為任何或所有權利要求的關鍵的、必需的、或本質的特征或元素。
[0045]被用于標示本發(fā)明的任何方法權利要求的步驟的任何字母命名(諸如(a)或(b)等等)是步驟標頭，其使用是為了閱讀方便，這些字母命名不被用于解釋要求保護的方法步驟的順序或處理次序。記載了特定順序或處理次序的任何方法權利要求將使用文本的內容一而不是字母命名一而這樣做。
[0046]除非另有說明，諸如“第一”以及“第二”的術語是用于任意地區(qū)分這些術語描述的元素。因此，這些術語不一定表示這些元素的時間或其它優(yōu)先次序。
【權利要求】
1.一種具有輸出電平調節(jié)的負電荷泵，包括: 用于對泵使能信號進行響應以在輸出處生成負電壓的負電荷泵； 用于在一結點處提供電流的壓控電流源； 可操作地耦合在所述壓控電流源的所述結點和所述負電荷泵的所述輸出之間的電阻器電路； 與所述電阻器電路并聯的電容器電路；以及 比較器，可操作地耦合至所述電阻器電路和所述電容器電路以將跨所述電阻器電路和所述電容器電路的IR降相對于參考閾值進行比較并生成控制所述負電荷泵的所述泵使能信號。
2.根據權利要求1所述的負電荷泵，其中通過調整由所述比較器使用的所述參考閾值，所述負電荷泵的輸出是可變的。
3.根據權利要求1所述的負電荷泵，其中通過調整所述電容器電路的電容，所述負電荷泵的輸出的漣波是可變的。
4.根據權利要求1所述的負電荷泵，其中通過調諧所述電阻器電路的電阻量，所述負電荷泵的輸出的漣波和電平是可變的。
5.根據權利要求4所 述的負電荷泵， 其中所述電阻器電路包括包含多個串聯電阻器的電阻器組； 其中所述負電荷泵還包括多個開關，所述開關中的每一個可操作地耦合至所述串聯電阻器中的對應的一個并且被控制以操作從所述電阻器組中選擇的串聯電阻器的組合；并且其中所述比較器測量跨從所述電阻器組中選擇的串聯電阻器的組合的IR降并相對于該IR降進行比較。
6.根據權利要求5所述的負電荷泵，其中所述壓控電流源包括: 參考電阻器； 電壓輸入；以及 放大器，在所述結點處可操作地耦合至從所述電阻器組中選擇的串聯電阻器組合以及所述電容器電路和所述參考電阻器，以基于預定電壓輸入提供所述電流。
7.根據權利要求1所述的負電荷泵，其中所述壓控電流源包括: 參考電阻器； 電壓輸入；以及 放大器，在所述結點處可操作地耦合至所述參考電阻器，以基于預定電壓輸入提供電流。
8.根據權利要求7所述的負電荷泵，其中所述電壓輸入是可調整的。
9.一種包括根據權利要求1所述的負電荷泵的電路，還包括存儲器，所述存儲器具有存儲單元，所述存儲單元可操作地耦合至所述負電荷泵的輸出，以通過使用負電壓來改變所述存儲單元的狀態(tài)。
10.根據權利要求9所述的電路，還包括可操作地耦合至由所述電阻器電路、所述電容器電路以及所述參考閾值組成的組中的至少一個以控制所述負電壓上的漣波的大小的差異設定單元。
11.一種泵調節(jié)負電荷泵輸出電平的方法，包括以下步驟:(a)響應于泵使能信號而在負電荷泵中的輸出處生成負電壓并將所述負電壓提供給并聯的電阻器電路和電容器電路的第一側； (b)給位于并聯的所述電阻器電路和所述電容器電路的第二側的結點提供電流；以及 (c)將跨所述電阻器電路的IR降相對于參考閾值進行比較以生成所述泵使能信號，從而控制對應于第一側的輸出處的負電壓。
12.根據權利要求11所述的泵調節(jié)負電荷泵的方法，其中生成所述泵使能信號的所述步驟(c)還包括子步(c) (2):調整由該比較使用的所述參考閾值以改變在所述負電荷泵的輸出處的所述負電壓的電平。
13.根據權利要求11所述的泵調節(jié)負電荷泵的方法，其中生成所述泵使能信號的所述步驟(c)還包括子步(c) (2):調整所述電容器電路的電容以改變所述負電荷泵的輸出上的所述負電壓的電平的漣波。
14.根據權利要求11所述的泵調節(jié)負電荷泵的方法，其中生成所述泵使能信號的所述步驟(c)還包括子步(c) (2):調諧所述電阻器電路的電阻量以改變所述負電荷泵的輸出上的所述負電壓的所述電平的漣波。
15.根據權利要求14所述的泵調節(jié)負電荷泵的方法， 其中所述電阻器電路包括包含多個串聯電阻器的電阻器組； 其中調諧所述電阻器電路的電阻量以改變所述負電荷泵的輸出的漣波和電平的步驟(c) (2)包括子步(c) (2) (i):操作多個開關以從所述電阻器組中選擇一個串聯電阻器的組合；以及 其中所述比較步驟(c)包括子步(c) (3):測量跨從所述電阻器組中選擇的串聯電阻器的組合的IR降并相對于該IR降進行比較。
16.根據權利要求15所述的泵調節(jié)負電荷泵的方法，其中提供電流的所述步驟(b)包括子步(a)(1):基于預定電壓，通過使用在所述結點處可操作地耦合至從所述電阻器組中選擇的串聯電阻器的組合以及所述電容器電路和參考電阻器的放大器來提供電流。
17.根據權利要求11所述的泵調節(jié)負電荷泵的方法，其中提供電流的所述步驟(b)包括子步(a)(1):基于預定電壓和參考電阻器，通過使用在所述結點處可操作地耦合至所述電阻器電路和所述電容器電路的放大器來提供所述電流。
18.根據權利要求11所述的泵調節(jié)負電荷泵的方法，還包括通過使用所述負電壓更新存儲器的狀態(tài)的步驟(d)。
19.根據權利要求18所述的泵調節(jié)負電荷泵的方法，其中通過使用所述負電壓更新存儲器的狀態(tài)的所述步驟(d)包括以下子步: (d)(I)擦除所述存儲器的存儲單元；以及 (d) (2)編程所述存儲器的存儲單元。
20.根據權利要求11所述的泵調節(jié)負電荷泵的方法，還包括選擇所述電阻器電路、所述電容器電路或所述參考閾值中的至少一個的差異設定以控制所述負電壓上的漣波的大小的步驟(e)。
【文檔編號】H02M3/07GK104052264SQ201410095381
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權日:2013年3月15日
【發(fā)明者】J·S·朝伊, G·J·馬勒, K·拉曼安 申請人:飛思卡爾半導體公司