[发明专利]使用自偏置式电容性反馈级的模拟电压产生

说明书

技术领域

本申请案涉及模拟电压产生，且更明确地说，涉及非易失性存储器集成电路上的许 多不同所需电压的低功率产生。

背景技术

许多便携式电子系统严重地受限于电池寿命。举例来说，用户不喜欢笨重的手机， 但用户也不愿其手机电力耗尽并关机。一种用以改进电池寿命的方式是增加便携式系统 中的电子组件的能量效率。

随着低功率集成电路的约束条件已不断地变得越来越严，电压管理的压力也已类似 地变大。功率消耗问题以及电压缩放的正常进步促使设计者更严格地在芯片上管理电 压。准确的有效功率阈值或在多接口芯片中动态地确定的电压容限是此现象的实例。

功率岛设计技术的可用性也意味着可能需要用于特定功率岛的特定需求的参考电 压。

现代非易失性存储器发展正变为半导体工业中进步最迅速的领域之一。甚至在一般 领域内，存储器单元技术本身也继续进步。然而，由于晶体管操作本质上不是数字的， 所以存储器设计可能需要多种参考电平。因此，在芯片上产生次级模拟电压的能力是重 要的。

带隙电压参考电路是模拟电子器件的主流之一，且提供非常可靠的芯片上参考。然 而，此电路拓扑在其许多变型中通常受限于一个特定输出电压且消耗功率。因此，通常 优选的是不使用每芯片一个以上带隙参考电路。

低功率非易失性存储器模块的情况是以上要求的会聚。必须使许多不同电压在芯片 上可用，但各种电压产生级中的静态功率消耗是极其不合需要的。

如图1所示，从芯片上其它地方镜射的电流源可与电压降或欧姆元件组合以产生参 考电压输出。然而，此方法具有经调节电压乘以参考电流的平方的恒定功率损失。

同一发明人的待决美国专利申请案(案号SDK-816，以引用的方式并入本文中)提 出了在电压产生器电路的反馈回路中的电容性分压器的优点。在此实例中，如图2中所 说明，展示于图的右边处的运算放大器驱动展示于左上部处的电荷泵，以将输出维持在 等于参考电压Vref乘以电容性比率的电平。请注意，此申请案未必为本申请案的现有技 术。

在图2的电路中，“div”节点在初始阶段期间被下拉到接地。在初始阶段之后，运 算放大器驱动电荷泵以使节点div等于Vref，所以将输出电压朝Vref乘以电容器比率 (C1+C2)/C2驱动。请注意，输出电压直接取决于电容器比率，所以工艺变化、几何效应 及寄生电容效应均可影响输出电压。

本申请案揭示对所述电路的显着改进。

发明内容

本申请案揭示用以在没有直流电流消耗的情况下使用主动控制来产生模拟电压的 新方法。常规的接脚设定输出端子上的初始正确电压值，且差动级(例如，运算放大器) 在此正确电压值下被置于亚稳状态。此结果是令人惊讶的：所述差动级在启动期间的连 接确保其将处于其最佳操作点。

在各种实施例中，所揭示的创新提供至少以下优点中的一者或一者以上：

·减小的静态电流耗用

·较准确的模拟电压产生

·减小的功率消耗

·较简单的系统结构

·在给定功率预算内提供较大数目的电压电平的能力

·较小的布局。这是可能的，因为根据本发明，电容器本身的比率不像在确定操作 点时那么重要，所以在需要精确比率的情况下，不再必须使用非常大的电容器。

附图说明

将参看附图来描述所揭示的发明，所述附图展示本发明的重要样本实施例且以引用 的方式并入本说明书中，其中：

图1示意性展示具有大静态功率消耗的常规参考电压产生级。

图2展示具有如本申请案中指定的同一发明人的电路，所述电路使用差动级来将输 出节点驱动到所需电平，所述所需电平由电容器的比率及参考电压设定。

图3展示新电路的第一样本实施例，其中使用常规级来设定输出电压，而差动级通 过连接到正确输出电压来对其自身进行自调谐。请注意，输出节点此时未必连接到任何 外部负载。

图4展示可如何使用两个互补驱动器来提供具有静带的电压控制。

图5展示运算放大器如何依据所述特定运算放大器的直流偏移而具有多个可能的操 作曲线；以及

图6展示与图3的电路相似的电路的自调谐效应如何设定所需操作点且消除直流偏 移及电容器比率的不良效应。

具体实施方式