[发明专利]多重极性可逆式电荷泵电路和有关方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体电压产生器电路，且更明确地说，涉及电容性电压倍增器电路。

背景技术

许多集成电路(明确地说，使用单个电源电压的集成电路)并入有芯片上电路以产生具有比电源电压的量值大的量值的“升高”电压。通常，将此升高电压用作用于集成电路上所含有的电路的若干部分的真正电源电压。举例来说，某些类型的半导体存储器(例如，“快闪”EEPROM存储器)通过使电子在隧穿电介质上加速且将电荷存储在场效应晶体管上方的浮动栅极上，来对存储器单元进行写入。在现代装置上，电荷在隧穿电介质上的此加速通常需要大约8伏的“写入电压”，而存储器电路的其余操作(包含对存储器单元进行读取)通常需要大约仅3伏的电压。与需要供应两个不同电源电压(例如，+5伏和+12伏)来操作装置的许多较旧装置不同，许多现代装置仅需要等于2.5伏到3.3伏(相对于“接地”或VSS)的单个电源电压(通常被称为VDD)。此VDD电源电压通常用于为装置的大部分(包含一般读取操作电路)供电。写入电压(其出于遗留原因，通常但并不总是被称为VPP)由具有典型值+8伏(再次相对于VSS)的芯片上电压产生器产生，而不需要由装置的用户供应的单独电源电压。

在许多集成电路中，将此些芯片上电压产生器实施为电容性电压倍增器电路，主要是因为历史上容易在单片集成电路上实施合适大的电容器，尤其在与实施良好质量电感器相比较的情况下。这些电容性电压倍增器电路通常被所属领域的技术人员称为“电荷泵”。为了不与电容性电压倍增器电路混淆，存在通常也被称为电荷泵的另一类电路。这些电路通常用以整合由相位检测器电路在每一循环产生的较小的电流脉冲，且因此用以在电容器节点上产生模拟电压，其表示两个相位检测器输入信号之间的相位误差。在每一循环期间，典型的相位检测器将第一电流脉冲“抽吸”到电容器节点中，且从电容器节点“抽吸”第二电流脉冲。如果相位误差为零，那么这两个电流脉冲相等，且电容器节点上的电压不变。但如果一个输入信号的相位落后于另一个输入信号的相位，那么所述电流脉冲中的一者的量值较大，或持续时间较长，或两者皆而有之，使得到电容器节点中的净电荷为非零，且产生电压改变。此些“相位检测器整合器”电荷泵在功能和结构两方面相当不同，且因此并不被认为与电容性电压倍增器电路有关。因此，如本文中所使用，“电荷泵”指代电容性电压倍增器电路，且并不指代此些相位检测器整合器电路，除非上下文有此需要。

在上文所述的非易失性存储器实例中，由电荷泵产生的写入电压通常高于被提供到装置的VDD电源电压。在其它集成电路中，电荷泵可用以产生低于参考电压VSS(即，“低于接地”)的电压。举例来说，在许多存储器装置(例如，动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)和其它电路)中产生负偏压，以对衬底和/或衬底内的CMOS阱加偏压。

用于产生高于VDD的升高电压的传统(且众所周知的)电荷泵电路由约翰·F·迪克逊(John f.Dickson)在“使用经改进的电压倍增器技术在NMOS集成电路中产生芯片上高电压(On-Chip High-Voltage Generation in NMOS Integrated Circuits Using anImproved Voltage Multiplier Technique)”(IEEE固态电路杂志(IEEE Journal of Solid StateCircuits)，第SC-11巻，第3期，第374到378页，1976年6月)中教示。此电荷泵包含多个串联连接的电荷泵级。每一电荷泵级包含电荷转移装置(例如，二极管)和泵电容器，且具有输入节点和输出节点。与这些电路一起使用的互补时钟信号通常以全VDD等级摆幅(即，在低等级的VSS与高等级的VDD之间转变)来驱动。

此外，此些电压产生器电路还可能消耗大量的电力(相对于电路的其余部分)，且因此增加了必须由用户(例如，由VDD电源)供应的电流。此外，此些电压产生器电路还可能也需要大量的半导体占用面积以供其实施，尤其是在需要高输出电流或大量值电压的情况下。

发明内容

在一种需要正和负升高电压两者的集成电路设计中，通常提供两个单独的电荷泵电路。一个此电路将产生正电压，且另一电路将产生负电压。此些电荷泵电路依靠电容性切换和电荷共享来产生这些升高电压，且可产生的输出电流的量直接与电荷泵的电容器的物理大小成比例。如果对每一电压的输出电流要求都很重要，那么这两个电荷泵电路中的每一者将需要较大的抽吸电容器，且因此将消耗相当大的珍贵的硅面积。