[发明专利]自主调节的电荷泵系统

说明书

技术领域

本发明涉及Flash EEPROM存储芯片，CMOS感光整列芯片等，特别涉及一种自主调节的电荷泵电路。

背景技术

随着半导体制造工艺和集成电路设计能力的不断进步，人们已经能够把包括处理器、存储器、模拟电路、接口逻辑甚至射频电路集成到一个芯片上，这就是系统级芯片(System-on-Chip，SoC)。随着数据吞吐量不断上升以及系统低功耗要求，系统级芯片核心电压逐步降低。目前而言，SoC系统的核心电压一般都在1.8V以下，并可以预见在不远的将来，会进一步降低到1.5V，乃至1.2V以下。这给片内存储器(SRAM，eEEPROM，eFlash等)设计带来了巨大的挑战。为了保持存储器读出窗口不发生剧烈退化。在很多使用存储器芯片中不得不采用双电荷泵模式来解决问题，其中一个小型的电荷泵主要目的就是为了增加操作时的字线电压。然而由于随机读取(Random Access)功能需求的普遍存在，该小型电荷泵需要能够一直保持输出高压在有效范围，因此目前普遍的做法是将该电荷泵一直使能。这种做法的最大问题在于，当系统长时间不进行读操作时，仍有大量的功耗白白浪费在稳压电路上。因此设计一个可以自主调节的迷你电荷泵系统对于目前的SOC嵌入式存储器设计有十分重要的现实意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种自主调节的电荷泵系统，能保证在低电压下存储器的正常读操作，同时又不引入过大的额外功耗。

为解决上述技术问题，本发明的自主调节的电荷泵系统，包括：

一电荷泵单元，由多级电压自举电路构成，用于实现2～3倍电源电压的高压，作为读操作时的字线电压；

一电压检测控制模块，与所述电荷泵单元相连接，当电荷泵单元使能后，可以实时检测输出电压，当高于预设阈值后可以自行切断电荷泵时钟；

一异步刷新电路，与所述电压检测控制模块相连接，当读操作指示信号有效或者刷新信号有效时使能电荷泵，刷新电荷泵的输出高压；

在所述异步刷新电路的控制下，根据输出电压及系统操作需求，主动或被动的启动和停止电荷泵单元工作。

本发明是一种适用于低电源供电系统的自主调节迷你电荷泵系统。该电荷泵系统针对电源电压下降导致存储器读出窗口急剧下降的事实，通过一个小型的电荷泵单元，将读出时的字线电压倍增，使得读出窗口得以恢复乃至提高；同时通过电压检测控制模块及异步刷新电路使得在满足随机读取操作要求的前提下，系统功耗不因小型的电荷泵单元的引入而急剧增大。根据实测，典型操作下读功耗相比没有小型的电荷泵单元的系统仅仅增大约5％。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是所述自主调节的电荷泵系统整体架构图；

图2是图1中的电压检测控制模块结构图；

图3是图1中的异步刷新电路结构图。

具体实施方式

根据本发明实现的低功耗迷你电荷泵系统，结构清晰，功能明确，下面结合附图介绍具体实施方式。

结合图1所示，所述自主调节的电荷泵系统，包括：

一电荷泵单元，由多级电压自举电路构成，用于实现2～3倍电源电压的高压，作为读操作时的字线电压。

一电压检测控制模块，与所述电荷泵单元相连接，当电荷泵单元使能后，可以实时检测输出电压，当高于预设阈值后可以自行切断电荷泵时钟，从而消除不必要的功耗损失。

一异步刷新电路，与所述电压检测控制模块相连接，当读操作指示信号有效或者刷新信号有效时使能电荷泵，刷新电荷泵的输出高压。

在所述异步刷新电路的控制下，可以根据输出电压及系统操作需求，主动或被动的启动和停止电荷泵单元工作，从而保证以最经济的方式满足系统读操作需求的目的。

所述异步刷新电路，当系统需要进入读操作状态时，能及时产生一个刷新脉冲，启动电荷泵工作；另外当长时间(该时间与系统的漏电水平相 关，并且该时间会与后续的刷新频率相对应)不进行读操作时，也能根据预设的刷新频率定时产生刷新脉冲，启动电荷泵，保证电荷泵输出电压一直维持在合理的范围内，能随时响应系统读指令。

1、图1中的电荷泵单元可以为任意结构的Diskson电荷泵，当使能信号(EN)为高时，对VPP(输出高压)进行充电。

2、当VPP达到预设电平后,电压检测控制模块(如图2所示)中电压比较器I1输出(P点)翻转(为低)，将输出使能(EN)置为低，将PMOS晶体管M0关断的同时也将电荷泵单元关断。