[发明专利]适用于存储器的电荷泵输出分压电路

说明书

本发明公开了一种适用于存储器的电荷泵输出分压电路，适用于存储器的电荷泵输出分压电路，包括电容分压主电路和开关电容辅电路。在电荷泵输出电压建立阶段，电容分压主电路和开关电容辅电路共同决定所述电荷泵输出电压的分压比例，而在稳定阶段，电容分压主电路决定所述电荷泵输出电压的分压比例。

技术领域

本发明涉及非易失性存储器技术领域，具体地涉及一种适用于存储器的电荷泵输出分压电路。

背景技术

半导体存储器可以分为两大类：易失性存储器和非易失性存储器。易失性存储器在系统断电之后，所存储的数据丢失，例如SRAM和DRAM。非易失性存储器在系统断电之后，仍然可以很好地保存数据，例如EEPROM和FLASH。

作为目前商业应用最为广泛的两种非易失性存储器，EEPROM和FLASH各有其优缺点：前者工艺非常成熟，器件的可靠性也较好，但是存储单元采用2T结构，导致存储单元的有效面积较大；后者在存储阵列的可靠性方面要稍逊于EEPROM，但是采用1T结构的存储单元，使得存储密度更高，在大容量存储器的使用中很有优势。此外，EEPROM的擦除、编程机制都使用FN隧道效应，而FLASH多采用CHEI效应进行编程，比较而言，EEPROM的写操作功耗更小，更加适合于低功耗、超低功耗的应用场合。

EEPROM和FLASH的系统架构类似，包括存储阵列和外围电路两部分。外围电路一般分为行/列译码器、灵敏放大器、逻辑控制电路、数据/地址锁存器、电源管理模块(主要为片上电荷泵)等。在进行写操作时，上述存储器的功耗主要产生于片上电荷泵电路；而在读操作时，除了片上电荷泵外，还产生于灵敏放大器电路。可见针对RFID电子标签芯片、双界面智能卡、穿戴式电子产品等低功耗应用领域，电荷泵电路直接影响着存储器的功耗指标和可靠性指标。目前电荷泵常用的输出稳压方案有两种：一种方案是采用齐纳二极管，当电荷泵输出电压大于齐纳二极管的稳压值时，齐纳二极管的导通电流急剧增大，通过对电荷泵输出电压的泄流达到稳压的目的；另一种方案是采用反馈环路，首先需要电荷泵输出分压电路对其进行采样，并将分压值与参考基准电压值进行比较，当分压值大于基准电压值时，比较器输出指示信号，通过调整电荷泵驱动时钟来达到稳压的目的。上述第二种方案因为电荷泵输出电压精度高、功耗可控等优点，成为存储器采用的主流设计方案。

在反馈环稳压方案中，电荷泵输出分压设计技术起着至关重要的作用。图1是传统的电阻分压电路100，其分压比例由电阻111-113的阻值决定。该电阻分压电路100的分压精度极高，但是电阻分压也有着明显的缺点：例如静态功耗较大。如果为了减小静态功耗从而增大电阻111-113的阻值，则又会显著增大电阻111-113的版图面积，而且电阻111-113的寄生电容也会随着版图面积的增大而增大，显然阻值和容值的增大，反过来又会影响电阻分压电路100的瞬态响应特性。因此，电阻分压电路100并不太适用于超低功耗的应用场景。

图2是传统的二极管分压电路200，其中二极管211-213的物理版图参数完全相同，其分压比例完全取决于二极管211-213的串/并联的具体电路结构。二极管分压电路200的分压精度也较高，但是受限于二极管211-213的I-V特性，当二极管211-213的两端压差小于其导通阈值时，其电流极小，当二极管211-213的两端压差大于其导通阈值时，其电流急剧增大，而且二极管211-213的导通阈值电压与温度、工艺等息息相关，因此采用二极管分压电路200也难以在功耗和性能之间进行取舍。

图3是传统的PMOS二极管分压电路300，其中在主流的标准CMOS工艺上，采用PMOS二极管311-313代替传统双极的二极管211-213，同样PMOS二极管311-313的阈值电压受温度、工艺影响较大。