[实用新型]电荷泵和存储装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，更具体的，涉及一种电荷泵和存储装置。

背景技术

闪存存储器是一种非易失性存储器，在断电情况下仍然能保存已存储的数据信息，而且数据删除不是以字节为单位而是以区块为单位，区块大小一般为256KB到20MB。现如今，闪存存储器已经被广泛地应用于手机、数码相机、笔记本、局域网交换机、嵌入式控制器等设备中。

闪存存储器能够实现非易失的数据存储是由于它能通过内部电荷泵电路产生高压，使电子在强电场的作用下发生隧穿效应，并注入到存储单元的浮栅中。因此电荷泵作为片内的高压产生电路是闪存系统中必不可少的组成部分。电荷泵，也称为开关电容式电压变换器，是一种利用所谓的“快速”(flying)或“泵送”电容(而非电感或变压器)来储能的DC-DC变换器。电荷泵的基本原理是，电容的充电和放电采用不同的连接方式，如并联充电、串联放电，串联充电、并联放电等，实现升压、降压、负压等电压转换功能。

通常，电荷泵具有耦合到输入端与输出端之间的开关的电容器。在一个时钟相位期间(充电半周期)，电容器并联地耦合到输入端，以充电达到输入电压。在第二时钟相位期间(转移半周期)，充电的电容器与输入电压串联耦合以提供两倍于输入电压的电平的输出电压。此过程说明于图1A和1B中。在图1A中，电容器5与输入电压VIN并联配置以说明充电半周期。在图1B中，充电的电容器5与输入电压VIN串联配置以说明转移半周期。如图1B所示，充电的电容器5的正极端子将因此相对于接地为2*VIN。

如图2所示为现有技术的一种单极性电荷泵，包括负载电容C_load、多个泵电容C以及依次串联的多个晶体管。晶体管采用栅端漏端短接的形式，这种二极管式的连接方式具有单向导通的特性，它保证了电荷只能从电源向输出级进行单向流动。时钟电路用于产生两相非交叠的时钟，在一个时钟周期内，当其中一个相位的时钟信号T1从高电平跳变到低电平后，另一个相位的时钟信号T2才会从低电平跳变到高电平，从而使泵电容上的电荷可以充分地从前一级转移到后一级。这样，在两相时钟信号的作用下，电荷不断从电源端传送到输出端，使输出电压升高。

在现有技术中，由于闪存存储器通常需要正极性的高压和负极性的高压，因此芯片中使用了多个单极性的电荷泵：一些是用于产生正高压的正高压电荷泵，而另一些是用于产生负高压的负高压电荷泵，但是这样无疑会占据很大的芯片面积。

图3A示出现有技术的正极性电荷泵中的晶体管的结构示意图。图3B示出现有技术的负极性电荷泵中的晶体管的结构示意图。

现有技术的单极性电荷泵不能直接作为双极性电荷泵使用，其原因是：如图3A所示，在现有技术的用于输出正极性电压的电荷泵中，各个晶体管的N型深阱区N_deep_well与P型阱区P_well与源极S短接，源极S和漏极D用于级联，如果直接将这种结构的晶体管应用于负极性电荷泵中，晶体管的N型深阱区N_deep_well和P型衬底之间的PN结将正向导通，造成漏电；如3B图所示的输出负极性电压的电荷泵中，各个晶体管的N型深阱区接电源VDD或者接地GND，若采用此电路传输正极性高压，晶体管的N型深阱区N_deep_well与P型阱区之间的PN结会正向导通，发生漏电。因此，不能直接将现有的单极性电荷泵直接作为双极性电荷泵。

而由于在闪存存储器中，一些正高压和负高压不会同时被使用，因此另一些现有技术为了降低芯片面积，提出让正负电荷泵共享一套耦合电容，但是这种现有技术中的每个电荷泵仍采用独立开关模块而没有实现实际上的共享，并且需要把一套电容分时切换给正电荷泵和负电荷泵，因此也无疑增大了电路设计的复杂度。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中所存在的上述问题提供了一种电荷泵和存储装置，其要解决的技术问题在于通过实现既能产生正压又能产生负压的电荷泵来减小芯片的面积，并避免由于PN结正向导通而产生的漏电现象。

根据本实用新型的一方面，提供了一种电荷泵，该电荷泵包括升降压模块和选择模块，其中升降压模块具有第一端和第二端，用于根据模式控制信号提供输出电压；选择模块，用于根据模式控制信号对所述升降压模块的所述第一端和所述第二端之一提供第一电压或第二电压，并选择所述升降压模块的所述第一端和所述第二端中的另一个提供所述输出电压；当所述模式控制信号为第一状态时，所述电荷泵工作在第一模式，所述输出电压呈正极性，当所述模式控制信号为第二状态时，所述电荷泵工作在第二模式，所述输出电压呈负极性。