电荷泵及其输出调节电路的制作方法

1.本技术涉及存储器技术领域，特别是涉及一种电荷泵及其输出调节电路。


背景技术：

2.存储器通常设置有电荷泵，电荷泵用于提供存储器在编程/擦除/读等操作阶段中所需的可变电压。目前电荷泵一般是通过调节参考电压以改变电荷泵的输出电压，但是，由于参考电压的取值范围较小，例如参考电压的范围为0.8-1.5v，其无法使电荷泵获取输出范围较大的输出电压。


技术实现要素：

3.本技术至少提供一种电荷泵及其输出调节电路。
4.本技术第一方面提供了一种电荷泵输出调节电路，包括：
5.电荷泵输出反馈路径，连接所述电荷泵的输出端以接收电荷泵的输出电压，并根据所述电荷泵的输出电压而在反馈点产生反馈电压；
6.调节单元，连接所述反馈点以调节所述反馈电压；
7.第一运算放大器，其一输入端连接所述反馈点以接收所述反馈电压，而另一输入端连接第一参考电压，其中，所述第一运算放大器根据所述反馈电压和所述第一参考电压而在输出端输出反馈调节信号，从而调节所述电荷泵的输出电压。
8.其中，所述调节单元为可变电流源，其通过调节流经所述调节单元的电流，从而调节所述反馈电压。
9.其中，所述调节单元包括：
10.第二运算放大器，其一输入端连接至第二参考电压；
11.开关元件，其控制端连接所述第二运算放大器的输出端，其第一通路端连接所述反馈点；
12.阻抗网络，连接在所述开关元件的第二通路端与地电压之间，其中，所述阻抗网络与所述开关元件的第二通路端之间的节点连接至所述第二运算放大器的另一输入端；
13.其中，所述调节单元藉由调节所述阻抗网络的阻抗值而调节流经所述调节单元的电流，从而调节所述反馈电压。
14.其中，所述阻抗网络为电阻网络。
15.其中，所述电阻网络包括多条并联的电阻路径，每一条所述电阻路径包括串联在一起的阻值元件和开关，且每一条所述电阻路径通过控制所述开关的导通与否而决定这一条所述电阻路径是否并联至所述电阻网络，从而调节所述电阻网络的阻值。
16.其中，所述电阻网络为二进制编码式电阻网络，其中，沿所述多条电阻路径的排布方向上，每一条所述电阻路径中的所述阻值元件的阻值为下一条所述电阻路径中的所述阻值元件的阻值的n倍，其中，n为正整数。
17.其中，所述电阻网络为温度计编码式电阻网络，其中，沿所述多条电阻路径的排布
方向上，每一条所述电阻路径中的所述阻值元件的阻值相同。
18.其中，所述电阻网络为混合编码式电阻网络，其中，所述电阻网络包括多个并联的子电阻网络，至少一个所述子电阻网络为二进制编码式电阻网络或者温度计编码式电阻网络之一，而其它的所述子电阻网络为二进制编码式电阻网络或者温度计编码式电阻网络之另一。
19.其中，每一条所述电阻路径中的所述阻值元件为电阻元件或者电阻晶体管。
20.本技术第二方面提供了一种电荷泵，包括上述的电荷泵输出调节电路。
21.本技术的有益效果是：本技术的调节单元连接反馈点以调节反馈电压，第一运算放大器的一输入端连接反馈点以接收反馈电压，另一输入端连接第一参考电压，第一运算放大器根据反馈电压和第一参考电压而在输出端输出反馈调节信号，从而调节电荷泵的输出电压；本技术通过调节单元调节反馈电压和通过调节第一参考电压，以调节电荷泵的输出电压，以使电荷泵的输出电压的范围变大。
22.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本技术。
附图说明
23.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，这些附图示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于说明本技术的技术方案。
24.图1是本技术电荷泵输出调节电路一实施例的结构示意图；
25.图2是本技术电荷泵输出调节电路一实施例的电路图；
26.图3是图2中调节单元一实施例的电路示意图；
27.图4是图3中阻抗网络一实施例的电路示意图；
28.图5是图4中二进制编码式电阻网络一实施例的电路图；
29.图6是图4中温度计编码式电阻网络一实施例的电路图；
30.图7是图4中混合编码式电阻网络一实施例的电路图；
31.图8是本技术电荷泵一实施例的结构示意图；
32.图9是本技术存储器一实施例的结构示意图。
具体实施方式
33.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
34.请参阅图1-2，图1是本技术电荷泵输出调节电路一实施例的结构示意图；图2是本技术电荷泵输出调节电路一实施例的电路图。具有电荷泵输出调节电路10的电荷泵20可以应用于存储器(图未示)，用于提供存储器在编程/擦除/读等操作阶段中所需的可变电压，存储器可以包括nand-flash芯片、eeprom(electrically erasable programmable read only memory，带电可擦可编程只读存储器)芯片、nor flash(非易失闪存技术)芯片或者其他需要高压的存储芯片。
35.该电荷泵输出调节电路10包括电荷泵输出反馈路径11、调节单元12和第一运算放大器u1，其中电荷泵输出反馈路径11连接电荷泵20的输出端以接收电荷泵20的输出电压vpgm，并根据电荷泵20的输出电压vpgm而在反馈点a产生反馈电压。调节单元12连接反馈点a，用于调节反馈电压；第一运算放大器u1的一输入端连接反馈点a以接收反馈电压，而第一运算放大器u1的另一输入端连接第一参考电压vref1，其中第一运算放大器u1根据反馈电压和第一参考电压vref1而在输出端输出反馈调节信号reg_out，即第一运算放大器u1的输出端输出反馈调节信号reg_out，反馈调节信号reg_out用于调节电荷泵20的输出电压vpgm。
36.其中，第一运算放大器u1根据反馈电压和第一参考电压vref1输出反馈调节信号reg_out，调节单元12用于调节反馈电压，因此可以通过调节单元12调节反馈电压和通过调节第一参考电压vref1，以调节电荷泵20的输出电压vpgm，以使电荷泵20的输出电压vpgm的范围变大。
37.如图2所示，电荷泵输出反馈路径11包括第一反馈电阻r1、第二反馈电阻r2以及第一开关元件m1，第一反馈电阻r1的第一端连接电荷泵20的输出端，第二反馈电阻r2的第一端连接第一反馈电阻r1的第二端，第二反馈电阻r2的第二端连接第一开关元件m1的第一通路端，第一开关元件m1的控制端接收控制信号en，第一开关元件m1的第二通路端接地。其中，第二反馈电阻r2的第一端与第一反馈电阻r1的第二端之间的节点作为反馈点a，以产生反馈电压。可选地，第一反馈电阻r1可包括多个串联连接的电阻。
38.第一开关元件m1可以为nmos管，第一开关元件m1的控制端为nmos管的栅极，第一开关元件m1的第一通路端为nmos管的漏极，第一开关元件m1的第二通路端为nmos管的源极。在其他实施例中，第一开关元件m1可以为pmos管。
39.调节单元12为可变电流源，调节单元12通过调节流经调节单元12的电流，从而调节反馈电压。电荷泵20的输出电压vpgm满足以下公式：
40.vpgm＝(vref1/r2 i)*r1 vref1
ꢀꢀ
(1)
41.其中，r1为第一反馈电阻r1的电阻值，r2为第二反馈电阻r2的电阻值，i为可变电流源的电流。
42.由公式(1)可得，通过调整可变电流源的电流i和第一参考电压vref1以调节电荷泵20的输出电压vpgm，以使电荷泵20的输出电压vpgm的范围变大。
43.请参阅图3，图3是图2中调节单元一实施例的电路示意图。调节单元12包括第二运算放大器u2、开关元件m以及阻抗网络121，第二运算放大器u2的一输入端连接至第二参考电压vref2，开关元件m的控制端连接第二运算放大器u2的输出端，开关元件m的第一通路端连接反馈点a。阻抗网络121连接在开关元件m的第二通路端与地电压之间，其中阻抗网络121与开关元件m的第二通路端之间的节点连接至第二运算放大器u2的另一输入端。
44.调节单元12的电流i满足以下公式：
45.i＝vref2/r_ido
ꢀꢀ
(2)
46.其中，vref2为第二参考电压vref2，r_ido为阻抗网络121的阻抗值。将公式(2)代入公式(1)可得：
47.vpgm＝(vref1/r2 vref2/r_ido)*r1 vref1
ꢀꢀ
(3)
48.公式(3)转换可得：
49.vpgm＝(1 r1/r2)*vref1 (r1/r_ido)*vref2
ꢀꢀ
(4)
50.因此，调节单元12藉由调节阻抗网络121的阻抗值r_ido而调节流经调节单元12的电流i，从而调节反馈电压，进而调节电荷泵20的输出电压vpgm。调节单元12还可以藉由调节第一参考电压vref1和第二参考电压vref2调节电荷泵20的输出电压vpgm，以使电荷泵20的输出电压vpgm的范围变大，能够满足需求。
51.由公式(4)可知，调节单元12的调节精度为(r1/r_ido)*vref2，第二参考电压vref2可以大于0.5v，以减少调节单元12的电流损耗，即降低电荷泵20的功耗，具有抗噪声能力。此外，调节单元12的调节精度由阻抗网络121的阻抗值r_ido和第二参考电压vref2的比值决定，实现方式简洁可控。
52.可选地，调节单元12还可以包括第一电容c，第一电容c的第一端连接至第二运算放大器u2的输出端与开关元件m的控制端之间的节点，第一电容c的第二端接地，第一电容c用于对第二运算放大器u2的输出的信号进行过滤。
53.可选地，开关元件m可以为nmos管，开关元件m的控制端为nmos管的栅极，开关元件m的第一通路端为nmos管的漏极，开关元件m的第二通路端为nmos管的源极，nmos管可以隔绝泵波纹对电荷泵输出调节电路10的影响。在其他实施例中，如果与电荷泵20连接的外部装置对输出波纹不敏感，则开关元件m可以为pmos管，第二运算放大器u2可采用共源共栅结构提高运放增益。
54.请参阅图4，图4是图3中阻抗网络一实施例的电路示意图。其中，阻抗网络121可以为电阻网络，电阻网络包括多条并联的电阻路径122，每一条电阻路径122包括串联在一起的阻值元件123和开关k，且每一条电阻路径122通过控制开关k的导通与否决定这一条电阻路径122是否并联至电阻网络，从而调节电阻网络的阻值。即在电阻路径122的控制开关k导通时，则该电阻路径122并联至电阻网络；在电阻路径122的控制开关k断开时，则该电阻路径122没有并联至电阻网络，以实现调节电阻网络的阻值，即调节阻抗网络121的阻抗值r_ido。
55.在一实施例中，电阻网络为二进制编码式电阻网络，其中沿多条电阻路径122的排布方向上，每一条电阻路径122中的阻值元件123的阻值为下一条电阻路径122中的阻值元件123的阻值的n倍，其中n为正整数，在通常设计中n可设置为2。电阻网络采用二进制编码式电阻网络，阻值元件123的数量少，能够利用好调节单元12的版图面积。
56.电荷泵20的输出电压vpgm可以为8个档位调节，电阻网络采用的二进制编码式为3位编码，因此电阻网络包括3条电阻路径122，3条电阻路径122从左到右排布，3条电阻路径122中的阻值元件123的阻值分别为2r、r和0.5r，即n＝2，如图5所示；3条电阻路径122实现的编码为000-111。
57.其中，二进制编码从011变为100时，存在最大非线性误差。因此，电阻网络中的阻值元件123的相对误差小于1/(2
n-1-1)，二进制编码式为3位编码(n＝3)，电阻网络中的阻值元件123的相对误差小于33.3％，以保证电荷泵20的输出电压vpgm的单调性。
58.在其他实施例中，电阻网络采用的二进制编码式为4位编码，以实现16个档位调节，即编码为0000-1111。此时n＝4，电阻网络中的阻值元件123的相对误差小于1/7，以保证电荷泵20的输出电压vpgm的单调性。
59.因此，电阻网络采用二进制编码式电阻网络，能够利用好调节单元12的版图面积；
在电荷泵20的输出电压vpgm的档位较多时，能够减小开关k的数量，提高电荷泵输出调节电路10的稳定性。
60.在一实施例中，电阻网络为温度计编码式电阻网络，其中沿多条电阻路径122的排布方向上，每条电阻路径122中的阻值元件123的阻值相同。电荷泵20的输出电压vpgm可以为8个档位调节，则电阻网络包括7条电阻路径122，7条电阻路径122从左到右排布，7条电阻路径122中的阻值元件123的阻值均为r，如图6所示。
61.为了保证电荷泵20的输出电压vpgm的单调性，每个档位改变一条电阻路径122中的开关k的导通状态；例如，在0档位，7条电阻路径122的开关k均断开；在1挡位，1条电阻路径122的开关k导通，其它电阻路径122的开关k断开。
62.其中，阻值元件123的相对误差与档位无关，阻值元件123的相对误差为
±
δ，调节单元12存在
±
[δ/(1 δ)]step的误差，step为档位。例如，δ为16.7％，则存在0.14step的误差。与二进制编码式电阻网络对比，电阻网络采用温度计编码式电阻网络，具有对阻值元件123的相对误差更大的容错性，具有更高线性度。
[0063]
在一实施例中，电阻网络为混合编码式电阻网络，其中，电阻网络包括多个并联的子电阻网络124，至少一个子电阻网络124为二进制编码式电阻网络或者温度计编码式电阻网络之一，而其它的子电阻网络124为二进制编码式电阻网络或者温度计编码式电阻网络之另一，如图7所示。
[0064]
例如，多个并联的子电阻网络124可为第一子电阻网络和第二子电阻网络，第一子电阻网络和第二子电阻网络并联连接，其中第一子电阻网络为二进制编码式电阻网络，第二子电阻网络为温度计编码式电阻网络。其中第一子电阻网络包括阻值为2r的阻值元件123，即1位编码的二进制码，第二子电阻网络包括阻值为r、r和r的三个阻值元件123，即3位编码的温度计码。
[0065]
以阻值元件123的相对误差为
±
20％，8个档位分别对二进制编码式电阻网络、温度计编码式电阻网络和混合编码式电阻网络进行仿真。二进制编码式电阻网络的二进制编码从011变为100，仿真得出-1.4step误差，破坏了电荷泵20的输出电压vpgm的单调性；温度计编码式电阻网络的二进制编码从011变为100，仿真得出0.17step误差，线性度较好；混合编码式电阻网络的二进制编码从011变为100，仿真得出-0.6step误差。
[0066]
其中，每一条电阻路径122中的阻值元件123可以为电阻元件。在其他实施例，每一条电阻路径122中的阻值元件123可以为电阻晶体管，例如nmos或pmos电阻，可以降低版图面积；或者每一条电阻路径122中的阻值元件123可以为电容。
[0067]
通过以上方式，电荷泵20的输出电压vpgm通过第一参考电压vref1、第二参考电压vref2和阻抗网络121的阻抗值r_ido实现调节，以使电荷泵20的输出电压vpgm的范围变大；调节单元12的调节精度由阻抗网络121的阻抗值r_ido和第二参考电压vref2的比值决定，实现方式简洁可控；调节单元12均采用低压器件，避免高压切换的风险和瞬态电流功耗；此外，电荷泵20与电荷泵输出反馈路径11的连接点固定，能够抑制对电荷泵输出调节电路10的稳定性干扰。
[0068]
本技术还提供一种电荷泵，请参阅图8，图8是本技术电荷泵一实施例的结构示意图。该电荷泵80包括电荷泵输出调节电路81，电荷泵输出调节电路81用于调节电荷泵80的输出电压，该电荷泵输出调节电路81为上述实施例所揭示的电荷泵输出调节电路10，在此
不再赘述。
[0069]
本技术还提供一种存储器，请参阅图9，图9是本技术存储器一实施例的结构示意图。该存储器90至少包括电荷泵91，电荷泵91用于提供存储器90在编程/擦除/读等操作阶段中所需的可变高压。该电荷泵91为上述实施例所揭示的电荷泵80，在此不再赘述。
[0070]
以上所述仅为本技术的实施方式，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。