一种电荷泵电路及存储器的制作方法

1.本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种电荷泵电路及存储器。


背景技术：

2.存储器电路为满足全电压范围工作的要求，通常会采用电荷泵电路为字线电压、位线电压或存储单元提供稳定的电压源。现有技术的电荷泵电路通常由振荡器、电荷泵及稳压电路组成。而稳压电路在维持电压稳定时，不断的开启或关闭电荷泵，不可避免的在输出电压时产生纹波。随着存储器芯片工艺的进步，输入电压不断减小，输出电压的负载却不断增大，输出电压纹波进一步增大。较大的输出电压纹波会对存储器烧写、读取的灵敏度和稳定性带来负面影响。现有技术通常在电压输出端增加滤波电容来降低纹波电压，但其会明显降低电荷泵的稳定时间，并且消耗芯片面积。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种电荷泵电路及存储器，使输出电压具有较低的纹波电压。
4.第一方面，本发明提供了一种电荷泵电路，该电荷泵电路包括n个电荷泵单元、纹波抑制电路和时钟产生控制电路。其中，n为大于1的整数。每个电荷泵单元具有输入端、输出端及使能端；n个电荷泵单元的输入端互连形成与输入电压连接的输入电压端，n个电荷泵单元的输出端互连形成电荷泵电路的输出电压端。纹波抑制电路包括分压电路、以及n个比较器。分压电路设置有输入端节点、输出端节点，输出端节点接地，且输入端节点与输出端节点之间依次设置有n个分压节点。每个比较器具有第一输入端、第二输入端及输出端；n个比较器与n个分压节点一一对应，每个比较器的第一输入端连接对应的分压节点；输入端节点作为第一比较输入端，n个比较器的第二输入端互连形成第二比较输入端。时钟产生控制电路与n个比较器的输出端连接，以接收每个比较器输出的比较信号；n个比较器和n个电荷泵单元一一对应，且时钟产生控制电路还与n个电荷泵单元的使能端连接，以根据每个比较器输出的比较信号生成是否给对应的电荷泵单元使能的控制信号。且第一比较输入端及第二比较输入端中的至少一个比较输入端，和输入电压端及输出电压端中的至少一个电压端连接；一个比较输入端仅与一个电压端连接，且一个电压端仅与一个比较输入端连接；未为任何电压端连接的比较输入端连接参考电压端。
5.在上述的方案中，通过设置纹波抑制电路，且第一比较输入端及第二比较输入端中的至少一个比较输入端，和输入电压端及输出电压端中的至少一个电压端连接；使时钟产生控制电路根据不同比较器所输出的比较信号，控制给n个电荷泵单元中的全部或部分的电荷泵单元使能，从而通过增减使能电荷泵单元的个数，使输出电压端输出的输出电压具有较低的纹波电压，达到输出电压低纹波的效果。且在不消耗芯片面积的情况下，可以低纹波输出。
6.在一个具体的实施方式中，该电荷泵电路还包括与输出电压端连接的电压调整电路，电压调整电路用于检测输出电压端输出的输出电压值是否达到目标电压值；且电压调
整电路还与纹波抑制电路及时钟产生控制电路连接，以控制纹波抑制电路及时钟产生控制电路的打开或关闭。
7.在一个具体的实施方式中，第一比较输入端和第一参考电压端连接，第二比较输入端和输出电压端连接。便于基于输出电压，自适应调整电荷使能单元个数，达到输出电压低纹波的效果。
8.在一个具体的实施方式中，第一比较输入端和输入电压端连接，第二比较输入端和第二参考电压端连接。便于基于输入电压，自适应调整电荷使能单元个数，达到输出电压低纹波的效果。
9.在一个具体的实施方式中，第一比较输入端和输入电压端连接，第二比较输入端和输出电压端连接。便于基于输入电压及输出电压，自适应调整电荷使能单元个数，达到输出电压低纹波的效果。
10.在一个具体的实施方式中，第一比较输入端和输出电压端连接，第二比较输入端和输入电压端连接。便于基于输入电压及输出电压，自适应调整电荷使能单元个数，达到输出电压低纹波的效果。
11.在一个具体的实施方式中，第一比较输入端处设置有第一单刀双掷开关，第一单刀双掷开关的不动端与第一比较输入端连接，第一单刀双掷开关的动端能够在输入电压端及第一参考电压端之间切换。第二比较输入端处设置有第二单刀双掷开关，第二单刀双掷开关的不动端与第二比较输入端连接，第二单刀双掷开关的动端能够在输出电压端及第二参考电压端之间切换。便于具体应用时，通过两个单刀双掷开关的切换，实现对不同的电压端的纹波抑制，便于基于输入电压及输出电压，自适应调整电荷使能单元个数，达到输出电压低纹波的效果。
12.在一个具体的实施方式中，纹波抑制电路还包括与输出电压端连接的输出负载采样电路，输出负载采样电路按比值镜像采样输出电压端的负载电流，并经设定电阻转换为节点电压端。其中，节点电压端用于与第二比较输入端连接。基于输出电压端的负载电流，自适应调整使能电荷泵单元个数，减少由于输出电压端的负载电流变化在输出电压端所产生的纹波电压，实现输出电压低纹波的效果。
13.在一个具体的实施方式中，纹波抑制电路还包括启动电路，启动电路包括：开关单元和控制单元。其中，开关单元的第一端与输出电压端连接，开关单元的第二段与节点电压端连接。控制单元与电压调整电路连接，以接收电压调整电路所输出的泵电压信号；且开关单元的控制端与控制单元连接，以根据泵电压信号，控制第一端和第二端连接或断开。以减少启动阶段的纹波电压，实现快速稳定和低纹波输出。
14.第二方面，本发明还提供了一种存储器，该存储器包括上述任意一种电荷泵电路。通过设置纹波抑制电路，且第一比较输入端及第二比较输入端中的至少一个比较输入端，和输入电压端及输出电压端中的至少一个电压端连接；使时钟产生控制电路根据不同比较器所输出的比较信号，控制给n个电荷泵单元中的全部或部分的电荷泵单元使能，从而通过增减使能电荷泵单元的个数，使输出电压端输出的输出电压具有较低的纹波电压。
附图说明
15.图1为本发明实施例提供的一种电荷泵电路的结构框图；
16.图2为本发明实施例提供的一种纹波抑制电路的结构示意图。
17.附图标记：
18.10-电荷泵单元20-纹波抑制电路21-分压电路
19.22-比较器23-输出负载采样电路231-设定电阻
20.24-启动电路241-开关单元242-控制单元
21.30-时钟产生控制电路40-电压调整电路
具体实施方式
22.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
23.为了方便理解本发明实施例提供的电荷泵电路，下面首先说明一下本发明实施例提供的电荷泵电路的应用场景，该电荷泵电路应用于存储器中，用于给存储器中的字线、位线或存储单元提供稳定的电压源。下面结合附图对该电荷泵电路进行详细的叙述。
24.参考图1及图2，本发明实施例提供的电荷泵电路包括n个电荷泵单元10、纹波抑制电路20和时钟产生控制电路30。其中，n为大于1的整数。每个电荷泵单元10具有输入端、输出端及使能端；n个电荷泵单元10的输入端互连形成与输入电压连接的输入电压端(如图1及图2中的vin，下同)，n个电荷泵单元10的输出端互连形成电荷泵电路的输出电压端(如图1及图2中的vout，下同)。纹波抑制电路20包括分压电路21、以及n个比较器22。分压电路21设置有输入端节点、输出端节点，输出端节点接地，且输入端节点与输出端节点之间依次设置有n个分压节点。每个比较器22具有第一输入端、第二输入端及输出端；n个比较器22与n个分压节点一一对应，每个比较器22的第一输入端连接对应的分压节点；输入端节点作为第一比较输入端，n个比较器22的第二输入端互连形成第二比较输入端。时钟产生控制电路30与n个比较器22的输出端连接，以接收每个比较器22输出的比较信号；n个比较器22和n个电荷泵单元10一一对应，且时钟产生控制电路30还与n个电荷泵单元10的使能端连接，以根据每个比较器22输出的比较信号生成是否给对应的电荷泵单元10使能的控制信号。且第一比较输入端及第二比较输入端中的至少一个比较输入端，和输入电压端及输出电压端中的至少一个电压端连接；一个比较输入端仅与一个电压端连接，且一个电压端仅与一个比较输入端连接；未为任何电压端连接的比较输入端连接参考电压端。
25.在上述的方案中，通过设置纹波抑制电路20，且第一比较输入端及第二比较输入端中的至少一个比较输入端，和输入电压端及输出电压端中的至少一个电压端连接；使时钟产生控制电路30根据不同比较器22所输出的比较信号，控制给n个电荷泵单元10中的全部或部分的电荷泵单元10使能，从而通过增减使能电荷泵单元10的个数，自适应调整驱动能力，使输出电压端输出的输出电压具有较低的纹波电压，降低电荷泵电路输出电压纹波，达到输出电压低纹波的效果，为存储器电路提供稳定的电压源，抑制电源纹波对存储器烧写、读取的干扰。且在不消耗芯片面积的情况下，可以低纹波输出。下面结合附图对上述结构进行详细的介绍。
26.如图1所示出的电荷泵电路，包括n个电荷泵单元10、纹波抑制电路20和时钟产生
控制电路30。下面对上述结构进行分别介绍。
27.在设置电荷泵单元10时，电荷泵单元10的个数n为大于1的整数。具体的，n可以为2、3、4、5、8、12、16、20等不小于2的整数。参考图1，每个电荷泵单元10均具有输入端、输出端及使能端。n个电荷泵单元10的输入端互连形成与输入电压连接的输入电压端，n个电荷泵单元10的输出端互连形成电荷泵电路的输出电压端。每个电荷泵单元10的使能端与时钟产生控制电路30连接，使时钟产生控制电路30给每个电荷泵单元10发送使能信号，从而使电荷泵单元10处于使能状态，作为使能电荷泵单元10。
28.在设置纹波抑制电路20时，参考图2，纹波抑制电路20包括分压电路21、以及n个比较器22。其中，分压电路21设置有输入端节点、输出端节点，输出端节点接地，且输入端节点与输出端节点之间依次设置有n个分压节点。具体的，如图2所示，通过串联r10、r11、r12、
…
、r1n，共n 1个分压电阻，形成串联的分压电路21。其中的r1n的输出端与地连接，作为输出端节点。其中的r10的输入端作为输入端节点。在输入端节点和输出端节点之间共有n 1个分压电阻，形成n个分压节点。在设置n 1个分压电阻时，可以使每个分压电阻的阻值均相等，使任意的相邻两个分压节点之间所分电压大小相同。
29.如图2所示出的n个比较器22，每个比较器22具有第一输入端、第二输入端及输出端。图2示出的每个比较器22的负端为第一输入端，正端为第二输入端。应当理解的是，还可以使每个比较器22的正端作为第一输入端，负端作为第二输入端。n个比较器22与n个分压节点一一对应，且每个比较器22的第一输入端连接对应的分压节点。输入端节点作为第一比较输入端，n个比较器22的第二输入端互连形成第二比较输入端。
30.其中的第一比较输入端和第二比较输入端用于和输入电压端、输出电压端或参考电压端连接。具体的，第一比较输入端及第二比较输入端中的至少一个比较输入端，和输入电压端及输出电压端中的至少一个电压端连接；一个比较输入端仅与一个电压端连接，且一个电压端仅与一个比较输入端连接；未为任何电压端连接的比较输入端连接参考电压端。即两个比较输入端中，至少存在一个比较输入端和一个电压端连接，该电压端可以为输入电压端，也可以为输出电压端。但是，在连接时，每个比较输入端只能与一个电压端连接，不能够使一个比较输入端和两个电压同时端连接；每个电压端只能连接一个比较输入端，不能够使一个电压端同时连接两个比较输入端。
31.具体的，可以使第一比较输入端和第一参考电压端(如图2中的vref1，下同)连接，第二比较输入端和输出电压端连接，便于基于输出电压，自适应调整电荷使能单元个数，达到输出电压低纹波的效果。还可以使第一比较输入端和输入电压端连接，第二比较输入端和第二参考电压端(如图2中的vref2，下同)连接，便于基于输入电压，自适应调整电荷使能单元个数，达到输出电压低纹波的效果。还可以使第一比较输入端和输入电压端连接，第二比较输入端和输出电压端连接，便于基于输入电压及输出电压，自适应调整电荷使能单元个数，达到输出电压低纹波的效果。或者使第一比较输入端和输出电压端连接，第二比较输入端和输入电压端连接，便于基于输入电压及输出电压，自适应调整电荷使能单元个数，达到输出电压低纹波的效果。
32.当然，参考图2，还可以在第一比较输入端处设置有第一单刀双掷开关，第一单刀双掷开关的不动端与第一比较输入端连接，第一单刀双掷开关的动端能够在输入电压端及第一参考电压端之间切换。第二比较输入端处设置有第二单刀双掷开关，第二单刀双掷开
关的不动端与第二比较输入端连接，第二单刀双掷开关的动端能够在输出电压端及第二参考电压端之间切换。便于具体应用时，通过两个单刀双掷开关的切换，实现对不同的电压端的纹波抑制，便于基于输入电压及输出电压，自适应调整电荷使能单元个数，达到输出电压低纹波的效果。在设置两个单刀双掷开关时，可以采用mos管作为单刀双掷开关的结构。
33.通过上述示出的连接方式，使第一比较输入端和第二比较输入端和输入电压端、输出电压端或参考电压端连接，从而使两个比较输入端中的至少一个比较输入端所输出的电压值会随时间而具有波动，输入给分压电路21和n个比较器22，使n个比较器22中的m个比较器22为一种比较信号，而另外的n-m个比较器22为另一种比较信号。例如，一种比较信号为“0”，另一种比较信号为“1”。且随着时间的变化，比较输入端所输出的电压值波动时，m的个数也为变化，从而输入给时钟产生控制电路30不同的比较信号，使时钟产生控制电路30根据n个比较器22输入的比较信号，控制给n个电荷泵单元10中的m个电荷泵单元10使能。即纹波抑制电路20通过第一比较输入端和第二比较输入端的电压值变化，生成时钟产生控制电路30的控制信号。
34.在设置时钟产生控制电路30时，如图1所示，时钟产生控制电路30与n个比较器22的输出端均连接，以接收每个比较器22输出的比较信号。n个比较器22和n个电荷泵单元10一一对应，且时钟产生控制电路30还与n个电荷泵单元10的使能端连接，以根据每个比较器22输出的比较信号生成是否给对应的电荷泵单元10使能的控制信号。即纹波抑制电路20中的n个比较器22输出的比较信号和电荷泵时钟信号，组成时钟产生控制器电路的输出信号，对应控制n个电荷泵单元10是否使能。即时钟产生控制电路30基于纹波抑制电路20产生的控制信号，控制n个电荷泵单元10工作。通过设置纹波抑制电路20，且第一比较输入端及第二比较输入端中的至少一个比较输入端，和输入电压端及输出电压端中的至少一个电压端连接；使时钟产生控制电路30根据不同比较器22所输出的比较信号，控制给n个电荷泵单元10中的全部或部分的电荷泵单元10使能，从而通过增减使能电荷泵单元10的个数，自适应调整驱动能力，使输出电压端输出的输出电压具有较低的纹波电压，降低电荷泵电路输出电压纹波，达到输出电压低纹波的效果，为存储器电路提供稳定的电压源，抑制电源纹波对存储器烧写、读取的干扰。且在不消耗芯片面积的情况下，可以低纹波输出。下面结合附图对上述结构进行详细的介绍。
35.如图1所示出的电荷泵电路，该电荷泵电路还可以包括与输出电压端连接的电压调整电路40，电压调整电路40用于检测输出电压端输出的输出电压值是否达到目标电压值；且电压调整电路40还与纹波抑制电路20及时钟产生控制电路30连接，以控制纹波抑制电路20及时钟产生控制电路30的打开或关闭。电压调整电路40用于检测电荷泵电路的输出电压，控制时钟产生控制电路30和纹波抑制电路20的工作状态。在电压调整电路40检测到电荷泵电路的输出电压未达到目标电压值时，控制纹波抑制电路20和时钟产生控制电路30进行工作。在电压调整电路40检测到电荷泵电路的输出电压达到目标电压值时，控制纹波抑制电路20和时钟产生控制电路30停止工作。即时钟产生控制电路30基于纹波抑制电路20产生的控制信号和电压调整电路40产生的使能信号，控制n个电荷泵单元10工作。
36.如图2所示出的纹波抑制电路20，纹波抑制电路20还可以包括与输出电压端连接的输出负载采样电路23，输出负载采样电路23按比值镜像采样输出电压端的负载电流，并经设定电阻231转换为节点电压端(如图2中的vsa，下同)。其中，节点电压端用于与第二比
较输入端连接。基于输出电压端的负载电流，自适应调整使能电荷泵单元10个数，减少由于输出电压端的负载电流变化在输出电压端所产生的纹波电压，实现输出电压低纹波的效果。此实施例中的输出负载采样电路23为现有技术中能够按比值镜像采样输出电压端的负载电流的任意类型的负载采样电路。如图2所示，设定电阻231r0的大小可以根据估计的稳定电压、目标电压值进行确定。
37.参考图2，纹波抑制电路20还可以包括启动电路24，启动电路24包括：开关单元241和控制单元242。其中，开关单元241的第一端与输出电压端连接，开关单元241的第二段与节点电压端连接。控制单元242与电压调整电路40连接，以接收电压调整电路40所输出的泵电压信号(如图2中的pumpen，下同)；且开关单元241的控制端与控制单元242连接，以根据泵电压信号，控制第一端和第二端连接或断开。以减少启动阶段的纹波电压，实现快速稳定和低纹波输出。参考图2，开关单元241可以为一个pmos管，图2中的p1mos管代表此处的开关单元241。
38.下面结合图1及图2中所示出的结构，对启动和稳定阶段的调整方式进行举例说明。
39.首先介绍启动阶段。电荷泵电路的输出电压端所输出的输出电压未到达稳定电压，电压调整电路40向控制单元242输出的泵电压信号无电平改变，开关单元241的控制端闭合，使节点电压端vsa和第二比较输入端连接，此时第二比较输入端所输入的是输出电压。初始时输出电压的值较小，存在n个比较器22输出同一比较信号的情况，使时钟产生控制单元242控制n个电荷泵单元10全部使能，出现n个使能电荷泵单元10，从而使输出电压快速上升，以便于提供较大的负载电流。
40.随着输出电压的升高，使输出电压达到稳定电压，此时，电压调整电路40输出的泵电压信号出现电平翻转，使开关单元241被断开，第二比较输入端通过输出负载采样电路23连接到输出电压端。此时，第二比较输入端所输入的是输出电压端的负载电流乘上设定电阻231r0后的节点电压vsa，使第二比较输入端所输入的节点电压vsa随时负载电流的变化而变化。当负载电流减小时，第二比较端所输入的节点电压vsa下降，n个比较器22中发生使能信号的m个比较器22的个数也同步减少，从而减少使能电荷泵单元10的个数，进而使得输出电压具有较低的纹波电压。
41.在输出电压进入稳定阶段后，电荷泵电路的输出电压达到稳定电压。在第一比较输入端和输入电压端连接时，能够根据输入电压的变化，调整使能电荷泵单元10的个数，从而降低纹波电压。具体的调整过程为：在输入电压升高时，第一比较输入端所输入的电压升高，使每个比较器22的第一端的电压升高，使比较器22中输出控制电荷泵单元10使能信号的比较器22个数m减少，在输出电压和负载电流相同的情况下，较低的使能电荷泵单元10个数m，能够降低输入电压升高对输出电压中纹波电压的影响。反之，在输入电压降低时，每个比较器22的第一端的电压降低，使比较器22中输出控制电荷泵单元10使能信号的比较器22个数m增加，从而使较多的使能电荷泵单元10个数m，能确保输出电压和负载电流的稳定性。
42.在第二比较输入端通过输出负载采样电路23连接在输出电压端时，在负载电流增大时，节点电压vsa升高，第二比较输入端所输入的电压升高，每个比较器22的第二端电压升高，比较器22中输出控制电荷泵单元10使能的比较器22m个数增加，从而增加使能的电荷泵单元10个数，在输出电压不变的情况下，能够为负载提供更多的电流。在负载电流稳定
后，使能的电荷泵单元10个数m同时稳定，避免较多的电荷泵使能单元个数，带来更高的纹波电压。反之，在负载电流减小时，节点电压vsa降低，第二比较输入端所输入的电压降低，每个比较器22的第二端电压降低，比较器22中输出控制电荷泵单元10使能的比较器22m个数降低，从而降低使能的电荷泵单元10个数，进一步减小纹波电压。
43.另外，在第一比较输入端和输入电压连接，第二比较输入端和第二参考电压连接时，其工作过程主要是自动根据输入电压的波动，自动控制使能的电荷泵单元10个数，其工作过程如前述稳定阶段中第一比较输入端和输入电压端连接时的工作过程。
44.在第一比较输入端和第一参考电压端连接，第二比较输入端通过输出负载采样电路23和输出电压连接时，只是基于输出电压端的负载电流变化，自动控制使能的电荷泵单元10个数，其工作过程如前述稳定阶段中第二比较输入端和输出负载采样电路23连接时的工作过程。
45.通过设置纹波抑制电路20，且第一比较输入端及第二比较输入端中的至少一个比较输入端，和输入电压端及输出电压端中的至少一个电压端连接；使时钟产生控制电路30根据不同比较器22所输出的比较信号，控制给n个电荷泵单元10中的全部或部分的电荷泵单元10使能，从而通过增减使能电荷泵单元10的个数，使输出电压端输出的输出电压具有较低的纹波电压。
46.另外，本发明实施例还提供了一种存储器，该存储器包括上述任意一种电荷泵电路。通过设置纹波抑制电路20，且第一比较输入端及第二比较输入端中的至少一个比较输入端，和输入电压端及输出电压端中的至少一个电压端连接；使时钟产生控制电路30根据不同比较器22所输出的比较信号，控制给n个电荷泵单元10中的全部或部分的电荷泵单元10使能，从而通过增减使能电荷泵单元10的个数，使输出电压端输出的输出电压具有较低的纹波电压。
47.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。