本发明涉及一种高压产生电路，具体的说，是一种低功耗编程高电压产生电路，属于集成电路设计领域。
背景技术：
编程高压产生电路通常用来对可编程存储器比如ddr、sdram、flash、eprom等根据指令进行编程，从而实现对存储器中的数据进行实时擦写。
在对存储器中的数据进行编程操作时，需要一个高电压来实现，根据不同存储器类型和不同工艺，电压范围可以是5到15伏。为了实现低功耗，含有存储器的芯片供电电压一般只有1.5v电压甚至是1v或者0.8v，因此这个高电压的产生，需要用一个编程高电压产生电路来实现，该电路如图1所示：包括振荡器10，非交叠时钟产生器20，升压电荷泵电路30和稳压二极管40。其中，振荡器10的输入端为使能控制端en，输出端clk连接到非交叠时钟产生器20的输入端，非交叠时钟产生器20的输出端输出两路非交叠时钟clka和clkb，连接到升压电荷泵电路30的输入端，升压电荷泵电路30的输出端vpp为编程高电压产生电路的输出端，同时连接到稳压二极管40的输入端。
编程高电压产生电路的工作原理为：当存储器开始对数据进行编程，振荡器10输入端en由低电平变为高电平，振荡器10开始工作输出一定频率（频率为f1）的时钟信号clk；非交叠时钟产生器20将输入的时钟信号clk变换为两路非交叠时钟信号clka和clkb，非交叠时钟信号即为两路时钟信号clka和clkb不会同时为高电平，其波形如图2所示；升压电荷泵电路30在非交叠时钟信号clka和clkb的控制下，将编程高电压产生电路输出端vpp的电压由电源vdd端电压vdd升高至高于存储器的编程高电压；通过稳压二极管40将vpp端编程高电压vpp限制在对存储器进行编程所需要的电压范围内（5-15v），稳压二极管40是一种导通后可以将两端电压限制在某个电压的器件，当加在稳压二极管两端电压高于其导通电压后，稳压二极管导通，稳压二极管两端电压被限制在某个电压下，多余的电荷会通过稳压二极管以电流的形式泄放掉，从而保持稳压二极管两端电压稳定。
编程高电压产生电路在工作时输出波形如图3所示，当en信号由低电平变为高电平后，振荡器10输出时钟信号，非交叠时钟电路20产生非交叠时钟clka和clkb，升压电荷泵电路30输出vpp电压从电源电压vdd开始上升，在t1时间内上升至高于编程高电压vpp，此时稳压二极管40导通，将vpp端电压稳定在编程所需高电压，vpp端升压时间t1较短，一般小于200us。vpp端编程高电压产生后，需要保持大于存储器编程所需时间t2来完成存储器的编程。当存储器完成编程后，控制信号en由高变低，振荡器10、非交叠时钟电路20和升压电荷泵电路30停止工作，vpp端电压降至电源电压vdd。
存储器在进行编程时，编程高电压产生电路由于需要产生工作时钟，并且要产生一个远高于电源电压vdd的编程高电压，这个编程高电压产生电路在工作时会消耗很大的功耗，甚至会高于芯片中其他所有模块工作所需功耗之和。特别是在编程过程时间t2内，为了保持vpp端编程高电压的稳定，编程高电压产生电路会在vpp端产生一个高于编程所需高电压的电压，并通过稳压二极管将vpp端电压限制在编程高电压，多余的电荷会通过稳压二极管泄放掉。因此，实现存储器的低功耗设计，主要是优化存储器的编程所需编程高电压产生电路的功耗。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种低功耗编程高电压产生电路，用于降低存储器在编程过程中的功耗。
为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种低功耗编程高电压产生电路，包括振荡器、非交叠时钟产生电路、升压电路和稳压二极管，振荡器的输入端为使能控制端en，输出端连接至非交叠时钟产生电路的输入端，振荡器用于在存储器对数据进行编程时输出一时钟信号clk；非交叠时钟产生电路的输出端连接至升压电路的输入端，用于将振荡器输入的时钟信号clk变换为两路非交叠时钟信号clka和clkb并传输至升压电路；升压电路与电源端电压相连，升压电路的输出端即为编程高电压产生电路的输出端，升压电路在非交叠时钟信号clka和clkb的控制下，将编程高电压产生电路输出端的电压由电源端电压vdd升高至高于存储器的编程电压vpp；升压电路的输出端又连接至稳压二极管的输入端，通过稳压二极管将编程电压vpp限制在对存储器进行编程所需要的电压范围内；所述振荡器为频率可编程振荡器，低功耗编程高电压产生电路还包括电压检测电路，频率可编程振荡器增加一个输入端vdet，电压检测电路的输入端与升压电路的输出端相连，其输出端连接至频率可编程振荡器的输入端vdet，电压检测电路用于检测升压电路的编程电压vpp，当编程电压vpp低于编程所需高电压时，电压检测电路输出的vdet信号为低电平；当编程电压vpp达到编程所需高电压时，电压检测电路输出的vdet信号为高电平。
本发明所述低功耗编程高电压产生电路，所述频率可编程振荡器包括选择器、连接在选择器输入端上的反相器组1以及连接在选择器输出端vo2上的反相器组2，反相器组1包括m个串联的反相器，反相器组2包括n个串联的反相器，m≥1，n≥1，选择器的输出端vo1连接至反相器组1的输入端，选择器的输出端vo2经反相器组2连接至反相器组1的输入端，选择器的输入控制端就是频率可编程振荡器的输入端vdet，反相器组1与选择器输入端之间的连接点输出时钟信号至非交叠时钟产生电路。
本发明所述低功耗编程高电压产生电路，所述电压检测电路包括电阻r1、r2和比较器，电阻r1的一端连接至编程电压vpp，另一端连接至电阻r2，电阻r2的另一端接地，电阻r1和电阻r2之间的连接点连接至比较器的正相输入端，基准电压连接至比较器的负相输入端，比较器的输出端连接至频率可编程振荡器的输入端vdet。
本发明所述低功耗编程高电压产生电路，基准电压的值为vpp1*(r2/（r1+r2))，其中vpp1为编程所需高电压，r1、r2分别表示电阻r1、r2的阻值。
本发明所述低功耗编程高电压产生电路，所述升压电路为升压电荷泵电路。
本发明的有益效果：本发明在传统编程高电压产生电路的基础上增加电压检测电路，并将振荡器改为频率可编程振荡器，电压检测电路检测升压电路输出的高压，并根据该电压与编程所需要电压之间的大小关系调节频率可编程振荡器的频率，从而减小存储器在进行编程时的功耗，实现了电路的低功耗设计。频率可编程振荡器采用由反相器组成的环形振荡器，相对于脉宽调制，运行速度更快。
附图说明
图1为现有编程高电压产生电路的电路原理图；
图2为两路非交叠时钟信号的波形示意图；
图3为现有编程高电压产生电路工作时输出的波形示意图；
图4为本发明所述低功耗编程高电压产生电路的电路原理图；
图5为频率可编程振荡器的电路原理图；
图6为电压检测电路的电路原理图；
图7为本发明所述低功耗编程高电压产生电路工作时输出的波形示意图；
图中：10、振荡器，20、非交叠时钟产生电路，30、升压电荷泵电路，40、稳压二极管，100、频率可编程振荡器，200、非交叠时钟产生电路，300、升压电荷泵电路，400、稳压二极管，500、电压检测电路，101、反相器，102、选择器，501、比较器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
根据图1所示的存储器的编程高电压产生电路在编程过程中，编程高电压产生电路工作的功耗主要包括振荡器10产生时钟的动态功耗、非交叠时钟电路20的动态功耗、升压电荷泵电路30在时钟控制下的动态功耗及本身所消耗的静态功耗和稳压二极管40稳压时上面流过电流带来的静态功耗，其中动态功耗主要为电路在时钟控制下发生的功耗，静态功耗主要为电路自己在电路静态下工作的功耗，其中编程高电压产生电路中各个模块的动态功耗占了主要部分。电路工作的动态功耗由于受到时钟信号控制，正比于c×f×v2，其中c为电路中的电容（包括时钟控制端的充放电电容，电路的寄生电容和负载电容），f是控制路工作的时钟频率，v是电路供电电压。由此可知，存储器的编程高电压产生电路工作的功耗主要为跟工作时钟相关的动态功耗。
图1所示的存储器的编程高电压产生电路，其在工作时可分为3个阶段，分别为：第一个阶段，在vpp端产生编程所需高电压的阶段，这个阶段时间为t1；第二个阶段，vpp端保持编程电压的阶段，这个阶段时间为t2；第三个阶段，当编程结束后，vpp端电压降落至电源电压vdd。在编程高电压产生电路工作的第二个阶段，编程高电压产生电路产生vpp端编程电压vpp为通过升压电荷泵电路将电压升至高于编程电压，通过稳压二极管将多余的电荷泄放掉从而将vpp端电压稳压在编程电压vpp，此时编程高电压产生电路中振荡器10，非交叠时钟电路20和升压电荷泵电路30均正常工作，其所提供的多余的电荷被稳压二极管40泄放掉从而实现了vpp端稳压，因此这部分被泄放掉的电流造成了多余的功耗。
根据上述分析，本实施例提出一种克服上述缺陷、可以降低存储器在编程过程中的功耗的低功耗高电压产生电路。
如图4所示，本实施例所述低功耗高电压产生电路包括振荡器、非交叠时钟产生电路200、升压电路和稳压二极管400，振荡器100的输入端为使能控制端en，输出端连接至非交叠时钟产生电路200的输入端，振荡器用于在存储器对数据进行编程时输出一时钟信号clk；非交叠时钟产生电路200的输出端连接至升压电路的输入端，用于将振荡器输入的时钟信号clk变换为两路非交叠时钟信号clka和clkb并传输至升压电路；升压电路与电源端电压相连，升压电路的输出端即为编程高电压产生电路的输出端，升压电路在非交叠时钟信号clka和clkb的控制下，将编程高电压产生电路输出端的电压由电源端电压vdd升高至高于存储器的编程电压vpp；升压电路的输出端又连接至稳压二极管400的输入端，通过稳压二极管将编程电压vpp限制在对存储器进行编程所需要的电压范围内。
本实施例中，所述振荡器为频率可编程振荡器100，低功耗编程高电压产生电路还包括电压检测电路500，频率可编程振荡器100增加一个输入端vdet，电压检测电路500的输入端与升压电路的输出端相连，其输出端连接至频率可编程振荡器100的输入端vdet，电压检测电路500用于检测升压电路的编程电压vpp，当编程电压vpp低于编程所需高电压时，电压检测电路500输出的vdet信号为低电平；当编程电压vpp达到编程所需高电压时，电压检测电路500输出的vdet信号为高电平。
如图5所示，所述频率可编程振荡器100为由反相器101（inv）组成的环形振荡器，包括选择器102、连接在选择器102输入端上的反相器组1以及连接在选择器输出端vo2上的反相器组2，反相器组1包括m个串联的反相器101，反相器组2包括n个串联的反相器101，m≥1，n≥1，选择器102的输出端vo1连接至反相器组1的输入端，选择器的输出端vo2经反相器组2连接至反相器组1的输入端，选择器的输入控制端就是频率可编程振荡器100的输入端vdet，反相器组1与选择器102输入端之间的连接点输出时钟信号至非交叠时钟产生电路200。
频率可编程振荡器100的具体功能为：当选择器102（mux）的输入控制端vdet信号为低电平时，选择器102将输入端vi连接至输出端vo1，输出端vo2为高阻态，此时可编程振荡器的振荡环路只包括选择器102左端的m个反相器，接入的反向器个数较少，其振荡频率较高为f1；当选择器102（mux）的输入控制端vdet信号为高电平时，选择器102将输入端vi连接至输出端vo2，输出端vo1为高阻态，此时选择器102右边的n个反相器也接入环形振荡器环路，可编程振荡器的振荡环路中反相器个数一共为m+n个，由于接入的反向器个数变多，其振荡频率降低为f2。
如图6所示，所述电压检测电路包括电阻r1、r2和比较器501，电阻r1的一端连接至编程电压vpp，另一端连接至电阻r2，电阻r2的另一端接地，电阻r1和电阻r2之间的连接点连接至比较器501的正相输入端，基准电压连接至比较器501的负相输入端，比较器501的输出端连接至频率可编程振荡器100的输入端vdet。
本实施例中，基准电压的值为vpp1*(r2/（r1+r2))，其中vpp1为编程所需高电压，r1、r2分别表示电阻r1、r2的阻值。
电压检测电路的具体功能为：当vpp端电压vpp低于编程所需高电压时，vp点电压为电阻r1和r2的分压值vpp*(r2/（r1+r2))，低于比较器501的v-端连接的参考电平vref，比较器501的输出端vt为低电平；当vpp端电压vpp高于编程所需高电压时，vp点电压vpp*(r2/（r1+r2))高于比较器501的v-端连接的参考电平vref，比较器501的输出端为高电平。
本实施例中，所述升压电路为升压电荷泵电路。非交叠时钟产生电路200、升压电荷泵电路300和稳压二极管400的功能与图1所示的传统的编程高电压产生电路中非交叠时钟产生器20、升压电荷泵电路30和稳压二极管40的电路相同，本实施例不再累述其结构。
如图7所示，为本实施例所述低功耗编程高电压产生电路工作时输出的波形示意图，当非挥发存储器开始进行编程操作时，频率可编程的振荡器100输入控制端en由低电平变为高电平，此时连接至电压检测电路500的控制端vdet为低电平，100的振荡环路中只有m个反相器单元，工作输出频率为f1的时钟信号clk；非交叠时钟产生器200将输入的时钟信号clk变换为两路非交叠时钟信号clka和clkb，升压电荷泵电路300在非交叠时钟信号clka和clkb的控制下，将vpp端电压由电源电压vdd在时间t1内升高至高于存储器的编程高电压；当vpp端电压高于存储器的编程高电压后，稳压二极管400导通，将vpp端电压限制在对存储器进行编程所需要的电压范围内，此时电压检测电路500检测到vpp电压高于编程所需高电压，其输出端vdet由低电平变为高电平；频率可编程的振荡器100接收到vdet由低电平变为高电平后，内部振荡环路中的反相器增加为m+n个，其振荡频率降低为f2，频率可编程的振荡器100输出时钟clk频率变为f2，该时钟频率可以保证vpp端电压保持存储器编程所需高电压，vpp端保持编程电压时间t2，此时其工作时钟频率降为f2；当编程过程结束后，频率可编程的振荡器100输入端en由高电平变为低电平，频率可编程的振荡器100停止工作不再输出时钟信号，非交叠时钟产生器200和升压电荷泵电路300也都停止工作，vpp端电压逐渐下降至电源电压vdd。其中，在vpp端保持可编程电压时间t2过程中，由于编程高电压产生电路的工作频率降低为f2，降低了这个过程中编程高电压产生电路的功耗，实现了低功耗的特性。
本实施例所述低功耗编程高电压产生电路的工作原理为：当非挥发存储器进行编程操作，编程高电压产生电路开始工作，频率可编程的振荡器100输入端en由低电平变为高电平，且连接至电压检测电路500的控制端vdet为低电平，100振荡输出频率为f1的时钟信号clk；非交叠时钟产生器200将输入的时钟信号clk变换为两路非交叠时钟信号clka和clkb，升压电荷泵电路300在非交叠时钟信号clka和clkb的控制下，将电源电压vdd在时间t1内升高至高于存储器的编程高电压；当vpp端电压高于存储器的编程高电压后，稳压二极管400导通，将编程高电压vpp限制在对存储器进行编程所需要的电压范围内；同时，当vpp端电压达到存储器编程所需高电压时，电压检测电路500检测到该电压，其输出端vdet由低电平变为高电平；频率可编程的振荡器100接收到vdet由低电平变为高电平后，其振荡频率降低为f2，输出时钟clk频率降低为f2，该时钟可以保证vpp端电压保持存储器编程所需高电压，且不会有过多的电荷被稳压二极管40泄放掉造成不必要的功耗浪费。在编程过程中，vpp端电压vpp将保持存储器的编程过程时间t2，存储器完成编程后，en信号由高变低，频率可编程的振荡器100、非交叠时钟电路200和升压电荷泵电路300停止工作，vpp端电压降至电源电压vdd。
在存储器编程过程中，编程高电压产生电路的输出端vpp端在电压升至超过编程所需高电压后，编程高电压产生电路的工作时钟频率由f1降低为了f2，使得频率可编程的振荡器100的动态功耗、非交叠时钟电路200的动态功耗、升压电荷泵电路300在时钟控制下的动态功耗和稳压二极管400上流过的静态电流较图1中所示的传统的编程高电压产生电路都会降低，从而减小了存储器在进行编程时的功耗，实现了电路的低功耗设计。
以上描述的仅是本发明的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本发明做出的改进和替换，属于本发明的保护范围。