一种电荷泵电路系统的制作方法
【专利摘要】一种电荷泵电路系统，包括两个或两个以上的电荷泵；当包括正压电荷泵时，还包括第一电流源电路以及与正压电荷泵一一对应的第一外接电路；第一外接电路包括源极接地的第一N型MOS管和第一高压开关管；第一电流源电路中的第一电流源输入端接高电平，输出端连接第二N型MOS管的漏极及栅极；第一、第二N型MOS管的栅极、源极分别相连；当包括负压电荷泵时，还包括第二电流源电路以及与负压电荷泵一一对应的第二外接电路；第二外接电路包括源极接高电平的第一P型MOS管和第二高压开关管；第二电流源电路中的第二电流源输出端接地，输入端连接第二P型MOS管的漏极及栅极；第一、第二P型MOS管的源极、栅极分别相连。
【专利说明】—种电荷泵电路系统
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电路领域，尤其涉及一种电荷泵电路系统。
【背景技术】
[0002]在许多系统/芯片中，需要用到电荷泵(Pump)电路。以Flash存储器为例，为了完成各种所需的操作，比如编程(Program)、擦除(Erase)、读(Read)等，需要用到包括正压电荷泵(Positive Pump)和负压电荷泵(Negative Pump)电路在内的多种用途的电荷泵电路。
[0003]在有多个不同电荷泵共同存在的系统中，有一个容易忽略但却会带来严重危害的现象。由于这些电荷泵的输出电压通常都是高压，正高压(远远高于电源电压)或负高压，需要经过高压通路(比如一系列HV Switch高压开关)才能传输给其它需要这些高压的各个电路部分，来实现各种操作。因此当这些电荷泵结束工作，开始discharge (放电)时，如果放电速度不同，就会产生电容稱合(couple)现象,从而使pump输出电压被couple到更高或更低的电压，这些不期望的更高压/更低压这就会对后面的高压通路造成严重的危害，甚至击穿、破坏高压通路中的器件，这是我们应当极力避免的状况。
[0004]举例说明一,如图1所不，正压电荷泵的输出电压为VP0S,负压电荷泵的输出电压为VNEG，正、负压电荷泵的输出端先各与一高压通路电路相连后，然后相互之间通过一电容CC相连；其中正压电荷泵的输出端在电容CC连接点之后的电路CD所输出电压作为高电平VDD,负压电荷泵的输出端在电容CC连接点之后的电路AB所输出电压作为低电平GND ;当负压电荷泵放电速度高于正压电荷泵时(即电路AB比电路CD中的电流更快)，正压电荷泵输出电压VPOS就会被其间的电容CC耦合到更高的正电压，从而破坏其后的高压通路电路。
[0005]举例说明二，如图2所示，正压电荷泵的输出电压为VP0S，负压电荷泵的输出电压为VNEG，正、负压电荷泵的输出端先各与一高压通路电路相连后，然后相互之间通过一电容CC相连；其中正压电荷泵的输出端在电容CC连接点之后的电路CD所输出电压作为高电平VDD，负压电荷泵的输出端在电容CC连接点之后的电路AB所输出电压作为高电平GND ;当正压电荷泵放电速度高于负压电荷泵时(即电路CD比电路AB中的电流更快)，负压电荷泵输出电压VPOS就会被其间的电容CC耦合到更低的负电压，从而破坏其后的高压通路电路。
[0006]当然还有其它的例子，比如两个Pump均为正压或负压Pump的情况,这里不再--
赘述，原理均是基于电容耦合。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题是如何保护电荷泵后接电路。
[0008]为了解决上述问题，本发明提供了一种电荷泵电路系统，包括:
[0009]两个或两个以上的电荷泵；
[0010]所述两个或两个以上的电荷泵中包括正压和/或负压电荷泵；
[0011 ] 当包括正压电荷泵时，还包括第一电流源电路以及与正压电荷泵一一对应的第一外接电路；所述第一外接电路包括源极接地的第一 N型MOS管和第一高压开关管；所述第一高压开关管的源极连接第一 N型MOS管的漏极，栅极连接基准电压源，漏极连接所对应的正压电荷泵的输出端；所述第一电流源电路包括第一电流源及第二 N型MOS管；所述第一电流源的输入端接高电平，输出端连接第二 N型MOS管的漏极及栅极；第二 N型MOS管的栅极与第一 N型MOS管的栅极相连，源极接地；
[0012]当包括负压电荷泵时，还包括第二电流源电路以及与负压电荷泵一一对应的第二外接电路；所述第二外接电路包括源极接高电平的第一 P型MOS管和第二高压开关管；所述第二高压开关管的漏极连接第一 P型MOS管的漏极，栅极连接基准电压源，源极连接所对应的负压电荷泵的输出端；所述第二电流源电路包括第二电流源及第二 P型MOS管；所述第二电流源的输出端接地，输入端连接第二 P型MOS管的漏极及栅极；第二 P型MOS管的源极接高电平，栅极与第一 P型MOS管的栅极相连。
[0013]进一步地，所述两个或两个以上的电荷泵中既包括正压电荷泵，也包括负压电荷栗;
[0014]所述第一电流源为源极接高电平、栅极与第二电流源输入端相连的第三P型MOS管；该第三P型MOS管的漏极作为第一电流源的输出端。
[0015]进一步地，所述的系统还包括:
[0016]第一开关；
[0017]所述第二 P型MOS管的源极与高电平之间通过所述第一开关相连；
[0018]电流镜电路，包括多个开关、以及与该多个开关一一对应的P型MOS管；各开关的一端相连并连接高电平，另一端连接所对应的P型MOS管的源极；各P型MOS管的栅极和漏极全部连接在一起，并与所述第二电流源输入端相连。
[0019]进一步地，所述第一、第二电流源为芯片内部基准电路产生的电流源，基准电压源为芯片内部基准电路产生的电压源。
[0020]进一步地，所述的系统还包括:
[0021]电容，包括与所述正压电荷泵的输出端相连的第一端点、及与所述负压电荷泵的输出端相连的第二端点；
[0022]第一电荷泵后接电路，输入端连接在所述正压电荷泵的输出端和所述电容第一端点之间；
[0023]第二电荷泵后接电路，输入端连接在所述负压电荷泵的输出端和所述电容第二端点之间；
[0024]所述第一高压开关管的漏极连接在所述第一电荷泵后接电路的输出端和所对应的正压电荷泵输出端之间；
[0025]所述第二高压开关管的源极连接在所述第二电荷泵后接电路的输出端和所对应的负压电荷泵输出端之间。
[0026]进一步地，所述第一、第二电荷泵后接电路为高压通路电路。
[0027]本发明提出一种采用恒定电流放电(constant current discharge)技术来保护高压通路的方案，解决了不同电荷泵间由于放电速度不同而带来的电容耦合(couple)现象，从而避免了对其后所接电路的破坏，提高了芯片/系统的安全性、可靠性。【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1负压电荷泵放电速度高于正压电荷泵的情况；
[0029]图2正压电荷泵放电速度高于负压电荷泵的情况；
[0030]图3(a)是实施例一中第一外接电路及第一电流源电路的连接示意图；
[0031]图3(b)是实施例一中第二外接电路及第二电流源电路的连接示意图；
[0032]图4是实施例一中电荷泵电路系统的结构示意图；
[0033]图5是实施例一中包含电流镜电路时的连接示意图
[0034]图6是实施例一中包含多个正压、负压电荷泵时的连接不意图。
【具体实施方式】
[0035]下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。
[0036]实施例一,一种电荷泵电路系统，包括:
[0037]两个或两个以上的电荷泵；
[0038]所述两个或两个以上的电荷泵包括正压和/或负压电荷泵；
[0039]当包括正压电荷泵Positive Pump时,还包括第一电流源电路以及与正压电荷泵一一对应的第一外接电路；如图3 (a)所示，所述第一外接电路包括源极接地的第一 N型MOS管丽I和第一高压开关管MHl ;所述第一高压开关管MHl的源极连接第一 N型MOS管MNl的漏极，栅极连接基准电压源Vdis，漏极连接所对应的正压电荷泵的输出端；所述第一电流源电路包括第一电流源Idisl及第二 N型MOS管丽2 ;所述第一电流源Idisl的输入端接高电平，输出端连接第二 N型MOS管丽2的漏极及栅极；第二 N型MOS管丽2的栅极与第一 N型MOS管丽I的栅极相连，源极接地；
[0040]当包括负压电荷泵Negative Pump时,还包括第二电流源电路以及与负压电荷泵一一对应的第二外接电路；如图3(b)所示，所述第二外接电路包括源极接高电平的第一 P型MOS管MPl和第二高压开关管MH2 ;所述第二高压开关管MH2的漏极连接第一 P型MOS管MPl的漏极，栅极连接基准电压源Vdis，源极连接所对应的负压电荷泵的输出端；所述第二电流源电路包括第二电流源Idis2及第二 P型MOS管MP2 ;所述第二电流源Idis2的输出端接地，输入端连接第二 P型MOS管MP2的漏极及栅极；第二 P型MOS管MP2的源极接高电平，栅极与第一 P型MOS管MPl的栅极相连。
[0041]本实施例中，所述第一、第二电流源可以但不限于为芯片内部基准电路产生的电流源，基准电压源Vdis为芯片内部基准电路产生的电压源。第一、第二高压开关管可以耐高压，并保护低压管丽1、丽2、MP1、MP2等低压管不受高压的冲击。在放电阶段，通过Vdis控制打开MHl和MH2，即可实现对VPOS和VNEG的恒流放电。
[0042]本实施例中，所述电荷泵电路系统中还可以包含其它现有技术中所包含的元件，如图4所示，所述两个或两个以上的电荷泵包括一个正压电荷泵和一个负压电荷泵，还可以包括:
[0043]电容CC，包括与所述正压电荷泵的输出端相连的第一端点、及与所述负压电荷泵的输出端相连的第二端点；
[0044]第一电荷泵后接电路，输入端连接在所述正压电荷泵的输出端和所述电容第一端点之间；[0045]第二电荷泵后接电路，输入端连接在所述负压电荷泵的输出端和所述电容第二端点之间；
[0046]所述第一高压开关管MHl的漏极连接在所述第一电荷泵后接电路的输出端和所对应的正压电荷泵输出端之间；
[0047]所述第二高压开关管MH2的源极连接在所述第二电荷泵后接电路的输出端和所对应的负压电荷泵输出端之间。
[0048]所述第一、第二电荷泵后接电路可以但不限于为高压通路电路；也可以为其它在电荷泵电路中使用的电荷泵后接电路。
[0049]本实施例可使正压电荷泵放电速度和负压电荷泵放电速度一致(即图4中电路AB和电路CD的电流变化速度一致)，这样正压电荷泵输出电压VPOS和负压电荷泵输出电压VNEG间的电容CC就不会由于上下极板放电速度不一致而产生耦合作用，VPOS和VNEG就不会被互相耦合，从而避免了破坏其后的高压通路电路。同样地，电荷泵电路系统中的电荷泵均为正压Pump或均为负压Pump时、或是有不止一个正压/负压pump时,本实施例也可以使他们放电速度一致。
[0050]本实施例的一种实施方式中，所述电荷泵电路系统既包括正压电荷泵，也包括负压电荷泵；所述第一电流源为源极接高电平、栅极与第二电流源输入端(亦即第一、第二 P型MOS管的栅极、第二 P型MOS管的漏极)相连的第三P型MOS管；该第三P型MOS管的漏极作为第一电流源的输出端(即与第二 N型MOS管的漏极、以及第一、第二 N型MOS管的栅极相连)。
[0051]该实施方式的一种备选方案中，如图5所不,所述第三P型MOS管即图5中的MP3 ；所述电荷泵电路系统还可以包括:
[0052]第一开关SO ；
[0053]所述第二 P型MOS管MP2的源极与高电平之间通过所述第一开关SO相连；
[0054]电流镜电路，包括多个开关、以及与该多个开关一一对应的P型MOS管；各开关的一端相连并连接高电平，另一端连接所对应的P型MOS管的源极；各P型MOS管的栅极和漏极全部连接在一起，并与所述第二电流源输入端(亦即第一、第二 P型MOS管的栅极、第二P型MOS管的漏极)相连。
[0055]本备选方案可以灵活地控制不同时段的放电电流；所述第一 N型MOS管MNl、第二N型MOS管丽2、第二 P型MOS管MP2及所述电流镜电路中的P型MOS管都可用于复制Idis电流。当处于不同放电时段时，可能需要不同的放电速度，这时可以通过控制所述第一开关
(即图5中的S0)及电流镜电路中各开关(即图5中的S1.....SN)的打开或闭合，来得到
不同的放电电流，从而控制不同时段的放电速递。比如，假设N = 2，并且S0、S1、S2全部闭合，那么通过电流镜镜像MPl和丽I得到的电流为Idis/3，那么VNEG和VPOS的放电电流就是Idis/3。如果只有SO和SI闭合，S2断开，那么放电电流就变成了 Idis/2。以此类推，通过控制开关，可以控制不同时段的放电电流。此外，Idis的产生与复制还可以采用NMOS电流镜的方式，这里不再赘述。
[0056]图5中为存在一个正压电荷泵和一个负压电荷泵时的情况,该备选方案也适用于有多个正压电荷泵和多个负压电荷泵时的情况，假设存在X个负压电荷泵Negative Pump,Y个正压电荷泵Positive Pump, X、Y均为大于I的正整数,此情况下的电荷泵电路系统如图6所示:
[0057]其中的电流镜电路、第一开关S0、第二电流源Idis2、第二 N型MOS管丽2、第二 P型MOS管MP2、第三P型MOS管MP3及其相互之间的连接关系均和图5中一样。
[0058]图6中，Y个正压电荷泵的输出端分别为VP0S1、VP0S2、.......VPOSY ;第一外接
电路也有Y个，与正压电荷泵 对应；各第一外接电路中的第一高压开关管(即图6中
的MH11、MHl2........MH1Y)的漏极分别与所对应的正压电荷泵的输出端相连，栅极连接
基准电压源Vdis，源极分别与本第一外接电路中的第一 N型MOS管(即图6中的丽11、
MNl2........MN1Y)的漏极相连；各第一 N型MOS管的源极均接地，栅极相连后与第二 N型
MOS管丽2的栅极(亦即第二 N型MOS管丽2的漏极、第三P型MOS管丽3的漏极)相连。
[0059]X个负压电荷泵的输出端分别为VNEGl、VNEG2、.......VNEGX ;第二外接电路也
有X个，与负压电荷泵一一对应；各第二外接电路中的第二高压开关管(即图6中的MH21、
MH22........MH2Y)的源极分别与所对应的负压电荷泵的输出端相连，栅极连接基准电压
源Vdis，漏极分别与本第一外接电路中的第一 P型MOS管(即图6中的MPl1、MP12........MPI Y)的漏极相连；各第一 P型MOS管的源极均接高电平、栅极相连后与第二 P型MOS管MP2的栅极(亦即第二 P型MOS管MP2的漏极、第二电流源的输入端、第三N型MOS管的栅极、及电流镜电路中各P型MOS管的栅极、漏极)相连。
[0060]当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种电荷栗电路系统，其特征在于，包括: 两个或两个以上的电荷泵； 所述两个或两个以上的电荷泵包括正压和/或负压电荷泵； 当包括正压电荷泵时，还包括第一电流源电路以及与正压电荷泵一一对应的第一外接电路；所述第一外接电路包括源极接地的第一 N型MOS管和第一高压开关管；所述第一高压开关管的源极连接第一 N型MOS管的漏极，栅极连接基准电压源，漏极连接所对应的正压电荷泵的输出端；所述第一电流源电路包括第一电流源及第二 N型MOS管；所述第一电流源的输入端接高电平，输出端连接第二 N型MOS管的漏极及栅极；第二 N型MOS管的栅极与第一 N型MOS管的栅极相连，源极接地； 当包括负压电荷泵时，还包括第二电流源电路以及与负压电荷泵一一对应的第二外接电路；所述第二外接电路包括源极接高电平的第一 P型MOS管和第二高压开关管；所述第二高压开关管的漏极连接第一 P型MOS管的漏极，栅极连接基准电压源，源极连接所对应的负压电荷泵的输出端；所述第二电流源电路包括第二电流源及第二 P型MOS管；所述第二电流源的输出端接地，输入端连接第二 P型MOS管的漏极及栅极；第二 P型MOS管的源极接高电平，栅极与第一 P型MOS管的栅极相连。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于: 所述两个 或两个以上的电荷泵既包括正压电荷泵，也包括负压电荷泵； 所述第一电流源为源极接高电平、栅极与第二电流源输入端相连的第三P型MOS管；该第三P型MOS管的漏极作为第一电流源的输出端。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，还包括: 第一开关； 所述第二 P型MOS管的源极与高电平之间通过所述第一开关相连； 电流镜电路，包括多个开关、以及与该多个开关一一对应的P型MOS管；各开关的一端相连并连接高电平，另一端连接所对应的P型MOS管的源极；各P型MOS管的栅极和漏极全部连接在一起，并与所述第二电流源输入端相连。
4.如权利要求1到3中任一项所述的系统，其特征在于: 所述第一、第二电流源为芯片内部基准电路产生的电流源，基准电压源为芯片内部基准电路产生的电压源。
5.如权利要求1到3中任一项所述的系统，其特征在于，还包括: 电容，包括与所述正压电荷泵的输出端相连的第一端点、及与所述负压电荷泵的输出端相连的第二端点； 第一电荷泵后接电路，输入端连接在所述正压电荷泵的输出端和所述电容第一端点之间； 第二电荷泵后接电路，输入端连接在所述负压电荷泵的输出端和所述电容第二端点之间； 所述第一高压开关管的漏极连接在所述第一电荷泵后接电路的输出端和所对应的正压电荷泵输出端之间； 所述第二高压开关管的源极连接在所述第二电荷泵后接电路的输出端和所对应的负压电荷泵输出端之间。
6.如权利要求5所述系统，其特征在于:所述第一、第二电荷 泵后接电路为高压通路电路。
【文档编号】H02M1/32GK103904870SQ201210586573
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年12月28日 优先权日:2012年12月28日
【发明者】张现聚, 苏志强, 丁冲 申请人:北京兆易创新科技股份有限公司