负电荷泵调节的制作方法
【专利摘要】本发明涉及负电荷泵调节。负电荷泵（110）对泵使能信号（410）进行响应。压控电流源（120）提供电流（350）。电阻器（150）耦合至源自所述压控电流源的结点（351）和源自所述负电荷泵的负电荷输出（325）之间。电容器（142）被设置为与所述电阻器并联。比较器（130）生成所述泵使能信号以控制所述负电荷泵。所述比较器耦合至所述电阻器和所述电容器，并且测量跨其的IR降并且将该测量结果相对于参考阈值（134）进行比较。所述泵使能信号的电平可以通过调谐所述电阻器的电阻量或电容器或者调整所述参考阈值而可变。存储器（180）可以被所述负电荷泵的方法驱动。
【专利说明】负电荷栗调节
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电荷泵，更具体地说，涉及负电荷泵调节。
【背景技术】
[0002]由 Bloch, Μ.，Lauterbauch, C.和 Weber, W.在 1998 年 9 月 22 日至 24 日的1998年第24届欧洲固态电路会议(ESSCIRC’ 98)记录的100-103页提出的题名为“HighEfficiency charge Pump Circuit for Negative High Voltage Generat1n at2V SupplyVoltage ”的文章公开了用于负泵的分压以及旁路通路方法。
[0003]2009年6月30日授予的Pan的美国专利号7，554，311公开了正电荷泵的调节。这种混合方案的连续时间域部分使用了分压而不是施加固定的IR降(IR drop)，高频采样分量依赖于分容。这个现有专利试图将两种已知的调节技术进行结合。当想要调节多电平时，这种方法变得难用。
[0004]这些先前的方法不能同时解决负电荷泵的连续时间平均采样和高频响应。
[0005]通过举例的方式说明了本发明，但本发明并不被附图所限制，在附图中相同的参考符号表示类似的元素。出于简洁和清晰的目的而示出了附图中的元素，这些元素不一定按比例绘制。
【发明内容】
[0006]根据本发明的一个方面，提供一种具有输出电平调节的负电荷泵，包括:用于对泵使能信号进行响应以在输出处生成负电压的负电荷泵；用于在一结点处提供电流的压控电流源；可操作地耦合在所述压控电流源的所述结点和所述负电荷泵的所述输出之间的电阻器电路；与所述电阻器电路并联的电容器电路；以及比较器，可操作地耦合至所述电阻器电路和所述电容器电路以将跨所述电阻器电路和所述电容器电路的IR降相对于参考阈值进行比较并生成控制所述负电荷泵的所述泵使能信号。
[0007]根据本发明的一个方面，提供一种泵调节负电荷泵输出电平的方法，包括以下步骤:(a)响应于泵使能信号而在负电荷泵中的输出处生成负电压并将所述负电压提供给并联的电阻器电路和电容器电路的第一侧；(b)给位于并联的所述电阻器电路和所述电容器电路的第二侧的结点提供电流；以及(C)将跨所述电阻器电路的IR降相对于参考阈值进行比较以生成所述泵使能信号，从而控制对应于第一侧的输出处的负电压。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]结合附图，通过参考以下的详细说明，优选实施例的细节将会更容易理解，其中:
[0009]图1示出了根据本发明的实施例的具有泵控制的负电荷泵的示意框图；
[0010]图2示出了根据本发明的另一个实施例的具有泵控制的负电荷泵的示意框图；
[0011]图3示出了根据本发明的一个实施例的压控电流源；
[0012]图4示出了根据本发明的一个实施例的可变电容器电路的例子；
[0013]图5示出了根据本发明的实施例的在具有两个不同的可变参考阈值以及特定电容和电阻的装置和方法中的信号随时间变化的时序图；以及
[0014]图6示出了根据本发明的实施例的在具有一个参考阈值以及不同于图5的电容或电阻的装置和方法中的信号随时间变化的时序图。
【具体实施方式】
[0015]图1示出了根据本发明的实施例的具有泵控制的负电荷泵的示意框图。负电荷泵110在输出325处生成负电压326。针对负电荷泵110设置了输出电平调节。负电荷泵110对泵使能信号410进行响应。压控电流源120基于电压输入320在结点351处提供电流 350。
[0016]电阻器150耦合至结点351和源自负电荷泵110的输出325处的负电压326之间。电容器142被设置为与电阻器150并联。
[0017]比较器130生成泵使能信号410以控制负电荷泵110。比较器130耦合至电阻器150和电容器142。比较器130测量跨电阻器和电容器的IR降(也称电压降)。比较器130将该测量的IR降相对于参考阈值134进行比较。
[0018]在图1的实施例中，泵使能信号410可以多快地对负电荷泵110的输出325处的负电压326的变化进行响应可以是可变的。当泵使能信号410的响应时间相对于泵达到目标输出电平而变化时，负电荷泵的输出325处的负电压326的链波可以变化。
[0019]在图1的实施例中，泵使能信号410直接表示负电荷泵110是否处于调节好的状态中。泵使能信号410为高，直到泵进入调节好的状态。负电荷泵110—进入调节好的状态，泵使能信号410就变低。随着负电荷泵110由于其负载需求而进入调节好的状态以及离开调节好的状态，泵使能信号410的该高、低状态继续。涟波存在于输出325处的负电压326上。该涟波是由负电荷泵110内部的时钟引起的。期望泵使能信号410的反馈控制具有良好的响应时间，以便负电荷泵110内部的时钟可以立即被关闭，从而减小输出325处的负电压326上的链波。
[0020]在图1的一个实施例中，负电荷泵被用于生成负电压。其可以由一个或许多级组成，并对作为输入的泵使能信号410和时钟信号415进行响应。时钟信号415运行电荷泵中的门，该门通过泵使能信号410进行操作。泵使能信号410连同时钟一起调节图示的负电荷泵电路110。如果泵使能信号410为高，则时钟信号415传播到基本泵单元并在输出325处生成负电压326。输出325处的负电压326 —达到期望的电压电平，到基本泵单元的时钟就被关闭。时钟信号415可以是单相时钟或另选的多相时钟(诸如四相时钟)。负电荷泵110的输出325处的负电压输出326被连接到可变电阻器150的底部结点。
[0021]可变组件中的一个或多个可以导致该变化的电平。在第一选择中，负电荷泵110的输出325的链波通过调整电容器142的电容而可变。在第二选择中，负电荷泵110的输出325处的负电压326的涟波通过调谐电阻器150的电阻大小而可变。在第三选择中，它们中的多个可以变化。此外，在更简单的选择中，它们都不变。
[0022]当电阻器150的电阻增大时，反馈回路的响应时间增加，这又导致了更高的涟波。当电阻器150的电阻减小时，反馈回路的响应时间减小，这又导致了更低的涟波。当电容器142的电容增大时，反馈回路的高频响应时间得到改善并且更快，这又导致了更低的涟波。当电容器142的电容减小时，反馈回路的高频响应劣化并且更慢，这又导致了更高的涟波。因此，通过调整电阻器150的电阻并通过调整电容器142的电容，负电荷泵110的输出325处的负电压326的涟波可以被控制。
[0023]泵控制器差异设定单元170耦合到可变参考阈值134、电容器142和电阻器150中的一个或多个以对其进行控制。泵控制差异设定单元170调整可变参考阈值134、可变电阻器150或可变电容器142中的一个或全部以影响泵使能信号410，并由此从负电荷泵110选择不同的负电压电平326以控制例如擦除和编程闪存存储器180的速率。
[0024]在图1的一个实施例中，通过调整可变电阻器150或通过调整可变参考阈值134，负电荷泵110的输出325处的负电压326的电平可以变化。
[0025]负电压由负电荷泵生成以进行闪存存储器擦除操作。同样，在闪存读取期间，由负电荷泵生成的负电压被用于切断通过非易失性单元的泄漏。
[0026]将已知参考阈值与跨电阻电路的IR降进行比较的先前的电荷泵调节反馈具有长的RC时间常数，因此使反馈回路减慢。该慢反馈响应使得涟波随时间而增长，结果，大的解耦电容器被用于应对该慢反馈回路。期望增加调节电路的高频响应以克服对大的解耦电容器的需求。本发明的实施例增加了调节电路的高频响应，并因而通过调整诸如电阻器150和参考阈值134的参数而减小了涟波。本发明的实施例还引入了跨电阻器150的电容器142或240以增大调节电路的高频响应，因此也进一步减小了涟波。通过调整可变电容器142的电容，可以进一步减小涟波。电容器142或242给高频响应提供了旁路通路。该旁路通路减小了涟波，同时仍保持连续的时间域调节。该旁路通路还使得电荷泵电路模块的大小能够减小，该模块的覆盖区先前主要由解耦电容器的区域决定，而该区域现在是不需要的。
[0027]在一个实施例中，存储器180具有耦合至电荷泵110的负电荷泵输出325的存储单元，以通过使用负电压326来改变存储单元的状态。负电压326用于擦除和编程存储单元185的状态。
[0028]本发明的负电荷泵可以被用于闪存存储器180，闪存存储器180使用负泵以用于负井偏压。本发明的负电荷泵可以被用于其它存储器类型和其它应用中。其它示例应用是在带有负泵调节的可调浮置电池中。
[0029]图2根据本发明的另一个实施例示出了具有泵控制的负电荷泵的示意框图。通过调谐图1中的电阻器150的电阻量，图2示出了第三选择的一个结构。图1中的电阻器150也是电阻器电路。图1中的电容器142也是电容器电路。图2的电阻器电路包括包括了多个串联电阻器250-259的电阻器组。设置了多个开关260-267。每一个开关耦合至串联电阻器250-259中对应的一个并且被控制以操作从电阻器组中的串联电阻器选择的组合。电阻器组中的每一个串联电阻器250-259可以具有相同或基本相同的值。这有助于稍后在图3中描述的参考电阻器360。比较器130测量跨从电阻器组中的串联电阻器250-259选择的组合的IR降并将其与已知阈值进行比较。
[0030]开关控制器270耦合至开关260-267以对其进行控制来操作从电阻器组中的串联电阻器选择的组合以实现期望的电阻。开关控制器270调整电阻以影响泵使能信号410，从而从负电荷泵110选择不同的负电压电平326以控制例如擦除和编程闪存存储器的速率。
[0031]IR降通过对跨已知电阻的IR降的电压采样而被测量。已知电流350被驱动穿过电阻器150的已知电阻，并且使用IR降，比较器的负输入上的电压被升高，以使其寻找地电I组合。
3联电阻器250-259的多倍值相对应的值。))匹配，并且驱动该电流通过已知的电阻值控电流源可以具有1.2伏的预定电压输入可变电容器电路142的例子。固定电容器1容器以确定结点351和输出325之间期望二固定电容器440-444之一。
有两个不同的可变参考阈值134以及电容I置和方法中的信号随时间的时序图。示出)1。负电压326’对应于0.5伏的参考阈值直134。参考阈值134的信号波形将是平线异设定单元170调整到一电平。该调节优51和输出325之间的跨电阻器150和电容考阈值134进行比较以生成图示的泵使能单元185的负电荷。例如，在一个示例应用中，图示的电容器142或240的可变电容由泵控制器差异设定单元170或开关控制器270调整以控制用于擦除或编程闪存存储器180的单元185的负电荷。该调整优选在操作之间、当负电荷泵关闭时进行。
[0041]结点351和输出325之间的跨电阻器150和电容器142的IR降由比较器130测量并相对可变参考阈值134进行比较以生成图示的泵使能信号410。负电荷泵110包含内部门，该门通过使用图示的时钟信号415选通该泵使能信号410。从而，当电阻器150或电容器142不同时，图示的结点325处的带有所示较短涟波610的负电压326从电荷泵110输出。
[0042]一些实施例的调节器的目的是调节负电荷泵110的负电压326输出。然而，在负电荷泵110的输出325上的负电压326将发生涟波，如图5和图6中的510和610所示。调节器使用反馈回路来调节泵控制信号410，以使得负电压326具有围绕期望的目标电压的涟波。该目标电压也被称为图5和图6所示的时间平均电平520。目标电压可以通过调整可变参考阈值137、电阻器电路150的电阻和电容器电路142的电容中的任何一个来调整。泵控制器差异设定单元170对可变参考阈值137、电阻器电路150的电阻或电容器电路142的电容做出这些调整。
[0043]除了调节，一些实施例的另一个目的是要最小化涟波510或610，这样负电压326围绕期望的目标电压尽可能实际地恒定。通过降低电阻器电路150的电阻或增加电容器电路142的电容，涟波可以被最小化，也就是被缩短。泵控制器差异设定单元170对电阻器电路150的电阻和电容器电路142的电容做出这些调整。但是，如果不能自由调整电阻和电容中的一个，则可以考虑调整该电阻和电容中的另一个。通常，最好调整电阻以选择目标电压。但是电阻有时可能对响应时间产生不利影响，因此，增加旁路电容142有助于加快反馈回路的响应时间。
[0044]虽然本发明的描述参照了具体实施例，但是在不脱离权利要求所阐述的本发明范围的情况下，可以进行各种修改以及变型。相应地，说明书以及附图被认为是说明性的而不是限制性的，并且所有这样的修改旨在落入本发明范围内。电路可以具有不同于附图中所示例子的配置。这里关于具体实施例所描述的任何好处、优点或问题解决方案都不旨在被解释为任何或所有权利要求的关键的、必需的、或本质的特征或元素。
[0045]被用于标示本发明的任何方法权利要求的步骤的任何字母命名(诸如(a)或(b)等等)是步骤标头，其使用是为了阅读方便，这些字母命名不被用于解释要求保护的方法步骤的顺序或处理次序。记载了特定顺序或处理次序的任何方法权利要求将使用文本的内容一而不是字母命名一而这样做。
[0046]除非另有说明，诸如“第一”以及“第二”的术语是用于任意地区分这些术语描述的元素。因此，这些术语不一定表示这些元素的时间或其它优先次序。
【权利要求】
1.一种具有输出电平调节的负电荷泵，包括: 用于对泵使能信号进行响应以在输出处生成负电压的负电荷泵； 用于在一结点处提供电流的压控电流源； 可操作地耦合在所述压控电流源的所述结点和所述负电荷泵的所述输出之间的电阻器电路； 与所述电阻器电路并联的电容器电路；以及 比较器，可操作地耦合至所述电阻器电路和所述电容器电路以将跨所述电阻器电路和所述电容器电路的IR降相对于参考阈值进行比较并生成控制所述负电荷泵的所述泵使能信号。
2.根据权利要求1所述的负电荷泵，其中通过调整由所述比较器使用的所述参考阈值，所述负电荷泵的输出是可变的。
3.根据权利要求1所述的负电荷泵，其中通过调整所述电容器电路的电容，所述负电荷泵的输出的涟波是可变的。
4.根据权利要求1所述的负电荷泵，其中通过调谐所述电阻器电路的电阻量，所述负电荷泵的输出的涟波和电平是可变的。
5.根据权利要求4所 述的负电荷泵， 其中所述电阻器电路包括包含多个串联电阻器的电阻器组； 其中所述负电荷泵还包括多个开关，所述开关中的每一个可操作地耦合至所述串联电阻器中的对应的一个并且被控制以操作从所述电阻器组中选择的串联电阻器的组合；并且其中所述比较器测量跨从所述电阻器组中选择的串联电阻器的组合的IR降并相对于该IR降进行比较。
6.根据权利要求5所述的负电荷泵，其中所述压控电流源包括: 参考电阻器； 电压输入；以及 放大器，在所述结点处可操作地耦合至从所述电阻器组中选择的串联电阻器组合以及所述电容器电路和所述参考电阻器，以基于预定电压输入提供所述电流。
7.根据权利要求1所述的负电荷泵，其中所述压控电流源包括: 参考电阻器； 电压输入；以及 放大器，在所述结点处可操作地耦合至所述参考电阻器，以基于预定电压输入提供电流。
8.根据权利要求7所述的负电荷泵，其中所述电压输入是可调整的。
9.一种包括根据权利要求1所述的负电荷泵的电路，还包括存储器，所述存储器具有存储单元，所述存储单元可操作地耦合至所述负电荷泵的输出，以通过使用负电压来改变所述存储单元的状态。
10.根据权利要求9所述的电路，还包括可操作地耦合至由所述电阻器电路、所述电容器电路以及所述参考阈值组成的组中的至少一个以控制所述负电压上的涟波的大小的差异设定单元。
11.一种泵调节负电荷泵输出电平的方法，包括以下步骤:(a)响应于泵使能信号而在负电荷泵中的输出处生成负电压并将所述负电压提供给并联的电阻器电路和电容器电路的第一侧； (b)给位于并联的所述电阻器电路和所述电容器电路的第二侧的结点提供电流；以及 (c)将跨所述电阻器电路的IR降相对于参考阈值进行比较以生成所述泵使能信号，从而控制对应于第一侧的输出处的负电压。
12.根据权利要求11所述的泵调节负电荷泵的方法，其中生成所述泵使能信号的所述步骤(c)还包括子步(c) (2):调整由该比较使用的所述参考阈值以改变在所述负电荷泵的输出处的所述负电压的电平。
13.根据权利要求11所述的泵调节负电荷泵的方法，其中生成所述泵使能信号的所述步骤(c)还包括子步(c) (2):调整所述电容器电路的电容以改变所述负电荷泵的输出上的所述负电压的电平的涟波。
14.根据权利要求11所述的泵调节负电荷泵的方法，其中生成所述泵使能信号的所述步骤(c)还包括子步(c) (2):调谐所述电阻器电路的电阻量以改变所述负电荷泵的输出上的所述负电压的所述电平的涟波。
15.根据权利要求14所述的泵调节负电荷泵的方法， 其中所述电阻器电路包括包含多个串联电阻器的电阻器组； 其中调谐所述电阻器电路的电阻量以改变所述负电荷泵的输出的涟波和电平的步骤(c) (2)包括子步(c) (2) (i):操作多个开关以从所述电阻器组中选择一个串联电阻器的组合；以及 其中所述比较步骤(c)包括子步(c) (3):测量跨从所述电阻器组中选择的串联电阻器的组合的IR降并相对于该IR降进行比较。
16.根据权利要求15所述的泵调节负电荷泵的方法，其中提供电流的所述步骤(b)包括子步(a)(1):基于预定电压，通过使用在所述结点处可操作地耦合至从所述电阻器组中选择的串联电阻器的组合以及所述电容器电路和参考电阻器的放大器来提供电流。
17.根据权利要求11所述的泵调节负电荷泵的方法，其中提供电流的所述步骤(b)包括子步(a)(1):基于预定电压和参考电阻器，通过使用在所述结点处可操作地耦合至所述电阻器电路和所述电容器电路的放大器来提供所述电流。
18.根据权利要求11所述的泵调节负电荷泵的方法，还包括通过使用所述负电压更新存储器的状态的步骤(d)。
19.根据权利要求18所述的泵调节负电荷泵的方法，其中通过使用所述负电压更新存储器的状态的所述步骤(d)包括以下子步: (d)(I)擦除所述存储器的存储单元；以及 (d) (2)编程所述存储器的存储单元。
20.根据权利要求11所述的泵调节负电荷泵的方法，还包括选择所述电阻器电路、所述电容器电路或所述参考阈值中的至少一个的差异设定以控制所述负电压上的涟波的大小的步骤(e)。
【文档编号】H02M3/07GK104052264SQ201410095381
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月14日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】J·S·朝伊, G·J·马勒, K·拉曼安 申请人:飞思卡尔半导体公司