专利名称：电压供应电路、包括该电路的闪存设备以及电压供应方法
技术领域：
本发明涉及闪存设备的电压供应电路，更具体地，涉及在施加电源的同 时进行升压操作(pumping operation)的电压供应电路，包括该电压供应 电路的闪存设备，以及提供工作电压的方法。
背景技术：
在能够进行电擦除和编程的半导体存储设备，尤其是闪存设备中，F-N (Fowler- Nordheim)隧穿方法和热电子注入方法被用来进行擦除存储在存
为将数据编程到存储单元中，使用热电子注入方法。在热电子注入方法 中，邻近于存储单元的漏区的沟道区的电子被注入到存储单元的浮栅。用于 编程的高电压被施加到存储单元的控制栅。用于闪存i殳备的操作的高电压通 常的范围为15V至20V。大体上，工作在低电源电压的闪存i殳备包括在包括 该闪存设备的芯片内产生高电压的电压供应电路。电压供应电路通常被配置 为通过使用升压电路将输入低电压升高为高电压。
图1A为示出用于提供编程电压的常规电压供应电路的操作的流程图。
参考图1A，即使向闪存设备提供了外部电压，提供用于对闪存设备进行 编程的电压的电压供应电路也不能提供足够的电压来驱动该闪存设备。因 此，在到达一定的上电点(PUP)之前，不会执行任何操作。为此，在到达 PUP之前，外部电压不会被用作闪存设备的内部电压。
如果在步骤101中达到PUP，则外部电压被输入到闪存i殳备，该闪存设 备执行操作初始化。由于电压供应电路未启动升压操作，因此在步骤S103 中，输出电压Va与外部电压VDD具有相同的电平。
在步骤S105中，如果用于编程操作的命令被输入到闪存设备，且由此 激活命令被输入到电压供应电路，则在步骤SI07中，电压供应电路启动升 压操作以升高输出电压Va。如果输出电压Va通过此种升压被提高，且在步 骤S109中输出电压达到期望的目标电压，则完成升压操作。
电压供应电路使用闪存设备的工作电流来获取期望的输出电压Va。这 样，升压操作利用闪存设备的大部分工作电流来执行。当外部电压VDD被施 加到闪存i殳备时，上电开始点如下所述。
图1B为示出外部电压和常规电压供应电5MU'司的工作关系的视图。
参考图1B，如果外部电压到达一定的电平(例如，PUP)，则闪存设备被 初始化。此时，在A区中，电压供应电路不执行任何升压操作。如果输入激 活命令，则电压供应电路使用内部工作电流执行从外部电压(VDD)电平到 期望的目标电压的升压操作，从而提供输出电压Va。
换句话说，在到达空闲状态或PUP之前，电压供应电路不执行电压升压 操作，而是在输入激活命令后，才启动电压升压操作。因此，消耗了闪存设 备的大部分工作电流。
发明内容
本发明涉及电压供应电路和包括该电路的闪存设备，以及提供工作电压 的方法，其中用于向闪存设备提供工作电压的电压供应电路通过在其到达 PUP之前或在其处于空闲状态时进行电压升压操作而存储一定电平的电压， 从而降低在激活状态下进行电压升压所需的时间，并节省消耗电流。
在一个实施例中，电压供应电路包括电压产生器和控制器。电压产生器 被配置为在上电开始之前，升高外部输入的电压，并存储升高的外部电压作 为具有设定电压电平的第一电压，或升高该外部电压，将升高的电压加到存 储的电压上，并输出相加后的电压作为工作电压。控制器被配置为才艮据工作 状态输出第一控制信号以驱动电压产生器或停止电压产生器的IMt。
在另一实施例中，闪存设备包括存储单元阵列，该阵列包括分别连接 到多个位线对和多个字线的多个存储单元；多个页緩存电路，其分别对应于
多个位线对，并被配置为将数据编程到存储单元中或读M储在存储单元中
的数据；电压供应单元，其被配置为升高外部电压，产生升高的电压作为初 始电压，并存储产生的电压，或升高该初始电压并产生用于编程或读取操作 的工作电压；以及Y解码器电路，其分别连接到多个页緩存电路，以及数据 I/O线，并被配置为将编程数据传送到页緩存电路并输出接收的来自页緩存 电路的读取数据到数据I/O行。
在又一实施例中，提供闪存设备的工作电压的方法包括在上电之前使 用外部电压升高电压电平并产生第一电压，确定当前工作状态，如果确定的 结果是当前工作状态是空闲状态，则升高外部电压，将升高的电压加到第一 电压上，并产生相加后的电压作为第二电压，并且如果当前工作状态转移到 激活状态，则升高外部电压，将升高后的电压加到第二电压上，并产生用于 编程或读取的工作电压。
图1A为示出提供编程电压的常规电压供应电路的操作的流程图1B为示出外部电压和常规电压供应电iJMU'司的操作关系的视图2A为根据本发明实施例的闪存设备的框图2B为图2A所示的电压供应电路的详细框图3是由图2A所示的闪存设^行的方法的操作流程图；以及
图4为示出根据本发明实施例的、电压供应电路的操作和外部电压之间 的关系的视图。
具体实施方式
参考附图来描述根据本发明的具体实施例。 图2A是根据本发明实施例的闪存设备的框图。
参考图2A，根据本发明实施例的闪存设备200包括存储单元阵列210, 其包括用于数据存储的多个存储单元，该存储单元包括字线和位线；页緩存 单元220，其用于将数据编程到存储单元阵列210或读^储在存储单元阵 列210中的数据；Y解码器230，用于根据输入地址来选择页緩存单元220;
X解码器240，用于根据输入地址来选择存储单元阵列210的字线；电压供 应单元250,其用于产生用于闪存设备200的操作的工作电压；以及控制器 260，其用于输出用于NAND闪存该L备200的操作的控制信号。
存储单元阵列210包括能够存储数据的多个存储单元(未示出)。这些 该存储单元通过位线BL以及字线WL设置。
页緩存单元220包括多个页緩存电路。每个页緩存电g连接到存储单 元阵列210的位线对，并被配置为执行将数据编程到与其连接的位线的存储 单元中或从与其连接的位线的存储单元读取数据的操作。
Y解码器230响应于控制信号向页緩存单元220的多个页緩存电游41供 数据I/O路径。X解码器240才艮据输入地址选择字线。
电压供应单元250产生NAND闪存设备200的操作所必需的电压，并将 该电压提供至闪存设备200。在向闪存设备200施加电源，或闪存设备200 处于空闲状态时，电压供应单元250在上电开始之前执行升压操作，并产生 和存储预定电平的电压。
控制器260输出控制信号以控制闪存i殳备200的操作。
以下对电压供应单元250进行详细描迷。
图2B是图2A中所示的电压供应电路的详细框图。
参考图2B，电压供应单元250包括电压产生器251，用于响应于控制 信号升高工作电压，并输出升高的电压；控制器255，用于根据闪存设备200 的工作模式来控制电压产生器251的操作；空闲检查单元257，用于检查输 入到闪存设备200的工作信号是否处于空闲状态；上电检查单元258，用于 检查外部电压是否被输入到闪存设备200且上电开始；以及第一和第二逆变 器IN1、 IN2。
电压产生器251包括升压电路单元252，用于升高输入电压，并产生 该输入电压作为高电压；电压存储单元253,用于存储在空闲状态或上电之 前通过升压电路单元252升高的电压；输出单元254，用于输出通过升压电 路单元252升高的电压作为工作电压Va。控制器255包括电压感测单元256， 用于感测由电压产生器251产生的电压的电平。
输入到闪存设备200的操作命令信号(写/读；W/R)被输入电压产生器 251，该电压产生器251响应所述操作命4^ft号升高工作电压。此外，电压 产生器251也可在控制器255的控制下与该^^作命4^ft号无关地启动升压操
作。
电压产生器251的升压电路单元252响应于操作命令信号W/R或控制器 255的控制信号升高输入电压，并产生高电压。电压存储单元253在控制器 255的控制下存储由升压电路单元252产生的初始电压。电压存储单元253 可以使用电容器来实现。
输出单元254在控制器255的控制下输出由升压电路单元252输出的工 作电压Va。
控制器255输出控制信号，该控制信号4吏升压电路单元252能够启动电 压升压，以响应从空闲检查单元257或上电检查单元258输出的空闲信号或 上电信号。控制器255的电压感测单元256感测由升压电路单元252升高并 输出的电压电平。
控制器255确认来自电压感测单元256的、由升压电路单元252在空闲 状态或上电启动之前产生的电压的电平。如果升压电路单元252将电压升高 到设定的初始电压电平，则控制器255停止升压电路单元252的操作。控制 器255然后控制已由升压电路单元252升高的初始电压，使其存储在电压存 储单元中。
此外，控制器255响应操作命令信号W/R，控制升压电路单元252利用 存储在电压存储单元中的初始电压来启动升压^Mt,还控制输出单元254以 输出从升压电路单元252输出的工作电压Va。
第一逆变器IN1转换操作命令信号W/R，并将转换的信号输入到空闲检 查单元257。当操作命^Hf号W/R未被输入到控制器时，空闲检查单元257 向控制器255提供高电平的空闲信号。
第二逆变器IN2转换上电启动信号，并将转换的信号输入到上电检查单 元258。在上电开始之前，上电检查单元258向控制器255输入高电平的控 制信号，而在上电开始时，向控制器255输入低电平的控制信号。
在空闲检查单元257或上电检查单元258输入高电平的控制信号时，控 制器255控制升压电路单元252执行初始电压升压操作。
下面详细描述操作如上构造的电压供应单元250的方法。
图3是图2A中所示的闪存设备所执行的方法的操作流程图。
参考图3，在将外部电压输入到闪存设备200且上电开始之前，在步骤 S301中升压电路单元252执行电压升高。
如果闪存设备200被施加以外部电压，则上电检查单元258向控制器255 输入高电平的控制信号直到达到PUP。
控制器255控制升压电路单元252执^f亍升压操作以响应高电平的控制信 号，该控制信号由上电检查单元258输入。控制器255可控制升高的电压电 平不超过i殳定的电压电平。升高的电压祐:存储在电压存储单元253中。
在步骤S303中，如果达到PUP，上电开始，则上电检查单元258向控制 器255输入低电平的控制信号。在步骤S305中，控制器255停止升压电路 单元252的操作以响应来自上电检查单元258的低电平控制信号。控制器255 控制步骤S301中已由升压电路单元252产生的电压，使其存储在电压存储 单元253中，同时停止电压产生器251的^作，使得在步骤S307中输出单 元254不输出电压。在某些实施例中，步骤S306和S307可以同时执行，或 者可以改变这些步骤的顺序。
上电检查单元258仅从上电开始的点开始输出低电平的控制信号.同时，
换句话说，如果操作命令信号W/R被以高电平输入，则空闲检查单元257 输出低电平的空闲信号。但是，如果搮作命令信号W/R被以低电平输入，则 空闲检查单元257输入高电平的空闲信号到控制器255。在步骤S309中，控 制器255确定闪存设备200当前是处于激活状态还是空闲状态。
如果空闲检查单元257输入高电平的空闲信号，则控制器255确定闪存 设备200是处于空闲状态而非激活状态，且在步骤S311中，控制升压电路 单元252启动电压升压操作。此时，升压电路单元252可使电压从已在步骤 S301中升高并存储在电压存储单元253中的电压电平开始升高。
此外，在步驟S313中，控制器255的电压感测单元256感测已被升压 电路单元252升高并输出的电压电平，确定所感测的电压电平是否达到预置 初始电压，并将结果通知控制器255。
如果确定的结果是升压电路单元252已经将电压升高到预定的初始电 压，那么在步骤S305中控制器255停止升压操作，将升高的电压存储在电 压存储单元253中，且在步骤S307中还停止电压产生器251的操作，使得 输出单元254不输出电压。
由于操作命令未被输入到闪存设备200，因此在空闲状态继续的同时厨 期性地重复步骤S305至S313。
此外，如果操作命令，例如编程命令或读取命令被输入到闪存设备200， 且由此高电平的操作命令信号W/R被输入到电压产生器251，则空闲检查单 元257向控制器255输入低电平的空闲信号，通知控制器255闪存i殳备200 处于激活模式.
控制器255釋，放电压产生器251的操作(在步骤S307中，该操作已在 激活模式下停止)，使得在步骤S315中电压产生器251正常操作。在正常操 作的电压产生器251中，在步骤S317中，升压电路单元252利用输入电压 执行电压升高。升高的电压被存储在电压存储单元253中，然后加到该电压 上。在步骤S319中，如果由升压电路单元252升高的电压与存储在电压存 储单元253中的电压之和达到工作电压Va,则输出单元254输出结果。
按照根据本发明实施例如上所构建的电压供应单元，如果存储在电压存 储单元253中的电压被设置到IOV，由于在电压供应单元到达激活状态之前， 已经达到10V的电压电平，并且升压电路单元152的升压电压l^被结合， 因此可以很快地达到期望的目标电压。
图4是说明根据本发明实施例的、在电压供应电路的操作和外部电压之 间的关系的视图。
从图4可以看出，如果输入外部电压，则控制器255在上电开始之前控 制升压电路单元252执行电压升压操作，并在到达PUP时停止电压升压操作。
与将低电压的外部电压(VDD)电平升高到用于操作的目标电压所占用 的时间相比，用于操作从设定的初始电压到目标电压的升压时间可以被缩 短，并且可以提供稳定的工作电压。
如上所述，根据电压供应电路和包括该电路的闪存设备，以及根据本发 明的提供工作电压的方法，在上电开始前或空闲状态结束之前将工作电压升 高到设定电平，并存储该工作电压。从而，可以缩短将电压升高到工作电压 电平所需的时间，且可以拔:供稳定的工作电压。
尽管参考具体实施例进行了上述描述，应理解本领域的普通技术人员在 不偏离本发明以及所附权利要求的精神和范围的情况下可以对本发明做出 变化和修改。
权利要求
1.一种电压供应电路，包括电压产生器，其被配置为在上电开始前，升高外部输入的电压，并存储升高的外部电压作为第一电压，其中所述第一电压具有设定的电压电平，或升高外部输入的电压，将升高的电压加到存储的电压上，并输出相加后的电压作为工作电压；以及控制器，其被配置为输出第一控制信号以驱动所述电压产生器或停止该电压产生器的操作，其中该控制器根据工作状态输出所述第一控制信号或停止所述电压产生器的操作。
2. 如权利要求l所述的电压供应电路，还包括上电检查单元，其被配置为根据该外部电压的施加检查上电启动，并 输入上电检查信号到所述控制器；以及状态检查单元，其被配置为根据操作命令信号执行有关空闲状态或激 活状态的状态检查，并输入状态检查信号到所述控制器。
3. 如权利要求2所述的电压供应电路，其中所述电压产生器包括 电压升高输出单元，用于升高并输出该外部电压；以及 电压存储单元，用于存储由所述电压升高输出单元产生的电压。
4. 如权利要求3所述的电压供应电路，其中所述电压升高输出单元 包括用于升高输入电压并输出升高的电压的升压电路。
5. 如权利要求3所述的电压供应电路，其中所述电压存储单元包括 电容器。
6. 如权利要求3所述的电压供应电路，其中所述控制器包括用于感 测存储在所述电压存储单元中的电压电平的电压感测装置。
7. 如权利要求3所述的电压供应电路，其中所述控制器被配置为控 制所述电压升高输出单元以在上电启动前产生该第一电压，所述控制器还 被配置为将所产生的第 一 电压存储在所述电压存储单元中。
8. 如权利要求3所述的电压供应电路，其中所述控制器被配置为控 制所述电压升高输出单元在空闲状态下操作，产生一电压电平的第二电 压，并将产生的第二电压存储在所述电压存储单元中，所述第二电压的电 压电平与所述第一电压相同或高于所述第一电压。
9. 如权利要求8所述的电压供应电路，其中所述第二电压的电压电 平通过将在空闲状态下由电压升高输出单元升高的电压加到存储在电压 存储单元中的第一电压而产生。
10. 如权利要求8所述的电压供应电路，其中所述控制器控制在激活 状态下由电压升高输出单元升高的电压，使其加到存储在电压存储单元中 的电压上，且其中，所述控制器控制存储在电压存储单元中的电压，使得 在存储在电压存储单元中的该电压的电平达到工作电压电平时该电压被 输出。
11. 一种闪存设备，包括存储单元阵列，其包括分别连接到多个位线对和多个字线的多个存储单元；多个页緩存电路，其分别对应于所述多个位线对，且该电路被配置为 将数据编程到所述存储单元中或读M储在所述存储单元中的数据；电压供应单元，其被配置为升高外部电压，产生升高的电压作为初始电压，并存储产生的电压，或升高初始电压，并产生用于编程或读取^Mt的工作电压；以及Y解码器电路，其分别连接到所述多个页緩存电路，以及数据1/0线， 所述Y解码器电#配置为将编程数据传送到所述页緩存电路，并将接收 自所述页緩存电路的读取数据输出到所述数据I/O线。
12. 如权利要求ll所述的闪存设备，其中所述电压供应单元包括 电压产生器，其被配置为在上电开始之前，升高外部输入的电压并存储升高的外部电压作为具 有设定电压电平的第一电压，或升高外部输入的电压，将升高的电压加到存储的电压上，并输出相加 后的电压作为工作电压；以及控制器，其被配置为输出第一控制信号以驱动所述电压产生器，或停止所述电压产生器的操作，其中，所述控制器根据工作状态输出所述第一控制信号，或停止所述 电压产生器的操作。
13. 如权利要求12所述的闪存设备，其中所述电压供应单元包括上电检查单元，用于根据该外部电压的施加检查上电启动，并将上电 检查信号输入到所述控制器；以及状态检查单元，用于根据操作命令信号执行有关空闲状态或激活状态 的状态检查，并将状态检查信号输入到所述控制器。
14. 如权利要求13所述的闪存设备，其中所述电压产生器包括 电压升高输出单元，用于升高并输出外部电压；以及 电压存储单元，用于存储由所述电压升高输出单元产生的电压。
15. 如权利要求14所述的闪存设备，其中所述电压升高输出单元包 括用于升高输入电压并输出升高的电压的升压电路。
16. 如权利要求14所述的闪存设备，其中所述电压存储单元包括电 容器。
17. 如权利要求14所述的闪存设备，其中所述控制器包括用于感测 存储在所述电压存储单元中的电压的电平的电压感测装置。
18. 如权利要求14所述的闪存设备，其中所述控制器控制所迷电压 升高输出单元以在上电启动前产生所述第一电压，所述控制器将所产生的第一电压存储在所述电压存储单元中。
19. 如权利要求14所述的闪存设备，其中所述控制器控制电压升高 输出单元在空闲状态下^M乍，产生一电压电平的第二电压，并将所产生的 第二电压存储在电压存储单元中，其中所述第二电压的电压电平与所述第 一电压相同或高于所述第一电压。
20. 如权利要求19所述的闪存设备，其中所述第二电压通过将在空 闲状态下由电压升高输出单元升高的电压加到存储在电压存储单元中的 第一电压上而产生。
21. 如权利要求19所述的闪存设备，其中所述控制器控制在激活状 态下由所述电压升高输出单元升高的电压，使其加到存储在电压存储单元 中的电压上，并控制存储在电压存>^单元中的电压，4吏得在电压存储单元 中存储的该电压的电平到达工作电压电平时该电压初L输出。
22. —种提供闪存设备的工作电压的方法，所述方法包括在上电之前使用外部电压升高电压电平，并产生第一电压；如果闪存设备的当前工作状态是空闲状态，则升高该外部电压，将升 高的电压加到所述第一电压上，并产生相加后的电压作为第二电压；以及如果所述闪存i更备的当前工作状态从空闲状态转移到激活状态，升高 该外部电压，将升高的电压加到该第二电压上，并产生用于编程或读取的 工作电压。
23. 如权利要求22所述的方法，其中所述第一电压或所述第二电压 被存储。
24. 如权利要求22所述的方法，还包括如果所述闪存设备的当前工 作状态在上电开始之后从空闲状态转移到激活状态，则升高所述外部电 压，将升高的电压加到所述第一电压上，并产生相加后的电压作为用于编 程或读取的工作电压。
25. 如权利要求22所述的方法，其中在除了所述激活状态之外的状 态下产生的电压不被输出。
全文摘要
一种电压供应电路，包括电压产生器和控制器。电压产生器被配置为在上电开始之前，升高外部输入的电压，并存储升高的外部电压作为具有设定电压电平的第一电压，或者升高外部电压，将升高的电压加到存储的电压上，并输出相加后的电压作为工作电压。控制器被配置为根据工作状态输出第一控制信号以驱动电压产生器或停止电压产生器的操作。
文档编号G11C16/06GK101354922SQ20071030234
公开日2009年1月28日 申请日期2007年12月25日 优先权日2007年7月25日
发明者张棌圭 申请人:海力士半导体有限公司