一种电荷泵及存储器的制作方法

本发明涉及电路技术领域，特别是涉及一种电荷泵和一种存储器。

背景技术：

电荷泵作为Flash存储器的基本模块，很大程度上决定了Flash的编程/擦除速度。随着集成电路制造工艺的进步、对低功耗的追求，集成电路的电源电压不断下降，同时，在Flash存储器中，存储单元的编程/擦除操作仍需要较高的电压，这就使得在集成电路的不断发展过程中电荷泵逐步显现出其重要的地位。

电荷泵也称为开关电容式电压变换器，是一种利用所谓的“快”(flying)或“泵送”电容(而非电感或变压器)来储能的DC-DC(直流-直流)变换器。电荷泵能使输入电压升高或降低，电荷泵利用内部的开关阵列以一定的方式控制电容上电荷的传输，通常以时钟信号控制电荷泵中电容的充放电，从而使输入电压以一定的方式升高(或降低)，以达到所需要的输出电压。

传统电荷泵的结构如图1所示。图1中，电荷泵包括7个电荷泵传输管(即电荷泵传输管N1’、电荷泵传输管N2’、电荷泵传输管N3’、电荷泵传输管N4’、电荷泵传输管N5’、电荷泵传输管N6’、电荷泵传输管N7’)和6个电容(即电容C1’、电容C2’、电容C3’、电容C4’、电容C5’、电容C6’、电容C7’)，7个电荷泵传输管接成二极管形式，clk’和clkb’为非交叠时钟信号。

传统电荷泵中每个电荷泵传输管都会有阈值电压的损失，因此，传统电荷泵的效率很低。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种电荷泵和一种存储器，以解决传统电荷泵的效率很低的问题。

为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种电荷泵，所述电荷泵包括至少两组电荷泵电路，所述电荷泵电路用于将电源电压提升至设定电压值并输出，所述电荷泵电路包括初始级电路和与所述初始级电路相连的输出级电路，其中，

所述初始级电路包括第一NMOS管，所述第一NMOS管的源端和栅端分别与电源相连，所述第一NMOS管的漏端作为所述初始级电路的输出端；

所述输出级电路包括第二NMOS管、第三NMOS管、第一电容器和第二电容器，其中，

所述第一电容器的一端和所述第二电容器的一端分别与第一时钟信号提供端或第二时钟信号提供端相连；所述第一时钟信号提供端提供的第一时钟信号与所述第二时钟信号提供端提供的第二时钟信号为非交叠时钟信号；

所述第二NMOS管的源端分别与所述输出级电路的前级电路的输出端和所述第一电容器的另一端相连，所述第二NMOS管的栅端与所述第二电容器的另一端相连，所述第二NMOS管的源端作为所述输出级电路的输入端，所述第二NMOS管的漏端作为所述输出级电路的输出端；

所述第三NMOS管的源端与所述第二NMOS管的源端相连，所述第三NMOS管的栅端与另一电荷泵电路中输出级电路的输入端相连，所述第三NMOS管的漏端与所述第二电容器的另一端相连。

可选地，所述电荷泵电路还包括M个中间级电路，所述初始级电路、所述M个中间级电路、所述输出级电路依次串联，M为大于或等于0的整数，所述中间级电路包括第四NMOS管、第五NMOS管、第三电容器和第四电容器，其中，

当所述中间级电路的前级电路和/或后级电路与所述第一时钟信号提供端相连时，所述第三电容器的一端和所述第四电容器的一端分别与所述第二时钟信号提供端相连，以及当所述中间级电路的前级电路和/或后级电路与所述第二时钟信号提供端相连时，所述第三电容器的一端和所述第四电容器的一端分别与所述第一时钟信号提供端相连；

所述第四NMOS管的源端分别与所述中间级电路的前级电路的输出端和所述第三电容器的另一端相连，所述第四NMOS管的栅端与所述第四电容器的另一端相连，所述第四NMOS管的源端作为所述中间级电路的输入端，所述第四NMOS管的漏端作为所述中间级电路的输出端；

所述第五NMOS管的源端与所述第四NMOS管的源端相连，所述第五NMOS管的栅端与所述第四NMOS管的漏端相连，所述第五NMOS管的漏端与所述第四电容器的另一端相连。

可选地，所述中间级电路的数量为三个。

可选地，所述三个中间级电路中的第一中间级电路和第三中间级电路分别与所述第一时钟信号提供端相连，所述输出级电路和所述三个中间级电路中的第二中间级电路分别与所述第二时钟信号提供端相连。

可选地，所述三个中间级电路中的第一中间级电路和第三中间级电路分别与所述第二时钟信号提供端相连，所述输出级电路和所述三个中间级电路中的第二中间级电路分别与所述第一时钟信号提供端相连。

可选地，所述电荷泵电路的数量为两组。

具体地，当所述两组电荷泵电路中一组电荷泵电路的所述第一电容器的一端和所述第二电容器的一端分别与所述第一时钟信号提供端相连时，另一组电荷泵电路中所述第一电容器的一端和所述第二电容器的一端分别与所述第一时钟信号提供端相连；当所述两组电荷泵电路中一组电荷泵电路的所述第一电容器的一端和所述第二电容器的一端分别与所述第二时钟信号提供端相连时，另一组电荷泵电路中所述第一电容器的一端和所述第二电容器的一端分别与所述第二时钟信号提供端相连。

具体地，所述电荷泵电路为正电压电荷泵电路。

为了解决上述问题，本发明实施例还公开了一种存储器，包括至少一个所述的电荷泵。

本发明实施例包括以下优点：设置电荷泵包括至少两组电荷泵电路，电荷泵电路包括初始级电路和与初始级电路相连的输出级电路，其中，初始级电路中的第一NMOS管，以及输出级电路中的第二NMOS管和第三NMOS管并没有接成二极管形式，而是作为开关管使用，这样电压传输损失只有各NMOS管的源端和漏端之间的电压差，该电压差很小，尤其是当NMOS管的栅端电压很高时，该电压差可以小于10mv，因此，极大的提高了电荷泵的效率。

附图说明

图1是传统电荷泵的结构示意图；

图2是本发明的一种电荷泵实施例的结构示意图；

图3是本发明的一种电荷泵实施例中第一时钟信号和第二时钟信号的示意图；

图4是本发明的另一种电荷泵实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图2，示出了本发明的一种电荷泵实施例的结构示意图，该电荷泵包括至少两组电荷泵电路1，电荷泵电路1用于将电源电压VDD提升至设定电压值VOUT并输出，电荷泵电路1包括初始级电路10和与初始级电路10相连的输出级电路20，其中，初始级电路10包括第一NMOS管N1，第一NMOS管N1的源端和栅端分别与电源相连，电源输出电源电压VDD，第一NMOS管N1的漏端作为初始级电路10的输出端；输出级电路20包括第二NMOS管N2、第三NMOS管N3、第一电容器C1和第二电容器C2，其中，第一电容器C1的一端和第二电容器C2的一端分别与第一时钟信号提供端或第二时钟信号提供端相连；参照图3，第一时钟信号提供端提供的第一时钟信号clk与第二时钟信号提供端提供的第二时钟信号clkb为非交叠时钟信号，第一时钟信号clk的摆幅、第二时钟信号clkb的摆幅可以为VDD；第二NMOS管N2的源端分别与输出级电路20的前级电路的输出端和第一电容器C1的另一端相连，第二NMOS管N2的栅端与第二电容器C2的另一端相连，第二NMOS管N2的源端作为输出级电路20的输入端，第二NMOS管N2的漏端作为输出级电路20的输出端；第三NMOS管N3的源端与第二NMOS管N2的源端相连，第三NMOS管N3的栅端与另一电荷泵电路1中输出级电路20的输入端相连，第三NMOS管N3的漏端与第二电容器C2的另一端相连。

本发明实施例中，初始级电路10中的第一NMOS管N1，以及输出级电路20中的第二NMOS管N2和第三NMOS管N3并没有接成二极管形式，而是作为开关管使用，这样电压传输损失只有各NMOS管的源端和漏端之间的电压差，该电压差很小，尤其是当NMOS管的栅端电压很高时，该电压差可以小于10mv，因此，极大的提高了电荷泵的效率。

可选地，在本发明的另一个实施例中，电荷泵电路1还可以包括M个中间级电路，初始级电路10、M个中间级电路、输出级电路20依次串联，M为大于或等于0的整数，中间级电路可以包括第四NMOS管N4、第五NMOS管N5、第三电容器C3和第四电容器C4，其中，当中间级电路的前级电路和/或后级电路与第一时钟信号提供端相连时，第三电容器C3的一端和第四电容器C4的一端分别与第二时钟信号提供端相连，以及当中间级电路的前级电路和/或后级电路与第二时钟信号提供端相连时，第三电容器C3的一端和第四电容器C4的一端分别与第一时钟信号提供端相连；第四NMOS管N4的源端分别与中间级电路的前级电路的输出端和第三电容器C3的另一端相连，第四NMOS管N4的栅端与第四电容器C4的另一端相连，第四NMOS管N4的源端作为中间级电路的输入端，第四NMOS管N4的漏端作为中间级电路的输出端；第五NMOS管N5的源端与第四NMOS管N4的源端相连，第五NMOS管N5的栅端与第四NMOS管N4的漏端相连，第五NMOS管N5的漏端与第四电容器C4的另一端相连。

在本发明的一个实施例中，参照图4，中间级电路的数量可以为三个。图4中，三个中间级电路中的第一中间级电路31和第三中间级电路33分别与第二时钟信号提供端相连，输出级电路20和三个中间级电路中的第二中间级电路32分别与第一时钟信号提供端相连。

在本发明的另一个实施例中，三个中间级电路中的第一中间级电路31和第三中间级电路33可以分别与第一时钟信号提供端相连，输出级电路20和三个中间级电路中的第二中间级电路32可以分别与第二时钟信号提供端相连。

可选地，参照图2和图4，电荷泵电路1的数量可以为两组。其中，当两组电荷泵电路1中一组电荷泵电路1的第一电容器C1的一端和第二电容器C2的一端分别与第一时钟信号提供端相连时，另一组电荷泵电路1中第一电容器C1的一端和第二电容器C2的一端分别与第一时钟信号提供端相连；当两组电荷泵电路1中一组电荷泵电路1的第一电容器C1的一端和第二电容器C2的一端分别与第二时钟信号提供端相连时，另一组电荷泵电路1中第一电容器C1的一端和第二电容器C2的一端分别与第二时钟信号提供端相连。

具体地，电荷泵电路1可以为正电压电荷泵电路。

以下为图4中上半部分的电荷泵电路1的工作原理：当电荷泵工作时，a点电压几乎等于VDD-Vt，其中Vt是第一NMOS管N1的阈值电压。第二时钟信号clkb为高的时候，a点电压为VDD+(VDD-Vt)，b点电压也为高，由于在初始时刻，b点电压会被预充电至VDD-Vt，所以此时b点电压约为VDD+(VDD-Vt)，第一中间级电路31中第四NMOS管N4导通，电荷从a点传输到c点，c点电压为VDD+(VDD-Vt)，此时，第一中间级电路31中第三电容器C3和第四电容器C4处于充电状态。当第一时钟信号clk为高的时候，第二时钟信号clkb为低，c点电压为2*VDD+(VDD-Vt)，c点电压使第五NMOS管N5导通，第四NMOS管N4的栅端与源端短接，从而阻断第四NMOS管N4导通，电荷无法从a点传输到c点，此时，第一中间级电路31中第三电容器C3和第四电容器C4处于放电状态。以上过程中，第一NMOS管N1、第四NMOS管N4和第五NMOS管N5仅作为开关管使用，这样电压传输损失只有各NMOS管的源端和漏端之间的电压差，该电压差很小，从而极大的提高了电荷传输效率。第二中间级电路32、第三中间级电路33和输出级电路20的工作原理类似，以下不再赘述。图2所示的电荷泵通过不断的对各电容进行充电和放电，最终使得输出电压达到设定电压值VOUT。

需要说明的是，对于输出级电路20，如果第三NMOS管N3的栅端与第二NMOS管N2的漏端相连，那么当第一时钟信号clk为低时，第二NMOS管N2的源端电压大约是VOUT+Vds-2*VDD，而第二NMOS管N2的栅端电压大约也是VOUT+Vds-2*VDD。此时，如果第三NMOS管N3的栅端电压由第二NMOS管N2的漏端电压来控制的话，很可能出现第二NMOS管N2的漏端电压低于第二NMOS管N2的源端电压和第三NMOS管N3的栅端电压的情况，导致第二NMOS管N2无法关断，那么原本要给第二NMOS管N2的源端充电的电荷，就会通过第三中间级电路33的第四NMOS管N4泄漏到第二NMOS管N2的漏端，导致电荷泵效率降低。

本发明实施例包括以下优点：设置电荷泵包括至少两组电荷泵电路，电荷泵电路包括初始级电路和与初始级电路相连的输出级电路，其中，初始级电路中的第一NMOS管，以及输出级电路中的第二NMOS管和第三NMOS管并没有接成二极管形式，而是作为开关管使用；或电荷泵电路包括初始级电路、M个中间级电路和输出级电路，其中，初始级电路中的第一NMOS管，输出级电路中的第二NMOS管和第三NMOS管，以及中间级电路中的第四NMOS管和第五NMOS管并没有接成二极管形式，而是作为开关管使用，这样电压传输损失只有各NMOS管的源端和漏端之间的电压差，该电压差很小，尤其是当NMOS管的栅端电压很高时，该电压差可以小于10mv，因此，极大的提高了电荷泵的效率。

另外，本发明实施例还公开了一种存储器，包括至少一个上述的电荷泵。

本发明实施例包括以下优点：设置电荷泵包括至少两组电荷泵电路，电荷泵电路包括初始级电路和与初始级电路相连的输出级电路，其中，初始级电路中的第一NMOS管，以及输出级电路中的第二NMOS管和第三NMOS管并没有接成二极管形式，而是作为开关管使用；或电荷泵电路包括初始级电路、M个中间级电路和输出级电路，其中，初始级电路中的第一NMOS管，输出级电路中的第二NMOS管和第三NMOS管，以及中间级电路中的第四NMOS管和第五NMOS管并没有接成二极管形式，而是作为开关管使用，这样电压传输损失只有各NMOS管的源端和漏端之间的电压差，该电压差很小，尤其是当NMOS管的栅端电压很高时，该电压差可以小于10mv，因此，极大的提高了电荷泵、存储器的效率。

由于存储器包括电荷泵，所以存储器实施例描述的比较简单，相关之处参见电荷泵实施例的部分说明即可。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种电荷泵和一种存储器，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。