一种电荷泵控制单元、电荷泵电路及非易失存储器的制作方法

本实用新型涉及存储器技术领域，特别是涉及一种电荷泵控制单元、电荷泵电路及非易失存储器。

背景技术：

非易失存储器中通常需要电荷泵电路产生所需电压，电荷泵电路通常包括多组电荷泵单元，通过控制电荷泵单元的开启与关闭可以得到非易失存储器工作需要的电压。

现有技术中，电荷泵电路中通常还包括放大器单元与两个分压电阻，并通过放大器单元、两个分压电阻与该多组电荷泵单元构成负反馈电路，在放大器单元检测到分压电阻返回的电压值低于参考电压时，开启一组或多组电荷泵单元进行充电，在放大器单元检测到分压电阻返回的电压值高于参考电压时，关闭一组或多组电荷泵单元进行放电，该多组电荷泵单元的控制信号只是由放大器的输出端控制。

然而，实用新型人在研究上述技术方案的过程中发现，上述技术方案存在如下缺陷：由于非易失存储器各模块需要的电压可能不同，当某个模块需要很高电压且只需要多组电荷泵单元中的一组电荷泵单元工作，不工作的电荷泵单元中晶体管会出现耐压的问题，不仅容易降低晶体管的性能和寿命还会增加功耗。

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本实用新型实施例的一种电荷泵控制单元、电荷泵电路及非易失存储器，以解决不工作的电荷泵单元中晶体管出现耐压的问题。

根据本实用新型的第一方面，提供了一种电荷泵控制单元，包括：

D触发器逻辑模块，RS触发器模块，第一非门、第二非门、第三非门、第一与非门、第二与非门、第三与非门、第四与非门；

所述D触发器逻辑模块包括第一信号输入端、第二信号输入端、第一信号输出端、第二信号输出端，用于在所述第一信号输入端为高电平时，在所述第二信号输入端所接收信号的下降沿对所述第一信号输出端和所述第二信号输出端进行翻转；

所述第一信号输入端与所述RS触发器的其中一个输入端连接；

所述第二信号输入端分别与所述第三与非门的其中一个输入端、所述第四与非门的其中一个输入端连接；

所述第一信号输出端分别与所述第一与非门的其中一个输入端、所述RS触发器的另一个输入端连接；

所述第二信号输出端与所述第二与非门的其中一个输入端连接；

所述RS触发器的输出端与所述第一非门的输入端连接；

所述第一非门的输出端分别与所述第一与非门的另一个输入端、第二与非门的另一个输入端连接；

所述第一与非门的输出端与所述第三与非门的另一个输入端连接；

所述第二与非门的输出端与所述第四与非门的另一个输入端连接；

所述第三与非门的输出端与所述第二非门的输入端连接；

所述第四与非门的输出端与所述第三非门的输入端连接；

所述第二非门的输出端为所述电荷泵控制单元的第一控制信号输出端；

所述第三非门的输出端为所述电荷泵控制单元的第二控制信号输出端。

优选地，所述D触发器逻辑模块包括：第四非门、第五非门、D触发器；

所述第四非门的输入端为所述第一信号输入端；

所述第五非门的输入端为所述第二信号输入端；

所述第四非门的输出端、所述第五非门的输出端、所述第一信号输出端分别连接所述D触发器的三个输入端；

所述D触发器包括所述第一信号输出端和所述第二信号输出端。

优选地，所述RS触发器模块包括：第五与非门、第六与非门；

所述第五与非门的其中一个输入端为所述RS触发器的另一个输入端；

所述第六与非门的其中一个输入端为所述RS触发器的其中一个输入端；

所述第五与非门的另一个输入端连接所述第六与非门的输出端；

所述第六与非门的另一个输入端连接所述第五与非门的输出端；

所述第六与非门的输出端为所述RS触发器的输出端。

本实用新型实施例还提供了一种电荷泵电路，包括上述任一项所述的电荷泵控制单元。

优选地，所述电荷泵电路还包括：第一电荷泵单元、第二电荷泵单元、比较器、振荡器、第一电阻、第二电阻、电容；

所述第一控制信号输出端与所述第一电荷泵单元连接，用于根据所述第一控制信号输出端的信号控制所述第一电荷泵单元的开启与关断；

所述第二控制信号输出端与所述第二电荷泵单元连接，用于根据所述第二控制信号输出端的信号控制所述第二电荷泵单元的开启与关断；

所述第一电荷泵单元与所述第二电荷泵单元并联连接；

所述第一电荷泵单元与所述第二电荷泵单元并联连接后的输出端分别与所述第一电阻的其中一端、所述电容的其中一端连接；

所述第一电阻的另一端分别与所述第二电阻的其中一端、所述比较器的比较电压输入端连接；

所述电容的另一端和所述第二电阻的另一端接地；

所述比较器还包括参考电压输入端、与所述第一信号输入端连接的使能信号输入端，用于在所述使能信号接入端为高电平时，根据所述比较电压输入端及所述参考电压输入端的电压输出高电平或低电平；

所述比较器的输出端分别与所述第二信号输入端、所述振荡器的输入端连接；

所述振荡器用于为所述第一电荷泵单元和所述第二电荷泵单元提供工作时钟。

本实用新型实施例还提供了一种非易失存储器，包括所述的电荷泵电路。

本实用新型实施例中的电荷泵控制单元可以通过第一控制信号输出端和第二信号输出端输出不同的控制信号，通过该不同的控制信号分别控制多个电荷泵单元时，可以关断不工作的电荷泵单元内的晶体管，避免不工作的电荷泵单元内的晶体管出现耐压问题。具体的，电荷泵控制单元包括：D触发器逻辑模块，RS触发器模块，第一非门、第二非门、第三非门、第一与非门、第二与非门、第三与非门、第四与非门；D触发器逻辑模块包括第一信号输入端、第二信号输入端、第一信号输出端、第二信号输出端，用于在第一信号输入端为高电平时，在第二信号输入端所接收信号的下降沿对第一信号输出端和第二信号输出端进行翻转；第一信号输入端与RS触发器的其中一个输入端连接；第二信号输入端分别与第三与非门的其中一个输入端、第四与非门的其中一个输入端连接；第一信号输出端分别与第一与非门的其中一个输入端、RS触发器的另一个输入端连接；第二信号输出端与第二与非门的其中一个输入端连接；RS触发器的输出端与第一非门的输入端连接；第一非门的输出端分别与第一与非门的另一个输入端、第二与非门的另一个输入端连接；第一与非门的输出端与第三与非门的另一个输入端连接；第二与非门的输出端与第四与非门的另一个输入端连接；第三与非门的输出端与第二非门的输入端连接；第四与非门的输出端与第三非门的输入端连接；第二非门的输出端为电荷泵控制单元的第一控制信号输出端；第三非门的输出端为电荷泵控制单元的第二控制信号输出端，则第一控制信号输出端和第二控制信号输出端可以在不同的时段输出高电平，当用于电荷泵控制时，可以关断不工作的电荷泵单元内的晶体管，避免不工作的电荷泵单元内的晶体管出现耐压问题。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手端，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本实用新型实施例提供的一种电荷泵控制单元电路示意图；

图2是本实用新型实施例提供的电荷泵控制单元的工作时序示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种电荷泵电路示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、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实用新型作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，并不用于限定本实用新型。

参照图1，示出了一种电荷泵控制单元，具体可以包括：

D触发器逻辑模块10，RS触发器模块20，第一非门30、第二非门80、第三非门90、第一与非门40、第二与非门50、第三与非门60、第四与非门70；所述D触发器逻辑模块10包括第一信号输入端101、第二信号输入端102、第一信号输出端103、第二信号输出端104，用于在所述第一信号输入端101为高电平时，在所述第二信号输入端102所接收信号的下降沿对所述第一信号输出端103和所述第二信号输出端104进行翻转；所述第一信号输入端101与所述RS触发器20的其中一个输入端连接；所述第二信号输入端102分别与所述第三与非门60的其中一个输入端、所述第四与非门70的其中一个输入端连接；所述第一信号输出端103分别与所述第一与非门40的其中一个输入端、所述RS触发器20的另一个输入端连接；所述第二信号输出端104与所述第二与非门50的其中一个输入端连接；所述RS触发器20的输出端与所述第一非门30的输入端连接；所述第一非门30的输出端分别与所述第一与非门40的另一个输入端、第二与非门50的另一个输入端连接；所述第一与非门40的输出端与所述第三与非门60的另一个输入端连接；所述第二与非门50的输出端与所述第四与非门70的另一个输入端连接；所述第三与非门60的输出端与所述第二非门80的输入端连接；所述第四与非门70的输出端与所述第三非门90的输入端连接；所述第二非门80的输出端为所述电荷泵控制单元的第一控制信号输出端EN0；所述第三非门90的输出端为所述电荷泵控制单元的第二控制信号输出端EN1。

本实用新型实施例中，在电荷泵控制单元工作时，以电荷泵控制单元在第一信号输出端产生控制信号EN0，且EN0作为第一电荷泵单元pump0的控制信号；电荷泵控制单元在第二信号输出端产生控制信号EN1，且EN1作为第二电荷泵单元pump1的控制信号，电荷泵控制单元工作时序可以如图2所示：

当第一信号输入端101接收到的使能信号Enable为0时，第一非门30输出端所输出的信号onepmp为低，电荷泵控制单元不工作；当Enable为高时，电荷泵控制单元开始正常工作，第二信号输入端102会接收到电荷泵信号pmpen，pmpen第一个高电平脉冲时，D触发器逻辑模块10在第一信号输出端103输出信号D0为高，在第二信号输出端104输出信号D1为低，onepmp为高，经过第二非门80、第三非门90、第一与非门40、第二与非门50、第三与非门60、第四与非门70的逻辑后，EN1和EN0都为1，所以在初始时两个pump(pump0和pump1)都工作，输出电压Vout；当Vout达到目标值后，pmpen电平翻转，随着Vout的不断充放电，pmpen可以开始连续翻转，D触发器逻辑模块10采样pmpen的下降沿翻转，使D1和D0交替翻转，也就是使EN1和EN0交替翻转，那么pump0和pump1会交替工作，因为不工作的电荷泵单元被相应的控制信号关断，因此可以解决不工作的电荷泵单元MOS管(晶体管)的耐压问题。可以理解，pump0和pump1可以是相同的电路，任何一个pump单独工作，pump的输出电压都是不变的，所以即使只有一组pump工作，电荷泵的输出电压也能保持不变。

作为本实用新型实施例的一种优选实施方式，如图1所示，所述D触发器逻辑模块10包括：第四非门11、第五非门12、D触发器13；所述第四非门11的输入端为所述第一信号输入端101；所述第五非门12的输入端为所述第二信号输入端102；所述第四非门11的输出端、所述第五非门12的输出端、所述第一信号输出端103分别连接所述D触发器的三个输入端；所述D触发器包括所述第一信号输出端102和所述第二信号输出端103。

所述RS触发器模块20包括：第五与非门21、第六与非门22；所述第五与非门21的其中一个输入端为所述RS触发器20的另一个输入端；所述第六与非门22的其中一个输入端为所述RS触发器20的其中一个输入端；所述第五与非门21的另一个输入端连接所述第六与非门22的输出端；所述第六与非门22的另一个输入端连接所述第五与非门21的输出端；所述第六与非门22的输出端为所述RS触发器的输出端。

具体应用中，本实用新型实施例的D触发器逻辑模块10包括了D触发器和用于反相pmpen和Enable信号的两个反相器，使得D触发器逻辑模块10的逻辑可以为：在Enable为高电平时，当采集到pmpen的下降沿，可以将D0和D1进行翻转。RS触发器模块20由两个与非门实现，可以在Enable为低时，在第六与非门22的输出端输出高电平，且在pmpen的第一个下降沿时，由高电平翻转为低电平，并进行保持。

参照图3，本实用新型实施例还提供了中电荷泵电路，包括了上述的电荷泵控制单元100。优选地，该电荷泵电路还包括：

第一电荷泵单元200、第二电荷泵单元300、比较器400、振荡器500、第一电阻R1、第二电阻R2、电容C；所述第一控制信号输出端101与所述第一电荷泵单元200连接，用于根据所述第一控制信号输出端101的信号控制所述第一电荷泵单元200的开启与关断；所述第二控制信号输出端102与所述第二电荷泵单元300连接，用于根据所述第二控制信号输出端101的信号控制所述第二电荷泵单元300的开启与关断；所述第一电荷泵单元200与所述第二电荷泵单元300并联连接；所述第一电荷泵单元200与所述第二电荷泵单元300并联连接后的输出端Vout分别与所述第一电阻R1的其中一端、所述电容C的其中一端连接；所述第一电阻R1的另一端分别与所述第二电阻R2的其中一端、所述比较器500的比较电压输入端连接；所述电容C的另一端和所述第二电阻R2的另一端接地；所述比较器400还包括参考电压输入端、与所述第一信号输入端101连接的使能信号输入端，用于在所述使能信号Enable接入端为高电平时，根据所述比较电压输入端的电压Vfb及所述参考电压输入端的电压Vref输出高电平或低电平；所述比较器300的输出端分别与所述第二信号输入端102、所述振荡器500的输入端连接；所述振荡器500用于为所述第一电荷泵单元200和所述第二电荷泵单元300提供工作时钟。

本实用新型实施例中，电荷泵电路的工作原理为：电荷泵电路(charge pump)的输出电压Vout通过电阻R1和R2分压得到电压Vfb并与电压Vref通过比较器进行比较，输出charge pump电荷泵信号pmpen，pmpen控制osc产生时钟信号clk，clk为pump0和pump1提供工作时钟，电荷泵控制单元100产生的EN0和EN1分别控制pump0和pump1的工作。当Vout小于(R1+R2)*Vref/R2时，电荷泵开始工作，反之电荷泵不工作。

电荷泵电路的工作时序可以参照图2，当第一信号输入端101接收到的使能信号Enable为0时，第一非门30输出端所输出的信号onepmp为低；当Enable为高时，电荷泵控制单元100和比较器400开始正常工作，在初始时Vout处于从0逐渐增大的建立阶段，比较器400会输出高电平的pmpen，第二信号输入端102会接收到电荷泵信号pmpen，pmpen第一个高电平脉冲时，D触发器逻辑模块10在第一信号输出端103输出信号D0为高，在第二信号输出端104输出信号D1为低，onepmp为高，经过第二非门80、第三非门90、第一与非门40、第二与非门50、第三与非门60、第四与非门70的逻辑后，EN1和EN0都为1，所以在初始时两个pump(pump0和pump1)都工作，输出电压Vout；当Vout达到Vref后，pmpen电平翻转，随着Vout的不断充放电，pmpen可以开始连续翻转，D触发器逻辑模块10采样pmpen的下降沿翻转，使D1和D0交替翻转，也就是使EN1和EN0交替翻转，那么pump0和pump1会交替工作，因为不工作的电荷泵单元被相应的控制信号关断，因此可以解决不工作的电荷泵单元MOS管(晶体管)的耐压问题。

本实用新型实施例还提供一种非易失存储器，包括上述的电荷泵电路。

综上所述，本实用新型实施例中的电荷泵控制单元可以通过第一控制信号输出端和第二信号输出端输出不同的控制信号，通过该不同的控制信号分别控制多个电荷泵单元时，可以关断不工作的电荷泵单元内的晶体管，避免不工作的电荷泵单元内的晶体管出现耐压问题。具体的，电荷泵控制单元包括：D触发器逻辑模块，RS触发器模块，第一非门、第二非门、第三非门、第一与非门、第二与非门、第三与非门、第四与非门；D触发器逻辑模块包括第一信号输入端、第二信号输入端、第一信号输出端、第二信号输出端，用于在第一信号输入端为高电平时，在第二信号输入端所接收信号的下降沿对第一信号输出端和第二信号输出端进行翻转；第一信号输入端与RS触发器的其中一个输入端连接；第二信号输入端分别与第三与非门的其中一个输入端、第四与非门的其中一个输入端连接；第一信号输出端分别与第一与非门的其中一个输入端、RS触发器的另一个输入端连接；第二信号输出端与第二与非门的其中一个输入端连接；RS触发器的输出端与第一非门的输入端连接；第一非门的输出端分别与第一与非门的另一个输入端、第二与非门的另一个输入端连接；第一与非门的输出端与第三与非门的另一个输入端连接；第二与非门的输出端与第四与非门的另一个输入端连接；第三与非门的输出端与第二非门的输入端连接；第四与非门的输出端与第三非门的输入端连接；第二非门的输出端为电荷泵控制单元的第一控制信号输出端；第三非门的输出端为电荷泵控制单元的第二控制信号输出端，则第一控制信号输出端和第二控制信号输出端可以在不同的时段输出高电平，当用于电荷泵控制时，可以关断不工作的电荷泵单元内的晶体管，避免不工作的电荷泵单元内的晶体管出现耐压问题。可以理解，电荷泵单元可以是相同的电路，任何一个电荷泵单元单独工作，电荷泵的输出电压都是不变的，所以即使只有一组电荷泵单元工作，电荷泵的输出电压也能保持不变。

需要说明的是，对于各实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的电路组合，但是本领域技术人员应该知悉，本实用新型实施例并不受所描述的限制。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的电路连接并不一定是本实用新型实施例所必须的。

上文通过附图和优选实施例对本实用新型进行了详细展示和说明，然而本实用新型不限于这些已揭示的实施例，本领域技术人员从中推导出来的其他方案也在本实用新型的保护范围之内。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

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。

以上对本实用新型所提供的电荷泵控制单元、电荷泵电路及非易失存储器，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型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实用新型的及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，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实用新型的限制。