电荷泵电路及存储器的制作方法

1.本揭示涉及电荷泵技术领域，特别是涉及一种电荷泵电路及非易失性存储器。


背景技术：

2.闪存(flash memory)需要执行各种操作，例如擦除操作、验证操作、编程操作或读取操作。不同操作需要对存储器单元(cell)施加不同的电压，例如正高压、正低压、负高压或负低压，然而提供多种电压需要多个电荷泵电路，多个电荷泵电路会增加闪存内部的电路面积。
3.因此需要对现有技术的问题提出解决方法。


技术实现要素：

4.本揭示的目的在于提供一种电荷泵电路及非易失性存储器，其能解决现有技术中需要多个电荷泵电路产生多个电压所导致增加闪存内部的电路面积的问题。
5.为解决上述问题，本揭示提供的一种电荷泵电路包括电荷泵核心模块以及电压控制模块。所述电荷泵核心模块包括n级电荷泵。所述电压控制模块电性连接至所述电荷泵核心模块并用于控制所述电荷泵核心模块输出高压或低压。当所述电压控制模块控制所述电荷泵核心模块输出所述高压时，所述电压控制模块导通所述电荷泵核心模块中的每一所述n级电荷泵，以使所述n级电荷泵为串联，当所述电压控制模块控制所述电荷泵核心模块输出所述低压时，所述电压控制模块导通所述n级电荷泵中的部分级电荷泵，以使所述部分级电荷泵为串联，并使所述n级电荷泵中的其他级电荷泵不导通。
6.于一实施例中，当所述电压控制模块控制所述电荷泵核心模块输出所述高压时，所述电压控制模块提供第一组时钟信号给所述n级电荷泵的时钟信号输入端以导通所述电荷泵核心模块中的每一所述n级电荷泵。
7.于一实施例中，当所述电荷泵核心模块的所述第1级电荷泵的输入端电性连接至正电源电压时，所述电压控制模块控制所述电荷泵核心模块输出正高压。
8.于一实施例中，当所述电荷泵核心模块的所述第1级电荷泵的输入端电性连接至接地端时，所述电压控制模块控制所述电荷泵核心模块输出负高压。
9.于一实施例中，当所述电压控制模块控制所述电荷泵核心模块输出所述低压时，所述电压控制模块不导通所述电荷泵核心模块中的第1至(m-1)级电荷泵，并导通所述电荷泵核心模块中的第m至n级电荷泵，以使所述第m至n级电荷泵为串联，n为大于或等于2的正整数，m为大于或等于1且小于n的整数。
10.于一实施例中，当所述电压控制模块控制所述电荷泵核心模块输出所述低压时，所述电压控制模块不导通所述电荷泵核心模块中的第(m+1)至n级电荷泵，并导通所述电荷泵核心模块中的第1至m级电荷泵，以使所述第1至m级电荷泵为串联，n为大于或等于2的正整数，m为大于或等于1且小于n的整数。
11.于一实施例中，当所述电压控制模块控制所述电荷泵核心模块输出所述低压时，
所述电压控制模块提供固定电平给所述电荷泵核心模块中的所述第1至(m-1)级电荷泵的时钟信号输入端，并提供第二组时钟信号给所述电荷泵核心模块中的所述第m至n级电荷泵的时钟信号输入端。
12.于一实施例中，当所述电荷泵核心模块的所述第m级电荷泵的输入端电性连接至正电源电压时，所述电压控制模块控制所述电荷泵核心模块输出正低压。
13.于一实施例中，当所述电荷泵核心模块的所述第m级电荷泵的输入端电性连接至接地端时，所述电压控制模块控制所述电荷泵核心模块输出负低压。
14.于一实施例中，所述电荷泵核心模块进一步包括第一开关。所述第一开关连接在电压输入端和所述第m级电荷泵的输入端之间。当所述电压控制模块控制所述电荷泵核心模块输出所述高压时，所述第一开关为断开，当所述电压控制模块控制所述电荷泵核心模块输出所述低压时，所述第一开关为导通。
15.于一实施例中，所述电荷泵核心模块进一步包括：第二开关、第三开关以及第四开关。所述所述第二开关连接在所述第m级电荷泵和第(m+1)级电荷泵之间。所述第三开关连接在所述第m级电荷泵的输出端和电压输出端之间。所述第四开关连接在所述第n级电荷泵的输出端和电压输出端之间。当所述电压控制模块控制所述电荷泵核心模块输出所述高压时，所述第二开关和第四开关为导通，第三开关为断开，当所述电压控制模块控制所述电荷泵核心模块输出所述低压时，所述第二开关和第四开关为断开，第三开关为导通。
16.于一实施例中，所述电压控制模块包括：采样模块、比较器以及振荡器模块。所述采样模块电性连接至所述电荷泵核心模块的输出端并用于对所述电荷泵核心模块的输出电压采样以获取采样电压。在高压使能信号有效时，所述振荡器模块基于所述反馈信号向所述n级电荷泵的时钟信号输入端提供时钟信号，在低压使能信号有效时，所述振荡器模块基于所述反馈信号向所述部分级电荷泵的时钟信号输入端提供时钟信号，并向所述其他级电荷泵提供固定电平。
17.为解决上述问题，本揭示提供的一种存储器包括任一上述电荷泵电路。
18.相较于现有技术，本揭示之本揭示之电荷泵电路及非易失性存储器中，通过所述开关、所述高压使能信号、所述低压使能信号及所述第一组时钟信号(或所述第二组时钟信号)控制所述电荷泵核心模块输出正高压、正低压、负高低压或负低压等多种电压，由于只需要使用一个电荷泵电路，因此可以节省电路面积。
19.为让本揭示的上述内容能更明显易懂，下文特举优选实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
附图说明
20.图1显示根据本揭示一实施例之电荷泵电路的电路图。
21.图2显示根据本揭示一实施例之第1级电荷泵p1至第n级电荷泵pn的具体电路图。
22.图3显示电压控制模块提供的时钟信号的示意图。
23.图4显示根据本揭示另一实施例之第1级电荷泵p1至第n级电荷泵pn的具体电路图。
24.图5显示根据本揭示又一实施例之第1级电荷泵p1至第n级电荷泵pn的具体电路图。
25.图6显示电压控制模块提供的时钟信号的示意图。
26.图7显示根据本揭示又一实施例之第1级电荷泵p1至第n级电荷泵pn的具体电路图。
27.图8显示根据本揭示另一实施例之电荷泵电路的电路图
28.图9显示根据本揭示一实施例之存储器的功能框图。
具体实施方式
29.以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本揭示可用以实施的特定实施例。
30.本技术提供一种电荷泵电路，包括电荷泵核心模块和电压控制模块。电荷泵核心模块包括n级电荷泵。电压控制模块电性连接至所述电荷泵核心模块并用于控制所述电荷泵核心模块输出高压或低压。当所述电压控制模块控制所述电荷泵核心模块输出所述高压时，所述电压控制模块导通所述电荷泵核心模块中的每一所述n级电荷泵，以使所述n级电荷泵为串联。当所述电压控制模块控制所述电荷泵核心模块输出所述低压时，所述电压控制模块导通所述n级电荷泵中的部分级电荷泵，以使所述部分级电荷泵为串联，并使所述n级电荷泵中的其他级电荷泵不导通。所述n级电荷泵中的部分级电荷泵可以是n级电荷泵中的前若干级电荷泵，也可以是n级电荷泵中的后若干级电荷泵。
31.请参阅图1，图1显示根据本揭示一实施例之电荷泵电路10的电路图。
32.所述电荷泵电路10包括电荷泵核心模块100以及电压控制模块102。
33.所述电荷泵核心模块100包括级联(cascaded)的n级电荷泵，亦即第1级电荷泵p1至第n级电荷泵pn。每级电荷泵的输入端连接前级电荷泵的输出端，第一级电荷泵p1的输入端连接电压输入端vin，第n级电荷泵pn的输出端连接电压输出端vout。所述电荷泵核心模块100还包括第一开关s1，所述第一开关s1连接在电压输入端vin和所述第m级电荷泵pm的输入端之间。每级电荷泵还包括时钟信号输入端，用于接收时钟信号。
34.所述电压控制模块102电性连接至所述电荷泵核心模块100并用于控制所述电荷泵核心模块100输出高压或低压，更明确地说，当所述电压控制模块102控制所述电荷泵核心模块100输出所述高压时，所述第一开关s1为断开，当所述电压控制模块102控制所述电荷泵核心模块100输出所述低压时，所述第一开关s1为导通。电压输入端vin连接正电源电压vdd，电荷泵电路10可提供正高压和正低压，第一开关s1可实现为pmos晶体管。电压输入端vin连接接地端gnd，电荷泵电路10可提供负高压和负低压，第一开关s1可实现为nmos晶体管。
35.所述电压控制模块102包括采样模块1020、比较器1022以及振荡器模块1024。
36.所述采样模块1020电性连接至所述电荷泵核心模块100的输出端并用于对所述电荷泵核心模块100的输出电压vout采样以获取采样电压vdiv。于一实施例中，所述采样模块1020包括电阻器r1及r2，所述采样电压vdiv根据所述电阻器r1及r2的分压而得，换句话说，所述采样电压vdiv和所述输出电压vout成比例。
37.所述比较器1022用于比较所述采样电压vdiv和参考电压vref1(或vref2)以输出反馈信号vf。所述电荷泵核心模块输出所述高压时，采用参考电压vref1为基准电压，当所述电荷泵核心模块输出所述低压时，采用参考电压vref2为基准电压。所述振荡器模块1024
在高压使能信号hv_en有效时，基于所述反馈信号vf向所述第1级电荷泵至所述第n级电荷泵的时钟信号输入端提供第一组时钟信号clk_hv，使得所述电荷泵核心模块100输出所述高压，电压输出端vout的电压为经过n级电荷泵升压的电压。具体地，当采样电压vdiv小于参考电压vref1时，反馈信号vf为第一电平，振荡器模块1024向所述第1级电荷泵至所述第n级电荷泵的时钟信号输入端提供第一组时钟信号clk_hv；当采样电压vdiv大于参考电压vref1时，反馈信号vf为第二电平，振荡器模块1024停止向所述第1级电荷泵至所述第n级电荷泵的时钟信号输入端提供第一组时钟信号clk_hv，例如振荡器模块1024向所述第1级电荷泵至所述第n级电荷泵的时钟信号输入端提供0v。
38.所述振荡器模块1024在低压使能信号lv_en有效时，向所述第1级至所述第(m-1)级电荷泵的时钟信号输入端提供固定电平，并基于所述反馈信号vf向所述第m级电荷泵至所述第n级电荷泵提供所述第一组时钟信号clk_hv，使得所述电荷泵核心模块100输出所述低压，电压输出端vout的电压为经过(n-m+1)级电荷泵升压的电压。具体地，当采样电压vdiv小于参考电压vref2时，反馈信号vf为第一电平，振荡器模块1024向所述第m级电荷泵至所述第n级电荷泵的时钟信号输入端提供所述第一组时钟信号clk_hv；当采样电压vdiv大于参考电压vref2时，反馈信号vf为第二电平，振荡器模块1024停止向所述第m级电荷泵至所述第n级电荷泵的时钟信号输入端提供第一组时钟信号clk_hv；无论反馈信号vf是第一电平还是第二电平，振荡器模块1024向所述第1级至所述第(m-1)级电荷泵的时钟信号输入端提供固定电平。或者，所述振荡器模块1024在所述低压使能信号lv_en有效时，向所述第1级至所述第(m-1)级电荷泵的时钟信号输入端提供固定电平，并基于所述反馈信号向所述第m级电荷泵至所述第n级电荷泵提供第二组时钟信号clk_lv，使得所述电荷泵核心模块100输出所述低压。第二组时钟信号clk_lv可以具有与第一组时钟信号clk_hv不同的频率或幅值。
39.振荡器模块1024可以包括固定电平产生电路和振荡器电路。当高压使能信号hv_en有效时，振荡器电路产生的第一组时钟信号clk_hv在反馈信号vf为第一电平时被提供到第1级电荷泵至所述第n级电荷泵的时钟信号输入端。在低压使能信号lv_en有效时，固定电平产生电路产生的固定电平被提供到所述第1级至所述第(m-1)级电荷泵的时钟信号输入端，振荡器电路产生的第一组时钟信号clk_hv或第二组时钟信号clk_lv被提供到所述第m级电荷泵至所述第n级电荷泵的时钟信号输入端。
40.从上述可知，本揭示之电荷泵电路10可以通过所述第一开关s1、所述高压使能信号hv_en、所述低压使能信号lv_en及所述第一组时钟信号clk_hv(或所述第二组时钟信号clk_lv)控制所述电荷泵核心模块100输出所述高压或所述低压。
41.当所述电压控制模块102控制所述电荷泵核心模块100输出所述高压时，所述电压控制模块102导通所述电荷泵核心模块100中的所述第1级电荷泵p1至所述第n级电荷泵pn，以使所述第1级电荷泵p1至所述第n级电荷泵pn为串联。“导通所述电荷泵核心模块100中的所述第1级电荷泵p1至所述第n级电荷泵pn”是指使能(enable)所述第1级电荷泵p1至所述第n级电荷泵pn的升压(boost)功能，由于所述第一级电荷泵p1至所述第n级电荷泵pn的升压功能都被使能且为串联，因此所述电荷泵核心模块100能输出高压。
42.当所述电压控制模块102控制所述电荷泵核心模块100输出所述低压时，所述电压控制模块102不导通所述电荷泵核心模块100中的所述第1级电荷泵p1至所述第(m-1)级电
荷泵p(m-1)，并导通所述电荷泵核心模块100中的所述第m级电荷泵pm至所述第n级电荷泵pn，以使所述第m级电荷泵pm至所述第n级电荷泵pn为串联，n为大于或等于2的正整数，m为大于或等于1且小于n的整数。“不导通所述电荷泵核心模块100中的所述第1级电荷泵p1至所述第(m-1)级电荷泵p(m-1)”是指不使能(disable)所述第1级电荷泵p1至所述第(m-1)级电荷泵p(m-1)的升压功能，“导通所述电荷泵核心模块100中的所述第m级电荷泵pm至所述第n级电荷泵pn”是指使能所述第m级电荷泵pm至所述第n级电荷泵pn的升压功能，由于仅有所述第m级电荷泵pm至所述第n级电荷泵pn的升压功能被使能且为串联，亦即只有部分电荷泵的升压功能被使能，因此所述电荷泵核心模块100能输出低压。在本实施例中，通过向所述第1级电荷泵至所述第(m-1)级电荷泵的时钟信号输入端提供固定电平来实现不使能所述第1级电荷泵至所述第(m-1)级电荷泵的升压功能。
43.请参阅图8，图8显示根据本揭示另一实施例之电荷泵电路90的电路图。所述电荷泵电路80包括电荷泵核心模块100以及电压控制模块。电压控制模块的结构和作用和图1所示的电荷泵电路中电压控制模块相同。电荷泵核心模块100包括级联的n级电荷泵，亦即第1级电荷泵p1至第n级电荷泵pn。电荷泵核心模块100还包括第二开关s2、第三开关s3和第四开关s4。
44.第二开关s2连接在第m级电荷泵的输出端和第(m+1)级电荷泵的输入端之间。第三开关s3连接在所述第m级电荷泵的输出端和电压输出端vout之间。第四开关s4连接在第n级电荷泵的输出端和电压输出端vout之间。当高压使能信号hv_en有效时，第二开关s2和第四开关s4为导通，第三开关s3为断开，电压控制模块控制电荷泵核心模块输出高压，第1级电荷泵至第n级电荷泵的boost功能被使能，电压输出端vout的电压为经过n级电荷泵升压的电压。当低压使能信号lv_en有效时，第二开关s2和第四开关s4为断开，第三开关s3为导通，电压控制模块控制电荷泵核心模块输出所述低压，第1级电荷泵至第m级电荷泵的boost功能被使能，电压输出端vout的电压为经过m级电荷泵升压的电压。图2显示根据本揭示一实施例之第1级电荷泵p1至第n级电荷泵pn的具体电路图。图2所示的电荷泵核心模块100用于提供正电压。
45.所述第1级电荷泵p1包括晶体管m1及电容器c1，所述第2级电荷泵p2包括晶体管m2及电容器c2，依此类推，所述第n级电荷泵pn包括晶体管mn及电容器cn。电荷泵核心模块100还包括输出级，设置在第n级电荷泵pn和电压输出端vout之间，输出级包括晶体管mo。晶体管m1至晶体管mo均为二极管连接的nmos晶体管。晶体管m1的漏极作为第1级电荷泵p1的输入端连接电压输入端vin，晶体管m1的源极连接电容器c1的第一端，并且作为第1级电荷泵p1的输出端，电容器c1的第二端作为时钟信号输入端。电压输入端vin连接正电源电压vdd。
46.当所述电压控制模块102控制所述电荷泵核心模块100输出所述高压时，所述电压控制模块102提供第一组时钟信号clk_hv给所述第1级电荷泵至第n级电荷泵的时钟信号输入端以导通所述电荷泵核心模块100中的所述第1级电荷泵至第n级电荷泵。
47.请参阅图3，图3显示所述电压控制模块102提供的时钟信号的示意图。图3所示的时钟信号可以是第一组时钟信号clk_hv或第二组时钟信号clk_lv。时钟信号包括时钟信号clk及时钟信号clkb。时钟信号clk及时钟信号clkb的占空比例如为50％，时钟信号clk及时钟信号clkb的幅值vboost等于vdd或大于vdd。所述时钟信号clk及所述时钟信号clkb为非交叠的时钟信号，当所述时钟信号clk为高电平信号时，所述时钟信号clkb为低电平信号，
当所述时钟信号clk为低电平信号时，所述时钟信号clkb为高电平信号，所述时钟信号clk提供给奇数级电荷泵，所述时钟信号clkb提供给偶数级电荷泵。
48.于一实施例中，所述第1级电荷泵p1的输入端(即图1的所述电压输入端vin)电性连接至正电源电压vdd、所述第一开关s1为断开且所述电压控制模块102提供所述时钟信号clk及所述时钟信号clkb给所述第1级电荷泵至第n级电荷泵的时钟信号输入端时，由于所述第1级电荷泵p1至所述第n级电荷泵pn的升压功能都被使能且所述第1级电荷泵p1的输入端电性连接至所述正电源电压vdd，因此所述电荷泵核心模块100能输出正高压。
49.于另一实施例中，所述第一开关s1为导通，所述第m级电荷泵pm的输入端电性连接至所述正电源电压vdd，且所述电压控制模块102提供固定电平给所述第1级电荷泵p1至第(m-1)级电荷泵p(m-1)的时钟信号输入端，并提供第二组时钟信号clk_lv给所述第m级电荷泵pm至第n级电荷泵pn的时钟信号输入端时，由于仅有所述第m级电荷泵pm至所述第n级电荷泵pn的升压功能被使能且所述第m级电荷泵pm的输入端电性连接至所述正电源电压vdd，因此所述电荷泵核心模块100能输出正低压。
50.请参阅图4，图4显示根据本揭示另一实施例之第1级电荷泵p1至第n级电荷泵pn的具体电路图。图4所示的电荷泵核心模块100用于提供负电压。
51.图4与图2的差异在于图4的所述电压输入端vin电性连接至接地端gnd，晶体管m1至晶体管mo为pmos晶体管。晶体管m1的栅极连接晶体管m1的源极，晶体管m1的源极作为第1级电荷泵p1的输入端连接电压输入端vin，晶体管m1的漏极连接电容c1的第一端，并且作为第1级电荷泵p1的输出端，电容器c1的第二端作为时钟信号输入端。于一实施例中，所述第1级电荷泵p1的输入端电性连接至所述接地端gnd、所述第一开关s1为断开且所述电压控制模块102提供图3的所述时钟信号clk及所述时钟信号clkb给所述第1级电荷泵至第n级电荷泵的时钟信号输入端时，由于所述第1级电荷泵p1至所述第n级电荷泵pn的升压功能都被使能且所述第1级电荷泵p1的输入端电性连接至所述接地端gnd，因此所述电荷泵核心模块100能输出负高压。
52.于另一实施例中，所述开关s1为导通，所述第m级电荷泵pm的输入端电性连接至所述接地端gnd，且所述电压控制模块102提供固定电平给所述第1级电荷泵p1至第(m-1)级电荷泵p(m-1)的时钟信号输入端，并提供第二组时钟信号clk_lv给所述第m级电荷泵pm至第n级电荷泵pn的时钟信号输入端时，由于仅有所述第m级电荷泵pm至所述第n级电荷泵pn的升压功能被使能且所述第m级电荷泵pm的输入端电性连接至所述接地端gnd，因此所述电荷泵核心模块100能输出负低压。
53.请参阅图5，图5显示根据本揭示又一实施例之第1级电荷泵p1至第n级电荷泵pn的具体电路图。图5所示的电荷泵核心模块100用于提供正电压。
54.图5与图2的差异在于图5的第1级电荷泵p1包括nmos晶体管m11与m12及电容器c11与c12，第2级电荷泵p2包括nmos晶体管m21与m22及电容器c21与c22，依此类推，第n级电荷泵pn包括nmos晶体管mn1与mn2及电容器cn1与cn2。晶体管m0作为输入级，设置在电压输入端vin和第1级电荷泵p1的输入端之间。nmos晶体管m11的栅极连接电容器c12的第一端，nmos晶体管m21的漏极作为第1级电荷泵p1的输入端，nmos晶体管21的源极作为第1级电荷泵p1的输出端，nmos晶体管m22连接在nmos晶体管m21的栅极和源极之间，nmos晶体管m22的栅极连接nmos晶体管21的源极，nmos晶体管21的源极还连接电容器c11的第一端，电容器
c11的第二端和c12的第二端作为时钟信号输入端。此外，图5采用如图6所示的4个时钟信号，时钟信号clk1和clk2提供给奇数级电荷泵，时钟信号clk3和clk4提供给偶数级电荷泵，所述时钟信号clk1和所述时钟信号clk4非交叠，所述时钟信号clk2和所述时钟信号clk3非交叠。
55.请参阅图7，图7显示根据本揭示又一实施例之第1级电荷泵p1至第n级电荷泵pn的具体电路图。图5所示的电荷泵核心模块100用于提供负电压。
56.图7和图5的差异在于图7的电压输入端vin电性连接至接地端gnd，晶体管m11至晶体管mm2为pmos晶体管。此外，图7采用如图6所示的4个时钟信号，时钟信号clk1和clk2提供给奇数级电荷泵，时钟信号clk3和clk4提供给偶数级电荷泵，所述时钟信号clk1和所述时钟信号clk4非交叠，所述时钟信号clk2和所述时钟信号clk3非交叠。
57.请参阅图9，图9显示根据本揭示一实施例之存储器90的功能框图。存储器90例如是非易失性存储器，例如闪存。存储器90包括控制器901，电荷泵电路900，存储单元阵列902，行选择器903和列选择器904。存储单元阵列902包括多个存储单元，多个存储单元通过字线和位线寻址。行选择器903用于根据地址选择目标字线。列选择器904用于根据地址选择目标位线。控制器用于控制针对存储单元阵列902的操作，例如读操作，写操作和擦除操作。电荷泵电路900用于为上述操作提供操作电压，所述电荷泵电路900可以为上述任一实施例所述的电荷泵电路。例如，存储器90为nand闪存，电荷泵电路900可以提供写操作中提供到目标字线的编程电压，也可以提供验证操作中提供到非目标字线的导通电压。编程电压和导通电压均为正电压，并且编程电压大于导通电压。再例如，存储器90为nor闪存，电荷泵电路900可以提供在擦除操作中提供到目标字线的负高电压，也可以提供验证操作中提供到非目标字线的负低压。
58.本揭示之电荷泵电路及存储器中，通过所述开关、所述高压使能信号、所述低压使能信号及所述第一组时钟信号(或所述第二组时钟信号)控制所述电荷泵核心模块输出正高压、正低压、负高低压或负低压等多种电压，由于只需要使用一个电荷泵电路，因此可以节省电路面积。
59.综上所述，虽然本揭示已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本揭示，本领域的普通技术人员，在不脱离本揭示的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本揭示的保护范围以权利要求界定的范围为准。