模块电荷泵架构制造技术

电压调节装置（８０）用于在集成电路内利用电荷泵的模块设置内部生成电源电压。电荷泵的特点在于电荷泵级的第一多个并联块，该电荷泵级包括电荷泵级的第一块（８４），电荷泵级的最后块（８６）以及其间的电荷泵级的至少一个中间块。电荷泵级的每个并联块包括串行级联的一组第二多个电荷泵级（８８、９０…９２）；以及连接到输出节点的输出级（９４）。通过利用由逻辑电路生成的影响各电荷泵的组合块信号获得所需的输出电压（８２）。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

Modular charge pump architecture

A voltage regulating device (80) is used for generating an internal power supply voltage in an integrated circuit using a module of a charge pump. The characteristics of the charge pump is the first multi parallel block charge pump stage, the first block of the charge pump stage includes a charge pump stage (84), the charge pump level of the last block (86) and a charge pump level in at least one of the middle block. Each parallel block charge pump stage includes a serial concatenated group at the more than 2 level charge pump (88, 90... 92) and the output stage (94) connected to the output node. The desired output voltage (82) is obtained by utilizing a combined block signal generated by a logic circuit affecting each charge pump.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路设计领域，尤其涉及电荷泵电路领域。
技术介绍
存储器电路常需要内部生成升高的电压，以满足编程、擦除或读取各个存储单元的需要。现有技术中，已知可将电荷泵电路用于提升由外部电压源提供的电压，从而升高电压可用于个别存储单元的编程、擦除或读取操作。根据电压和电流要求，在并联和串联级方面，需要不同的泵架构。在某些内部操作模式中，在借助电荷泵升压的节点上需要多个电压值。附图说明图1描绘了用于从第一恒压输入Vdd14生成电源电压Vout12的典型电荷泵10的简单示意图。电容器CP116和CP218交替保持在由外部信号CLK24提供的电荷泵时钟信号CK20和其反相/CK22，其中外部信号CLK24确定电荷传送速率。控制信号ENA26控制泵10的开-关切换。一旦Vout电压12已达到所需值Vref42，则调节器(未示出)禁用时钟CLK24和/或ENA信号26，如图2所示。由于电流消耗Vout降低。一旦Vout已达到低于Vref42的固定值44，调节器(未示出)再次启用电荷泵10(图1)。电压值的多重性可通过从两个级(D128和D230)起增加二极管/级的数量而实现，如图1所示。本领域已知的是，希望对来自内部调节电压Vpump的电流Ipump根据存储器的工作状态变化。如图3所示，输出泵节点Outp64上的电流消耗可借助于2个电荷泵66和68维持，这两个电荷泵通过控制信号ENA172和ENA274而被适当启用，在Vdd70和Outp64之间并联工作，提供相同的Vpump电压76，并提供请求的Ipump(未示出)。但是，存在两个主要问题，在单个输出节点Outp上提供多个电压值的电荷泵必须解决(1)如何通过增加Ipump/Isupply比率获得良好的效率，其中Isupply是来自Vdd电压电源的电流消耗；以及(2)如何减少Vr/Vpump比率，其中Vr是波纹幅度。当在包括串联级的级数超出获得所需高Vpump电压所需的最小数量N的电荷泵的Outp节点上必须获得低Vpump值时，这些问题加剧。事实上，在该实例中，电源电流Isupply的有效部分被用于充电/放电泵的“无用”级的电容器，从而即使Outp节点上要求的Ipump较低，也会看到Vdd的巨大电流消耗。例如，之前已被调节到高Vpump值的泵现在被调节成提供更低的Vpump值。如果是这样，以对应于高Vpump值的高位势值充电的泵的相同内部节点必须产生更低的Vpump值而不重新充电到与所需低Vpump值相对应的合适位势值。这个结果是伪泵浦并在Outp节点上的相对较高的波纹电压Vr，直到达到稳定状态。
技术实现思路
我们已通过不同泵的并联工作解决了上述问题，如图3所示，但其中各个泵可具有不同的电压，并可适当启用。已提供一种由可选并联泵构成的模块电荷泵结构，其中每一个泵提供不同的电压Vpump，且每一个提供所需的电流Ipump，但不会显著增加这些灵活的电荷泵结构占据的集成电路面积。本专利技术提供了一种特点在于电荷泵的模块排列的电荷泵架构。电荷泵被排列为在接收电源电压的输入节点和输送输出电压的输出节点之间的多个通路中连接的多个电荷泵级，其中每个泵级都具有接收激活泵级的启用信号的激活线。激活线由逻辑电路馈送，该逻辑电路具有同时生成与所需输出电压相对应的启用信号的逻辑元件的结构。术语“同时生成”包括脉冲的所有相位变化，因为相位变化响应于按合适顺序计时各种泵级。这允许大量同时选择激活的泵级生成所需的输出电压。本专利技术的一个方面针对一种装置，它包括电荷泵级的第一多个并联块，其包括电荷泵级的第一块，电荷泵级的最后块，以及其间的电荷泵级的至少一个中间块。在本专利技术的一个实施例中，电荷泵级的每个并联块包括串行级联的一组第二多个电荷泵级；以及连接到输出节点的输出级。在本专利技术的一个实施例中，每个电荷泵级进一步包括(a)第一开关；(b)第二开关；(c)升压电容器，它与所述第一开关和所述第二开关电连通；以及(d)倒相器，它具有与升压电容器和泵节点电连通的输出。在该实施例中，具有输入的倒相器接收到升压电容器的启用时钟信号，且所述第一和第二开关由与启用时钟信号相对应的时钟信号操作。在本专利技术的另一个实施例中，每个所述电荷泵级进一步包括正电荷泵。在本专利技术的另一个实施例中，每个所述电荷泵级进一步包括负电荷泵。在本专利技术的另一个实施例中，每个块中有具有整数N个电荷泵级的整数第一多个P块。在该实施例中，电荷泵级的总数T等于NP且输出级的数量等于P。本专利技术的另一方面针对一种用于在集成电路内内部生成电源电压的模块装置，包括整数多个M单独(N，P)电荷泵。在本专利技术的再一个实施例中，每个单独(N，P)电荷泵包括电荷泵级的整数P个并联块，包括电荷泵级的第一块，电荷泵级的最后块，以及其间的电荷泵级的至少一个中间块。在另一个实施例中，电荷泵级的每个并联块包括串行级联的一组整数N个电荷泵级；以及连接到输出节点的输出级。在该实施例中，电荷泵级总数的整数T等于PMN；其中输出级的整数O等于PM。但是，本专利技术的再一个方面针对一种用于在集成电路内内部生成电源电压的装置，该装置包括整数多个M单独电荷泵；其中第一单独电荷泵包括单独(n1，p1)电荷泵；其中其间的至少一个中间单独电荷泵包括单独(ni，pi)电荷泵，其中最后单独电荷泵包括单独(nM，PM)电荷泵。在本专利技术的另一个实施例中，每个单独(ni，pi)电荷泵包括电荷泵级的pi整数个并联块，其包括电荷泵级的第一块，电荷泵级的最后块，以及其间的电荷泵级的至少一个中间块。在另一个实施例中，电荷泵级的每个所述并联块包括串行级联的一组整数ni数量的电荷泵级；以及连接到输出节点的输出级。在该实施例中，输出级的整数O等于∑i＝1i＝M(pi) 其中电荷泵级的总数的整数T等于∑i＝1i＝M(ni pi)；i是小于或等于M的整数。在再一个实施例中，在每个所述单独(ni，pi)电荷泵中，ni大于或等于pi。在可选实施例中，pi大于或等于ni。这里，ni小于或等于N；且pi小于或等于P，其中整数P是电荷泵级的并联块的总数；其中整数N是串行级联的电荷泵级的总数。在一个实施例中，整数S组控制信号被用于控制每个所述电荷泵级，且至少一组控制信号被用于控制所述电荷泵级。在本专利技术的一个实施例中，包括多个M单独电荷泵的本专利技术的装置包括单独电荷泵的整数多个Q1个不同配置。此外，对于每个配置，每个输出级连接到输出节点，整数多个C1电荷泵级被禁用。该装置适合于通过使用多个控制信号在多个Q1个不同配置中调整，以优化所述输出节点处所述电源电压和电源电流的生成，以及最小化所述输出节点处的波纹电压。本专利技术的一个附加方面针对一种用于在集成电路内内部生成电源电压的装置，它包括整数多个M单独电荷泵，以及辅助泵。辅助泵被配置成生成用作整数多个S1控制信号的参考电压的辅助电压。在另一个实施例中，整数MIN1个启用的输出级被最小化。在一个实施例中，每个启用的输出级通过使用整数多个U1开关连接到输出节点，其中至少一个控制信号被用于控制电荷泵级。在再一个实施例中，包含多个M单独电荷泵的本专利技术的装置包括单独电荷泵的整数多个Q1个不同配置。在一个实施例中，对于每个配置，每个输出级连接到输出节点，且整数多个C1电荷泵级被禁用。该装置适合于通过使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生成电源电压的模块电荷泵，其特征在于，包括：多个电荷泵级，连接于接收电源电压的输入节点和输送输出电压的输出节点之间的多个路径中，其中每个泵级具有接收激活泵级的启用信号的激活线；逻辑电路，具有同时生成启用信号的逻辑元件 的结构，该启用信号被发送到与所需输出电压相对应的泵级的激活线；以及从而同时选择性激活的泵级的数量和结构产生所需输出电压。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：L贝达里达，S西韦罗，D曼弗雷，
申请(专利权)人：爱特梅尔股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]