电压泵浦装置及其操作方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电压泵浦装置及其操作方法，由彼此串接的多级电荷转移单元与输出单元组成，每一级电荷转移单元包括用于输入的第一节点、用于输出的第二节点、第一电路与第一电容。能够提供第一电路一偏压而使其偏压在第一节点或者第二节点，因此奇数级与偶数级电荷转移单元的第一电容能够分别接收两反相的时序信号以进行互补式开关操作，配合输出单元的开关，最后能产生一具有高负准位的输出电压，本发明专利技术具有能够消除基体效应和高帮浦增益的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电压泵浦(charge pump)的技术，尤其指一种可消除基体效应且帮浦增益(pumping gain)高的。
技术介绍
一般快闪记忆体(FLASH memory)或电气式能够抹除可编程只读记忆体(Electrically Erasable ProgramMable Read Only Memory，EEPROM)需要负电压，以便和高正电压产生足够的相对电位差来进行资料抹除或编程功能。 图1(a)为已知的一电压泵浦装置10，其利用串接的PMOS电晶体来转移输出节点的负载电容上的电荷，此装置的输入节点接地，每一PMOS电晶体P0～P4的汲极连接闸极，以所谓二极体连接(diode-connected)型式串接在一起，而PMOS电晶体P0～P4的基底(bulk)均偏压在供应电源电压准位VDD。其中，输入节点和电晶体P0汲极连接于节点D0，电晶体P0的源极和电晶体P1汲极连接在节点D1，电晶体P1的源极和电晶体P2汲极连接于节点D2，电晶体P2的源极和电晶体P3在汲极连接于节点D3，电晶体P3的源极和电晶体P4汲极连接于节点D4，电晶体P4的源极连接输出节点，节点D1～D4分别连接电容C1～C4，其电容值均为C。 如图1(a)与图1(b)所示，第一电容C1和C3连接第一时脉信号A，电容C2和C4连接第二时脉信号B，第一时脉信号A与第二时脉信号B互为反相信号，信号准位于供应电源电压准位与接地准位之间变换。 当第一时脉信号A电压准位处于供应电源电压准位(VDD)，节点D1及D3上的电压准位分别经第一电容C1和C3的耦合而被提升了VC＝VDD×C/(CP+C)，其中CP为节点D1或D3的寄生电容值；同时，第二时脉信号B的电压准位处于接地准位，节点D2及D4上的电压准位分别经电容C2和C4的耦合而被降低了VC＝VDD×C/(CP+C)，其中CP为节点D2或D4的寄生电容值。因为节点D1及D3的电压准位被提升而节点D2及D4的电压准位被降低，所以电晶体P0、P2、P4导通，电流分别由节点D1、D3、输出节点流向输入节点(接地端)、节点D2、D4。在本脉波VDD电压准位结束之前，节点D1、D3、输出节点的电压准位会因为C1、C3和负载电容Cout上的电荷分别转移到接地端、电容C2和C4而降低。 相反地，当第一时脉信号A电压准位处于接地准位，节点D1及D3上的电压准位分别经电容C1和C3的耦合而被降低了VC＝VDD×C/(CP+C)。同时，第二时脉信号B电压准位处于供应电源电压准位(VDD)，节点D2及D4上的电压准位分别经电容C2和C4的耦合而被提升了VC＝VDD×C/(CP+C)。因为节点D1及D3上的电压准位被降低，节点D2及D4上的电压准位被提升，电晶体P1、P3导通，电流分别由节点D2、D4流向节点D1、D3；在本脉波接地电压准位结束之前，节点D2、D4的电压准位会因为电容C2、C4和负载电容Cout上的电荷分别转移到电容C1和C3而降低。因此，经过第一时脉信号A与第二时脉信号B对电容C1～C4的连续交互作用下，电流不断地由输出节点流向接地端，使得输出节点电压准位持续地降低，最终可以达到所需的负电压。 上述电压泵浦装置的PMOS电晶体的临界电压(threshold voltage)因为基底和源极之间的电位差(VBS＝VDD-VS，其中VS为负电压)受到降低的源极电压准位影响而升高，即所谓的基体效应(body effect)，明显的基体效应或者升高的电晶体的临界电压会降低电晶体的传导性能(电荷转移效率)；图1a中PMOS电晶体P0～P4的临界电压愈来愈高，表示串接的PMOS电晶体越多会导致电荷转移效率愈差而无法提供有效率的负载电流，所以产生的负电压就越少。 图2(a)为已知的另一种电压泵浦装置20，如图2(b)所示，电压泵浦装置20利用NMOS电晶体转移输出节点负载电容上的电荷，和上述电压泵浦装置10的差别在于将电压泵浦装置10的PMOS电晶体P0～P4取代为NMOS电晶体N1～N4，每一N1～N4的汲极连接闸极并以二极体连接型式而串接在一起，图2(a)的工作原理和图1(a)相同，也具有明显的基体效应或者升高的电晶体的临界电压而降低了电晶体的传导性能。
技术实现思路
本专利技术提供一种，以解决现有技术中无法消除基本效应，提供高负准位的输出电压等问题。 为达上述目的，本专利技术提出一种，包括串接于电压泵浦装置的输入节点与输出节点间的数级电荷转移单元和一输出单元，电荷转移单元包括用于输入的第一节点、用于输出的第二节点、连接在两节点的第一电路以及连接第二节点的第一电容，其中第一级的电荷转移单元的第一节点连接输入节点，其余各级的电荷转移单元的第一节点与第二节点则分别连接前一级电荷转移单元的第二节点与第一电路；输出单元包括用于输入的第三节点、第二电路以及连接其第二电容，其中，第二电路连接第三节点、输出节点、第二电容以及最后一级的电荷转移单元的第一电路。 由于提供偏压给电荷转移单元的第一电路能够致能或失能电荷转移单元，因此奇数级与偶数级的电荷转移单元可分别通过其第一电容接收电压准位振幅相同但互呈反相的两时序信号而进行互补式开关操作，即使两者其一提供电荷转移功能，另一则否，并轮流切换其开关状态，配合输出单元的开关操作，最后可产生一高负准位的输出电压。 与现有技术相比，本专利技术具有以下优点本专利技术的提供一种，能够消除基体效应而提供具有高负准位的输出电压，具有高帮浦增益的优点。 附图说明 图1(a)为现有技术中一电压泵浦装置的示意图； 图1(b)为施加给图1(a)中电压泵浦装置的时脉信号示意图； 图2(a)为现有技术中另一电压泵浦装置的示意图； 图2(b)为施加给图2(a)中电压泵浦装置的时脉信号示意图； 图3(a)为本专利技术电压泵浦装置的第一实施例的示意图； 图3(b)为施加给本专利技术第一实施例的时脉信号示意图； 图4(a)为本专利技术电压泵浦装置的第二实施例的示意图； 图4(b)为施加给本专利技术第二实施例的时脉信号示意图； 图5为本专利技术第二实施例的第2级电荷转移单元的结构示意图。 主要组件符号说明如下 30、40 电压泵浦装置 31、32、41、42 电荷转移单元 33、43 输出单元 34、35、44、45 第一电路 36、46 第二电路 37、38 第一井偏压电路 39、49 第二井偏压电路 具体实施例方式 本专利技术的第一实施例如图3(a)、图3(b)所示，电压泵浦装置30由串接在输入节点Nin与输出节点Nout间的第1级的电荷转移单元31、第2级的电荷转移单元32和输出单元33组成，为取得负电压，输入节点Nin连接的电源电压为接地准位，输出节点Nout用于提供输出电压。 每一级的电荷转移单元包括第一节点X、X’、第二节点Y、Y’、连接于两节点间的第一电路34、35与连接第二节点Y、Y’的第一电容C1、C2；而第一电路34、35包括第四节点Z、Z’、第五节点W、W’、第八节点NW1、NW1’、属于PMOS电晶体的第一电晶体M30、M34、第二电晶体M31、M35、第三电晶体M32、M36、属于NMOS电晶体的第四电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压泵浦装置，其特征在于，包括：　一输入节点，连接一电源电压；　一输出节点，用于提供一输出电压；　一时脉控制单元，用于提供互呈反相的一第一时脉讯号与一第二时脉讯号；　串接的至少二级电荷转移单元，每一级的所述电荷转移单元包括一第一节点、一第二节点、连接在两节点间的一第一电路与一第一电容，所述第一电容是连接所述第二节点与所述时脉控制单元；而第一级的所述电荷转移单元的所述第一节点连接所述输入节点，其余各级的所述电荷转移单元的所述第一节点与所述第二节点则分别连接前一级的所述电荷转移单元的所述第二节点与所述第一电路；以及　一输出单元，包括一第三节点、一第二电路以及连接所述时脉控制单元的一第二电容，所述第三节点连接最后一级的所述电荷转移单元的所述第二节点，所述第二电路则连接所述第三节点、所述输出节点、所述第二电容以及最后一级的所述电荷转移单元的所述第一电路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴政颖，林信章，
申请(专利权)人：亿而得微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]