【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体集成电路，具体涉及一种基于铁电电容器的字线升压电路及其控制方法。
技术介绍
1、铁电存储器（fram，ferroelectric ram）是一种随机存取存储器，它将动态随机存取存储器（dram）的快速读取和写入访问与在电源关掉后保留数据能力（就像其他稳定的存储设备一样，如只读存储器和闪存）结合起来。铁电存储器的基本存储单元一般有两种结构，分别为 1t1c（one transistor one capacitance）结构和 2t2c（two transistor twocapacitance）结构，其中，2t2c结构由两个nmos（n-metal-oxide-semiconductor，n型金属-氧化物-半导体）晶体管和两个铁电电容组成，其连接方式如图1所示。所述2t2c结构还包含有4根与外部连接的信号线：wl（word line）为字线，连接到两个nmos晶体管的栅极，用于控制这两个nmos晶体管的开关；bl和bln为位线，用于向存储单元中写入或读出数据；pl（plate line）为板线，连接到铁电电容的一极，用于给铁电电容充电使其极化。另外，图1中的fcap1与 fcap2是两个铁电电容，其一极共同连接至pl板线，另一极分别与两个nmos晶体管相连，当 wl线开启时，这一极便可以与位线导通。
2、在2t2c结构中，wl字线控制着nmos晶体管的开启，使位线bl/bln上的电压能传到铁电电容的一端，而nmos晶体管传递高电平会有一个阈值vth损失，若wl字线上电平仅有vdd（其一般为3.3v）
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于铁电电容器的字线升压电路及其控制方法，用以解决现有2t2c结构中需要将在wl字线上的电压抬升到至少vdd+vth的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，提供了一种基于铁电电容器的字线升压电路，包括有字线使能信号输入端、反相器电源输入端、反相器电路单元、数字地连接端、第一双nmos管串联电路单元、第二双nmos管串联电路单元、第三双nmos管串联电路单元、铁电电容器、电容器、数字电源连接端、电荷泵控制端、栅压控制端、驱动控制端、降压用栅压控制端、降压用驱动控制端和字线信号输出端，其中，所述第一双nmos管串联电路单元包括有第一nmos管和第二noms管、所述第二双nmos管串联电路单元包括有第三noms管和第四nmos管，所述第三双nmos管串联电路单元包括有第五nmos管和第六nmos管；
4、所述字线使能信号输入端连接所述反相器电路单元的输入端，所述反相器电源输入端连接所述反相器电路单元的电源端，所述反相器电路单元的接地端连接所述数字地连接端；
5、所述反相器电路单元的输出端连接所述第一nmos管的漏极，所述第一nmos管的栅极连接所述数字电源连接端，所述第一nmos管的源极连接所述第二noms管的栅极，所述第二noms管的漏极连接所述字线信号输出端，所述第二noms管的源极连接所述电荷泵控制端，所述第一nmos管的衬底极和所述第二noms管的衬底极分别连接所述数字地连接端；
6、所述栅压控制端连接所述第三noms管的栅极，所述第三noms管的源极连接所述字线信号输出端，所述第三noms管的漏极连接所述第四nmos管的栅极，所述第四nmos管的源极连接所述驱动控制端，所述第四nmos管的漏极连接所述铁电电容器的负极，所述铁电电容器的正极连接所述字线信号输出端，所述第三noms管的衬底极和所述第四nmos管的衬底极分别连接所述数字地连接端；
7、所述降压用栅压控制端连接所述第五nmos管的栅极，所述第五nmos管的源极连接所述字线信号输出端，所述第五nmos管的漏极连接所述第六nmos管的栅极，所述第六nmos管的源极连接所述降压用驱动控制端，所述降压用驱动控制端的漏极连接所述电容器的负极，所述电容器的正极连接所述字线信号输出端，所述第五nmos管的衬底极和所述第六nmos管的衬底极分别连接所述数字地连接端。
8、基于上述
技术实现思路
，提供了一种适用于2t2c结构的字线升压稳定提升方案，即包括有字线使能信号输入端、反相器电源输入端、反相器电路单元、数字地连接端、第一双nmos管串联电路单元、第二双nmos管串联电路单元、第三双nmos管串联电路单元、铁电电容器、电容器、数字电源连接端、电荷泵控制端、栅压控制端、驱动控制端、降压用栅压控制端、降压用驱动控制端和字线信号输出端，并通过它们的连接关系组合，不但可以将在wl字线上的电压抬升到至少vdd+vth，并防止升压过高，还可通过采用铁电电容器作为升压电容，实现根据所施加的电压值可编程地调整升压电容值的目的，进而既能在低电源电压工作的自举电路中能够显著升高字线电压，使得在2t2c结构中的铁电电容饱和极化，保证数据读写的可靠性，又能在高电源电压工作的自举电路中，达到稳定字线电压的目的，防止由于字线电压过高而带来的且在所述2t2c结构中的开关晶体管被击穿的问题，以及还能具有更小的面积和更快的响应速度，有利于版图布局的优化，消除普通电容会导致限制面积缩小的缺陷，进一步提高铁电存储器的存储密度；此外，还可通过配置的第二noms管nm2起到泄放在wl字线上电荷的作用，即当字线升压电路工作结束回到待机状态时，可使所述电荷泵控制端pump的输入电平由高变低，形成wl→nm2→pump的泄放通路，使得可以快速完成电荷的释放，保证wl字线上正确的时序。
9、在一个可能的设计中，还包括有第七nmos管，其中，所述第七nmos管的栅极连接所述字线使能信号输入端，所述第七nmos管的漏极连接所述字线信号输出端，所述第七nmos管的源极和衬底极分别连接所述数字地连接端。
10、在一个可能的设计中，所述第七nmos管的宽度为800纳米，长度为180纳米。
11、在一个可能的设计中，还包括有第八nmos管，其中，所述第八nmos管的栅极和源极分别连接所述字线信号输出端，所述第八nmos管的漏极连接所述数字电源连接端，所述第八nmos管的衬底极连接所述数字地连接端。
12、在一个可能的设计中，所述第八nmos管的宽度为800纳米，长度为180纳米。
13、在一个可能的设计中，所述反相器电路单元包括有pmos管和第九nmos管，其中，所述pmos管的栅极和所述第九nmos管的栅极分别连接所述反相器电路单元的输入端，所述pmos管的源极和衬底极分别连接所述反相器电路单元的电源端，所述第九nmos管的源极和衬底极分别连接所述反相器电路单元的接地端，所述pmos管的漏极和所述第九nmos管的漏极分别连接所述反相器电路单元的输出端。
14、在一个可能的设计中，所述pmos管的宽度为1.2微米，长度为180本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于铁电电容器的字线升压电路，其特征在于，包括有字线使能信号输入端（WLEN）、反相器电源输入端（CHARGE_PUMP）、反相器电路单元、数字地连接端（VSS）、第一双NMOS管串联电路单元、第二双NMOS管串联电路单元、第三双NMOS管串联电路单元、铁电电容器（C0）、电容器（C1）、数字电源连接端（VDD）、电荷泵控制端（PUMP）、栅压控制端（GATE_VALUE）、驱动控制端（DRIVE）、降压用栅压控制端（GATE_VALUE_L）、降压用驱动控制端（DRIVE_L）和字线信号输出端（WL），其中，所述第一双NMOS管串联电路单元包括有第一NMOS管（NM1）和第二NOMS管（NM2）、所述第二双NMOS管串联电路单元包括有第三NOMS管（NM3）和第四NMOS管（NM4），所述第三双NMOS管串联电路单元包括有第五NMOS管（NM5）和第六NMOS管（NM6）；
2.根据权利要求1所述的字线升压电路，其特征在于，还包括有第七NMOS管（NM7），其中，所述第七NMOS管（NM7）的栅极连接所述字线使能信号输入端（WLEN），所述第七NMOS管（N
3.根据权利要求2所述的字线升压电路，其特征在于，所述第七NMOS管（NM7）的宽度为800纳米，长度为180纳米。
4.根据权利要求1所述的字线升压电路，其特征在于，还包括有第八NMOS管（NM8），其中，所述第八NMOS管（NM8）的栅极和源极分别连接所述字线信号输出端（WL），所述第八NMOS管（NM8）的漏极连接所述数字电源连接端（VDD），所述第八NMOS管（NM8）的衬底极连接所述数字地连接端（VSS）。
5.根据权利要求4所述的字线升压电路，其特征在于，所述第八NMOS管（NM8）的宽度为800纳米，长度为180纳米。
6.根据权利要求1所述的字线升压电路，其特征在于，所述反相器电路单元包括有PMOS管（PM1）和第九NMOS管（NM9），其中，所述PMOS管（PM1）的栅极和所述第九NMOS管（NM9）的栅极分别连接所述反相器电路单元的输入端，所述PMOS管（PM1）的源极和衬底极分别连接所述反相器电路单元的电源端，所述第九NMOS管（NM9）的源极和衬底极分别连接所述反相器电路单元的接地端，所述PMOS管（PM1）的漏极和所述第九NMOS管（NM9）的漏极分别连接所述反相器电路单元的输出端。
7.根据权利要求6所述的字线升压电路，其特征在于，所述PMOS管（PM1）的宽度为1.2微米，长度为180纳米；所述第九NMOS管（NM9）的宽度为800纳米，长度为180纳米。
8.根据权利要求1所述的字线升压电路，其特征在于，所述第一NMOS管（NM1）、所述第二NOMS管（NM2）、所述第三NOMS管（NM3）、所述第四NMOS管（NM4）、所述第五NMOS管（NM5）和/或所述第六NMOS管（NM6）的宽度为800纳米，长度为180纳米。
9.根据权利要求1所述的字线升压电路，其特征在于，所述铁电电容器（C0）的设计电容值区间为[30～110]fF，所述电容器（C1）也为铁电电容器且设计电容值也为[30～110]fF。
10.一种如权利要求1～9任意一项所述的字线升压电路的控制方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于铁电电容器的字线升压电路，其特征在于，包括有字线使能信号输入端（wlen）、反相器电源输入端（charge_pump）、反相器电路单元、数字地连接端（vss）、第一双nmos管串联电路单元、第二双nmos管串联电路单元、第三双nmos管串联电路单元、铁电电容器（c0）、电容器（c1）、数字电源连接端（vdd）、电荷泵控制端（pump）、栅压控制端（gate_value）、驱动控制端（drive）、降压用栅压控制端（gate_value_l）、降压用驱动控制端（drive_l）和字线信号输出端（wl），其中，所述第一双nmos管串联电路单元包括有第一nmos管（nm1）和第二noms管（nm2）、所述第二双nmos管串联电路单元包括有第三noms管（nm3）和第四nmos管（nm4），所述第三双nmos管串联电路单元包括有第五nmos管（nm5）和第六nmos管（nm6）；
2.根据权利要求1所述的字线升压电路，其特征在于，还包括有第七nmos管（nm7），其中，所述第七nmos管（nm7）的栅极连接所述字线使能信号输入端（wlen），所述第七nmos管（nm7）的漏极连接所述字线信号输出端（wl），所述第七nmos管（nm7）的源极和衬底极分别连接所述数字地连接端（vss）。
3.根据权利要求2所述的字线升压电路，其特征在于，所述第七nmos管（nm7）的宽度为800纳米，长度为180纳米。
4.根据权利要求1所述的字线升压电路，其特征在于，还包括有第八nmos管（nm8），其中，所述第八nmos管（nm8）的栅极和源极分别连接所述字线信号输出端（wl），所述第八nmos管（nm8）的漏极连接所述数字电源连接...
【专利技术属性】
技术研发人员：张盛，马月，沈星星，李昌荣，
申请(专利权)人：晶铁半导体技术广东有限公司，
类型：发明
国别省市：
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