專(zhuān)利名稱(chēng)：低工作電壓驅(qū)動(dòng)的電荷泵電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及供電可編程只讀存器工作的電源，更具體地指一種低工作電壓驅(qū)動(dòng)的電荷泵電路。
背景技術(shù)：
在電可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)電路中，需要高達(dá)16V以上的編程電壓，在以工作電壓為2.5V以上的EEPROM電路中，有各種形式的電荷泵高壓產(chǎn)生電路。如圖1所示的電荷泵電路，在該電荷泵電路中，由n個(gè)MOS管以及n個(gè)電容構(gòu)成一倍壓電路，其中n個(gè)MOS管均采用增強(qiáng)型管，即為NMOS管，n個(gè)電容也均采用了MOS管來(lái)替代，利用其極間電容。在串聯(lián)的升壓整流n個(gè)MOS管中，因?yàn)橛蠱OS管閾值電壓的存在，必然會(huì)引起電壓損耗及轉(zhuǎn)換效率。
若工作電壓進(jìn)一步降低時(shí)，如工作電壓為小于2.5V，電荷泵的效率很低，所需驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘頻率很高，此時(shí)電荷泵高壓產(chǎn)生電路的功耗較大，甚至還達(dá)不到電可編程只讀存儲(chǔ)器所需較高的編程電壓，多年來(lái)這一問(wèn)題始終困擾著業(yè)界人士。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)傳統(tǒng)的電荷泵電路存在上述缺點(diǎn)，提供了一種轉(zhuǎn)換效率高，能適合低工作電壓驅(qū)動(dòng)的電荷泵電路。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案該低工作電壓驅(qū)動(dòng)的電荷泵電路包括N個(gè)MOS管以及N個(gè)電容，N個(gè)MOS管以及N個(gè)電容構(gòu)成一倍壓升壓電路，其中，N個(gè)電容均采用MOS管的源漏極并接后與柵極之間的極間電容為升壓電容，在該電路的輸入端中，一端為低壓電源輸入端，另二端分別由兩個(gè)非交疊的反相驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘信號(hào)驅(qū)動(dòng)，所述N個(gè)用于整流的MOS管中，靠近低壓輸入端的數(shù)級(jí)MOS管仍采用增強(qiáng)型管，其余的MOS管選用耗盡型管。
所述N個(gè)用于整流的MOS管中，靠近低壓輸入端的前二至三級(jí)MOS管采用增強(qiáng)型管，其余的N減2至3級(jí)MOS管選用耗盡型管。
在本發(fā)明的上述技術(shù)方案中，將升壓電路中的N個(gè)用于整流的MOS管靠近低壓輸入端的數(shù)級(jí)MOS管仍采用增強(qiáng)型管，其余后級(jí)全部用于整流的MOS管選用耗盡型管。根據(jù)理論和仿真計(jì)算可以得知，由于耗盡型MOS管源漏兩端總是導(dǎo)通的，不能起到整流升壓的作用，但后面各接點(diǎn)電壓整體隨前面數(shù)級(jí)的整流升壓作用電位抬高，當(dāng)電位抬高時(shí)，由于襯底偏置效應(yīng)的作用，耗盡型MOS管的閾值電壓會(huì)升高到大于零，起到整流升壓的作用，耗盡型MOS管在高壓時(shí)的導(dǎo)通閾值壓降很小，可大大降低所需工作電壓，提高轉(zhuǎn)換效率，高壓產(chǎn)生電路的功耗變小，從而較好地實(shí)現(xiàn)了電可編程只讀存儲(chǔ)器可以在低工作電壓(小于2.5V)情況下工作，解決了多年來(lái)一直想要解決而未能解決的問(wèn)題。


圖1為電荷泵高壓產(chǎn)生電路原理示意圖。
圖2為不同閾值的MOS管的反向襯偏曲線(xiàn)與閾值電壓關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)繼續(xù)參閱圖1所示，在電荷泵電路的串聯(lián)的升壓整流MOS管中，因?yàn)橛蠱OS管閾值電壓的存在，必然會(huì)引起電壓損耗和轉(zhuǎn)換效率，因?yàn)閂TH＝VTO+Υ[(2ΦF-VBS)1/2-(2ΦF)1/2]VTO＝VFB+2ΦF+Υ(2ΦF)1/2所以VTH＝VFB+2ΦF+Υ(2ΦF-VBS)1/2式中，VTH為MOS管閾值電壓Υ為體閾值參數(shù)，在一定的工藝條件下，特定的器件，此參數(shù)為常數(shù)ΦF為費(fèi)米勢(shì)，在一定的工藝條件下，特定的器件，此參數(shù)為常數(shù)VBS為襯底偏置電壓VTO為VBS等于零時(shí)的閾值電壓
VFB為體現(xiàn)柵材料與襯底的功函數(shù)差的電壓值，在一定的工藝條件下，特定的器件，此參數(shù)為常數(shù)由以上公式可得知，襯底相對(duì)于MOS管源端的電壓，對(duì)溝道電流的影響體現(xiàn)在閾值電壓VTH中，即所謂的襯底偏置效應(yīng)。反偏電壓VBS的增加，使得溝道與襯底之間耗盡層展寬，導(dǎo)致閾值電壓VTH的提高和溝道電流的降低。
根據(jù)仿真計(jì)算，不同閾值電壓VTH的MOS管，與反偏電壓VBS存在不同的曲線(xiàn)關(guān)系(見(jiàn)圖2)。圖2中X軸為反向襯底偏置電壓VSB，Y軸為NMOS管的閾值電壓VT。曲線(xiàn)1為耗盡NMOS管的反向襯偏曲線(xiàn)，曲線(xiàn)2為低閾值NMOS管的反向襯偏曲線(xiàn)，曲線(xiàn)3為高閾值NMOS管的反向襯偏曲線(xiàn)。由圖2可以看出，在16V范圍內(nèi)，閾值電壓VTH越高，反偏電壓VBS對(duì)其影響越大。而電荷泵電路中，后級(jí)的MOS管隨反偏電壓VBS的增加，閾值電壓VTH越來(lái)越高，溝道電流即充電電流越來(lái)越小，這樣就限制了工作電壓的進(jìn)一步降低和轉(zhuǎn)換效率的提高，勢(shì)必影響到整個(gè)電路的輸出電壓升高。
由上可以看出，要想在低工作電壓情況下，提高電荷泵電路的輸出電壓，從降低的MOS管的閾值電壓VTH入手不失為一好的辦法?；谶@一思路，在本發(fā)明的低工作電壓驅(qū)動(dòng)的電荷泵電路中，電路的連接及電路原理均與傳統(tǒng)的電荷泵電路相同，只是將升壓電路中的N個(gè)用于整流的MOS管靠近低壓輸入端的數(shù)級(jí)MOS管仍采用增強(qiáng)型管，其余后級(jí)全部用于整流的MOS管選用耗盡型管。
作為本發(fā)明的一個(gè)應(yīng)用舉例，所述N個(gè)用于整流的MOS管中，將靠近低壓輸入端的前二至三級(jí)MOS管采用增強(qiáng)型管，此時(shí)，其余的N減2至3級(jí)MOS管則選用耗盡型管。
本發(fā)明的電路工作原理敘述如下圖1中，CP、NCP為非交疊的反相驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘，Vdd為低電源電壓，VPP為輸出高壓，M0、M1、M2、M3、MN-2、MN-1為MOS場(chǎng)效應(yīng)管作二極管，C0、C1、C2、CN-2、CN-1為MOS場(chǎng)效應(yīng)管作MOS電容。
由于電容兩端的電壓不能突變，在CP或NCP電壓升高時(shí)，電容另一端的電壓也會(huì)抬高，通過(guò)二極管對(duì)下一級(jí)電容充電。由于二極管的單向?qū)щ娦?，?dāng)CP、NCP非交疊的反相驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘交替變化時(shí)，電壓向后級(jí)逐步抬高，輸出高壓VPP。
由于襯底偏置效應(yīng)的作用，增強(qiáng)型MOS管作二極管時(shí)，單向?qū)щ姷碾妷簤航祿p耗會(huì)增大，為使壓降減少，M2、M3、MN-2、MN-1改為耗盡型NMOS場(chǎng)效應(yīng)管，M0、M1三級(jí)MOS管仍為增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管，以防止電荷回流。電壓升高的過(guò)程中，M2、M3、MN-2、MN-1由于為耗盡型NMOS場(chǎng)效應(yīng)管，無(wú)單向?qū)щ娦裕妷簾o(wú)階梯緩慢升高，電壓升高到一定值時(shí)，耗盡型MOS管的閾值電壓會(huì)升高到大于零，起到整流升壓的作用，由圖2可知耗盡型管在高壓時(shí)的導(dǎo)通閾值壓降很小，在襯底偏置效應(yīng)的作用下，使其具有低電壓壓降損耗的單向?qū)щ娦?，VPP迅速升高，可大大降低所需工作電壓，提高轉(zhuǎn)換效率。
權(quán)利要求
1.一種低工作電壓驅(qū)動(dòng)的電荷泵電路，該電路包括N個(gè)MOS管以及N個(gè)電容，N個(gè)MOS管以及N個(gè)電容構(gòu)成一倍壓升壓電路，其中，N個(gè)電容均采用MOS管的源漏極并接后與柵極之間的極間電容為升壓電容，在該電路的輸入端中，一端為低壓電源輸入端，另二端分別由兩個(gè)非交疊的反相驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘信號(hào)驅(qū)動(dòng)，其特征在于所述N個(gè)用于整流的MOS管中，靠近低壓輸入端的數(shù)級(jí)MOS管仍采用增強(qiáng)型管，其余的MOS管選用耗盡型管。
2.如權(quán)利要求1所述的低工作電壓驅(qū)動(dòng)的電荷泵電路，其特征在于所述N個(gè)用于整流的MOS管中，靠近低壓輸入端的前二至三級(jí)MOS管采用增強(qiáng)型管，其余的N減2至3級(jí)MOS管選用耗盡型管。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種低工作電壓驅(qū)動(dòng)的電荷泵電路，在該電路中，將升壓電路中的N個(gè)用于整流的MOS管靠近低壓輸入端的數(shù)級(jí)MOS管仍采用增強(qiáng)型管，其余后級(jí)全部用于整流的MOS管選用耗盡型管。由于襯底偏置效應(yīng)的作用，耗盡型MOS管在高壓時(shí)的導(dǎo)通閾值壓降很小，可大大降低所需工作電壓，提高轉(zhuǎn)換效率，高壓產(chǎn)生電路的功耗變小，從而較好地實(shí)現(xiàn)了電可編程只讀存儲(chǔ)器可以在低工作電壓情況下工作，解決了多年來(lái)一直想要解決而未能解決的問(wèn)題。
文檔編號(hào)G11C16/30GK1632880SQ20031012266
公開(kāi)日2005年6月29日 申請(qǐng)日期2003年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月24日
發(fā)明者李向宏 申請(qǐng)人:上海貝嶺股份有限公司