專利名稱：用于在非易失性存儲器器件中產(chǎn)生提升電壓的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在非易失性存儲器器件中產(chǎn)生提升(step-up)電壓的電路。更具體地涉及用于產(chǎn)生在增量階躍脈沖編程(ISPP)時必需的提升電壓的電路。
背景技術(shù)：
非易失性存儲器器件，如閃存或EEPROM器件，需要其電壓電平在ISPP時逐漸上升的提升電壓。該提升電壓使用高于外部電源電壓的電壓來內(nèi)部地產(chǎn)生。
圖1是用于采用外部施加的高電壓25V來實施ISPP的電路。假定該ISPP規(guī)格范圍從16.5V到21V以及階躍電壓(STEP)是0.5V。
參見圖1，如果使能信號(EN)被使能，則外部高電壓25V被輸出到輸出端子Vout。此時，為了實施ISPP方法，提升參考電壓(TISPP<7:0>；其可以根據(jù)階躍數(shù)來延伸或縮短)以給出的間隔從TISPP<0>到TISPP<7>來激勵。通過使用電阻器R1到R9對該輸出端子Vout的提升電壓進行分壓而得到的電壓V0到V7是反饋電壓。電壓V0到V7分別通過由提升參考電壓(TISPP<7:0>)驅(qū)動的NMOS晶體管N1到N8來輸入到比較器11。
如果反饋電壓V0到V7的電平高于設(shè)置為1V的帶隙參考電壓(Vbg)的電平，則比較器11輸出該輸出信號(Vcom)作為邏輯低。NOR門NR1對邏輯低的輸出信號(Vcom)和邏輯低的反相器IV1的輸出信號執(zhí)行NOR運算，而且使節(jié)點LEAK為邏輯高。NAND門ND1對時鐘信號(CLK)和邏輯低的輸出信號(Vcom)執(zhí)行NAND操作，而且將內(nèi)部時鐘信號(CLK1)固定到邏輯高。
此時，高電壓開關(guān)單元12停止如下操作使用固定到邏輯高的內(nèi)部時鐘信號(CLK1)來泵浦(pumping)高電壓(VPP)。NMOS晶體管N11到N16全被接通以將高電壓NMOS晶體管N10的驅(qū)動節(jié)點SEL連接到地(VSS)。在此情形中，高電壓NMOS晶體管N10被關(guān)斷，使得輸出端子Vout的提升電壓電平被降低。
同時，如果反饋電壓(V0到V7)的電平低于設(shè)置到1V的帶隙參考電壓(Vbg)的電平，則比較器11輸出該輸出信號(Vcom)為邏輯高。NOR門NR1然后對邏輯高的輸出信號(Vcom)和邏輯低的反相器IV1的輸出信號執(zhí)行NOR運算，而且使節(jié)點LEAK為邏輯低。NAND門ND1對邏輯高的輸出信號(Vcom)和時鐘信號(CLK)執(zhí)行NAND運算，而且翻轉(zhuǎn)(toggle)該內(nèi)部時鐘信號(CLK1)。
此時，高電壓開關(guān)單元12根據(jù)翻轉(zhuǎn)的內(nèi)部時鐘信號(CLK1)來泵浦該高電壓(VPP)。NMOS晶體管N16被關(guān)斷，而且因此不將地(VSS)連接到驅(qū)動節(jié)點SEL。如果是這樣，則高電壓NMOS晶體管N10被接通使得輸出端子Vout的提升電壓電平上升。
但是，上面構(gòu)造的提升電壓產(chǎn)生電路產(chǎn)生25V到最小值16.5V的很高電壓而沒有任何過濾單元。因此，由于25V的高電壓而產(chǎn)生很大脈動(ripple)。這使得難于實施ISPP。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例涉及用于產(chǎn)生提升電壓的電路，其中它能夠減少逐漸上升的提升電壓的脈動。
根據(jù)本發(fā)明實施例，一種用于產(chǎn)生非易失性存儲器器件的提升電壓的電路，包括高電壓傳送開關(guān)；高電壓開關(guān)單元，其泵浦高電壓以響應(yīng)于時鐘信號，并且開關(guān)該高電壓傳送開關(guān)；高電壓開關(guān)控制器，其比較通過對高電壓傳送開關(guān)的輸出信號進行分壓而產(chǎn)生的反饋電壓與可變參考電壓，使用該比較結(jié)果和該時鐘信號產(chǎn)生內(nèi)部時鐘信號，并且控制高電壓傳送開關(guān)的開關(guān)以響應(yīng)于該比較結(jié)果；以及提升電壓產(chǎn)生器，其泵浦該高電壓以響應(yīng)于該內(nèi)部時鐘信號和多個提升參考電壓，并且產(chǎn)生內(nèi)部提升電壓。該高電壓傳送開關(guān)輸出該內(nèi)部提升電壓以響應(yīng)于該高電壓開關(guān)單元的輸出信號。


本發(fā)明的完整理解及其很多伴隨的優(yōu)點，將通過當(dāng)結(jié)合附圖考慮時參考下面詳細(xì)描述而明顯和更好地理解，在附圖中類似的參考符號指示相同或類似的部件，其中圖1是相關(guān)技術(shù)中用于產(chǎn)生提升電壓的電路的電路圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例用于產(chǎn)生提升電壓的電路的電路圖；以及圖3是圖2中所示提升電壓產(chǎn)生電路的詳細(xì)電路圖。
具體實施例方式
在下面的詳細(xì)說明中，已經(jīng)僅通過說明來圖示和描述了本發(fā)明的僅某些示范性實施例。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識的，所述實施例可以以各種不同的方式來修改，所有修改不脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此，附圖和說明書在性質(zhì)上應(yīng)看作是說明性而不是限制性的。類似的參考數(shù)字在文中標(biāo)明類似的元件。
圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例用于產(chǎn)生提升電壓的電路的電路圖。
參見圖2，該提升電壓產(chǎn)生電路包括高電壓傳送開關(guān)110、高電壓開關(guān)單元120、高電壓開關(guān)控制器130、可變參考電壓產(chǎn)生器140、提升電壓產(chǎn)生器150以及電壓降單元160。
在高電壓開關(guān)單元120和高電壓開關(guān)控制器130的控制下，高電壓傳送開關(guān)110將從提升電壓產(chǎn)生器150產(chǎn)生的內(nèi)部提升電壓(VINT<0:2>)輸出到輸出端子Vout。
高電壓開關(guān)單元120在時鐘信號(CLK)被翻轉(zhuǎn)時泵浦高電壓(VPP)，而且提升高電壓傳送開關(guān)110的驅(qū)動節(jié)點SEL的電壓電平。此時，為了限制高電壓(VPP)的泵浦電平，1.8V的電壓可以用作電源電壓。
高電壓開關(guān)控制器130比較通過對該輸出端子Vout的電壓進行分壓而產(chǎn)生的反饋電壓(Vpp_ref)與可變參考電壓(Vref)，根據(jù)比較結(jié)果連接或斷開驅(qū)動節(jié)點SEL和地(VSS)，而且組合時鐘信號(CLK)以產(chǎn)生內(nèi)部時鐘信號(CLK1)。
可變參考電壓產(chǎn)生器140采用帶隙參考電壓(Vbg＝1V)和提升參考電壓(TISPP<0:7>)來產(chǎn)生可變參考電壓(Vref)。提升參考電壓(TISPP<0:7>)是用于產(chǎn)生內(nèi)部提升電壓(VINT<0:2>)的參考電壓。該可變參考電壓(Vref)消除了用于穩(wěn)定操作的反饋電壓(Vpp_ref)的電阻值的變化因素。
提升電壓產(chǎn)生器150在內(nèi)部時鐘信號(CLK1)被翻轉(zhuǎn)時泵浦該高電壓(VPP)以響應(yīng)于提升參考電壓(TISPP<0:7>)，產(chǎn)生內(nèi)部提升電壓(VINT<0:2>)。此時，為了限制該高電壓(VPP)的泵浦電平，1.8V的電壓可以用作電源電壓。
電壓降單元160對電源電壓分壓(例如，大約3.3V)以產(chǎn)生電壓(例如1.8V)以用于高電壓開關(guān)單元120和提升電壓產(chǎn)生器150。
圖3是圖2中所示提升電壓產(chǎn)生電路的詳細(xì)電路圖。
參見圖3，高電壓傳送開關(guān)110包括具有柵的高電壓NMOS晶體管N21，驅(qū)動節(jié)點SEL的信號輸入到該柵。
高電壓開關(guān)控制器130包括電阻器R11、R12、NMOS晶體管N22、比較器131、反相器IV11、IV12、NAND柵ND11以及NMOS晶體管N23到N28。
電阻器R11、R12以及NMOS晶體管N22在輸出端子Vout與地(VSS)之間順序地串聯(lián)連接。NMOS晶體管N22具有柵，使能信號(EN)輸入到該柵。此時，如果NMOS晶體管N22被接通，則電阻器R11、R12對該輸出端子Vout的提升電壓進行分壓。
比較器131比較由電阻器R1、R2分壓的反饋電壓(Vpp_ref)與可變參考電壓(Vref)，而且輸出比較結(jié)果。反相器IV11將比較器131的輸出信號反相并輸出。
NAND柵ND11對比較器131的輸出信號和時鐘信號(CLK)執(zhí)行NAND運算而且輸出運算結(jié)果。反相器IV12將NAND柵ND11的輸出信號反相并輸出。
NMOS晶體管N23到N28在驅(qū)動節(jié)點SEL與地(VSS)之間順序地串聯(lián)連接。NMOS晶體管N23到N27具有柵，從比較器131產(chǎn)生的小于1V的電壓(Vbias)到這些柵。NMOS晶體管N28具有柵，反相器IV11的輸出信號輸入到該柵。如果NMOS晶體管N23到N27根據(jù)與現(xiàn)有技術(shù)不同的上述小于1V的電壓(Vbias)來接通，則與現(xiàn)有技術(shù)相比，驅(qū)動節(jié)點SEL的電壓緩慢地放電到地(VSS)，由此防止驅(qū)動節(jié)點SEL的突然電平移位。
提升電壓產(chǎn)生器150包括高電壓開關(guān)驅(qū)動器151、高電壓開關(guān)單元152到154、電阻器R13到R15以及NMOS晶體管N29到N32。
高電壓開關(guān)驅(qū)動器151接收多個提升參考電壓(TISPP<0:7>)而且產(chǎn)生高電壓開關(guān)控制信號(Tbit<1:3>)。
電阻器R13到R16以及NMOS晶體管N29在高電壓(VPP)所輸入到的端子與地(VSS)之間順序地串聯(lián)連接。如果NMOS晶體管N29令其柵施加有使能信號(EN)而且因此被接通，則電阻器R13到R16對該高電壓(VPP)進行分壓，以及產(chǎn)生所分壓的電壓18V、20V和22V。
當(dāng)內(nèi)部時鐘信號(CLK1)被翻轉(zhuǎn)時，高電壓開關(guān)單元152到154泵浦該高電壓(VPP)以分別地響應(yīng)于高電壓開關(guān)控制信號(Tbit<1:3>)。此時，高電壓開關(guān)單元152到154被供給有1.8V的電壓作為電源電壓，而且限制該高電壓(VPP)的泵浦電平。
高電壓NMOS晶體管N30、N31和N32分別地輸出所分壓的電壓18V、20V和22V作為提升電壓(VINT<0:2>)，以響應(yīng)于高電壓開關(guān)單元152到154的輸出信號。
該提升電壓產(chǎn)生電路的操作將參照圖3來更詳細(xì)地描述。
如果內(nèi)部提升電壓(VINT<0>；16.5V到18V)被輸出到輸出端子Vout，到地的電流路徑通過使能信號(EN)來形成，而且電阻器R1、R2產(chǎn)生該反饋電壓(Vpp_ref)。產(chǎn)生內(nèi)部提升電壓(VINT<0>)以響應(yīng)于由提升參考電壓(TISPP<0:2>)產(chǎn)生的控制信號(Tbit<1>)。因此，可變參考電壓產(chǎn)生器140使用提升參考電壓(TISPP<0:2>)和帶隙參考電壓(Vbg)來產(chǎn)生可變參考電壓(Vref)。
如果可變參考電壓(Vref)根據(jù)提升參考電壓(TISPP<0:7>)來不同地產(chǎn)生，能夠消除該反饋電壓(Vpp_ref)的電阻值的變化因素。
比較器131比較反饋電壓(Vpp_ref)與可變參考電壓(Vref)。如果反饋電壓(Vpp_ref)高于可變參考電壓(Vref)，則比較器131輸出邏輯低。如果反饋電壓(Vpp_ref)低于可變參考電壓(Vref)，則比較器131輸出邏輯高。
如果由于反饋電壓(Vpp_ref)高于可變參考電壓(Vref)，比較器131輸出邏輯低，則反相器IV11將邏輯低反相而且輸出邏輯高，由此接通NMOS晶體管N28。在此情形中，驅(qū)動節(jié)點SEL連接到地(VSS)。因此，NMOS晶體管N21關(guān)斷而且輸出端子Vout的提升電壓電平降低，而驅(qū)動節(jié)點SEL的電壓放電到地。
此時，為了緩慢地將驅(qū)動節(jié)點SEL的電壓放電到地(即為了防止驅(qū)動節(jié)點SEL的電壓電平的突然變化)，NMOS晶體管N23到N27的柵被施加以小于1V的電壓(Vbias)。小于1V的電壓(Vbias)是施加到比較器131的NMOS晶體管的柵上的最低電壓，使得NMOS晶體管在飽和區(qū)操作。適當(dāng)?shù)碾妷弘娖娇梢酝ㄟ^仿真而獲得。
此時，NAND柵ND11對比較器131的邏輯低的輸出信號和時鐘信號(CLK)執(zhí)行NAND運算，而且不管時鐘信號(CLK)的電壓電平如何總是輸出邏輯高。反相器IV12反相該邏輯高而且輸出邏輯低的內(nèi)部時鐘信號(CLK1)，使得高電壓開關(guān)單元152不驅(qū)動。
另一方面，如果由于反饋電壓(Vpp_ref)低于可變參考電壓(Vref)，比較器131輸出邏輯高，則NAND柵ND11對比較器131的邏輯高的輸出信號和時鐘信號(CLK)執(zhí)行NAND運算，并且根據(jù)時鐘信號(CLK)的電壓電平來輸出邏輯電平。反相器IV12輸出所翻轉(zhuǎn)的內(nèi)部時鐘信號(CLK1)，從而驅(qū)動該高電壓開關(guān)單元152。
因此，高電壓開關(guān)單元152泵浦該高電壓(VPP)以接通NMOS晶體管N30。NMOS晶體管N30輸出所分壓的電壓(18V)作為內(nèi)部提升電壓(VINT<0>)。高電壓開關(guān)單元152能夠使用1.8V的電壓作為電源電壓來限制高電壓(VPP)的泵浦電壓電平。
此時，反相器IV11反相邏輯高而且輸出邏輯低，由此關(guān)斷NMOS晶體管N28。在此情形中，由于驅(qū)動節(jié)點SEL不連接到地(VSS)，所以NMOS晶體管N30被接通而且輸出端子Vout的電壓電平因此上升。
如果高電壓開關(guān)控制信號(Tbit<2>)由提升參考電壓(TISPP<5:3>)產(chǎn)生，則內(nèi)部提升電壓(VINT<1>；20V)由高電壓開關(guān)單元153產(chǎn)生。如果控制信號(Tbit<3>)由提升參考電壓(TISPP<7:6>)產(chǎn)生，則內(nèi)部提升電壓(VINT<2>；22V)由高電壓開關(guān)單元154產(chǎn)生。后續(xù)操作與上面描述的相同。
在此情形中，內(nèi)部提升電壓(VINT<0>)可以是在16.5V到18V的范圍內(nèi)，內(nèi)部提升電壓(VINT<1>)可以是在18.5V到20V的范圍內(nèi)，而且內(nèi)部提升電壓(VINT<2>)可以是在20.5V到22V的范圍內(nèi)。
如上面描述的，根據(jù)本發(fā)明的實施例，使用如下電壓來內(nèi)部地產(chǎn)生提升電壓，其中提升參考電壓(TISPP<0:7>)和電源電壓隨著源電壓源而降低。因此，由于與現(xiàn)有技術(shù)相比可以限制輸出節(jié)點的提升電壓的電平變化范圍，所以可以減少提升電壓的脈動。
另外，根據(jù)本發(fā)明的實施例，可變參考電壓是使用提升參考電壓(TISPP<0:7>)而產(chǎn)生的?？梢韵答侂妷旱碾娮柚档淖兓蛩?，因此可以保證穩(wěn)定性。
另外，根據(jù)本發(fā)明的實施例，防止高電壓傳送開關(guān)的驅(qū)動節(jié)點迅速地放電。有可能控制輸出節(jié)點的提升電壓的變化。
盡管已經(jīng)結(jié)合當(dāng)前被認(rèn)為是實際的示范實施例的內(nèi)容來描述本發(fā)明，但是將理解本發(fā)明不限制于所公開的實施例，而是相反地，旨在覆蓋在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)包括的各種修改和等效設(shè)置。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生非易失性存儲器器件的提升電壓的電路，該電路包括高電壓傳送開關(guān)；高電壓開關(guān)單元，該高電壓開關(guān)單元響應(yīng)于時鐘信號來泵浦高電壓，并且開關(guān)該高電壓傳送開關(guān)；高電壓開關(guān)控制器，該高電壓開關(guān)控制器比較通過對該高電壓傳送開關(guān)的輸出信號進行分壓而產(chǎn)生的反饋電壓與可變參考電壓，使用該比較結(jié)果和該時鐘信號產(chǎn)生內(nèi)部時鐘信號，并且響應(yīng)于該比較結(jié)果控制該高電壓傳送開關(guān)的開關(guān)，以及提升電壓產(chǎn)生器，該提升電壓產(chǎn)生器響應(yīng)于該內(nèi)部時鐘信號和多個提升參考電壓泵浦該高電壓，并且產(chǎn)生內(nèi)部提升電壓，其中該高電壓傳送開關(guān)響應(yīng)于該高電壓開關(guān)單元的輸出信號輸出該內(nèi)部提升電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的電路，還包括可變參考電壓產(chǎn)生器，該可變參考電壓產(chǎn)生器使用所述多個提升參考電壓和帶隙參考電壓來產(chǎn)生該可變參考電壓。
3.如權(quán)利要求1所述的電路，其中該高電壓開關(guān)單元和該提升電壓產(chǎn)生器采用被增強為大于電源電壓的電壓作為電源以便限制該高電壓的泵浦。
4.如權(quán)利要求1所述的電路，其中如果該反饋電壓高于該參考電壓，該高電壓開關(guān)控制器不操作該提升電壓產(chǎn)生器和該高電壓傳送開關(guān)，而如果該反饋電壓低于該參考電壓，該高電壓開關(guān)控制器操作該提升電壓產(chǎn)生器和該高電壓傳送開關(guān)。
5.如權(quán)利要求1所述的電路，其中該高電壓開關(guān)控制器包括分壓器，該分壓器對該高電壓傳送開關(guān)的輸出信號進行分壓并且產(chǎn)生該反饋電壓；比較器，該比較器比較該反饋電壓與該可變參考電壓；放電單元，該放電單元響應(yīng)于該比較器的輸出信號連接或斷開該高電壓傳送開關(guān)的驅(qū)動節(jié)點和地；以及時鐘產(chǎn)生器，該時鐘產(chǎn)生器組合該比較器的輸出信號和該時鐘信號以產(chǎn)生該內(nèi)部時鐘信號。
6.如權(quán)利要求5所述的電路，其中該放電單元使用小于1V的電壓來緩慢地將該驅(qū)動節(jié)點的電壓放電到地。
7.如權(quán)利要求6所述的電路，其中該小于1V的電壓是施加到該比較器的NMOS晶體管的柵的最低電壓，使得該NMOS晶體管在飽和區(qū)工作。
8.如權(quán)利要求1所述的電路，其中該提升電壓產(chǎn)生器包括高電壓開關(guān)驅(qū)動器，該高電壓開關(guān)驅(qū)動器采用所述多個提升參考電壓來產(chǎn)生高電壓開關(guān)控制信號；高電壓開關(guān)單元，如果該內(nèi)部時鐘信號被翻轉(zhuǎn)，響應(yīng)于所述高電壓開關(guān)控制信號所述高電壓開關(guān)單元泵浦該高電壓，并且產(chǎn)生該內(nèi)部提升電壓；高電壓分壓器，該高電壓分壓器對該高電壓分壓并且產(chǎn)生所分壓的電壓；以及高電壓傳送開關(guān)，響應(yīng)于該高電壓開關(guān)單元的輸出信號，所述高電壓傳送開關(guān)選擇性地傳送從所述高電壓分壓器輸出的分壓電壓，并且產(chǎn)生該內(nèi)部提升電壓。
9.如權(quán)利要求8所述的電路，其中所述高電壓開關(guān)單元采用被增強為大于電源電壓的電壓作為電源以便限制該高電壓的泵浦。
全文摘要
一種用于產(chǎn)生提升電壓的電路，其中可以減少脈動。該電路包括高電壓傳送開關(guān)；高電壓開關(guān)單元，其響應(yīng)于時鐘信號泵浦高電壓并且開關(guān)該高電壓傳送開關(guān)；高電壓開關(guān)控制器，其比較通過對高電壓傳送開關(guān)的輸出信號進行分壓而產(chǎn)生的反饋電壓與可變參考電壓，使用該比較結(jié)果和時鐘信號產(chǎn)生內(nèi)部時鐘信號，并且控制高電壓傳送開關(guān)的開關(guān)以響應(yīng)于該比較結(jié)果；以及提升電壓產(chǎn)生器，其泵浦該高電壓以響應(yīng)于該內(nèi)部時鐘信號和多個提升參考電壓，并且產(chǎn)生內(nèi)部提升電壓。該高電壓傳送開關(guān)輸出該內(nèi)部提升電壓以響應(yīng)于該高電壓開關(guān)單元的輸出信號。
文檔編號G11C11/56GK1921012SQ20061008368
公開日2007年2月28日 申請日期2006年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月25日
發(fā)明者鄭象和 申請人:海力士半導(dǎo)體有限公司