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应用于深亚微米存储器的电荷泵设计方案_亚博APP安全有保障

2021-10-25 

本文摘要:因只读存储器的基本存储单元只展开一次编程,编程后的数据能长时间留存,且在编程时必须流到mA级以上的电流,所以只读存储器编程时一般来说使用另加编程高压,内部的电荷泵。

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因只读存储器的基本存储单元只展开一次编程,编程后的数据能长时间留存,且在编程时必须流到mA级以上的电流,所以只读存储器编程时一般来说使用另加编程高压,内部的电荷泵。在设计此类电荷泵时,穿透电压和体效应的影响沦为相当严重的问题。我们设计了一款电荷泵借以在存储器中传送外部编程高压。这种电荷泵利用高压NMOS器件提升了耐压特性并确保了长时间工作,且减少了衬底偏置以延长电荷泵的平稳时间。

  电荷泵电路结构和工作原理  1常压MOS管电荷泵  图1右图是可行性明确提出的电荷泵电路原理图,其中所有的器件皆为常压器件。    图1常压MOS管包含的电荷泵原理图  初始化过程中,clear信号为低电平。此时N5管关上,将节点4清零;由于N4栅极一直相接高电平,N4管关上,将节点3清零。  初始化完结后电荷泵转入工作状态。

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Vp为另加编程高压,clear信号维持高电平,clk信号为相同周期的方波信号。N4栅极恒为高电平,因此不会将clear信号的高电平传输到节点3,节点3的初始电压为V3.0=VDD-VTH4。节点5为与clk信号周期完全相同、振幅转换器的方波信号。以下依据节点5信号的变化具体分析电荷泵的工作原理。

  第1周期,节点5首先保持半个周期的高电平。根据电荷共享原理,此时节点2的电压由电容C1和Cs的分压要求(其中Cs为节点2的寄生电容),电压可回应为:  V2,1=C*VDD/(C1+CS)(1)  因N2管为饱和状态永久磁铁,节点3的电压被钳位,表达式为:  V3,1=V2,1-VTH2=C1VDD/(C1+CS)-VTH2(2)  随后节点5改以低电平,节点2电压渐渐上升。由于没泄放通路,电压不会在节点3仍然维持下去,并且由于C1远大于节点2的寄生电容,使得半个高电平周期后节点3的电压不足以使N1管关上。

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N1管的打开使得节点2的电位会持续上升,而是不会被钳位到电压值。  V2,1=V2,1-VTH2-VTH1=C1VDD/(C1+CS)-VTH2-VTH1(3)  这个乃是第一周期过后节点2上构成的电压值。

  第二个周期,某种程度的节点5不会经历高电平和低电平各半个周期。这一过程依然不会在节点3和节点2上累积电荷。

与第一周期类似于的推论可获得以下一组表达式:  V2,2=V2,1+C1VDD/(C1+CS)(4)  V3,2=V2,2-VTH2(5)  V2,2=V3,2-VTH2=V2,2-VTH2-VTH1=V2,1+C1VDD/(C1+CS)-VTH2-VTH1(6)  较为公式(3)和公式(6)可找到,每一周期节点2上减少的电压为:  V=C1VDD/(C1+CS)-VTH2-VTH1(7)  依序以此类推,第i个周期节点5保持高电平时,节点2和节点3的电压为:  V2,i=C1VDD/(C1+CS)+(i+1)[C1VDD/(C1+CS)-VTH2-VTH1](8)  V3,i=C1VDD/(C1+CS)-VTH2+(i-1)[(C1+CS)-VTH2-VTH1](9)  V2,i=i[C1VDD/(C1+CS)-VTH2-VTH1](10)  V3会持续增高,当抵达一定值时会通过N1、N3被Vp钳位,此时电荷泵转入稳态且Vp能原始传送到编程节点4。但在转入稳态之前,V2和V3不会在高电平半周超过小于Vp的电压峰值,随后在低电平半周平稳。

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  2高压MOS电荷泵  理论上分析电荷泵可以长时间工作。然而一些潜在的问题可能会引起电路的不长时间工作。

  首先,随着工艺尺寸的增大,电路所用的电源电压VDD,能忍受的栅源穿透电压BVGS、源漏穿通电压BVDS,漏PN结穿透电压BVDB都减少。若在电荷泵工作过程中,V2和V3增高到低于其中一种穿透电压,则不会使得器件和电路面对焚毁或无法长时间工作的危险性。  其次,考虑到体效应的影响器件的阈值电压在大大变化。


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