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CN111211548A - 电荷泵的电路装置、半导体存储器及输出电压过冲保护方法 - Google Patents

电荷泵的电路装置、半导体存储器及输出电压过冲保护方法 Download PDF

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CN111211548A
CN111211548A CN201811389062.0A CN201811389062A CN111211548A CN 111211548 A CN111211548 A CN 111211548A CN 201811389062 A CN201811389062 A CN 201811389062A CN 111211548 A CN111211548 A CN 111211548A
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Abstract

本发明提供了一种电荷泵的电路装置、半导体存储器以及方法，所述装置包括输出电压过冲保护电路，输出电压过冲保护电路包括第一比较器和开关晶体管。第一比较器用于当输出电压过冲导致第一分压大于第一参考电压时，输出高电平，开关晶体管根据高电平控制信号导通，对电荷泵的输出端放电，从而降低输出电压。输出电压过冲保护电路不仅不会影响电荷泵电路的正常工作，还会在输出电压出现发生过冲时，及时降低输出电压，进而使被供电装置处在一个安全的电压范围之内。输出电压过冲保护电路可以应用于任何的电荷泵电路中，有效的保护芯片内的器件。

Description

电荷泵的电路装置、半导体存储器及输出电压过冲保护方法
技术领域
本发明涉及半导体集成电路技术领域，具体涉及一种电荷泵的电路装置、输出电压过冲保护方法以及半导体存储器。
背景技术
电荷泵也称为开关负载电容式电压变换器，是一种利用所谓的“快速”或“泵送”负载电容(而非负载电阻或变压器)来储能的变换器。能使输入电压升高或降低，也可以用于产生负电压。其内部的FET开关阵列以一定方式控制快速负载电容器的充电和放电，从而使输入电压以一定因数倍增或降低，从而得到所需要的输出电压。由于负载或芯片内部环境变化时，会使得电荷泵电路输出电压过冲，这会导致器件的可靠性差等问题。
在背景技术中公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此其可能包含没有形成为本领域普通技术人员所知晓的现有技术的信息。
发明内容
本发明提供一种电荷泵的电路装置、输出电压过冲保护方法以及半导体存储器，以克服或缓解背景技术中存在的一个或者更多个问题，至少提供一种有益的选择。
提供了一种电荷泵的电路装置，包括：所述电路装置包括电荷泵和由至少两个分压电阻串联构成的分压支路，其特征在于，还包括输出电压过冲保护电路，所述输出电压过冲保护电路包括第一比较器和开关晶体管；
所述第一比较器包括第一输入端、第二输入端以及第一输出端，所述第一输入端用于接收第一参考电压，所述第二输入端连接至所述分压支路上的第一连接点，所述第一连接点位于两个所述分压电阻之间，所述第二输入端用于接收第一分压，所述第一输出端连接至所述开关晶体管的栅极；
所述开关晶体管包括所述栅极、漏极和源极，所述漏极连接到所述输出电压，所述源极接地；
所述第一比较器用于当输出电压过冲导致所述第一分压大于所述第一参考电压时，输出高电平；
所述开关晶体管用于根据所述高电平控制所述开关晶体管接通，降低所述输出电压。
在一种实施方式中，还包括第二比较器，所述第二比较器包括第三输入端、第四输入端以及第二输出端，所述第三输入端用于接收第二参考电压，所述第四输入端用于接收第二分压，所述第二输出端连接至所述电荷泵的输入端，所述电荷泵的输出端连接至被供电装置；
所述第二比较器用于当所述第二分压小于或等于所述第二参考电压时，输出升压信号，所述电荷泵用于根据所述升压信号升高所述输出电压。
在一种实施方式中，所述第四输入端连接至所述分压支路上的第二连接点，所述第二连接点与所述第一连接点之间设置有至少一个所述分压电阻，所述第二分压大于所述第一分压。
在一种实施方式中，所述第四输入端连接至所述分压支路上的第一连接点，所述第二分压等于所述第一分压。
在一种实施方式中，所述第一比较器用于当所述第一分压小于所述第一参考电压时，输出低电平；
所述开关晶体管用于根据所述低电平控制所述开关晶体管关闭。
在一种实施方式中，还包括负载电容和负载电阻，所述负载电容的一端和所述负载电阻的一端均连接至所述电荷泵的输出端，所述负载电容的另一端和所述负载电阻的另一端均接地。
本发明还提供了一种半导体存储器，包括如上述任一项的电路装置。
本发明还提供了一种电荷泵的输出电压过冲保护方法，所述方法包括：
当电荷泵的输出电压过冲导致第一分压大于第一参考电压时，输出高电平，所述第一分压是分压支路上两个分压电阻之间的第一连接点的电压；
根据所述高电平控制开关晶体管打开，对所述电荷泵的输出端进行放电，降低所述输出电压。
在一种实施方式中，还包括：
当第二分压小于或等于第二参考电压时，输出升压信号，所述第二分压是所述分压支路上的第二连接点的电压，所述第二连接点与所述第一连接点之间设置有至少一个所述分压电阻，或者所述第二连接点与所述第一连接点是同一连接点；
根据所述升压信号升高所述电荷泵的输出电压。
在一种实施方式中，还包括：
当所述第一分压小于所述第一参考电压时，输出低电平；
根据所述低电平控制所述开关晶体管关闭。
本发明采用上述技术方案，具有如下优点：输出电压过冲保护电路不仅不会影响电荷泵电路的正常工作，还会在输出电压发生过冲时，及时降低输出电压，进而使被供电装置处在一个安全的电压范围之内。输出电压过冲保护电路可以应用于任何的电荷泵电路中，可以有效的保护被供电装置。
上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本发明进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。
附图说明
在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本发明公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本发明范围的限制。
图1绘示本发明实施例提供的一种电荷泵的电路装置结构示意图。
图2绘示本发明实施例提供的另一种电荷泵的电路装置结构示意图。
图3绘示本发明实施例提供的另一种电荷泵的电路装置结构示意图。
图4绘示本发明实施例提供的一种电荷泵的输出电压过冲保护方法流程图。
附图说明：
4-输出电压过冲保护电路；13-接地端；
40-第一比较器；41-第一输入端；42-第二输入端；43-第一输出端；
50-开关晶体管；53-栅极；51-漏极；52-源极；
30-第二比较器；31-第三输入端；32-第四输入端；33-第二输出端；
VA-第一分压；VREF1-第一参考电压；VREF2-第二参考电压；
VB-第二分压；VOUT-输出电压；
10-电荷泵；11-电荷泵的输入端；12-电荷泵的输出端；20-被供电装置；
60-第一分压电阻；70-第二分压电阻；80-第三分压电阻；
61-第一分压电阻的一端；62-第一分压电阻的另一端；
71-第二分压电阻的一端；72-第二分压电阻的另一端；
81-第三分压电阻的一端；82-第三分压电阻的另一端；
90-负载电容；91-负载电容的一端；92-负载电容的另一端；
100-负载电阻；101-负载电阻的一端；102-负载电阻的另一端；
120-振荡器；110-电荷泵核心电路。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
实施例一
在一种具体实施方式中，如图1所示，提供一种电荷泵的电路装置，包括电荷泵10、第二比较器30、由至少两个分压电阻串联构成的分压支路，负载电容90、负载电阻100。
其中，分压支路的一端连接至电荷泵10的输出端12，另一连接至接地端13。负载电容90的一端91和负载电阻100的一端101均连接至电荷泵10的输出端12，负载电容90的另一端92和负载电阻的另一端102均连接至接地端13。电荷泵10的输出端12输出电压VOUT，并连接至被供电装置20。
第二比较器30包括第三输入端31、第四输入端32以及第二输出端33，第三输入端31用于接收第二参考电压VREF2，第四输入端32用于接收第二分压VB，第四输入端32连接至分压支路上的两个分压电阻之间，第二输出端33连接至电荷泵10的输入端11，电荷泵10的输出端12连接至被供电装置20。第二比较器30用于当第二分压VB小于或等于第二参考电压VREF2时，输出升压信号，电荷泵10用于根据升压信号升高输出电压VOUT。需要指出的是，负载电容90和负载电阻100的数量可根据需要进行适应性的调整，均在本实施方式的保护范围内。
电荷泵10的电路装置还包括输出电压过冲保护电路4，输出电压过冲保护电路4包括第一比较器40和开关晶体管50。
第一比较器40包括第一输入端41、第二输入端42以及第一输出端43，第一输入端41用于接收第一参考电压VREF1，第二输入端42连接至分压支路上的第一连接点A，第一连接点A位于两个分压电阻之间，第二输入端42用于接收第一分压VA，第一输出端43连接至开关晶体管50的栅极53。开关晶体管50包括栅极53、漏极51和源极52，漏极51用于接收输出电压VOUT，源极52接地。第一比较器40用于当输出电压VOUT过冲导致第一分压VA大于第一参考电压VREF1时，输出高电平；开关晶体管50用于根据该高电平控制开关晶体管50接通，对电荷泵输出进行放电，从而降低输出电压VOUT。当输出电压降低使得VA小于第一参考电压VREF1时，第一比较器40输出低电平使得开关晶体管50关断，停止对电荷泵的输出端12放电。第一比较器40设置一定的迟滞量，使得在翻转点附近不会发生振荡现象。
需要指出的是，第一连接点A和第二连接点B可以是同一连接点，也可以是不同的连接点，如果是不同的连接点，第一连接点A和第二连接点B之间的具有至少一个分压电阻，且VB大于VA。
本实施例中，在正常工作状态下，由于电荷泵10的作用使得输出电压VOUT不断升高，第一分压VA和第二分压VB也随之升高。在负载突变或者上电启动过程中，输出电压VOUT会发生过冲，导致第一分压VA大于第一参考电压VREF1时，第一比较器40输出高电平。由于开关晶体管50的漏极51连接到输出电压VOUT，源极52接地，控制开关晶体管50接通，将会对电荷泵的输出端12进行放电，从而快速降低输出电压VOUT，进而使被供电装置处在一个安全的电压范围之内。
该过冲保护电路可以应用于任何的电荷泵的电路装置中，过冲保护电路的设置并不影响原电荷泵的电路装置的正常工作，同时还可以有效的保护被供电装置，使其不至于受到过冲电压的损坏。
在一种实施例中，第四输入端32连接至分压支路上的第二连接点B，第二连接点B与第一连接点A之间设置有至少一个分压电阻，第二分压大于第一分压。
在一种示例中，如图2所示，电荷泵10的输出端12和接地端13之间串联设置有第一分压电阻60、第二分压电阻70、第三分压电阻80。第一分压电阻的一端61连接至电荷泵10的输出端12，第一分压电阻的另一端62连接至第二比较器30的第四输入端32，第二分压电阻的一端71连接至第二比较器30的第四输入端32，第二分压电阻的另一端72连接至第一比较器40的第二输入端42，第三分压电阻的一端81连接至第一比较器40的第二输入端42，第三分压电阻的另一端82连接接地端13。第二连接点B与第一连接点A之间设置的是第二分压电阻70。
正常状态下，输出电压
Figure BDA0001873622140000071
输出电压VOUT过冲时，
Figure BDA0001873622140000072
可根据输出电压来调节第一参考电压和第二参考电压的大小，为了将过冲时电荷泵的输出电压降低至正常状态下电荷泵的输出电压，可从上述公式看出，适应性的调节第一参考电压VREF1和第二参考电压VREF2之间的相对大小。
需要指出的是，包括但不限于第一分压电阻60、第二分压电阻70、第三分压电阻80，还可以包括更多数量的负载，以及更多可能的连接关系，第一连接点A和第二连接点B之间也可以有多个分压电阻，保证第二分压VB大于第一分压VA即可。根据具体情况进行适应性的调整，均在本实施方式的保护范围内。
在一种实施方式中，第四输入端32连接至分压支路上的第一连接点A，第二分压VB等于第一分压VA，第一参考电压VREF1大于第二参考电压VREF2。
在一种示例中，如图3所示，电荷泵10的输出端12和接地端13之间串联设置有第一分压电阻60和第三分压电阻80。第一分压电阻60的一端61连接至电荷泵10的输出端12，第一分压电阻60的另一端62连接至第二比较器30的第四输入端32，第一分压电阻60的另一端62还连接至第一比较器40的第二输入端42。第三分压电阻80的一端81连接至第一比较器40的第二输入端42，第三分压电阻80的另一端82连接至接地端13。第四输入端32和第二输入端42可以连接在分压支路上的同一连接点。需要指出的是，第一连接点A与接地端13之间可以包括上述的第三分压电阻80，当然，还可以包括更多个分压电阻，根据需要进行适应性调整，均在本实施方式的保护范围内。
正常状态下，输出电压
Figure BDA0001873622140000081
输出电压VOUT过冲时，
Figure BDA0001873622140000082
可根据输出电压来调节第一参考电压和第二参考电压的大小，为了将过冲时电荷泵的输出电压降低至正常状态下电荷泵的输出电压，可从上述公式看出，适应性的调节第一参考电压VREF1和第二参考电压VREF2，降低第一参考电压VREF1。
在一种实施方式中，第一比较器40用于当第一分压VA小于第一参考电压VREF时，输出低电平。开关晶体管50用于根据低电平控制开关晶体管50关闭。
如图1所示，电荷泵的电路装置在启动时，第一参考电压VREF1大于第一分压VA，第一比较器40输出低电平，开关晶体管50接收低电平，从而关闭，电荷泵的电路装置正常启动，输出电压VOUT不断升高。随着输出电压VOUT不断升高，第二分压VB和第一分压VA也不断升高，当第二分压VB升高至第二参考电压VREF2附近时，电荷泵的电路装置正常工作，输出电压VOUT保持稳定。由于第二分压VB大于第一分压VA，此时，第二分压VB小于第二参考电压VREF2，第一比较器40比较第一分压VA和第一参考电压VREF1，当第一分压VA小于第一参考电压VREF1时，输出低电平，根据低电平控制开关晶体管50关闭。因此，输出电压过冲保护电路400不影响电荷泵的电路装置在正常状态下的工作。
在一种实施方式中，如图2和图3所示，电荷泵10包括振荡器120和电荷泵核心电路110。振荡器120的输入端形成电荷泵10的输入端11，电荷泵核心电路110的输出端形成电荷泵10的输出端12。
实施例二
本发明还提供了一种半导体存储器，包括上述任一项所述的电荷泵的电路装置。
实施例三
在另一种具体实施方式中，提供了一种电荷泵的输出电压过冲保护方法，应用于如实施例一任一项所述的电路装置，如图4所示，所述方法包括：
步骤S10：当电荷泵的输出电压过冲导致第一分压大于第一参考电压时，输出高电平，第一分压是分压支路上两个分压电阻之间的第一连接点的电压；
步骤S20：根据所述高电平控制开关晶体管打开，降低输出电压。
在一种实施方式中，还包括：
当第二分压小于或等于第二参考电压时，输出升压信号，第二分压是分压支路上的第二连接点的电压，第二连接点与第一连接点之间设置有至少一个分压电阻，或者第二连接点与所述第一连接点是同一连接点；
根据所述升压信号升高电荷泵的输出电压。
在一种实施方式中，还包括：
当第一分压小于所述第一参考电压时，输出低电平；
根据低电平控制开关晶体管关闭。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电荷泵的电路装置，所述电路装置包括电荷泵和由至少两个分压电阻串联构成的分压支路，其特征在于，还包括输出电压过冲保护电路，所述输出电压过冲保护电路包括第一比较器和开关晶体管；
所述第一比较器包括第一输入端、第二输入端以及第一输出端，所述第一输入端用于接收第一参考电压，所述第二输入端连接至所述分压支路上的第一连接点，所述第一连接点位于两个所述分压电阻之间，所述第二输入端用于接收第一分压，所述第一输出端连接至所述开关晶体管的栅极；
所述开关晶体管包括所述栅极、漏极源极，所述漏极连接到所述输出电压，所述源极接地；
所述第一比较器用于当输出电压过冲导致所述第一分压大于所述第一参考电压时，输出高电平；
所述开关晶体管用于根据所述高电平控制所述开关晶体管接通，降低所述输出电压。
2.如权利要求1所述的电路装置，其特征在于，还包括第二比较器，所述第二比较器包括第三输入端、第四输入端以及第二输出端，所述第三输入端用于接收第二参考电压，所述第四输入端用于接收第二分压，所述第二输出端连接至所述电荷泵的输入端，所述电荷泵的输出端连接至被供电装置；
所述第二比较器用于当所述第二分压小于或等于所述第二参考电压时，输出升压信号，所述电荷泵用于根据所述升压信号升高所述输出电压。
3.如权利要求2所述的电路装置，其特征在于，所述第四输入端连接至所述分压支路上的第二连接点，所述第二连接点与所述第一连接点之间设置有至少一个所述分压电阻，所述第二分压大于所述第一分压。
4.如权利要求2所述的电路装置，其特征在于，所述第四输入端连接至所述分压支路上的第一连接点，所述第二分压等于所述第一分压。
5.如权利要求1所述的电路装置，其特征在于，所述第一比较器用于当所述第一分压小于所述第一参考电压时，输出低电平；
所述开关晶体管用于根据所述低电平控制所述开关晶体管关闭。
6.如权利要求1至5任一项所述的电路装置，其特征在于，还包括负载电容和负载电阻，所述负载电容的一端和所述负载电阻的一端均连接至所述电荷泵的输出端，所述负载电容的另一端和所述负载电阻的另一端均接地。
7.一种半导体存储器，包括如权利要求1至6任一项的电路装置。
8.一种电荷泵的输出电压过冲保护方法，其特征在于，所述方法包括：
当电荷泵的输出电压过冲导致第一分压大于第一参考电压时，输出高电平，所述第一分压是分压支路上两个分压电阻之间的第一连接点的电压；
根据所述高电平控制开关晶体管打开，对所述电荷泵的输出端进行放电，降低所述输出电压。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
当第二分压小于或等于第二参考电压时，输出升压信号，所述第二分压是所述分压支路上的第二连接点的电压，所述第二连接点与所述第一连接点之间设置有至少一个所述分压电阻，或者所述第二连接点与所述第一连接点是同一连接点；
根据所述升压信号升高所述电荷泵的输出电压。
10.如权利要求8-9任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
当所述第一分压小于所述第一参考电压时，输出低电平；
根据所述低电平控制所述开关晶体管关闭。
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