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TWI667655B - 用於資料程式化操作的電源供應器及其電源供應方法 - Google Patents

用於資料程式化操作的電源供應器及其電源供應方法 Download PDF

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TWI667655B
TWI667655B TW106130251A TW106130251A TWI667655B TW I667655 B TWI667655 B TW I667655B TW 106130251 A TW106130251 A TW 106130251A TW 106130251 A TW106130251 A TW 106130251A TW I667655 B TWI667655 B TW I667655B
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歐倫 麥克
金大鉉
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華邦電子股份有限公司
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Abstract

用於資料程式化操作的電源供應器及其電源供應方法。電源供應器包括多數個電荷泵電路。電荷泵電路共同產生用於程式化寫入資料至記憶體裝置中的輸出電壓。其中，依據寫入資料中被程式化的位元數以判定電荷泵電路中被致能的數量，並藉以產生輸出電壓。

Description

用於資料程式化操作的電源供應器及其電源供應方法
本發明是有關於一種電源供應器與其電源供應方法，且特別是有關於依據需要被程式化的位元數以提供用於資料程式化操作的輸出電壓的電源供應器。
在非揮發性記憶體中，於執行資料程式化操作期間，透過致能電荷泵電路以提供輸出電壓。在習知的技術中，無論需要程式化多少個記憶體中的位元，在資料程式化的操作期間，電荷泵電路會完全被啟動。也就是說，當每次致能電荷泵電路時，電荷泵電路將會消耗最大量的電流值，進而導致泵升電源的使用效率不佳。
本發明提供一種用於資料程式化操作的電源供應器以及用於提升功率效率（power efficiency）的電源供應方法。
本發明提供的電源供應器包括多數個電荷泵電路。電荷泵電路共同產生用於程式化寫入資料至記憶體裝置的輸出電壓。其中，電荷泵電路中被致能的數量是依據寫入資料中被程式化的位元數來決定，並用以產生輸出電壓。
本發明提供一種用於資料程式化操作的電源供應方法包括：提供多數個電荷泵電路以共同產生用於程式化寫入資料至記憶體裝置的輸出電壓；接收具有多數個位元的寫入資料；以及依據寫入資料中被程式化的位元數來判定電荷泵電路中被致能的數量，並藉以產生輸出電壓。
基於上述，本發明依據寫入資料中被程式化的位元數以判斷電荷泵電路中被致能的數量。亦即，依據被程式化的位元數，使電荷泵電路中被致能的的數量可以被動態調整，且功率消耗效能也可以據以被改善。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
請參照圖1，圖1繪示本發明一實施例的用於資料程式化操作的電源供應器的示意圖。電源供應器100包括多數個電荷泵電路110-1N0。電荷泵電路110-1N0的輸出端共同耦接至電源供應器100的輸出端OT。電荷泵電路110-1N0可以接收具有多數個位元的寫入資料WD。當在記憶體裝置上執行資料程式化操作時，電荷泵電路110-1N0中的一個或多個可以被致能以產生輸出電壓VOUT。輸出電壓VOUT被提供為資料程式化操作的工作電源。請注意，電荷泵電路110-1N0中被致能的數量是依據寫入資料WD中被程式化的位元數來決定的，並透過致能的電荷泵電路110-1N0來產生輸出電壓VOUT。
舉例來說，電荷泵電路110-1N0的數量可以等於寫入資料WD的位元數。而電荷泵電路110-1N0中被致能的數量可以等於寫入資料WD中被程式化的位元數。再者，若寫入資料WD具有八個位元，且四個位元是被程式化的位元（例如為邏輯”0”），則電荷泵電路110-1N0中的四個會被致能以產生輸出電壓VOUT。
在另一個範例中，電荷泵電路110-1N0的數量可以不等於寫入資料WD的位元數。電荷泵電路110-1N0的數量可以等於4個，且寫入資料WD的位元數可以等於8個。在此情況下，若寫入資料WD中僅一個或兩個位元是被程式化的位元，則電荷泵電路110-1N0中可以只有一個被致能以產生輸出電壓VOUT。若寫入資料WD中有三個或四個位元是被程式化的位元，則電荷泵電路110-1N0中可以有兩個被致能以產生輸出電壓VOUT。若寫入資料WD中有五個或六個位元是被程式化的位元，則電荷泵電路110-1N0中可以有三個被致能以產生輸出電壓VOUT。且若寫入資料WD中有七個或八個位元是被程式化的位元，則全部的電荷泵電路110-1N0都被致能以產生輸出電壓VOUT。
另一方面，電荷泵電路110-1N0間的硬體架構是相同的，且在操作中，電荷泵電路110-1N0彼此間所輸出的電壓準位也是相同的。
寫入資料WD中的位元是否為被程式化的位元可以藉由寫入資料WD中的各位元的邏輯準位來進行判斷。若記憶體裝置中的記憶單元在執行抹除動作（erasing operation）之後儲存具有邏輯“1”的資料，則寫入資料WD中被程式化的位元的邏輯準位為邏輯“0”。相反地，若記憶體裝置的中記憶單元在執行抹除動作之後儲存具有邏輯“0”的資料，則寫入資料WD中被程式化的位元的邏輯準位為邏輯“1”。
請參照圖2，圖2繪示本發明另一實施例的用於資料程式化操作的電源供應器的示意圖。電源供應器200包括電荷泵電路210-2N0。電源供應器200依據寫入資料WD以提供用於資料程式化操作的輸出電壓VOUT。此外，寫入資料WD具有N個位元WD1-WDN。N個位元WD1-WDN分別傳送至電荷泵電路210-2N0。電荷泵電路210-2N0分別接收N個位元WD1-WDN且依據N個位元WD1-WDN以分別被致能或禁能。詳細來說，N個位元WD1-WDN中的每一被作為各電荷泵電路210-2N0的致能信號。舉例來說，電荷泵電路210接收寫入資料WD中的位元WD1。若寫入資料WD中的位元WD1是被程式化的位元，則電荷泵電路210被致能，並操作於電荷泵動作來產生輸出電壓VOUT。相反地，若寫入資料WD中的位元WD1不是被程式化的位元，則使電荷泵電路210被禁能。
由此可觀察出，寫入資料WD中的被程式化的位元數正比於電荷泵電路中被致能的數量。若被程式化的位元數增加，則輸出電壓VOUT可以具有較高的驅動能力。相反地，若被程式化的位元數減少，則輸出電壓VOUT具有較低的驅動能力，且可以降低電源供應器200的功率消耗。
本領域相關技術人員皆瞭解，電荷泵電路依據時脈信號且藉由泵升一基準電壓以產生泵升電壓。亦即，透過使電荷泵電路接收時脈信號與基準電壓，可使電荷泵電路被致能，並且，藉由使電荷泵電路停止接收時脈信號，則可以電荷泵電路被禁能。
請參照圖3，圖3繪示本發明再一實施例的電源供應器的示意圖。電源供應器300包括電荷泵電路310-3N0與比較器CMP1。電荷泵電路310-3N0分別接收多數個位元WD1-WDN且共同產生輸出電壓VOUT。輸出電壓VOUT被提供用以記憶體裝置（例如：快閃記憶體）的資料程式化操作。比較器CMP1耦接至電荷泵電路310-3N0，且接收輸出電壓VOUT與參考電壓VTH。比較器CMP比較輸出電壓VOUT與參考電壓VTH，並依據比較結果以產生致能信號EN。
當輸出電壓VOUT小於參考電壓VTH時，則致能信號EN被提供至電荷泵電路310-3N0，且依據寫入資料中對應的位元WD1-WDN，以使各個電荷泵電路310-3N0被致能或被禁能。相反地，當輸出電壓VOUT不小於參考電壓VTH時，則致能信號EN被提供至電荷泵電路310-3N0以禁能全部的電荷泵電路310-3N0。
請參照圖4，圖4繪示本發明更一實施例的電源供應器的示意圖。電源供應器400包括電荷泵電路410-4N0、分壓器401以及比較器CMP1。不同於電源供應器300，在電源供應器400中，分壓器401耦接於電荷泵電路410-4N0與比較器CMP1之間。分壓器401分壓輸出電壓VOUT以產生被分壓電壓dV。比較器CMP1接收被分壓電壓dV，並透過比較被分壓電壓dV與參考電壓VTH1來產生致能信號EN。當被分壓電壓dV不小於參考電壓VTH1時，致能信號EN用以禁能全部的電荷泵電路410-4N0。
在本實施例中，分壓器401包括電阻R1與電阻R2。電阻R1與電阻R2串聯耦接於電荷泵電路410-4N0與參考接地端GND之間。在圖4中，電阻R1透過第一端點以接收輸出電壓VOUT，且透過第二端點耦接至電阻R2。電阻R2耦接於電阻R1的第二端點與參考接地端GND之間。電阻R1的第二端點提供被分壓電壓dV。
請參照圖5，圖5繪示本發明一實施例的電荷泵電路的示意圖。電荷泵電路500包括時脈閘控電路510、電荷泵單元鏈520以及開關530。時脈閘控電路510接收用於程式化的寫入資料中的一個位元WDA以及時脈信號CLK。時脈閘控電路510可以依據寫入資料中的位元WDA以判斷是否使時脈信號CLK被傳送至電荷泵單元鏈520。時脈閘控電路510可以是邏輯閘（例如：及閘）。而若寫入資料中的位元WDA是被程式化的位元，則時脈閘控電路510可使時脈信號CLK傳送至電荷泵單元鏈520，以使電荷泵單元鏈520進行電荷泵操作並產生輸出電壓VOUT。若寫入資料中的位元WDA不是被程式化的位元，則時脈閘控電路510關閉傳送時脈信號CLK，且電荷泵單元鏈520不執行電荷泵操作。
電荷泵單元鏈520包括多數個串聯耦接的電荷泵單元。電荷泵單元鏈520詳細的架構說明於圖6的實施例中。
請注意，電荷泵電路500更可以包括開關530，且開關530可以被配置於電荷泵單元鏈520的輸出端與用於提供輸出電壓VOUT的輸出端之間。開關530受控於寫入資料中的位元WDA。當寫入資料中的位元WDA不是被程式化的位元時，則開關530可以被斷開，且當寫入資料中的位元WDA是被程式化的位元時，則開關530可以被導通。
請參考圖6，圖6繪示本發明一實施例的電荷泵單元鏈的電路示意圖。電荷泵單元鏈520包括多數個耦接串聯的電荷泵單元521-52M。第一級的電荷泵單元521接收基準電壓VIN，且電荷泵單元521-52M接收時脈信號CLK與反向時脈信號CLKB，依據時脈信號CLK逐級地泵升基準電壓VIN以產生輸出電壓VOUT。若時脈信號CLK透過時脈閘控電路510而被遮蔽時，電荷泵電路500可被禁能。
以下以電荷泵單元521為例來說明。電荷泵單元521包括電晶體T1與電容C1。電晶體T1接收基準電壓VIN，且電晶體T1連接成二極體的型式（diode connection）。電晶體T1更耦接至電容C1。且電容C1的另一端則接收時脈信號CLK。在本實施例中，奇數級的電荷泵單元接收時脈信號CLK，偶數級的電荷泵單元接收反向時脈信號CLKB。反向時脈信號CLKB可透過使時脈信號CLK反向來產生。
上述的電荷泵單元鏈520僅是一範例，且本領域技術人員所熟知的任何電荷泵電路皆可以在本發明的電源供應器中實施。圖5以及圖6的實施例並不用以限制本發明的實施範疇。
請參照圖7，圖7繪示本發明一實施例的電源供應方法的流程圖。在步驟S710中，提供多數個電荷泵電路以共同產生用於程式化寫入資料至記憶體裝置的輸出電壓。在步驟S720中，接收具有多數個位元的寫入資料。在步驟S730中，依據寫入資料中被程式化的位元數以判定電荷泵電路中被致能的數量，以產生輸出電壓。
關於步驟S710-S730的實施細節在前述的多個實施例及實施方式都有詳盡的說明，以下恕不多贅述。
綜上所述，本發明是依據寫入資料中被程式化的位元數以判斷電荷泵電路中被致能的數量。亦即，用於程式化操作的輸出電壓的驅動能力可以依據被程式化的位元數來進行調整。也就是說，可以有效地優化在非揮發性記憶體中的程式化操作的電源效率。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100、200、300、400‧‧‧電源供應器
110-1N0、210-2N0、310-3N0、410-4N0‧‧‧電荷泵電路
WD‧‧‧寫入資料
OT‧‧‧輸出端
VOUT‧‧‧輸出電壓
WD1-WDN、WDA‧‧‧位元
VTH、VTH1‧‧‧參考電壓
EN‧‧‧致能信號
CMP1‧‧‧比較器
R1、R2‧‧‧電阻
dV‧‧‧被分壓電壓
GND‧‧‧參考接地端
CLK‧‧‧時脈信號
CLKB‧‧‧反向時脈信號
VIN‧‧‧基準電壓
T1‧‧‧電晶體
C1‧‧‧電容
401‧‧‧分壓器
500‧‧‧電荷泵電路
510‧‧‧時脈閘控電路
520‧‧‧電荷泵單元鏈
530‧‧‧開關
521-52M‧‧‧電荷泵單元
S710-S730‧‧‧電源供應方法的步驟
圖1繪示本發明一實施例的用於資料程式化操作的電源供應器的示意圖。 圖2繪示本發明另一實施例的用於資料程式化操作的電源供應器的示意圖。 圖3繪示本發明再一實施例的電源供應器的示意圖。 圖4繪示本發明更一實施例的電源供應器的示意圖。 圖5繪示本發明一實施例的電荷泵電路的示意圖。 圖6繪示本發明一實施例的電荷泵單元鏈的電路示意圖。 圖7繪示本發明一實施例的電源供應方法的流程圖。

Claims (14)

  1. 一種用於資料程式化操作的電源供應器，適用於記憶體裝置，包括：多數個電荷泵電路，共同產生用於程式化一寫入資料至記憶體裝置中的一輸出電壓，其中各該電荷泵電路包括：多數個串聯耦接的電荷泵單元；以及一開關，耦接在該些電荷泵單元的最後一級與該些電荷泵電路的輸出端之間，並受控於該寫入資料中對應的位元以導通或斷開，其中當該開關導通時，該輸出電壓被輸出至該些電荷泵電路的輸出端，且當該開關斷開時，該輸出電壓不被輸出至該些電荷泵電路的輸出端，其中，該些電荷泵電路中被致能的數量是依據該寫入資料中被程式化的位元數來判定，並用以產生該輸出電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的用於資料程式化操作的電源供應器，其中該些電荷泵電路的數量等於該寫入資料的位元數，且用於產生該輸出電壓的被致能的該些電荷泵電路的數量等於該寫入資料的被程式化位元數。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的用於資料程式化操作的電源供應器，其中該些電荷泵電路分別接收該寫入資料的多個位元，且依據該寫入資料中對應的被接收位元以使各該電荷泵電路被致能或被禁能。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的用於資料程式化操作的電源供應器，其中各該電荷泵電路更包括：一時脈閘控電路，接收該寫入資料中對應的被接收位元與一時脈信號，依據該寫入資料中對應的被接收位元以判斷是否將該時脈信號傳送至各該電荷泵電路中。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的用於資料程式化操作的電源供應器，其中各該電荷泵單元接收該時脈閘控電路的輸出信號。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的用於資料程式化操作的電源供應器，更包括：一比較器，接收該輸出電壓，比較該輸出電壓與一參考電壓以產生一致能信號，其中，若該輸出電壓不小於該參考電壓，則該致能信號用於禁能全部的該些電荷泵電路。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的用於資料程式化操作的電源供應器，更包括：一分壓器，耦接至該些電荷泵電路，接收與分壓該輸出電壓且產生一被分壓電壓；以及一比較器，接收該被分壓電壓，比較該被分壓電壓與一參考電壓以產生一致能信號，其中，若該被分壓電壓不小於該參考電壓，則該致能信號用於禁能全部的該些電荷泵電路。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的用於資料程式化操作的電源供應器，其中該分壓器包括：一第一電阻，耦接於該些電荷泵電路中的輸出端與一第一端點之間；以及一第二電阻，耦接於該第一端點與一參考接地端間，其中，該第一端點提供該被分壓電壓至該比較器。
  9. 一種用於資料程式化操作的電源供應方法，適用於記憶體裝置，包括：提供多數個電荷泵電路以共同產生用於程式化一寫入資料至記憶體裝置中的一輸出電壓，其中各該電荷泵電路包括多數個串聯耦接的電荷泵單元與一開關，該開關耦接在該些電荷泵單元的最後一級與該些電荷泵電路的輸出端之間；接收具有多數個位元的該寫入資料；以及依據該寫入資料中被程式化的位元數以判定該些電荷泵電路中被致能的數量以產生該輸出電壓，包括：根據該寫入資料中對應的各被接收位元，控制各該電荷泵電路的開關以導通或斷開各該電荷泵電路的輸出路徑，其中當該開關導通時，該輸出電壓被輸出至該些電荷泵電路的輸出端，且當該開關斷開時，該輸出電壓不被輸出至該些電荷泵電路的輸出端。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的電源供應方法，其中該些電荷泵電路的數量等於該寫入資料的位元數，且用於產生該輸出 電壓的被致能的該些電荷泵電路的數量等於該寫入資料中的被程式化位元數。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的電源供應方法，其中依據該寫入資料中被程式化的位元數以判定該些電荷泵電路被致能以產生該輸出電壓的數量的步驟包括：提供該些電荷泵電路以分別接收該寫入資料的多個位元；以及依據該寫入資料中對應的各被接收位元以禁能或致能各該電荷泵電路。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的電源供應方法，其中依據該寫入資料中對應的各被接收位元以禁能或致能各該電荷泵電路的步驟包括：提供一時脈閘控電路，用於依據該寫入資料中對應的被接收位元以判斷是否將一時脈信號傳送至各該電荷泵電路。
  13. 如申請專利範圍第10項所述的電源供應方法，更包括：比較該輸出電壓與一參考電壓以產生一致能信號；以及若該輸出電壓不小於該參考電壓，則禁能各該電荷泵電路。
  14. 如申請專利範圍第10項所述的電源供應方法，更包括：分壓該輸出電壓以產生一被分壓電壓；比較該被分壓電壓與一參考電壓以產生該致能信號；以及若該輸出電壓不小於該參考電壓，則禁能各該電荷泵電路。
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