專利名稱：電荷泵系統(tǒng)及存儲器編程電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體的，本發(fā)明涉及一種電荷泵系統(tǒng)及存儲器編 程電路。
背景技術(shù)：
近年來，在半導(dǎo)體存儲器迅速發(fā)展的過程中，由于DRAM、EEPR0M、快閃存儲器等先 進存儲器具有高密度、低功耗和低價格的優(yōu)點，其已經(jīng)成為了計算機、移動通信終端中普遍 采用的存儲裝置。半導(dǎo)體存儲器中，電荷泵是提供高壓的電路模塊，存儲系統(tǒng)利用電荷泵輸出的高 電壓將數(shù)據(jù)寫進存儲器中。電荷泵的升壓原理通常是利用電容兩端電壓差不能瞬時變化的 特性，當電荷泵保持充、放電狀態(tài)時，電荷泵中電容兩端的電壓差將保持恒定，在這種情況 下，將所述電容周期性翻轉(zhuǎn)，即可以使得電容兩端的電壓持續(xù)的周期性升高。專利號為US5430674的美國專利提供了一種采用電荷泵對存儲陣列進行編程的 電荷泵系統(tǒng)，其示意圖如圖1所示，包括時鐘驅(qū)動單元101、電荷泵單元103、地址譯碼單元 105以及存儲陣列107 ；其中，時鐘驅(qū)動單元101用于向電荷泵單元103提供周期性翻轉(zhuǎn)的 時鐘驅(qū)動信號，以驅(qū)動電荷泵單元103提升電壓；地址譯碼單元105用于選擇存儲陣列107 中需要進行編程操作的存儲單元，在電荷泵單元103的電壓上升到目標電壓(如寫入電壓 或擦除電壓)時，地址譯碼單元105提供由電荷泵單元103至存儲陣列107中存儲單元的 電流通道，在電荷泵單元103輸出的編程電壓作用下，對存儲陣列107完成數(shù)據(jù)的寫入或擦 除，進而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的記錄功能?，F(xiàn)有技術(shù)的電荷泵系統(tǒng)中，電荷泵單元103通過單一的電荷泵對存儲陣列107進 行編程操作。在對存儲陣列107進行編程操作時，既有可能只需要對存儲陣列107中的個 別存儲單元進行操作，也有可能需要對一列存儲單元進行操作。因此，為了避免驅(qū)動能力不 足的情況出現(xiàn)，所述單一的電荷泵必須具備較大的器件尺寸以提高驅(qū)動能力。而對于電荷 泵而言，其器件尺寸增大必然會帶來較大的寄生電容，在電荷泵進行編程操作時，所述較大 的寄生電容會增加電荷泵電流的消耗，從而帶來不必要的功耗。與此同時，為了驅(qū)動具有較大器件尺寸的電荷泵，時鐘驅(qū)動單元101的驅(qū)動能力 必須相應(yīng)提高，所述時鐘驅(qū)動單元101驅(qū)動能力的提高也對應(yīng)于器件尺寸及寄生電容的增 加，而時鐘驅(qū)動單元101寄生電容的增加會引起電荷泵充電效率的降低，也會造成無效功 耗的增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種電荷泵系統(tǒng)及存儲器編程電路，降低存儲器編程電 路中寄生電容引起的無效功耗。為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種電荷泵系統(tǒng)，所述電荷泵系統(tǒng)用于向存儲陣 列提供編程電壓，包括電荷泵選擇單元、時鐘驅(qū)動單元、電荷泵單元，所述時鐘驅(qū)動單元與電荷泵單元均包含有多個子單元，其中電荷泵選擇單元基于數(shù)據(jù)信息確定需要進行編程的存儲單元數(shù)量，并向時鐘驅(qū)動 單元對應(yīng)的時鐘驅(qū)動子單元提供開啟信號；時鐘驅(qū)動單元的時鐘驅(qū)動子單元基于電荷泵選擇單元的開啟信號分別開啟，并向 電荷泵單元的對應(yīng)電荷泵子單元提供驅(qū)動信號； 電荷泵單元的電荷泵子單元基于驅(qū)動信號分別開啟并提升電壓。相應(yīng)的，本發(fā)明還提供了一種存儲器編程電路，包括電荷泵選擇單元、時鐘驅(qū)動 單元、電荷泵單元、地址譯碼單元以及存儲陣列，所述時鐘驅(qū)動單元與電荷泵單元均包含有 多個子單元，其中電荷泵選擇單元基于數(shù)據(jù)信息確定需要進行編程的存儲單元數(shù)量，并向時鐘驅(qū)動 單元對應(yīng)的時鐘驅(qū)動子單元提供開啟信號；時鐘驅(qū)動單元的時鐘驅(qū)動子單元基于電荷泵選擇單元的開啟信號分別開啟，并向 電荷泵單元的對應(yīng)電荷泵子單元提供驅(qū)動信號；電荷泵單元的電荷泵子單元基于驅(qū)動信號分別開啟并提升電壓，向地址譯碼單元 選中的存儲陣列提供編程電壓。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明電荷泵系統(tǒng)的電荷泵單元包括多 個電荷泵子單元，相應(yīng)的，時鐘驅(qū)動單元也包含有多個時鐘驅(qū)動子單元。當向存儲陣列提供 編程電壓時，所述電荷泵子單元及時鐘驅(qū)動子單元可以基于需要編程的存儲單元數(shù)量的不 同部分或全部開啟，所述部分開啟的電荷泵單元及時鐘驅(qū)動單元可以降低整個電荷泵系統(tǒng) 的寄生電容，從而減少了電荷泵系統(tǒng)中寄生電容的無效功耗。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)一種電荷泵系統(tǒng)的示意圖。圖2是本發(fā)明實施例的電荷泵系統(tǒng)應(yīng)用于存儲器編程電路的示意圖。圖3是本發(fā)明實施例電荷泵系統(tǒng)的電荷泵選擇單元的示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明 的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以 采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限 制。正如背景技術(shù)部分所述，現(xiàn)有技術(shù)的電荷泵系統(tǒng)中，電荷泵單元與時鐘驅(qū)動單元 具有較大的寄生電容，而所述電荷泵系統(tǒng)在給后續(xù)的存儲陣列提供編程電壓時，需要給電 荷泵單元與時鐘驅(qū)動單元的所有寄生電容充電，所述寄生電容的充電產(chǎn)生了不必要的功 耗，造成了電量的浪費。針對上述問題，本發(fā)明的發(fā)明人提供了一種電荷泵系統(tǒng)及存儲器編程電路，所述 電荷泵系統(tǒng)中的電荷泵單元包含有多個電荷泵子單元，當電荷泵單元為存儲陣列提供電壓 時，電荷泵系統(tǒng)可以基于需要編程的存儲單元數(shù)量選擇電荷泵單元中的一個電荷泵子單元或多個電荷泵子單元開啟，再對存儲陣列進行編程操作。對于本發(fā)明電荷泵系統(tǒng)中的電荷泵單元，其所有電荷泵子單元的驅(qū)動能力之和滿 足存儲陣列編程操作的電流需求即可，而其中每個電荷泵子單元的驅(qū)動能力可以相應(yīng)降 低，因此，所述每一電荷泵子單元的器件尺寸減小，寄生電容也相應(yīng)降低。相應(yīng)的，本發(fā)明電荷泵系統(tǒng)中的時鐘驅(qū)動單元具有與電荷泵單元對應(yīng)的結(jié)構(gòu)，依 據(jù)具體實施例的不同，所述時鐘驅(qū)動單元中的每一時鐘驅(qū)動子單元用于驅(qū)動電荷泵單元中 的一個或多個電荷泵子單元；優(yōu)選的，所述時鐘驅(qū)動單元的每一時鐘驅(qū)動子單元對電荷泵 子單元的驅(qū)動能力相等，每一時鐘驅(qū)動子單元只驅(qū)動對應(yīng)的一個電荷泵子單元，因此，所述 驅(qū)動能力減小的時鐘驅(qū)動子單元的器件尺寸和寄生電容都相應(yīng)降低。本發(fā)明電荷泵系統(tǒng)在為存儲陣列提供編程電壓時，電荷泵單元通常只有部分電荷 泵子單元處于開啟狀態(tài)，同時，時鐘驅(qū)動單元也只有對應(yīng)的部分時鐘驅(qū)動子單元開啟。與現(xiàn) 有技術(shù)的電荷泵系統(tǒng)相比，所述部分開啟的電荷泵單元與時鐘驅(qū)動單元的寄生電容相應(yīng)降 低，因此，本發(fā)明的電荷泵系統(tǒng)在對存儲陣列提供編程電壓時，通常只需要對部分寄生電容 進行充電，損耗在寄生電容上的無效功耗比現(xiàn)有技術(shù)的電荷泵系統(tǒng)顯著降低。圖2是本發(fā)明實施例電荷泵系統(tǒng)應(yīng)用于存儲器編程電路的示意圖。如圖2所示，本發(fā)明實施例的電荷泵系統(tǒng)包括電荷泵選擇單元201、時鐘驅(qū)動單 元203、電荷泵單元205，所述電荷泵系統(tǒng)用于向地址譯碼單元207以及存儲陣列209提供 編程電壓，所述時鐘驅(qū)動單元與電荷泵單元均包含有多個子單元，其中電荷泵選擇單元201根據(jù)數(shù)據(jù)信息確定需要進行編程的存儲單元數(shù)量，并向時鐘 驅(qū)動單元203對應(yīng)的時鐘驅(qū)動子單元提供開啟信號。時鐘驅(qū)動單元203的時鐘驅(qū)動子單元基于電荷泵選擇單元201的開啟信號分別開 啟，并向電荷泵單元205的對應(yīng)電荷泵子單元提供驅(qū)動信號。電荷泵單元205的多個電荷泵子單元基于時鐘驅(qū)動單元203提供的驅(qū)動信號分別 開啟并提升電壓，在經(jīng)過地址譯碼單元207的選擇后，電荷泵單元205向存儲陣列209提供 編程電壓。地址譯碼單元207用于選擇存儲陣列209中需要進行編程操作的存儲單元，并提 供由電荷泵單元205至存儲陣列209中需要進行編程操作的存儲單元的電流通道。在電荷泵單元205輸出的編程電壓作用下，存儲陣列209完成數(shù)據(jù)信息的寫入或 擦除，進而實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的記錄。依據(jù)具體實施例的不同，所述電荷泵單元205的每一電荷泵子單元的對存儲陣列 209中存儲單元的驅(qū)動能力滿足一個或多個存儲單元進行編程操作時的電壓需求，在優(yōu)選 的實施例中，所述電荷泵單元205的每一電荷泵子單元對存儲陣列209中存儲單元的驅(qū)動 能力相等。在具體實施例中，所述存儲陣列209可以為DRAM、EEPR0M、快閃存儲器。本發(fā)明實施例的電荷泵系統(tǒng)的工作原理為電荷泵選擇單元201接收數(shù)據(jù)信息，基于所接收數(shù)據(jù)信息的不同，確定需要進行 編程操作的存儲單元數(shù)量，并由所述需要進行編程操作的存儲單元數(shù)量確定電荷泵單元 205中需要開啟的電荷泵子單元數(shù)量，之后，電荷泵選擇單元201向時鐘驅(qū)動單元203的部 分或全部時鐘驅(qū)動子單元發(fā)送開啟信號。
在獲得開啟信號后，時鐘驅(qū)動單元203的部分或全部時鐘驅(qū)動子單元開啟，其中， 被開啟的時鐘驅(qū)動子單元向電荷泵單元205中的對應(yīng)電荷泵子單元提供驅(qū)動信號，所述驅(qū) 動信號控制電荷泵子單元中的存儲電容周期性翻轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)編程電壓的提升。當電荷泵單元205中電荷泵子單元的電壓提升至目標電壓后，經(jīng)由地址譯碼單元 207提供的由電荷泵單元205至存儲陣列209中需要進行編程操作的存儲單元的電流通道， 電荷泵單元205向所述存儲陣列209中需要進行編程操作的存儲單元輸出編程電壓，存儲 陣列209完成數(shù)據(jù)信息的寫入或擦除，進而實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的記錄。為了提高編程操作的穩(wěn)定性和可靠性，電荷泵單元205對存儲陣列的各個存儲單 元同時進行編程操作，因此，電荷泵單元205的各個電荷泵子單元的輸出合并后，再為存儲 陣列209提供編程電壓。在具體實施例中，電荷泵單元205的各個電荷泵子單元的輸出端 并聯(lián)連接后，再與地址譯碼單元207的輸入端相連。雖然時鐘驅(qū)動單元203的每一時鐘驅(qū)動子單元與電荷泵單元205中每一電荷泵子 單元的寄生電容與有用電容的比例仍與現(xiàn)有技術(shù)電荷泵系統(tǒng)相同，但由于現(xiàn)有技術(shù)電荷泵 系統(tǒng)需要對圖1中的電荷泵單元103及時鐘驅(qū)動單元101的所有寄生電容進行充電，而本 發(fā)明實施例的電荷泵系統(tǒng)只需要對時鐘驅(qū)動單元203與電荷泵單元205中每一被開啟的子 單元的寄生電容進行充電，而未開啟子單元的寄生電容不會被充電，因此，每次編程操作消 耗在寄生電容上的電量減小，整個電荷泵系統(tǒng)的功耗得以降低。電荷泵選擇單元201確定需要進行編程操作的存儲單元數(shù)量，例如，存儲陣列209 中存儲的數(shù)據(jù)為8位寬，相應(yīng)的，電荷泵選擇單元201輸入的數(shù)據(jù)信息也為8位寬在執(zhí)行寫‘1，操作時，如果所述數(shù)據(jù)信息為‘10101000，，所述存儲陣列209中的 3個存儲單元需要編程電壓，那么，所述電荷泵選擇單元201判定需要編程的存儲單元數(shù)量 為3個，則電荷泵選擇單元201選擇開啟時鐘驅(qū)動電路203的3個時鐘驅(qū)動子單元，進而使 得電荷泵單元205的3個電荷泵子單元提升電壓；在執(zhí)行寫‘0’操作時，如果所述數(shù)據(jù)信息為‘10101000’，所述存儲陣列209中的
5個存儲單元需要編程電壓，那么，所述電荷泵選擇單元201判定需要編程的存儲單元數(shù)量 為5個，則電荷泵選擇單元201選擇開啟時鐘驅(qū)動電路203的5個時鐘驅(qū)動子單元，進而使 得電荷泵單元205的5個電荷泵子單元提升電壓。在具體實施例中，所述電荷泵選擇單元201可以采用數(shù)模-模數(shù)轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)需要 編程的存儲單元數(shù)目的計算以及時鐘驅(qū)動單元203的開啟信號的產(chǎn)生。圖3是本發(fā)明實施例電荷泵系統(tǒng)的電荷泵選擇單元的示意圖。如圖3所示，所述電荷泵選擇單元包括數(shù)模轉(zhuǎn)換單元301、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元303以 及使能選擇單元305，其中，數(shù)模轉(zhuǎn)換單元301將輸入的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為模擬信號。模數(shù)轉(zhuǎn)換單元303將數(shù)模轉(zhuǎn)換單元301轉(zhuǎn)換的模擬信號再轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，所述 數(shù)字信號對應(yīng)于需要開啟的電荷泵數(shù)量。使能選擇單元305將模數(shù)轉(zhuǎn)換單元303輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為后續(xù)時鐘驅(qū)動單元 的開啟信號。所述電荷泵選擇單元的工作原理為數(shù)模轉(zhuǎn)換單元301將輸入的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為模擬信號，例如，所述模擬信號可以為電流信號。以數(shù)據(jù)信息為‘10101000’為例，數(shù)模轉(zhuǎn)換單元301將輸入的數(shù)據(jù)信息中每一 位數(shù)據(jù)分別通過一位的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為電流信號，其轉(zhuǎn)換規(guī)則為，對于‘ 1’，生成標準 電流，對于‘0’，不生成電流。那么對于‘10101000’，其中有3個‘1’，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換單元301 將其轉(zhuǎn)換成3個標準電流，所述3個標準電流相累加，再提供給模數(shù)轉(zhuǎn)化單元303。之后，模數(shù)轉(zhuǎn)換單元303將所述模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，如前所述，如果所述模 擬信號為電流信號，模數(shù)轉(zhuǎn)換單元303可以將所述累加后的3個標準電流通過電阻轉(zhuǎn)換為 電壓信號，再由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路完成所述電壓信號向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。在完成所述模數(shù)轉(zhuǎn)換 過程后，輸入信號中‘1’或‘0’的個數(shù)即可以確定為3個。最后，基于前述輸入信號中檢測到的‘1’的數(shù)量，使能選擇單元305選擇相應(yīng)數(shù)量 的時鐘驅(qū)動子單元開啟，在具體實施例中，所述使能選擇單元305可以通過多路選擇器實 現(xiàn)，即若模數(shù)轉(zhuǎn)換單元303計算得到需要編程的存儲單元數(shù)量為3，則所述存儲單元的數(shù)量 ‘3’被輸入到使能選擇單元305的輸入端，相應(yīng)的，所述，使能選擇單元305向時鐘驅(qū)動單元 的3個時鐘驅(qū)動子單元提供開啟信號。綜上所述，本發(fā)明電荷泵系統(tǒng)及存儲器編程電路的電荷泵單元包括多個電荷泵子 單元，相應(yīng)的，時鐘驅(qū)動單元也包含有多個時鐘驅(qū)動子單元。當向存儲陣列提供編程電壓 時，所述電荷泵單元及時鐘驅(qū)動單元可以基于需要編程的存儲單元數(shù)量的不同部分或全部 子單元開啟，所述部分開啟的電荷泵單元及時鐘驅(qū)動單元降低了整個電荷泵系統(tǒng)的寄生電 容，從而減少了電荷泵系統(tǒng)中因寄生電容產(chǎn)生的無效功耗。應(yīng)該理解，此處的例子和實施例僅是示例性的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不背離本 申請和所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，做出各種修改和更正。
權(quán)利要求
1.一種電荷泵系統(tǒng)，所述電荷泵系統(tǒng)用于向存儲陣列提供編程電壓，其特征在于，包 括電荷泵選擇單元、時鐘驅(qū)動單元、電荷泵單元，所述時鐘驅(qū)動單元與電荷泵單元均包含 有多個子單元，其中電荷泵選擇單元基于數(shù)據(jù)信息確定需要進行編程的存儲單元數(shù)量，并向時鐘驅(qū)動單元 對應(yīng)的時鐘驅(qū)動子單元提供開啟信號；時鐘驅(qū)動單元的時鐘驅(qū)動子單元基于電荷泵選擇單元的開啟信號分別開啟，并向電荷 泵單元的對應(yīng)電荷泵子單元提供驅(qū)動信號；電荷泵單元的電荷泵子單元基于驅(qū)動信號分別開啟并提升電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的電荷泵系統(tǒng)，其特征在于，所述時鐘驅(qū)動單元中的每一時鐘驅(qū) 動子單元用于驅(qū)動電荷泵單元中的一個或多個電荷泵子單元。
3.如權(quán)利要求2所述的電荷泵系統(tǒng)，其特征在于，所述時鐘驅(qū)動單元的每一時鐘驅(qū)動 子單元對電荷泵子單元的驅(qū)動能力相等。
4.如權(quán)利要求1所述的電荷泵系統(tǒng)，其特征在于，所述電荷泵單元的每一電荷泵子單 元對存儲陣列中的一個或多個存儲單元提供編程電壓。
5.如權(quán)利要求4所述的電荷泵系統(tǒng)，其特征在于，所述電荷泵單元的每一電荷泵子單 元對存儲陣列中存儲單元的驅(qū)動能力相等。
6.如權(quán)利要求1所述的電荷泵系統(tǒng)，其特征在于，所述電荷泵選擇單元包括數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為模擬信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，將數(shù)模轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換的模擬信號再轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，所述數(shù)字信號對 應(yīng)于需要開啟的電荷泵數(shù)量；使能選擇單元，將模數(shù)轉(zhuǎn)換單元輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為后續(xù)時鐘驅(qū)動單元的開啟信號。
7.如權(quán)利要求1所述的電荷泵系統(tǒng)，其特征在于，所述存儲陣列為DRAM、EEPROM或快 閃存儲器。
8.一種存儲器編程電路，其特征在于，包括電荷泵選擇單元、時鐘驅(qū)動單元、電荷泵 單元、地址譯碼單元以及存儲陣列，所述時鐘驅(qū)動單元與電荷泵單元均包含有多個子單元， 其中電荷泵選擇單元基于數(shù)據(jù)信息確定需要進行編程的存儲單元數(shù)量，并向時鐘驅(qū)動單元 對應(yīng)的時鐘驅(qū)動子單元提供開啟信號；時鐘驅(qū)動單元的時鐘驅(qū)動子單元基于電荷泵選擇單元的開啟信號分別開啟，并向電荷 泵單元的對應(yīng)電荷泵子單元提供驅(qū)動信號；電荷泵單元的電荷泵子單元基于驅(qū)動信號分別開啟并提升電壓，向地址譯碼單元選中 的存儲陣列中的存儲單元提供編程電壓。
9.如權(quán)利要求8所述的存儲器編程電路，其特征在于，所述電荷泵單元的各個電荷泵 子單元的輸出端并聯(lián)后，與地址譯碼單元的輸入端相連。
全文摘要
一種電荷泵系統(tǒng)及存儲器編程電路。所述存儲器編程電路包括電荷泵選擇單元、時鐘驅(qū)動單元、電荷泵單元、地址譯碼單元以及存儲陣列，所述時鐘驅(qū)動單元與電荷泵單元均包含有多個子單元，其中電荷泵選擇單元基于數(shù)據(jù)信息確定需要進行編程的存儲單元數(shù)量，并向時鐘驅(qū)動單元對應(yīng)的時鐘驅(qū)動子單元提供開啟信號；時鐘驅(qū)動單元的時鐘驅(qū)動子單元基于電荷泵選擇單元的開啟信號分別開啟，并向電荷泵單元的對應(yīng)電荷泵子單元提供驅(qū)動信號；電荷泵單元的電荷泵子單元基于驅(qū)動信號分別開啟并提升電壓，向地址譯碼單元選中的存儲陣列提供編程電壓。
文檔編號G11C16/12GK102148060SQ20101011119
公開日2011年8月10日 申請日期2010年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月10日
發(fā)明者楊光軍 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司