專利名稱：用于集成電路的泵激電路及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及集成電路器件如集成電路存儲器件，特別涉及用于集成電路器件如集成電路存儲器件的泵激(pump)電路及方法。
背景技術：
集成電路器件如集成電路存儲器件廣泛用于消費者和商業(yè)應用。眾所周知，集成電路可以接收外部電源電壓，該電壓經常稱作VCC電壓或VCC，用于向其電路供電。另外，眾所周知，經常希望在集成電路內部產生一升壓(boosted)電壓，該電壓經常稱作VPP電壓或VPP，它高于外部電源電壓。內部電壓發(fā)生器經常稱作泵激電路或電荷泵電路，可以用來產生VPP電壓。
授予Yanagawa等人且題為“Semiconductor Device Having VoltageGeneration Circuit(具有電壓發(fā)生電路的半導體器件)”的美國專利5,929,694描述一種在包括第一模式和第二模式的至少兩種不同模式之一下工作的半導體器件。該半導體器件，包括第一電壓發(fā)生電路，在第一模式和第二模式下工作，并且包括一個電源來提供第一電流量，從而產生預定電壓電平；以及第二電壓發(fā)生電路，僅在第二模式下工作，并且包括一個電源來提供大于第一電流量的第二電流量，從而產生預定電壓電平，其中，與第一模式相比，第一電壓發(fā)生電路在第二模式下增大第一電流量。參見Yanagawa等人專利的摘要。另外參見相應日本專利10-289574號。
授予Mimura且標題為“Internal Voltage Generator With Reduced PowerConsumption(低功耗的內部電壓發(fā)生器)”的美國專利5,920,226描述一種內部電壓發(fā)生器，其中，電荷泵電路對第一周期脈沖進行整流以產生內部電壓。電平檢測器提供用于檢測內部電壓是否達到期望電平。由控制器根據檢測信號對電荷泵電路進行控制，從而內部電壓可以達到期望電平。在電平檢測器的電流路徑中提供由第二周期脈沖開關切換的開關元件。在電荷泵電路的輸出端與預定電源端之間提供泄漏電流路徑，供用于比該流經前面電流路徑的電流更低的電流。參見Mimura摘要。
授予Tanzawa等人且標題為“Pump Circuit With ActiVe Mode andStand-By Mode Booster Circuits(帶工作模式和待機模式升壓電路的泵激電路)”的美國專利6,429,725描述一種待機模式電路，它在待機模式和工作(active)模式下啟動，并且升高電源電壓以產生一升壓電壓，并且從輸出端輸出。工作模式升壓電路在工作模式下啟動。在工作模式升壓電路中，首先，響應從復位信號發(fā)生電路提供的復位信號導通一個NMOS晶體管，然后通過該NMOS晶體管將電容器的連接節(jié)點復位到電源電壓。然后，啟動升壓操作，以從輸出端輸出升高(booster)電壓。參見Tanzawa等人專利的摘要。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一些實施例提供用于集成電路的升壓電壓發(fā)生器及方法，它們配置為響應檢測到初始電壓下降而將初始升壓電壓升高到第一升壓電壓。然后，響應一個脈沖將第一升壓電壓升高到第二升壓電壓。然后，響應振蕩信號對第二升壓電壓反復升壓以接近初始升壓電壓。因此，可以產生穩(wěn)定的升壓電壓。
本發(fā)明的其他實施例提供用于為集成電路產生一升壓電壓的電路及方法，它們產生第一振蕩信號、響應工作泵激信號產生第二振蕩信號，響應第一和第二振蕩信號產生高電壓泵激信號，響應高電壓泵激信號產生第一升壓電壓，響應工作泵激信號產生第二升壓電壓，并且組合第一和第二升壓電壓。在一些實施例中，還響應工作泵激信號產生一個脈沖，并且還響應該脈沖產生第一升壓電壓。
本發(fā)明的其他實施例提供用于集成電路的泵激電路及方法，包括待機模式電壓檢測器，配置為在待機模式下檢測高電壓以產生待機模式電壓信號。工作模式電壓檢測器配置為在工作模式下檢測高電壓，以產生工作模式電壓信號。工作泵激信號發(fā)生器配置為響應工作模式電壓信號和工作模式信號產生工作泵激信號。第一振蕩器響應待機模式電壓信號而啟動。第二振蕩器響應工作泵激信號而啟動(enable)。高電壓泵激信號發(fā)生器配置為接收第一振蕩器的輸出和第二振蕩器的輸出，并且響應工作模式信號產生高電壓泵激信號。高電壓脈沖信號發(fā)生器配置為響應工作泵激信號產生高電壓脈沖信號。第一泵激器(pump)配置為響應高電壓泵激信號和高電壓脈沖信號產生高電壓。第二泵激器配置為響應工作泵激信號產生高電壓。在一些實施例中，第一振蕩器響應待機模式電壓信號而啟動，并且第二振蕩器響應工作泵激信號而啟動。


圖1是根據本發(fā)明實施例的泵激電路的方框圖；圖2是圖1所示的泵激電路的電路圖；以及圖3是根據本發(fā)明實施例產生的泵激電壓的波形。
具體實施例方式
下面參照附圖對本發(fā)明進行更全面的描述，其中，示出本發(fā)明的多個實施例。然而，本發(fā)明不應被解釋為受限于在此所述的實施例。相反，提供這些實施例是為了使本公開內容更徹底和全面并且向本領域的技術人員全面了解本發(fā)明的范圍。遍及各附圖相同的標號表示相同的單元。在此所述的各個實施例還包括其互補導電性類型的實施例。
圖1是根據本發(fā)明實施例的泵激電路100的方框圖。參照圖1，泵激電路100包括待機模式電壓檢測器110、工作模式電壓檢測器120、第一振蕩器130、第二振蕩器140、工作泵激信號發(fā)生器150、VPP泵激信號發(fā)生器160、VPP脈沖信號發(fā)生器170、第一泵激器180和第二泵激器190。
待機模式電壓檢測器110在待機模式下檢測VPP電壓，以產生待機模式電壓信號STDMV，并且工作模式電壓檢測器120在工作模式下檢測VPP電壓，以產生工作模式電壓信號ACTMV。第一振蕩器130響應待機模式電壓信號STDMV而啟動，并且第二振蕩器140響應工作泵激信號發(fā)生器150的輸出而啟動。工作泵激信號發(fā)生器150響應工作模式電壓信號ACTMV和工作模式信號ACT產生工作泵激信號ACT_PUMP。VPP泵激信號發(fā)生器160接收第一和第二振蕩器130和140的輸出，以向應工作模式信號ACT和反相工作模式信號ACTB產生VPP泵激信號VPPOSC。VPP脈沖信號發(fā)生器170響應工作模式信號ACT和工作泵激信號ACT_PUMP產生VPP脈沖信號VPP_PULSE。第一泵激器180響應VPP脈沖信號VPP_PULSE而開始產生VPP電壓，并且響應VPP泵激信號VPPOSC執(zhí)行電荷泵激操作，以產生VPP電壓。第二泵激器190響應工作泵激信號ACT_PUMP執(zhí)行電荷泵激操作，以產生VPP電壓。
圖2是圖1所示的泵激電路的電路圖。參照圖2，待機模式電壓檢測器110，用于在待機模式下檢測VPP電壓，以產生待機模式電壓信號STDMV，包括第一分壓器210、第二分壓器213和第一比較器216。第一分壓器210將VCC電壓分壓為第一電壓電平，并且包括串聯在VCC電壓與地電壓之間的按二極管連接的第一和第二PMOS晶體管211和212。第二分壓器213將VPP電壓分壓為第二電壓電平，并且包括串聯在VPP電壓與地電壓之間的按二極管連接的第三和第四PMOS晶體管214和215。第一比較器216比較第一分壓器210的輸出與第二分壓器213的輸出，以產生待機模式電壓信號STDMV。
在一些實施例中，第一分壓器210具有與第二分壓器213相同的輸出電壓電平。因此，如果VPP電壓低，則第二分壓器213的輸出變得比第一分壓器210的輸出低，并且第一比較器216的輸出，即待機模式電壓信號STDMV變?yōu)檫壿嫺唠娖?，從而啟動第一振蕩?30。第一振蕩器130的輸出提供給后面將要描述的VPP泵激信號發(fā)生器160，從而產生VPP電壓。如果VPP電壓高，則第二分壓器213的輸出變得比第一分壓器210的輸出高，并且待機模式電壓信號STDMV變?yōu)檫壿嫷碗娖?，從而禁止第一振蕩?30。
工作模式電壓檢測器120用于在工作模式下檢測VPP電壓，以產生工作模式電壓信號ACTMV，其包括第三分壓器220、第四分壓器230和第二比較器227。第三分壓器220將VCC電壓分壓為兩個相等電壓，并且包括串聯在VCC電壓與地電壓之間的按二極管連接的第五和第六PMOS晶體管221和222。第四分壓器230包括串聯在VPP電壓與地電壓之間的第七到第九PMOS晶體管223、224和225以及第一NMOS晶體管226。第七PMOS晶體管223的柵極接收反相工作模式信號ACTB，并且第一NMOS晶體管226的柵極接收工作模式信號ACT。第八和第九PMOS晶體管224和225是按二極管連接的。
第二比較器227比較第三分壓器220的輸出(第三電壓電平)與第四分壓器230的輸出(第四電壓電平)。在待機模式下，工作模式信號ACT和反相工作模式信號ACTB分別為邏輯低電平和邏輯高電平，從而第四分壓器230的輸出置于高阻抗。而在工作模式下，工作模式信號ACT和反相工作模式信號ACTB分別為邏輯高電平和邏輯低電平，從而第四分壓器230將VPP電壓分壓為第四電壓電平。如果第四分壓器230的輸出低于第三分壓器220的輸出，則第二比較器227輸出邏輯高電平的工作模式電壓信號ACTMV。邏輯高電平的工作模式電壓信號ACTMV啟動第二振蕩器140和第二泵激器190，并且通過VPP脈沖信號發(fā)生器170輸出為VPP脈沖信號VPP_PULSE。如果第四分壓器230的輸出高于第三分壓器220的輸出，則第二比較器227輸出邏輯低電平的工作模式電壓信號ACTMV，從而禁止第二振蕩器140、第二泵激器190和VPP脈沖信號發(fā)生器170。
第一振蕩器130配置有包括多個反相器231到235的反相器鏈，并且在一些實施例中具有約60ns的振蕩周期。第一反相器231響應待機模式電壓信號STDMV或者當第一反相器231的輸出置于邏輯高電平時啟動。如果第一反相器231啟動，則啟動第一振蕩器130。如果第一反相器的輸出置于邏輯高電平，則禁止第一振蕩器130。
第二振蕩器140配置有包括多個反相器241到243的反相器鏈，并且在一些實施例中具有約40ns的振蕩周期。第一反相器241響應工作泵激信號ACT_PUMP或者當第一反相器241的輸出置于邏輯高電平時啟動。如果第一反相器241啟動，則啟動第二振蕩器140。如果第一反相器241的輸出置于邏輯高電平，則禁止第二振蕩器140。
工作泵激信號發(fā)生器150，包括與非門252，接收工作模式電壓信號ACTMV和工作模式信號ACT；以及反相器254，用于將與非門252的輸出反相。在工作模式下，工作泵激信號發(fā)生器150響應當工作模式信號ACT為邏輯高電平時接收的工作模式電壓信號ACTMV，產生工作泵激信號ACT_PUMP。由于工作模式信號ACT在待機模式下為邏輯低電平，因此產生邏輯低電平的工作模式泵激信號ACT_PUMP，從而禁止第二振蕩器140和第二泵激器190。此外，VPP脈沖信號發(fā)生器170產生低電平的VPP脈沖信號VPP_PULSE。
VPP泵激信號發(fā)生器160，包括第一與非門271，接收第一振蕩器130的輸出和反相工作模式信號ACTB；第二與非門272，接收第二振蕩器140的輸出和工作模式信號ACT；以及第三與非門273，接收第一和第二與非門271和272的輸出，并且輸出VPP泵激信號VPPOSC。在待機模式下，VPP泵激信號發(fā)生器160響應當反相工作模式信號ACTB為邏輯高電平時接收的第一振蕩器130的輸出，產生VPP泵激信號VPPOSC。第一泵激器180響應VPP泵激信號VPPOSC執(zhí)行電荷泵激操作，以產生VPP電壓。
VPP脈沖信號發(fā)生器170，包括第一到第五反相器261到265，相互串聯以接收工作泵激信號ACT_PUMP；第一與非門266，接收第五反相器265的輸出和工作泵激信號ACT_PUMP；以及第二與非門267，接收第一與非門266的輸出和工作模式信號ACT，并且輸出VPP脈沖信號VPP_PULSE。在工作模式下，VPP脈沖信號發(fā)生器170響應工作泵激信號ACT_PUMP以高電平脈沖形式產生VPP脈沖信號VPP_PULSE。邏輯高電平的VPP脈沖信號VPP_PULSE提供給第一泵激器180，并且在設置VPP泵激信號發(fā)生器160的輸出之前讓第一泵激器180產生VPP電壓。
第一和第二泵激器180和190可以使用執(zhí)行電荷泵激操作以將VPP電壓升高到預定電壓電平的傳統(tǒng)電路來實施。因此，它們不需要在此作詳細描述。
圖3是可以根據本發(fā)明實施例，例如使用圖1和2的實施例產生的VPP電壓的波形圖。參照圖3，在工作模式下降低的VPP電壓電平如(a)所示通過響應工作泵激信號ACT_PUMP而驅動的第二泵激器190來提高。然后，如(b)所示，響應VPP脈沖信號VPP_PULSE驅動第一泵激器180，從而提高VPP電壓電平，并且如(c)所示通過響應VPP泵激信號VPPOSC而驅動的第一泵激器180來完全或幾乎完全補償VPP電壓。
因此，根據本發(fā)明一些實施例的升壓電路和/或方法通過在待機模式下啟動第一振蕩器130以根據60ns的振蕩周期執(zhí)行電荷泵激操作，產生VPP電壓。此外，VPP電壓發(fā)生電路100通過在工作模式下啟動第二振蕩器140以根據40ns的振蕩周期執(zhí)行電荷泵激操作，產生VPP電壓。而且，由于第一泵激器180響應VPP脈沖信號VPP_PULSE而在設置第二振蕩器140之前驅動，因此可以迅速提高降低的VPP電壓電平。從而，由于工作模式下的電荷泵激周期可以短于待機模式下的電荷泵激周期并且可以迅速提高VPP電壓電平，因此可以穩(wěn)定地產生VPP電壓。
因此，在一些實施例中，如圖3所示，響應檢測到初始升壓電壓的下降，初始升壓電壓在(a)升高到第一升壓電壓。然后，響應脈沖VPP_PULSE，第一升壓電壓在(b)升高到第二升壓電壓。最后，響應振蕩信號VPPOSC，第二升壓電壓在(c)反復升壓以接近初始升壓電壓。
如上所述，在本發(fā)明的一些實施例中，待機模式下的電荷泵激周期不同于工作模式下的電荷泵激周期。在一些實施例中，由于工作模式下的電荷泵激周期更小并且迅速提高VPP電壓電平，因此可以穩(wěn)定地產生VPP電壓。
在附圖和說明書中，公開了本發(fā)明的典型優(yōu)選實施例，并且雖然采用了特定術語，但是它們只是從一般性和描述性的角度使用，而不起限制作用，本發(fā)明的范圍由所附權利要求限定。
權利要求
1.一種用于集成電路的泵激電路，包括待機模式電壓檢測器，配置為在待機模式下檢測高電壓，以產生待機模式電壓信號；工作模式電壓檢測器，配置為在工作模式下檢測高電壓，以產生工作模式電壓信號；工作泵激信號發(fā)生器，配置為響應工作模式電壓信號和工作模式信號產生工作泵激信號；第一振蕩器，響應待機模式電壓信號而啟動；第二振蕩器，響應工作泵激信號而啟動；高電壓泵激信號發(fā)生器，配置為接收第一振蕩器的輸出和第二振蕩器的輸出，并且響應工作模式信號產生高電壓泵激信號；高電壓脈沖信號發(fā)生器，配置為響應工作泵激信號產生高電壓脈沖信號；第一泵，激器配置為響應高電壓泵激信號和高電壓脈沖信號產生高電壓；以及第二泵，激器配置為響應工作泵激信號產生高電壓。
2.如權利要求1所述的用于集成電路的泵激電路，其中，待機模式電壓檢測器，包括第一分壓器，配置為將電源電壓分壓為第一電壓電平；第二分壓器，配置為將高電壓分壓為第二電壓電平；以及比較器，配置為比較第一和第二電壓電平，以產生待機模式電壓信號。
3.如權利要求1所述的用于集成電路的泵激電路，其中，工作模式電壓檢測器，包括第三分壓器，配置為將電源電壓分壓為第三電壓電平；第四分壓器，配置為響應工作模式信號和反相工作模式信號，將高電壓分壓為第四電壓電平；以及比較器，配置為比較第三和第四電壓電平，以產生工作模式電壓信號。
4.如權利要求1所述的用于集成電路的泵激電路，其中，第一振蕩器響應待機模式電壓信號而啟動。
5.如權利要求1所述的用于集成電路的泵激電路，其中，第二振蕩器響應工作泵激信號而啟動。
6.如權利要求1所述的用于集成電路的泵激電路，其中，高電壓脈沖信號發(fā)生器，包括反相器鏈，包括相互串聯的個數為奇數的反相器，并且接收工作泵激信號；第一與非門，配置為接收反相器鏈的輸出和工作泵激信號；以及第二與非門，配置為接收工作模式信號和第一與非門的輸出，以產生高電壓脈沖信號。
7.如權利要求1所述的用于集成電路的泵激電路，其中，第二振蕩器的振蕩周期短于第一振蕩器的振蕩周期。
8.一種用于為集成電路產生一升壓電壓的方法，所述方法包括在待機模式下檢測高電壓，以產生待機模式電壓信號；在工作模式下檢測高電壓，以產生工作模式電壓信號；響應工作模式電壓信號和工作模式信號產生工作泵激信號；響應待機模式電壓信號產生第一振蕩信號，第一振蕩信號具有第一振蕩周期；響應工作泵激信號產生第二振蕩信號，第二振蕩信號具有第二振蕩周期；響應第一和第二振蕩信號產生高電壓泵激信號；響應工作泵激信號產生高電壓脈沖；以及響應高電壓泵激信號、高電壓脈沖和工作泵激信號執(zhí)行電荷泵激操作，以產生高電壓。
9.如權利要求8所述的方法，其中，第二振蕩信號的第二振蕩周期短于第一振蕩信號的第一振蕩周期。
10.一種用于集成電路的泵激電路，包括第一振蕩器；第二振蕩器，響應工作泵激信號；泵激信號發(fā)生器，響應第一和第二振蕩器；第一泵激器，響應泵激信號發(fā)生器；以及第二泵激器，響應工作泵激信號，其中，組合第一和第二泵激器的輸出，以為集成電路提供升壓電壓。
11.如權利要求10所述的泵激電路，還包括脈沖發(fā)生器，配置為響應工作泵激信號產生脈沖，其中，第一泵激器還響應所述脈沖。
12.一種用于為集成電路產生一升壓電壓的方法，包括產生第一振蕩信號；響應工作泵激信號產生第二振蕩信號；響應第一和第二振蕩信號產生高電壓泵激信號；響應高電壓泵激信號產生第一升壓電壓；響應工作泵激信號產生第二升壓電壓；以及組合第一和第二升壓電壓。
13.如權利要求12所述的方法，還包括響應工作泵激信號產生脈沖，其中，還響應所述脈沖產生第一升壓電壓。
14.一種用于集成電路的升壓電壓發(fā)生器，包括第一電路，配置為響應檢測到初始升壓電壓的下降，將初始升壓電壓升高到第一升壓電壓；第二電路，配置為響應一個脈沖，將第一升壓電壓升高到第二升壓電壓；以及第三電路，配置為響應振蕩信號，將第二升壓電壓反復升壓，以接近初始升壓電壓。
15.如權利要求14所述的升壓電壓發(fā)生器，其中，第一電路響應集成電路從待機模式進入到工作模式。
16.一種用于為集成電路產生一升壓電壓的方法，包括響應檢測到初始升壓電壓的下降，將初始升壓電壓升高到第一升壓電壓；響應一個脈沖，將第一升壓電壓升高到第二升壓電壓；然后響應振蕩信號，將第二升壓電壓反復升壓，以接近初始升壓電壓。
17.如權利要求16所述的方法，其中，響應集成電路從待機模式進入到工作模式，執(zhí)行對初始升壓電壓的升壓。
全文摘要
用于集成電路的升壓電壓發(fā)生器及方法，響應檢測到初始升壓電壓的下降，將初始升壓電壓升高到第一升壓電壓。然后，響應一個脈沖，將第一升壓電壓升高到第二升壓電壓。然后，響應振蕩信號，將第二升壓電壓反復升壓，以接近初始升壓電壓。因此，可以產生穩(wěn)定的升壓電壓。
文檔編號H02M3/07GK1467748SQ03131028
公開日2004年1月14日 申請日期2003年5月14日 優(yōu)先權日2002年6月7日
發(fā)明者金炯東, 吳致成 申請人:三星電子株式會社