用于NVM存储器的电荷泵驱动电路、电荷泵链式系统

技术领域

本申请涉及非易失性存储器技术领域，例如涉及一种用于NVM存储器的电荷泵驱动电路、电荷泵链式系统。

背景技术

目前，在现代非易失存储器(NonVolatile Memory，NVM)芯片中，电荷泵经常需要为大电容充电或驱动大直流负载(后文称“驱动大负载”)，这虽然对电荷泵的驱动能力有很高要求，但因为NVM存储器芯片中通常设置有多组电荷泵，这些电荷泵不会同时驱动大负载。因此，在相关技术中，经常会通过开关系统，将电荷泵使用的电容和传输管做成可移动的，然后根据芯片的工作状态，把尽量多的电容和传输管给驱动大负载的电荷泵使用，这样，电荷泵拥有看更多的电容和传输管，就可以拥有更大的驱动能力。同时，通过转移电容和传输管，也可以转移驱动能力，这样，电荷泵系统也能够依靠驱动能力的转移，降低驱动能力开销，减少芯片面积。

在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：

驱动能力的转移依赖的开关系统设计复杂，因为开关管接电容会引入额外的电阻，而且在特定场景下，还会因为传输的电压原因导致开关导通不充分的情况，使得转移过来的电容效能降低。同时，使用开关时还会遇到衬底点位选择问题，在有负电压的通路上，还需要增加额外的隔离环、DNW(深N阱)等，会带来额外的开销。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

本公开实施例提供了一种用于NVM存储器的电荷泵驱动电路、电荷泵链式系统，能够在当前电源驱动能力不足时，拥有过剩驱动能力的电荷泵辅助供电，补足被需求的驱动能力。

在一些实施例中，所述用于NVM存储器的电荷泵驱动电路，包括第一电荷泵、第二电荷泵、辅助供电通路、控制电路和输出检测电路，其中：

所述输出检测电路的输入端与所述第一电荷泵的输出端相连接，用于采集第一电荷泵的输出电压，从而检测第一电荷泵是否发生供电能力不足；

所述输出检测电路的输出端与所述控制电路的输入端相连接，用于将检测结果发送至控制电路；

所述控制电路的输出端与所述辅助供电通路的输入端相连接，用于对所述对辅助供电通路的导通能力进行调整；

所述辅助供电通路的输出端分别与第一电荷泵的输出端和第二电荷泵的输出端相连接以形成链式结构，用于控制第二电荷泵对第一电荷泵进行辅助供电。

可选地，所述输出检测电路，包括分压电路、比较器和施密特触发电路，其中：

所述分压电路的输入端与第一高压电源相连接，以获取第一电荷泵的输出电压并进行分压，所述分压电路的输出端与所述比较器的输入端相连接，以将分压后得到的分压电压Vdet输入至所述比较器；

所述比较器用于将分压后得到的分压电压Vdet与可接受的最低电压Vtor进行比较，得到比较电压；

所述比较器的输出端与所述施密特触发电路的输入端相连接，以通过所述施密特触发电路对所述比较电压进行脉冲整形，从而根据整形后的比较电压检测第一电荷泵是否发生供电能力不足，得到所述检测结果；

所述施密特触发电路的输出端与所述控制电路相连接，用于将检测结果发送至所述控制电路。

可选地，所述控制电路，包括辅助供电控制逻辑电路、第一电平转换电路和第二电平转换电路，其中：

所述辅助供电控制逻辑电路的输入端与所述输出检测电路的施密特触发电路的输出端相连接；

所述第一电平转换电路的输入端与辅助供电控制逻辑电路的输出端相连接，以获取SWON信号并将SWON信号转换为电荷泵域的信号，所述第一电平转换电路的输出端与辅助供电通路相连接，以根据SWON信号控制辅助供电通路是否导通；

所述第二电平转换电路的输入端与辅助供电控制逻辑电路的输出端相连接，以获取TRIM信号并将TRIM信号转换为电荷泵域的信号，所述第一电平转换电路的输出端与辅助供电通路相连接，以根据TRIM信号和寄存器控制的挡位，对辅助供电通路的导通能力进行调整。

可选地，所述辅助供电通路，包括第一双极晶体管、第二双极晶体管、第三双极晶体管、第四双极晶体管和第五双极晶体管，其中：

所述第一双极晶体管与第一电荷泵的输出端相连接，用于确定所述辅助供电通路是否导通；

所述第四双极晶体管和第五双极晶体管串联后的两端，分别与所述第一双极晶体管和第二电荷泵的输出端相连接，用于对所述辅助供电通路的导通能力进行调整；

所述第二双极晶体管与第五双极晶体管并联设置，所述第三双极晶体管与第四双极晶体管并联设置，用于限制所述辅助供电通路的导通能力。

可选地，所述第一双极晶体管的基极与所述第一电平转换电路的输出端相连接，所述第一双极晶体管的集电极与第一高压电源的输出端相连接，所述第一双极晶体管的发射极通过第四双极晶体管和第五双极晶体管与第二高压电源的输出端相连接。

可选地，所述第四双极晶体管的基极与所述第二电平转换电路的输出端相连接，所述第四双极晶体管的集电极与第一双极晶体管的发射极相连接，所述第四双极晶体管的发射极与第五双极晶体管的集电极相连接；

所述第五双极晶体管的基极与所述第二电平转换电路的输出端相连接，所述第五双极晶体管的集电极与第四双极晶体管的发射极相连接，所述第五双极晶体管的发射极与所述第二电平转换电路的输出端相连接。

可选地，所述第二双极晶体管的基极与第二双极晶体管的集电极相连接，所述第二双极晶体管的发射极分别与第三双极晶体管的集电极、第四双极晶体管的发射极和第五双极晶体管的集电极相连接，所述第二双极晶体管的集电极通过第一双极晶体管与第一高压电源的输出端相连接。

可选地，所述第三双极晶体管的基极与第三双极晶体管的集电极相连接，所述第三双极晶体管的集电极分别与第二双极晶体管的发射极、第四双极晶体管的发射极和第五双极晶体管的集电极相连接，所述第三双极晶体管的发射极与第二高压电源的输出端相连接

在一些实施例中，所述电荷泵链式系统，包括至少两个如本申请所述的电荷泵驱动电路，至少两个电荷泵驱动电路中的每个电荷泵按照输出电压排序并通过辅助供电通路两两相连，形成上下游形式的链式结构。

本公开实施例提供的用于NVM存储器的电荷泵驱动电路、电荷泵链式系统，可以实现以下技术效果：

通过将NVM存储器芯片中的电荷泵的输出端通过开关管以链式结构相连接，使电源链中的任一成员输出的电流有一部分来自自身产生，也可以有一部分来自其他成员的辅助供电。这样，即使该成员自身的驱动能力不足，也可以在其他成员的帮助下实现驱动大负载，并增加了电荷泵的驱动能力转移的范围和自由度。

以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：

图1是本公开实施例提供的一个用于NVM存储器的电荷泵驱动电路的示意图；

图2是本公开实施例提供的一个电荷泵链式系统的示意图。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。

本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。

本公开实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。

术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。

术语“对应”可以指的是一种关联关系或绑定关系，A与B相对应指的是A与B之间是一种关联关系或绑定关系。

本公开实施例中，电荷泵(Charge Pump)，也称为开关电容式电压变换器，是一种利用“快速”或“泵送”电容(非电感或变压器)来储能的DC-DC变换器。电荷泵能使输入电压升高或降低，也可以用于产生负电压。其内部的场效应晶体管开关阵列以一定方式控制快速电容器的充电或放电，从而使输入电压以一定因数(比如0.5、2或3)倍增或降低，最终得到所需要的输出电压。

本公开实施例中，为读取、写入和擦除NVM存储器的每个存储单元，需要将不同的操作电压施加在存储单元的各个端口上。这些电压大多数都是超过NVM存储器电源电压VCC的，为不依赖外部高压输入，NVM存储器需要内建多个电荷泵产生所有需要的电压。

随着NVM存储器容量和速度的发展，这些电荷泵经常需要为大电容充电或驱动大直流负载，这些都对电荷泵的驱动能力产生很高要求。而驱动能力的提升，会导致电荷泵使用更多的电容和传输管，从而占用更多的芯片面积，推高芯片成本。

为此，本申请通过将NVM存储器中的所有电荷泵组合在一起，形成链式结构，使电源链中每个成员，都能为其下游电荷泵提供额外的驱动能力。反之，亦能得到上游电荷泵提供额外的驱动能力。

结合图1所示，本公开实施例提供一种用于NVM存储器的电荷泵驱动电路，形成拥有两个电荷泵的电荷泵链式系统，包括第一电荷泵、第二电荷泵、辅助供电通路、控制电路和输出检测电路，输出检测电路的输入端与第一电荷泵的输出端相连接，用于采集第一电荷泵的输出电压，从而检测第一电荷泵是否发生供电能力不足，输出检测电路的输出端与控制电路的输入端相连接，用于将检测结果发送至控制电路，控制电路的输出端与辅助供电通路的输入端相连接，用于对对辅助供电通路的导通能力进行调整，辅助供电通路的输出端分别与第一电荷泵的输出端和第二电荷泵的输出端相连接以形成链式结构，用于控制第二电荷泵对第一电荷泵进行辅助供电。

在本申请的实施例中，输出检测电路，包括分压电路、比较器和施密特触发电路，其中：

分压电路的输入端与第一高压电源相连接，以获取第一电荷泵的输出电压并进行分压，分压电路的输出端与比较器的输入端相连接，以将分压后得到的分压电压Vdet输入至比较器，比较器用于将分压后得到的分压电压Vdet与可接受的最低电压Vtor进行比较，得到比较电压，比较器的输出端与施密特触发电路的输入端相连接，以通过施密特触发电路对比较电压进行脉冲整形，从而根据整形后的比较电压检测第一电荷泵是否发生供电能力不足，得到检测结果，施密特触发电路的输出端与控制电路相连接，用于将检测结果发送至控制电路。

在本申请的实施例中，控制电路，包括辅助供电控制逻辑电路、第一电平转换电路和第二电平转换电路，其中：

辅助供电控制逻辑电路的输入端与输出检测电路的施密特触发电路的输出端相连接，用于根据输出检测电路的检测结果，通过SWON信号控制辅助供电通路是否导通，并通过TRIM信号和寄存器控制的挡位，对辅助供电通路的导通能力进行调整。

第一电平转换电路的输入端与辅助供电控制逻辑电路的输出端相连接，以获取SWON信号并将SWON信号转换为电荷泵域的信号，第一电平转换电路的输出端与辅助供电通路相连接，以根据SWON信号控制辅助供电通路是否导通。

第二电平转换电路的输入端与辅助供电控制逻辑电路的输出端相连接，以获取TRIM信号并将TRIM信号转换为电荷泵域的信号，第一电平转换电路的输出端与辅助供电通路相连接，以根据TRIM信号和寄存器控制的挡位，对辅助供电通路的导通能力进行调整。

这样，本申请能够实现自适应的驱动能力的转移以及按需自动转移，并且转移通路拥有可TRIM的限流和关闭功能，不需要根据芯片的工作状态进行额外控制，简化了操作逻辑。因此，可以简化高压电源的控制逻辑，在实际使用中，不必为功能的兼容和适配对电路进行调整，可以更加地灵活和简单。

在本申请的实施例中，辅助供电通路，包括第一双极晶体管M0、第二双极晶体管M1、第三双极晶体管M2、第四双极晶体管M3和第五双极晶体管M4，第一双极晶体管M0与第一电荷泵的输出端相连接，用于确定辅助供电通路是否导通，第四双极晶体管M3和第五双极晶体管M4串联后的两端，分别与第一双极晶体管M0和第二电荷泵的输出端相连接，用于对辅助供电通路的导通能力进行调整，第二双极晶体管M1与第五双极晶体管M4并联设置，第三双极晶体管M2与第四双极晶体管M3并联设置，用于限制辅助供电通路的导通能力。

具体而言，第一双极晶体管M0的基极与第一电平转换电路的输出端相连接，第一双极晶体管M0的集电极与第一高压电源的输出端相连接，第一双极晶体管M0的发射极通过第四双极晶体管M3和第五双极晶体管M4与第二高压电源的输出端相连接；

第二双极晶体管M1的基极与第二双极晶体管M1的集电极相连接，第二双极晶体管M1的发射极分别与第三双极晶体管M2的集电极、第四双极晶体管M3的发射极和第五双极晶体管M4的集电极相连接，第二双极晶体管M1的集电极通过第一双极晶体管M0与第一高压电源的输出端相连接；

第三双极晶体管M2的基极与第三双极晶体管M2的集电极相连接，第三双极晶体管M2的集电极分别与第二双极晶体管M1的发射极、第四双极晶体管M3的发射极和第五双极晶体管M4的集电极相连接，第三双极晶体管M2的发射极与第二高压电源的输出端相连接；

第四双极晶体管M3的基极与第二电平转换电路的输出端相连接，第四双极晶体管M3的集电极与第一双极晶体管M0的发射极相连接，第四双极晶体管M3的发射极与第五双极晶体管M4的集电极相连接；

第五双极晶体管M4的基极与第二电平转换电路的输出端相连接，第五双极晶体管M4的集电极与第四双极晶体管M3的发射极相连接，第五双极晶体管M4的发射极与第二电平转换电路的输出端相连接。

在第二电荷泵的电压大于等于第一电荷泵的电压的情况下，允许第一电荷泵在驱动能力不足时得到第二电荷泵的供电，使得第一电荷泵的供电能力可以适当缩小，以此减少电荷泵模块在NVM存储器芯片中的面积。

这样，在当前输出检测电路发现当前电源驱动能力不足时，由输出检测电路负责打开辅助供电通路，由位于当前输出检测电路上游的拥有过剩驱动能力的电荷泵辅助供电，补足被需求的驱动能力。

采用本公开实施例提供的用于NVM存储器的电荷泵驱动电路，通过将NVM存储器芯片中的电荷泵的输出端通过开关管以链式结构相连接，使电源链中的任一成员输出的电流有一部分来自自身产生，也可以有一部分来自其他成员的辅助供电。这样，即使该成员自身的驱动能力不足，也可以在其他成员的帮助下实现驱动大负载，并增加了电荷泵的驱动能力转移的范围和自由度。

为应对链式结构更复杂的工作场景，结合图2所示，本公开实施例提供一种电荷泵链式系统，包括至少两个如本申请所述的电荷泵驱动电路，至少两个电荷泵驱动电路中的每个电荷泵按照输出电压排序并通过辅助供电通路两两相连，形成上下游形式的链式结构。

这样，位于最下游的第一电荷泵的驱动能力可以削减，因为第一电荷泵可以得到来自位于其上游的第二电荷泵的额外驱动能力。第二电荷泵不必提供第一电荷泵缺少的所有驱动能力，因为第二电荷泵可以得到来自其上游的第三电荷泵的额外驱动能力，以此类推至位于最上游的第n电荷泵。

在本申请的实施例中，为防止某下游电源输出过多电流而导致上游电荷泵的输出电压也被一起严重影响(拉低)，每个控制电路的辅助供电控制逻辑电路均设置有工作状态输入端AB_i和工作状态输出端AB_o，位于上游的辅助供电控制逻辑电路的工作状态输出端AB_o与位于下游的辅助供电控制逻辑电路的工作状态输入端AB_i相连接，从而使得每个控制电路都能够接收其上游的电荷泵的工作状态，同时也能够向其下游的电荷泵输出自身的工作状态，每个电荷泵驱动电路的控制电路会根据工作状态输入端AB_i的状态判断其上游电荷泵是否还有剩余的驱动能力，同时，在工作状态输入端AB_i和工作状态输出端AB_o之间也可以添加更多更复杂的逻辑以应对不同的定制化使用场景。

采用本公开实施例提供的电荷泵链式系统，通过将NVM存储器中的所有电荷泵组合在一起形成链式结构，可以实现对电荷泵驱动能力的直接转移，实现了更高的效能，并且对于某一处于电源链式结构中的成员，其上游每一位成员都可以为它补充一部分驱动能力，实现互帮互助，进一步提升闲置驱动能力的利用率，通过驱动能力转移效率的提高和闲置驱动能力的减少，可以进一步压缩高压电源使用的电容和传输管开销，减少芯片面积，节约芯片成本。

以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。而且，本申请中使用的用词仅用于描述实施例并且不用于限制权利要求。如在实施例以及权利要求的描述中使用的，除非上下文清楚地表明，否则单数形式的“一个”(a)、“一个”(an)和“所述”(the)旨在同样包括复数形式。类似地，如在本申请中所使用的术语“和/或”是指包含一个或一个以上相关联的列出的任何以及所有可能的组合。另外，当用于本申请中时，术语“包括”(comprise)及其变型“包括”(comprises)和/或包括(comprising)等指陈述的特征、整体、步骤、操作、元素，和/或组件的存在，但不排除一个或一个以上其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或这些的分组的存在或添加。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。本文中，每个实施例重点说明的可以是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分可以互相参见。对于实施例公开的方法、产品等而言，如果其与实施例公开的方法部分相对应，那么相关之处可以参见方法部分的描述。

本领域技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，可以取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。所述技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法以实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本公开实施例的范围。所述技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本文所披露的实施例中，所揭露的方法、产品(包括但不限于装置、设备等)，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，可以仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例。另外，在本公开实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

附图中的流程图和框图显示了根据本公开实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这可以依所涉及的功能而定。在附图中的流程图和框图所对应的描述中，不同的方框所对应的操作或步骤也可以以不同于描述中所披露的顺序发生，有时不同的操作或步骤之间不存在特定的顺序。例如，两个连续的操作或步骤实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这可以依所涉及的功能而定。框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。