专利名称：电荷泵的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及集成电路设计领域，特别涉及电荷泵。
背景技术：
在目前非易失性存储器的应用中，通常会应用到高电压。这些高电压一般是由电 荷泵提供的。 图la为目前一种电荷泵的局部电路示意图。参照图la所示，所述电路包括PMOS 管M1和连接于PM0S管源极(s)的电容C1，所述PM0S管源极作为电荷泵的输出(out)。通 过控制所述PM0S管M1的栅极电压而使得其导通，从而使得其漏极(d)处电流传输至电容 C1，对电容C1充电。通过充电，电容C1上的电荷逐渐积聚，而使得所述PM0S管M1的源极 电压升高。然而，当所述PM0S管M1的源极电压升高至超过其衬底电压时，会产生"体效 应"，使得所述PM0S管的阈值电压增大，例如可能使得所述PM0S管的阈值电压从-0. 6V增 大到-1.3V。所述PM0S管阈值电压的增大，将导致其传输至电容C1的电流减小，既而降低 了电荷泵的效率。 为改善所述"体效应"，目前还有一种改进电路。参照图lb所示，所述改进电路与 图la所示电路相比，其区别在于，PM0S管M2的源极与其衬底相连，从而使得源极电压和衬 底电压一致来改善所述"体效应"。然而，所述结构的PMOS管却会面临漏电的可能。
图2为图lb所示PMOS管的器件结构的简易示意图。参照图2所示，所述PMOS管 包括衬底10(N-sub)，衬底10上的栅极13，以及衬底10中、栅极13两侧，构成源极11和漏 极12的p型掺杂区(P+)。 当所述电荷泵处于电源电压VDD的工作环境下时，所述PMOS管的漏极12上通常 具有例如3XVDD的电压，而PMOS管的衬底10通常被置于2XVDD的电压上。此时，构成漏 极12的p型掺杂区和N型衬底10的接触面形成的PN结就会由于漏极12电压大于衬底10 电压，而使得PN结正偏，产生较大的漏电流。因而，也将影响电荷泵的效率。
发明内容
本发明要解决的是，现有电荷泵结构面临"体效应"以及"漏电流"的的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种电荷泵，包括
第一升压电路，用于实现对电源电压的升压； 耦接于第一升压电路的第一MOS管，其包括第一输入端、第一输出端、衬底端以 及第一控制端，所述衬底端电压为第一输入端或第一输出端中较高的电压，所述第一晶体 管在其控制端上的控制信号下，根据第一输入端获得的第一升压电路的输出而形成电荷泵 的输出，并经由第一输出端输出。 与现有技术相比，上述所公开的电荷泵具有以下优点由于所述第一MOS管的衬 底端电压为第一输入端或第一输出端中较高的电压，因而可以改善由于衬底端电压与第一 输入端或第一输出端的电压差而产生的"体效应"或漏电现象，从而改善了电荷泵的效率。
图la是目前一种电荷泵的局部电路示意图； 图lb是为目前另一种电荷泵的局部电路示意图； 图2是图lb电路中PMOS管的器件结构示意图； 图3是本发明电荷泵的第一种实施例示意图； 图4是图3所示电荷泵中偏置电路的一种实施例结构示意图； 图5是本发明电荷泵的第二种实施例示意图； 图6是未采用图5中偏置电路结构的电荷泵示意图。
具体实施例方式
通过对现有电荷泵的研究发现，无论是"体效应"的产生还是漏电流的产生，其原 因都在于输出电荷泵电压的MOS管的衬底电压是固定不变的。因而，当例如前述的PMOS管 中漏极电压大于衬底电压时，就可能由于PN结正偏而产生漏电流。
基于此，根据本发明的一种实施方式，电荷泵可以包括
第一升压电路，用于实现对电源电压的升压； 耦接于第一升压电路的输出MOS管，其包括第一输入端、第一输出端、衬底端以 及第一控制端，所述衬底端电压为第一输入端或第一输出端中较高的电压，所述输出MOS 管在其控制端所获得的控制信号下导通，根据第一输入端获得的第一升压电路的输出电压 而形成电荷泵的输出电压，并经由第一输出端输出。 上述实施方式中，第一升压电路对电源电压升压后，通过所述输出MOS管将升压 后的电压输出。而输出MOS管的衬底端电压基于所述第一输入端或第一输出端的电压而改 变。具体地说，当第一输入端的电压大于第一输出端的电压时，衬底端的电压就为第一输入 端的电压；而当第一输入端的电压小于第一输出端的电压时，衬底端的电压就为第一输出 端的电压。 通过上述输出MOS管的衬底端电压配置，使得所述衬底端电压始终为输出MOS管
的第一输入端或第一输出端中电压较高的一端。从而，可以改善"体效应"或漏电流现象。
图3是本发明电荷泵的第一种实施例示意图。参照图3所示，所述电荷泵可以包 括第一 PMOS管M5、第一 NMOS管M6、第一电容C3、第二 PMOS管M8、第二 NMOS管M7、第二 电容C4以及第一电阻R1。 其中，所述第一PM0S管M5的源极接于电源电压VDD、栅极接收第一输入信号、漏极 与第一 NM0S管M6的漏极相连于第一充电点325 ;所述第一 NM0S管M6的栅极接收第二输 入信号、源极接于第二电压VSS ;所述第一电容C3的第一端接于第一充电点325、第二端接 于第二充电点345 ;所述第二 PM0S管M8的源极接于电源电压VDD、栅极接收第二控制信号、 漏极与第二充电点345相连；所述第二 NM0S管M7的漏极接于第二充电点345、栅极接收第 一控制信号、源极作为电荷泵输出、衬底与第一偏置电路380的输出相连，所述第一偏置电 路380的两个输入端分别与所述第一NM0S管M7的漏极和源极相连；而所述第二电容C4作 为外接电容与第一电阻Rl共同并联于电荷泵输出和第二电压VSS之间。
上述电荷泵中，第一PM0S管M5、第一NM0S管M6、第一电容C3以及第二PM0S管M8
5构成第一升压电路，而第二 NM0S管M7则作为输出MOS管。所述第二 NMOS管M7的衬底电压 由第一偏置电路380根据其漏极和源极的电压而调整。当所述第二NM0S管M7的漏极电压 大于源极电压时，所述第一偏置电路380控制衬底电压等于漏极电压；而当所述第二NMOS 管M7的源极电压大于漏极电压时，所述第一偏置电路380控制衬底电压等于源极电压。
其中，参照图4所示，所述第一偏置电路380的一种实施例结构，可以包括第一偏 置管Mil和第二偏置管M12，所述第一偏置管Mil和第二偏置管M12可以为PMOS管。
其中，第一偏置管Mll的源极作为所述第一偏置电路的第一偏置输入端inl，与第 二NM0S管M7的漏极相连，衬底与漏极相连于a点，栅极与第二偏置管M12的漏极相连；
第二偏置管M12的源极和衬底相连于a点，栅极与第一偏置管Mll的源极相连，漏 极作为所述第一偏置电路的第二偏置输入端in2，与第二 NMOS管M7的源极相连；
a点作为所述第一偏置电路的偏置输出out,与第二 NMOS管M7的衬底相连，以控 制所述第二 NMOS管M7的衬底电压。
上述电荷泵的工作原理如下 继续参照图3所示，当第一输入信号和第二输入信号均为低时，第一PMOS管M5开 启，第一 NMOS管M6关闭，第一充电点325的电压被升高至电源电压VDD ;当第一输入信号 和第二输入信号均为高时，第一 PMOS管M5关闭，第一 NMOS管M6开启，第一充电点325的 电压被拉低至第二电压VSS。其中，第二电压VSS可以为接地，也可以根据实际应用而选取 其他电压。后续为描述方便，暂定第二电压VSS为接地。 当第一控制信号为低时，第二 PMOS管M8开启，第二充电点345的电压被升高至电 源电压VDD。 通过对第一输入信号、第二输入信号和第一控制信号的设置，第二充电点345的 电压可以被升高至2XVDD。 例如，设置第一输入信号和第二输入信号为高、第一控制信号为低，则第一充电点 325的电压被拉低至第二电压VSS，而第二充电点345的电压被升高至VDD。则第一电容C3 被充电，其存储的电荷为(;。XVDD，其中C3。为第一电容C3的电容值。 接下来，设置第一输入信号和第二输入信号为低、第一控制信号为高，则第一充电 点325的电压被升高VDD，相应第二充电点的电压将达到2XVDD。 此时，若设置第一输入信号为高，开启第二NM0S管M7，使得第二充电点345通过第 二 NM0S管M7与第二电容C4相连。第一 电容C3与第二电容C4进行电荷再分配，来获得电 荷泵的输出电压Vout。 例如，假定电荷泵的初始输出电压Vout为V。，当第一电容C3与第二电容C4电荷 再分配后，电荷泵的输出电压则变为 Vout = C3/(C3+C4) X (2XC30XVDD+C40XV0)，其中C40为第二电容C4的电容值。
通过如上述的信号设置方法重复上述电荷泵工作过程，电荷泵输出电压将最终被 升高至接近2XVDD。 其中，在上述电荷泵工作过程中，第二 NM0S管M7的传输状态将直接影响电荷泵的 效率。本例中即是通过第一偏置电路380对所述第二NM0S管M7的衬底电压的控制来改善 电荷泵效率。 结合图3和图4所示，当第二充电点345的电压大于电荷泵输出电压Vout时，第二 NM0S管M7的漏极和源极由于分别连接于第二充电点和电荷泵输出端，因而第二 NMOS管 M7的漏极电压V。大于源极电压Vs。相应地，第一偏置电路380的第一输入端inl的电压大 于第二输入端in2的电压。因此，第一偏置管M11开启，第二偏置管M12关闭，a点电压被 调整至第一输入端inl的电压。从而，所述第一偏置电路380提供第二 NMOS管M7的电压 为第一输入端inl的电压，也即漏极电压V。。 而当第二充电点345的电压小于电荷泵输出电压Vout时，第二NM0S管M7的漏极 和源极由于分别连接于第二充电点和电荷泵输出端，因而第二 NM0S管M7的漏极电压VD小 于源极电压Vs。相应地，第一偏置电路380的第一输入端inl的电压小于第二输入端in2 的电压。因此，第一偏置管M11关闭，第二偏置管M12开启，a点电压被调整至第二输入端 in2的电压。从而，所述第一偏置电路380提供第二NM0S管M7的电压为第二输入端in2的 电压，也即源极电压Vs。 从上述说明看到，通过第一偏置电路380的控制，所述第二 NMOS管M7的衬底被始 终置为电压最高的一端，从而改善"体效应"或漏电流现象。 图5是本发明电荷泵的第二种实施例示意图。参照图5所示，所述电荷泵与第一 种实施例的电荷泵类似，其区别在于所述第二PM0S管M8的衬底电压也通过相应的偏置电 路控制，即所述第二 PMOS管M8的源极接于电源电压VDD、栅极接收第二控制信号、漏极与第 二充电点345相连、衬底与第二偏置电路390的输出相连，所述第二偏置电路390的两个输 入端分别与所述第二 PMOS管M8的源极和漏极相连。 所述第二偏置电路390同样使得所述第二 PMOS管M8的衬底电压等于其源极或漏 极中较高的一端电压。所述第二偏置电路390的结构与上述第一偏置电路380的结构相同， 即包括第一偏置管和第二偏置管，所述第一偏置管和第二偏置管可以为PMOS管，其中，
所述第一偏置管的源极作为所述第二偏置电路390的第一偏置输入端，与所述第 二 PMOS管M8的源极相连，衬底与漏极相连于所述第二偏置电路的偏置输出，栅极与第二偏 置管的漏极相连； 所述第二偏置管的源极和衬底相连于所述第二偏置电路的偏置输出，栅极与第一 偏置管的源极相连，漏极作为所述第一偏置电路的第二偏置输入端。 所述第二偏置电路390对所述第二 PMOS管M8的衬底电压的控制可参考前述第一 偏置电路380对第二 NMOS管M7的相关说明，此处就不再累述了 。 由于本例电荷泵中，所述第二PM0S管M8的衬底电压和所述第二NM0S管M7的衬 底电压都通过各自相应的偏置电路进行调整。因而相比于第一种实施例的电荷泵，进一步 改善了所述第二 PMOS管M8和第二 NMOS管M7的"体效应"和漏电流现象，从而也进一步提 高了电荷泵的效率。 例如，图6中未采用偏置电路结构的电荷泵，将电源电压从3. 3V升高至5V所用的 时间为200毫秒，而采用了图5所示的偏置电路结构，所述电荷泵将电源电压从3. 3V升高 至5V所用的时间为200微秒。 虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术 人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应 当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
一种电荷泵，其特征在于，包括第一升压电路，用于实现对电源电压的升压；耦接于第一升压电路的输出MOS管，其包括第一输入端、第一输出端、衬底端以及第一控制端，所述衬底端电压为第一输入端或第一输出端中较高的电压，所述控制端接收控制信号，第一输入端连接于第一升压电路的输出，第一输出端作为电荷泵的输出。
2. 如权利要求1所述的电荷泵，其特征在于，所述输出M0S管的衬底端电压通过第一偏 置电路的控制而为第一输入端或第一输出端中较高的电压，所述第一偏置电路包括连接 于所述输出M0S管的第一输入端的第一偏置输入端，连接于所述输出M0S管的第一输出端 的第二偏置输入端，以及连接于所述输出M0S管的衬底端的偏置输出端。
3. 如权利要求2所述的电荷泵，其特征在于，所述偏置电路包括第一偏置管和第二偏 置管，其中，所述第一偏置管的源极作为所述第一偏置电路的第一偏置输入端，与所述输出M0S管 的源极相连，衬底与漏极相连于第一偏置电路的偏置输出端，栅极与第二偏置管的漏极相 连；所述第二偏置管的源极和衬底相连于所述第一偏置电路的偏置输出端，栅极与第一偏 置管的源极相连，漏极作为所述第一偏置电路的第二偏置输入端，与所述输出MOS管的漏 极相连。
4. 如权利要求3所述的电荷泵，其特征在于，所述第一偏置管和第二偏置管为PM0S管。
5. 如权利要求1所述的电荷泵，其特征在于，所述输出M0S管为PM0S管或NM0S管。
6. 如权利要求l所述的电荷泵，其特征在于，所述第一升压电路包括第一电压提供电 路、第一充电电容、第二电压提供电路，其中所述第一电压提供电路对第一充电电容的第一 端提供第一 电压，所述第二电压提供电路对第一充电电容的第二端提供第二电压。
7. 如权利要求6所述的电荷泵，其特征在于，所述第一电压提供电路包括第一PM0S 管和第一 NM0S管，其中，所述第一 PM0S管的源极接于电源电压VDD、栅极接收第一输入信 号、漏极与第一NMOS管的漏极相连于第一充电点；所述第一NMOS管的栅极接收第二输入信 号、源极接于第二电压VSS;所述第一电容的第一端接于第一充电点。
8. 如权利要求6所述的电荷泵，其特征在于，所述第二电压提供电路包括第二PMOS 管，所述第二 PMOS管的源极接于电源电压VDD、栅极接收第二控制信号、漏极与第二充电点 相连。
9. 如权利要求6所述的电荷泵，其特征在于，所述第二电压提供电路包括第二PMOS 管，所述第二PMOS管的源极接于电源电压VDD、栅极接收第二控制信号、漏极与第二充电点 相连、衬底电压为漏极电压或源极电压中较高的电压。
10. 如权利要求9所述的电荷泵，其特征在于，所述第二 PMOS管的衬底电压通过第二 偏置电路的控制而为源极电压或漏极电压中较高的电压，所述第二偏置电路包括连接于 所述第二 PMOS管的源极的第一偏置输入端，连接于所述第二 POS管的漏极的第二偏置输入 端，以及连接于所述第二 PMOS管的衬底端的偏置输出端。
11. 如权利要求10所述的电荷泵，其特征在于，所述第二偏置电路包括第一偏置管和 第二偏置管，其中，所述第一偏置管的源极作为所述第二偏置电路的第一偏置输入端，与所述第二PMOS管的源极相连，衬底与漏极相连于第二偏置电路的偏置输出端，栅极与第二偏置管的漏极 相连；所述第二偏置管的源极和衬底相连于所述第一偏置电路的偏置输出端，栅极与第一偏 置管的源极相连，漏极作为所述第一偏置电路的第二偏置输入端，与所述第二PMOS管的漏 极相连。
12.如权利要求11所述的电荷泵，其特征在于，所述第一偏置管和第二偏置管为PM0S管。
全文摘要
一种电荷泵，包括第一升压电路，用于实现对电源电压的升压；耦接于第一升压电路的输出MOS管，其包括第一输入端、第一输出端、衬底端以及第一控制端，所述衬底端电压为第一输入端或第一输出端中较高的电压，所述控制端接收控制信号，第一输入端连接于第一升压电路的输出，第一输出端作为电荷泵的输出。所述电荷泵能改善“体效应”以及漏电流现象。
文档编号H02M3/07GK101771340SQ20081020539
公开日2010年7月7日 申请日期2008年12月31日 优先权日2008年12月31日
发明者俞大立, 刘志纲 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司