[发明专利]基于Dickson结构的抗辐照电荷泵电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于Dickson结构的抗辐照电荷泵电路，属于集成电路技术领域。

背景技术

EEPROM作为非挥发存储器设备，大量用于航空与航天领域。在电路中为存储单元提供擦写高压的电荷泵电路是极其重要的模块，关系到电路擦写功能的实现。但是由于空间应用环境的复杂性，以及高压管自身抗辐照能力弱等特点，电荷泵电路常常会因辐照的影响而出现严重漏电而升压不足，或使能信号误操作而失效。如何满足空间应用的需要，提高电荷泵的抗辐照性能，是近几年来研究的热点。

Dickson结构是较为常见的电荷泵模型，它常常使用二极管连接的NMOS管作为电路的开关，如图1所示的即传统的Dickson结构。

在此电路中，NMOS管的漏极和栅极相连，衬底接地，CLK、CLKN为双向非交叠时钟信号。当CLK为低电平时，M0管工作在饱和区，由漏极向源极相连接的电容C0充电；当CLK为高电平时，A点电位被抬高，M0管关断，此时CLKN为低电平，B点电位较低，则M1导通，并向其源极相连接的电容C1充电。以此类推，在各级充放电电容的抬升作用下，电荷就通过NMOS管向后级不断传输，并在各节点的电容上不断积累，节点电压也不断升高。于是，N级电荷泵的输出电压HV为：

HV＝(N+1)×(VDD-V_TH)

其中VDD表示电源电压，V_TH为NMOS管的阈值电压。

而实际输出电压值比理论值要小很多，并且由于体效应，NMOS管的阈值电压V_TH是源衬电压的函数，级数越高，源衬电压就逐级增加，阈值电压也越大，所以这种电荷泵的效率较低，负载能力较弱，且在低电源电压情况下可能不能正常工作。

经国内外研究，当MOS管的栅氧厚度较大时，在SI/SIO2界面有明显的正电荷堆积，总剂量效应对MOS管阈值电压的影响较大：通常高压NMOS管阈值电压降低，高压PMOS管阈值电压更负。当MOS管栅氧厚度低于60埃时，在SI/SIO2界面处没有明显的正电荷堆积，总剂量效果应对MOS管阈值电压的影响基本可以忽略。所以推荐使用先进的工艺技术，尽量采用薄栅氧的工艺来加工芯片。

在通常的工艺中，普通高压MOS管栅氧较厚，受辐照影响大，低压MOS管栅氧较薄，受辐照影响小。在EEPROM电路中，进行页写操作时，电荷泵电路需驱动较大的负载电容，若用高压NMOS管做传输管，虽然辐照后由于阈值电压的降低而满足要求，但在辐照前却驱动能力不足；若用高压自然管ZMOS管做传输管，辐照前虽能满足要求，但受辐照后电路会因严重漏电而失效；若用PMOS管做传输管，其衬底电位的设定又存在问题，且辐照后性能变差。显然普通的Dickson结构不能满足电路辐照前后的设计要求。

发明内容

本发明目的在于解决上述问题，在现有的Dickson结构基础上，研究了辐照对单管及Dickson结构电荷泵的影响，提出了一种新的具有抗辐照能力的电荷泵电路结构。

按照本发明提供的技术方案，所述基于Dickson结构的抗辐照电荷泵电路包括：振荡器电路、电荷泵核心电路和电压调制电路，所述振荡器电路由三级反向器串联的环路及驱动控制部分组成，通过外部输入信号FCOT控制环路的打开与关断、通过外部输入信号EN控制振荡器电路的起振与关闭，振荡器电路输出CLK、CLKN为双向非交叠时钟信号，接电荷泵核心电路，为其提供升压用的时钟信号，振荡器电路的输出信号ENN为EN的反向信号，用来控制电压调制电路；所述电荷泵核心电路包括由高压NMOS管和高压PMOS管串联组成的传输电路、预充电支路及充放电电容，电荷泵核心电路中用衬底电位跟随器保证高压PMOS传输管的衬底电位在工作时始终处于高电位，每一个传输节点都有预充电支路对各传输节点进行预充电，电荷泵核心电路的输入端CLK、CLKN与振荡器相连，输出信号HV与电压调制电路的输入端相连，同时信号HV也是抗辐照电荷泵电路的一路输出信号；所述电压调制电路利用高压管做隔离、低压管做控制，实现低压控制高压转化，电压调制电路的输入信号ENN通过电压调制实现对信号HV的控制，电压调制电路的电压输出HV2为抗辐照电荷泵电路的另一路输出信号。

在电压调制电路中，采用两个高压NMOS管将低压控制信号与高压信号进行分离，采用低压管做使能信号控制管。

在电荷泵核心电路中，预充电支路采用厚栅氧的高压NMOS管与薄栅氧的低压NMOS串联，一方面为传输节点预充电，另一方面防止单个高压NMOS管辐照后产生的漏电以及单个低压NMOS管耐压不足。