[发明专利]电荷泵及电荷泵系统

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种电荷泵及电荷泵系统。

背景技术

在信息时代，各种类型的存储器得到越来越广泛的应用。基于低功耗、低成本的要求，存储器的电源电压通常比较低，例如2.5V、1.8V等等，然而为了实现信数据的“写入”和“擦除”，通常需要远高于电源电压的编程电压和擦除电压，例如8V或11V等等。因此，电荷泵电路广泛应用于存储器中，用于通过较低的电源电压获得较高的编程电压或擦除电压。

图1示出了现有技术中电荷泵系统的结构示意图。如图1所示，电源电压VDD经过多阶电荷泵，如图1中所示的一阶电荷泵Stage 1、二阶电荷泵Stage 2、N阶电荷泵Stage n后输出较高电压HV。

其中，所述一阶电荷泵Stage 1由时钟脉冲信号CK1和时钟脉冲信号CK2控制以输出电压A和C；所述二阶电荷泵Stage 2由时钟脉冲信号CK3和时钟脉冲信号CK4控制以输出电压B和D；所述N阶电荷泵Stage n由时钟脉冲信号CK1和时钟脉冲信号CK2控制，并最终输出较高电压HV。其中，所述时钟脉冲信号CK1和时钟脉冲信号CK2的相位相反；所述时钟脉冲信号CK3和时钟脉冲信号CK4的相位相反。

通常在存储器中，所述电源电压VDD的范围为1.8V～3V；而经过多阶电荷泵后，输出的较高电压HV的范围为8V～12V。

图2示出了图1中二阶电荷泵的结构示意图。如图2所示，所述二阶电荷泵Stage 2包括：第一NMOS管N1、第二NMOS管N2、第三NMOS管N3、第一电容C1、第二电容C2和反相器INV。

所述第一NMOS管N1的源极与第二NMOS管N2的源极、第三NMOS管N3的源极以及第一电容C1的一端相连于节点a，并作为第一输入端接收上阶电荷泵(即图1中所示的一阶电荷泵Stage 1)的输出电压A；所述第一电容C1的另一端连接反相器INV的输出端；所述反相器INV的输入端连接时钟脉冲信号CK3。

所述第一NMOS管N1的栅极与第二NMOS管N2的栅极、第三NMOS管N3的漏极以及第二电容C2的一端相连于节点b，并作为第二输入端接收上阶电荷泵(即图1中所示的一阶电荷泵Stage 1)的输出电压C；所述第二电容C2的另一端连接时钟脉冲信号CK4。

所述第一NMOS管N1的漏极连接所述第三NMOS管N3的栅极，并作为所述二阶电荷泵Stage 2的第一输出端以输出电压B；所述第二NMOS管N2的漏极作为第二输出端以输出电压D。

其中，所述第一NMOS管N1、第二NMOS管N2、第三NMOS管N3的衬底均接地GND。

图2所示的电荷泵中，所述第一电容C1不断地由所述时钟脉冲信号CK3进行充电和放电，从而提升了第一NMOS管N1的源极电压，也即上阶电荷泵的输出电压A不断提升。而所述第二电容C2由所述时钟脉冲信号CK4进行充电和放电，从而使得所述第一NMOS管N1的栅极电压上升。当所述第一NMOS管N1的栅源之间的电压差大于其阈值电压时，所述第一NMOS管N1导通，从而使得其漏极将输出电压B输出，此时的输出电压B即为提升后的节点a处的电压。

然而，如图2所示的电荷泵所能承受的最大输入电压(如上阶电荷泵的输出电压A)受第一NMOS管N1的源极与衬底之间的击穿电压的限制。通常地，所述第一NMOS管N1的源极与衬底之间的击穿电压为9V，因此，上阶电荷泵(即图1中所示的一阶电荷泵Stage 1)的输出电压A不能超过9V，否则将导致所述第一NMOS管N1被击穿，进而影响电荷泵的可靠性。

另一方面，图2所示的电荷泵中各MOS管均采用普通工艺形成，且其衬底均接地GND。而这种结构的MOS管存在衬偏效应，随着上阶电荷泵的输出电压的电压值的增大，这种衬偏效应也就越加明显，从而影响电荷泵的传输效率。

因此，如何避免MOS管被击穿以提高电路的可靠性以及提高电荷泵的传输效率就成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种电荷泵及电荷泵系统，以有效地提高电荷泵的可靠性及其传输效率。