一種應(yīng)用于OTP存儲器的新型電荷泵的設(shè)計(jì)
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當(dāng)Vctrl為高電平時(shí)，OSC輸入振蕩器信號，在Vp上加編程高壓，則振蕩器開始工作。
一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，隨著C1左極板的電壓升高到VDD，在a點(diǎn)所產(chǎn)生的耦合電壓Vφ為：
其中Cs為結(jié)點(diǎn)a處的寄生電容，此時(shí)結(jié)點(diǎn)b處的電壓：
Vth為NOMS的閾值電壓，隨著C1的左極板電壓下降到0，但由于M2管的作用，結(jié)點(diǎn)a的電壓被鉗位到：
下一個(gè)時(shí)鐘周期來臨，C1的左極板電壓再次升高到VDD，從而在結(jié)點(diǎn)a處再次產(chǎn)生一個(gè)耦合增壓Vφ，相應(yīng)的結(jié)點(diǎn)b處相比結(jié)點(diǎn)a處有一個(gè)閾值電壓的損失。周而復(fù)始，隨著振蕩信號的不斷輸入，結(jié)點(diǎn)a、b處的電壓也不斷增高。
第n個(gè)周期后，結(jié)點(diǎn)a處的電壓：
由于體效應(yīng)的存在，M1、M2管的閾值電壓的改變不能忽略，Vth1_i、Vth2_i分別表示M1、M2管在第i個(gè)周期時(shí)的閾值電壓。
當(dāng)電荷泵達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)候，結(jié)點(diǎn)c的電壓達(dá)到Vp，整個(gè)電路內(nèi)部的最高電壓為結(jié)點(diǎn)a的峰值電壓Vamax=Vp+V'th2+V'th1，V'th1、V'th2分別為電荷泵穩(wěn)定時(shí)M1、M2的閾值電壓(此時(shí)體效應(yīng)現(xiàn)象最為嚴(yán)重)。
雖然該電荷泵能夠提供大電流，但是卻對電源電壓的要求較高。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/177775.htm
圖3為采用TSMC0．18um工藝，該電荷泵的仿真結(jié)果，其中VP=7V，OSC的振蕩周期為50ns，結(jié)點(diǎn)c的電壓即為輸出電壓，當(dāng)電源電壓為4V時(shí)，經(jīng)過700ns，我們得到穩(wěn)定的輸出電壓6．9V；但當(dāng)電源電壓為3．3V時(shí)，電荷泵根本無法正常工作，輸出電壓只有1．25V，其原因可由式(5)可知，電荷泵要工作必須滿足：
這對電荷泵的電源電壓要求較高，當(dāng)VDD=4V時(shí)，電荷泵能正常工作，但當(dāng)VDD降到3．3V時(shí)，電荷泵內(nèi)部的兩個(gè)閾值壓降之和大于由電容所產(chǎn)生的耦合增壓，導(dǎo)致電荷泵無法正常工作。
該電荷泵的最大優(yōu)點(diǎn)在于其能夠提供穩(wěn)定的大電流輸出，其輸出特性受負(fù)載的影響特別小，而且其電路簡單，版圖所占面積不大，非常適合只需一次性編程的OTP存儲器。但除了對電源電壓有一定的要求外，它還有兩個(gè)缺點(diǎn)：第一，電荷泵升壓太慢，要得到穩(wěn)定的輸出電壓至少需要700ns；第二，電荷泵內(nèi)部峰值電壓太大，由仿真結(jié)果可知Vamax為10．8V，這很容易造成電荷泵內(nèi)部結(jié)點(diǎn)的擊穿，導(dǎo)致電荷泵無法工作。針對以上缺點(diǎn)，我們提出了一種新型的電荷泵電路。
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