低壓?jiǎn)伍撝甸_關(guān)電荷泵實(shí)現(xiàn)方案

　　將傳統(tǒng)的兩閾值電荷泵在TSMC 0.35μm的CMOS工藝上，我們假設(shè)VP為7V，工作電壓為3.3V仿真結(jié)果如圖2所示。

　　此時(shí)在40μs的時(shí)間，VBL上升到5.423V，編程電壓VP出現(xiàn)1.577V的電壓損失，此時(shí)內(nèi)部高壓結(jié)點(diǎn)電壓已經(jīng)達(dá)到9.681V。根據(jù)實(shí)際的仿真，兩閾值開關(guān)電荷泵至少工作在VDD=5V下才能將VP完全傳遞到編程結(jié)點(diǎn)。如果外加VDD小于4V時(shí)，在某個(gè)周期里結(jié)點(diǎn)2抬升的電壓已經(jīng)無(wú)法維持兩個(gè)閾值損失，傳送的編程電壓不再繼續(xù)抬升而出現(xiàn)損失。并且在4V的VDD下，結(jié)點(diǎn)2的電壓峰值達(dá)到10.5V，超過柵氧擊穿電壓10V的限制。

　　2 單閾值電荷泵的設(shè)計(jì)和仿真分析

　　兩閾值開關(guān)電荷泵存在兩個(gè)問題，根本原因是管子的體效應(yīng)不斷增加，導(dǎo)致傳送的編程電壓出現(xiàn)閾值損失，同時(shí)造成內(nèi)部高壓結(jié)點(diǎn)電壓過高。本文設(shè)計(jì)的單閾值電荷泵的結(jié)點(diǎn)電壓峰值只需要高于編程電壓一個(gè)閾值，編程電壓就能完全傳遞到編程結(jié)點(diǎn)，使以上的兩個(gè)問題都得到解決。圖3是單閾值電荷泵的原理分析圖。

　　外加編程電壓VP，結(jié)點(diǎn)2直接被拉到V2o=VP-VTH1，初始時(shí)ctrl端為0，N4管關(guān)斷，結(jié)點(diǎn)4抬高，P2管關(guān)斷，此時(shí)結(jié)點(diǎn)6為VDO，N5管開啟，因此結(jié)點(diǎn)3被拉低，N2管關(guān)斷，同時(shí)N3打開編程結(jié)點(diǎn)7被拉到地。當(dāng)Ctrl為高，clock為固定周期的方波信號(hào)時(shí)，電荷泵開始工作，此時(shí)結(jié)點(diǎn)4被拉低，P2管導(dǎo)通，同時(shí)結(jié)點(diǎn)6為低，N5管關(guān)斷，因此結(jié)點(diǎn)3的電壓等于結(jié)點(diǎn)2的電壓，同時(shí)N3管關(guān)斷，編程結(jié)點(diǎn)被釋放出來(lái)。第一個(gè)周期結(jié)點(diǎn)5從0變化到VDD時(shí)，令結(jié)點(diǎn)2的寄生電容為CS，結(jié)點(diǎn)2的電壓被拉到

　　V21=VDD×C1/(C1+CS)+VP-VTH1 (8)

　　當(dāng)結(jié)點(diǎn)5從VDD到0時(shí)，結(jié)點(diǎn)2的電壓又被拉到V2o=VP-VTH1。在編程過程中結(jié)點(diǎn)2的電壓一直在兩個(gè)電壓內(nèi)來(lái)回跳變，即結(jié)點(diǎn)3的電壓也在兩個(gè)電壓之間來(lái)回跳變。要使編程電壓VP完全傳遞到編程結(jié)點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)3的最大電壓至少大于編程電壓VP一個(gè)閾值電壓，即

　　V2PEAKmax=V3PEAK≥VP+VTH2 (9)

　　從上面公式可知，該電荷泵結(jié)點(diǎn)2電壓峰值只需要比編程電壓提高一個(gè)閾值電壓，這基本解決了兩閾值電荷泵的第二個(gè)問題，同時(shí)峰值電壓降低一個(gè)閾值電壓N1，N2的體效應(yīng)相對(duì)兩閾值電荷泵更低，第一個(gè)問題也得到了一定程度上的優(yōu)化。

　　在編程電壓為7V，工作電壓為3.3V時(shí)單閾值開關(guān)電荷泵的仿真結(jié)果如圖4所示。

　　仿真結(jié)果顯示，該電路的峰值電壓只高于編程電壓1.593V，此時(shí)7V的編程電壓可以完全傳到編程結(jié)點(diǎn)。

　　3 結(jié)束語(yǔ)

　　本文設(shè)計(jì)的應(yīng)用于亞微米或者深亞微米的只讀存儲(chǔ)器的單閾值電荷泵解決了兩閾值電荷泵產(chǎn)生的內(nèi)部高壓結(jié)點(diǎn)的威脅，同時(shí)也在改善了因體效應(yīng)變化使編程電壓出現(xiàn)傳輸損失的問題。電路結(jié)構(gòu)在臺(tái)積電0.35微米的工藝得到仿真驗(yàn)證。