TWI233726B - Charge pump system and clock generator - Google Patents

Description

1233726 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種記憶體裝置，特別是用於一可電性 再程式化的非揮發性半導體記憶裝置的電荷幫浦電路。 【先前技術】

一典型的可電性再程式化的非揮發性半導體記憶裝置 係一可電抹除可程式化的唯讀記憶體（E E P R Ο Μ ) °第九圖係 傳統的時脈產生器，在此種方式中，高電壓電源供應使得 MOSFET之通道電阻下降導致電容快速充電，致使其輸出頻 率快速上升，然而高溫操作使得MOSFET之通道電阻上升， 若以其驅動一電荷幫浦，將使得其在低電壓電源供應或在 高溫時的電流供應能力不足。第九圖（a)係第九圖的例示 電路，用兩個PMOS取代電流源I ，兩個NMOS取代開關S1及 S 2，緩衝器改用反相器，邏輯開關控制電路控制S 1 ，S 2以 兩個反及閘取代。第十圖係顯示傳統時脈產生器的頻率及 使用傳統時脈產生器的電荷幫浦系統的幫浦能力及幫浦電 流之關係圖。如第十一圖所示，在電荷幫浦系統中使用傳 統時脈產生器，由於電荷幫浦能力差異使其介於高電源電 壓及低電源電壓之間的箝位電壓的差值相當大。第十二圖 (a )係在低電源電壓時，藉由傳統的時脈產生器產生的頻 率，而第十二圖（b)係在高電源電壓時，藉由傳統的時脈 產生器產生的頻率。該頻率隨電源電壓VDD增加而增加。 美國專利第5，3 9 4，3 7 2號的全部内容被隨附在此，藉以參 照與本發明相關的部分，其揭露一使用於上述記憶體的電 荷幫浦系統，其中該電荷幫浦系統的頻率隨電源電壓VDD

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升而下降 而 ..... 在此電路結構中，雖旦輸出頻率盘雷 ::應呈現負相關，但其時脈頻率的變心 二電· ，壓的關係難以控㈤，該頻率也隨 ；：應！： t ΐ Γ.0.64； 2 75 ^ ^ ^ ^ =關的部分，其揭露M0SFET具有通道電阻其隨溫度上 =增加，使得該電路的電流鏡產生的電流不能最佳化地控 【發明内容】 ，，亡發明，一種時脈產生器的電流鏡隨溫度上升而 增加其參考電流，使得電容的充電時間被增加，從而使時 脈產生器的頻率隨溫度上升而增加。因此，本發明的時脈 產生器的週期與電源供應器呈正比關係以及輸出頻率隨溫 度上升而增加’較佳者’該時脈產生器係結合一電荷幫 浦’使得該電荷幫蒲系統有更穩定的電壓輸出。 根據本發明的另一特點，該電阻值係一常數，使得該 電流鏡產生的電流可以被控制，該電阻值可以與溫度無 關。 、 在一具體實施中，電流鏡所產生的電流受控於一溫度 相關電流調整MOSFET，該MOSFET具有一隨溫度變化的臨界 電壓。當溫度變化時，通過該溫度相關電流調整M 〇 s F E τ的 電流亦變化，從而控制該時脈產生器電路的頻率。該 MOSFET可被提供一與溫度以及供應電源電壓無關的參考電 壓’使得該溫度相關電流調整M〇SFET的電流更緊密地被控

第10頁 1233726 五、發明說明（3) 制。 本發明的各個實施例可能包括或指出下列目的的一個 或多個。一個目的在於提供一時脈產生器，其頻率隨電源 _ 電壓增加而下降且隨溫度增加而增加。使用該時脈產生器 連接一電荷幫浦系統，能使幫浦電流穩定及改善箝位電壓 Vclamp的變動介於高電源電壓（high VDD)及低電源電壓 (1 ow VDD )之間。使用電荷幫浦系統在一快閃記憶體上可 以改善在低電源電壓及高溫下程式化的性能表現。此外， 在高電源電壓（high VDD) 程式化，該電荷幫浦系統能夠 減少功率的消耗。 在此描述的任何特徵或特徵的結合被包含在本發明的# 範疇中，只要該等特徵包含在任何此種結合中不違背彼此 一致性，從上下文、本說明書及熟悉該項技藝人士的知識 係明顯的。本發明其他的優點及觀點在以下的詳細說明及 申請專利範圍係明顯的。 【實施方式】 將更詳細地參照本發明目前較佳的實施例，其範例圖 解在隨附的圖式中。僅可能地，相同或相似的圖號被使用 於圖式及說明以參照相同或相似的部份。應注意該圖式係 以精簡的形式且非精確的尺寸。在此參照揭露書時，僅為 φ 了方便及清楚的目的，方向名稱，例如頂、底、左、右、 向上、向下、在上方、高於、在下方、後面以及前面，係 對應隨附的圖式而使用。此類方向性名稱不應以任何方式 ~

第11頁 1233726 五、發明說明（4) 被解釋來限制本發明的範疇。 雖然此處的揭露書參照特定的圖解實施例，應瞭解這 些實施例係以範例的方式而非限定的方式被表達。雖然討 -論示範的實施例，但是以下的詳細說明的意圖係為涵蓋該 等實施例的修改、變化及等效，如落在隨附的申請專利範 圍所定義的本發明的精神及範疇。 應瞭解在此敘述的製程步驟及結構未涵蓋製造該結構 的全部流程。本發明可以結合各種積體電路製造技術而實 施，該技術係傳統的技術領域中所使用者，而且此處只有 包含提供理解本發明所必要的通用的實施製程步驟。 第一圖係一電荷幫浦系統的方塊圖。一幫浦電路接收 _ 一藉由一時脈產生器所產生的信號以產生一幫浦電流及一 幫浦電壓。使用一電壓箝位器以控制幫浦電壓值。 第二圖係顯示本發明之時脈產生器具有一頻率隨電源 電壓VDD增加而減少。該時脈產生器可以改善介於高電源 電壓high VDD及低電源電壓low VDD之間的箝位電壓 Vc lamp的差值，如第三圖所示。第四圖係本發明的兩相時 脈產生器的概念圖。第四圖（a )係本發明另一實施例的另 一時脈產生器的概念圖。 第五圖（a)係在低電源電壓時，藉由時脈產生器產生 的頻率，第五圖（a)係第四圖的電容充放電的波形圖，其 φ 中實線係電容M C 1上電壓節點V D 1的波形，而虛線係電容 MC2上電壓節點VD2的波形。第五圖（b)係在高電源電壓 時，藉由時脈產生器產生的頻率，其中實線係電容MCI ， '

第12頁 1233726 五、發明說明（5) _ 而虛線係電容MC2。該頻率隨高電源電壓high VDD增加而 卞降。如第五圖所示，VD1上升的斜率Δν/Δΐ = Ι/ (；,若第 四圖中REFV的電壓為VREF ，則第五圖中的水平虛線的值為 VREF - Vt ，其中Vt為臨界電壓，在第四圖中，當節點VD1的 電壓到達VREF-Vt時，MCI關閉，而MC2打開，輸出時脈的 週期為2乂（¥1^[-¥1；)/(1/(：)，若控制分壓式降壓電路的輸 出VREF的電壓值為α X VDD + Vt ，其中α為一常數，則第五 圖中節點V D 1的波形上升至〇： X ν D D時，觸發邏輯開關將使 節點V D 1被拉回到接地，因此，節點v D !的週期與電源供應 VDD呈直接正比關係，即2 X ( α X VDD)/( I/C)，因此頻率 與電源電壓的關係得以緊密控制. 第六圖係第四圖及/或第四圖（a)的時脈產生器的電路 實施例。除了 CLK之外，還增加一第二相位輸出。根據本 發明的一個特點，第六圖的時脈產生器可以被解釋為包括 一電阻（例如RCLK) ; —M0SFET (例如MZ0)具有一閘極、一 汲極與一源極，該M0SFET連接該電阻以產生一參考電流 (例如通過MV0); —與電源電壓VDD及穩定的第一參考電壓 (例如AVXRD)以控制該M0SFET ; —電流鏡電路（例如包括 MV0、MV1及MV2)，藉由鏡射該參考電流以產生一第一（例 如通過MV1 )及第二（例如通過MV2)鏡電流；一第一電容（例 如MCI )，接收該第一鏡電流及產生第一充電電壓（例如 VD1 ); —第二電容（例如MC2)，接收該第二鏡電流及產生 第二充電電壓（例如VD2);以及一邏輯電路（例如包括一對 的反及閘）接收該第一及第二充電電壓及產生一時脈信號

第13頁 1233726 五、發明說明（6) CLK。根據本發明的另一特點，該電路可以更包括一第二 參考電壓（例如REFV1)，從一輸入供應電壓（例如VDD)產 生，以控制該第一及第二充電電壓。 當電源電壓VDD上升，電容MCI及MC2的充電時間增加 使得頻率下降。由於電源電壓VDD上升，第二參考電壓 REFV1隨之上升，使得電容MCI及MC2的充電電壓上升，根 據第五圖（a)及（b)所示，當電容MCI及MC2的充電電壓上升 時’週期變大，又週期與頻率成反比關係，故頻率變小， 因此，當電源電壓VDD上升時，電容MCI及MC2的頻率下 降。當溫度上升，溫度相關電流調整MOSFET MZO的臨界電 壓Vt下降，使得RCLK的跨壓較高，且通過ΜΥΟ、MY1及MY2 的電流因而上升，並且該頻率相對應地上升。因此，根據 本發明的一個特點，該參考電流被加工以隨溫度而上升， 使付電谷M C 1及M C 2隨溫度上升而更快速地充電。 選擇適當的ΜΖΟ，可以決定因應時脈產生器溫度而改 變的頻率（例如頻率下降），例如，使用理論及經驗的資 料。下一步’工作溫度上升會使頻率上升，且該頻率係一 可以被決定的期望頻率。這些決定可以針對各種操作參數 來達成，例如針對一不同的電源電壓VDI)值的範圍等。例

電壓VDDlow到高電源電壓VDDhigh)，一組期望的頻率（或 頻率的改變’例如’頻率上升）可以在一溫度範圍内被決 定。該資料也可以根據被實施的不同電荷幫浦及/或箝位 電壓V c 1 a m p而變化。例如，此資料可以被列表及/或纷

1233726 五、發明說明（Ό 圖。根據本發明的一個特點，任何參數可以被設計/實現 在此以控制（例如，改變且較佳者為增加）充電電流到MC j 及MC2 ’因而產生改變（例如，增加）電流到Μ(η及MC2，使 得該期望頻率隨工作溫度的改變而被得到。而當溫度上升 時，MZO的臨界電壓Vt為負溫度係數，因此，Vt下降，使 得流經電阻RCLK的電流增加，並由Μγ〇、MY1 AMY2所組成 的電流鏡鏡射該流經電阻RCLK的電流，因此，MC 1及MC2的 充電電流增加。第六圖（a )係第六圖的例示電路。 各種形式的控制裝置/組件/安排可以被實施以達到頻 率控制的功能。此裝置的一般架構被顯示在第四圖（a) 中，如標示” I ref (隨溫度上升而上升），，的方塊。然而，應 瞭解其他裝置可以被建造在一電流鏡電路旁或其附加，其 中該參考電流隨溫度改變而改變（或受控）。此外，在解說 的或其他的實施例中，在某些狀況下該參考電流可以不隨 溫度改變或者實際上在一溫度範圍的特定溫度係下降的。 在第六圖的圖解實施例中，選擇MZO以具有一隨溫度 上升而下降的臨界電壓（Vt)，使得該期望的參考電流隨溫 度上升而被產生。在一較佳實施例中，一與電源電壓v D D 及溫度無關的參考電壓AVXRD被用來提供更一致及可預測 的結果。在其他實施例中，該電壓A V X R D被省略。 第七圖係本發明的多相時脈產生器的概念圖，而 第八 圖係第七圖所示多相時脈產生器的電路實施例。第八圖 (a)係第八圖的例示電路。 鑑於上述所言，熟習該項技術者將了解本發明的方法

麵 第15頁 1233726 五、發明說明（8) 可以在一積體電路中形成唯讀記憶體裝置，特別式具有雙 位元記憶胞結構的唯讀記憶體裝置。以上所述之實施例藉 由範例的方式被提出，但本發明並不限於這些範例。對於 熟習該項技術者，經思考以上所述，可能發生對本發明揭 露的實施例之多重變化及改變，而不互相排斥之延伸。然 而，此變化及修改落在以下申請專利範圍設定之本發明的 範疇中。

第16頁 1233726 圖式簡單說明 對於熟習本技藝之人士而言，從以下所作的詳細敘述 配合伴隨的圖式，本發明將能夠更清楚地被瞭解，其上述 及其他目的及優點將會變得更明顯，其中： 第一圖係電荷幫浦系統的方塊圖； 第二圖係顯示本發明之時脈產生器具有一頻率隨電源 電壓增加而減少； 第三圖係顯示本發明之時脈產生器可以改善箝位電壓 的差值； 第四圖係本發明的兩相時脈產生器的概念圖； 第四圖（a)係本發明另一實施例的另一時脈產生器的 概念圖； 第五圖（a)係在低電源電壓時，藉由時脈產生器產生 的頻率； 第五圖（b)係在高電源電壓時，藉由時脈產生器產生 的頻率； 第六圖係第四圖及/或第四圖（a)的時脈產生器的電路 實施例； 第六圖（a )係第六圖的例不電路， 第七圖係本發明的多相時脈產生器的概念圖； 第八圖係第七圖的多相時脈產生器的電路實施例； 第八圖（a )係第八圖的例不電路， 第九圖係傳統的時脈產生器； 第九圖（a )係第九圖的例示電路； 第十圖係顯示傳統時脈產生器的頻率及使用傳統時脈

第17頁 1233726 圖式簡單說明 產生器的電荷幫浦系統的幫浦能力及幫浦電流之關係圖； 第十一圖係在電荷幫浦系統中使用傳統時脈產生器的 箝位電壓； 第十二圖（a )係在低電源電壓時，藉由傳統的時脈產 生器產生的頻率；以及 第十二圖（b)係在高電源電壓時，藉由傳統的時脈產 生器產生的頻率。 _

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Claims (1)

1233726 六、申請專利範圍 1、 一種時脈產生器，包括： 一電阻； 一MOSFET，具有一閘極、一汲極及一源極，該源極 連接該電阻，以產生一參考電流； 一與電源電壓及溫度無關的第一參考電壓，以控制 該MOSFET ； 一電流鏡電路，藉由鏡射該參考電流以產生一第一 及第二鏡電流； 一第一電容，接收該第一鏡電流及產生一第一充電 電壓； 一第二電容，接收該第二鏡電流及產生一第二充電 電壓； 一第二參考電壓，從一輸入供應電壓產生，以控制 該第一及第二充電電壓；以及 一邏輯電路，接收該第一及第二充電電壓與產生一 時脈信號。 2、 如申請專利範圍第1項之時脈產生器，其中該第 一電容、第二電容及電阻決定該時脈信號的週期。 3、 一種時脈產生器，包括： 一電流鏡電路，藉由鏡射一參考電流以產生一第一 及第二鏡電流，該參考電流隨溫度而增加； 一第一電容，接收該第一鏡電流及產生一第一充電 電壓； 一第二電容，接收該第二鏡電流及產生一第二充電

第19頁 1233726 六、申請專利範圍 電壓；以及 一邏輯電路，接收該第一及第二充電電壓與產生一 時脈信號。 4、 如申請專利範圍第3項之時脈產生器，更包括： 一電阻；以及 一 Μ 0 S F E T，具有一閘極、一汲極及一源極，該 MOSFET被連接該電阻以產生該參考電流。 5、 如申請專利範圍第4項之時脈產生器，其中該 MOSFET具有一 Ρ遺溫度上升而減少的臨界.電壓。 6、 如申請專利範圍第5項之時脈產生器，其中該 臨界電壓隨溫度上升而減少，使得一通過該MOSFET的電 流隨溫度上升而增加。 7、 如申請專利範圍第6項之時脈產生器，其中該 臨界電壓隨溫度上升而減少，使得該時脈信號的頻率隨 溫度上升而增加。 8、 如申請專利範圍第4項之時脈產生器，其中該第 一電容、第二電容及電阻決定該時脈信號的週期。 9、 如申請專利範圍第4項之時脈產生器，更包括一 與一電源電壓及溫度無關的第一參考電壓以控制該 MOSFET ° 10、 如申請專利範圍第7項之時脈產生器，更包括一 第二參考電壓從一輸入供應電壓產生，以控制該第一及 第二充電電壓。

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