【摘 要】
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在目前的电子产品市场上,Flash存储器受到便携式电子设备的广泛青睐。Flash存储器存储数据的主要工作机制需要依靠沟道热电子注入效应(CHEI)和量子隧穿效应(FNEI)来实现,而这两种操作的实现需要高电压来完成。由于Flash采取单一电源供电,并且考虑到低电源电压以及小型化的要求,需要在Flash内部设计一个用于产生高压的模块来提供CHEI以及FNEI所需要的高电压。电荷泵由于其面积小、不需要
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在目前的电子产品市场上,Flash存储器受到便携式电子设备的广泛青睐。Flash存储器存储数据的主要工作机制需要依靠沟道热电子注入效应(CHEI)和量子隧穿效应(FNEI)来实现,而这两种操作的实现需要高电压来完成。由于Flash采取单一电源供电,并且考虑到低电源电压以及小型化的要求,需要在Flash内部设计一个用于产生高压的模块来提供CHEI以及FNEI所需要的高电压。电荷泵由于其面积小、不需要电感而成为了Flash内部升压模块的首要选择。本文基于Flash存储器的应用需求,实现了一款应用于Flash存储器中的电荷泵系统。在对电荷泵的基本工作原理、等效模型以及性能指标进行分析理解的基础之上,从改进结构以及优化设计参数两个方面对电荷泵电路的性能进行提升。考虑到Flash的应用需求,采取交叉耦合结构来保证整个周期内都有支路对负载供电,从而减小输出电压纹波,同时增大输出电压抬升速度。针对传统电荷泵结构的阈值电压损失问题,采取动态栅极偏置将传输管偏置在线性区,消除了传输管传输电压时的阈值电压损耗,提升效率。针对衬底偏置效应对电荷泵输出电压的影响,采用动态衬底偏置将PMOS管的衬底偏置在电路两侧的较高电位处来减小衬底偏置效应的影响。为改进简单环形振荡器的缺点,采用电流控制型振荡器生成更为稳定的时钟信号,之后根据电荷泵核的时序要求,对两相不交叠时钟电路进行扩展得到相邻翻转边沿存在延时的四相位不交叠时钟。为减小SKIP模式稳压产生的输出电压纹波,采用速度更快、增益更大的再生比较器以分辨更小的电压差,更快的产生控制信号。最后为保证比较电压的稳定性,采取二阶温度补偿的带隙基准降低比较电压的温度依赖性。最终根据系统的连接反馈关系对整体电路进行仿真,基于华虹宏力0.35μm BCD工艺,在不同工艺角下,-40℃-125℃的温度范围,3.0V-3.7V的电源电压范围以及0-100μA的负载电流变化范围内,根据整体仿真的结果表明,系统能输出9.0V左右的目标高压且输出电压纹波控制在120m V以内,并且在5μs内输出电压均能抬升至所需电压的90%,整体电路的版图面积约为0.25mm~2,满足Flash存储器中的应用需求。
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