一种应用于深亚微米存储器的电荷泵设计

因只读存储器的基本存储单元只进行一次编程，编程后的数据能长时间保存，且在编程时需要流过mA级以上的电流，所以只读存储器编程时通常采用外加编程高压，内部的电荷泵。在设计此类电荷泵时，击穿电压和体效应的影响成为严重的问题。我们设计了一款电荷泵用以在存储器中传递外部编程高压。这种电荷泵利用高压NMOS器件提高了耐压特性并保证了正常工作，且增加了衬底偏置以缩短电荷泵的稳定时间。 在电子技术领域，只读存储器（ROM）是一种常见的存储设备，其基本存储单元一旦编程完成，数据就能长期保持不变。在编程过程中，为了保证足够的编程电流，通常需要外加编程高压。在这种背景下，设计一个能够承受高压并有效工作的电荷泵至关重要。电荷泵作为一种直流-直流转换器，能够在电路上产生并传递所需的高压，尤其适用于深亚微米工艺的存储器设计。 在深亚微米技术中，由于器件尺寸的减小，击穿电压和体效应成为设计电荷泵的主要挑战。击穿电压是指半导体器件在工作状态下能够承受的最大电压，如果超过这个值，器件可能损坏。而体效应则是指半导体器件的阈值电压随着源极和衬底之间电位差的改变而变化的现象，这会影响器件的开关性能。 本设计提出了一种利用高压NMOS器件的电荷泵方案，以解决上述问题。高压NMOS器件具有较高的耐压特性，能有效地防止击穿现象的发生，确保电荷泵在高压环境下稳定工作。同时，通过增加衬底偏置，可以有效地缩短电荷泵的稳定时间，减少体效应带来的负面影响。衬底偏置使得器件的阈值电压在工作过程中相对稳定，从而提高整个系统的性能。 电荷泵的基本工作原理基于电荷转移和电荷分享。如图1所示，常压MOS管构成的电荷泵在初始化后，通过clk信号的方波驱动，将电压逐级提升。电荷泵的各个节点在每个周期内交替积累和释放电荷，从而实现电压的提升。在工作过程中，节点2和节点3的电压随着clk信号的变化而变化，通过电容C1和寄生电容Cs的作用，电压逐渐增加。然而，随着电压的升高，体效应会导致器件阈值电压的增加，从而影响电压提升的效率。 在高压MOS电荷泵中，为了克服工艺尺寸缩小带来的挑战，需要对电路进行优化。例如，通过调整器件参数、改善器件布局，以及引入反馈机制来控制阈值电压的变化，确保电荷泵在长时间工作时仍能保持良好的电压提升能力。此外，对于可能存在的穿通电流和寄生效应，也需要采取相应的措施进行抑制，以保证电荷泵的效率和可靠性。 设计应用于深亚微米存储器的电荷泵是一项复杂而关键的任务，涉及到工艺限制、器件特性、电路稳定性等多个方面。通过巧妙利用高压NMOS器件和衬底偏置技术，可以在保证电荷泵性能的同时，有效解决击穿电压和体效应带来的问题，从而实现高效稳定的编程高压供应。这样的设计不仅对于只读存储器的编程过程至关重要，也为其他需要高压电源的集成电路提供了有价值的参考。