设计了一种应用于EEPROM的低电源电压的片内升压电路。基于电压倍乘电路,获得两倍于电源电压的驱动电压,用来驱动高压电荷泵电路得到EEPROM擦写用的15 V高压,实现EEPROM在1.3 V电压下稳定的工作。同时,基于负温度特性的电压分压电路实现电荷泵输出高压的负温度特性,提升了存储器在整个工作温度范围(-40 ℃~85 ℃)内的可靠性。设计的高压产生电路在0.13 μm Embedded EEPROM CMOS工艺实现,工作电压为1.3 V~1.75 V,面积大小为600 μm×80 μm。
本文主要介绍了一种应用于EEPROM的低电源电压的片内高压产生电路设计,该电路能够为EEPROM的擦写操作提供必要的15 V高压,确保其在1.3 V低电源电压下稳定工作。设计中,采用了电压倍乘电路和电荷泵技术,结合负温度特性的电压分压电路,以提升存储器在整个工作温度范围内的可靠性。
电压倍乘电路是电路的核心部分之一,它能够在电源电压较低的情况下,通过交叉连接的NMOS和PMOS器件以及电荷泵电容,将输入电压倍增为两倍,从而为电荷泵提供足够的驱动电压。这种设计克服了传统Dickson结构电荷泵在低电源电压环境下的局限性。
电荷泵电路由多个电压倍乘子级联而成,通常级联的级数越多,输出电压越高。在这个设计中,采用了10级电压倍乘电路,理论上可输出(N+1)·VDD的电压,即11·VDD,但由于非理想因素,实际输出会略低于理论值。
电压稳压电路对于维持电荷泵输出电压的稳定至关重要,它包含分压电路和比较器。分压电路利用负温度系数的特性,使电荷泵的输出电压随着温度的变化而调整,以保持在15 V的设定值。当电荷泵输出电压过高或过低时,比较器根据反馈信号VFB与基准电压VREF的比较结果,控制时钟驱动电路,从而使电荷泵的输出保持在安全范围内。
整个高压产生电路在0.13 μm嵌入式EEPROM CMOS工艺下实现,工作电压为1.3 V至1.75 V,面积紧凑,仅为600 μm×80 μm。这样的设计满足了物联网设备对低功耗、小型化以及高可靠性的要求,特别是在温度变化较大的环境下,能保证EEPROM的稳定擦写和数据存储。
这种创新的EEPROM高压产生电路设计,结合电压倍乘和电荷泵技术,有效解决了低电源电压环境下EEPROM的高压供应问题,提高了其在宽温范围内的工作可靠性,对于推动物联网和RFID芯片的发展具有重要意义。