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一种应用于OTP存储器的新型电荷泵的设计

作者:时间:2012-03-07来源:网络收藏

当Vctrl为高电平时,OSC输入振荡器信号,在Vp上加编程高压,则振荡器开始工作。
一个时钟周期内,随着C1左极板的电压升高到VDD,在a点所产生的耦合电压Vφ为:
d.jpg
其中Cs为结点a处的寄生电容,此时结点b处的电压:
e.jpg
Vth为NOMS的阈值电压,随着C1的左极板电压下降到0,但由于M2管的作用,结点a的电压被钳位到:
f.jpg
下一个时钟周期来临,C1的左极板电压再次升高到VDD,从而在结点a处再次产生一个耦合增压Vφ,相应的结点b处相比结点a处有一个阈值电压的损失。周而复始,随着振荡信号的不断输入,结点a、b处的电压也不断增高。
第n个周期后,结点a处的电压:
g.jpg
由于体效应的存在,M1、M2管的阈值电压的改变不能忽略,Vth1_i、Vth2_i分别表示M1、M2管在第i个周期时的阈值电压。
泵达到稳态的时候,结点c的电压达到Vp,整个电路内部的最高电压为结点a的峰值电压Vamax=Vp+V'th2+V'th1,V'th1、V'th2分别为泵稳定时M1、M2的阈值电压(此时体效应现象最为严重)。
虽然该泵能够提供大电流,但是却对电源电压的要求较高。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/177775.htm

j.jpg


图3为采用TSMC0.18um工艺,该电荷泵的仿真结果,其中VP=7V,OSC的振荡周期为50ns,结点c的电压即为输出电压,当电源电压为4V时,经过700ns,我们得到稳定的输出电压6.9V;但当电源电压为3.3V时,电荷泵根本无法正常工作,输出电压只有1.25V,其原因可由式(5)可知,电荷泵要工作必须满足:
i.jpg
这对电荷泵的电源电压要求较高,当VDD=4V时,电荷泵能正常工作,但当VDD降到3.3V时,电荷泵内部的两个阈值压降之和大于由电容所产生的耦合增压,导致电荷泵无法正常工作。
该电荷泵的最大优点在于其能够提供稳定的大电流输出,其输出特性受负载的影响特别小,而且其电路简单,版图所占面积不大,非常适合只需一次性编程的。但除了对电源电压有一定的要求外,它还有两个缺点:第一,电荷泵升压太慢,要得到稳定的输出电压至少需要700ns;第二,电荷泵内部峰值电压太大,由仿真结果可知Vamax为10.8V,这很容易造成电荷泵内部结点的击穿,导致电荷泵无法工作。针对以上缺点,我们提出了一种的电荷泵电路。



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