用于闪存设备的可变电压源.pdf

本发明公开了用于闪存设备的可变电压源(80)。所述可变电压源(80)接收输入电压(V)并为闪存设备的读或写操作提供输出电压(VOUT)。所述可变电压源(80)还包括分压器(170、180、190、200)和用于根据在控制逻辑(230)中所接收的数据值来选择抽头点的抽头电路(210)。在调节电路(220)中将从抽头点选择的电压与电压参考进行比较，所述调节电路控制晶体管(150)切换流过电感器(130)的输出电流。

权利要求书
1.  一种设备，其具有接收输入电压的输入终端和提供输出电流的节点，其中所述输出电流的一部分产生可选择的反馈电压，以与电压参考进行比较来控制所述输出电流。

2.  如权利要求1所述的设备，还包括电感器，其中，所述电感器具有耦合到所述输入终端的第一端和耦合到所述输出节点的第二端，并且所述电感器传导供给所述节点的电流。

3.  如权利要求1所述的设备，还包括耦合在所述节点和地终端之间的分压器，其中所述分压器接收所述输出电流的所述部分。

4.  如权利要求3所述的设备，还包括：
具有耦合到电阻器分压器的抽头点的输入端的抽头电路；和
接收数据值以选择所述抽头点之一的控制块。

5.  如权利要求2所述的设备，还包括：
调节电路，用于接收所述电压参考和从所述抽头点之一选择的反馈电压；和
晶体管，其具有耦合到所述调节电路的控制终端以及耦合到所述电感器的所述第二端和所述地终端的载流终端。

6.  如权利要求5所述的设备，其中所述电感器和晶体管形成在一个半导体芯片上。

7.  如权利要求2所述的设备，还包括耦合在所述电感器的所述第二端和所述节点之间的半导体PN结器件。

8.  一种设备，包括：
电感器，其具有接收电压的第一终端和耦合到所述设备的输出端的第二终端；
耦合在所述设备的所述输出端和地终端之间的分压器；
抽头电路，其具有耦合到所述分压器的抽头点的输入端；
控制块，其耦合以接收数据值并将信号提供给所述抽头电路以选择抽头点；
接收电压参考和来自所述抽头点的抽头电压的调节电路；以及
第一晶体管，具有耦合到所述调节电路的控制终端和耦合在所述电感器的所述第二终端和所述地终端之间的载流终端。

9.  如权利要求8所述的设备，其中所述电感器和晶体管集成在同一半导体芯片上。

10.  如权利要求8所述的设备，还包括二极管，所述二极管具有耦合到所述电感器的所述第二终端的第一端和耦合到所述设备的所述输出端的第二端。

11.  如权利要求8所述的设备，其中所述分压器包括多个串联的电阻器。

12.  如权利要求11所述的设备，其中所述分压器还包括第二晶体管，所述第二晶体管具有接收使能信号的控制终端、耦合到所述多个串联的电阻器中的末端电阻器的第一电流传导终端以及耦合到所述地终端的第二电流传导终端。

13.  一种包括电感器、晶体管和具有抽头点的分压器的设备，包括：
第一引脚，耦合到所述电感器的第一终端并且还耦合以接收电压电势；
第二引脚，耦合到所述电感器的第二终端以提供输出电流，并且还耦合到所述分压器的第一端；
参考引脚，耦合到所述分压器的第二端；和
多个引脚，用于接收用于从所述抽头点之一选择抽头电压的数据值，并将所述抽头电压与电压参考进行比较以控制晶体管将所述输出电流从所述第二引脚切换到所述参考引脚。

14.  如权利要求13所述的设备，还包括：
抽头电路，具有耦合到所述抽头点的输入端；和
控制逻辑块，用于接收用来选择所述抽头电压的所述数据值。

15.  如权利要求14所述的设备，还包括调节电路，具有接收所述抽头电压的输入端、接收电压参考的输入端和提供比较结果的输出端。

16.  如权利要求15所述的设备，其中所述晶体管的控制终端耦合到所述调节电路的所述输出端。

17.  如权利要求13所述的设备，还包括二极管，所述二极管耦合在所述电感器的所述第二终端和所述第二引脚之间。

18.  如权利要求13所述的设备，其中所述电感器与所述晶体管形成在同一半导体管芯上。

19.  一种方法，包括：
在输出端提供电压电势；
利用数据值来在分压器上选择抽头点以反馈所述电压电势的一部分来与电压参考进行比较；以及
改变所述电压电势直至所述比较表明所述电压电势的所述部分大致等于所述电压参考。

20.  如权利要求19所述的方法，还包括通过利用不同的数据值在所述分压器上选择不同的抽头点以反馈所述电压电势的不同部分，从而将所述电压电势编程至所期望值的步骤。

21.  如权利要求19所述的方法，还包括当改变所述输出端的所述电压电势时，用使能信号来启动所述分压器的步骤。

说明书用于闪存设备的可变电压源
背景技术
当前的电子产品利用可执行各种应用的电路。某些应用包括作为基本构建模块的非易失半导体存储器设备。数据可存储在非易失存储器中的基本结构是存储器单元。典型的现有闪存单元可由包括选择栅极、浮动栅极、源极和漏极的单场效应晶体管(FET)组成。通过改变浮动栅极上的电荷量，从而引起闪存单元的阈值电压变化，这样可将信息存储在闪存单元中。典型的现有技术的闪存单元可以在两种可能状态—“编程的”或“擦除的”的其中一种状态下。
根据一种现有技术，当闪存单元被读取时，可以将该闪存单元传导的电流与参考闪存单元传导的电流进行比较，这个参考闪存单元的阈值电压设定为具有在间距范围(separation range)中的值的预定参考电压。单个比较器可以进行这种比较，并输出结果。当闪存单元被选定来进行读取时，某一偏压可作用在选择栅极上，并且同样的偏压可作用在参考单元的选择栅极上。如果该闪存单元是编程的，则浮动栅极上俘获的电子增加了阈值电压，以使所选定的闪存单元比参考闪存单元传导更少的漏电流。如果前面的闪存单元是擦除的，则浮动栅极上有少量或没有过剩电子，并且该闪存单元可能比参考单元传导更多的漏极-源极电流。
为确定存储器单元是“编程的”还是“擦除的”，在读取操作中作用在选择栅极上的偏压应该为适当的值。这样，一直以来都需要更好的方式来向闪存提供偏压，从而允许使用闪存的应用能恰当地操作。
本说明书的结论部分具体地指出并清楚地要求了有关本发明的主题。但是，通过参照下面详细的描述，并同时阅读附图，可更好地理解本发明的操作方法和组织及其目的、特征和优点，其中：
图1是根据本发明的实施例的包括处理器和存储器块的方框图，所述存储器块接收调节器的调节操作电压；
图2是如图1中示出的封装电源(PSIP，Power-Supply-In-Package)的示意图；以及
图3是如图1中所示的备用振荡器产生并供给调节器和封装电源(PSIP)的信号的时序图。
应该理解，为简洁清楚地说明，图中所示元件不必按比例绘制。例如，为清楚起见，某些元件的尺寸相对于其他元件则夸大了。
在下面详细的描述中，为提供对本发明的全面理解，提到许多具体细节。但是，本领域的技术人员将理解到没有这些具体细节仍可实施本发明。在其他情况下，公知的方法、过程、组件和电路没有详细描述，以免混淆本发明。
本发明的实施例中提到的体系结构可应用在便携式计算、联网、数字照相机应用、无线技术的产品中，以及基于仪表和汽车应用的广泛的消费品中。还应该理解，这里所公开的电路可用在许多系统中，仅作为示例就包括蜂窝无线电话通讯系统、个人通讯系统(PCS)、调制解调器、双向无线通讯系统、单向和双向无线传呼机、个人数据助理(PDA)和其他手持设备。虽然未示出，但用在计算机中时，这个系统可包括显示设备、键盘、光标控制设备、硬拷贝设备或声音采样设备。根据可以使用计算机系统的具体应用可确定这个计算机系统的具体组件和配置。
在下面的描述和权利要求中，可能使用术语“耦合的”和“连接的”及其派生词。应该理解，这两个术语并非彼此同义的。更确切地说，在具体实施例中，“连接的”可用来表示两个或多个元件彼此直接地物理连接或电连接。“耦合的”可能意味着两个或多个元件直接地物理连接或电连接。但是，“耦合的”也可能意味着两个或多个元件并非彼此直接连接，但彼此仍协作或相互作用。
图1是根据本发明实施例的可以包括处理器20和存储器块30的系统10的方框图，其中存储器块30具有低活动(low active)的备用电源。处理器20可以是微处理器、微控制器、精简指令集计算(RISC)处理器、英格兰剑桥ARM Holdings的ARMTM核、加利福尼亚圣塔克莱拉英特尔公司的StrongARMTM核或XscaleTM核、或嵌入核，但是本发明的范围并不限于此。除非另有具体说明，从下面讨论中很明显，认为通篇说明书中本发明涉及为存储器块30产生适于读取编程地数据的操作电压的动作和/或处理。但是，本发明可用于各种产品。
设备70包括读控制块40、调节器50、逻辑门55和65、和可与存储器块30集成的备用振荡器60、以及由封装90所保护以免受环境影响的组合。或者，在不缩小本发明范围的情况下，读控制块40、调节器50、逻辑门55和65以及备用振荡器60可以在片外，也就是不与存储器块30集成在同一半导体管芯(die)上。电源块，也称之为封装电源(PSIP)80，可接收约1伏到约3.6伏范围内的电压电势(V)，并供给调节器50约4伏到约6伏范围内的可配置的供电电压。或者，PSIP 80可接收约4伏到约6伏范围内的电压电势，并供给调节器50约1伏到约3.6伏范围内的可配置的供电电压。应该注意到，这里输入电压电势值和输出供电电压值并不限制本发明的范围。
封装90为存储器块30、读控制块40、调节器50、备用振荡器60和PSIP 80提供保护，并且可包括塑料封装、陶瓷封装、板上芯片(COB)、直接芯片安装(DCA)、芯片级封装(CSP)或其他。封装90可包括引线框、引线接合、倒装芯片和球状焊接、或滴液顶部密封(globtop sealing)。这里封装中所用的材料和提供电连接的方法都并非意在限制本发明的范围。
电容器100可以与PSIP 80的输出终端连接，以储存能量并提供约6伏的供电电压。电容器100的电容值在约10微法拉-10毫微法拉之间，但这并非是限制本发明。或者，形成的电容器100可以具有高介电常数的电介质，并与读控制块40、调节器50和存储器块30集成。在另一个实施例中，电容器100可放置在PSIP 80内，但电容器100的位置并不限制本发明。
虽然未示出，但应该注意到，在某些应用中PSIP 80可产生供电电压，这种电压可供给封装90外的电子设备。在这些应用中，PSIP 80可以基于电子设备传导的电流总和来提供电流。选择PSIP 80还是外部电源来提供供电电压可以根据存储在锁存器或寄存器中的数据位的值来确定，而这些数据位的值可以在软件控制下变化。锁存器或寄存器可以位于处理器20内，或与半导体器件一起包括在封装90内。这里锁存器或寄存器的位置并非意在限制本发明。应该理解到，通过设计，PSIP 80或外部电源可被指定为缺省地来在加电过程中提供操作电势。这样，存储的数据位可确定是PSIP 80还是外部电源供给调节器50操作电势。在加电并经过一段时间允许电压电势稳定之后，可以提供信号来表示存储器块30中的字线路径已充电至读取电平，使得数据可以从存储器中被读取并由处理器20使用。字线路径提供对存储器阵列中的闪存单元的栅极的访问。
调节器50的输出端可连接到存储器块30，以向存储器提供约4伏到约6伏的信号，但这个信号值并不构成对本发明范围的限制。这样，到存储器单元的读信号可以在约0伏(接地电势)及4-6伏电平之间变化。注意，这个读信号是当所选定的闪存单元存储的数据被读取时，提供给该闪存单元的栅极的电压。应该理解到，图1中示出的电容器110代表晶体管(未示出)的栅极电容和与该读信号相关联的互连路由的电容。电容器110的值例如可以在约100微微法拉到约10000微微法拉的范围内，但这个电容范围并不限制本发明的范围。
读控制块40可提供一个信号，该信号与备用振荡器60产生的信号进行或(OR)操作，并且或门55的输出信号被供给调节器50。读控制块40的信号也可以与备用振荡器60的另一个信号进行或操作，并且或门65的输出使能信号被供给PSIP 80。这样，备用振荡器60可以产生两个信号，一个信号被PSIP 80用来控制供给电容器100的电荷，而另一个信号被调节器50用来控制供给电容器110的电荷。
存储器块30可用来存储发送给系统10的或由系统10发送的消息。存储器块30也可任选地用来存储处理器20在运行过程中执行的指令，并且可用来存储用户数据，例如何时可以发送消息的条件。在一个实施例中，存储器块30中的存储器单元可以是闪存单元。闪存单元可以是能够处于多种模拟状态的其中一种状态的多级闪存单元，并且闪存单元的状态可以由一个或多个二进制位表示，这些状态被间距范围分开。
作为示例，第一状态可以包括最低范围的电压，并用两位表示，在擦除模式下这两个位都为逻辑1。第二状态和第三状态可以分别表示为逻辑值01和10，并且第四状态在编程模式下可由均为逻辑0的两位表示。或者，均为逻辑0的两位可以表示最低范围的电压，而均为逻辑1的两位可以表示最高范围的电压。应该注意到，存储器单元的类型或状态数目并不限制本发明的范围。
具有浮动栅极的非易失存储器单元可以起具有阈值电压的场效应晶体管的作用，随着电荷增加到浮动栅极上，这个阈值电压可能增大。可以用许多不同的方式来检测存储在存储器单元的浮动栅极上的电荷数量。方法包括：当恒定电压作用在存储器单元的选择栅极上时，检测这个存储器单元的单元电流，检测选择栅极的电压量来产生存储器单元所期望的单元电流等。这些用来检测存储在存储器单元的浮动栅极上的电荷数的方法并不限制本发明的范围。
图2是如图1中示出的PSIP 80的示意图。PSIP 80可以在电感器130的一个终端处接收范围在约1伏到约3.6伏的电压电势(V)。电感器130可以是PSIP 80的外部组件或集成为PSIP 80的一部分，这两种实施例都包括在本发明中。电阻器140代表电感器130的电阻，并可表示为与电感器130串联。例如二极管连接形式的晶体管160的半导体PN结器件可以耦合在电阻器140的终端和输出节点或者提供信号VOUT的终端之间。电容器165可以连接到输出终端。许多电阻器可以耦合在输出节点和例如地的参考电势之间。电阻器170、180、190、……、200形成电阻器之间具有抽头点的电阻器分压器。注意，例如电容器分压器网络的任意检测方案都可用来代替电阻器分压器。
控制逻辑块230接收通过PSIP 80的数据终端的数据值，这些数据值可以被锁存并用来向抽头电路210提供选择信号。抽头电路210可以有输入端连接到电阻器分压器的抽头上。调节电路220可以有一个输入端连接到抽头电路210的输出端，而另一个输入端接收内部参考电压信号。调节电路220的输出端可以连接到晶体管150的控制终端。晶体管150的第一电流传导终端可以耦合到电阻器140和二极管连接形式的晶体管160的共同接线上，而第二电流传导终端可以耦合到参考电势上，例如地。
晶体管250的第一电流传导终端可以连接到分压器的末端，也就是电阻器200的终端。晶体管250的第二电流传导终端可以接地。晶体管250的控制终端可以耦合以接收来自或门65的使能信号(见图1)。反相器260可以将晶体管250的控制终端耦合到晶体管270的控制终端。晶体管270的传导终端可以将抽头电路210的输出端耦合到地。
图3是由备用振荡器60产生并供给调节器50和PSIP 80的两个信号(见图1)的时序图。横轴代表时间，而纵轴代表电压。具体地说，波形300图示了对可供给PSIP 80以控制电容器100的充电的信号的时序。波形320表示在时刻t0和t3可以补充存储在电容器100上的电荷。波形310图示了对可供给调节器50以控制电荷供给电容器110的时间的信号的时序。波形330图示了在时刻t0、t1、t2、t3和t4可以补充存储在电容器110上的电荷。
在读模式下运行时(参照图1和3)，读控制块40可以通过或门55将信号提供给调节器50并通过或门65将信号提供给PSIP 80。响应接收到的信号，PSIP 80可以产生约6.0伏的供电电压并提供约500微安培的电流给调节器50。这个电流的约90-100微安培可能被调节器50内的电路消耗掉，而粗略地，余下400微安培的电流可用来给电容器C 110充电。通过保持电容器110充电至约5.4伏的操作电压，可以将合适偏压下的字线信号供给存储器块30。这样，读控制块40、调节器50、备用振荡器60和PSIP 80协作将具有约5.4伏电平的字线供给存储器块30所选定的闪存单元的选择栅极。通过提供合适的电压电平，可正确地确定存储在闪存单元中的“擦除的”值或“编程的”值。
在备用模式下运行时，设备70可以接收来自PSIP 80的供电电压。通过利用由备用振荡器60产生的两个信号(一个信号用于调节器50而另一个信号用于PSIP 80)，备用模式下消耗的功率可以减少以保存用于便携式系统10的电池强度。具体地说，备用振荡器60可产生类似波形300所图示的信号，并将该信号供给PSIP 80以控制存储在电容器100上的电荷。这种信号可以是以30毫秒的速率提供的脉冲，其中约20微秒是有效的，但这并非限制本发明。在20微秒的有效时间期间，PSIP 80可以将电荷再存储在电容器100上，这样提供给调节器50例如在约5.6伏到约6伏范围内的供电电压。
类似于波形310图示的另一个信号可以由备用振荡器60产生，并供给调节器50以控制存储在电容器110上的电荷。这个信号可以是以约600微秒到约900微秒的速率范围提供的脉冲，其中约3微秒是有效的，但这并不是限制本发明。在3微秒的有效时间期间，调节器50可以将电荷再存储在电容器110上，以维持供给存储器块30的字线的电压电平在约5.2伏到约5.4伏范围内。这样，在备用模式下，备用振荡器60可以提供调节器50用的信号，以周期性地取代使电容器110放电的寄生漏电流。实际上，通过使电容器100部分放电，可以给电容器110充电。
在一个实施例中，供给调节器50的信号的频率可以是供给PSIP 80的信号频率的约35倍，但这并不是对本发明的限制。这样，相对于补充存储在电容器100上的电荷，备用振荡器60产生的信号可以更频繁地补充存储在电容器110上的电荷。通过结合这两个独立的信号来分别控制对电容器100和110的充电，存储器块30可以在备用模式下具有较低的功率消耗。
可以参照图2来描述PSIP 80的运行。使能信号允许晶体管150交替地在导通状态和非导通状态之间切换。当晶体管150正在切换时，通过改变流过电感器130的电流而产生的电压可用来增加存储在电容器110上的电荷(见图1中的电容器110)。反馈回路可以检测电压VOUT，并控制晶体管150的切换，从而控制存储在电容器110上的电荷。更具体地说，电阻器170-200可以形成具有抽头点的分压器，从抽头点可选择抽头点电压。抽头电路210所选择的抽头点电压可传递给调节电路220。
调节电路220比较抽头点电压和电压参考，以控制晶体管150的导通。作为示例，电压参考的值可以是约1.3伏，而从抽头电路块210所接收的抽头点电压可以是约1.0伏。在这个示例中，供电电压VOUT的值被确定为具有低于所期望的供电电压的值，并且晶体管150可以交替地在导通状态和非导通状态之间切换。电感器130中变化的电流提供了可存储在电容器110上的附加电荷。这样，供电电压VOUT可以增加直至达到所期望的供电电压。
在另一个示例中，电压参考的值可以是约1.3伏，而从抽头电路块210所接收的抽头点电压可以是约1.4伏。在这个示例中，供电电压VOUT的值被确定为具有高于所期望的供电电压的值，并且晶体管150不会在导通状态和非导通状态之间切换。在这个示例中，没有附加电荷存储在电容器110上，并且供电电压VOUT不会增加。
控制逻辑块230可以与电阻器分压器和抽头电路块210一起使用来设定VOUT值，并进一步控制根所提供的供电电压VOUT的变化的颗粒度(granularity)。控制逻辑块230具有接收数据值的输入端，这些数据值可以是硬件连接的数据值，或者是在系统10的软件控制下利用微代码提供的编程数据值。利用具有多个抽头点的电阻器分压器可对供电电压VOUT进行小的调整。作为示例，具有4个抽头点的电阻器分压器可以利用2个数据值来选择抽头电压，而具有8个抽头点的电阻器分压器可以利用3个数据值来选择抽头电压。这样，控制逻辑块230的设计、抽头电路块210和电阻器分压器控制着所提供的供电电压VOUT的变化的颗粒度。
除了为VOUT值提供颗粒度，还可以通过提供新的数据值来控制逻辑块230，将所期望的VOUT值调高或调低。新的数据值提供从电阻器分压器中的另一个抽头点所选择的新的抽头点电压。将新的抽头点电压与电压参考进行比较，并且晶体管150进行相应地切换。这样，供电电压VOUT可调整到所期望的电压。一旦达到所期望的电压，抽头电压值和电压参考值可以具有相等的值。注意，晶体管250和270根据使能信号确定何时PSIP80可以对供电电压VOUT进行调整。
虽然这里已图示并描述了本发明的某些特征，但本领域的技术人员可进行许多改进、替换、变化和等同替换。因此，应该理解到，所附权利要求意在涵盖所有落在本发明的真正精神内的这些改进和变化。