一种电荷泵启动功耗平滑控制的电路和方法与流程

技术特征：
1.一种电荷泵启动功耗平滑控制的电路，其特征在于，所述电荷泵功耗控制电路包括负责产生正电平的控制环路(100)和产生负电平的控制环路(200)，均由分频计数电路、控制电路、电平转换模块、分压电路、电压检测电路、时钟电路和电荷泵组成；其中：所述负责产生正电平的控制环路(100)包括分频计数电路(101)，控制电路(102)，电平转换模块(103)，分压电路(104)，电压检测电路(105)，时钟电路(106)以及电荷泵(107)，其中：所述分频计数时钟(101)用于产生电荷泵每一段升压起始、中止标志信号以及多个频率的电荷泵基础时钟；所述电平转换模块(103)用于产生控制分压电路(104)开关开合的高压控制信号；所述分压电路(104)用于产生所述电压检测电路(105)的同相、反相输入信号；电压检测电路(105)用于检测电荷泵(107)输出电压并根据每一阶段的目标电位给出达到升压目标的指示标志信号；时钟电路(106)用于产生电荷泵(107)所需多相位时钟；电荷泵(107)用于将电源电压抬高到目标电压，并驱动flash存储单元相应端口；控制电路(102)则用于控制环路中所有模块正常工作；所述分频计数电路(101)：输入端口包括误差范围符合要求的时钟信号osc，来自控制电路(102)的总线控制信号op<x1:y1>，op<x2:y2>和复位信号rstp；输出端口则分别为经分频处理后连接至时钟电路(106)的时钟信号oscp和输出到控制电路(102)的总线信号vppramp<m1:0>；所述控制电路(102)：输入信号包括来自电压检测电路(105)的电荷泵升压标志信号vdetp和分频计数电路(101)的总线信号vppramp<m1:0>,其总线位数与升压阶梯段数相关；输出信号则分别为时钟电路(106)的总线信号op<x0:y0>,连接到分压电路(104)中的总线信号op<x4:y4>,至电平转换模块(103)的op<x3:y3>信号，输出到电压检测电路(105)的纹波控制信号op_rpp以及分频计数电路(101)的总线控制信号op<x1:y1>，op<x2:y2>和复位信号rstp；所述电平转换模块(103)，接入来自电压控制电路(102)的低电平总线信号op<x3:y3>，输出高电平总线信号hvop<x3:y3>到分压电路(104)；所述分压电路(104)，由vppi-gnd以及vref-gnd两组电阻分压电路组成；输入端连接低电平总线信号op<x4:y4>和高电平总线信号hvop<x3:y3>，输出分压检测点fdbkp信号和基准参考电压vrefp信号到电压检测电路(105)中比较器/放大器的同相/反相输入端；所述电压检测电路(105)，分别接入分压电路(104)的fdbkp，vrefp信号和控制电路(102)的op_rpp；之后输出vddr和ckenb1到时钟电路(106)，前者作为部分电路的供电源，后者则控制电荷泵时钟启停，此外还输出标志信号vdetp到控制电路(102)用于其内部逻辑切换；所述时钟电路(106)，输入信号分别包括来自控制电路(102)的op<x0:y0>，分频计数电路(101)的时钟信号oscp和vddr以及电压检测电路(105)的信号ckenb1；其输出端则为4相位不交叠时钟ck1p，ck2p，ck3p，ck4p，4信号全部连接到正电荷泵电路(107)；所述电荷泵(107)电路输人端接收pump时钟信号ck1p，ck2p，ck3p，ck4p，输出电荷泵电压，即高压信号vppi，该信号将为存储器bitcell的部分端口提供高压，同时也为分压电路(104)中部分器件以及电平转换模块(103)供电；所述负责产生负电平的控制环路(200)包括分频计数电路(201)，控制电路(202)，电平
转换模块(203)，分压电路(204)，电压检测电路(205)，时钟电路(206)以及电荷泵(207)；其中：所述分频计数电路(201)：输入端口包括与分频计数电路(101)共用的时钟信号osc，来自控制电路(202)的总线控制信号op<x6:y6>，op<x7:y7>和复位信号rstn；输出端口有时钟分频信号oscn和总线信号vnnramp<m2:0>，分别连接到时钟电路(206)和控制电路(202)；所述控制电路(202)：输入信号包括来自电压检测电路(205)的电荷泵升压标志信号vdetn和分频计数电路(201)的总线信号vnnramp<m2:0>；输出端有总线信号op<x5:y5>，op<x6:y6>，op<x7:y7>，op<x8:y8>，op<x9:y9>它们依次接到时钟电路(206)，分频计数电路(201)，电平转换模块(203)和分压电路(204)，此外还输出信号op_rpn到电压检测电路(205)，输出复位信号rstn到分频计数电路(201)；所述电平转换模块(203)，接入来自电压控制电路(202)的低电平总线信号op<x8:y8>，输出高电平总线信号hvop<x8:y8>到分压电路(204)；所述分压电路(204)，由vnni-gnd以及vref-gnd两组电阻分压电路组成；输入端连接低电平总线信号op<x9:y9>和高电平总线信号hvop<x8:y8>，输出分压检测点fdbkn到电压检测电路(205)中比较器/放大器的反相输入端；所述电压检测电路(205)，分别接入参考电压gvss、分压电路(204)的分压检测点fdbkn和控制电路(202)的op_rpn；此后输出vssr和ckenb2到时钟电路(206)，输出标志信号vdetn到控制电路(202)；所述时钟电路(206，输入信号分别包括来自控制电路(202)的op<x5:y5>，分频计数电路(201)的时钟信号oscp和vssr以及电压检测电路(205)的信号ckenb2；其输出端则为4相位不交叠时钟ck1n，ck2n，ck3n，ck4n，4信号全部连接到负电荷泵电路(207)；所述电荷泵(207)输人端接收pump时钟信号ck1n，ck2n，ck3n，ck4n，输出电荷泵电压，即负电压信号vnni，该信号将为存储器bitcell的部分端口，分压电路(204)以及电平转换模块(203)供电。2.一种电荷泵启动功耗平滑控制的方法，基于权利要求1所述的电路，其步骤包括：步骤1：控制电路根据不同工作模式将电荷泵电压建立细分为众多升压阶段，其电压波形表征为阶梯升压；步骤2：控制电路根据负载和时序要求调整每一阶段的时间长度和升压幅值，使得电荷泵电压建立呈现非线性形态；步骤3：分压电路通过分压检测点和基准参考电压的依次调节方式，节省了面积并实现多段阶梯电压的平滑切换；步骤4：通过调节所述分压电路中的电阻阻值，兼顾分压检测点信号的快速响应以及分压电路的低电流消耗；步骤5：控制电路负责电荷泵升压过程中所有阶段的时钟频率和pump能力的调节，减少功耗的无效消耗；步骤6:控制电路和分频计数电路控制电荷泵电压升压过程中的每一阶段时长和电压升幅，改善不同工艺角下flash存储单元擦写深度的一致性。

技术总结
本发明公开了一种Flash电路中控制电荷泵启动功耗的方法。通过设计若干个由分频计数模块-逻辑控制模块-电平转换模块-分压电路-电压检测模块-时钟产生模块-电荷泵模块等组成的既相互独立，又相互关联的环路，利用逻辑控制模块，把各电荷泵电压的建立过程细分为若干阶段，根据使用场景不同，调整时钟频率，升压(或者降压)段数，升压幅度以及PUMP能力，使电荷泵按照特定类似阶梯波的行式精确可控地达到目标电位，在此过程中也完成对电荷泵升压每一阶段的功耗控制。一阶段的功耗控制。一阶段的功耗控制。


技术研发人员：孟颖 白俊峰 张文静 陈艳 许延华
受保护的技术使用者：北京中电华大电子设计有限责任公司
技术研发日：2022.04.07
技术公布日：2022/8/16