用于浮栅存储器的电荷泵系统设计

论文摘要

浮栅存储器由于具有非易失性,可电擦除/编程,并且成本较低的特点,因此得到广泛的应用。目前主流的浮栅存储器EEPROM、NAND Flash和NOR Flash的工作电压都不超过5 V,而其擦除和编程操作却需要高于5 V的电压去完成,因此需要片内高压产生电路来产生高压完成擦除和编程操作。本论文对变压器、Cockcroft-Walton电路、电荷泵电路和Boost变换器等高压产生电路进行了研究与分析,并结合集成电路工艺的特点,得出目前最适合作为浮栅存储器中高压产生电路结构的是电荷泵电路。进一步基于Dickson电荷泵对电荷泵电路的基本原理、稳态特性和动态特性进行了详细的分析,归纳出电荷泵的输出电压、上升时间等基本参数的理论推导。同时归纳了克服Dickson电荷泵中阈值压降和衬底偏置效应的不同方法。并采用NCP-2结构的电荷泵做为本设计的结构。针对传统的电荷泵中设计中电荷泵级数的确定主要依据经验而并未考虑效率的问题,采用了一种基于效率优化的设计方法,设计了一种8级NCP-2电荷泵。由于电荷泵系统需要在不同负载情况下提供稳定的输出电压,因此电荷泵电路都需要采用稳压电路来稳定输出电压。在分析了几种稳压策略的情况下,采用了控制时钟有无的稳压方式,并设计了稳压电路中所需的分压器、带隙基准和比较器。最后,采用SMIC 0.35μm 2P3M EEPROM工艺实现了该设计,设计输出电压为16 V,版图面积为520μm×152μm。测试结果显示该电荷泵工作正常,各项性能满足设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景和研究的意义
• 1.2 浮栅存储器与高压产生电路国内外研究现状
• 1.3 论文结构和主要内容
• 2 高压产生电路的发展
• 2.1 高压产生电路的发展历程
• 2.2 不同结构的高压产生电路比较
• 2.3 本章小结
• 3 电荷泵电路的研究与分析
• 3.1 电荷泵的原理
• 3.2 电荷泵的稳态分析
• 3.3 电荷泵的动态分析
• 3.4 电荷泵的类型
• 3.5 本章小结
• 4 电荷泵系统的设计
• 4.1 电荷泵核心电路的设计
• 4.2 电荷泵稳压电路的设计
• 4.3 时钟产生电路的设计
• 4.4 本章小结
• 5 仿真与结果
• 5.1 仿真结果
• 5.2 PVT仿真
• 5.3 版图及其设计
• 5.4 测试结果
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的主要论文和申请专利