一种使电荷泵输出电压具有多种温度系数的电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种CMOS模拟电路，特别是涉及一种使电荷栗输出电压具有多种温度 系数的电路。
【背景技术】
[0002] 电荷栗是用于产生比电源电压更高的电压值的电路。它的基本工作原理是利用电 容器两端电压降不能突变而只能连续变化的情况下，通过在电容器一端加阶跃信号，则另 一端电压会被抬高相应阶跃压差值，再通过一些具有时间先后的控制开关来导通或关断链 路使得电压抬高的过程持续变化，这样一个比电源电压更高的电压值就产生了。然而这样 的一个电压值或许不是一个需要的理想的电压值，特别是在各工艺角(MOSFET corners)、 宽温度范围(-40 °C~120 °C)以及电压变化下，电荷栗输出电压变化较大。
[0003] 为了在各种情况下仍然能得到比较稳定的输出电压(Vout)，设计者常常将电荷栗 放在一个类似低压差线性稳压器(Low DropOut voltage regulator，LD0)的负反馈环路 中，构成电荷栗稳压电路，如图1所示，典型具有环路控制的电荷栗电路结构包括电压分压 电路10、比较器20、稳压器30、振荡器40、电荷栗50以及滤波电容Cp，其中振荡器(0SC)40用 来给电荷栗提供时钟Pclk，滤波电容Cp用于祛除电荷栗输出Vout的毛刺，电压分压电路10 通常由电阻网络组成，用于将电荷栗输出的高压Vout分压为较低电压Vdivider，比较器 ( C〇mparat〇r)20为常用电路(未示出其电源和其他必要电路），用于将电荷栗输出电压的分 压Vdivider与基准电压(reference voltage)Vref进行比较并将误差电压Petr 1输出至稳 压器的输入端，稳压器30为常用电路（图中Vcd为其电源），用于将误差电压Vpctrl进行调整 并将稳压器输出Vneg输出至电荷栗50的输入端，电荷栗50-般为形如图2所示的多级结构， 从而调整电荷栗电路的一些参数，使得输出电压稳定在预期的范围内，图2中，该电荷栗具 有偶数级（图示为四级）升压电路结构，其中？通？111^2、？1^3和?1^4分别为电荷栗第 一、第二、第三和第四级升压电路;VDD为电源电压;Vintreg为输入电压，Pclk为电荷栗必需 的时钟信号。
[0004] 闪存存储器(flash memory)中存储单元的擦除（erase )、写入(program)和读出 (read)操作都需要用到高于电源电压的高压(high voltage)，一般在存储器内集成一个或 数个电荷栗电路来提供该高压。而当温度变化时，存储单元所需要的操作高压会变化，甚至 不同类操作下电压变化量也不同。这就要求电荷栗输出电压具有随温度变化而变化的特 点，即具有温度系数，甚至具有多种温度系数值以适应温度变化时，不同操作模式下所需操 作电压。
[0005] 一种较理想的方法是将具有温度系数的基准电压(reference voltage)Vref加于 比较器(comparator) 20的差分输入端。比较器20比较电荷栗输出电压分压值Vdivider和基 准电压Vref，此时Vdivider为：
[0007]其中a/ (a+b)为分压系数，a和b为实数。
[0008] 高增益的比较器非常灵敏，在基准电压(Vref)随温度的微小变化下，比较器输出 电压Vpctrl随之变化。
[0009] Vpctrl =A(Vref-Vdivider) (3)
[0010] 其中A为比较器运放的开环增益。
[0011] 该电压作用于低压差线性稳压器30的调节管(regulator M0SFET)，控制着输入电 荷栗升压链路的输入电流变化：
[0012] Iintreg = _gm*Vpctrl (4)
[0013]其中gm为调节管的跨导。
[0014]由于该管子常工作于线性区，故gm的值为如下：
[0016] 其中W/1为调节管的宽长比，u为电荷迀移率(这里为p型M0SFET，则为空穴的迀移 率），Cox为栅氧化层的电容值，Vds为调节管的漏源电压差。
[0017] 该电流值是电荷栗的输入，在电源电压及时钟输入一定的情况下，电荷栗输出电 压大小的调节只有依赖该电流值。一般电流值越大，电荷栗输出电压值越高；电流值越小， 输出电压越低。
[0018] 由此电荷栗输出
[0020] 其中a为比率因子，该值与电荷栗的电源效率有关，Rout为电荷栗的输出电阻， Rload为电荷栗负载电阻。
[0021] 联合以上各式可以得出，电荷栗基准电压的变化将使电荷栗输出电压变化，同时 这种变化反过来经过分压电路输出至比较器输入端，使得运放差分输入差模量尽量减小， 并最终为零，使电荷栗输出达到平衡。此时温度补偿完成。
[0022] 该种温度补偿方法将温度调苄基于基准电压Vref，而基准电压是外接信号。因此 该电路具有温度系数可调、精确的优点，但缺点也明显：需要外接具有温度系数的基准电 压，这增加了外围电路的设计复杂度。
[0023] 另一种实现电荷栗输出电压具有温度系数的方法是将温度控制置于电荷栗环路 的电压分压电路10中。由于闪存的各操作一般需要的是具有负温度系数的高压（即温度越 高，电压越小;温度越低，电压值越高），而二极管(diode)的端电压降具有负温度系数，因此 一种简单而有效的方法就是将具有适当PN结面积的二极管正向偏置的接于分压电路中，基 准电压Vref为一稳定不随温度变化的电压。如图3所示。
[0024] 分压电压值为：
[0026] 其中Rdiode为二极管等效导通电阻。
[0027] Vdiode随温度的变化(温度越高，Vdiode越小），直接反应在Vdivider中，使得比较 器(comparator)输出值变化，后续过程和如同之前分析。最终使得电荷栗输出电压Vout相 应变化。而这种变化正好满足等式
[0028] Vout = Vdiode+VRl+VR2 (8)
[0029] 使得系统进一步稳定，最终达到：
[0031]其中β为分压系数。
[0032] 经过上述分析将端电压差具有负温度系数的二极管串联至电荷栗的反馈环路中， 适当调整二极管ΡΝ结面积能使电荷栗输出具有需要的负温度系数值的高压。然而，该方法 仍具有如下缺点:方法单一，温度系数变化不大且是固定的一种。
【发明内容】
[0033] 为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种使电荷栗输出电压 具有多种温度系数的电路，通过在电荷栗的反馈回路中集成了具有多种温度系数调节的电 路，使得电荷栗在擦除、写入和读出操作下的输出电压具有理想的温度系数。
[0034] 为达上述及其它目的，本发明提出一种使电荷栗输出电压具有多种温度系数的电 路，包括电压分压电路、比较器、稳压器、振荡器、电荷栗以及滤波电容，该电压分压电路电 压分压电路通过利用开关或金属修改项调整电阻网络的连接方式，利用金属修改项一次性 或利用开关实时改变电荷栗的输出电压的温度系数。
[0035] 进一步地，该电压分压电路包括：
[0036] 开关网络，用于芯片封装完毕后在控制信号的控制下改变电阻的接入状态；
[0037] 金属修改网络，包括若干金属修改项，用于芯片封装前永久改变电阻的接入状态；
[0038] 电阻网络，用于按比例产生不同温度系数的电荷栗输出电压的分压。
[0039] 进一步地，该开关网络至少包括金属短接类修改项（<^11、<^13、<^15、<^17)与金 属断开类修改项（<^12、<^14、<^16、(^18、(^21、(^22)。
[0040] 进一步地，该电阻网络至少包括第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管 (D3)、第四二极管(D4)、数模转换电阻、第四电阻(Rdl)、第五电阻(Rd2)、第六电阻(Rd3)、第 七电阻(Rd4)以及第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)，该数模转换电阻为电荷栗 输出电压微调电路，其与第二电阻(R2)-起构成电压分压电路之上电阻的固定值，该第三 电阻(R3)为电压分压电路之下电阻。
[0041] 进一步地，第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)、第四二极管(D4) 依次正向级联，第四二极管(D4)阴极接该数模转换电阻的一端，该数模转换电阻的另一端 接第