一种减小电荷泵启动功耗的设备和方法与流程

本发明涉及本发明属于非易失性存储器技术领域，尤其涉及一种可减小例如无源电子标签、穿戴式电子产品或其他低功耗电子设备或芯片中存储器系统的电荷泵启动功耗的设备和方法。

背景技术：

传统存储器在读、写存储单元的过程中，通常需要施加较高的操作偏压(例如，远大于电源电压)，可利用电荷泵来产生这些相应的操作偏压。为了减小成本，一般可将电荷泵集成在存储器芯片上。电荷泵在启动阶段，通常需要驱动更大的容性负载。这些片上电荷泵在启动阶段的功耗非常大，这导致启动功耗成为超低功耗应用领域的瓶颈，从而不能满足当前日益迫切的超低功耗指标的需求，更无法满足诸如无源射频识别(radiofrequencyidentification(rfid))电子标签芯片、穿戴式电子产品等其他超低功耗应用。在保证电荷泵满足自身驱动能力指标的前提下，减小容性负载的解决方案又难以实现。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提供一种可减小电荷泵启动功耗的设备和方法。

依据本发明的一个方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括一存储器；以及一控制模块，所述控制模块用于仅在所述存储器的电荷泵建立时，把所述电荷泵的工作时钟控制在所述电子设备的系统时钟的分频。

依据本发明的上述方面的电子设备，其中所述电子设备包括无源rfid电子标签、穿戴式电子设备、低功耗电子设备、低功耗芯片中的任一个。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述控制模块用于响应于所述电荷泵建立完毕，把控制所述电荷泵的工作时钟与所述系统时钟相同。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述控制模块用于在所述电子设备的存储器的电荷泵建立初始，把所述电荷泵的工作时钟控制在所述电子设备的系统时钟的分频，并在所述电荷泵建立完毕前把所述电荷泵的工作时钟控制到与所述系统时钟相同。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述控制模块用于在所述电子设备的存储器的电荷泵建立初始，把所述电荷泵的工作时钟控制在所述电子设备的系统时钟的分频，并在抑制住所述电荷泵建立期间的瞬态大功耗后，把所述电荷泵的工作时钟控制到与所述系统时钟相同。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述分频包括二分频、三分频、四分频或n分频，其中n为大于等于二的正整数。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述电荷泵包括用于产生存储器的操作偏压的片上电荷泵。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述电荷泵包括用于产生存储器的操作偏压的外部电荷泵。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述控制模块用于在所述电子设备进场时，使所述电子设备上电。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述控制模块用于根据上电复位信号对所述电子设备的寄存器进行复位。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述控制模块用于响应于接收到读操作指令，使读使能有效。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述控制模块用于根据读操作指令读出数据和/或返回所述数据。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述控制设备用于在读操作结束时使所述电荷泵的输出电压放电。

依据本发明的另一个方面，提供了一种电子设备，其中所述电子设备包括一存储器；以及一电荷泵，其中所述电荷泵的工作时钟仅在启动期间为所述电子设备的系统时钟的分频。

依据本发明的上述方面的电子设备，其中所述电子设备包括无源rfid电子标签、穿戴式电子设备、低功耗电子设备、低功耗芯片中的任一个。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述电荷泵的工作时钟在所述电荷泵建立完毕时与所述系统时钟相同。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述电荷泵的工作时钟在电荷泵建立初始为所述电子设备的系统时钟的分频，且在所述电荷泵建立完毕前与所述系统时钟相同。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述电荷泵的工作时钟在所述电荷泵建立初始为系统时钟的分频，且在所述电荷泵建立期间的瞬态大功耗抑制后与所述系统时钟相同。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述分频包括二分频、三分频、四分频或n分频，其中n为大于等于二的正整数。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述电荷泵包括用于产生存储器的操作偏压的片上电荷泵。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述电荷泵包括用于产生存储器的操作偏压的外部电荷泵。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述电子设备在进场时上电。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述电子设备根据上电复位信号对所述电子设备的寄存器进行复位。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述电子设备响应于接收到读操作指令，使读使能有效。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述电子设备根据接收到的读操作指令读出数据和/或返回所述数据。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述电子设备在读操作结束时使所述读电荷泵的输出电压放电。

依据本发明的另一个方面，提供了一种电子设备，其中所述电子设备包括一存储器；以及一电压自举电路，其中所述电压自举电路的工作时钟仅在启动期间为所述电子设备的系统时钟的分频。

依据本发明的上述方面的电子设备，其中所述电子设备包括无源rfid电子标签、穿戴式电子设备、低功耗电子设备、低功耗芯片中的任一个。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述电压自举电路的工作时钟在所述电压自举电路建立完毕时与所述系统时钟相同。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述电压自举电路的工作时钟在电压自举电路建立初始为所述系统时钟的分频，且在所述电压自举电路建立完毕前与所述系统时钟相同。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述电压自举电路的工作时钟在所述电压自举电路建立初始为系统时钟的分频，且在所述电压自举电路建立期间的瞬态大功耗抑制后与所述系统时钟相同。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述分频包括二分频、三分频、四分频或n分频，其中n为大于等于二的正整数。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述电子设备在进场时上电。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述电子设备根据上电复位信号对所述电子设备的寄存器进行复位。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述电子设备响应于接收到读操作指令，使读使能有效。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述电子设备根据接收到的读操作指令读出数据和/或返回所述数据。

依据本发明的上述方面中任一个的电子设备，其中所述电子设备在读操作结束时使所述读电压自举电路的输出电压放电。

依据本发明的又一个方面，提供了一种方法，包括所述方法包括仅在一电子设备的存储器的电荷泵建立时，把所述电荷泵的工作时钟控制在所述方法的系统时钟的分频。

依据本发明的上述方面的方法，其中所述电子设备包括无源rfid电子标签、穿戴式方法、低功耗方法、低功耗芯片中的任一个。

依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中所述方法包括响应于所述电荷泵建立完毕，把控制所述电荷泵的工作时钟与所述系统时钟相同。

依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中所述方法包括在所述电荷泵建立初始，把所述电荷泵的工作时钟控制在所述方法的系统时钟的分频，并在所述电荷泵建立完毕前把所述电荷泵的工作时钟控制到与所述系统时钟相同。

依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中所述方法包括在所述电荷泵建立初始，把所述电荷泵的工作时钟控制在所述方法的系统时钟的分频，并在抑制住所述电荷泵建立期间的瞬态大功耗后，把所述电荷泵的工作时钟控制到与所述系统时钟相同。

依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中所述分频包括二分频、三分频、四分频或n分频，其中n为大于等于二的正整数。

依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中所述电荷泵包括用于产生存储器的操作偏压的片上电荷泵。

依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中所述电荷泵包括用于产生存储器的操作偏压的外部电荷泵。

依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中所述方法包括在所述方法进场时，使所述方法上电。

依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中所述方法包括根据上电复位信号对所述方法的寄存器进行复位。

依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中所述方法包括响应于接收到读操作指令，使读使能有效。

依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中所述方法包括根据读操作指令读出数据和/或返回所述数据。

依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中所述方法包括在读操作结束时使所述读电荷泵的输出电压放电。

依据本发明的又一个方面，提供了一种方法，包括所述方法包括仅在一电子设备的存储器的电压自举电路建立时，把所述电压自举电路的工作时钟控制在所述方法的系统时钟的分频。

依据本发明的上述方面的方法，其中所述电子设备包括无源rfid电子标签、穿戴式方法、低功耗方法、低功耗芯片中的任一个。

依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中所述方法包括响应于所述电压自举电路建立完毕，把控制所述电压自举电路的工作时钟与所述系统时钟相同。

依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中所述方法包括在所述电压自举电路建立初始，把所述电压自举电路的工作时钟控制在所述方法的系统时钟的分频，并在所述电压自举电路建立完毕前把所述电压自举电路的工作时钟控制到与所述系统时钟相同。

依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中所述方法包括在所述电压自举电路建立初始，把所述电压自举电路的工作时钟控制在所述方法的系统时钟的分频，并在抑制住所述电压自举电路建立期间的瞬态大功耗后，把所述电压自举电路的工作时钟控制到与所述系统时钟相同。

依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中所述分频包括二分频、三分频、四分频或n分频，其中n为大于等于二的正整数。

依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中所述方法包括在所述方法进场时，使所述方法上电。

依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中所述方法包括根据上电复位信号对所述方法的寄存器进行复位。

依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中所述方法包括响应于接收到读操作指令，使读使能有效。

依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中所述方法包括根据读操作指令读出数据和/或返回所述数据。

依据本发明的上述方面中任一个的方法，其中所述方法包括在读操作结束时使所述读电压自举电路的输出电压放电。

附图说明

图1示出依据本发明一个实施例的无源rfid电子标签的示意方框图；

图2示出依据现有技术的一个例子的用于电子标签的示意流程图；

图3示出依据现有技术的一个例子对应于图2所示流程图的信号时序的示意图；

图4示出依据本发明一个实施例的用于电子标签的示意流程图；

图5示出依据本发明的一个实施例对应于图4所示流程图的信号时序的示意图；

图6示出依据本发明的另一个实施例对应于图4所示流程图的信号时序的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出依据依据本发明一个实施例的无源rfid电子标签(以下简称电子标签)120的一个例子的示意方框图。

如图1所示，电子标签120可包括天线122、射频模块124、控制模块126和/或存储器128等。在一个实施例中，所述电子标签120可以是无源电子标签，可由阅读器110来提供电子标签120工作所需的能量。电子标签120可经由天线122等耦合部件接收来自阅读器110的射频信号。控制模块126可接收经由射频模块124传送的所述射频信号中的射频能量，并根据其中所包含的射频信号来控制对存储器128的读取和/或写入。由所述控制模块126从存储器128读取的数据可经由射频模块124通过天线122耦合到阅读器110。在图1所示的例子中，在获得来自阅读器110的能量后，可利用存储器128中的电荷泵130来提供读和/或写存储单元所需的操作偏压。例如，所述电荷泵130可包括片上电荷泵，以用于给存储器128提供操作偏压。

虽然图1中示出电子标签120的一个例子，但是依据本发明其他实施例，电子标签120还可包括其他部件或包括其他结构。在一个实施例中，所述电子标签120的一个或多个部件可集成于一芯片中。

图2示出依据现有技术的电子标签工作流程的一个例子。图3示出对应于图2所示电子标签工作流程的信号时序的一个例子。以下参考图1-3对所述电子标签的工作流程进行说明。如图2所示，在框202，当电子标签120进入阅读器110的场区后，电子标签120的芯片获得能量，电源电压vdd逐渐增大(如图3所示)，芯片120开始上电。

在框204，当电子标签芯片120的电源电压vdd增大至金属氧化物半导体(metaloxidesemiconductor(mos)器件的开启电压(图3所示的t1时刻)，进入上电复位阶段。例如，上电复位信号(power-onreset(por))的输出为低电平，对电子标签芯片120中的寄存器值进行复位。

在框206，电源电压vdd进一步增大，当电源电压达到电子标签芯片系统120的最低工作电压后(图3所示的t2时刻)，释放上电复位信号por至高电平，复位结束，电子标签芯片120进入到待机模式。

在框208，在待机状态下，如果电子标签120接收到来自阅读器110的读操作指令(图3所示的t3时刻)，则读使能信号(readen)由低电平翻转为高电平，从而读使能有效。

在框210，启动读电荷泵130(图3所示的t3至t4时间段)。在读电荷泵130的启动阶段(t3-t4)，读电荷泵130的输出电压vpump由初始值增大到存储器128允许的操作偏压范围。电荷泵130在启动时可利用与电子标签120的系统时钟完全相同的时钟信号clk作为驱动时钟。在电荷泵130的整个工作期间的时钟频率clk和系统时钟保持相同。

在框212，当读电荷泵130的输出电压vpump稳定后，开始读操作(图3所示的t4至t5时间段)。在此阶段，读电荷泵130的驱动时钟clk仍然和系统时钟完全相同。在电荷泵130的输出电压稳定在操作偏压有效范围内，存储器128可实施对存储单元的读操作(例如，读取数据)，并根据电子标签系统120的需求适时返回至阅读器110。

在框214，在读操作结束(图3所示的t5时刻)后，读使能信号readen由高电平翻转为低电平，读电荷泵130的输出电压vpump放电至初始值。在图3所示的t6时刻，芯片120重新进入待机模式。

依据现有技术的一个例子，在读电荷泵130的启动阶段(图3所示的t3至t4时间段)，驱动时钟clk和电子标签120的系统时钟完全相同。所述系统时钟的频率较大(例如，一般大于1mhz)。电路功耗和时钟频率成正比，使得读电荷泵130的启动功耗难以降低，从而限制无源电子标签120读灵敏度的提升。

图4示出依据本发明一个实施例的方法的一个例子的流程图。图5示出依据本发明一个实施例对应于图4所示方法的一个例子的信号时序图。依据一个实施例，所述方法可用于减小例如图1所示电子标签的电荷泵启动功耗。虽然以下参考图4和5并结合图1所示的电子标签来说明依据本发明一个实施例的方法，但本发明并不限于电子标签，而可适用于穿戴式电子产品等其他低功耗应用。例如，所述电子标签120(例如，控制模块126)或穿戴式电子产品等其他低功耗电子设备可执行如图4和5所示的一个或多个流程。

如图4所示，在框402，在电子标签120进入阅读器110的场区后，电子标签芯片120获得能量，其电源电压vdd逐渐增大(如图5所示)，电子标签芯片120开始上电。

在框404，当电源电压vdd增大至电子标签120的mos器件的开启电压时(t1时刻)，上电复位信号por的输出为低电平，对电子标签芯片120中的寄存器值进行复位。所述电子标签120处于上电复位阶段。

在框406，电源电压vdd进一步增大。如图5所示，响应于电源电压vdd在t2时刻达到电子标签120的芯片系统的最低工作电压，释放上电复位信号por至高电平，电子标签芯片120进入到待机模式。

在框408，在待机状态下，如果电子标签120接收到来自阅读器110的读操作指令(例如，图5所示的t3时刻)，读使能信号readen由低电平翻转为高电平，读使能信号readen有效。

在框410，在t3到t4时间段读电荷泵130启动。在读电荷泵130的启动阶段，例如读电荷泵130的输出电压vpump由初始值增大到存储器128允许的操作偏压范围内。在此阶段，例如控制模块126可控制电荷泵130的驱动时钟clk不与电子标签120的系统时钟保持相同，而是采用系统时钟的分频信号，例如，二分频、三分频、四分频或其他分频等，例如n分频，其中n为大于等于二的正整数。驱动时钟clk的频率降低可显著地减小电荷泵130的启动功耗。

在框412，在t4至t5时间段，存储器128开始实施具体的读操作。当电荷泵130建立完毕，存储器128开始读操作时(例如，图5所示的t4)，例如控制模块126可使电荷泵130的驱动时钟clk恢复至和电子标签120的系统时钟完全相同，以保证读电荷泵130的输出电压稳定在操作偏压的有效范围内，从而保证电荷泵130具有足够的驱动能力。在存储器128执行读操作时(图5所示的t4至t5)，例如控制模块126可控制驱动时钟clk可保持和系统时钟相同。响应于存储器128读取正确的数据，控制模块126可控制存储器128根据rfid系统的需求适时地将所读取的数据返回至阅读器110。

在框414，在读操作结束后(例如，t5时刻)，读使能信号readen可由高电平翻转为低电平，读电荷泵130的输出电压vpump放电至初始值。电子标签芯片120在t6时刻重新进入待机模式。

依据本发明的一个实施例，如图4和5所示，可在读电荷泵130的启动阶段和稳定阶段，通过动态调整电荷泵130的驱动时钟clk的频率，以抑制电荷泵启动阶段的瞬态功耗，并满足在电荷泵稳定阶段用于读操作的电荷泵驱动能力需求。在一个实施例中，电荷泵130的驱动时钟clk的时钟频率在电荷泵130建立期间为系统时钟的若干分频，待电荷泵130建立完毕后保持和系统时钟相同。

如图4和5所示，依据本发明的一个实施例，可显著减小存储器128的电荷泵130在启动阶段的瞬态功耗，以满足例如无源rfid电子标签芯片和/或穿戴式电子产品等超低功耗应用需求。如图4和5所示，依据另一个实施例，有助于提高无源rfid电子标签芯片读/写灵敏度等核心指标，和/或有助于提升穿戴式电子产品的待机时间等。

虽然结合图1的电子标签来说明图4所示的方法，但依据本发明的其他实施例，图4的方法不限于电子标签120，而可适用于例如穿戴式电子产品等其他低功耗应用需求的芯片领域。

图6示出依据本发明另一个实施例对应于图4所示方法的一个例子的信号时序图。以下参考图4和6并结合图1所示的电子标签来说明依据本发明另一个实施例的方法，但本发明并不限于电子标签，而可适用于例如穿戴式电子产品等其他低功耗应用。例如，所述电子标签120(例如，控制模块126)或穿戴式电子产品等其他低功耗电子设备可执行如图4和6所示的一个或多个流程。

与图5类似，按照图6所示的实施例，除了在t3至t4时间段内动态调整驱动时钟外，所述电子标签120在其它阶段的工作过程和图5所示的实施例相同。如图6所示，例如控制模块126可控制读电荷泵130可在其启动阶段初始仍采用系统时钟的分频信号(例如，二分频、三分频、四分频或其他分频等，例如n分频，其中n为大于等于二的正整数)，以降低读电荷泵130的启动功耗。

与图5的实施例不同的是，按照图6，在抑制住启动阶段的瞬态大功耗后，控制模块126可控制电荷泵130的驱动时钟立即(图6中t3和t4之间的t3.1时刻)调整到和系统时钟相同，以尽可能缩短启动时间。

按照图6所示的实施例，可在启动功耗和启动时间之间进行合理折中，既可减小读电荷泵的驱动时钟频率以降低启动功耗的同时，还可缩短电荷泵130的启动时间。为了图5给出了对应图3的第二种实施例中的关键信号时序。

如图4和6所示，依据本发明的一个实施例，可显著减小存储器128的电荷泵130在启动阶段的瞬态功耗，以满足例如无源rfid电子标签芯片和/或穿戴式电子产品等超低功耗应用需求。如图4和6所示，依据再一个实施例，有助于提高无源rfid电子标签芯片读/写灵敏度等核心指标，和/或有助于提升穿戴式电子产品的待机时间等。如图4和图6所示，依据另一个实施例，可仅在电荷泵建立初期的一段时间内把电荷泵130的工作频率调整到系统时钟的分频，既可明显降低例如无源rfid电子标签芯片和/或穿戴式电子产品等超低功耗应用中的启动功耗，并可缩短其启动时间。

虽然结合图1的电子标签来说明图4、5和/或6所示的流程，但依据本发明的其他实施例，所述流程并不限于电子标签120，而可适用于例如穿戴式电子产品等其他低功耗应用需求的芯片领域。

虽然结合图1的电子标签来说明图4、5和/或6所示的流程，但依据本发明的其他实施例，所述流程并不限于使用片上电荷泵130来产生存储器128中的操作偏压，在另一个实施例中，所述存储器128的操作偏压可不使用片上电荷泵(例如，130)来产生，而是可从电子标签芯片120的外部提供，例如电子标签芯片120外部的电荷泵(未示出)。在另一个实施例中，存储器128中的操作偏压可不使用片上电荷泵(例如，130)，而可使用电压自举电路来产生。

以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明。凡在本发明精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。