专利名称：负电压斜率控制电路的制作方法
技术领域：
本发明关于一种负电压斜率控制电路，特别是关于一种用于对非易失性存储器的 擦除电压进行斜率控制的负电压斜率控制电路。
背景技术：
半导体存储器可被分为易失性存储器和非易失性存储器。电可擦除/可编程非易 失性存储器(EEPROM)是非易失性存储器的一种，它的特点是在没有电源的情况下数据仍 然能保持，并在需要时可以擦除和修改数据，而要擦除一个EEPROM单元，常常需要把一个 负电压加到其控制栅上(擦除电压)。因此，要想擦写准确，就需要对该负电压斜率进行有 效控制。现有技术请参考美国专利US5168174 (Negative-Voltage Charge Pump WithFeedback Control)，其公开了一种负电压斜率控制电路。图Ia为现有技术的负电压 斜率控制电路的电路图，图Ib为图Ia中斜率参考电压发生器的电路示意图，图Ic为图Ib 的斜率参考电压发生器的时序图。如图Ia所示，当使能信号En为低时，电容Cl与电容C2 左侧的PMOS晶体管Pl、P2导通，基准信号Vi通过上面的PMOS晶体管P2直接接至擦除电 压Vee，即擦除电压Vee = Vi为正电压，基准信号Vi通过下面PMOS晶体管Pl直接接至Vfl 节点，即Vfl = Vi，因为Vrr < Vi，故比较器COMPl正输入端电压高于负输入端电压，其输 出 SLEN为高，此时定时器TIME工作，输出如图Ic所示的波形。请继续参考图Ib所示，与 非门被SLEN打开，时钟信号CKA和时钟信号CKB能交替打开开关管TRx和开关管TRy，当 时钟信号CKA为低时，开关管TRx的PMOS晶体管栅极为低电平而NMOS晶体管栅极为高电 平，电容Cx向电容Cy放电；当时钟信号CKB为低时，开关管TRy栅极为高电平而导通，电 容Cy通过开关管TRy快速放电至OV (此时时钟信号CKA为高，开关管TRx截止)；当时钟信 号CKA与时钟信号CKB均为高时，开关管TRx与开关管TRy均截止。当SLEN为低电平时， 电容Cx被快速充电至基准信号Vi，SLEN变高后，随着时间推移，电容Cx的电荷逐渐降低， 从而图Ib的输出电压OUT逐渐降低，由于图Ib的输出接至图Ia的比较器C0MP2的负输入 端，比较器C0MP2的正输入端Vf2随着时间推移，电压由基准信号Vi向Vi+(Vee-Vi)*C3/ (C3+C4+Cin)降低，其中Cin为比较器C0MP2的输入电容，在Vf2高于斜率参考电压发生器 的输出电压OUT时，比较器C0MP2输出电平PE为高，负电压电荷泵Charge Pump持续工作， 擦除电压Vee继续降低，擦除电压Vee低至某值后，Vf2 < OUT，则比较器C0MP2输出电平 PE变为低电平，负电压电荷泵不工作，擦除电压Vee上升，擦除电压Vee升至一定值后，Vf2 > OUT,则比较器C0MP2输出电平PE为高电平，负电压电荷泵Charge Pump又工作使Vee下 降，周而复始，使擦除电压Vee能维持于所需负电压(如-11V)。然而，现有技术存在如下缺点由于擦除电压Vee不是线性的，每次输出电压PE动 作均使擦除电压Vee有跳变，擦除电压Vee即使经过整流，其跳变必然会形成不必要的纹 波。
综上所述，可知先前技术的负电压斜率控制电路存在由于擦除电压Vee非线性而 产生跳变会形成不必要的波纹的问题，因此，实有必要提出改进的技术手段，来解决此一问题。
发明内容
为克服上述现有技术存在的由于擦除电压非线性而产生跳变形成不必要的波纹 的问题，本发明的主要目的在于提供一种负电压斜率控制电路，使得擦除电压下降较为平 缓，避免现有技术中存在的擦除电压会产生跳变形成纹波的问题。为达上述及其它目的，本发明一种负电压斜率控制电路，用于对非易失性存储器 擦除电压的斜率进行控制，其包含振荡器，用于产生一初始周期波；第一开关管，连接于该振荡器，获得一控制周期波，由该控制周期波控制该第一开 关管的通断；基准恒流源，一端连接一电源，另一端连接于该第一开关管；镜像恒流源，连接于该第一开关管，用于对该基准恒流源的电流进行镜像；瞬态控制电容，连接于该电源与该镜像恒流源之间；以及第二开关管，其一端连接于该瞬态控制电容与该镜像恒流源之间，以形成第一节 点，该第二开关管还与一电荷泵连接，该电荷泵输出的负电压经该第二开关管输出一擦除 电压，其中当该控制周期波控制该第一开关管导通时，该基准恒流源的电流被导通至该镜像 恒流源进行镜像以形成下拉电流，，该下拉电流使得该瞬态控制电容上的电荷减少，进而使 得该第一节点电压降低，该第一节点电压降低控制该第二开关管导通增强，该擦除电压下 降。进一步地，在该振荡器与该第一开关管之间，还设有一占空比调节电路，该占空比 调节电路对该初始周期波进行调整形成占空比可控的周期波，该控制周期波为该占空比可 控的周期波。进一步地，该第一开关管与该镜像电流源之间设有一第一电压限幅器。进一步地，该瞬态控制电容与该镜像电流源之间设有一第二电压限幅器，该第二 电压限幅器接于第一节点与该瞬态控制电容之间。进一步地，该第一开关管为一第一 PMOS晶体管，该第一 PMOS晶体管栅极与该占空 比调节电路相接，源极接于该基准恒流源，漏极与该第一电压限幅器相接。进一步地，该第二开关管为一第二 PMOS晶体管，该第二 PMOS晶体管的栅极连接于 该第一节点，漏极接于该电荷泵，源极输出该擦除电压。 进一步地，该镜像恒流源还与该电荷泵连接。 与现有技术相比，本发明一种负电压斜率控制电路通过一振荡器产生的周期波控 制第一开关管的通断，并通过一镜像恒流源对基准恒流源的电流进行镜像以形成下拉电 流，该下拉电流使得瞬态控制电容电荷减少，第一节点电压降低，第二开关管导通增强，因 此电荷泵输出至第二开关管的负电压经第二开关管后逐步下降(绝对值增加)，使得负电 压斜率得到可靠控制，本发明由于第一节点电压的变化是连续的，因此输出的擦除电压不会发生突变，解决了现有技术存在的问题。
图Ia为现有技术的负电压斜率控制电路的电路结构图；图Ib为图Ia的斜率参考发生器的电路结构图；图Ic为图Ib的斜率参考发生器的时序图；图Id为现有技术的负电压斜率控制电路的时序图；图2为本发明负电压斜率控制电路第一较佳实施例的电路结构图；图3为本发明负电压斜率控制电路第二较佳实施例的电路结构图；图4为本发明负电压斜率控制电路第二较佳实施例的时序图。
具体实施例方式以下通过特定的具体实例并结合
本发明的实施方式，本领域技术人员可 由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同 的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离 本发明的精神下进行各种修饰与变更。图2为本发明一种负电压斜率控制电路第一较佳实施例的电路结构图。如图2所 示，本发明一种负电压斜率控制电路，用于对非易失性存储器(EEPR0M，例如闪存)擦除电 压斜率进行控制，包括振荡器101、第一开关管102、基准恒流源103、镜像恒流源104、瞬 态控制电容105以及第二开关管106。振荡器101用于产生一初始周期波，该初始周期波被 送至第一开关管102形成一控制周期波，用于控制第一开关管102的通断；第一开关管102 一端连接于基准恒流源103，另一端连接于镜像恒流源，其在该控制周期波的控制下，确定 是否将基准恒流源103的电流Ib导通至镜像恒流源104 ；镜像恒流源104的一端连接于第 一开关管，另一端连接于瞬态控制电容105，其用于对基准恒流源103的电流Ib进行镜像以 形成下拉电流，以将瞬态控制电容105上的电荷拉走，压降变大，由于瞬态控制电容105 — 极接于电源VDD，在下拉电流的影响下，另一极接于镜像恒流源104的电压必然下降，另外， 镜像恒流源104还连接于一电荷泵(图中未示出)的输出端；第二开关管106连接于瞬态 控制电容105与镜像恒流源104之间，其也连接于一电荷泵(图中未示出)的输出端，电荷 泵输出的负电压VIN经第二开关管106输出擦除电压Vee。随着瞬态控制电容105与镜像 恒流源104连接的那一极的电压下降，第二开关管106导通增强，电荷泵输出的负电压经过 第二开关管106输出的擦除电压Vee逐步下降(绝对值增加)，亦即负电压斜率得到可靠控 制。图3为本发明一种负电压斜率控制电路第二较佳实施例的电路结构图。相比于图 2，本发明第二较佳实施例于振荡器101与第一开关管102之间，还设有一占空比调节电路 107，占空比调节电路107用于将振荡器101输入的初始周期波调整后形成占空比可控的周 期波K，然后再将占空比可控的周期波K输入至第一开关管102。另外，本发明第二较佳实 施例在第一开关管102与镜像电流源104之间以及瞬态控制电容105与镜像恒流源104之 间还分别设置电压限幅器108与电压限幅器109，以防止电压过大，其中电压限幅器109 — 端连接于瞬态控制电容105，另一端分别与镜像恒流源104以及第二开关管106相接。更
5具体地说，在本发明第二较佳实施例中，第一开关管102为一 PMOS晶体管P1，该PMOS晶体 管的栅极与占空比调节电路107相接，源极接于基准恒流源103，漏极与电压限幅器108相 接，当然第一开关管102也可以为类似的设计，如为一 NMOS晶体管，本发明不以此为限；镜 像恒流源104包含NMOS晶体管Ml、M2、M3以及M4，其中NMOS晶体管Ml与M2串联，NMOS 晶体管M3与M4相连，其连接方式为常规的镜像恒流源连接方式，当然镜像恒流源104也可 以由四个PMOS晶体管组成，在此不予详述；第二开关管106为一 PMOS晶体管P2，其栅极连 接于电压限幅器109以及镜像恒流源104形成一第一节点，漏极接于一电荷泵(图中未示 出)，接收电荷泵输出的负电压VIN，源极输出擦除电压Vee。请继续参照图3，振荡器101工作，产生一初始周期波，此周期波经占空比调节电 路107调整后形成占空比可控的周期波K，周期波K接至第一开关管102的PMOS晶体管Pl 的栅极，低电平时，PMOS晶体管Pl导通，基准恒流源Ib通过电压限幅器108和镜像恒流源 104的匪OS晶体管Ml和匪OS晶体管M2，并被镜像至镜像恒流源104的匪OS晶体管M3与 NMOS晶体管M4形成下拉电流，这样，瞬态控制电容105上的电荷被拉走，压降变大，因其一 极接于电源VDD，故另一极电压必然下降，即NMOS晶体管M3之漏极电压GR(即第一节点电 压)下降，当周期波K之高电平到来时，第一开关管102的PMOS晶体管Pl截止，镜像恒流 源104的NMOS晶体管Ml和NMOS晶体M2无电流，故镜像恒流源NMOS晶体管M3与NMOS晶 体管M4亦无电流，瞬态控制电容105的极板电压不变，即漏极电压GR不变，而随着时间的 推移，漏极电压GR逐步降低，从而使得第二开关管106的PMOS晶体管P2导通逐渐增强，电 荷泵输出的负电压VIN经过第二开关管106的PMOS晶体管P2输出擦除电压Vee逐步下降 (绝对值增加)，亦即负电压斜率得到可靠控制，因漏极电压GR的变化是连续的，故Vee不 存在突变，不会产生纹波，即可消除现有技术的缺点。图4为本发明负电压斜率控制电路的时序图。其中，横轴为时间轴t，纵轴为电压， k为占空比可控的周期波。通过图4的时序图，可见擦除电压Vee确为缓慢下降，没有出现 突变，确已消除现有技术的缺点。可见，本发明一种负电压斜率控制电路通过一振荡器产生的周期波控制第一开关 管的通断，并通过一镜像恒流源对基准恒流源的电流进行镜像以形成下拉电流，该下拉电 流使得瞬态控制电容电荷减少，第一节点电压降低，第二开关管导通增强，因此电荷泵输出 至第二开关管的负电压经第二开关管后逐步下降(绝对值增加)，使得负电压斜率得到可 靠控制，本发明由于第一节点电压的变化是连续的，因此输出的擦除电压不会发生突变，解 决了现有技术存在的问题。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本 领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此， 本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
权利要求
一种负电压斜率控制电路，用于对非易失性存储器的擦除电压进行控制，其包含振荡器，用于产生一初始周期波；第一开关管，连接于该振荡器，以获得一控制周期波，由该控制周期波控制该第一开关管的通断；基准恒流源，一端连接一电源，另一端连接于该第一开关管；镜像恒流源，连接于该第一开关管，用于对该基准恒流源的电流进行镜像；瞬态控制电容，连接于该电源与该镜像恒流源之间；以及第二开关管，其一端连接于该瞬态控制电容与该镜像恒流源之间，以形成第一节点，该第二开关管还与一电荷泵连接，该电荷泵输出的负电压经该第二开关管输出一擦除电压，其中当该控制周期波控制该第一开关管导通时，该基准恒流源的电流被导通至该镜像恒流源进行镜像以形成下拉电流，，该下拉电流使得该瞬态控制电容上的电荷减少，进而使得该第一节点电压降低，该第一节点电压降低控制该第二开关管导通增强，该擦除电压下降。
2.如权利要求1所述的负电压斜率控制电路，其特征在于在该振荡器与该第一开关 管之间，还设有一占空比调节电路，该占空比调节电路对该初始周期波进行调整形成占空 比可控的周期波，该控制周期波为该占空比可控的周期波。
3.如权利要求2所述的负电压斜率控制电路，其特征在于该第一开关管与该镜像电 流源之间设有一第一电压限幅器。
4.如权利要求3所述的负电压斜率控制电路，其特征在于该瞬态控制电容与该镜像 电流源之间设有一第二电压限幅器，该第二电压限幅器接于第一节点与该瞬态控制电容之 间。
5.如权利要求4所述的负电压斜率控制电路，其特征在于该第一开关管为一第一 PMOS晶体管，该第一 PMOS晶体管栅极与该占空比调节电路相接，源极接于该基准恒流源， 漏极与该第一电压限幅器相接。
6.如权利要求5所述的负电压斜率控制电路，其特征在于该第二开关管为一第二 PMOS晶体管，该第二 PMOS晶体管的栅极连接于该第一节点，漏极接于该电荷泵，源极输出 该擦除电压。
7.如权利要求6所述的负电压斜率控制电路，其特征在于该镜像恒流源还与该电荷泵连接。
全文摘要
本发明公开一种负电压斜率控制电路，用于对非易失性存储器的擦除电压进行控制，其包含用于产生周期波的振荡器；连接于该振荡器的第一开关管，用于获得一控制周期波以控制该第一开关管的通断；连接于该第一开关管的基准恒流源；连接于该第一开关用于对该基准恒流源的电流进行镜像的镜像恒流源；连接于该镜像恒流源的瞬态控制电容；以及连接于该瞬态控制电容与该镜像恒流源之间的第二开关管，并且擦除电压经该第二开关管输出，采用本发明负电压斜率控制电路获得的擦除电压不会发生突变形成纹波，解决了现有技术的缺陷。
文档编号G11C16/30GK101964212SQ20101025053
公开日2011年2月2日 申请日期2010年8月11日 优先权日2010年8月11日
发明者杨光军 申请人:上海宏力半导体制造有限公司