一种字线电压产生电路的制作方法

本申请涉及电路设计技术领域，更具体地说，涉及一种字线电压产生电路。

背景技术：

存储器(Memory)是现代信息技术中用于保存信息的记忆设备。随着各类电子设备对集成度和数据存储密度的需求的不断提高，普通的二维存储器很难做到进一步提高其集成度和数据存储密度，因此，三维(3D)存储器应运而生。NAND(与非)存储器是三维闪速存储器的一种，在NAND存储器的外围模拟电路中，字线高压产生电路(或称字线电压产生电路)是关键模块之一，决定着NAND存储器的性能和功耗等重要参数。

在NAND存储器的编程过程中，为了减少阈值分布和加快编程速度，通常采用ISPP(IncrementalStep Pulse Programming)编程算法，ISPP编程算法需要若干个“编程-验证”周期，需要频繁地对字线进行充放电操作，而频繁的字线充放电操作会消耗大量能源，提高了NAND存储器的功耗。

为了解决这一问题，参考图1和图2，图1中示出了字线电压产生电路、第一开关S1、第二开关S2、第一电容CwL、负载RL和存储电容CTANK，现有技术中在NAND存储器中设置了一块额外的存储电容CTANK以实现电荷共享，参考图2，在电荷共享过程中，存储电容CTANK中存储的电荷共享给第一电容CwL，以提高充电过程中字线的初始电压，从而减小充电过程所需的功耗。

但是这样不仅需要增加一块额外的电容作为存储电容CTANK，而且该存储电容CTANK需要与第一电容CwL的量级相当才能有明显的减少功耗的效果，这极大地增加了芯片面积，增加了NAND存储器的成本。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本申请提供了一种字线电压产生电路，以实现在不额外增加电容作为存储电容的基础上，降低字线电压产生电路的功耗的目的。

为实现上述技术目的，本申请实施例提供了如下技术方案：

一种字线电压产生电路，所述字线电压产生电路的输出端与第一电容连接，所述第一电容用于为字线提供共享电荷，所述字线电容产生电路包括：电荷泵模块和与所述电荷泵模块连接的模式选择模块，其中，

所述电荷泵模块包括第一电荷泵单元和多个第二电荷泵单元；

所述模式选择模块包括：电荷回收阶段和电荷共享阶段；其中，

在所述电荷回收阶段，所述模式选择模块用于利用多个所述第二电荷泵单元中的电容存储电荷；

在所述电荷共享阶段，所述模式选择模块用于将在电荷回收阶段存储在多个所述第二电荷泵单元中电容中的电荷共享给所述第一电容。

可选的，所述模式选择模块还包括：充电阶段和稳定阶段；所述字线电压产生电路的一个工作循环包括依次设置的所述电荷共享阶段、稳定阶段、电荷回收阶段和充电阶段；

在所述充电阶段，所述模式选择模块控制第一电荷泵单元和多个第二电荷泵单元以电荷泵工作方式工作，以为所述第一电容充电；

在所述稳定阶段，所述模式选择模块控制第一电荷泵单元以电荷泵工作方式工作，控制多个所述第二电荷泵单元停止工作。

可选的，在所述电荷回收阶段，所述模式选择模块具体用于控制多个所述第二电荷泵单元依次以电荷回收工作方式工作，以使多个所述第二电荷泵单元中的电容依次存储电荷。

可选的，在所述电荷共享阶段，所述模式选择模块具体用于控制多个所述第二电荷泵单元依次以电荷共享工作方式工作，以使多个所述第二电荷泵单元中的电容依次共享给所述第一电容。

可选的，在所述电荷回收阶段，多个所述第二电荷泵单元的依次工作顺序，与在所述电荷共享阶段，多个所述第二电荷泵单元的依次工作顺序相反。

可选的，多个所述第二电荷泵单元包括第一电荷泵、第二电荷泵、第三电荷泵和第四电荷泵；其中，

所述第一电荷泵、第二电荷泵、第三电荷泵均为第一预设电荷泵结构，所述第四电荷泵为第二预设电荷泵结构；

所述第一预设电荷泵结构包括：第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第二电容、第三电容和第四电容；其中，

所述第一晶体管的栅极与第二晶体管的源极以及第三电容的一端均连接，所述第一晶体管的源极与所述第二电容的一端以及所述第二晶体管的栅极均连接，所述第一晶体管的漏极与所述第二晶体管的漏极、第三晶体管的漏极均连接，作为所述第一预设电荷泵结构的输入端；

所述第三晶体管的源极与所述第四电容的一端连接，作为所述第一预设电荷泵结构的输出端，所述第四电容远离所述第三晶体管的一端用于接收时钟信号；

所述第二电容远离所述第一晶体管的一端用于接收时钟信号；

所述第三电容远离所述第二晶体管的一端用于接收时钟信号；

所述第二预设电荷泵结构包括：第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第五电容和第六电容；其中，

所述第四晶体管的栅极与第五晶体管的源极以及第六电容的一端均连接，所述第四晶体管的源极与所述第五电容的一端以及所述第五晶体管的栅极均连接，所述第四晶体管的漏极与所述第五晶体管的漏极、第六晶体管的漏极均连接，作为所述第二预设电荷泵结构的输入端；

所述第六晶体管作为所述第二预设电荷泵结构的输出端，所述第四电容远离所述第六晶体管的一端用于接收时钟信号；

所述第五电容远离所述第四晶体管的一端用于接收时钟信号；

所述第六电容远离所述第五晶体管的一端用于接收时钟信号。

可选的，所述第一电荷泵的第三电容远离第二晶体管一侧用于接收第一时钟信号；

所述第一电荷泵的第二电容远离第一晶体管的一侧用于接收第三时钟信号；

所述第一电荷泵的第四电容远离第三晶体管的一侧用于接收第五时钟信号；

所述第一电荷泵的第三电容远离第二晶体管的一侧用于接收第一时钟信号；

所述第二电荷泵的第二电容远离第一晶体管的一侧用于接收第四时钟信号；

所述第二电荷泵的第三电容远离第二晶体管的一侧用于接收第二时钟信号；

所述第二电荷泵的第四电容远离第三晶体管的一侧用于接收第六时钟信号；

所述第三电荷泵的二电容远离第一晶体管的一侧用于接收第三时钟信号；

所述第三电荷泵的第三电容远离第二晶体管的一侧用于接收第一时钟信号；

所述第三电荷泵的第四电容远离第三晶体管的一侧用于接收第五时钟信号；

所述第五电容远离第四晶体管的一侧用于接收第四时钟信号，所述第六电容远离第五晶体管的一侧用于接收第二时钟信号。

可选的，在所述充电阶段以及所述稳定阶段，所述第一时钟信号、第二时钟信号、第三时钟信号和第四时钟信号为四相不交叠时钟信号；

所述第五时钟信号与所述第一时钟信号相同，所述第六时钟信号与所述第二时钟信号相同；

在所述电荷回收阶段，所述第一时钟信号、第二时钟信号、第三时钟信号和第四时钟信号为四相不交叠时钟信号；

所述第五时钟信号和第六时钟信号为零电平信号；

在所述电荷共享阶段，所述第一时钟信号、第二时钟信号、第五时钟信号和第六时钟信号为零电平信号，所述第三时钟信号和第四时钟信号为工作电压信号。

可选的，所述模式选择模块包括：一开双控开关、第一单开单控开关和第二单开单控开关；其中，

所述一开双控开关的控制端与多个第二电荷泵单元的输入端连接，所述一开双控开关的第一动断触点与工作电源以及第一电荷泵单元的输入端连接；

所述第一单开单控开关的一端与所述第一电荷泵单元的输出端连接，所述第一单开单控开关的另一端与所述第二单开单控开关的一端以及所述第一电容的一端连接；

所述第二单开单控开关远离所述第一电容的一端与多个所述第二电荷泵单元的输出端连接；

所述一开双控开关的第二动断触点与所述第一单开单控开关与所述第一电容的连接节点连接。

可选的，在所述充电阶段，所述一开双控开关的控制端与所述第一动断触点连接，所述第一单开单控开关和所述第二单开单控开关均闭合；

在所述稳定阶段，所述一开双控开关断开，所述第一单开单控开关闭合，所述第二单开单控开关断开；

在所述电荷回收阶段，所述一开双控开关的控制端与所述第二动断触点连接，所述第一单开单控开关和所述第二单开单控开关均断开；

在所述电荷共享阶段，所述一开双控开关和所述第一单开单控开关均断开，所述第二单开单控开关闭合。

从上述技术方案可以看出，本申请实施例提供了一种字线电压产生电路，所述字线电压产生电路由电荷泵模块和模式选择模块构成，在电荷回收阶段，所述模式选择模块利用所述电荷泵模块中的多个所述第二电荷泵单元中的电容存储电荷，在电荷共享阶段，所述模式选择模块将多个所述第二电荷泵单元中电容中存储的电荷共享给所述第一电容，以在提升充电阶段中字线的初始电压，降低NAND存储器的功耗的基础上，不需要额外增加电容作为电荷回收阶段和电荷共享阶段的电荷存储电容，相较于现有技术中利用额外设置的电容作为电荷存储电容的方案，大大降低了字线电压产生电路的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中的字线电压产生电路的结构示意图；

图2为图1所示的字线电压产生电路电荷共享过程的电荷流向示意图；

图3为本申请的一个实施例提供的一种字线电压产生电路的结构示意图；

图4为本申请的一个实施例提供的字线电压产生电路在一个工作循环中字线电压的示意图；

图5为本申请的一个实施例提供的一种第二电荷泵单元的结构示意图；

图6为本申请的一个实施例提供的第一时钟信号、第二时钟信号、第三时钟信号和第四时钟信号的波形示意图；

图7为本申请的另一个实施例提供的一种字线电压产生电路的结构示意图；

图8为充电阶段中，模式选择模块的状态示意图；

图9为稳定阶段中，模式选择模块的状态示意图；

图10为电荷回收过程中，模式选择模块的状态示意图；

图11为电荷共享过程中，模式选择模块的状态示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种字线电压产生电路，如图3所示，所述字线电压产生电路的输出端与第一电容CW连接，所述第一电容CW用于为字线提供共享电荷，所述字线电容产生电路包括：电荷泵模块20和与所述电荷泵模块20连接的模式选择模块10，其中，

所述电荷泵模块20包括第一电荷泵单元21和多个第二电荷泵单元22；

所述模式选择模块10包括：电荷回收阶段和电荷共享阶段；其中，

在所述电荷回收阶段，所述模式选择模块10用于利用多个所述第二电荷泵单元22中的电容存储电荷；

在所述电荷共享阶段，所述模式选择模块10用于将在电荷回收阶段存储在多个所述第二电荷泵单元22中电容中的电荷共享给所述第一电容CW。

在图3中，VIN表示输入给所述字线电压产生电路的工作电压，VOUT表示所述字线电压产生电路的输出电压。

在本实施例中，所述字线电压产生电路由电荷泵模块20和模式选择模块10构成，在电荷回收阶段，所述模式选择模块10利用所述电荷泵模块20中的多个所述第二电荷泵单元22中的电容存储电荷，在电荷共享阶段，所述模式选择模块10将多个所述第二电荷泵单元22中电容中存储的电荷共享给所述第一电容CW，以在提升充电阶段中字线的初始电压，降低NAND存储器的功耗的基础上，不需要额外增加电容作为电荷回收阶段和电荷共享阶段的电荷存储电容，相较于现有技术中利用额外设置的电容作为电荷存储电容的方案，大大降低了字线电压产生电路的成本。

通常情况下，所述字线电压产生电路的一个工作循环包括依次设置的电荷共享阶段、充电阶段、稳定阶段和电荷回收阶段，即在本申请的一个实施例中，所述模式选择模块10还包括：充电阶段和稳定阶段；

在所述充电阶段，所述模式选择模块10控制第一电荷泵单元21和多个第二电荷泵单元22以电荷泵工作方式工作，以为所述第一电容CW充电；

在所述稳定阶段，所述模式选择模块10控制第一电荷泵单元21以电荷泵工作方式工作，控制多个所述第二电荷泵单元22停止工作。

参考图4，图4为所述字线电压产生电路在一个工作循环中字线电压的示意图，图4中横坐标表示时间，纵坐标表示电压；从图4中可以看出，在电荷共享阶段，模式选择模块10将上一个工作循环的电荷回收阶段存储在多个所述第二电荷泵单元22中电容中的电荷共享给所述第一电容CW，以提升字线的初始电压，降低字线在充电阶段所需的电压，从而降低字线电压产生电路及NAND存储器的功耗；在充电阶段，电荷泵模块20中的第一电荷泵单元21和所有的第二电荷泵单元22一起工作，将字线电压提升至预设值后进入稳定阶段，在稳定阶段中，只保持第一电荷泵单元21工作即可保持字线上的电压稳定在预设值；最后在电荷回收阶段，利用多个所述第二电荷泵单元22中的电容存储电荷，以为下一个工作循环中的电荷共享阶段储存电能。

下面对在各个阶段所述第一电荷泵和第二电荷泵的具体工作方式进行说明，在本申请的一个实施例中，在所述电荷回收阶段，所述模式选择模块10具体用于控制多个所述第二电荷泵单元22依次以电荷回收工作方式工作，以使多个所述第二电荷泵单元22中的电容依次存储电荷。

在所述电荷共享阶段，所述模式选择模块10具体用于控制多个所述第二电荷泵单元22依次以电荷共享工作方式工作，以使多个所述第二电荷泵单元22中的电容依次共享给所述第一电容CW。

并且优选的，在所述电荷回收阶段，多个所述第二电荷泵单元22的依次工作顺序，与在所述电荷共享阶段，多个所述第二电荷泵单元22的依次工作顺序相反。

即假设所述电荷泵模块20包括编号为1、2、3和4的四个第二电荷泵单元22，那么在电荷回收阶段，如果是编号为1、2、3和4的第二电荷泵单元22依次以电荷回收工作方式工作；则在电荷共享阶段，编号为4、3、2和1的第二电荷泵单元22依次以电荷共享工作方式工作；如果在电荷回收阶段是编号为4、3、2和1的第二电荷泵单元22依次以电荷回收工作方式工作；则在电荷共享阶段，编号为1、2、3和4的第二电荷泵单元22依次以电荷共享工作方式工作。

在所述电荷回收阶段，多个所述第二电荷泵单元22的依次工作顺序，与在所述电荷共享阶段，多个所述第二电荷泵单元22的依次工作顺序相反的工作方式可以提高在电荷共享阶段完成后，第一电容CW上的初始电压，电荷回收利用率得到提高，从而使得充电阶段的功耗更低。

在上述实施例的基础上，在本申请的另一个实施例中，如图5所示，多个所述第二电荷泵单元22包括第一电荷泵、第二电荷泵、第三电荷泵和第四电荷泵；其中，

所述第一电荷泵、第二电荷泵、第三电荷泵均为第一预设电荷泵结构，所述第四电荷泵为第二预设电荷泵结构；

所述第一预设电荷泵结构包括：第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4；其中，

所述第一晶体管Q1的栅极与第二晶体管Q2的源极以及第三电容C3的一端均连接，所述第一晶体管Q1的源极与所述第二电容C2的一端以及所述第二晶体管Q2的栅极均连接，所述第一晶体管Q1的漏极与所述第二晶体管Q2的漏极、第三晶体管Q3的漏极均连接，作为所述第一预设电荷泵结构的输入端；

所述第三晶体管Q3的源极与所述第四电容C4的一端连接，作为所述第一预设电荷泵结构的输出端，所述第四电容C4远离所述第三晶体管Q3的一端用于接收时钟信号；

所述第二电容C2远离所述第一晶体管Q1的一端用于接收时钟信号；

所述第三电容C3远离所述第二晶体管Q2的一端用于接收时钟信号；

所述第二预设电荷泵结构包括：第四晶体管Q4、第五晶体管Q5、第六晶体管Q6、第五电容C5和第六电容C6；其中，

所述第四晶体管Q4的栅极与第五晶体管Q5的源极以及第六电容C6的一端均连接，所述第四晶体管Q4的源极与所述第五电容C5的一端以及所述第五晶体管Q5的栅极均连接，所述第四晶体管Q4的漏极与所述第五晶体管Q5的漏极、第六晶体管Q6的漏极均连接，作为所述第二预设电荷泵结构的输入端；

所述第六晶体管Q6作为所述第二预设电荷泵结构的输出端，所述第四电容C4远离所述第六晶体管Q6的一端用于接收时钟信号；

所述第五电容C5远离所述第四晶体管Q4的一端用于接收时钟信号；

所述第六电容C6远离所述第五晶体管Q5的一端用于接收时钟信号。

具体地，所述第一电荷泵的第三电容C3远离第二晶体管Q2一侧用于接收第一时钟信号CK1；

所述第一电荷泵的第二电容C2远离第一晶体管Q1的一侧用于接收第三时钟信号CK3；

所述第一电荷泵的第四电容C4远离第三晶体管Q3的一侧用于接收第五时钟信号CK1_E；

所述第一电荷泵的第三电容C3远离第二晶体管Q2的一侧用于接收第一时钟信号CK1；

所述第二电荷泵的第二电容C2远离第一晶体管Q1的一侧用于接收第四时钟信号CK4；

所述第二电荷泵的第三电容C3远离第二晶体管Q2的一侧用于接收第二时钟信号CK2；

所述第二电荷泵的第四电容C4远离第三晶体管Q3的一侧用于接收第六时钟信号CK2_E；

所述第三电荷泵的二电容远离第一晶体管Q1的一侧用于接收第三时钟信号CK3；

所述第三电荷泵的第三电容C3远离第二晶体管Q2的一侧用于接收第一时钟信号CK1；

所述第三电荷泵的第四电容C4远离第三晶体管Q3的一侧用于接收第五时钟信号CK1_E；

所述第五电容C5远离第四晶体管Q4的一侧用于接收第四时钟信号CK4，所述第六电容C6远离第五晶体管Q5的一侧用于接收第二时钟信号CK2。

参考图6，在所述充电阶段以及所述稳定阶段，所述第一时钟信号CK1、第二时钟信号CK2、第三时钟信号CK3和第四时钟信号CK4为四相不交叠时钟信号；

所述第五时钟信号CK1_E与所述第一时钟信号CK1相同，所述第六时钟信号CK2_E与所述第二时钟信号CK2相同；

在所述电荷回收阶段，所述第一时钟信号CK1、第二时钟信号CK2、第三时钟信号CK3和第四时钟信号CK4为四相不交叠时钟信号；

所述第五时钟信号CK1_E和第六时钟信号CK2_E为零电平信号；

在所述电荷共享阶段，所述第一时钟信号CK1、第二时钟信号CK2、第五时钟信号CK1_E和第六时钟信号CK2_E为零电平信号，所述第三时钟信号CK3和第四时钟信号CK4为工作电压信号。

在本实施例中，图5和图6给出了一种具体可行的多个所述第二电荷泵单元22的构成形式以及工作过程。

在上述实施例的基础上，在本申请的又一个实施例中，如图7所示，所述模式选择模块10包括：一开双控开关SW1、第一单开单控开关SW2和第二单开单控开关SW3；其中，

所述一开双控开关SW1的控制端与多个第二电荷泵单元22的输入端连接，所述一开双控开关SW1的第一动断触点与工作电源以及第一电荷泵单元21的输入端连接；

所述第一单开单控开关SW2的一端与所述第一电荷泵单元21的输出端连接，所述第一单开单控开关SW2的另一端与所述第二单开单控开关SW3的一端以及所述第一电容CW的一端连接；

所述第二单开单控开关SW3远离所述第一电容CW的一端与多个所述第二电荷泵单元22的输出端连接；

所述一开双控开关SW1的第二动断触点与所述第一单开单控开关SW2与所述第一电容CW的连接节点连接。

参考图8，在所述充电阶段，所述一开双控开关SW1的控制端与所述第一动断触点连接，所述第一单开单控开关SW2和所述第二单开单控开关SW3均闭合；

参考图9，在所述稳定阶段，所述一开双控开关SW1断开，所述第一单开单控开关SW2闭合，所述第二单开单控开关SW3断开；

参考图10，在所述电荷回收阶段，所述一开双控开关SW1的控制端与所述第二动断触点连接，所述第一单开单控开关SW2和所述第二单开单控开关SW3均断开；

参考图11，在所述电荷共享阶段，所述一开双控开关SW1和所述第一单开单控开关SW2均断开，所述第二单开单控开关SW3闭合。

图7-图11给出了一种可行的模式选择模块10的构成形式以及工作方式。

综上所述，本申请实施例提供了一种字线电压产生电路，所述字线电压产生电路由电荷泵模块20和模式选择模块10构成，在电荷回收阶段，所述模式选择模块10利用所述电荷泵模块20中的多个所述第二电荷泵单元22中的电容存储电荷，在电荷共享阶段，所述模式选择模块10将多个所述第二电荷泵单元22中电容中存储的电荷共享给所述第一电容CW，以在提升充电阶段中字线的初始电压，降低NAND存储器的功耗的基础上，不需要额外增加电容作为电荷回收阶段和电荷共享阶段的电荷存储电容，相较于现有技术中利用额外设置的电容作为电荷存储电容的方案，大大降低了字线电压产生电路的成本。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。