本文摘要：因只读存储器的基本存储单元只展开一次编程，编程后的数据能长时间留存，且在编程时必须流到mA级以上的电流，所以只读存储器编程时一般来说使用另加编程高压，内部的电荷泵。

因只读存储器的基本存储单元只展开一次编程，编程后的数据能长时间留存，且在编程时必须流到mA级以上的电流，所以只读存储器编程时一般来说使用另加编程高压，内部的电荷泵。在设计此类电荷泵时，穿透电压和体效应的影响沦为相当严重的问题。

我们设计了一款电荷泵借以在存储器中传送外部编程高压。这种电荷泵利用高压NMOS器件提升了耐压特性并确保了长时间工作，且减少了衬底偏置以延长电荷泵的平稳时间。

　　电荷泵电路结构和工作原理　　1常压MOS管电荷泵　　图1右图是可行性明确提出的电荷泵电路原理图，其中所有的器件皆为常压器件。　　　　图1常压MOS管包含的电荷泵原理图　　初始化过程中，clear信号为低电平。此时N5管关上，将节点4清零；由于N4栅极一直相接高电平，N4管关上，将节点3清零。

　　初始化完结后电荷泵转入工作状态。Vp为另加编程高压，clear信号维持高电平，clk信号为相同周期的方波信号。N4栅极恒为高电平，因此不会将clear信号的高电平传输到节点3，节点3的初始电压为V3.0=VDD-VTH4。

节点5为与clk信号周期完全相同、振幅转换器的方波信号。以下依据节点5信号的变化具体分析电荷泵的工作原理。

　　第1周期，节点5首先保持半个周期的高电平。根据电荷共享原理，此时节点2的电压由电容C1和Cs的分压要求（其中Cs为节点2的寄生电容），电压可回应为：　　V2，1=C*VDD/（C1+CS）（1）　　因N2管为饱和状态永久磁铁，节点3的电压被钳位，表达式为：　　V3，1=V2，1-VTH2=C1VDD/（C1+CS）-VTH2（2）　　随后节点5改以低电平，节点2电压渐渐上升。由于没泄放通路，电压不会在节点3仍然维持下去，并且由于C1远大于节点2的寄生电容，使得半个高电平周期后节点3的电压不足以使N1管关上。

N1管的打开使得节点2的电位会持续上升，而是不会被钳位到电压值。　　V2，1=V2，1-VTH2-VTH1=C1VDD/（C1+CS）-VTH2-VTH1（3）　　这个乃是第一周期过后节点2上构成的电压值。

　　第二个周期，某种程度的节点5不会经历高电平和低电平各半个周期。这一过程依然不会在节点3和节点2上累积电荷。

与第一周期类似于的推论可获得以下一组表达式：　　V2，2=V2，1+C1VDD/（C1+CS）（4）　　V3，2=V2，2-VTH2（5）　　V2，2=V3，2-VTH2=V2，2-VTH2-VTH1=V2，1+C1VDD/（C1+CS）-VTH2-VTH1（6）　　较为公式（3）和公式（6）可找到，每一周期节点2上减少的电压为：　　V=C1VDD/（C1+CS）-VTH2-VTH1（7）　　依序以此类推，第i个周期节点5保持高电平时，节点2和节点3的电压为：　　V2，i=C1VDD/（C1+CS）+（i+1）［C1VDD/（C1+CS）-VTH2-VTH1］（8）　　V3，i=C1VDD/（C1+CS）-VTH2+（i-1）［（C1+CS）-VTH2-VTH1］（9）　　V2，i=i［C1VDD/（C1+CS）-VTH2-VTH1］（10）　　V3会持续增高，当抵达一定值时会通过N1、N3被Vp钳位，此时电荷泵转入稳态且Vp能原始传送到编程节点4。但在转入稳态之前，V2和V3不会在高电平半周超过小于Vp的电压峰值，随后在低电平半周平稳。　　2高压MOS电荷泵　　理论上分析电荷泵可以长时间工作。然而一些潜在的问题可能会引起电路的不长时间工作。

　　首先，随着工艺尺寸的增大，电路所用的电源电压VDD，能忍受的栅源穿透电压BVGS、源漏穿通电压BVDS，漏PN结穿透电压BVDB都减少。若在电荷泵工作过程中，V2和V3增高到低于其中一种穿透电压，则不会使得器件和电路面对焚毁或无法长时间工作的危险性。　　其次，考虑到体效应的影响器件的阈值电压在大大变化。

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