背景技術(shù)
[0001] 現(xiàn)今的
電子產(chǎn)品利用了可執(zhí)行多種應(yīng)用的
電路。這些應(yīng)用中的一些包括非易失性
半導(dǎo)體存儲器件作為基本的構(gòu)建模
塊。借之來將數(shù)據(jù)存儲在
非易失性存儲器中的基本機(jī)構(gòu)是存儲器單元(memory cell)。典型的
現(xiàn)有技術(shù)的快閃(flash)存儲器單元可以由單個
場效應(yīng)晶體管(FET)組成,所述FET包括選擇柵極(select gate)、浮置柵極(floating gate)、源極和漏極??梢酝ㄟ^改變浮置柵極上電荷的量來將信息存儲在快閃單元中,所述電荷量的改變使得快閃單元的
閾值電壓(threshold voltage)變化。典型的現(xiàn)有技術(shù)的快閃存儲器單元可以處于兩種可能的狀態(tài)之一中,即“已編程”或“已擦除”。
[0002] 根據(jù)一種現(xiàn)有技術(shù)的方法,當(dāng)讀取一個快閃單元時,可將該快閃單元所傳導(dǎo)的
電流與參考快閃單元所傳導(dǎo)的電流進(jìn)行比較,其中所述參考快閃單元所具有的閾值電壓被設(shè)置為預(yù)定參考電壓,該預(yù)定參考電壓具有處于分隔范圍內(nèi)的值。單個比較器可進(jìn)行所述比較并輸出結(jié)果。當(dāng)選擇快閃單元進(jìn)行讀取時,可將一個偏置電壓施加到選擇柵極上,并可將相同的偏置電壓施加到參考單元的選擇柵極上。如果快閃單元已編程,則在浮置柵極上捕獲到的電子增加了閾值電壓,使得所選擇的快閃單元所傳導(dǎo)的漏極電流比參考快閃單元要小。如果所述現(xiàn)有技術(shù)的快閃單元是已擦除的,則只有很少或沒有多余的電子出現(xiàn)在浮置柵極上,快閃單元可能傳導(dǎo)比參考單元更大的漏極—源極電流。
[0003] 為了確定存儲器單元是“已編程”還是“已擦除”,讀操作中施加到選擇柵極的偏置電壓應(yīng)該具有合適的值。因此,需要更好的方法來向快閃存儲器提供合適的電壓,使得數(shù)據(jù)可被擦除、編程或讀取,并使得使用快閃存儲器的應(yīng)用可適當(dāng)?shù)夭僮?,這種需要的存在是持續(xù)性的。
附圖說明
[0004] 在
申請文件的結(jié)論部分具體指出了被認(rèn)為是本
發(fā)明的主題物,并對之明確提出了
權(quán)利要求。然而,就其組織結(jié)構(gòu)和操作方法而言,本發(fā)明及其目的、特征和優(yōu)點(diǎn)可通過參考下述詳細(xì)描述,并結(jié)合附圖閱讀而得到最好的理解,在附圖中:
[0005] 圖1是一個根據(jù)本發(fā)明的
實(shí)施例的
框圖,包括處理器和存儲器模塊,所述存儲器模塊從調(diào)節(jié)器接收調(diào)節(jié)后的操作電壓;
[0006] 圖2示出了圖1所示的封裝內(nèi)電源(PSIP);并且
[0007] 圖3是由待用(standby)
振蕩器所產(chǎn)生并提供給圖1所示的調(diào)節(jié)器和封裝內(nèi)電源(PSIP)的
信號的時序圖。
[0008] 將可認(rèn)識到,為了說明的簡單和清晰起見,圖中所示的元件不一定是按比例繪制的。例如,一些元件的尺寸被相對于其他元件而被放大以比較清晰。
具體實(shí)施方式
[0009] 在下面的詳細(xì)描述中,給出了大量的具體細(xì)節(jié)以提供對本發(fā)明的透徹理解。然而,本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員將會理解到?jīng)]有這些具體細(xì)節(jié)也可以實(shí)施本發(fā)明。在其他情形下,未詳細(xì)說明公知的方法、過程、組件和電路,以免模糊本發(fā)明。
[0010] 本發(fā)明的實(shí)施例中體現(xiàn)的體系結(jié)構(gòu)可應(yīng)用到移動計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)碼
照相機(jī)應(yīng)用、無線技術(shù)和大量基于儀器與自動應(yīng)用中的產(chǎn)品上。還應(yīng)該理解到,在此公開的電路還可用在例如包括移動無線電話通信系統(tǒng)、個人通信系統(tǒng)(PCS)、
調(diào)制解調(diào)器、雙向無線電通信系統(tǒng)、單向和雙向?qū)ず魴C(jī)、
個人數(shù)字助理以及其他
手持設(shè)備在內(nèi)的許多系統(tǒng)中。雖然未被示出,但所述系統(tǒng)在用于計(jì)算機(jī)中時可包括顯示設(shè)備、
鍵盤、
光標(biāo)控制設(shè)備、硬拷貝設(shè)備或聲音
采樣設(shè)備。所述
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的具體組件和配置可由該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所使用的具體應(yīng)用來確定。
[0011] 在下面的描述和權(quán)利要求中,可能使用了術(shù)語“耦合”和“連接”及其派生術(shù)語。應(yīng)該理解到,這些術(shù)語并不一定是彼此的同義詞。確切地說,在特定的實(shí)施例中,“連接”可用來表示兩個或更多的元件彼此直接物理或電
接觸?!榜詈稀笨梢馕吨鴥蓚€或更多的元件直接物理或電接觸。然而,“耦合”還可意味著兩個或更多的元件彼此并未直接接觸,但仍彼此協(xié)同工作或交互。
[0012] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的系統(tǒng)10的框圖,該系統(tǒng)可包括處理器20和具有較低的活動和待機(jī)功率的存儲器模塊30。處理器20可以是
微處理器、微
控制器、精簡指令集計(jì)TM算(RISC)處理器、英國劍橋的ARMHoldings公司提供的ARM 核、加州圣克拉拉的英特爾公TM TM
司提供的StrongARM 核或Xscale 核、或者嵌入式核心,但是本發(fā)明的范圍并不局限于這一方面。除非有相反的具體說明,如可從下面的討論可清楚看出的那樣,可以認(rèn)識到在整個申請文件中,本發(fā)明涉及下述動作和/或處理,所述動作和/或處理用于為存儲器模塊30產(chǎn)生適于讀取所編程的數(shù)據(jù)的工作電壓。然而,本發(fā)明可用于多種產(chǎn)品中。
[0013] 器件70包括讀控
制模塊40、調(diào)節(jié)器50、
邏輯門55和65,以及可與存儲器模塊30集成到一起的待用振蕩器60,該組合由封裝90將之相對于環(huán)境而保護(hù)起來?;蛘撸x
控制模塊40、調(diào)節(jié)器50、
邏輯門55和65以及待用振蕩器60可以是片外(off-chip)的,即并未與存儲器模塊30集成在同一半導(dǎo)
體模片(die)上,這并未縮窄本發(fā)明的范圍。稱為封裝內(nèi)電源(PSIP)80的電源模塊可接收范圍在約1伏特到約3.6伏特的電勢(V),并向調(diào)節(jié)器50提供范圍在約4伏特到約6伏特的可配置供應(yīng)電壓。或者,PSIP 80可接收范圍在約4伏特到約6伏特的電勢,并向調(diào)節(jié)器50提供范圍在約1伏特到約3.6伏特的可配置供應(yīng)電壓。應(yīng)該注意,輸入電勢值和輸出供應(yīng)電壓值都不限制本發(fā)明的范圍。
[0014] 封裝90為存儲器模塊30、讀控制模塊40、調(diào)節(jié)器50、待用振蕩器60和PSIP 80提供保護(hù),并可包括塑料封裝、瓷封裝、板載芯片(COB)、直接芯片附接(DCA)、芯片級封裝(CSP)或其他方式。封裝90可包括引線框、打線連接(wire bond)、倒裝晶片和球形
焊接或高純度頂部(glob top)密封。封裝中所使用的材料和用來提供電接觸的方法都不應(yīng)限制本發(fā)明的范圍。
[0015] 電容器100可連接到PSIP 80的輸出端,以存儲
能量并提供約6伏特的供應(yīng)電壓。電容器100可具有范圍在約10微法到約10納法的電容值,但是這不是對本發(fā)明的限制?;蛘?,電容器100可被形成為具有高k
電介質(zhì)并和讀控制模塊40、調(diào)節(jié)器50和存儲器模塊30集成在一起。在另一個實(shí)施例中,電容器100可設(shè)置在PSIP 80內(nèi)部,但是電容器100的
位置不是對本發(fā)明的限制。
[0016] 盡管未被示出,但是應(yīng)該注意,在一些應(yīng)用中,PSIP 80可產(chǎn)生可被提供給封裝90外部的電子器件的供應(yīng)電壓。在這些應(yīng)用中,PSIP 80可提供一個基于所述電子器件所傳導(dǎo)的電流之和的電流。選擇PSIP 80還是外部電源來提供所述供應(yīng)電壓可由存儲在
鎖存器或寄存器中的一個數(shù)據(jù)位的值來確定,該數(shù)據(jù)位的值可在
軟件控制下改變。所述鎖存器或寄存器可位于處理器20內(nèi),或者可與所述半導(dǎo)體器件一起包含在封裝90內(nèi)。所述鎖存器或寄存器的位置并不是對本發(fā)明的限制。應(yīng)該理解到,通過設(shè)計(jì),PSIP 80或所述外部源可被
指定為在加電順序中提供工作電勢的默認(rèn)器件。因此,所存儲的數(shù)據(jù)位可確定是PSIP 80還是外部源向調(diào)節(jié)器50提供所述工作電勢。在加電和使得電勢穩(wěn)定的一段時間之后,可提供一個信號,表示存儲器模塊30中的字線路徑已被充電到讀電平,使得可從存儲器讀取數(shù)據(jù)并為處理器20所用。字線路徑提供對存儲器陣列中快閃單元的柵極的
訪問。
[0017] 調(diào)節(jié)器50的輸出可連接到存儲器模塊30,以向存儲器提供約4-6伏特的信號,但是該信號的值不是對本發(fā)明的范圍的限制。這樣,對存儲器單元的讀信號可在約零伏特(地電勢)和所述4-6伏特的電平之間跳變。注意,所述讀信號是當(dāng)所選擇的快閃單元所存儲的數(shù)據(jù)正被讀取時向該快閃單元的柵極提供的電壓。應(yīng)該理解到,圖1所示的電容器100代表晶體管(未示出)的柵極電容和與該讀信號相關(guān)聯(lián)的互連路由的電容。電容器100例如可具有范圍在約100皮法到約10,000皮法的值,但是這一電容范圍并不限制本發(fā)明的范圍。
[0018] 讀控制模塊40可提供一個信號,該信號與待用振蕩器60所產(chǎn)生的信號進(jìn)行或,然后或門55的
輸出信號被提供給調(diào)節(jié)器50。來自讀控制模塊40的信號還可以與來自待用振蕩器60的另一個信號進(jìn)行或,然后或門65的輸出使能信號被提供給PSIP 80。這樣,待用振蕩器60可產(chǎn)生兩個信號:一個信號被PSIP 80用來控制提供給電容器100的電荷,另一個信號被調(diào)節(jié)器50用來控制提供給電容器110的電荷。
[0019] 存儲器模塊30可用來存儲發(fā)送給系統(tǒng)10或由系統(tǒng)10發(fā)送的消息。存儲器模塊30還可選地被用來存儲工作期間由處理器20執(zhí)行的指令,并可用來存儲用戶數(shù)據(jù),例如何時可發(fā)送消息的條件。在一個實(shí)施例中,存儲器模塊30中的存儲器單元可以是快閃單元。
所述快閃單元可以是能夠處于若干模擬狀態(tài)之一中的多電平快閃單元,快閃單元的狀態(tài)可由一個或多個二進(jìn)制位來表示,并被分隔范圍所分隔。
[0020] 例如,第一狀態(tài)可包括最
低電壓范圍,并由兩個位來表示,在已擦除模式中這兩個位都是邏輯1。第二和第三狀態(tài)可以由邏輯01和10表示,而第四狀態(tài)可由已編程模式中兩個位都是邏輯0來表示?;蛘撸瑑蓚€位都是邏輯0可表示最低電壓范圍,而最高電壓范圍可由兩個位都是邏輯1表示。應(yīng)該注意,存儲器單元的類型和狀態(tài)數(shù)量都不限制本發(fā)明的范圍。
[0021] 具有浮置柵極的非易失性存儲器單元可以具有和下述場效應(yīng)晶體管相同的行為,該場效應(yīng)晶體管所具有的閾值電壓隨著電荷被增加到該晶體管的浮置柵極而增高。存在多種不同的方式來
感知存儲在所述存儲器單元的浮置柵極上的電荷量。所述方法包括:當(dāng)向存儲器單元的選擇柵極施加恒定電壓時感知該存儲器單元的單元電流;感知為存儲器單元產(chǎn)生期望的單元電流時在選擇柵極處的電壓量;等等。用來感知存儲在存儲器單元的浮置柵極上的電荷量的方法并不會限制本發(fā)明的范圍。
[0022] 圖2是圖1所示的PSIP 80的示意圖。PSIP 80可在電感器130的一個端頭處接收范圍在約1伏特到約3.6伏特的電勢(V)。電感器130可被提供為PSIP 80的外部組件,或集成為PSIP 80的一部分,這兩個實(shí)施例都包含在本發(fā)明內(nèi)。
電阻器140代表電感器130的電阻,可被示出為與電感器130
串聯(lián)。接成
二極管的晶體管160可耦合在
電阻器140的一個端頭和提供信號Vout的輸出
節(jié)點(diǎn)或輸出端之間。電容器165可連接到所述輸出端。多個電阻器可耦合在所述
輸出節(jié)點(diǎn)和參考電勢例如地電勢之間。電阻器170、180、190…200形成電阻
分壓器,其在所述電阻器之間具有抽頭點(diǎn)。注意,可以使用任何感知方案例如
電容分壓器網(wǎng)絡(luò)來取代所述電阻分壓器。
[0023] 控制邏輯模塊230通過PSIP 80的數(shù)據(jù)端接收數(shù)據(jù)值,所述數(shù)據(jù)端可被鎖存并用來向抽頭電路210提供選擇信號。抽頭電路210可具有連接到所述電阻分壓器的抽頭點(diǎn)的輸入端。調(diào)節(jié)電路220可具有連接到抽頭電路210的輸出端的輸入端,并具有另一個用于接收內(nèi)部參考電壓信號的輸入端。調(diào)節(jié)電路220的輸出端可連接到晶體管150的控制端。晶體管150的第一電流傳導(dǎo)端可耦合到電阻器140和接成二極管的晶體管160的公共連接端,而第二電流傳導(dǎo)端可耦合到參考電勢例如地電勢。
[0024] 晶體管250的第一電流傳導(dǎo)端可連接到分壓器的一端,即電阻器200的一個端頭。晶體管250的第二電流傳導(dǎo)端可連接到地。晶體管250的控制端可耦合來從或門65接收使能信號(見圖1)。
反相器260可將晶體管250的控制端耦合到晶體管270的控制端。晶體管270的傳導(dǎo)端可將抽頭電路210的輸出端耦合到地。
[0025] 圖3是待用振蕩器60所產(chǎn)生并提供給調(diào)節(jié)器50和PSIP 80(見圖1)的兩個信號的時序圖。
水平軸表示時間而垂直軸表示電壓。具體地說,
波形300示出了可被提供給PSIP 80以控制電容器100的充電的信號的時序。波形320示出了存儲在電容器100上的電荷可在時間t0和t3處補(bǔ)充。波形310示出了下述信號的時序,該信號可被提供給調(diào)節(jié)器50以控制向電容器110提供電荷的時間。波形330示出了存儲在電容器110上的電荷可在時間t0、t1、t2、t3和t4處補(bǔ)充。
[0026] 工作在讀模式時(參考圖1和3),讀控制模塊40可將信號通過或門55提供給調(diào)節(jié)器50,并通過或門65提供給PSIP 80。響應(yīng)于所接收的信號,PSIP 80可向調(diào)節(jié)器50產(chǎn)生約6.0伏特的供應(yīng)電壓并提供約500微安的電流。這一電流中的約90到100微安消耗在調(diào)節(jié)器50內(nèi)的電路中,而剩下的約400微安的電流可用于給電容器110充電。通過對電容器110保持充電直到約5.4伏特的工作電壓,處于適當(dāng)?shù)钠秒妷禾幍淖志€信號可被提供給存儲器模塊30。這樣,讀控制模塊40、調(diào)節(jié)器50、待用振蕩器60和PSIP 80協(xié)同工作來向存儲器模塊30的所選擇的快閃單元的選擇柵極提供具有約5.4伏特電平的字線。通過提供適當(dāng)?shù)碾妷弘娖?,存儲在快閃單元中的“已擦除”值或“已編程”值可被正確地確定。
[0027] 工作在待用模式時,器件70從PSIP 80接收供應(yīng)電壓。通過使用待用振蕩器60所產(chǎn)生的兩個信號(一個信號用于調(diào)節(jié)器50,另一個信號用于PSIP 80),可減少待用模式期間消耗的功率以節(jié)約移動系統(tǒng)10的
電池能量。具體地說,像波形300所示出的信號可由待用振蕩器60所產(chǎn)生并被提供給PSIP 80,以控制存儲在電容器100上的電荷。這一信號可以是以30毫秒的
頻率提供的脈沖,在約20微秒上有效,但這不是對本發(fā)明的限制。在20微秒的有效時間期間,PSIP 80可恢復(fù)電容器100上的電荷,因此向調(diào)節(jié)器50提供范圍例如在約5.6伏特到約6伏特的供應(yīng)電壓。
[0028] 像波形310所示出的另一個信號可以由待用振蕩器60所產(chǎn)生并提供給調(diào)節(jié)器50,以控制存儲在電容器110上的電荷。這一信號可以是在約3微秒上有效的脈沖,以范圍在約600微秒到約900微秒的頻率提供,但這不是對本發(fā)明的限制。在3微秒的有效時間期間,調(diào)節(jié)器50可恢復(fù)電容器110上的電荷,以維持提供給存儲器模塊30的、范圍在約5.2伏特到約5.4伏特的字線電壓電平。這樣,在待用模式中,待用振蕩器60可提供一個信號,該信號被調(diào)節(jié)器50用來周期性地抵償將電容器110放電的寄生
漏電流。實(shí)際上,電容器110可通過部分地將電容器110放電來充電。
[0029] 在一個實(shí)施例中,提供給調(diào)節(jié)器50的信號在頻率上可以約是提供給PSIP 80的信號的35倍,但這并不是對本發(fā)明的限制。這樣,待用振蕩器60所產(chǎn)生的信號可相對于存儲在電容器100上的電荷而言更頻繁地補(bǔ)充存儲在電容器110上的電荷。通過包含這兩個獨(dú)立的信號來獨(dú)立地控制電容器100和110的充電,存儲器模塊30在待用模式中可具有低功耗。
[0030] PSIP 80的操作可參考圖2來描述。使能信號使得晶體管150可在導(dǎo)通狀態(tài)和非導(dǎo)通狀態(tài)之間交替切換。當(dāng)切換晶體管150時,通過改變流過電感器130的電流而產(chǎn)生的電壓可用來增加存儲在電容器110上的電荷(見圖1中的電容器110)。反饋回路可感知電壓Vout并控制晶體管150的切換,從而控制存儲在電容器110上的電荷。更具體地說,電阻器170-200可形成具有抽頭點(diǎn)的分壓器,可從所述抽頭點(diǎn)處選擇抽頭電壓。抽頭電路210所選擇的抽頭電壓可被傳遞給調(diào)節(jié)電路220。
[0031] 調(diào)節(jié)電路220將抽頭電壓與電壓參考進(jìn)行比較以控制晶體管150的導(dǎo)通狀態(tài)。例如,電壓參考可能具有約1.3伏特的值,而從抽頭電路模塊210接收的抽頭電壓可能具有約1.0伏特的值。在這一示例中,供應(yīng)電壓Vout可被確定為具有低于預(yù)期供應(yīng)電壓的值,而晶體管150可在導(dǎo)通與非導(dǎo)通狀態(tài)之間交替切換。電感器130中改變的電流提供了可存儲在電容器110上的更多的電荷。這樣,可提高供應(yīng)電壓Vout,直到達(dá)到所預(yù)期的供應(yīng)電壓。
[0032] 在另一個示例中,電壓參考可能具有約1.3伏特的值,而從抽頭電路模塊210接收的抽頭電壓可能具有約1.4伏特的值。在這一示例中,供應(yīng)電壓Vout可被確定為具有高于所期望的供應(yīng)電壓的值,而晶體管150不在導(dǎo)通狀態(tài)和非導(dǎo)通狀態(tài)之間切換。在這一示例中,不在電容器110上存儲更多的電荷,也不提高供應(yīng)電壓Vout。
[0033] 控制邏輯模塊230可與電阻分壓器以及抽頭電路模塊210一起用來設(shè)置Vout的值,并且還控制供應(yīng)電壓Vout中提供的改變粒度(granularity)??刂七壿嬆K230具有用于接收數(shù)據(jù)值的輸入端,所述數(shù)據(jù)值可以是硬布線數(shù)據(jù)值,或者是使用系統(tǒng)10的軟件控制下的微代碼而提供的已編程數(shù)據(jù)值??梢允褂镁哂卸鄠€抽頭點(diǎn)的電阻分壓器來提供對供應(yīng)電壓Vout的微小調(diào)節(jié)。例如,具有4個抽頭點(diǎn)的電阻分壓器可使用兩個數(shù)據(jù)值來選擇抽頭電壓,而具有8個抽頭點(diǎn)的電阻分壓器可使用3個數(shù)據(jù)值來選擇抽頭電壓。這樣,控制邏輯模塊230、抽頭電路模塊210和電阻分壓器的設(shè)計(jì)控制了在供應(yīng)電壓Vout中所提供的改變的粒度。
[0034] 除了為值Vout提供的粒度之外,可通過向控制邏輯模塊230提供新的數(shù)據(jù)值來將Vout的期望值向上或向下調(diào)節(jié)。所述的新數(shù)據(jù)值提供了從電阻分壓器的另一個抽頭點(diǎn)選擇的新抽頭電壓。將該新抽頭電壓與電壓參考進(jìn)行比較,并相應(yīng)地切換晶體管150。這樣,可將供應(yīng)電壓Vout調(diào)節(jié)到預(yù)期電壓。在達(dá)到預(yù)期電壓時,抽頭電壓和電壓參考值可具有相等的值。注意,晶體管250和270根據(jù)所述使能信號來確定PSIP 80何時可調(diào)節(jié)供應(yīng)電壓Vout。
[0035] 盡管在此已經(jīng)示出并描述了本發(fā)明的某些特征,但是本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可作出許多
修改、替換、改動和等同。因此,應(yīng)該理解到所附權(quán)利要求應(yīng)
覆蓋所有這些落在本發(fā)明的真正精神之內(nèi)的修改和改動。