CN112433555B - 稳压装置及稳压装置的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种稳压装置及其控制方法。稳压装置包括稳压器及路径开关。稳压器包括输出端以及分压电路。输出端用以产生控制电压。分压电路依据输入电压产生过冲参考电压。路径开关的第一端耦接输出端，路径开关的第二端耦接参考电压端，路径开关的控制端接收过冲参考电压。当控制电压大于过冲参考电压与路径开关的临界电压的加总时，路径开关导通以将输出端的电荷导引至所述参考电压端。

Description

稳压装置及稳压装置的控制方法
技术领域
本发明涉及一种稳压器技术，涉及一种可适用于快取存储器的稳压装置及稳压装置的控制方法。
背景技术
在反或闸(NOR)快取存储器技术中，稳压器(regulator)主要是对高于工作电压的抽取电压(pumping voltage)进行稳压而产生控制电压，从而顺利地让快取存储器进行相应操作，如，读取/写入/设定/程序化/抹除操作等。因此，稳压器皆希望能够以迅速提升控制电压且维持此控制电压的稳定为设计方向。
然则，由于已知稳压器的输出端难以释放电荷，在快取存储器的部分操作下将可能造成误判。例如，在后段程序化(Post-Program；Post-PGM)操作中，稳压器所产生的控制电压将会影响到存储单元的验证结果而导致误操作。
发明内容
本发明提供一种可应用于快取存储器的稳压装置及其控制方法，从而使稳压装置的输出端在特定情形下具备较佳的电荷释放效率。
本发明实施例的稳压装置包括稳压器及路径开关。稳压器包括输出端以及分压电路。输出端用以产生控制电压。分压电路依据输入电压产生过冲参考电压。路径开关的第一端耦接输出端，路径开关的第二端耦接参考电压端，路径开关的控制端接收过冲参考电压。当控制电压大于过冲参考电压与路径开关的临界电压的加总时，路径开关导通以将输出端的电荷导引至参考电压端。
本发明实施例的稳压装置的控制方法包括下列步骤。设置路径开关，其中路径开关的第一端耦接所述输出端，路径开关的第二端耦接参考电压端。通过分压电路产生过冲参考电压，其中路径开关的控制端接收过冲参考电压。判断控制电压是否大于过冲参考电压与路径开关的临界电压的加总。以及，当控制电压大于过冲参考电压与路径开关的临界电压的加总时，导通路径开关以将输出端的电荷导引至参考电压端。
基于上述，本发明实施例所述的稳压装置及其控制方法在稳压装置的输出端设置路径开关，利用稳压装置中的分压电路产生过冲参考电压，并利用路径开关的物理特性以比较过冲参考电压以及输出端上的控制电压。当控制电压大于过冲参考电压与路径开关的临界电压的加总时，表示位于快取存储器的后段程序化操作中且快取存储器的存储单元有发生过冲现象，此时路径开关便会导通以将输出端的电荷导引至参考电压端，从而使稳压装置的输出端具备较佳的电荷释放效率。相对地，控制电压不大于过冲参考电压与路径开关的临界电压的加总时，路径开关便会截止以维持输出端的电荷。藉此，稳压装置在特定情形下可使其输出端具备较佳的电荷释放效率。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是依照本发明一实施例的一种稳压装置的示意图；
图2是依照本发明一实施例的一种稳压装置的方块图；
图3是依照本发明一实施例的一种稳压装置的电路图；
图4是依照本发明一实施例的一种稳压装置的控制方法的流程图。
附图标号说明：
100：稳压装置
110：稳压器
120：分压电路
130：路径开关
230：误差放大器
235：信号转换电路
240：电压电平位移电路
250：输出级电路
260：频率补偿电路
270：修剪电路
280：偏压电路
310：电压转换器
DTCODE：数字修剪码
VREF：参考电压
VREFOS：过冲参考电压
VCNT：控制电压
Vth1、Vth2：临界电压
VCNT1：第一控制电压
VCNT2：第二控制电压
VG：比较电压
N1：路径开关的第一端
N2：路径开关的第二端
N2401：电压电平位移电路的第一端
N2402：电压电平位移电路的第二端
NC：路径开关的控制端
NOUT：输出端
NFB：反馈端
NCOM：比较输出端
Rm：补偿电阻
Cm：补偿电容
CT1：第一维持电容
CT2：第二维持电容
VDD：工作电压
Vin：输入电压
R1～R6：电阻
MS1～MS3、MN1、MN2：N型MOS
MP1：P型MOS
GND：接地电压端
MEN：启用开关
EN：启用电压
I：电流
具体实施方式
图1是依照本发明一实施例的一种稳压装置100的示意图。稳压装置100可应用于快取存储器的控制装置。快取存储器可以是逻辑反或(NOR)型快取存储器或是逻辑反及(NAND)型快取存储器。稳压装置100主要是对高于工作电压的抽取电压进行稳压而产生控制电压VCNT，从而顺利地让快取存储器进行相应操作。应用本实施例者亦可依其需求而将本发明实施例所述的稳压装置应用在其他技术中，例如应用在其他类型的存储器元件(如，电阻型随机存取存储器(RRAM)、铁电随机存取存储器(FeRAM)、磁阻型随机存取存储器(MRAM))的控制装置中。
本实施例的稳压装置100包括稳压器110以及路径开关130。稳压器110依据参考电压VREF产生控制电压VCNT。稳压器110主要包括输出端NOUT以及分压电路120。输出端NOUT用以产生控制电压VCNT。分压电路120依据输入电压产生过冲参考电压VREFOS。应用本实施例者可依据需求调整过冲参考电压VREFOS的电压值，例如，本实施例是基于快取存储器的后段程序化操作下对于存储单元的过冲情形来设计过冲参考电压VREFOS的电压值，藉以利用过冲参考电压VREFOS判断存储单元是否发生过冲情形。
路径开关130的第一端N1耦接输出端NOUT，路径开关130的第二端N2耦接参考电压端(本实施例以接地电压端GND作为举例)。路径开关130的控制端NC接收过冲参考电压VREFOS。路径开关130可利用金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor；MOS)来实现，本实施例主要是以P型MOS实现。以P型MOS实现的路径开关130具备临界电压Vth。如此一来，在快取存储器的后段程序化操作时，当控制电压VCNT大于过冲参考电压VREFOS与路径开关130的临界电压Vth的加总时，路径开关130将导通以将输出端NOUT的电荷导引至参考电压端(接地电压端GND)。相对地，当控制电压VCNT不大于过冲参考电压VREFOS与临界电压Vth的加总时，路径开关130将截止，以维持输出端NOUT的电荷。
图2是依照本发明一实施例的一种稳压装置100的方块图。图2主要说明稳压器110中的各个元件。稳压器110除了分压电路120以外，还主要地包括误差放大器230、信号转换电路235、电压电平位移电路240及输出级电路250。稳压器110还可包括频率补偿电路260、修剪(trimming)电路270及偏压电路280。
分压电路120还包括反馈端NFB。误差放大器230的反相接收端耦接参考电压VREF，误差放大器230的非反相接收端耦接反馈端NFB。信号转换电路235的输入端耦接误差放大器230的比较输出端NCOM。输出级电路250可通过电压电平位移电路240耦接至信号转换电路235，输出级电路250另由其输出端耦接稳压器110的输出端NOUT。输出级电路250还耦接偏压电路280。
在各元件的操作方面，误差放大器230比较参考电压VREF以及反馈端NFB的电压，以在比较输出端NCOM产生比较电压VG。信号转换电路235通过电流镜结构以将电压信号转换为电流信号，例如，将比较电压VG转换为流经信号转换电路235、电压电平位移电路240以及分压电路120的电流I。分压电路120、电压电平位移电路240以及信号转换电路235依据比较电压VG而在电压电平位移电路240的第一端N2401产生第一控制电压VCNT1，且在电压电平位移电路240的第二端N2402产生第二控制电压VCNT2。电压电平位移电路240用以对第一控制电压VCNT1进行电压电平的位移，藉此使电压电平位移电路240及输出级电路250可消除控制电压VCNT因制程上的差异所产生的偏移，并于下列实施例详述之。输出级电路250依据第二控制电压VCNT2以及偏压电路280而产生控制电压VCNT。
频率补偿电路260耦接于误差放大器230的比较输出端NCOM及分压电路120之间，用以补偿因反馈端NFB而产生的噪音。修剪电路270耦接分压电路120。修剪电路270用以依据数字修剪码DTCODE来调整分压电路120所产生的第一控制电压VCNT1与过冲参考电压VREFOS的电压值。修剪电路270的详细电路图请见图3及相应描述。
图3是依照本发明一实施例的一种稳压装置100的电路图。图1及图2的相关元件都示出于图3中，且利用金氧半场效晶体管(MOS)、电阻、电容、放大器等基础电路元件来实现。例如，分压电路120可由多个电阻R1～R6相互串连而形成的电阻串来实现；路径开关130可由P型MOS MP1实现；信号转换电路235及偏压电路280可由多个N型MOS及P型MOS实现；输出级电路250可由N型MOS MN1所形成的源极随耦器实现；频率补偿电路260可由相互串联的补偿电阻Rm及补偿电容Cm实现；电压电平位移电路240可由N型MOS MN2实现，MOS MN2的源极端作为电压电平位移电路240的第一端N2401，MOS MN2的汲极端与其闸极端相耦接而作为电压电平位移电路240的第二端N2402。Vin为稳压装置100的输入电压，VDD为稳压装置100的工作电压。
稳压装置100还包括启用开关MEN。路径开关130的第二端N2通过启用开关MEN耦接参考电压端(如，接地电压端GND)。启用开关MEN的控制端接收启用电压EN。藉此，在稳压装置100为启用时，启用开关MEN将被导通，从而避免稳压装置100在启用时的噪音干扰。
在此详加说明电压电平位移电路240及输出级电路250如何消除控制电压VCNT因制程上的差异所产生的偏移。请参见图3，第二控制电压VCNT2的电压值系等于第一控制电压VCNT1加上电压电平位移电路240中N型MOS MN2的临界电压Vth2后的电压值，并且，控制电压VCNT的电压值系等于第二控制电压VCNT2减去输出级电路250中N型MOS MN1的临界电压Vth1后的电压值。N型MOS MN1及MN2的临界电压Vth1、Vth2皆与制程上的差异所产生的偏移有关，因此在相同制程下，MOS MN1的临界电压Vth1将相等于MOS MN2的临界电压Vth2，从而消除制程上偏移(process variation)。
在此详加说明修剪电路270。修剪电路270由多个作为开关的N型MOS(如，图3中的MOS MS1～MS3)以及将数字修剪码DTCODE转换为模拟电压的多个电压转换器(levelshifter)310实现。电压转换器310将数字修剪码DTCODE转换为模拟电压，并利用这些模拟电压来控制N型MOS MS1～MS3是否导通，从而调整电阻串R1～R6被电流通过的数量，并以此来调整第一控制电压CVNT1与过冲参考电压VREFOS的电压值。例如，当N型MOS MS1导通且N型MOS MS2及MS3截止时，会使电阻R1、R2及R6让电流流过，其余电阻(如，电阻R3-R5)并不会让电流流过。因此，基于电压分压效应，过冲参考电压VREFOS将成为以下电压值：VREFOS＝VCNT1×R6/(R1+R2+R6)；当N型MOS MS1～MS3皆为截止时，会使电阻R1～R6皆让电流流过，因此，基于电压分压效应，过冲参考电压VREFOS将成为以下电压值：VREFOS＝VCNT1×(R3+R4+R5+R6)/(R1+R2+R3+R4+R5+R6)。
为了有效地维持控制电压VCNT以及第一控制电压VCNT1的电荷，控制电压VCNT所在的输出端NOUT可设置有第一维持电容CT1，第一控制电压VCNT1所在的端点可设置有第二维持电容CT2。
图4是依照本发明一实施例的一种稳压装置100的控制方法的流程图。此控制方法所适用的稳压装置100如同上述图1至图3所述。请同时参照图1及图4，于步骤S410中，设置路径开关130，其中此路径开关130的第一端N1耦接稳压装置100的输出端NOUT，且路径开关130的第二端N2耦接参考电压端(接地电压端GND)。于步骤S420中，通过稳压装置100的分压电路120产生过冲参考电压VREFOS，且路径开关130的控制端NC接收过冲参考电压VREFOS。于步骤S430中，通过路径开关130判断输出端NOUT上的控制电压VCNT是否大于过冲参考电压VREFOS与路径开关130的临界电压的加总。
当控制电压VCNT大于过冲参考电压VREFOS与路径开关130的临界电压的加总时，便从步骤S430进入步骤S440，导通路径开关130以将输出端NOUT的电荷导引至参考电压端(接地电压端GND)。相对地，当控制电压VCNT不大于过冲参考电压VREFOS与路径开关130的临界电压的加总时，便从步骤S430进入步骤S450，截止路径开关130以维持输出端的电荷。操作方法的详细步骤流程亦可参考图1至图3的实施例及相应描述。
综上所述，本发明实施例所述的稳压装置及其控制方法在稳压装置的输出端设置路径开关，利用稳压装置中的分压电路产生过冲参考电压，并利用路径开关的物理特性以比较过冲参考电压以及输出端上的控制电压。当控制电压大于过冲参考电压与路径开关的临界电压的加总时，表示位于快取存储器的后段程序化操作中且快取存储器的存储单元有发生过冲现象，此时路径开关便会导通以将输出端的电荷导引至参考电压端，从而使稳压装置的输出端具备较佳的电荷释放效率。相对地，控制电压不大于过冲参考电压与路径开关的临界电压的加总时，路径开关便会截止以维持输出端的电荷。藉此，稳压装置在特定情形下可使其输出端具备较佳的电荷释放效率。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。

Claims (11)

1.一种稳压装置，包括：
稳压器，所述稳压器包括输出端、分压电路、误差放大器、信号转换电路、电压电平位移电路、偏压电路以及输出级电路，其中：
所述输出端产生控制电压；
所述分压电路依据输入电压产生过冲参考电压，且所述分压电路包括反馈端；
所述误差放大器比较参考电压以及所述反馈端的电压，以在所述误差放大器的比较输出端产生比较电压；
所述分压电路、所述电压电平位移电路以及所述信号转换电路依据所述比较电压产生第一控制电压及第二控制电压；以及
所述输出级电路耦接所述输出端，所述输出级电路依据所述第二控制电压以及所述偏压电路产生所述控制电压，
其中所述稳压装置还包括：
路径开关，其中所述路径开关的第一端耦接所述输出端，所述路径开关的第二端耦接参考电压端，所述路径开关的控制端接收所述过冲参考电压，
其中，当所述控制电压大于所述过冲参考电压与所述路径开关的临界电压的加总时，所述路径开关导通以将所述输出端的电荷导引至所述参考电压端。
2.根据权利要求1所述的稳压装置，其中所述稳压装置用于快取存储器的控制装置，并且，
在所述快取存储器的后段程序化操作时，所述路径开关基于所述控制电压大于所述过冲参考电压与所述临界电压的加总的情况下导通。
3.根据权利要求1所述的稳压装置，其中当所述控制电压不大于所述过冲参考电压与所述临界电压的加总时，所述路径开关截止。
4.根据权利要求1所述的稳压装置，其中
所述误差放大器的反相接收端耦接所述参考电压，所述误差放大器的非反相接收端耦接所述反馈端；
所述信号转换电路的输入端耦接所述误差放大器的所述比较输出端；
所述输出级电路通过所述电压电平位移电路耦接所述信号转换电路，且所述输出级电路耦接所述输出端以及所述偏压电路；
所述分压电路、所述电压电平位移电路以及所述信号转换电路依据所述比较电压而在所述电压电平位移电路的第一端产生所述第一控制电压，且在所述电压电平位移电路的第二端产生所述第二控制电压；以及
所述电压电平位移电路对所述第一控制电压进行电压电平的位移，所述偏压电路提供偏压以使所述输出级电路正常运作。
5.根据权利要求4所述的稳压装置，其中所述第二控制电压的电压值等于所述第一控制电压加上所述电压电平位移电路中晶体管的临界电压后的电压值，且所述控制电压的电压值等于所述第二控制电压减去所述输出级电路中晶体管的临界电压后的电压值。
6.根据权利要求4所述的稳压装置，还包括：
频率补偿电路，耦接于所述误差放大器的所述比较输出端及所述分压电路之间。
7.根据权利要求4所述的稳压装置，还包括：
修剪电路，耦接所述分压电路，用以依据数字修剪码来调整所述分压电路所产生的所述第一控制电压与所述过冲参考电压的电压值。
8.根据权利要求1所述的稳压装置，还包括：
启用开关，其中所述路径开关的第二端通过所述启用开关耦接所述参考电压端，所述启用开关的控制端接收启用电压，
其中，在所述稳压装置为启用时，所述启用开关被导通。
9.一种稳压装置的控制方法，其中所述稳压装置包括稳压器与路径开关，所述控制方法包括：
设置所述路径开关，其中所述路径开关的第一端耦接所述稳压器的输出端以接收控制电压，所述路径开关的第二端耦接参考电压端；
通过所述稳压器的分压电路产生过冲参考电压，其中所述路径开关的控制端接收所述过冲参考电压，其中所述分压电路包括反馈端；
通过所述稳压器比较参考电压以及所述反馈端的电压以产生比较电压；
通过所述稳压器的所述分压电路、电压电平位移电路以及信号转换电路依据所述比较电压产生第一控制电压及第二控制电压；
所述控制电压是依据所述第二控制电压以及偏压电路而产生；
判断所述输出端上的所述控制电压是否大于所述过冲参考电压与所述路径开关的临界电压的加总；以及
当所述控制电压大于所述过冲参考电压与所述路径开关的所述临界电压的加总时，导通所述路径开关以将所述输出端的电荷导引至所述参考电压端。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其中所述稳压装置用于快取存储器的控制装置，并且，
在所述快取存储器的后段程序化操作时，所述路径开关基于所述控制电压大于所述过冲参考电压与所述临界电压的加总的情况下导通。
11.根据权利要求9所述的控制方法，还包括：
当所述控制电压大于所述过冲参考电压与所述路径开关的临界电压的加总时，截止所述路径开关。
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