一种实现高压读写电源的控制装置及方法 |
|||||||
| 申请号 | CN201510323324.3 | 申请日 | 2015-06-12 | 公开(公告)号 | CN106297884B | 公开(公告)日 | 2019-08-16 |
| 申请人 | 深圳市中兴微电子技术有限公司; | 发明人 | 崔海良; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种实现高压读写电源的控制装置及方法，其中，所述装置包括：写支路，用于在写操作时，根据侦测的控制 信号 切换 输出 电压 为外部复用管脚PIN输入的符合第一预设条件的高电压，且连通到所述控制装置中的电源总线vdd_otp，以作为所述控制装置输出的写操作高压电源；读支路，用于在读操作时，根据侦测的 控制信号 切换输出电压为符合第二预设条件的内部常规电压，且连通到所述vdd_otp，以作为所述控制装置输出的读操作低压电源。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种实现高压读写电源的控制装置，其特征在于，所述装置包括： |
||||||
| 说明书全文 | 一种实现高压读写电源的控制装置及方法技术领域[0001] 本发明涉及读写控制技术，尤其涉及一种实现高压读写电源的控制装置及方法。 背景技术[0003] 包括可擦写可编程只读存储器(EPROM，Erasable Programmable Read-Only Memory)或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM，Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)等模块在内的电可擦除存储器，属于掉电后数据不丢失的存储芯片范畴，其工作状态包括standby、读状态和写状态，其standby以及读状态要求的电源为常规电源比如5V工艺下要求电源是5V，而其在写状态由于其工作机理所要求的电源通常为高压电源，此时芯片的内部低压电源已经不能直接用来为可擦除存储器提供写操作所需要的高压电源，需要单独的高压输入电源来满足该器件的写电源需求。这样就需要将内部的高压输入和低压输入电源在读、写操作时，分别输送到可擦除存储器的电源总线，分别作为电可擦除存储器单元的写操作电源和读操作电源。 [0004] 综上所述可知：standby以及读状态需要的电压为常规电源，而写状态需要的电压为高压电源，也就是说，进行读操作、写操作时需要不同的电源，能否在一个可擦除存储器的芯片上实现读操作或写操作时提供不同的电源是要解决的技术问题，然而，对于这个技术问题，相关技术并未存在有效的解决方案。 发明内容[0005] 有鉴于此，本发明实施例希望提供一种实现高压读写电源的控制装置及方法，至少解决了上述技术问题，能在一个可擦除存储器的芯片上实现在读操作或写操作时提供不同的电源。 [0006] 本发明实施例的技术方案是这样实现的： [0007] 本发明实施例的一种实现高压读写电源的控制装置，所述装置包括： [0008] 写支路，用于在写操作时，根据侦测的控制信号切换输出电压为外部复用管脚PIN输入的符合第一预设条件的高电压，且连通到所述控制装置中的电源总线vdd_otp，以作为所述控制装置输出的写操作高压电源； [0009] 读支路，用于在读操作时，根据侦测的控制信号切换输出电压为符合第二预设条件的内部常规电压，且连通到所述vdd_otp，以作为所述控制装置输出的读操作低压电源。 [0010] 上述方案中，所述写支路与所述读支路采用背靠背模式的结构； [0011] 所述写支路与所述读支路以分时输出方式，分时输出所述写操作高压电源或读操作低压电源。 [0012] 上述方案中，所述写支路包括：第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2； [0014] 上述方案中，所述写支路还包括：第一负载R1，第二NMOS管MN2、第四NMOS管MN4； [0015] 所述R1通过第一连接点A与所述MP1相连，所述A通过所述MP2与所述电源总线vdd_otp相连； [0016] 所述R1通过第二连接点va与所述MN4相连，所述MN4与所述MN2相连； [0017] 由所述R1、所述MN2、所述MN4提供的写操作控制，形成写操作高压电源的电源轨。 [0018] 上述方案中，所述装置还包括：第一NMOS管MN1、第三NMOS管MN3； [0019] 所述MN1与所述MN2相连； [0020] 在所述MN4作用有写电源使能信号vpp_en的情况下，在所述A与所述va之间形成相对的安全VGS电压，使得在所述va得到的电压值Vva比在所述A得到的电压值VA要低，且在工艺规定的安全范围内，在所述A得到的电压值VA与写电压SW相同； [0021] 通过所述相对的安全VGS电压来控制所述写支路中所述MP1和所述MP2的导通和关断，以控制写支路的开启与关断。 [0022] 上述方案中，所述读支路包括：第三PMOS管MP3和第四PMOS管MP4； [0023] 由所述MP3和所述MP4形成读操作的开关管支路。 [0024] 上述方案中，所述读支路还包括：第二负载R2，第五NMOS管MN5、第六NMOS管MN6、第零PMOS管MP0； [0025] 所述MP4通过第三连接点C与所述MP0相连； [0026] 所述MP4与所述R2相连，所述R2还与所述MP0相连； [0027] 所述MN6通过所述C与所述MP0相连。 [0028] 本发明实施例的一种实现高压读写电源的控制方法，所述方法包括： [0029] 写支路上，在写操作时根据侦测的控制信号切换输出电压为外部复用管脚PIN输入的符合第一预设条件的高电压，且连通到所述控制装置中的电源总线以作为所述控制装置输出的写操作高压电源； [0030] 读支路上，在读操作时根据侦测的控制信号切换输出电压为符合第二预设条件的内部常规电压，且连通到所述控制装置中的电源总线以作为所述控制装置输出的读操作低压电源。 [0031] 上述方案中，所述写支路与所述读支路采用背靠背模式的结构； [0032] 所述写支路与所述读支路以分时输出方式，分时输出所述写操作高压电源或读操作低压电源。 [0033] 上述方案中，所述方法还包括： [0034] 执行所述写操作前提前给出写电源使能信号vpp_en，通过所述vpp_en开启所述写支路。 [0035] 上述方案中，所述通过所述vpp_en开启所述写支路，包括： [0036] 通过所述vpp_en将第四NMOS管MN4管打开，电流I1经第一负载R1、所述MN4和第二NMOS管MN2到地，使得在第一连接点A与第二连接点va之间形成相对的安全VGS电压； [0037] 所述va得到的电压值Vva比在所述A得到的电压值VA要低，且在工艺规定的安全范围内，在所述A得到的电压值VA与写电压SW相同； [0038] 通过所述相对的安全VGS电压打开第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2，以将所述SW输出给所述控制装置中的电源总线vdd_otp。 [0039] 上述方案中，所述方法还包括：通过所述vpp_en关断所述读支路。 [0040] 上述方案中，所述通过所述vpp_en关断所述读支路，包括： [0041] 设置vpp_en为高以关掉MP3管，此时vpp_enb＝vref_okb＝0，关掉第五NMOS管MN5和第六NMOS管MN6； [0042] 采用所述相对的安全VGS电压导通第零PMOS管MP0，此时Vc＝vdd_otp＝SW，关掉所述MP0； [0043] 所述MN5和所述MN6采用高压管实现。 [0044] 上述方案中，所述方法还包括： [0045] 第三NMOS管MN3、所述MN5、所述MN6在所述读操作时，需要打开第四PMOS管MP4； [0046] 检测到在POR阶段需要读寄存器时，此时基准没有建立，没有电流产生，vref_ok＝0； [0047] vref_okb为高电位将所述MN5打开，将第三连接点C点拉低，使读支路的所述MP4导通，同时vpp_en为低，将第三PMOS管MP3打开，将所述控制装置的内部电源psd_int输出到所述vdd_otp，为所述控制装置在POR阶段提供的读电源。 [0048] 上述方案中，所述方法还包括： [0049] 检测到在工作阶段需要读寄存器，此时基准已经建立，给出vref_ok为高的信号，此时所述MN5关断，所述MN6打开； [0050] 所述MN3接收来自基准的流过MN1的电流并作为下拉电流，通过所述下拉电流将所述C拉低，使所述读支路的所述MP4导通； [0051] 所述MP3在所述vpp_en为低时仍然导通，由所述MP3和所述MP4形成读操作的开关管支路将所述psd_int输出到所述vdd_otp，为所述控制装置在工作阶段提供的读电源。 [0052] 上述方案中，所述方法还包括：所述MP0与第二负载R2相连，所述MP4与所述R2相连，所述MP4还通过所述C与所述MP0相连； [0053] 针对所述MP0与所述R2相连的接法，包括： [0054] 如果内部电源psd_int为高而SW为地电位，此时MP3和MP4管打开，Vva＝VA＝vdd_otp-VT＝psd_int-VT，其中，所述VT为所述MP2的体二极管的导通压差，Vva会使MP0弱导通； [0055] 如果有电流流过所述R2和所述MP0，则经过R2的压降，MP0的导通程度进一步的缩小，直至关掉，而且MP0的衬底接vdd_otp增大MP0的衬底偏置效应，增大MP0的阈值电压使得此时MP0更难导通，使电路在此时不会出现通过MP0的漏电流。 [0056] 本发明实施例的一种实现高压读写电源的控制装置包括写支路和读支路，所述写支路用于在写操作时，根据侦测的控制信号切换输出电压为外部复用管脚PIN输入的符合第一预设条件的高电压，且连通到所述控制装置中的电源总线vdd_otp，以作为所述控制装置输出的写操作高压电源；读支路，用于在读操作时，根据侦测的控制信号切换输出电压为符合第二预设条件的内部常规电压，且连通到所述vdd_otp，以作为所述控制装置输出的读操作低压电源。 [0058] 图1为应用本发明实施例一应用场景的装置实例的结构示意图。 具体实施方式[0059] 下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。 [0060] 本发明实施例的一种实现高压读写电源的控制装置，所述装置包括： [0061] 写支路，用于在写操作时，根据侦测的控制信号切换输出电压为外部复用管脚PIN输入的符合第一预设条件的高电压，比如7V，且连通到所述控制装置中的电源总线vdd_otp，以作为所述控制装置输出的写操作高压电源；读支路，用于在读操作时，根据侦测的控制信号切换输出电压为符合第二预设条件的内部常规电压，比如5V且连通到所述vdd_otp，以作为所述控制装置输出的读操作低压电源。 [0062] 在本发明实施例一实施方式中，所述写支路与所述读支路采用背靠背模式的结构；所述写支路与所述读支路以分时输出方式，分时输出所述写操作高压电源或读操作低压电源。 [0063] 在本发明实施例一实施方式中，所述写支路包括：第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2； [0064] 由所述MP1和所述MP2形成写操作的开关管支路。 [0065] 在本发明实施例一实施方式中，所述写支路还包括：第一负载R1，第二NMOS管MN2、第四NMOS管MN4；所述R1通过第一连接点A与所述MP1相连，所述A通过所述MP2与所述电源总线vdd_otp相连；所述R1通过第二连接点va与所述MN4相连，所述MN4与所述MN2相连；由所述R1、所述MN2、所述MN4提供的写操作控制，形成写操作高压电源的电源轨。 [0066] 在本发明实施例一实施方式中，所述装置还包括：第一NMOS管MN1、第三NMOS管MN3；所述MN1与所述MN2相连；在所述MN4作用有写电源使能信号vpp_en的情况下，在所述A与所述va之间形成安全的VGS电压，使得在所述va得到的电压值Vva比在所述A得到的电压值VA要低，且在工艺规定的安全范围内，在所述A得到的电压值VA与写电压SW相同；通过所述安全的VGS电压来控制所述写支路中所述MP1和所述MP2的导通和关断，以控制写支路的开启与关断。 [0067] 在本发明实施例一实施方式中，所述读支路包括：第三PMOS管MP3和第四PMOS管MP4；由所述MP3和所述MP4形成读操作的开关管支路。 [0068] 在本发明实施例一实施方式中，所述读支路还包括：第二负载R2，第五NMOS管MN5、第六NMOS管MN6、第零PMOS管MP0；所述MP4通过第三连接点C与所述MP0相连；所述MP4与所述R2相连，所述R2还与所述MP0相连；所述MN6通过所述C与所述MP0相连。 [0069] 本发明实施例的一种实现高压读写电源的控制方法，所述方法包括： [0070] 写支路上，在写操作时根据侦测的控制信号切换输出电压为外部复用管脚PIN输入的符合第一预设条件的高电压，且连通到所述控制装置中的电源总线以作为所述控制装置输出的写操作高压电源； [0071] 读支路上，在读操作时根据侦测的控制信号切换输出电压为符合第二预设条件的内部常规电压，且连通到所述控制装置中的电源总线以作为所述控制装置输出的读操作低压电源。 [0072] 在本发明实施例一实施方式中，所述写支路与所述读支路采用背靠背模式的结构；所述写支路与所述读支路以分时输出方式，分时输出所述写操作高压电源或读操作低压电源。 [0073] 在本发明实施例一实施方式中，所述方法还包括： [0074] 执行所述写操作前提前给出写电源使能信号vpp_en，通过所述vpp_en开启所述写支路。 [0075] 在本发明实施例一实施方式中，所述通过所述vpp_en开启所述写支路，包括： [0076] 通过所述vpp_en将第四NMOS管MN4管打开，电流I1经第一负载R1、所述MN4和第二NMOS管MN2到地，使得在第一连接点A与第二连接点va之间形成安全的VGS电压； [0077] 所述va得到的电压值Vva比在所述A得到的电压值VA要低，且在工艺规定的安全范围内，在所述A得到的电压值VA与写电压SW相同； [0078] 通过所述相对的安全VGS电压打开第一PMOS管MP1和第二PMOS管MP2，以将所述SW输出给所述控制装置中的电源总线vdd_otp。 [0079] 在本发明实施例一实施方式中，所述方法还包括：通过所述vpp_en关断所述读支路。 [0080] 在本发明实施例一实施方式中，所述通过所述vpp_en关断所述读支路，包括： [0081] 设置vpp_en为高以关掉MP3管，此时vpp_enb＝vref_okb＝0，关掉第五NMOS管MN5和第六NMOS管MN6； [0082] 采用所述相对的安全VGS电压导通第零PMOS管MP0，此时Vc＝vdd_otp＝SW，关掉所述MP0； [0083] 所述MN5和所述MN6采用高压管实现。 [0084] 在本发明实施例一实施方式中，所述方法还包括： [0085] 第三NMOS管MN3、所述MN5、所述MN6在所述读操作时，需要打开第四PMOS管MP4； [0086] 检测到在POR阶段需要读寄存器时，此时基准没有建立，没有电流产生，vref_ok＝0； [0087] vref_okb为高电位将所述MN5打开，将第三连接点C点拉低，使读支路的所述MP4导通，同时vpp_en为低，将第三PMOS管MP3打开，将所述控制装置的内部电源psd_int输出到所述vdd_otp，为所述控制装置在POR阶段提供的读电源。 [0088] 在本发明实施例一实施方式中，所述方法还包括： [0089] 检测到在工作阶段需要读寄存器，此时基准已经建立，给出vref_ok为高的信号，此时所述MN5关断，所述MN6打开； [0090] 所述MN3接收来自基准的流过MN1的电流并作为下拉电流，通过所述下拉电流将所述C拉低，使所述读支路的所述MP4导通； [0091] 所述MP3在所述vpp_en为低时仍然导通，由所述MP3和所述MP4形成读操作的开关管支路将所述psd_int输出到所述vdd_otp，为所述控制装置在工作阶段提供的读电源。 [0092] 在本发明实施例一实施方式中，就R2和MP0的接法而言，如果内部电源psd_int为高而SW为地电位，此时MP3和MP4管打开，Vva＝VA＝vdd_otp-VT＝psd_int-VT，这里VT是MP2的体二极管的导通压差，Vva会使MP0弱导通，如果有电流流过R2和MP0，则经过R2的压降，MP0的导通程度进一步的缩小，直至关掉。而且MP0的衬底接vdd_otp增大MP0的衬底偏置效应，增大MP0的阈值电压使得此时MP0更难导通，使电路在此时不会出现通过MP0的漏电流。 [0093] 以一个现实应用场景为例对本发明实施例阐述如下： [0094] 本应用场景涉及电可擦除存储器范畴的芯片及类似的数模混合芯片中在电源管理方面的控制技术，对例如EPROM或EEPROM等模块在进行读写操作时需要采用不同电压电源的供电问题进行解决。 [0095] 由于电可擦除存储器单元通常多作为IP核，集成到集成电路芯片内部，其电源总线通过芯片PIN接到外部来提供电可擦除存储器单元的读写电源。这种方法在ASIC设计中由于芯片PIN较多可以提供单独的电源PIN，而在电源管理等数模混合芯片中，为了减少芯片PIN的数量，通常将电可擦除存储器单元的读电源选择为芯片的工作电源，其写电源通常采用复用引脚或称为管脚(PIN)输入，这样可以减少所需的专用PAD来引入读写电源，增加芯片一个PAD，在芯片的banding、封装等环节会增加芯片的成本，使芯片的竞争力下降。这里需要指出的是，PIN是从集成电路(芯片)内部电路引出与外围电路的接线，所有的引脚就构成了这块芯片的接口功能，PIN芯片封装好后的管脚，是用户看到的管脚；而PAD是硅片的管脚，是封装在芯片内部的，用户看不到的管脚。 [0096] 如此一来，综合考虑，为了满足电可擦除存储器单元读写电源的要求，即：需要对实现读操作或写操作时提供不同的电源，还要避免增加芯片成本，本应用场景采用本发明实施例，是用于解决可擦除存储器高压读写电源设计的方案，可以根据控制信号来切换输出电压为内部电源(5v)或是外部复用PIN角输入的高压电源。 [0097] 本应用场景中，为了实现满足上述电可擦除存储器单元读写电源的要求的电源设计方案，从这几个方面进行考虑：1)可擦除存储器单元，其内部有读操作的低电压和写操作的高电压，为了实现读写电源的分时输出，电路需要采用两路开关来分时输出读电源或是写电源，而为了避免两个电源间的漏电和干扰，需要考虑每路电源开关的实现方式；2)写电源为高压电源，而在现在的工艺下高压器件的耐压端在D和S端，而VGS的耐压通常为工艺的常规电压，这就需要方案提供相对的电源轨，产生相对的“地电位”来控制读写支路的开启与关断；3)可擦除存储器单元，其在写操作时需要高电压输出；在读操作时需要低电压输出，这就需要方案提供控制逻辑的控制机理，控制电路在读写状态分别输出不同的操作电压到可擦除存储器单元的电源总线。 [0098] 图1为应用本发明实施例一应用场景的装置实例的结构示意图，结合图1所述，基于上述三个方面的考虑，本发明的具体实现方案包括如下内容： [0099] 一、为了避免两个电源间的漏电和干扰，对于读支路和写支路来说，每路电源开关的实现采用了背靠背的开关管支路。MP1和MP2形成写操作的开关管支路，而MP3和MP4形成读操作的开关管支路。这样两路背靠背实现的开关可以避免两个电源之间的漏电。这里，读支路和写支路通过图1中的d-d粗点划线来划分，整个芯片中位于d-d粗点划线以左的部分为写支路，整个芯片中位于d-d粗点划线以右的部分为读支路。 [0100] 二、本方案的电源轨提供电路采用了VWRITE-I*R的方法得到高压写电源的相对“地电位”，从而安全的控制高压写支路的关断和开启。图1中，R1、MN2、MN4提供写操作的控制，其产生了写高压电源的电源轨。具体产生方法是： [0101] 当芯片执行写操作前会提前给出写电源使能信号vpp_en，vpp_en将MN4管打开，电流I1经R1、MN4和MN2到地。这样va点的电压为Vva＝VA-I1*R1，设置I1*R1＝5V，SW的电压为可擦除存储器高压写电压7V，这样va点即得到一个比A点低5V的“相对地“电位。这样，写电压SW和“相对地“的绝对5V压差可以安全的打开MP1和MP2管将写电源SW输出给可擦除存储器的电源vdd_otp。 [0102] 进一步，写电源使能信号也需要关断读支路，具体操作是vpp_en为高关掉MP3管，而此时vpp_enb＝vref_okb＝0，关掉MN5和MN6，同时Vva的“相对地“电位使得MP0管导通使得Vc＝vdd_otp＝SW关掉MP0管，因而此时的Vc为高压写电源，需要MN5和MN6采用高压管实现。 [0103] MN3、MN5、MN6在读操作是打开Mp4的。如果在芯片POR阶段需要读寄存器，由于基准没有建立，没有电流产生，vref_ok＝0，vref_okb为高电位将MN5打开将C点拉低使读支路的开关管MP4导通，同时vpp_en为低将MP3管打开将内部电源psd_int输出到vdd_otp，为可擦除存储器单元在芯片的POR阶段提供读电源。 [0104] 如果在芯片工作阶段需要读寄存器，此时，芯片里面基准已经建立给出vref_ok为高的信号，此时MN5关断，MN6打开，同时MN3镜像来自基准的流过MN1的电流，此下拉电流将C点拉低使读支路的开关管MP4导通，MP3管由于vpp_en为低仍然导通，MP3和MP4组成的读开关支路将内部电源psd_int输出到vdd_otp，为可擦除存储器单元在芯片工作阶段提供读电源。 [0105] 这里电阻R2和MP0的接法主要考虑如下情形，如果内部电源psd_int为高而SW为地电位，此时MP3和MP4管打开，Vva＝VA＝vdd_otp-VT＝psd_int-VT，这里VT是MP2的体二极管的导通压差，Vva会使MP0弱导通，如果有电流流过R2和MP0，则经过R2的压降，MP0的导通程度进一步的缩小，直至关掉。而且MP0的衬底接vdd_otp增大MP0的衬底偏置效应，增大MP0的阈值电压使得此时MP0更难导通，使电路在此时不会出现通过MP0的漏电流。 [0106] 本应用场景采用本发明实施例，具备以下优势： [0107] 1、本应用场景采用本发明实施例所实现的电路结构简单，芯片面积小，所用器件均采用PDK的basic层，不会增加多余的mask层减小芯片的整体成本。 [0108] 2、本应用场景采用本发明实施例所采取的电源切换控制逻辑简单，控制机理清晰，可以安全可靠的控制读写电源的切换。 [0109] 3、本应用场景采用本发明实施例，在POR阶段依靠MN5下拉C点可以实现此时的零功耗，可以集成到对芯片standby功耗要求苛刻的电源管理，开关充电及类似的数模混合芯片中。 [0110] 4、本应用场景采用本发明实施例所提出的电源轨实现方式简单可靠，可以方便的控制高压支路的关断和开启操作，使器件工作在安全可靠的电压范围内。 [0111] 5、本应用场景采用本发明实施例提出的背靠背的实现方案可以实现在不同的读、写电压下两个电源的相对独立不会出现电流倒灌等现象。 [0112] 6、本应用场景采用本发明实施例，对R2和MP0的巧妙接法可以避免在psd_int为高，SW为地的情形下通过MP0的漏电。 [0113] 本发明实施例所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。 [0114] 相应的，本发明实施例还提供一种计算机存储介质，其中存储有计算机程序，该计算机程序用于执行本发明实施例的实现高压读写电源的控制方法。 [0115] 以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。 |
||||||
