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存储芯片中的电荷泵电路设计从Dickson到多相交叉耦合架构演进.docx

更新时间：2026-08-20 08:28:08 大小：39K 上传用户：潇潇江南查看TA发布的资源 标签：电荷泵存储芯片Dickson架构多相交叉耦合NAND闪存 下载积分：2分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

存储芯片中的电荷泵电路设计从Dickson到多相交叉耦合架构演进

——面向NAND闪存和DRAM的高效率、高电压产生电路设计

引言

电荷泵（Charge Pump）电路是存储芯片中不可或缺的电源管理模块。在NAND闪存中，电荷泵产生编程电压（约20V至25V）和擦除电压（约15V至20V），这些电压远高于芯片的供电电压（通常为1.2V至3.3V）。在DRAM中，电荷泵产生字线升压电压（VPP，约2.5V至3.5V）和衬底偏置电压（VBB，约-0.5V至-1.0V）。随着工艺节点的微缩和功耗要求的提高，电荷泵的效率和面积成为存储芯片设计的关键考量。本文系统分析存储芯片中电荷泵电路的设计原理，从传统Dickson架构到多相交叉耦合架构的演进路径。

电荷泵的基本原理

Dickson电荷泵

Dickson电荷泵是最基本的电荷泵架构，由二极管连接的MOSFET和泵电容组成。在时钟信号的驱动下，电荷逐级向输出端泵送，实现电压升压。Dickson电荷泵的输出电压为：

Vout = Vin + N × (Vclk - Vdrop) - Vloss

其中N为级数，Vclk为时钟信号幅度，Vdrop为MOSFET的阈值电压降，Vloss为寄生电容引起的电压损失。

Dickson电荷泵的优点是结构简单，但存在以下缺点：

1. 阈值电压损失：每级MOSFET的阈值电压降导致效率随级数增加而降低。

2. 体效应：随着级数增加，MOSFET的源极电压升高，体效应导致阈值电压进一步增大。

3. 驱动能力有限：输出电压随负载电流增大而下降，输出阻抗较高。

交叉耦合电荷泵

交叉耦合电荷泵（Cross-Coupled Charge Pump）利用交叉耦合的NMOS和PMOS开关替代二极管连接的MOSFET，消除了阈值电压损失。交叉耦合电荷泵的核心结构包括：

1. NMOS交叉耦合对：两个NMOS晶体管交叉耦合，在时钟信号的控制下交替导通，将电荷泵送到下一级。

2. PMOS交叉耦合对：两个PMOS晶体管交叉耦合，控制电荷的传输方向。

3. 泵电容：在每个级间连接泵电容，存储和传输电荷。


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