【摘 要】
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随着3D NAND存储器的尺寸不断微缩,存储器芯片的电源电压越来越低,但是3D NAND的擦写操作需要电压源提供不同的工作电压,因此电荷泵作为一种可以进行高压以及负压转换且功耗低、结构简单的电路,被广泛应用于3D NAND存储器中。本文主要针对3D NAND存储器擦除操作的负压电荷泵展开研究,由于3D NAND的高精度和实时性要求,电荷泵需要具有低纹波、高转换效率和高启动速度的特性。传统负压电荷泵
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随着3D NAND存储器的尺寸不断微缩,存储器芯片的电源电压越来越低,但是3D NAND的擦写操作需要电压源提供不同的工作电压,因此电荷泵作为一种可以进行高压以及负压转换且功耗低、结构简单的电路,被广泛应用于3D NAND存储器中。本文主要针对3D NAND存储器擦除操作的负压电荷泵展开研究,由于3D NAND的高精度和实时性要求,电荷泵需要具有低纹波、高转换效率和高启动速度的特性。传统负压电荷泵电路因为有反向电流串扰导致纹波偏大和转换效率偏低且启动速度慢、功耗大,需要通过级联产生两倍的负压使得面积过大。本文提出了一种新型四相非交叠时钟控制的负压电荷泵开关电路,并针对功耗和输出纹波问题,设计了时钟频率/时钟幅值混合调制的控制方式。论文的主要工作如下:（1）比较了传统负压电荷泵的优缺点,在此基础上提出改进了一种四相交叉耦合负压电荷泵电路,该电路具备面积小、低纹波和快启动速度的特征,并仿真优化了电路的时钟频率、开关管宽长比以及泵电容等关键参数,结果表明该电路较传统电路在输出纹波和功耗方面分别提升了86%和42%。（2）设计了时钟频率/时钟幅值混合调制的新型控制方式。基于YMTC 0.18μm工艺,通过Candence搭建了负压电荷泵开关电路、带隙基准电路、压控振荡器电路、四相非交叠时钟产生电路以及时钟频率选择电路。进一步使用spectre以及Finesim对系统进行仿真,结果显示空载时转换速率为94%,输出纹波为3m V,启动时间为1μs,可见本文设计的电荷泵在转换效率、纹波以及启动速度等方面都有所改善。
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