將傳統(tǒng)的兩閾值電荷泵在TSMC 0.35μm的CMOS工藝上，我們假設VP為7V，工作電壓為3.3V仿真結果如圖2所示。

　　此時在40μs的時間，VBL上升到5.423V，編程電壓VP出現(xiàn)1.577V的電壓損失，此時內部高壓結點電壓已經達到9.681V。根據實際的仿真，兩閾值開關電荷泵至少工作在VDD=5V下才能將VP完全傳遞到編程結點。如果外加VDD小于4V時，在某個周期里結點2抬升的電壓已經無法維持兩個閾值損失，傳送的編程電壓不再繼續(xù)抬升而出現(xiàn)損失。并且在4V的VDD下，結點2的電壓峰值達到10.5V，超過柵氧擊穿電壓10V的限制。

　　2 單閾值電荷泵的設計和仿真分析

　　兩閾值開關電荷泵存在兩個問題，根本原因是管子的體效應不斷增加，導致傳送的編程電壓出現(xiàn)閾值損失，同時造成內部高壓結點電壓過高。本文設計的單閾值電荷泵的結點電壓峰值只需要高于編程電壓一個閾值，編程電壓就能完全傳遞到編程結點，使以上的兩個問題都得到解決。圖3是單閾值電荷泵的原理分析圖。

　　外加編程電壓VP，結點2直接被拉到V2o=VP-VTH1，初始時ctrl端為0，N4管關斷，結點4抬高，P2管關斷，此時結點6為VDO，N5管開啟，因此結點3被拉低，N2管關斷，同時N3打開編程結點7被拉到地。當Ctrl為高，clock為固定周期的方波信號時，電荷泵開始工作，此時結點4被拉低，P2管導通，同時結點6為低，N5管關斷，因此結點3的電壓等于結點2的電壓，同時N3管關斷，編程結點被釋放出來。第一個周期結點5從0變化到VDD時，令結點2的寄生電容為CS，結點2的電壓被拉到

　　V21=VDD×C1/(C1+CS)+VP-VTH1 (8)

　　當結點5從VDD到0時，結點2的電壓又被拉到V2o=VP-VTH1。在編程過程中結點2的電壓一直在兩個電壓內來回跳變，即結點3的電壓也在兩個電壓之間來回跳變。要使編程電壓VP完全傳遞到編程結點，結點3的最大電壓至少大于編程電壓VP一個閾值電壓，即

　　V2PEAKmax=V3PEAK≥VP+VTH2 (9)

　　從上面公式可知，該電荷泵結點2電壓峰值只需要比編程電壓提高一個閾值電壓，這基本解決了兩閾值電荷泵的第二個問題，同時峰值電壓降低一個閾值電壓N1，N2的體效應相對兩閾值電荷泵更低，第一個問題也得到了一定程度上的優(yōu)化。

　　在編程電壓為7V，工作電壓為3.3V時單閾值開關電荷泵的仿真結果如圖4所示。

　　仿真結果顯示，該電路的峰值電壓只高于編程電壓1.593V，此時7V的編程電壓可以完全傳到編程結點。

　　3 結束語

　　本文設計的應用于亞微米或者深亞微米的只讀存儲器的單閾值電荷泵解決了兩閾值電荷泵產生的內部高壓結點的威脅，同時也在改善了因體效應變化使編程電壓出現(xiàn)傳輸損失的問題。電路結構在臺積電0.35微米的工藝得到仿真驗證。