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otp存储器设计与实现技术研究

OTP存储器设计与实现技术研究

作者：陈奕含电子科技大学

学位级别：硕士

otp存储器的功能介于Mask ROM和EPROM之间,既给用户提供一定自由配置的空间又无需复杂的擦除机制,所以其电路结构简单且可靠性高,被广泛应用于密钥保存、嵌入式存储及空间军事应用。论文旨在设计实现一款功能正确性能良好的otp存储器。 ... 详细信息

otp存储器的功能介于Mask ROM和EPROM之间,既给用户提供一定自由配置的空间又无需复杂的擦除机制,所以其电路结构简单且可靠性高,被广泛应用于密钥保存、嵌入式存储及空间军事应用。论文旨在设计实现一款功能正确性能良好的otp存储器。论文参考了国内外otp存储单元的设计方案,分析了存储单元的工作原理,对其结构进行了设计。由于编程后的特性难以在仿真上体现,存储单元在实际工艺线上进行了流片并完成了测试。以存储单元的实测结果为基础,讨论了存储器外围电路的构建方案。其中多维译码方式配合了存储阵列的排布并且缩短了延迟时间;编程电路采用高压复制型的电荷泵,在芯片内部有选择地产生编程高压,减小了高压信号对内部电路和存储阵列的影响;读取电路以位线充放电过程为基础,具有较短读取时间和较大的读取阈值;片选和输出使能模块为更高一级系统对存储器的调用提供了基础,能降低整体系统功耗,也和译码信号一起为编程和读取过程起到了控制作用。外围电路的逻辑功能使用Spectre仿真得到了验证。电路构建完成之后进行了存储器整体版图的设计并在0.18μm工艺上进行了流片。版图设计中考虑了各类可制造性设计问题以提高芯片制造良率,并在关键信号处设置了测试点以供芯片测试过程中错误的排查。使用Calibre验证了版图设计规则和连接关系,并解决了特殊器件的网表提取等细节问题。在此基础上提取了寄生参数并使用Finesim工具进行后仿真。流片后对芯片进行了实际测试。后仿真和实测结果都表明读写功能正确,电荷泵可以产生所需高压完成编程过程,读取模块可以针对阻值较高的存储单元进行,且具有较短的读取时间。论文在常规商用工艺基础上成功设计实现了一款64Kbit otp存储器芯片,功能正确、性能良好,满足预期要求。

关键词： otp存储器电荷泵读取时间版图验证

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otp存储器电荷泵系统的设计研究

OTP存储器电荷泵系统的设计研究

作者：罗前电子科技大学

学位级别：硕士

otp存储器，即一次可编程存储器，具有数据永久保存、功耗低、结构简单、速度快等特点，因而大量应用在SOC系统中作为嵌入式存储器，用来储存系统配置信息、参数值、校准表、代码等各种不需要交换或者交换频率极低的数据。目前市场上主... 详细信息

otp存储器，即一次可编程存储器，具有数据永久保存、功耗低、结构简单、速度快等特点，因而大量应用在SOC系统中作为嵌入式存储器，用来储存系统配置信息、参数值、校准表、代码等各种不需要交换或者交换频率极低的数据。目前市场上主要有两种otp存储器,熔丝型和反熔丝型。传统的otp存储器制作工艺复杂，需要特殊的材料，使之难以应用在SOC系统中。本文针对以上原因，设计适合于SOC系统集成的otp存储器。本文针对深亚微米工艺下otp存储器的编程问题，进行了电荷泵系统的设计，为otp存储器烧录时提供编程高压。在设计电荷泵系统时以如何产生位线编程电压为主线。首先对常用的产生高压的结构进行了分析，得出适合作为产生otp存储器编程高压的电荷泵电路。其次对常用的经典的电荷泵类型进行了理论分析，对比它们的优缺点，再结合otp存储器一次编程的特点，最终采用了两阈值开关电荷泵电路结构。同时在设计电荷泵系统的过程中遵循以下原则。其一，避免在编程过程中产生超过普通管子承受范围的击穿电压，保证电荷泵系统在编程过程中正常工作。其二，围绕提高编程成功率、减小芯片面积、减小烧录时位线电压纹波进行设计。其三，提高编程结点的读出范围，避免基本单元击穿后阻值的非线性导致存储数据误读。设计出的电荷泵系统，在仿真时具有以下特点，内部高压结点低于普通CMOS管的介质击穿电压，编程时位线电压纹波小，整个芯片编程成功率高，数据读出范围大。最终设计的otp存储器电荷泵系统在商用工艺上得到了流片验证，设计的otp存储器能正确编程。

关键词： otp存储器电荷泵位线电压

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otp存储器编程与测试系统的设计技术研究

OTP存储器编程与测试系统的设计技术研究

作者：张颉夫电子科技大学

学位级别：硕士

随着制造工艺的发展,超大规模集成电路设计已步入超深亚微米时代,片上系统SOC应运而生。存储器作为数据交换和信息存储的主要媒介,在SOC芯片中所占的比重越来越大。而一次性可编程otp存储器由于其存储数据的非易失性和高可靠性,获得了... 详细信息

随着制造工艺的发展,超大规模集成电路设计已步入超深亚微米时代,片上系统SOC应运而生。存储器作为数据交换和信息存储的主要媒介,在SOC芯片中所占的比重越来越大。而一次性可编程otp存储器由于其存储数据的非易失性和高可靠性,获得了广泛的应用。由于编程数据需要通过专门的编程器才会被固化到otp存储器内部,并且必需对otp存储器的功能进行测试,因此,高性能的otp存储器编程与测试系统的设计成为一个我们非常关心的课题。本论文主要针对64Kb otp存储器在编程和测试中遇到的问题,提出了一种基于STM32处理器的片上微处理器测试系统,从而避免使用昂贵的自动测试仪。首先,对本次测试的64Kb otp存储器的功能和时序进行了详细分析,讨论了存储器的几种基本失效原理,并根据测试需要设计了电流检测电路和高低压选择电路。然后,对STM32系统的输入输出、系统时钟、USART串口通信和LED灯进行配置,设计了一种精确的延迟函数和PWM波形产生程序,并根据otp存储器的时序要求,对otp存储器的初始化函数、读出函数和编程函数进行了设计,针对64Kbotp存储器的编程特点,提出了一种单bit数据写入的编程方案。设计完成后,该平台最多可以提供80个复用I/O端口,最高工作频率可达32MHz,并且可以提供7.5V的编程电压,非常适合应用于otp存储器的编程与测试。最后,基于本次设计的编程与测试平台,对64Kb otp存储器的基本功能进行验证,发现并解决早期芯片设计过程中存在的问题和缺陷,并提出解决方案。

关键词： otp存储器编程 STM32处理器芯片测试

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otp存储器应用开发技术研究

OTP存储器应用开发技术研究

作者：张剑电子科技大学

学位级别：硕士

目前,半导体存储器种类繁多,能够满足市场的各种需求。由于应用环境的不同,各类半导体存储器在功能和性能方面各有优劣。otp存储器是一种常见的可编程只读半导体存储器。otp存储器使用特殊的材料、结构和制作工艺,具有非易失性、高可靠... 详细信息

目前,半导体存储器种类繁多,能够满足市场的各种需求。由于应用环境的不同,各类半导体存储器在功能和性能方面各有优劣。otp存储器是一种常见的可编程只读半导体存储器。otp存储器使用特殊的材料、结构和制作工艺,具有非易失性、高可靠性、高集成度、抗辐射性、速度快、功耗低等优良特性,在密钥存储、射频识别、航空航天等领域应用广泛。本课题组在研究otp存储器方面花费了大量精力,研制出了一款otp存储器芯片。本论文目的是设计并实现一个otp存储器应用开发系统,为本课题组设计的otp存储器提供一个具有任意读、校验、从文件编程、从文件读等功能的应用平台。文章分别从otp存储器的原理、系统的硬件设计、系统的软件设计等三个方面阐述了otp存储器应用开发系统的设计,并对系统的功能测试进行了介绍。首先,本文阐述了otp存储器的内部结构和工作原理。在介绍一款64 Kbit otp存储器芯片功能的基础上,详细分析了otp存储器的内部结构、存储单元的编程和读出数据、otp存储器的初始化和读写时序。接着,文章以电路模块的方式详细描述了以微处理器STM32F103ZET6为核心的系统硬件设计。系统的硬件电路包括了微控制器主控电路、电源电路、RS232串口通信电路、otp存储器编程电压产生电路以及otp存储器接口电路。重点介绍了otp存储器编程电压产生电路的设计,该电路包含了数模转换器和信号处理电路,为编程电压是7V的otp存储器提供可编程的外部编程电压。然后,论文介绍了otp存储器应用开发系统的软件设计。系统的程序包括了系统的初始化程序、串口通信程序、任意读操作程序、校验操作程序、从文件编程操作程序、从文件读操作程序和上位机程序。最后,文章介绍了系统的任意读功能、校验功能、从文件编程功能和从文件读功能的测试。结果表明,该系统能实现任意读、校验、从文件编程和从文件读等功能。

关键词： otp存储器应用开发微处理器 Cortex-M3

一种基于标准CMOS工艺的otp存储器研制

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一种基于标准CMOS工艺的OTP存储器研制

作者：张其笑苏州大学

学位级别：硕士

本文基于eMemory公司的逻辑工艺otp单元，设计了一个存储密度为1K×13bits的otp存储器，数据宽度为16bits，工作电压范围为2V到5.5V，电源电压3V以上时读取时间不超过100ns，编程时间不超过30μs，读取电流不超过2mA，静态电流典型值为1... 详细信息

本文基于eMemory公司的逻辑工艺otp单元，设计了一个存储密度为1K×13bits的otp存储器，数据宽度为16bits，工作电压范围为2V到5.5V，电源电压3V以上时读取时间不超过100ns，编程时间不超过30μs，读取电流不超过2mA，静态电流典型值为1μA。本文首先介绍了otp存储器的发展背景和研究进展。然后分析了otp存储单元的工作机制，对比研究了两种存储阵列结构，完成了内核架构的设计。在电路设计方面，本文详细介绍了otp存储器各功能模块的工作原理及设计方法，重点设计了电路电压产生模块，采用带隙基准电路来对电源电压进行校准得到读取电压，同时完成了对各个模块仿真与分析。接着本文根据设计原理图完成了整体电路的版图设计和整体电路的读写仿真。最后对整体设计过程中遇到的几个重点问题进行了分析和解决。本课题是在0.18μm标准CMOS工艺5V器件模型上完成的设计，目前国内较少报道。本次设计的otp存储器IP在成本和工艺复杂度等方面都具有优势，而且可以满足2V到5.5V的电源电压工作范围。

关键词：非易失性 otp存储器标准CMOS逻辑工艺带隙基准

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高速otp存储器设计技术研究

高速OTP存储器设计技术研究

作者：周庆电子科技大学

学位级别：硕士

随着计算机和通信技术的发展,信息安全在信息传输中的作用越来越重要。作为信息存储和数据交换的主要媒介,存储器在芯片系统中所占的比重越来越大,对其性能提出了更高的要求。otp存储器只允许一次编程,是一种非易失性存储器,其特点是可... 详细信息

随着计算机和通信技术的发展,信息安全在信息传输中的作用越来越重要。作为信息存储和数据交换的主要媒介,存储器在芯片系统中所占的比重越来越大,对其性能提出了更高的要求。otp存储器只允许一次编程,是一种非易失性存储器,其特点是可靠性高、安全性高、抗干扰能力强,在密钥保存、RFID以及空间军事等保密性要求高,环境复杂的场合中应用广泛。论文的目的是设计并实现一款容量为64Kbit的高速otp存储器。设计工作主要包括存储单元设计、外围读写电路设计及仿真、版图设计以及流片后测试验证。论文首先介绍了otp存储单元结构的击穿原理,并分析了存储单元的工作机制。然后详细阐述了otp存储器外围读写电路设计和仿真。其中多维与多级译码电路结构不仅满足存储阵列任意排列的要求,同时也减小了译码信号之间的延迟时间;编程电路采用两级电荷泵结构,用以控制芯片内部单元位线上高压的产生,保证每一位单元编程的时候不会影响相邻位,从而避免误编程操作。本文设计的读出电路中灵敏放大器结构简单,并加入两级锁存器,保证读出的数据真实稳定可靠。另外,读取速度决定了otp存储器工作速度的快慢,通过修改读取通路上关键器件的参数来调整读取时间的长短,满足设计高速otp存储器的要求。在版图设计过程中,文中着重强调了一些特殊问题的解决方案,并从版图中提取寄生参数用FineSim工具进行后仿真。如果后仿真结果显示芯片工作有问题,则需查找原因并定位问题,修改电路与版图,然后再进行后仿真,仿真结果达到指标才能流片。流片回来后,对芯片进行功能和参数测试,测试结果显示芯片读写工作正常,常温下最快读取时间为44ns,频率为22.7MHz,达到了芯片的设计指标。

关键词： otp存储器灵敏放大器读取时间测试

基于MTM反溶丝结构的otp存储器读出系统的设计

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基于MTM反溶丝结构的OTP存储器读出系统的设计

作者：毛冬冬电子科技大学

学位级别：硕士

信息科技的飞速发展对信息传输里的信息安全提出越来越高的要求。存储器是信息科技中数据存储、信息交换的主要载体,也因此成为了半导体产业发展的重中之重。在这种背景下,作为只可以进行一次编程的非挥发性存储器,otp(One-Time-Program... 详细信息

信息科技的飞速发展对信息传输里的信息安全提出越来越高的要求。存储器是信息科技中数据存储、信息交换的主要载体,也因此成为了半导体产业发展的重中之重。在这种背景下,作为只可以进行一次编程的非挥发性存储器,otp(One-Time-Programmable)存储器凭借其极强的可靠性、抗干扰性在对抗辐照、保密特性要求很高的领域中得到了广泛的应用,比如:航天航空、军工、国际空间站等等。论文的目的是基于MTM(Metal-To-Metal)反熔丝设计otp存储器里的读出系统,包括以下子模块:地址跳变检测、脉冲扩展、控制信号生成、灵敏放大器、DICE(Dual-Interlocked-Storage-Cell)锁存器、数据双向端口等等。本文首先概述了otp存储器的整体结构,设计了基于反熔丝型器件的存储位元,并分析其工作原理。然后对otp存储器的读出系统作出充分的理论研究,包括各个子电路模块采用什么样的电路结构、对性能指标有影响的因素有哪些等等。尤其对灵敏放大器作出了详细深入的研究,分析了位线上负载的大小对读出时间的影响以及存储位元内寄生电容对读取阈值的影响。在理论分析的基础上基于MTM反熔丝设计了整体读出电路,设计过程中的大量仿真量化了寄生参数对性能指标的影响,并得出了不同工艺角、温度组合下的读出时间和读取阈值,如TT工艺角、27℃下读出时间和读取阈值分别为25.5ns和9.8KΩ。版图设计及验证工作结束后提取出了电路里的寄生参数并用FineSim对所设计电路进行了后仿真,结果显示所设计的各项关键性能指标均满足项目要求。最后在已有经验的基础上提出了适合于本次设计的芯片测试方案,以便提高流片完成后的芯片测试效率。论文所设计的读出电路因采用了两级抗干扰能力强的DICE锁存器而具有更高的可靠性,能确保存储位元内编程信息的正确读取。同时该读出电路具有良好的可移植性,只需要做细微修改便可适用于不同容量、不同反熔丝类型的otp存储器。

关键词： otp存储器 MTM反熔丝读出系统灵敏放大器

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大容量otp存储器的设计与研究

大容量OTP存储器的设计与研究

作者：何亚璠电子科技大学

学位级别：硕士

otp存储器给用户提供了一定的空间进行数据和信息的自由配置,而且只能进行一次可编程,其具有较高的可靠性,极强的稳定性和抗辐照的能力,被广泛地运用于密钥保存、嵌入式存储及军事、航天等领域。本文基于CMOS 0.18μm制造工艺,设计并实... 详细信息

otp存储器给用户提供了一定的空间进行数据和信息的自由配置,而且只能进行一次可编程,其具有较高的可靠性,极强的稳定性和抗辐照的能力,被广泛地运用于密钥保存、嵌入式存储及军事、航天等领域。本文基于CMOS 0.18μm制造工艺,设计并实现了一款具有256Kbits的大容量高密度otp存储器。根据理论分析与测试,论文提出了一种可靠性高、可行性强的otp存储单元设计方案。确定了otp存储器外围电路的设计方案,对实现存储器工作性能的主要电路模块进行了详细介绍,并通过分析与仿真相结合的方式证实其功能的正确性。存储器的数据宽度为8bit,共有15个地址信号,3个使能控制信号,8个数据输入输出端口,2个电源地信号输入端。其中地址信号采用分级译码的方式对存储单元进行寻址访问,具有较高的驱动能力,提高了地址选择的准确性;存储器的编程电压来自外部电源,主要采用两级电荷泵结构对编程高压进行控制和传递,使芯片内部的高压信号有控制性的进行编程,避免对常压电路产生干扰;数据读取电路中最主要的是灵敏放大器与DICE锁存电路两个模块,分别控制存储单元数据的采样和数据在传输过程中的锁存,确保数据从芯片内部读出的正确性。以上电路的逻辑功能均经过Spectre仿真得到验证。大容量otp存储器最终以版图形式实现,设计中考虑了存储阵列、外围电路及I/O PAD的布局布图,电源地线的规划,确定走线方式。版图的设计中除了根据电路设计确定器件的尺寸与连接关系外,必须以提高版图的质量为宗旨,考虑存在的可制造性设计的问题,优化版图面积,提高芯片制造率。本文介绍了存储器中主要模块的版图结构,并指出设计值得关注的特殊点。对设计的版图使用Calibre进行了物理验证,确定其满足DRC和LVS检测,并提取了寄生参数,将器件的参数具体化准确化,以最接近实际的方式模拟存储器数据的写入和读取过程,后仿真结果与前仿真基本一致。最后对流片成功后的芯片进行了封装及测试,对其存储容量及工作性能进行实物测试。测试结果表明本文成功设计并实现了一款256Kbits大容量的otp存储器芯片。

关键词： otp存储器大容量电路设计方案版图结构流片

otp存储器存储单元内寄生电容对读取阈值的影响

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电子设计工程 2016年第2期24卷 82-85页

作者：毛冬冬曾昆农李建军电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室四川成都610054

在otp存储器的设计中,基于得到otp存储器存储单元编程后尽可能大的读取阈值的目的,以提高otp存储器的编程效率和芯片成品率,采用了消除存储单元内寄生电容的方法,通过对otp存储器存储单元内带寄生电容和不带寄生电容两种情况下的仿真以... 详细信息

在otp存储器的设计中,基于得到otp存储器存储单元编程后尽可能大的读取阈值的目的,以提高otp存储器的编程效率和芯片成品率,采用了消除存储单元内寄生电容的方法,通过对otp存储器存储单元内带寄生电容和不带寄生电容两种情况下的仿真以及对比,可以发现存储单元内寄生电容的存在会使otp存储器编程后的读取阈值减少8 kΩ左右,所以在otp存储器的设计中,应尽可能消除掉存储单元内的寄生电容,获得尽可能大的读取阈值。

关键词： otp存储器存储单元寄生电容读取阈值