用于反熔絲配置芯片的編程和讀出電路設計

曹正州，李光明

（無錫中微億芯有限公司，江蘇無錫 214072）

1 引言

靜態隨機存儲器（SRAM）型現場可編程門陣列（FPGA）［1］在人工智能、數據處理、衛星通信、航天、航空等領域發揮著重要的作用，但SRAM 型FPGA 掉電后信息不能夠存儲，需要外圍配置非易失性存儲器（NVM）來存儲碼流信息，該類配置存儲器電路稱為FPGA 配置芯片［2］。采用金屬－金屬（MTM）反熔絲（AF）［3］存儲單元設計的配置芯片通過對兩層金屬之間的可擊穿介質進行編程來存儲數據，具有天然的抗輻射特性，可靠性高，同時又具有較高的集成度。但MTM 反熔絲也有它的缺點：一是在編程時電流較大、編程時間較長，導致編程效率較低；二是阻值受每批次流片工藝和編程電壓的影響較大，需要讀出電路對讀取阻值的容寬較大。

針對MTM 反熔絲的缺點，本文設計了一款用于反熔絲配置芯片的編程和讀出電路，在編程電路上采用雙模式的高壓電路，同時高壓電路采用主電荷泵和從電荷泵分散布局的結構，從電荷泵緊隨每個MTM反熔絲存儲陣列布局，并且獨自反饋電壓信號以對輸出電壓進行精準調整。編程電路可以支持兩種編程模式：當對反熔絲按位數據進行編程時，編程高壓完全由電路內部的電荷泵提供；當對反熔絲按字節數據進行編程時，通過電荷泵的直傳技術，外部引腳提供的高壓幾乎無損地傳輸給MTM 反熔絲，從而提高了編程效率。在讀出電路上采用可編程的讀上拉電流電路，可以根據MTM 反熔絲每批次阻值的波動情況，對讀上拉電流進行調整，保證讀出時間的一致性，提高了讀出電路的可靠性。……