嵌入式電可擦除可編程存儲(chǔ)器（EEPROM）關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、集成電路技術(shù)自上世紀(jì)40年代以來發(fā)展迅速，極大地改善了人們的生活。摩爾定律指出，隨著工藝水平的進(jìn)步，單片集成電路上可以集成的晶體管數(shù)目大約每三年增加四倍。 存儲(chǔ)器是集成電路的一個(gè)重要分支，是所有電子系統(tǒng)的核心單元。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器分為揮發(fā)性存儲(chǔ)器和非揮發(fā)性存儲(chǔ)器兩類，兩者的區(qū)別是去掉電源電壓后揮發(fā)性存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)丟失而非揮發(fā)性存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)仍然能保持。非揮發(fā)性存儲(chǔ)器有多種類型，如紫外線擦除可編程存儲(chǔ)器、電可擦除可編程存儲(chǔ)器(Electr

2、ically Erasable Programmable Read Only Memory,EEPROM)以及閃存等。與其它類型非揮發(fā)性存儲(chǔ)器相比，EEPROM有以下優(yōu)點(diǎn)：很好的編程粒度，很小的功耗，允許大量單元同時(shí)擦寫以減少測(cè)試時(shí)間，可擦寫次數(shù)多等等。所以EEPROM更適合用在對(duì)非揮發(fā)性存儲(chǔ)器容量要求小、要求電路功耗小且可擦寫次數(shù)多的場(chǎng)合，比如蜂窩電話、汽車、計(jì)算機(jī)通訊產(chǎn)品和消費(fèi)類電子產(chǎn)品等等。 通訊系統(tǒng)中信息的安全性一直是人

3、們關(guān)注的重點(diǎn)。信息安全電路被用來為數(shù)據(jù)加密、解密。為提高抗攻擊性能并降低成本，信息安全電路將所有模塊集成在一個(gè)嵌入式片上系統(tǒng)中。由于信息安全芯片需要的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器容量不大，一般選用EEPROM以節(jié)省成本。很多信息安全芯片用于移動(dòng)設(shè)備，故降低電路功耗就很重要，而低功耗正是EEPROM的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。成本和功耗是嵌入式EEPROM最重要的兩個(gè)參數(shù)。 嵌入式EEPROM電路需要幅度比電源電壓大很多的高電壓來改變存儲(chǔ)單元的狀態(tài)，這種高電

4、壓一般由一種稱為升壓電荷泵的電路提供。片上實(shí)現(xiàn)的升壓電荷泵大多基于Dickson結(jié)構(gòu)，一般需要用高壓工藝以確保器件可靠性。但是高壓MOS管的寄生電容大，降低了電壓增益。近年有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)了不用高壓工藝實(shí)現(xiàn)的升壓電荷泵。本文提出了兩種不用高壓管且器件可靠的升壓電荷泵新結(jié)構(gòu)。 Dickson升壓電荷泵功耗效率比較低。由于現(xiàn)代工藝中片上電容的寄生電容不易做小，升壓電荷泵消耗了EEPROM電路很大一部分能量。如何減小升壓電荷泵的功耗一直是研

5、究的重點(diǎn)。本文結(jié)合“絕熱電路”的思想，提出一種功耗效率較高的新結(jié)構(gòu)。 EEPROM電路的一個(gè)關(guān)鍵操作是讀取存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)，靈敏放大器電路用來讀取數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)者常常要在靈敏放大器的面積、功耗以及讀數(shù)據(jù)的速度之間折衷考慮。本文提出了一個(gè)面積和功耗都很小的新結(jié)構(gòu)。 本文深入研究了升壓電荷泵電路，改進(jìn)了靈敏放大器，并利用本文提出的新電路設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)用的EEPROM電路。本文主要工作如下： (1) 為避免使用高壓MOS管并保證

6、器件的可靠性，本文提出兩種新的升壓電荷泵結(jié)構(gòu)。仿真結(jié)果表明新電路能正常工作，且任一MOS管四個(gè)端點(diǎn)兩兩之間電壓差不大于電源電壓，保證了電路的可靠性。 (2) 本文詳細(xì)分析了升壓電荷泵的功耗組成，結(jié)合“絕熱電路”思想提出一種減小功耗的新結(jié)構(gòu)。仿真結(jié)果表明升壓電荷泵的功耗效率得到有效提高。 (3) 本文優(yōu)化了一個(gè)低功耗靈敏放大器，減小了電路面積和功耗。仿真結(jié)果表明電路工作正常。 (4) 采用本文提出的升壓電荷泵和靈敏