《EDA》課程補充知識

/《EDＡ》課程補充知識補充知識1:基本的可編程元件可編程邏輯器件實際上是通過對器件內(nèi)部的基本可編程元件進行編程來實現(xiàn)用戶所需的邏輯功能的。通?；镜目删幊淘幸韵?種:熔絲型開關(guān)反熔絲型開關(guān)基于浮柵編程技術(shù)的可編程元件基于ＳRAM的可編程元件1。熔絲型開關(guān)ＰLD最初的電可編程開關(guān)是熔絲鏈路,雖然在每個可能的互連點上都有熔絲,但僅僅小部分可能需要進行連接，所以必須燒斷大部分的熔絲.特點：(1)一次性編程元件。因熔絲燒斷后不能再接上，所以熔絲型開關(guān)只能寫入一次,編程內(nèi)容無法修改。（2)未編程時，所有互連點上均有熔絲;編程后，被燒斷的熔絲形成斷路。（3）熔絲鏈路屬于三端器件。它由三極管和金屬或多晶硅細(xì)導(dǎo)線組成。參見圖2－２熔絲型開關(guān)。在一個PＬD中與陣及或陣是熔絲連接的矩陣。當(dāng)在乘積線上兩個信號的熔絲被保留,而同一線上所有其它熔絲被燒斷時，則這兩個信號被組合，產(chǎn)生相應(yīng)的邏輯功能。缺點：（1）可靠性難以測試。器件可能被編程，但是以后也許會發(fā)現(xiàn)極少數(shù)應(yīng)該燒斷的熔絲未燒斷，而一些不應(yīng)該燒斷的卻燒斷了。（２)編程電流大。因為在進行編程時,需要較大的脈沖電流從?VCＣ經(jīng)三極管流過熔絲，并將其熔斷。占用硅片面積大.２。反熔絲型開關(guān)(１）PLＩCE反熔絲PＬＩＣE反熔絲是采用在n＋擴散和多晶硅之間的多層氧-氮—氧（ＯＮＯ)介質(zhì)形成反熔絲開關(guān)。PＬICE：可編程低阻電路元件(ProgrａmmabｌeLｏｗＩmpedancｅCｉｒcuitＥlｅmeｎt)是一個基于反熔絲的介質(zhì)，能提供比其他編程元件尺寸和性能上顯著的改善。PＬIＣE反熔絲是和CMＯS以及其他如雙極型、BiMOS等工藝相兼容的。當(dāng)電壓加到此元件上時，在兩層導(dǎo)體之間夾著的介質(zhì)被擊穿,從而把兩層導(dǎo)電材料連在一起。相對于熔絲型開關(guān)，反熔絲型開關(guān)為燒短路.ＰLIＣE反熔絲是雙端非丟失性一次性編程元件。在未編程狀態(tài),通常呈現(xiàn)十分高的阻抗（10０M）。當(dāng)加上1８V的編程電壓時,建立一個雙向的低電阻（１K），編程電流小于10mＡ。Ａcｔel公司即采用的是反熔絲(ａntｉfusｅ）開關(guān)，因此為OTP（ＯnｅTimｅPｒoｇrammable)一次性編程器件。適于產(chǎn)品定型后的批量生產(chǎn)，便于保護知識產(chǎn)權(quán)。（2）VｉaLink元件除了Actel的反熔絲開關(guān)采用在n+擴散和多晶硅之間的多層氧—氮-氧（ONO)介質(zhì)外，也有采用在多晶硅和第一層金屬之間或金屬層之間的非晶硅形成反熔絲開關(guān)。Cypreｓs公司的pASIC3８0系列和ＱuｉckLoｇic公司的ｐASIC１系列都是采用稱為ＶiａLinｋ的元件作為開關(guān)元件。ViａLink元件是在標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝的兩層金屬之間形成可編程通孔的反熔絲開關(guān)。編程后產(chǎn)生的直接金屬-金屬鏈接阻值低于５0，比EPRＯM或ＳRAＭ編程元件的電阻小5%，比介質(zhì)反熔絲的電阻小１0%。一個未編程的ViaLinｋ元件的電容也比其他方法的電容要低，最終提供的低RC時間常數(shù)比老一代工藝快二到三倍的速度。ＶiａＬiｎk元件的兩層金屬初始用絕緣電阻達(dá)１Ｍ的隔離硅層分開。橫跨通孔加的編程電壓脈沖形成雙向的電導(dǎo)，使頂層和底層的金屬短路。反熔絲型開關(guān)特點:（１）一次性編程元件。反熔絲型開關(guān)只能寫入一次,編程內(nèi)容無法修改。（2）相對于熔絲型開關(guān)，反熔絲型開關(guān)為燒短路。也就是說,在未編程時，所有反熔絲開關(guān)為斷路；編程后,被編程的反熔絲開關(guān)形成短路?。常诟啪幊碳夹g(shù)的可編程元件基于浮柵編程技術(shù)的可編程元件包括紫外光擦除EPROＭ、電擦除ＥPROM和閃速存儲器FｌaｓhMeｍory。這三種都是半導(dǎo)體存儲器，都是用懸浮柵存儲電荷的方法來保存編程數(shù)據(jù)，因此在斷電時,存儲的數(shù)據(jù)不會丟失。（1）紫外光擦除EPRＯＭ用戶編程是由專用工具-—編程器自動完成的。擦除：由EＰＲOM擦洗器產(chǎn)生的強紫外線，穿過EPRＯM芯片的石英玻璃窗口，對所有浮柵照射幾分鐘,即擦除了所有的編程數(shù)據(jù).一般可擦寫幾百次。擦寫后要用黑膠紙將芯片的玻璃窗口封好,以防光線干擾片內(nèi)存儲的信息。這樣所存數(shù)據(jù)可保存10年。常用的ＥPＲOM集成片２716(2K8位）、2７32（4K8位）、276４（8K8位）等.ＥＰROM的特點：利用雪崩效應(yīng)使浮柵俘獲電子;需借助紫外線照射進行擦除；全部存儲單元同時擦除;可擦寫幾百次，擦除時間較長,需要幾分鐘;數(shù)據(jù)可保存１０年。（２)電擦除EＰROM（即EＥＰＲOM，ＥlectricallyEraｓａblｅProｇramｍablｅROＭ)電擦除ＥＰROM只需在高電壓脈沖或工作電壓下就可進行擦除，而不要借助紫外線照射,故比EPROM更靈活方便。而且它還有字擦除（只擦一個或一些字)功能。EＥPROＭ集成片2815、２8１7(２K８位）等都需要用高電壓脈沖擦寫，一般需用專用編程器來完成；而2８１６Ａ（2K8位)、28６4A(８Ｋ８位）等由于內(nèi)部設(shè)置了升壓電路，使擦、寫、讀都可在+5Ｖ電源下進行,不需要專用編程器。這種在線改寫非常方便，與RAM的讀寫操作類似，但斷電后不會丟失數(shù)據(jù)，因此其應(yīng)用范圍日漸擴大。EEPＲOM的特點:利用隧道效應(yīng)使浮柵俘獲電子；在高電壓脈沖或工作電壓下就可進行擦除,而不必借助紫外線照射;還有字擦除功能；允許擦寫100～10000次,擦寫共需時間２0ms左右；數(shù)據(jù)可保存５～１０年.(３）閃速存儲器ＦlasｈMemorｙ其存儲單元采用疊柵MＯS管,結(jié)構(gòu)與EPRＯM中的SＩMOS管相似，二者最大區(qū)別在于浮柵與襯底間氧化層的厚度不同。EPROM：３0~４０nｍ，閃速存儲器:僅為1０～15nm.讀出:字線加上+５V,若浮柵沒有充電，則疊柵MOS管導(dǎo)通,位線輸出低電平；若浮柵上充有電荷，則疊柵MOS管截止，位線輸出高電平。寫入：方法與EＰＲOM相同,即利用雪崩注入的方法使浮柵充電。擦除：利用隧道效應(yīng).控制柵接地,在源極加上幅度為1２Ｖ左右、寬度為100mｓ的正脈沖，在浮柵和源極間極小的重疊部分產(chǎn)生隧道效應(yīng)，使浮柵上的電荷經(jīng)隧道釋放。但由于片內(nèi)所有疊柵MOS管的源極連在一起,所以擦除時是將全部存儲單元同時擦除。特點：利用雪崩注入的方法使浮柵充電；利用隧道效應(yīng)擦除浮柵內(nèi)的電子電荷；用電信號進行擦除，而不必借助紫外線照射；擦除時是將全部存儲單元同時擦除；擦寫時間在幾ms以內(nèi)；集成度高、容量大、成本低、使用方便.４。基于SRAM的可編程元件SＲAＭ：StaｔiｃRandｏmＡccessMeｍoｒｙ,靜態(tài)隨機存取存儲器SRAＭ主要由存儲矩陣、地址譯碼器和讀／寫控制電路（Ｉ/O電路）三部分組成.特點：在不斷電情況下可進行讀寫,即可進行在線重寫；但斷電后配置數(shù)據(jù)丟失——易失性器件。重新配置時間為幾百ms.——-－—－—-——－——-－--—-－--—-－—-－－－－--—-－--——-———－-－—－—－—－——-—－—－————-——-—－--－——－--－-－--補充知識2:PLD的編程技術(shù)分為兩類:一類是一次性編程，另一類是可多次編程。１。一次性編程PLD一次性編程ＰLD采用熔絲工藝制造，熔絲斷后不能再接上；反熔絲短路后也不能再斷開，因此僅能一次性編程，不能重復(fù)編程和修改。不適用于數(shù)字系統(tǒng)的研制、開發(fā)和實驗階段使用，而適用于產(chǎn)品定型后的批量生產(chǎn)。2．可多次編程PLD大多采用場效應(yīng)管作編程元件，控制存儲器存儲編程信息.通常采用EPROM、EEPROＭ、FＬASＨ或ＳRAM工藝制造。可重復(fù)編程和修改,適用于數(shù)字系統(tǒng)的研制、開發(fā)和實驗階段使用。通常有如下幾種:紫外光擦除的EPＲOM:器件外殼上有一個石英窗口,利用紫外光將編程信息擦除，在編程器上對器件編程。電擦除EPＲOM(EEPROM）：利用EEＰROＭ存儲編程信息。在高電壓脈沖或工作電壓下就可擦除編程信息，無須紫外光照射。需用高電壓脈沖擦除的器件需要專用的編程器；內(nèi)部設(shè)置了升壓電路的器件在工作電壓（+5Ｖ）下就可進行擦除,無須編程器。在系統(tǒng)編程(ISP，IｎSysｔemPｒｏgｒaｍmａble):利用EEPＲOＭ或FＬASＨ存儲編程信息。器件內(nèi)部有產(chǎn)生編程電壓的電源泵及編程控制電路，不需要在編程器上編程，