《EDA》课程补充知识.doc

《EDA》课程补充知识 补充知识1：基本的可编程元件 可编程逻辑器件实际上是通过对器件内部的基本可编程元件进行编程来实现用户所需的逻辑功能的。通常基本的可编程元件有以下4种： 熔丝型开关 反熔丝型开关 基于浮栅编程技术的可编程元件 基于SRAM的可编程元件 1．熔丝型开关 PLD最初的电可编程开关是熔丝链路，虽然在每个可能的互连点上都有熔丝，但仅仅小部分可能需要进行连接，所以必须烧断大部分的熔丝。 特点： （1）一次性编程元件。因熔丝烧断后不能再接上，所以熔丝型开关只能写入一次，编程内容无法修改。 （2）未编程时，所有互连点上均有熔丝；编程后，被烧断的熔丝形成断路。 （3）熔丝链路属于三端器件。它由三极管和金属或多晶硅细导线组成。 参见图2-2熔丝型开关。在一个PLD中与阵及或阵是熔丝连接的矩阵。当在乘积线上两个信号的熔丝被保留，而同一线上所有其它熔丝被烧断时，则这两个信号被组合，产生相应的逻辑功能。 缺点： （1）可靠性难以测试。器件可能被编程，但是以后也许会发现极少数应该烧断的熔丝未烧断，而一些不应该烧断的却烧断了。 （2）编程电流大。因为在进行编程时，需要较大的脉冲电流从 VCC经三极管流过熔丝，并将其熔断。 占用硅片面积大。 2．反熔丝型开关 （1）PLICE反熔丝 PLICE反熔丝是采用在n+扩散和多晶硅之间的多层氧-氮-氧（ONO）介质形成反熔丝开关。 PLICE：可编程低阻电路元件（Programmable Low Impedance Circuit Element）是一个基于反熔丝的介质，能提供比其他编程元件尺寸和性能上显著的改善。PLICE反熔丝是和CMOS以及其他如双极型、BiMOS等工艺相兼容的。 当电压加到此元件上时，在两层导体之间夹着的介质被击穿，从而把两层导电材料连在一起。相对于熔丝型开关，反熔丝型开关为烧短路。 PLICE反熔丝是双端非丢失性一次性编程元件。在未编程状态，通常呈现十分高的阻抗（ 100M ）。当加上18V的编程电压时，建立一个双向的低电阻（ 1K ），编程电流小于10mA。 Actel公司即采用的是反熔丝（antifuse）开关，因此为OTP（One Time Programmable）一次性编程器件。适于产品定型后的批量生产，便于保护知识产权。 （2）ViaLink元件 除了Actel的反熔丝开关采用在n+扩散和多晶硅之间的多层氧-氮-氧（ONO）介质外，也有采用在多晶硅和第一层金属之间或金属层之间的非晶硅形成反熔丝开关。 Cypress公司的pASIC380系列和QuickLogic公司的pASIC1系列都是采用称为ViaLink的元件作为开关元件。ViaLink元件是在标准的CMOS工艺的两层金属之间形成可编程通孔的反熔丝开关。编程后产生的直接金属-金属链接阻值低于50 ，比EPROM或SRAM编程元件的电阻小5%，比介质反熔丝的电阻小10%。一个未编程的ViaLink元件的电容也比其他方法的电容要低，最终提供的低RC时间常数比老一代工艺快二到三倍的速度。 ViaLink元件的两层金属初始用绝缘电阻达1M 的隔离硅层分开。横跨通孔加的编程电压脉冲形成双向的电导，使顶层和底层的金属短路。 反熔丝型开关特点： （1）一次性编程元件。反熔丝型开关只能写入一次，编程内容无法修改。 （2）相对于熔丝型开关，反熔丝型开关为烧短路。也就是说，在未编程时，所有反熔丝开关为断路；编程后，被编程的反熔丝开关形成短路！ 3．基于浮栅编程技术的可编程元件 基于浮栅编程技术的可编程元件包括紫外光擦除EPROM、电擦除EPROM和闪速存储器Flash Memory。这三种都是半导体存储器，都是用悬浮栅存储电荷的方法来保存编程数据，因此在断电时，存储的数据不会丢失。 （1）紫外光擦除EPROM 用户编程是由专用工具——编程器自动完成的。 擦除：由EPROM擦洗器产生的强紫外线，穿过EPROM芯片的石英玻璃窗口，对所有浮栅照射几分钟，即擦除了所有的编程数据。 一般可擦写几百次。擦写后要用黑胶纸将芯片的玻璃窗口封好，以防光线干扰片内存储的信息。这样所存数据可保存10年。 常用的EPROM集成片2716（2K 8位）、2732（4K 8位）、2764（8K 8位）等。 EPROM的特点： 利用雪崩效应使浮栅俘获电子； 需借助紫外线照射进行擦除； 全部存储单元同时擦除； 可擦写几百次，擦除时间较长，需要几分钟； 数据可保存10年。 （2）电擦除EPROM（即EEPROM，Electrically Erasable Programmable ROM） 电擦除EPROM只需在高电压脉冲或工作电压下就可进行擦除，而不要借助紫外线照射，故比EPROM更灵活方便。而且它还有字擦除（只擦一个或一些字）功能。 EEPROM集成