专利名称：适用于fpga的栅氧击穿反熔丝配置单元结构的利记博彩app
技术领域：
本实用新型涉及一种适用于FPGA的栅氧击穿反熔丝配置单元结构，属于CMOS集成电路设计技术领域。
背景技术：
栅氧击穿方式反熔丝不同于传统的反熔丝结构。传统的反熔丝结构主要有MTM反溶丝(Metal to Metal)和ONO反溶丝(Oxide-Nitride-Oxide)两种，这两种反溶丝结构需要特殊工艺，无法采用现有的商用普通CMOS工艺实现 。栅氧击穿方式反熔丝的最大的优点是利用普通CMOS工艺线就可实现，不需要特殊的工艺层次和步骤，其反熔丝电介质就是栅氧隔离层。在一般情况下，栅氧隔离层可表现出TQ级的阻抗，可有效地隔离栅和栅级以下有源区。当在栅和有源区两端施加一个合适的编程电压和电流后，电介质会形成一个连接电极的传导通道(< IkQ )，将两电极导通，利用反熔丝的导通与否来实现信息存储。栅氧击穿方式反熔丝作为一种新型的存储结构，与传统CMOS结构存储器相比，它可以提供一种高电路密度、低功耗，非易失性编程和高可靠性、高寿命的组合，因而广泛用于可编程存储器(PROM)中。栅氧击穿方式反熔丝单元可靠性已在大规模可编程存储器中得到验证，但尚未应用于可编程逻辑阵列(如FPGA)中。由于栅氧击穿方式反熔丝编程电压等特性与传统反熔丝有所区别，必须基于该反熔丝编程特性设置合适的编程结构以满足应用需求。
发明内容本实用新型的目的是将栅氧击穿反熔丝结构技术应用于可编程逻辑阵列中，提出了一种适用于FPGA电路的栅氧击穿反熔丝配置单元结构。为实现上述目的，本实用新型所述的适用于FPGA的栅氧击穿反熔丝配置单元结构，包括一个基于栅氧击穿反熔丝存储单元、一个编程选择控制管、一个保护内部逻辑与编程高压隔离的编程隔离管，和一个控制FPGA布线通道的开关管；所述基于栅氧击穿反熔丝存储单元栅极连接编程选择控制管漏极和编程隔离管源极，基于栅氧击穿反熔丝存储单元的有源区接地；编程选择控制管栅极由外部配置信号控制，编程选择控制管源极与衬底接电源电压；编程隔离管栅极由外部控制信号控制开启与否，编程隔离管衬底接电源，编程隔离管漏极连接控制FPGA布线通道的开关管栅极，控制FPGA布线通道的开关管源极与漏极连接在外部信号通道中，控制FPGA布线通道的开关管衬底接地。所述电源电压分为配置单元正常工作电压VDD和反熔丝存储单元编程电压VPP，且 VPP>VDD。本实用新型由所述外部配置信号的配置码点对单元进行配置，并输出配置存储信肩、O具体为，编程选择控制管由FPGA配置软件产生的码流控制开启与否，当配置码点的数据为“I”时，编程选择控制管关闭，基于栅氧击穿反熔丝存储单元未被编程；当配置码点数据为“0”吋，编程选择控制管打开，此时基于栅氧击穿反熔丝存储单元一端为电压VPP，另一端接地，当維持一段有效编程时间后，所述基于栅氧击穿反熔丝存储单元被编程，实现低阻连接。在工作阶段，已编程的基于栅氧击穿反熔丝存储单元通过低阻连接使所述控制FPGA布线通道的开关管栅极连接至地，維持所述控制FPGA布线通道的开关管关闭；未编程的基于栅氧击穿反熔丝存储单元由于编程选择控制管的亚阈值漏电特性，使基于栅氧击穿反熔丝存储单元栅端充电至电压VDD，保持所述控制FPGA布线通道的开关管开启。所述编程选择控制管和编程隔离管均为高压PMOS管，所述控制FPGA布线通道的开关管为NMOS管。本实用新型的优点是采用四管栅氧击穿反熔丝配置単元结构，可以在普通的 CMOSエ艺线上实现FPGA的反熔丝配置単元功能，具有电路密度高、低功耗、非易失性编程和闻可■性、闻寿命的特点。
图I为本实用新型栅氧击穿反熔丝配置单元结构的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进ー步说明。本实用新型对栅氧击穿反熔丝配置单元结构设计方案考虑如下。I.针对大規模FPGA集成度要求，尽量減少配置単元结构晶体管数目。2.随着FPGA门数的増加，电路功耗问题成为电路规模増大的制约要点，本实用新型一方面利用MOS管亚阈值漏电特性对FPGA布线通道管进行开启控制，另ー方面，利用已编程的反熔丝的低阻特性使FPGA布线通道管栅极短接至GND，使整体功耗大大降低。3.本实用新型的观念较基于SRAM配置単元的FPGA结构有很大改进，基于SRAM配置単元的FPGA结构由双稳态锁存器控制，且至少为六管结构，内部存在电流通路，不可避免的导致电路功耗的增加。如图I所示，本实用新型所述适用于FPGA的栅氧击穿反熔丝配置単元结构(以下简称配置単元)包含一个基于栅氧击穿反熔丝存储单元FUSE (以下称反熔丝单元)、ー个编程选择控制管Ml、一个保护内部逻辑与编程高压隔离的编程隔离管M2、一个控制FPGA布线通道的开关管M3 (以下称布线开关管)，其中編程选择控制管Ml和编程隔离管M2均为高压PMOS管，布线开关管M3为普通NMOS管。反熔丝存储单元FUSE栅极连接编程选择控制管Ml漏极和编程隔离管M2源极，基于栅氧击穿反熔丝存储单元FUSE的有源区接地；编程选择控制管Ml栅极由外部配置信号控制，编程选择控制管Ml源极与衬底接电源电压；编程隔离管M2栅极由外部控制信号控制开启与否，编程隔离管M2衬底接电源，编程隔离管M2漏极连接控制FPGA布线通道的开关管M3栅极，控制FPGA布线通道的开关管M3源极与漏极连接在外部信号通道中，控制FPGA布线通道的开关管M3衬底接地。所述电源电压分为配置単元正常工作电压VDD和反熔丝存储单元编程电压VPP，且 VPP>VDD。编程选择控制管Ml由FPGA配置软件产生的码流控制开启与否，当配置码点的数据为“I”时，编程选择控制管Ml关闭，反熔丝单元FUSE未被编程；当配置码点数据为“0”时，编程选择控制管Ml打开，此时反熔丝单元FUSE —端为VPP，一端接地，当维持一段有效编程时间后，反熔丝单元FUSE被编程，实现低阻连接。从而不同的配置码点对应反熔丝单元FUSE两个不同状态，而反熔丝单元FUSE两个相反状态进而控制FPGA布线开关管M3的开关与关断，实现FPGA配置功能。该电路工作分为两个阶段，即编程阶段和编程后正常工作阶段。I.编程阶段在编程开始前，编程选择控制管Ml关闭，电源电压为VPP。当FPGA配置数据加载时，由编程选择控制管Ml对要编程的反熔丝配置单元FUSE进行选择，编程选择控制管Ml的栅极由配置数据决定，当该配置单元需要编程时，编程选择控制管Ml打开，VPP高压传递至反熔丝单元FUSE栅端，由于反熔丝单元FUSE源极接地，反熔丝单元FUSE两端达到编程所需的高压值，当维持一定的编程时间后即可被编程。在配置单元设计时，必须与逻辑低压工作区进行隔离，有必要引入编程隔离管M2，该隔离管可承受编程高压，在编程阶段保持关闭，隔离编程区域与外部逻辑单元。若该配置单元不需编程，编程选择控制管Ml关闭，反熔丝单元FUSE不被编程，从而配置单元实现两个配置状态“0”与“ I ”的存储。2.编程后正常工作阶段当FPGA整体电路配置完成后，编程选择控制管Ml始终关闭，该配置单元电源电压接回VDD。对于已编程的反熔丝单元FUSE，表现为低阻特性，此时编程隔离管M2打开，FPGA布线开关管M3由已编程的反熔丝单元FUSE接到地GND，从而该布线开关管M3关闭，输出逻辑低电平“ 0 ”，该逻辑电平与配置码点相对应。对于未被编程的反熔丝单元FUSE，虽然编程选择控制管Ml关闭，但MOS管固有的亚阈值漏电特性可使反熔丝单元FUSE栅端充电至VDD，在正常工作阶段，编程隔离管M2打 开，布线开关管M3也同时被充电到VDD,布线开关管M3开启，输出逻辑闻电平“I”,这也与先前编程阶段该配置单元码点数据为“I”使编程选择控制管Ml关闭反熔丝单元FUSE不被编程相对应。本实用新型所述的栅氧击穿反熔丝配置单元结构可应用于反熔丝FPGA电路中，具有结构简单、集成度高、配置信息非易失性、可靠性好、功耗低和寿命长等技术优点，可以满足集成电路工程应用的要求。
权利要求1.适用于FPGA的栅氧击穿反熔丝配置単元结构，其特征是包括一个基于栅氧击穿反熔丝存储单元(FUSE)、一个编程选择控制管(Ml)、一个保护内部逻辑与编程高压隔离的编程隔离管(M2)，和一个控制FPGA布线通道的开关管(M3);所述基于栅氧击穿反熔丝存储単元(FUSE)栅极连接编程选择控制管(Ml)漏极和编程隔离管(M2)源极，基于栅氧击穿反熔丝存储单元(FUSE)的有源区接地；编程选择控制管(Ml)栅极接外部配置信号，编程选择控制管(Ml)源极与衬底接电源电压；编程隔离管(M2)栅极由外部控制信号控制开启与否，编程隔离管(M2)衬底接电源，编程隔离管(M2)漏极连接控制FPGA布线通道的开关管(M3)栅极，控制FPGA布线通道的开关管(M3)源极与漏极连接在外部信号通道中，控制FPGA布线通道的开关管(M3)衬底接地。
2.根据权利要求I所述适用于FPGA的栅氧击穿反熔丝配置単元结构，其特征是，所述编程选择控制管(Ml)和编程隔离管(M2)均为高压PMOS管，所述控制FPGA布线通道的开关管(M3)为NMOS管。
专利摘要本实用新型涉及一种适用于FPGA的栅氧击穿反熔丝配置单元结构，其包括一个基于栅氧击穿反熔丝存储单元，一个编程选择控制管，一个编程隔离管，一个控制FPGA布线通道的开关管。该配置单元在反熔丝编程阶段电源接编程高压VPP，当FPGA完成配置后电源接标准电压VDD。反熔丝存储单元一端即栅极接编程选择控制管，另一端即有源区接地，反熔丝数据输出连接编程隔离管，编程隔离管下一级为FPGA布线通道开关管，实现对FPGA电路布局布线的控制。其优点是采用四管栅氧击穿反熔丝配置单元结构，可以在普通的CMOS工艺线上实现FPGA的反熔丝配置单元功能，具有电路密度高、低功耗、非易失性编程和高可靠性、高寿命的特点。
文档编号H01L27/02GK202363459SQ20112046747
公开日2012年8月1日 申请日期2011年11月22日 优先权日2011年11月22日
发明者宣志斌, 封晴, 王晓玲, 胡凯, 胡小琴, 马金龙 申请人:中国电子科技集团公司第五十八研究所