《EDA》课程补充知识

/《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ﻩVCＣ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(ProgrａmmabｌeLｏｗＩmpedancｅCｉｒcuitＥlｅmeｎt)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（ＯnｅTimｅPｒoｇrammable)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FｌaｓhMeｍory。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(2K8位）、2７32（4K8位）、276４（8K8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，ＥlectricallyEraｓａblｅProｇramｍablｅROＭ)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集成片2815、２8１7(２K８位）等都需要用高电压脉冲擦写，一般需用专用编程器来完成；而2８１６Ａ（2K8位)、28６4A(８Ｋ８位）等由于内部设置了升压电路，使擦、写、读都可在+5Ｖ电源下进行,不需要专用编程器。这种在线改写非常方便，与RAM的读写操作类似，但断电后不会丢失数据，因此其应用范围日渐扩大。EEPＲOM的特点:利用隧道效应使浮栅俘获电子；在高电压脉冲或工作电压下就可进行擦除,而不必借助紫外线照射;还有字擦除功能；允许擦写100～10000次,擦写共需时间２0ms左右；数据可保存５～１０年.(３）闪速存储器ＦlasｈMemorｙ其存储单元采用叠栅MＯS管,结构与EPRＯM中的SＩMOS管相似，二者最大区别在于浮栅与衬底间氧化层的厚度不同。EPROM：３0~４０nｍ，闪速存储器:仅为1０～15nm.读出:字线加上+５V,若浮栅没有充电，则叠栅MOS管导通,位线输出低电平；若浮栅上充有电荷，则叠栅MOS管截止，位线输出高电平。写入：方法与EＰＲOM相同,即利用雪崩注入的方法使浮栅充电。擦除：利用隧道效应.控制栅接地,在源极加上幅度为1２Ｖ左右、宽度为100mｓ的正脉冲，在浮栅和源极间极小的重叠部分产生隧道效应，使浮栅上的电荷经隧道释放。但由于片内所有叠栅MOS管的源极连在一起,所以擦除时是将全部存储单元同时擦除。特点：利用雪崩注入的方法使浮栅充电；利用隧道效应擦除浮栅内的电子电荷；用电信号进行擦除，而不必借助紫外线照射；擦除时是将全部存储单元同时擦除；擦写时间在几ms以内；集成度高、容量大、成本低、使用方便.４。基于SRAM的可编程元件SＲAＭ：StaｔiｃRandｏmＡccessMeｍoｒｙ,静态随机存取存储器SRAＭ主要由存储矩阵、地址译码器和读／写控制电路（Ｉ/O电路）三部分组成.特点：在不断电情况下可进行读写,即可进行在线重写；但断电后配置数据丢失——易失性器件。重新配置时间为几百ms.——-－—－—-——－——-－--—-－--—-－—-－－－－--—-－--——-———－-－—－—－—－——-—－—－————-——-—－--－——－--－-－--补充知识2:PLD的编程技术分为两类:一类是一次性编程，另一类是可多次编程。１。一次性编程PLD一次性编程ＰLD采用熔丝工艺制造，熔丝断后不能再接上；反熔丝短路后也不能再断开，因此仅能一次性编程，不能重复编程和修改。不适用于数字系统的研制、开发和实验阶段使用，而适用于产品定型后的批量生产。2．可多次编程PLD大多采用场效应管作编程元件，控制存储器存储编程信息.通常采用EPROM、EEPROＭ、FＬASＨ或ＳRAM工艺制造。可重复编程和修改,适用于数字系统的研制、开发和实验阶段使用。通常有如下几种:紫外光擦除的EPＲOM:器件外壳上有一个石英窗口,利用紫外光将编程信息擦除，在编程器上对器件编程。电擦除EPＲOM(EEPROM）：利用EEＰROＭ存储编程信息。在高电压脉冲或工作电压下就可擦除编程信息，无须紫外光照射。需用高电压脉冲擦除的器件需要专用的编程器；内部设置了升压电路的器件在工作电压（+5Ｖ）下就可进行擦除,无须编程器。在系统编程(ISP，IｎSysｔemPｒｏgｒaｍmａble):利用EEPＲOＭ或FＬASＨ存储编程信息。器件内部有产生编程电压的电源泵及编程控制电路，不需要在编程器上编程，