CN104409100B - 用于反熔丝的编程烧录电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反熔丝编程烧录电路，该发明包括：用于与反熔丝电连接的开关管；与所述开关管连接用于向所述开关管提供开关电压的开关电压控制电路；与所述开关管连接用于向所述开关管提供不同控制电压的可调电压控制电路。本发明电路结构简单、控制灵活、电路速度快、防止反熔丝烧录不足或者过分烧录，提高了反熔丝编程的质量，增强了反熔丝编程可靠性。

Description

用于反熔丝的编程烧录电路

技术领域

本发明涉及一种编程烧录电路，特别涉及一种用于反熔丝的编程烧录电路。

背景技术

随着反熔丝集成电路的广泛应用，反熔丝产品需求不断加大。目前该类产品主要依靠进口，为了打破这种国外垄断的格局，申请人从2006年开始就开展了反熔丝技术研究，并进行了大量的工艺试验，但反熔丝的烧录的成功率和烧录质量一直是影响反熔丝集成电路质量的重要因素，而反熔丝烧录不足或者过分烧录是影响反熔丝的烧录的成功率和烧录质量的主要因素。其中，反熔丝烧录不足是指：烧录后形成较大电阻和电容，影响电路时序特性，甚至造成逻辑错误，而过分烧录是指：不但烧录了目标反熔丝，而且其相邻反熔丝也被烧录了，形成串烧现象。

目前，一些反熔丝集成电路采用电荷泵提供编程电压的方法来进行反熔丝的烧录。一方面，这种结构需要多个电荷泵，版图面积较大；另一方面，电荷泵集成在电路内部，导致实际提供的编程电压难以测控；此外，电荷泵启动延时也影响反熔丝编程的时序。

发明内容

针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种用于反熔丝的编程烧录电路，包括：用于与反熔丝电连接的开关管；与所述开关管连接用于向所述开关管提供开关电压的开关电压控制电路；与所述开关管连接用于向所述开关管提供不同控制电压的可调电压控制电路。

其中，通过控制到达反熔丝点的编程电压来提高反熔丝的编程质量。开关电压控制电路通过D触发器采集编程控制信号，然后通过状态机控制将信号存入锁存器中，通过门控电路和电压转换电路提供不同的控制电压。开关管控制开关电路由D触发器、锁存器、门控电路和电压转换电路组成。通过状态机控制可以实现反熔丝的编程烧录工作，同时根据对烧录周期的控制，可以实现反熔丝双向烧录，提高反熔丝烧通的效率和质量。

根据本发明的一个方面，所述可调电压控制电路用于选择性地向所述开关管提供三种控制电压：用于供电的电源电压、用于反熔丝编程的编程电压、以及介于所述电源电压和所述编程电压之间的用于防止编程时过分烧录的保护电压。

根据本发明的一个方面，所述可调电压控制电路包括：用于接收所述三种控制电压的控制信号的输入端；与所述输入端相连并用于采集控制信号的采集单元；与所述采集单元相连并用于将采集后的控制信号进行处理而解析出控制电压信息的信号处理单元；与所述信号处理单元相连、并根据解析出的控制电压信息向所述开关管输出相应控制电压的输出端。

根据本发明的一个方面，所述可调电压控制电路还包括用于提供所述保护电压的电压转换单元。

根据本发明的一个方面，所述开关电压控制电路包括：用于接收开关电压的控制信号的输入端；与所述输入端相连并用于采集控制信号的采集单元；与所述采集单元相连、并将采集后的控制信号进行处理而解析出输入电压信息的信号处理单元；与所述信号处理单元相连、并根据解析出的输入电压信息进行电压转换处理并向所述开关管输出开电压和关电压的电压转换单元。

根据本发明的一个方面，所述信号采集单元包括用于采集控制信号的D触发器；所述信号处理单元包括用于对采集后的控制信号分别进行存储和逻辑处理的锁存器和门电路。

根据本发明的一个方面，所述开关管为分别连接于反熔丝两端的第一开关管和第二开关管，所述第一开关管连接有第一开关电压控制电路和第一可调电压控制电路，所述第二开关管连接有第二开关电压控制电路和第二可调电压控制电路。

根据本发明的一个方面，所述第一可调电压控制电路包括用于选择控制电压的第一输入信号选择模块，所述第二可调电压控制电路包括用于选择控制电压的第二输入信号选择模块，所述第一输入信号选择模块、第二输入信号选择模块根据自上游状态机提供的输入信号S配置成以确保二者选择的控制电压分别为：

当所述第一输入信号选择模块选择接地电压(0电位)时，所述第二输入信号选择模块选择编程电压(6.5V)；

当所述第一输入信号选择模块选择编程电压(6.5V)时，所述第二输入信号选择模块选择接地电压(0电位)。

根据本发明的一个方面，所述输入信号选择模块为MUX20器件。

其中，NUX20器件的输入信号S的输入端口，控制着MUX输出信号与输入信号的关系。输入信号S统一来源于状态机控制逻辑，通过内部计数器逻辑，记录反熔丝编程烧录的时钟周期，计数器的反馈信号控制S输入端口状态，每4个编程烧录时钟周期S输入端的信号取反一次，进而MUX20输出信号取反一次。通过控制反熔丝编程烧录的周期，影响编程电压控制模块输出的电压值：

当所述第一输入信号选择模块选择接地电压(0电位)时，所述第二输入信号选择模块选择编程电压(6.5V)；

当所述第一输入信号选择模块选择编程电压(6.5V)时，所述第二输入信号选择模块选择接地电压(0电位)。

通过上述加载在编程反熔丝端口两端的编程电压翻转一次，实现反熔丝双向烧录。

根据本发明的一个方面，所述开关管为NMOS开关管。

根据本发明的一个方面，所述电源电压分为为0V的接地电压或者3.3V供电电压，所述编程电压为6.5V，所述保护电压为[3.3V,3.5V]，所述恒定的第二电压为8V。

根据本发明的一个方面，所述开关电压控制电路用于向所述开关管提供0V的关电压和8V的开电压。

本发明电路结构简单、控制灵活，电压转换电路速度快；根据实际编程情况，可以对控制开关电压进行调节，实现编程电压和控制电压的高效配合，实现反熔丝的编程烧录工作，防止反熔丝烧录不足或者过分烧录；通过控制编程电流和电压，提高了反熔丝编程的质量，增强了反熔丝编程可靠性。

附图说明

图1是本发明一种实施方式的反熔丝编程烧录电路框图；

图2是本发明一种实施方式的可调电压控制电路原理图；

图3是本发明一种实施方式的开关电压控制电路原理图；

图4是本发明另一种实施方式的开关电压控制电路原理图；

图5是本发明一种实施方式的反熔丝和开关管电路原理图；

图6是本发明一种实施方式的反熔丝的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

图1示意性地显示了本发明一种实施方式的反熔丝编程烧录电路框图。如图所示，该电路图包括：开关电压控制电路1、可调电压控制电路2和开关管及反熔丝电路3，其中：开关管及反熔丝电路3，设置为含有NMOS开关管和反熔丝；开关电压控制电路1，设置为根据采集的数据输入信号，通过数字电路将电源电压转化为向开关管和反熔丝电路3提供恒定的8V或者0V电压；可调电压控制电路2，设置为根据采集的数据输入信号，通过数字电路进行多个电压间的选择，用于向开关管和反熔丝电路3选择性地提供：用于供电的电源电压、用于反熔丝编程的编程电压、以及用于防止编程时过分烧录的保护电压，其中：电源电压、编程电压和保护电压，这三个电压都是通过配置D触发器里的数据提供实现的。

图2示意性地显示了本发明一种实施方式的可调电压控制电路原理图。如图所示：该电路包括：D触发器、锁存器、电压转化电路、NMOS、PMOS、反相器和门电路，其中：DFF100、DFF101均是D触发器，INV20、INV21、INV22、INV23均是反相器，LAT30、LAT31均是输出反向锁存器，OAI40是三输入或与非电路，NOR20、NOR21、NOR22均是二输入或非门，MUX20是单输入可控选择电路，MP10、MP11、MP12均是PMOS器件，MN13、MN14、MN15均是NMOS器件，LEVEL_CHANGE10、LEVEL_CHANGE11均是电压转换电路。200是数据输入信号，210是编程控制电路提供的电压，根据输入数据的不同组合，可提供编程电压，保护电压和电源电压，其中，电源电压分为：接地电压(Gnd电压)0V、供电电压3.3V，编程电压为6.5v，开关电压为8v，保护电压为3.3～3.5v。在烧录一个反熔丝的情况下，只在该反熔丝两端提供编程电压、Gnd电压(0电位)，其他位置的的反熔丝两端则处于保护电压和编程电压，或者是保护电压和Gnd电压(0电位)，反熔丝两端压差达不到击穿电压，从而保护了反熔丝的安全。上述D触发器采集编程控制信号，将所述编程控制信号存入锁存器，通过反相器和门控电路将所述数据输入信号进行不同组合，再由电压转换电路输出所述编程电压、保护电压和电源电压，所述编程电压用于经过所述NMOS开关管，击穿反熔丝进行编程。其中，在所述开关电压控制电路1内部设置单输入可控选择电路，用于实现同向输出信号或者反向输出信号，实现反熔丝双向烧录，本实施例中，反熔丝是以矩阵形式存在的多个反熔丝。

图3示意性地显示了本发明一种实施方式的开关电压控制电路原理图。如图所示：该电路包括：D触发器、反相器、反向锁存器和电压转换电路。其中：DFF200是D触发器，INV30、INV31、INV32均是反相器，LAT50是输出反向锁存器，EVEL_CHANGE20是电压转换电路。100是数据输入信号，210是输出电压，控制NMOS开关管的开启情况，其中，所述D触发器采集数据输入信号，经过锁存器、反相器和电压转化电路相连，输出打开或者关闭NMOS开关管的所述开(8V)或者关电压(0V)。

图4是图3实施方式的变形，该电路包括：D触发器、反相器、反向锁存器和电压转换电路和或门电路,其用于输出打开NMOS开关管的所述开或者关电压。

图5示意性地显示了本发明一种实施方式的反熔丝和开关管电路原理图。如图所示，该电路包括：反熔丝器件和NMOS器件，其中：MN30、MN31是均是NMOS开关管，310和311之间的是ANTI_FUSE是反熔丝器件。210提供编程电压，110控制NMOS器件的开启，210B采用与210相同的编程电压控制电路结构的输出电压，110B是采用与110相同开关管控制电路的输出电压。其中，反熔丝分别连接于2个NMOS开关管的源极和漏极，通过提供高压，分别打开2个NMOS开关管，使得加在反熔丝上的编程电压足够高，有效击穿反熔丝，实现反熔丝正向或者方向的双向烧录。所述双向烧录的控制在逻辑里是由器件MUX20(可控选择双向输出，编程过程中该控制信号可控，S＝1，同向输出，S＝0则反向输出)，从而实现该组逻辑输出编程电压或者电源(Gnd)电压之间的转换，进而实现了反熔丝的双向烧录。

图6示意性地显示了本发明一种实施方式的反熔丝的示意图。如图所示：反熔丝的源极和漏极上各连接1个NMOS器件类型，其中：310和311分别连接于上述图4中所示的MN30、MN31这两个NMOS器件。其中，如果反熔丝单向烧录，用一个NMOS连接反熔丝点，反熔丝另一端连接Gnd电压，就可以实现反熔丝的烧录了，此时，编程高压要先经过NMOS限流后再到反熔丝点；如果采用双向烧录，一个反熔丝需要两个NMOS器件；反熔丝烧录采用哪个方向来编程电压，哪个方向来电源或者Gnd电压由第一控制电压里的MUX20器件决定，其中，NUX20器件的输入信号S的输入端口，控制着MUX20输出信号与输入信号的关系。输入信号S统一来源于上游状态机控制逻辑，通过内部计数器逻辑，记录反熔丝编程烧录的时钟周期，计数器的反馈信号控制S输入端口状态，每4个编程烧录时钟周期S输入端的信号取反一次，进而MUX20输出信号取反一次。通过控制反熔丝编程烧录的周期，影响编程电压控制模块输出的电压值：

当所述第一输入信号选择模块选择接地电压(0电位)时，所述第二输入信号选择模块选择编程电压(6.5V)；

当所述第一输入信号选择模块选择编程电压(6.5V)时，所述第二输入信号选择模块选择接地电压(0电位)。

通过上述加载在编程反熔丝端口两端的编程电压翻转一次，实现反熔丝双向烧录。

值得注意的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限定本发明的专利保护范围，本发明还可以对上述各种单元进行附加地改进，或者是采用技术等同物进行替换，例如：增加进一步优化的其他单元等等。故凡运用本发明的说明书及图示内容所作的等效结构变化，或直接或间接运用于其他相关技术领域均同理皆包含于本发明所涵盖的范围内。

Claims (6)

1.一种用于反熔丝的编程烧录电路，包括：

用于与反熔丝电连接的开关管；

与所述开关管连接用于向所述开关管提供开关电压的开关电压控制电路；

与所述开关管连接用于向所述开关管提供不同控制电压的可调电压控制电路，设置为根据采集的数据输入信号，通过数字电路在所述不同控制电压间进行选择；

所述开关管包括分别连接于所述反熔丝两端的第一开关管和第二开关管，所述开关电压控制电路包括连接于所述第一开关管的第一开关电压控制电路和连接于所述第二开关管的第二开关电压控制电路，所述可调电压控制电路包括连接于所述第一开关管的第一可调电压控制电路和连接于所述第二开关管的第二可调电压控制电路；

所述第一可调电压控制电路用于选择性地向所述第一开关管提供三种控制电压：

接地电压、

用于反熔丝编程的编程电压、以及

用于防止编程时过分烧录的保护电压；

所述第二可调电压控制电路用于选择性地向所述第二开关管提供三种控制电压：

接地电压、

用于反熔丝编程的编程电压、以及

用于防止编程时过分烧录的保护电压；

所述可调电压控制电路包括：

用于接收所述三种控制电压的控制信号的输入端；

与所述输入端相连并用于采集控制信号的采集单元；

与所述采集单元相连并用于将采集后的控制信号进行处理而解析出控制电压信息的信号处理单元；

与所述信号处理单元相连、并根据解析出的控制电压信息向所述第一开关管和所述第二开关输出相应控制电压的输出端；

所述采集单元包括用于采集控制信号的D触发器；所述信号处理单元包括用于对采集后的控制信号分别进行存储和逻辑处理的锁存器和门电路。

2.根据权利要求1所述的用于反熔丝的编程烧录电路，其中，所述可调电压控制电路还包括用于提供所述保护电压的电压转换单元。

3.根据权利要求1所述的用于反熔丝的编程烧录电路，其中，所述开关电压控制电路包括：

用于接收开关电压的控制信号的输入端；

与所述输入端相连并用于采集控制信号的采集单元；

与所述采集单元相连、并将采集后的控制信号进行处理而解析出输入电压信息的信号处理单元；

与所述信号处理单元相连、并根据解析出的输入电压信息进行电压转换处理并向所述第一开关管和所述第二开关管输出开电压和关电压的电压转换单元。

4.根据权利要求1所述的用于反熔丝的编程烧录电路，其特征在于，所述第一可调电压控制电路包括用于选择控制电压的第一输入信号选择模块，所述第二可调电压控制电路包括用于选择控制电压的第二输入信号选择模块，所述第一输入信号选择模块、第二输入信号选择模块根据自上游状态机提供的输入信号配置成以确保二者选择的控制电压分别为：

当所述第一输入信号选择模块选择电源电压中的接地电压时，所述第二输入信号选择模块选择编程电压；

当所述第一输入信号选择模块选择编程电压时，所述第二输入信号选择模块选择电源电压中的接地电压。

5.根据权利要求4所述的用于反熔丝的编程烧录电路，其中，所述第一输入信号选择模块和第二输入信号选择模块为MUX20器件。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的用于反熔丝的编程烧录电路，其中，所述第一开关管和所述第二开关管为NMOS开关管。