CN203338067U

CN203338067U - 嵌入式系统中otp存储元件编程控制的电路结构

Info

Publication number: CN203338067U
Application number: CN2013203080691U
Authority: CN
Inventors: 邹一照; 陈长华; 王效; 顾宇飞; 薛中
Original assignee: Wuxi China Resources Semico Co Ltd
Current assignee: CRM ICBG Wuxi Co Ltd
Priority date: 2013-05-29
Filing date: 2013-05-29
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2023-05-29

Abstract

本实用新型涉及一种嵌入式系统中OTP存储元件编程控制的电路结构，其中高频振荡器与定时控制模块连接，稳压源的输入端与电源电压连接，稳压源的输出端通过升压调节模块、嵌入式系统中的微控制单元MCU的复位控制电路与OTP存储元件连接，高压检测模块与微控制单元MCU的复位控制电路连接，电压检测模块与电源电压相连接。采用该种嵌入式系统OTP存储元件编程控制的电路结构，不需外接高压电源，节省了系统开销和生产成本，端口的复用使得不增加额外占用的端口，烧录过程简单可靠，适用于整机装配完毕后少数字节编程的场合，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛。

Description

嵌入式系统中OTP存储元件编程控制的电路结构

技术领域

本实用新型涉及可编程存储器件领域，特别涉及一次性可编程（One Time Programmable，OTP）存储元件的编程控制技术领域，具体是指一种嵌入式系统中实现对一次性可编程存储元件进行编程控制的电路结构。

背景技术

近年来的半导体集成电路中，存储的信息即使掉电也不会消失的OTP存储元件成为不可或缺的单元。OTP存储器广泛应用于DRAM和SRAM大容量存储器作备份，模拟电路作调谐和密钥等代码的存放，以及制造工艺中作存储履历管理信息用的ID芯片等。

OTP存储器的编程过程是不可逆的破坏活动，仅允许数据写入一次。一般OTP存储器在编程之前的所有位存储单元的逻辑状态都相同（例如所有位存储单元均为逻辑“1”），编程之后，某些位存储单元的状态被取反（例如原来是“1”，编程之后变成“0”），这些状态被取反的位存储单元无法再回到原来缺省的逻辑状态。

传统的OTP编程方法是外接高压电源（比如7.5V），利用高压把所需要编程的存储单元的状态由“1”变为“0”。这种方法在大段程序编程时显得很方便可靠，但在编程极少数字节时，比如整机装配完毕后的校验码，外接高压电源就显得不方便，影响生产成本。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种能够适用于整机装配完毕后少数字节编程的场合、无须外接OTP编程所需的高压电源、结构简单实用、显著降低生产成本、工作性能稳定可靠、适用范围较为广泛的嵌入式系统中实现对一次性可编程存储元件进行编程控制的电路结构。

为了实现上述的目的，本实用新型的嵌入式系统中实现对一次性可编程存储元件进行编程控制的电路结构如下：

该嵌入式系统中实现对一次性可编程存储元件进行编程控制的电路结构，其主要特点是，所述的电路结构包括高频振荡器、稳压源、升压调节模块、高压检测模块、电压检测模块、定时控制模块，所述的高频振荡器与所述的定时控制模块相连接，所述的稳压源的输入端与电源电压相连接，且该稳压源的输出端依次通过所述的升压调节模块、嵌入式系统中的微控制单元MCU的复位控制电路与一次性可编程存储元件相连接，所述的高压检测模块与所述的微控制单元MCU的复位控制电路相连接，且所述的电压检测模块与所述的电源电压相连接。

该嵌入式系统中实现对一次性可编程存储元件进行编程控制的电路结构中的升压调节模块为电荷泵。

该嵌入式系统中实现对一次性可编程存储元件进行编程控制的电路结构中的电荷泵包括第二高频振荡器和多倍压控制电路，所述的稳压源的输出端依次通过所述的第二高频振荡器和多倍压控制电路与所述的微控制单元MCU的复位控制电路相连接。

该嵌入式系统中实现对一次性可编程存储元件进行编程控制的电路结构中的多倍压控制电路为三倍压控制电路。

该嵌入式系统中实现对一次性可编程存储元件进行编程控制的电路结构中的多倍压控制电路中还包括有倍压电容，该倍压电容与所述的第二高频振荡器的输出端相连接。

该嵌入式系统中实现对一次性可编程存储元件进行编程控制的电路结构中的微控制单元MCU的复位控制电路包括复位端口、电阻和电容，所述的复位端口通过所述的电阻与电源电压相连接，且该复位端口通过电容接地，所述的升压调节模块和高压检测模块均通过所述的复位端口与所述的一次性可编程存储元件相连接。

采用了该实用新型的嵌入式系统中实现对一次性可编程存储元件进行编程控制的电路结构，由于其中具有高频振荡器、稳压源、电荷泵、高压检测模块、电压检测模块、定时控制模块，并采用了相应的编程控制方法，从而通过使能稳压源，供给电荷泵以产生高压VPP，同时输送到RST端口，并控制OTP烧录过程，由定时控制模块决定OTP编程时间，使得在OTP中烧录少量校验数据时，不需外接高压电源，节省了系统开销和生产成本，端口的复用使得不增加额外占用的端口，烧录过程简单可靠，同时可以适应不同的情况，特别适用于整机装配完毕后少数字节编程的场合，结构简单实用，显著降低生产成本，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛。

附图说明

图1为本实用新型的嵌入式系统中实现对一次性可编程存储元件进行编程控制的电路结构示意图。

图2为采用本实用新型的电路结构实现嵌入式系统中对一次性可编程存储元件进行编程控制过程的整体流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参阅图1所示，该嵌入式系统中实现对一次性可编程存储元件进行编程控制的电路结构，其主要特点是，所述的电路结构包括高频振荡器、稳压源、升压调节模块、高压检测模块、电压检测模块、定时控制模块，所述的高频振荡器与所述的定时控制模块相连接，所述的稳压源的输入端与电源电压相连接，且该稳压源的输出端依次通过所述的升压调节模块、嵌入式系统中的微控制单元MCU的复位控制电路与一次性可编程存储元件相连接，所述的高压检测模块与所述的微控制单元MCU的复位控制电路相连接，且所述的电压检测模块与所述的电源电压相连接。

其中，所述的升压调节模块为电荷泵，该电荷泵包括第二高频振荡器和多倍压控制电路，所述的稳压源的输出端依次通过所述的第二高频振荡器和多倍压控制电路与所述的微控制单元MCU的复位控制电路相连接；所述的多倍压控制电路为三倍压控制电路，且该多倍压控制电路中还包括有倍压电容，该倍压电容与所述的第二高频振荡器的输出端相连接，所述的第二高频振荡器的振荡频率为16MHz，所述的高频振荡器的振荡频率为2MHz。

同时，所述的微控制单元MCU的复位控制电路包括复位端口、电阻和电容，所述的复位端口通过所述的电阻与电源电压相连接，且该复位端口通过电容接地，所述的升压调节模块和高压检测模块均通过所述的复位端口与所述的一次性可编程存储元件相连接。

再请参阅图2所示，该基于上述的电路结构实现嵌入式系统中对一次性可编程存储元件进行编程控制的方法，其中包括以下步骤：

（1）禁止嵌入式系统中的全局中断；

（2）禁止嵌入式系统中的高功耗模块工作；

（3）依次启动电压检测模块、高压检测模块、高频振荡器、定时控制模块、稳压源和升压调节模块；

（4）延时等待系统预设的延时时间，该延时时间为10ms；

（5）所述的电压检测模块检测所述的电源电压，且所述的高压检测模块检测所述的升压调节模块的输出电压，并判断所述的电源电压和升压调节模块的输出电压是否均符合编程电压要求；

（6）如果不符合编程电压要求，则直接进行现场恢复操作，同时将烧录标志位设置为未烧录，并退出；

（7）如果符合编程电压要求，则进入低功耗烧录模式进行烧录编程操作，包括以下步骤：

（a）将所述的一次性可编程存储元件中需要烧录编程的每个地址按照比特分成数段；

（b）依次将需要烧录编程的数据与相应的各个段的地址进行或运算，并逐次烧录到所述的一次性可编程存储元件中；

（8）进行现场恢复操作，同时将烧录标志位设置为已烧录，并退出。

其中的进行现场恢复操作，包括以下步骤：

（a）关闭所述的电压检测模块、高频振荡器、定时控制模块、稳压源和升压调节模块；

（b）恢复所述的嵌入式系统中相应的寄存器的值。

在实际使用当中，嵌入式的OTP编程技术，包括：高频振荡器HAO、稳压源VDDA、电荷泵PUMP、高压检测模块、电压检测模块、定时控制模块和相关软件配置-烧录子程序。该编程技术通过使能稳压源，供给电荷泵以产生高压VPP，同时输送到RST端口。烧录子程序控制OTP烧录过程，由定时控制模块决定OTP编程时间。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

（1）本实用新型包括稳压源，其输出电压可以调节，且具有10mA的输出驱动能力。

（2）本实用新型包括电荷泵，对VDDA进行三倍压，输出高压VPP。

（3）本实用新型包括RST复位结构，MCU电路中都有RST外部复位引脚，RST、VDD之间连接电阻，RST、GND之间连接电容。本实用新型把VPP连接到RST上，利用RST端口的电容储存能量，并对VPP进行稳压，这样，就不需要为高压VPP增加额外的端口。

（4）本实用新型包括定时控制模块，当启动嵌入式OTP编程时，该模块使能定时器，对高频时钟进行计数，以控制OTP编程时间。

（5）本实用新型包括高压检测模块，当VPP达到一定程度时，高压检测模块输出信号VPP_HIGH为由低电平变为高电平。

（6）本实用新型包括电压检测模块，当VDD低于一定程度时，电压检测模块LVD输出信号LVD_F为由低电平变为高电平。

（7）本实用新型包括烧录子程序软件，对嵌入式的OTP编程的过程进行控制。

本实用新型的嵌入式的OTP编程技术包含软、硬件两个方面，其中，硬件包括高频振荡器、稳压源、电荷泵、高压检测模块、电压检测模块、定时控制模块；软件是在硬件基础上控制OTP编程过程的烧录子程序。

所述高频振荡器输出2MHz的振荡波HAO，定时控制模块在OTP开始编程时对其进行计数，达到编程时间时，比如100us，就结束OTP编程以保护OTP存储单元。

所述稳压源具有10mA的输出驱动能力，以便给电荷泵提供足够的驱动能力，使得VPP升压较快；稳压源输出电压可以调节，比如在3.3V电源电压下，VDDA输出2.3V、2.4V、2.6V、2.8V、2.9V、3.1V等，经过电荷泵倍压后可以得到不同的高压VPP，这样，可以在不同流片工艺条件、不同应用场合下，选择符合要求的高压VPP。

所述电荷泵的输入信号是VDDA和使能信号EN_PUMP，输出高压VPP，并连接到外部RST端口，以借用RST端口的电容进行VPP稳压和存储能量的作用。电荷泵包含16MHz的高频振荡器和3倍压电路，16MHz的高频振荡器输出不相交叠的信号，控制电荷泵先进行2倍压，再进行3倍压。倍压电容内置在电荷泵电路里面，不需通过外部引脚接出去，因此倍压电容较小只能做成pF级别，但通过16MHz的高频振荡器进行倍压，在5ms时间内足够把VPP倍压到7V（假设RST端口负载电容为0.1uF，上拉电阻为100kΩ）。

所述高压检测模块，电源电压VDD作为反相器的栅极输入，高压VPP作为反相器的电源输入。当VDD为3V时，VPP升高到一定电压程度，比如6V，反相器输出电平就会翻转。输出信号再经过SMT迟滞和滤波电路，送出信号VPP_HIGH。

所述电压检测模块，VDD的电阻分压信号和1.2V基准相比较，然后经过滤波电路，送出信号LVD_F。当VDD低于2.7V时，LVD_F将由低电平变为高电平。

同时，为了方便用户的使用，本实用新型中的烧录子程序软件来控制嵌入式OTP编程的过程，该烧录子程序基本的控制过程见图2。

首先，通过软件禁止全局中断，禁止ADC等高功耗的模块，依次使能LVD、HAO、VDDA和PUMP；然后，等待10ms后，判断VDD、VPP是否达到编程电压要求。如果VDD、VPP不符合编程电压要求，则不进行OTP编程，并关闭LVD、HAO、VDDA和PUMP，恢复相应寄存器，给ACC赋值01H再退出烧录子程序；如果VDD、VPP符合编程电压要求，则进入低功耗烧录模式进行OTP编程，编程结束后关闭LVD、HAO、VDDA和PUMP，恢复相应寄存器，给ACC赋值00H再退出烧录子程序。这样，用户可以通过检测ACC的值来判断有没有进行OTP编程。

在低功耗烧录模式中，如果每个地址的数据为16bits，则每个地址可以编程16次，待烧录数据分别与FFFEH、FFFDH、FFFBH、FFF7H、FFEFH、FFDFH、FFBFH、FF7FH、FEFFH、FDFFH、FBFFH、F7FFH、EFFFH、DFFFH、BFFFH、7FFFH相或后再逐次烧录到OTP中，以减少每次烧录时的功耗，从而提高OTP烧录成功率。另外，每个地址可以重复编程多次以提高OTP烧录成功率。

采用了上述的嵌入式系统中实现对一次性可编程存储元件进行编程控制的电路结构，由于其中具有高频振荡器、稳压源、电荷泵、高压检测模块、电压检测模块、定时控制模块，并采用了相应的编程控制方法，从而通过使能稳压源，供给电荷泵以产生高压VPP，同时输送到RST端口，并控制OTP烧录过程，由定时控制模块决定OTP编程时间，使得在OTP中烧录少量校验数据时，不需外接高压电源，节省了系统开销和生产成本，端口的复用使得不增加额外占用的端口，烧录过程简单可靠，同时可以适应不同的情况，特别适用于整机装配完毕后少数字节编程的场合，结构简单实用，显著降低生产成本，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛。

在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims

1.一种嵌入式系统中OTP存储元件编程控制的电路结构，其特征在于，所述的电路结构包括高频振荡器、稳压源、升压调节模块、高压检测模块、电压检测模块、定时控制模块，所述的高频振荡器与所述的定时控制模块相连接，所述的稳压源的输入端与电源电压相连接，且该稳压源的输出端依次通过所述的升压调节模块、嵌入式系统中的微控制单元MCU的复位控制电路与一次性可编程存储元件相连接，所述的高压检测模块与所述的微控制单元MCU的复位控制电路相连接，且所述的电压检测模块与所述的电源电压相连接。

2.根据权利要求1所述的嵌入式系统中OTP存储元件编程控制的电路结构，其特征在于，所述的升压调节模块为电荷泵。

3.根据权利要求2所述的嵌入式系统中OTP存储元件编程控制的电路结构，其特征在于，所述的电荷泵包括第二高频振荡器和多倍压控制电路，所述的稳压源的输出端依次通过所述的第二高频振荡器和多倍压控制电路与所述的微控制单元MCU的复位控制电路相连接。

4.根据权利要求3所述的嵌入式系统中OTP存储元件编程控制的电路结构，其特征在于，所述的多倍压控制电路为三倍压控制电路。

5.根据权利要求3所述的嵌入式系统中OTP存储元件编程控制的电路结构，其特征在于，所述的多倍压控制电路中还包括有倍压电容，该倍压电容与所述的第二高频振荡器的输出端相连接。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的嵌入式系统中OTP存储元件编程控制的电路结构，其特征在于，所述的微控制单元MCU的复位控制电路包括复位端口、电阻（R1）和电容（C1），所述的复位端口通过所述的电阻（R1）与电源电压相连接，且该复位端口通过电容（C1）接地，所述的升压调节模块和高压检测模块均通过所述的复位端口与所述的一次性可编程存储元件相连接。