【摘 要】
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在信息科技高速发展的21世纪,半导体产业得到了国家的大力扶持,特别是物联网和大数据时代的到来,半导体存储器作为信息技术产业中非常重要的一环在整个集成电路产业中扮演者不可或缺的角色,甚至在整个社会的变革中也扮演着重要的角色。作为可擦写半导体存储器的经典代表,EEPROM在片上系统和小型电子设备等小存储低功耗的领域中发挥着至关重要的作用。本文基于中芯国际180nm 2P4M工艺,设计了一款应用于打印耗
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在信息科技高速发展的21世纪,半导体产业得到了国家的大力扶持,特别是物联网和大数据时代的到来,半导体存储器作为信息技术产业中非常重要的一环在整个集成电路产业中扮演者不可或缺的角色,甚至在整个社会的变革中也扮演着重要的角色。作为可擦写半导体存储器的经典代表,EEPROM在片上系统和小型电子设备等小存储低功耗的领域中发挥着至关重要的作用。本文基于中芯国际180nm 2P4M工艺,设计了一款应用于打印耗材芯片中的EEPROM,首先完成了存储阵列的设计,然后对芯片中的模拟外围电路包括高压产生以及灵敏放大器等进行了优化设计,再对芯片中的数字外围电路进行了Verilog建模,最后利用UVM平台完成了对芯片的验证。本设计中的高压产生电路模块是EEPROM的核心器件,是本次设计的重点研究模块,在考虑到低功耗、可靠性等多方面的因素后,采用了新型Dickson电荷泵结构和智能化时钟分管设计。对于灵敏放大电路的设计,增加了工业上还未应用的一种预充电结构,如此设计相比于传统的灵敏放大器增加了“0”“1”数据检测功能以此有效地降低功耗。在存储阵列的设计方案中,应用了FLASH的按块擦写的理念,这样不仅使得EEPROM擦写速度更快,还有效地避免了各存储单元之间的数据相互干扰。最后介绍了芯片验证中应用最为广泛且功能强大的UVM验证平台,利用UVM对本次设计进行了系统性整体验证。本文设计的EEPROM采用IIC总线与芯片进行通讯,此EEPROM的容量为2Kbit,三个地址匹配引脚可同时在IIC总线上挂载8个同型号EEPROM,最大数据读出速率为16Mb/s,最大数据写入速率为64Kb/s,读出状态下工作电压为2.1-3.3V,擦写状态下工作电压为11.25V,此时为最大功耗48.65u A,各项性能相比于原装打印耗材芯片的EEPROM提高了约20%。芯片在上电后的读擦写时序波形经过验证后满足设计要求。
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