非易失性存储器IP的功能研究与设计

论文摘要

随着集成电路制造工艺的发展,器件特征尺寸进入深亚微米层次,芯片集成度不断提高。将处理器、存储器、模拟电路、数字电路、接口电路甚至射频电路集成到一个大规模的芯片上构成SOC(系统级芯片)成为了今后集成电路设计的主要方向。为了降低成本,缩短产品上市周期,SOC(系统级芯片)通常采用IP复用的方法进行设计,而嵌入式非易失性存储器(NVM)IP作为SOC(系统级芯片)中必不可少的部分,其设计结果与芯片的整体功能实现与否密切相关。针对当今SOC系统设计对嵌入式非易失性存储器IP的需求现状,本文主要研究了一种非易失性存储器IP的设计和实现。本文首先对IP以及非易失性存储器(NVM)进行了一般性概述,详细分析了非易失性存储器擦除和写入操作的工作原理,在此基础上提出了一种共用电荷泵以及包括EEPROM和FLASH两种存储单元的非易失性存储器IP结构。接着给出了该IP的整体框架并对IP中电平转换电路模块、存储管栅电压转换电路模块以及分时复用电荷泵电路模块等关键模块进行电路设计和仿真;同时分析了存储单元版图中Dummy单元和高压器件保护环的功能,完成了部分电路模块的版图设计并采用Calibre软件进行设计规则检查(DRC)以及版图电路图对照(LVS)验证。最后进行了总结并提出了进一步工作的展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 NVM（非易失性存储器）存储器研究现状及发展趋势
• 1.1.1 半导体存储器的分类
• 1.1.2 NVM 研究现状以及发展趋势
• 1.2 嵌入式NVM IP 概述、意义以及应用
• 1.2.1 IP 概述
• 1.2.2 嵌入式NVM IP 意义和应用
• 1.3 论文的研究意义
• 1.4 论文的主要工作
• 第二章 NVM（非易失性存储器）工作原理以及编程机制
• 2.1 非易失性存储器编程以及擦除机制
• 2.1.1 非易失性存储器编程机制
• 2.1.2 非易失性存储器擦除机制
• 2.1.3 非易失性存储器读取机制
• 2.2 非易失性存储器的结构和工作原理
• 2.2.1 EEPROM 的结构以及工作原理
• 2.2.2 FLASH 的结构以及工作原理
• 第三章 NVM IP 中的关键技术研究与设计
• 3.1.电平转换电路
• 3.1.1 电平转换电路原理
• 3.1.2 电平转换电路设计
• 3.2 存储管栅极电压转换电路
• 3.3 I/O 接口电路
• 3.4 读操作存储管栅压产生电路（VCG）
• 3.4.1 基准电路原理与结构
• 3.4.2 NVM 中的带隙基准电路设计
• 3.5 电荷泵电路原理以及共用设计
• 3.5.1 电荷泵基本原理
• 3.5.2 Diskson 电荷泵电路原理分析
• 3.5.3 四相电荷泵电路原理分析
• 3.5.4 四相电荷泵设计分析与仿真
• 3.5.5 多IP 复用设计
• 3.6 EEPROM 存储单元中DUMMY 单元
• 3.7 版图中高压/低压器件的隔离措施
• 3.8 版图的划片槽和保护环
• 第四章 NVM IP 的整体电路设计及仿真
• 4.1 NVM IP 的功能设计
• 4.1.1 NVM IP 的特征
• 4.1.2 NVM IP 存储器的功能
• 4.1.3 NVM IP 的电路结构图
• 4.2 EEPROM 的功能仿真
• 4.2.1 读功能仿真说明
• 4.2.2 写入和擦除功能仿真说明
• 第五章 物理版图设计
• 5.1 物理版图设计概述
• 5.1.1 物理版图设计的概述
• 5.1.2 物理版图验证的步骤和功能
• 5.1.3 采用Calibre 进行版图验证
• 5.2 版图整体布局示意图
• 5.3 相关模块和器件版图
• 5.3.1 译码器模块
• 5.3.2 存储单元阵列
• 5.3.3 电阻版图设计
• 5.3.4 电平转换电路
• 5.3.5 整体版图
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果