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基于0.18μmCMOS工艺的高速低功耗EEPROM关键电路设计

作　者: 王巨智
导　师: 邹雪城
学　校: 华中科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 电可擦除可编程只读存储器低功耗高速电荷泵灵敏放大器
分类号: TP333
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 9次
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内容摘要

随着信息时代的到来，半导体存储器已经进入到我们每个人的学习、工作和生活中，甚至影响了整个社会的发展变革。作为半导体存储器的典型代表，EEPROM在小存储、低功耗的领域得到非常广泛的应用。本文基于SMIC0.18μm2P4M工艺设计了一款8K-bit EEPROM。该EEPROM具有高速、低功耗、较大电压工作范围和灵活的读写操作等优点。首先，本文给出了EEPROM的结构和工作机制。针对EEPROM的擦写速度，本文给出了新型的存储单元阵列，这种单元阵列同时兼顾了EEPROM按字节进行操作的灵活性和flash按块进行操作的高速性。然后，本文详细叙述了EEPROM中关键电路的工作原理、优化方案和仿真结果。高压产生电路是EEPROM中功耗最大的模块，为了降低EEPROM的静态功耗，本文针对高压产生电路给出了低功耗的电源管理方案。针对电荷泵的大功耗问题，本文给出了前置高压钳位电路设计方案，并且给出了电荷泵升压时钟的优化方案，提高了电荷泵升压效率的同时，降低了升压功耗。针对电压型灵敏放大器的阈值损失问题，本文给出了自举设计方案，显著降低了读操作时灵敏放大器的功耗，并且通过调节转折电平，提高了灵敏放大器的可靠性。为了降低电平转换电路的动态功耗，给出了低功耗结构优化方案和限流设计方案。最后，本文给出了EEPROM的整体仿真结果和版图。该EEPROM的最大读出速率为8M bit/S，最大写入速率为32K bit/S，工作电压范围为2~3V，整个EEPROM最大功耗为47.87μA，信号的时序波形满足设计指标。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-16
  1.1 研究背景及意义  9-11
  1.2 EEPROM 的发展与研究现状  11-14
  1.3 主要工作内容与论文的结构安排  14
  1.4 小结  14-16
2 EEPROM 的结构设计和存储阵列  16-23
  2.1 EEPROM 的结构设计  16-19
  2.2 存储阵列的构造和存储单元的工作原理  19-22
  2.3 小结  22-23
3 关键电路模块的优化设计  23-60
  3.1 高压产生电路  23-45
  3.2 灵敏放大器  45-50
  3.3 电压切换电路  50-51
  3.4 电平转换电路  51-55
  3.5 I/O 切换电路  55-58
  3.6 小结  58-60
4 仿真验证与分析  60-67
  4.1 读写过程分析  60-62
  4.2 整体仿真与结果分析  62-65
  4.3 EEPROM 的版图  65-66
  4.4 小结  66-67
5 总结  67-69
致谢  69-71
参考文献  71-77
附录1 攻读学位期间发表论文目录  77

基于0.18μmCMOS工艺的高速低功耗EEPROM关键电路设计

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