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一种应用于DSP的Flash存储器研究与设计

作　者: 王艺燃
导　师: 于宗光
学　校: 江南大学
专　业: 微电子与固体电子学
关键词: 快闪存储器辐射效应存储单元灵敏放大器电荷泵带隙基准源
分类号: TP333
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

Flash存储器的研究和生产己经进入成熟阶段,但随着微电子产业的快速发展,Flash存储器的设计和生产过程中仍然面临着诸如器件尺寸缩小的限制、编程速度与电压和功耗之间的矛盾等多方面的挑战,Flash存储器的设计成为当今半导体技术领域,尤其是DSP芯片等微处理芯片设计领域门槛最高的方向之一。随着数字信号处理器及存储器应用领域的不断扩大,在面积、性能等因素之外,Flash存储器的设计也不断面临更新的挑战,例如极限条件下的稳定性和可靠性,以及空间环境、高能物理实验等条件下的抗辐射性等。针对应用领域需求,本文设计了一种新型的1M bit Flash存储器,设计要求该存储器在极限条件下具有较高的工作稳定性,且具备总剂量50K rad(Si)的抗辐射性能。论文根据Flash存储器的单元特性及总体设计要求,首先确定了存储器的阵列架构、系统架构,进行了功能模块的划分和各项参数的设定。针对50K rad(Si)的抗辐射指标,分别对存储单元和外围电路进行了改进设计。在存储单元的设计中,通过对硅MOS器件及浮栅存储器件辐射损伤机理的分析,采用了环形栅结构加固存储单元和阵列NMOS选择管的单元设计方案。在外围电路的设计中,对部分易受辐射影响的器件及单元进行了加固设计,并对带隙基准源电路及灵敏放大器电路等进行了优化和改进。在总剂量50K rad(Si)的辐射下,正电荷泵的失效是非挥发存储器发生退变的最主要因素,本文设计了一种全新的ZMOS结构正电荷泵,该方案的正电荷泵工作范围更宽且受辐射影响极小。通过汉明纠错功能电路,实现了对错误码元的检测与纠正,有效提高了存储器的稳定性。最后,论文对1M bit Flash存储器的版图实现进行了研究与设计,并对各模块及存储器整体进行了全面的前、后仿真验证及对比。本文的Flash存储器在电压、功耗、访问速度等指标均达到设计参数标准的基础上,对相关电路结构进行了辐射加固设计及验证,有较好的应用前景和技术优势。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-17
  1.1 引言  7
  1.2 半导体存储器  7-9
    1.2.1 SRAM 存储器  8
    1.2.2 DRAM 存储器  8-9
    1.2.3 非挥发存储器  9
  1.3 Flash 存储器  9-15
    1.3.1 FLASH 存储器的应用背景  9-10
    1.3.2 FLASH 存储器的架构  10-14
    1.3.3 FLASH 存储器的工作原理  14-15
    1.3.4 FLASH 存储器的结构组成  15
  1.4 本论文的主要内容  15-17
第二章 Flash 存储器的系统设计  17-25
  2.1 系统总体描述  17
  2.2 输入输出端口定义  17-19
  2.3 系统功能描述  19-21
    2.3.1 编程操作  19
    2.3.2 反转位操作  19-20
    2.3.3 读操作  20
    2.3.4 软件数据保护操作  20-21
    2.3.5 数据查询操作  21
  2.4 系统电路电气参数  21-23
    2.4.1 系统工作条件  21-22
    2.4.2 直流与交流特性参数  22-23
  2.5 系统结构组成  23-24
  2.6 本章小结  24-25
第三章 Flash 存储器的电路设计  25-72
  3.1 存储单元及阵列设计  25-30
    3.1.1 存储单元设计  25-28
    3.1.2 存储器阵列设计  28-30
  3.2 外围电路设计  30-66
    3.2.1 外围电路设计综述  30-31
    3.2.2 外围电路的器件加固  31-32
    3.2.3 ATD 电路设计  32-34
    3.2.4 灵敏放大器电路的抗辐射设计  34-38
    3.2.5 正电荷泵电路的抗辐射设计  38-46
    3.2.6 负电荷泵电路设计  46-47
    3.2.7 带隙基准电路的温度稳定性改进设计  47-56
    3.2.8 定时(TIMER)电路设计  56-60
    3.2.9 上电延迟(SUPPLY_DELAY)电路设计  60-63
    3.2.10 SDP 软件保护功能及汉明码纠错功能  63-66
  3.3 存储器电路的总体仿真验证  66-71
    3.3.1 擦除及编程机制  67-68
    3.3.2 总体功能仿真  68-71
  3.4 本章小结  71-72
第四章版图设计及后仿真  72-83
  4.1 版图布局布线介绍  72
  4.2 版图设计的总体考虑  72-74
  4.3 关键电路的版图实现  74-77
    4.3.1 ATD 电路版图设计  74
    4.3.2 灵敏放大器的版图设计  74
    4.3.3 电荷泵的版图设计  74-75
    4.3.4 SDP 模块的版图设计  75-76
    4.3.5 TIMER 模块的版图设计  76
    4.3.6 总体版图设计  76-77
  4.4 后仿真  77-82
    4.4.1 灵敏放大器后仿真  77-78
    4.4.2 电荷泵后仿真  78-80
    4.4.3 TIMER 模块后仿真  80-81
    4.4.4 SUPPLY_DELAY 模块后仿真  81
    4.4.5 总体后仿真  81-82
  4.5 本章小结  82-83
第五章总结  83-86
  5.1 论文总结工作  83-84
  5.2 深入工作设想  84-86
参考文献  86-90
附录：攻读硕士学位期间发表的期刊论文及会议论文  90

一种应用于DSP的Flash存储器研究与设计

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