引言

半导体存储器按其存储介质特性可以分为易失性存储器和非易失性存储器（Non-Volatile Memory，NVM），一次性可编程（Onetime Programmable，OTP）存储器作为NVM中的一种，因其具备只能编程一次的特性，在稳定性和抗辐照能力等方面优势明显，被广泛应用于密钥存储、军事航空、电源管理芯片等领域[1-2]。OTP的存储单元类型主要包括浮栅型OTP、熔丝型OTP和反熔丝型OTP，鉴于反熔丝型存储单元抗辐照能力强、功耗低、面积利用效率高等优点[3]，本文采用反熔丝型存储单元。

反熔丝存储单元由选择管NM0和反熔丝管NM1组成，具体结构如图1所示。位线BL连接选择管的源极并接入外围电路，用于反映反熔丝管的工作状态；字线WL端连接选择管的栅极，负责控制选择管的导通与关断；PL端连接反熔丝管的栅极，用于实现OTP不同工作模式的切换[4]。

图1　反熔丝型存储单元

OTP工作模式主要分为编程模式（Program mode）和读取模式（Read mode），在两种工作模式下，BL端、WL端和PL端需要施加的电压不同。本文通过电平迁移电路（Level Shifter，LS）实现OTP在不同工作模式下的电压翻转。

在正常状态下，反熔丝管呈现高阻状态。编程模式时，BL信号接地，WL信号为“1”，选择管导通，PL接入高压VPP，此时PL与BL之间产生大电流，使NM1的氧化层被击穿，当反熔丝表现为低阻状态时，编程操作完成。读取模式时，BL信号接入读取电路，WL信号为“1”，PL端接入读取电压VR。若反熔丝已被击穿，PL与BL之间存在电流通路，读取电路输出高电平“1”，若反熔丝未被击穿，其仍表现为高阻状态，PL与BL之间仅存在很小的漏电流或没有电流，读取电路输出低电平“0”[5]。文献[6]通过复制型电荷泵及周期性的控制信号实现单元高压编程操作，由于涉及电荷泵设计及电容充放电时间，因此在编程时间及芯片面积需要进一步优化[6]。

本文基于256 Kb容量的存储器，将WL分配512条以实现行选功能，BL分配1 216条用于数据传输，为减少寄生电容和漏电对存储器性能的影响，对BL进行分块处理[7]：将BL<1215:0>分为38组，每组32条BL，BL<607:0>为Block1，BL<1215：608>为Block2，如图2所示。

图2　BL分块示意图

由于BL采用分块处理方式，因此在供电设计中，BL和PL端都需要进行分块单独供电。

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作者信息：

王梦涵，于慧

（沈阳工业大学 信息科学与工程学院，辽宁 沈阳110870）