E_fuse读写控制模块的设计与验证

发布时间：2020-06-04 21:47

【摘要】：电可编程熔丝(Electrically programmable fuse,E_fuse)广泛地运用到片上系统(System on Chip,SoC)芯片设计中,其除了芯片身份认证(Chip ID)、内存修复等传统功能,也逐渐运用到SoC中的安全应用,具有存储安全密钥等新功能。在微处理器代码存储和片上加密密钥的安全应用等功能的驱动下,E_fuse的使用量急剧增大。随着SoC设计集成度和复杂度的提高,片上也需要更多的E_fuse来管理相应的功能。课题源于实习公司的项目开发需求,主要开展应用于基带芯片的E_fuse功能设计与验证工作,取得的成果如下:1、论文采用Intel 14nm三栅极高k金属栅极CMOS工艺制造的高密度金属熔丝技术,在研究分析该E_fuse基本结构与原理的基础上,对该E_fuse阵列进行了功能存储库区域的划分,为后续E_fuse读写控制模块的设计奠定技术基础。2、基于划分的功能存储库区域,引入全局嵌入式冗余系统(Global System for Embedded Redundancy,GSER),设计了一款与Tessent兼容的E_fuse读写控制模块——全局熔丝分配器(Global E_fuse Dispatcher,GED),该兼容Tessent的GED模块可实现对E_fuse的读写控制和功能管理。相较于传统E_fuse模块,其还具有可内部烧写内存修复信息的功能,这也是本文的创新之处。3、完成GED模块设计之后,进一步采用Tessent解决方案,完成了SoC中故障存储器的内建自修复;设计了复位状态机和E_fuse状态机,可为系统提供初始化配置信息以及提供软件编程E_fuse的可能性;实现了Fuse寄存器的两种配置方式,在芯片生产测试过程中,可以实现软件的方式来配置改变E_fuse值,并可以通过相应的寄存器配置更改系统读取到的E_fuse值的来源。通过以上的设计与研究,完成了应用于SoC的E_fuse功能设计。4、针对所设计的GED模块和E_fuse功能设计,划分验证类型,制定验证计划,利用动态仿真技术对GED模块进行了功能验证,再利用基于断言的形式验证对复位状态机进行了验证。最后,分析波形图和数据结果,调试错误,收集并提高覆盖率,直到覆盖率达到100%,实现了对E_fuse功能的完备验证。验证完备的GED模块在基带芯片中的应用表明,本文所设计的GED模块可有效控制E_fuse功能。同时,该GED模块还可作为一个IP应用于下一代基带芯片中,节省相应的开发成本。本论文所设计兼容Tessent的GED模块,具有较强的实用性,可为E_fuse相关设计与研究提供重要的技术参考。
【图文】：

截面图,俯视图,多晶硅,化学气相淀积

图2.1 E_fuse 俯视图准 CMOS 制造工艺下，E_fuse 技术较多采用的是“硅化物/多晶硅”该结构是通过化学气相淀积（CVD）或蒸发、溅射的方式在多晶硅，再加热形成该金属硅化物[15]。图 2.1（b）是 E_fuse 工艺截面图，

编程原理

图2.2 E_fuse 编程原理芯片上可集成小的熔丝结构，可在芯片上实现 E_fuse 的编程，主要通过输入/输出（I/O）电路的片上电压，一般为 2.5V，即为一个持续 200μs 的 10mA 的直流脉冲[17]，单根 E_fuse 就可被该脉冲熔断，更改 E_fuse 的值。如图 2.2 所示，E_fuse（Fuse
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN47

【相似文献】