应用于物联网的微功耗大容量EEPROM的设计与实现

发布时间：2020-09-17 13:49

　　近年来,物联网发展势头强劲,被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮,得到了全球各界科研人员的广泛关注。存储器作为物联网芯片的主要模块,其性能水平直接决定物联网芯片的市场前景。EEPROM结构存储器作为物联网存储器的主流选择,其存在着成本高,功耗大,存储容量小等缺点。为此,本文旨在设计一款应用于物联网的微功耗大容量EEPROM存储器有重要意义。本文在规划EEPROM整体结构时,为尽可能地降低功耗,采用了多电源分时分区供电的方案;为保证其可靠性,采用了块—子块—子子块的存储单元阵列结构;为规避存储单元之间的相互干扰,采用了各子子块分别加dummy管的版图布局方式。此外,本文还对包括高压电荷泵、灵敏放大器和译码电路等在内的存储器外围电路进行了优化设计:针对传统Dickson电荷泵功耗高、漏电大、能量转换效率低等问题,本文中的高压电荷泵采用了基于Dickson电荷泵的CTS电荷泵。针对传统CTS电荷泵上电峰值电流过高易导致芯片操作失败的问题,提出了一种分频+延时的驱动时钟机制,相对传统CTS电荷泵上电峰值电流下降了200μA左右。针对传统灵敏放大器功耗大和结构复杂的问题,本文采用了一种新型预充电结构,该结构利用存储单元放电速度进行数据检测,避免了参考电流和直流通路的存在,有效降低了功耗。由于所需的存储器容量较大,因此易产生译码电路结构复杂、芯片面积大、功耗大等问题,本文采用了分步搭建译码电路的方式,并将译码电路分成4部分,同一时刻电源只对工作的译码电路供电,从而有效减少了版图面积,降低了电路功耗。本文采用SMIC 0.18μm EEPROM 2P4M工艺,完成了一款应用于物联网的微功耗大容量的EEPROM的电路设计及版图全定制设计,并在cadence软件平台上进行了前后仿真验证。后仿真结果显示:该存储电路存储容量64K bits,最大读平均电流为6μA,最大写平均电流为30μA,版图面积为0.925μm~2,电路各方面性能达到设计指标要求。测试结果表明,本文所设计的存储器芯片具备正常读写功能,在-17℃~65℃温度范围内可保持稳定。本文所提出的电荷泵上电峰值电流抑制技术使电源电压仅下拉0.5V左右。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP391.44;TN929.5
【部分图文】：

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某一技术的研究投入、研究成果及关注度。下面对全球物联网技术的发展现状进行详细地分析与说明。图1.1 全球物联网专利的申请量的总体趋势分布图由图 1.1 可以看出，在 1996 年出现了物联网专利，说明此时物联网已逐步进入了人们的视线。自 2000 年以来专利申请的数量每年都在增加，说明物联网越来越被各国的科研人员所重视，而且取得了大量研究成果。这一时期，欧美、日韩都陆续发布了物联网发展计划。2010 年以后专利申请量明显增长，说明物联网技术的发展处于稳定上升的状态，且大量的研究成果被创造出来。下面分析国内物联网发展情况。

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西安电子科技大学硕士学位论文2图1.2 中国专利申请趋势分析图由图 1.2 可以看出，国内物联网的专利申请量每年都在增加，但是在 2004 年之前，国内的专利数量极少，2009 年之后专利数量大幅增涨，到 2015 年专利申请量已多达 4 万个，其数量仍处于增长之势。与国外的专利申请情况相比较，可知国内开始研究物联网技术的时间虽相对晚一些，但大力发展物联网技术的时间是相同的，而且国内的专利申请数量要远大于国外。下面通过对国内论文的分析来侧面说明国内物联网技术的发展现状。图1.3 中国知网论文数量趋势分析图由图 1.3 可以看出，论文的增长趋势和专利增长趋势一致，2004 年之后关于物联网的文献越来越多，表明中国从 2004 年开始投入大量资源研究物联网技术的

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国内的专利申请数量要远大于国外。下面通过对国内论文的分析来侧面说明国内物联网技术的发展现状。图1.3 中国知网论文数量趋势分析图由图 1.3 可以看出，论文的增长趋势和专利增长趋势一致，2004 年之后关于物联网的文献越来越多，表明中国从 2004 年开始投入大量资源研究物联网技术的，与国外发展趋势相同。

【参考文献】