發(fā)布時間：2020-06-04 21:47

【摘要】：電可編程熔絲(Electrically programmable fuse,E_fuse)廣泛地運(yùn)用到片上系統(tǒng)(System on Chip,SoC)芯片設(shè)計(jì)中,其除了芯片身份認(rèn)證(Chip ID)、內(nèi)存修復(fù)等傳統(tǒng)功能,也逐漸運(yùn)用到SoC中的安全應(yīng)用,具有存儲安全密鑰等新功能。在微處理器代碼存儲和片上加密密鑰的安全應(yīng)用等功能的驅(qū)動下,E_fuse的使用量急劇增大。隨著SoC設(shè)計(jì)集成度和復(fù)雜度的提高,片上也需要更多的E_fuse來管理相應(yīng)的功能。課題源于實(shí)習(xí)公司的項(xiàng)目開發(fā)需求,主要開展應(yīng)用于基帶芯片的E_fuse功能設(shè)計(jì)與驗(yàn)證工作,取得的成果如下:1、論文采用Intel 14nm三柵極高k金屬柵極CMOS工藝制造的高密度金屬熔絲技術(shù),在研究分析該E_fuse基本結(jié)構(gòu)與原理的基礎(chǔ)上,對該E_fuse陣列進(jìn)行了功能存儲庫區(qū)域的劃分,為后續(xù)E_fuse讀寫控制模塊的設(shè)計(jì)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。2、基于劃分的功能存儲庫區(qū)域,引入全局嵌入式冗余系統(tǒng)(Global System for Embedded Redundancy,GSER),設(shè)計(jì)了一款與Tessent兼容的E_fuse讀寫控制模塊——全局熔絲分配器(Global E_fuse Dispatcher,GED),該兼容Tessent的GED模塊可實(shí)現(xiàn)對E_fuse的讀寫控制和功能管理。相較于傳統(tǒng)E_fuse模塊,其還具有可內(nèi)部燒寫內(nèi)存修復(fù)信息的功能,這也是本文的創(chuàng)新之處。3、完成GED模塊設(shè)計(jì)之后,進(jìn)一步采用Tessent解決方案,完成了SoC中故障存儲器的內(nèi)建自修復(fù);設(shè)計(jì)了復(fù)位狀態(tài)機(jī)和E_fuse狀態(tài)機(jī),可為系統(tǒng)提供初始化配置信息以及提供軟件編程E_fuse的可能性;實(shí)現(xiàn)了Fuse寄存器的兩種配置方式,在芯片生產(chǎn)測試過程中,可以實(shí)現(xiàn)軟件的方式來配置改變E_fuse值,并可以通過相應(yīng)的寄存器配置更改系統(tǒng)讀取到的E_fuse值的來源。通過以上的設(shè)計(jì)與研究,完成了應(yīng)用于SoC的E_fuse功能設(shè)計(jì)。4、針對所設(shè)計(jì)的GED模塊和E_fuse功能設(shè)計(jì),劃分驗(yàn)證類型,制定驗(yàn)證計(jì)劃,利用動態(tài)仿真技術(shù)對GED模塊進(jìn)行了功能驗(yàn)證,再利用基于斷言的形式驗(yàn)證對復(fù)位狀態(tài)機(jī)進(jìn)行了驗(yàn)證。最后,分析波形圖和數(shù)據(jù)結(jié)果,調(diào)試錯誤,收集并提高覆蓋率,直到覆蓋率達(dá)到100%,實(shí)現(xiàn)了對E_fuse功能的完備驗(yàn)證。驗(yàn)證完備的GED模塊在基帶芯片中的應(yīng)用表明,本文所設(shè)計(jì)的GED模塊可有效控制E_fuse功能。同時,該GED模塊還可作為一個IP應(yīng)用于下一代基帶芯片中,節(jié)省相應(yīng)的開發(fā)成本。本論文所設(shè)計(jì)兼容Tessent的GED模塊,具有較強(qiáng)的實(shí)用性,可為E_fuse相關(guān)設(shè)計(jì)與研究提供重要的技術(shù)參考。
【圖文】：

圖2.1 E_fuse 俯視圖準(zhǔn) CMOS 制造工藝下，E_fuse 技術(shù)較多采用的是“硅化物/多晶硅”該結(jié)構(gòu)是通過化學(xué)氣相淀積（CVD）或蒸發(fā)、濺射的方式在多晶硅，再加熱形成該金屬硅化物[15]。圖 2.1（b）是 E_fuse 工藝截面圖，

圖2.2 E_fuse 編程原理芯片上可集成小的熔絲結(jié)構(gòu)，可在芯片上實(shí)現(xiàn) E_fuse 的編程，主要通過輸入/輸出（I/O）電路的片上電壓，一般為 2.5V，即為一個持續(xù) 200μs 的 10mA 的直流脈沖[17]，單根 E_fuse 就可被該脈沖熔斷，更改 E_fuse 的值。如圖 2.2 所示，E_fuse（Fuse
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN47

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本文編號：2697020