[實用新型]一種金屬熔線鎖存器結構

有效

• 申請號: 201320682702.3
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN203563050U
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 田垚磊
• 申請（專利權）人: 西安華芯半導體有限公司
• 主分類號: H03K19/094
• 分類號: H03K19/094
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 胡樂

技術領域

本實用新型涉及一種金屬熔線鎖存器結構。

背景技術

熔線在電子和電力領域中是指一種低電阻值的電阻，通過自身的熔斷來提供對過載電流的保護。基本的熔線單元是一段在大電流情況下會熔斷的金屬線或金屬條。

熔線在集成電路領域與上述概念不同，而是一段可以在集成電路前端測試階段人為熔斷的金屬線或多晶硅線。熔線自身通或斷的狀態用來存儲芯片的設置信息。熔線未熔斷的時候，其自身電阻值理論上為零，通常用于在電路中表示“0”，熔線熔斷的時候，其自身電阻值理論上為無窮大，通常用于在電路中表示“1”。在系統掉電后熔線通或斷的狀態會保持，但是不可以被重新設置。

熔線鎖存器是用來在芯片上電后初始化階段讀取、存儲以及輸出熔線所儲存的信息的特定電路。

在集成電路中熔線通常由第一層金屬的金屬線或多晶硅線制造。由于第一層金屬或多晶硅的電阻率和接觸孔電阻都比較高，所以即使在熔線沒有熔斷的情況下，熔線自身的電阻也是不能忽略的。另一方面，由于工藝的限制，被大電流或激光熔斷的熔線不可能被非常完美的切斷，所以在熔斷狀態下其電阻小于無窮大。

在芯片工作中，盡管熔線的導通電阻值和熔斷電阻值都是非理想化的，但是熔線鎖存器必須能夠準確讀取其儲存的信息，也就是熔線通或斷的狀態。熔線鎖存器的基本原理電路由一個P型晶體管、一個N型晶體管和熔線串聯組成（如圖1）。電路的輸出電壓表示讀取出的熔線的狀態。在電路工作過程中，如果充電電流I1大于放電電流I2，輸出節點保持高電平，電路輸出“1”。如果放電電流I2大于充電電流I1，輸出節點被拉到低電平，電路輸出“0”。為了保證在熔線阻值非理想的情況下電路輸出的正確，電路中的充電電流I1和放電電流I2必須根據實際生產中熔線的電阻特性小心設定。

傳統的熔線鎖存器結構如圖2所示，其工作原理如下：

在初始化階段P16、P0打開，N0、N46關閉，A點電壓被P16由電源強制保持在高電平“1”，B點電壓被反相器（P1和N1）輸出保持在低電平“0”，C點電壓由P44、P4、P0提供的較強驅動能力保持在高電平“1”。

進入讀取階段后，P16首先關閉，同時N46打開，A和C點電壓由鎖存器（P1、N1、P44、P4、P0、N45、N46）仍然保持在高電平“1”，但是不再受到通過P16的電源電壓的驅動。隨后N0打開，A點受到N0通過熔線到地的下拉驅動，同時P0關閉，使得C點只受到P44的上拉驅動，即A點所受到的上拉驅動能力減弱。通過依據工藝中熔線的特性而設定晶體管的尺寸，可以確定晶體管驅動能力的相互比值。這樣如果熔線沒有熔斷，雖然熔線電阻不可忽略，仍然能使得A點的下拉驅動能力大于減弱的上拉驅動能力，A點電壓降低到低電平“0”；如果熔線熔斷，雖然熔線電阻不為無窮大，仍能使得A點的上拉驅動能力大于下拉驅動能力，A點電壓保持高電平“1”。

在鎖存輸出階段，A、B、C點電壓由鎖存器（P1、N1、P44、P4、P0、N45、N46）鎖存并輸出。

采用這種方案，晶體管數量較多，導致版圖尺寸較大。而且，集成電路生產過程中工藝的不穩定性比較大，導致實際生產中熔線的特性變化比較大。如果熔線的特性變化超過了預期，由于P44的驅動能力無法在生產后調整，將會導致熔線鎖存器的工作過程中出現錯誤讀取。

實用新型內容

為克服上述傳統方案存在的缺陷，本實用新型提供一種新的金屬熔線鎖存器結構，以改善其讀取性能。

本實用新型的基本方案如下：

一種金屬熔線鎖存器結構，主要由三級受控反相器依次串聯構成，其中，第一級反相器由P型晶體管P16、N型晶體管N0和熔線依次串聯組成，第二級反相器由P型晶體管P1與N型晶體管N1串聯組成；P型晶體管P16的源極與N型晶體管N0的漏極共接至結點A，P型晶體管P1的柵極與N型晶體管N1柵極也共接至結點A，P型晶體管P1的源極與N型晶體管N1的漏極共接至結點B；其特殊之處在于：第三級反相器包括依次串聯的上拉驅動電路、N型晶體管N45和N型晶體管N46，其中，上拉驅動電路采用P型晶體管組上接電源、下接結點A的結構，用以對A點電壓產生上拉驅動，上拉驅動電路中的一個P型晶體管的柵極連接至可調偏置電壓源，源極接至結點A。

基于上述基本方案，本實用新型還進一步做如下優化限定：