本發(fā)明屬于驅(qū)動(dòng)電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于反熔絲FPGA的半編程電壓驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)：

FPGA根據(jù)編程邏輯結(jié)構(gòu)的不同，可以分為基于SRAM結(jié)構(gòu)的FPGA、基于反熔絲結(jié)構(gòu)的FPGA等。由于反熔絲單元占用版圖面積小，同等規(guī)模下，反熔絲FPGA的布線資源比SRAM結(jié)構(gòu)FPGA豐富的多。而且反熔絲FPGA編程后，掉電程序不丟失，使用方便。反熔絲結(jié)構(gòu)抗輻照能力強(qiáng)，性能安全可靠，適合軍用和宇航級(jí)器件。反熔絲是一種由兩個(gè)導(dǎo)通層之間加一層絕緣層構(gòu)成的半導(dǎo)體器件，在絕緣體導(dǎo)通之前相當(dāng)與很大的電阻，電路上處于開路狀態(tài)。在電流反復(fù)沖擊下，絕緣體導(dǎo)通，此時(shí)反熔絲相當(dāng)于小電阻，電路上處于導(dǎo)通狀態(tài)。

為了防止反熔絲FPGA在編程的過(guò)程中錯(cuò)誤地?zé)浧渌慈劢z單元，需要在編程前經(jīng)過(guò)一個(gè)預(yù)充電的過(guò)程。一般地，芯片編程前的預(yù)充電壓是由編程電壓源VPP提供的，布線通道中的所有垂直線和水平線都被會(huì)驅(qū)動(dòng)上VPP/2的預(yù)充電壓。由于金屬布線通道有一定的電荷保持能力，所有反熔絲垂直線和水平線的驅(qū)動(dòng)電壓會(huì)維持一段時(shí)間為VPP/2。接著，待編程的反熔絲單元在編程時(shí)，一端被驅(qū)動(dòng)到地電壓GND，一端被驅(qū)動(dòng)到編程電壓VPP，而處于同一通道的其它的反熔絲的另一端還是保持之前的預(yù)充電壓VPP/2，其兩端的電壓差為編程電壓的一半，不足以擊穿，因而不會(huì)被誤編程。然而這種方式對(duì)反熔絲布線通道的電荷保持能力要求很高，若在編程過(guò)程中，某行或某列通道中預(yù)充電壓泄放得很快，則可能出現(xiàn)誤編程的情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種反熔絲FPGA半編程電 壓驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種反熔絲FPGA半編程電壓驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。其特征在于，采用高電壓電源VSV和工作電壓源VCCA一起作為電路結(jié)構(gòu)的電源信號(hào)，輸入信號(hào)是半編程電壓信號(hào)VKS，通過(guò)電路結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成需要的預(yù)充電壓值VKS-OUT，并通過(guò)三種編程路徑驅(qū)動(dòng)到反熔絲陣列特定的垂直線和水平線上。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，采用高電壓電源VSV和工作電壓源VCCA一起作為電路結(jié)構(gòu)的電源信號(hào)。即使輸入信號(hào)VKS為0V，半編程電壓驅(qū)動(dòng)電路的輸出結(jié)果也可以為某一固定電壓值。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，半編程電壓VKS通過(guò)三種編程路徑驅(qū)動(dòng)到反熔絲陣列特定的垂直線和水平線上。第一種路徑要經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)寄存器選擇驅(qū)動(dòng)到垂直線上；第二種路徑要經(jīng)過(guò)通路晶體管驅(qū)動(dòng)到垂直線上，第一個(gè)通路晶體管由數(shù)據(jù)寄存器控制，第二個(gè)通路晶體管由VKS-CTRL信號(hào)控制；第三種路徑的第一個(gè)通路晶體管在編程時(shí)是常開的，柵極電壓信號(hào)來(lái)自高電壓電源VSV，第二個(gè)通路晶體管由VKS-CTRL信號(hào)控制。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種實(shí)施方式的半編程電壓VKS的預(yù)充電示意圖。

圖2為本發(fā)明一種實(shí)施方式的半編程電壓驅(qū)動(dòng)電路VKS-Driver的電路原理圖。

圖3為本發(fā)明一種實(shí)施方式的半編程電壓VKS的驅(qū)動(dòng)路徑圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

圖1所示為本發(fā)明的一種實(shí)施方式的半編程電壓VKS的預(yù)充電示意圖。在圖1(a)中，待編程的反熔絲單元102為白色圓圈，若第二根垂直線的預(yù)充電壓值由VPP/2泄放到0V，則101所示的反熔絲單元兩端的電壓差為VPP，就會(huì)被誤編程。為了解決這種問(wèn)題，在反熔絲FPGA的芯片設(shè)計(jì)中增加了特殊的半編程 電壓源VKS和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路，專門為編程期間反熔絲陣列中某些特定的垂直線和水平線提供持續(xù)半編程電壓VKS，這樣可以有效地避免由于預(yù)充電壓泄放過(guò)快而導(dǎo)致的誤編程情況。在圖1(b)中，待編程反熔絲單元為103，第二根垂直線上的預(yù)充電壓信號(hào)由原先的VPP/2變?yōu)閂KS，它們?cè)跀?shù)值上相等，并且預(yù)充電壓信號(hào)VKS由半編程電壓源VKS持續(xù)提供，不會(huì)發(fā)生損耗，這樣就能避免垂直線上預(yù)充電壓泄放過(guò)快而產(chǎn)生被誤編程的反熔絲單元。

圖2所示為本發(fā)明的一種實(shí)施方式的半編程電壓驅(qū)動(dòng)電路VKS-Driver的電路原理圖。從中可以看出，它采用高電壓電源VSV和工作電壓源VCCA一起作為電路結(jié)構(gòu)的電源信號(hào)，輸入信號(hào)是半編程電壓信號(hào)VKS，通過(guò)電路結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成需要的預(yù)充電壓值VKS-OUT。偏置電壓電路不僅為半編程電壓驅(qū)動(dòng)電路VKS-Driver提供偏置電壓信號(hào)GN、GN1和GP，由偏置電壓電路電壓監(jiān)測(cè)控制模塊產(chǎn)生的數(shù)字邏輯信號(hào)OUT也被作為VKS-Driver中某些晶體管的柵極電壓信號(hào)。通過(guò)這種方式，就可以避免采用額外的電路來(lái)產(chǎn)生柵極控制信號(hào)，大大簡(jiǎn)化了芯片的電路設(shè)計(jì)。VKS-Driver利用其電路結(jié)構(gòu)可以將高電壓電源VSV轉(zhuǎn)化成某一特定的電壓輸出值，即使輸入信號(hào)VKS為0V，VKS-Driver的輸出結(jié)果也可以為某一固定電壓值。這種特性使得半編程電壓信號(hào)VKS在經(jīng)過(guò)VKS-Driver后會(huì)有一定的抬升作用，因而VKS-OUT的值將比半編程電壓信號(hào)VKS的值大?？梢猿浞掷眠@種特點(diǎn)，將VKS-OUT的值抬升到一定的程度，因?yàn)轭A(yù)充電壓VKS-OUT由于編程路徑上阻值的影響，在經(jīng)過(guò)編程路徑時(shí)會(huì)有一定的損耗，這樣最后驅(qū)動(dòng)到反熔絲單元上的預(yù)充電壓正好同半編程電壓VKS的數(shù)值一樣。

圖3所示為本發(fā)明的一種實(shí)施方式的半編程電壓VKS的驅(qū)動(dòng)路徑圖。為了提高反熔絲FPGA的編程效率，使反熔絲FPGA的芯片設(shè)計(jì)和布局更加靈活多變，經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路VKS-Driver的半編程電壓VKS通過(guò)三種編程路徑驅(qū)動(dòng)到反熔絲陣列特定的垂直線和水平線上。如圖3中301所示，第一種路徑要經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)寄存器選擇驅(qū)動(dòng)到垂直線上；302所示為第二種路徑，這種路徑要經(jīng)過(guò)通路晶體管驅(qū)動(dòng)到垂直線上，第一個(gè)通路晶體管由數(shù)據(jù)寄存器控制，第二個(gè)通路晶體管由VKS-CTRL信號(hào)控制；303所示為第三種路徑，和第二種路徑類似，也要 經(jīng)過(guò)通路晶體管，不過(guò)第一個(gè)通路晶體管在編程時(shí)是常開的，柵極電壓信號(hào)來(lái)自高電壓電源VSV，第二個(gè)通路晶體管由VKS-CTRL信號(hào)控制，另外，半編程電壓VKS只會(huì)驅(qū)動(dòng)到固定水平線上，一般是電源線、地線、時(shí)鐘線。在反熔絲FPGA的布線結(jié)構(gòu)中，垂直布線通道通常以組為單位，多根垂直線形成一組。若要給某一組某一根垂直線驅(qū)動(dòng)上編程電壓時(shí)，數(shù)據(jù)寄存器首先會(huì)打開這一組的VPP通路晶體管，指定的數(shù)據(jù)寄存器會(huì)給這一組指定的垂直線驅(qū)動(dòng)上編程電壓，其余的垂直線則會(huì)驅(qū)動(dòng)上圖3中路徑1產(chǎn)生的預(yù)充電壓VKS。其它組由于VPP通路晶體管被關(guān)斷，而數(shù)據(jù)寄存器鏈會(huì)將路徑2的預(yù)充電通路晶體管打開，半編程電壓VKS會(huì)通過(guò)路徑2驅(qū)動(dòng)到垂直線上。通過(guò)路徑3產(chǎn)生的半編程電壓VKS只能驅(qū)動(dòng)到固定的水平線上，一般是電源線、地線、時(shí)鐘線，其余的水平線則由預(yù)充電期間提供的VPP/2來(lái)保持。由于電源線、地線、時(shí)鐘線都屬于橫穿芯片的水平長(zhǎng)線，電荷保持能力較差，所以需要提供持續(xù)的預(yù)充電壓，避免反熔絲單元被誤編程。不同預(yù)充電路徑的選擇通過(guò)VKS-CTRL信號(hào)來(lái)控制，而VKS-CTRL信號(hào)的產(chǎn)生由外部數(shù)據(jù)控制，從而選擇指定的垂直線和水平線進(jìn)行預(yù)充電。反熔絲FPGA通過(guò)這種方式來(lái)加載驅(qū)動(dòng)預(yù)充電壓，不僅提高了芯片編程的可靠性，而且在電路設(shè)計(jì)上更加靈活多變。