180纳米工艺嵌入式每单元存储双比特数据的闪存程序存储器设计

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1、上海交通大学硕士学位论文180纳米工艺嵌入式每单元存储双比特数据的闪存程序存储器设计姓名：李强申请学位级别：硕士专业：电子与通信工程指导教师：李翔;唐伟20060701申请上海交通大学工程硕士论文180纳米工艺嵌入式每单元存储双比特数据的闪存程序存储器设计摘要最早出现于20世纪60年代的半导体存储器件现如今在半导体器件市场占有相当大的比重，它们被广泛的应用于计算机、通讯、交通、[1]航天等领域。FlashMemory（快闪存储器）作为现如今最成熟的非挥发性半导体存储器已成为应用最广泛的存储器之一。它以其高密

2、度、非挥发、擦写易实现等诸多独特的优点在存储器市场中占据重要的地位。随着半导体制造工艺技术的不断进步，快闪存储器芯片内存储单元的制造尺寸大幅缩小，集成度显著提高，有效满足了市场对大容量存储器芯片的需求。目前，180纳米的工艺正被广泛应用于各种快闪存储器芯片的设计和制造。为了更有效地降低快闪存储器的成本，提高容量，一种新型的快闪存储器技术应运而生。它不同于以往的一个存储单元只能保存一个比特数据的传统存储器，而是实现了每个物理存储单元可以存储两个甚至多个比特数据，大大提高了存储器的密度，也就是相当于用现如今流行

3、的存储器的一半的芯片面积就可以获得相同的存储容量。[2]近几年来，随着SOC(片上系统)的兴起，嵌入式快闪存储器正得到长足的发展和广泛的应用。本文阐述的就是180纳米工艺每单元可存储两个比特数据的应用于ARM处理器芯片的嵌入式快闪存储器的设计过程。首先，基于这种新型的每单元可存储两个比特数据的存储单元的特点及其如何实现读、写、擦的操作过程，设计出实现这些操作的架构，从而进行各个功能模块的划分和各项参数的设定。其次，存储单元阵列的设计是存储器产品设计中的核心内容。本文I申请上海交通大学工程硕士论文阐述了一种全

4、新的阵列设计方法：根据存储单元的特点和客户的需求，[3]充分利用“扇区”的概念，将存储器以扇区为单位进行分割，并靠全局位线实现整个阵列的衔接和组合。从而既满足了各项设计要求，又避开了存储单元固有的缺点所带来的不利影响。再有，在存储器产品设计中，字线和位线的解码是除了阵列设计以外最为重要的一部分，关系着整个产品的芯片面积和性能。本文提出了针对以往解码电路设计的改进方案，创新地采用了预解码与二次解码加后级驱动的方式实现了字线的解码功能，大大压缩了面积，使得在0.4微米的高度内（每条字线所占的高度）实现字线解码电

5、路的版图设计成为可能，从而达成了字线的解码电路与字线间形成一一对应进行驱动的效果，提高了字线的建立速度。而对于位线解码电路的设计，本文借鉴了字线的分级进行解码的方式，共分三级实现了解码功能，更是根据精密的计算很好的控制了解码电路中的各个器件的尺寸，压缩了位线解码电路的版图高度，从而即节省了面积，又能很好的满足各项要求。[4]最后，状态机是整个存储器芯片中的中央处理器。本文采用同步的时序控制方式设计了这一存储器中的核心部件，弥补了以往设计中较难控制时序的缺陷，顺利的实现了存储器擦写过程的各个状态之间的转换。除

6、此以外，还设计出数个功能更完备的标准单元，使状态机的设计更加简洁，使得这一复杂的逻辑电路更易实现，更易查错，更易修改。关键字：快闪存储器，每单元双比特，字线，扇区，状态机II申请上海交通大学工程硕士论文180NMPROCESSEMBEDDEDONECELLTWOBITCOREFLASHMEMORYDESIGNABSTRACTThesemiconductormemorywasinventedin1960’s.Nowtheproportionofitismoreandmorelargerinthesemicon

7、ductormemorymarket.Itisusedinthefieldofcomputer,communication,traffic,spaceflightetc.widely.As[1]weallknow,Flashmemory,asthemostfull-blownnon-volatilizationsemiconductormemory,isusedmostwidely.Anditisveryimportantinthememorymarketbecauseofitshighdensity,to

8、beprogrammedanderasedeasily,non-volatilizationetc.Alongwiththedevelopmentofsemiconductorfabricationtechnology,theareaofthememorycellinflashmemorychipisreduced,theintegrationisimproved,thentheflashmemorycanmee