付英（武夷學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，福建 武夷山 354300）

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一種基于熔絲修調(diào)的修調(diào)方案設(shè)計(jì)

付英
（武夷學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，福建 武夷山 354300）

摘要：基于傳統(tǒng)的電阻熔絲修調(diào)網(wǎng)絡(luò)，介紹了一種新的基于熔絲修調(diào)方法。將熔絲設(shè)計(jì)于電路中，熔絲的燒斷與否決定著信號(hào)的高低電平，從而來(lái)控制電路內(nèi)部的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，給出了修調(diào)電路原理圖，闡述了修調(diào)原理和可行性設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：修調(diào)方法；熔絲修調(diào)；修調(diào)原理

隨著市場(chǎng)對(duì)集成電路性能的要求越來(lái)越高，集成電路本身面臨著越來(lái)越嚴(yán)峻的考驗(yàn)，尤其是對(duì)模擬集成電路和混合集成電路的模擬部分而言，基準(zhǔn)源的失調(diào)和溫漂往往會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電路的功能失敗[1]。在集成電路中，電路的性能與電路的實(shí)現(xiàn)工藝是息息相關(guān)的[2]P15-83，從國(guó)內(nèi)工藝發(fā)展水平的現(xiàn)狀來(lái)講，厚膜電阻一般變化范圍是±20%[3]，要生產(chǎn)出高精度的電阻不是易事，引入修調(diào)技術(shù)，對(duì)電阻的阻值進(jìn)行修正是勢(shì)在必行的[4]，所以說(shuō)設(shè)計(jì)出好的修調(diào)方法對(duì)集成電路的發(fā)展具有重要的意義。

本文設(shè)計(jì)了一種新穎的熔絲修調(diào)技術(shù)，將熔絲設(shè)計(jì)于電路中，設(shè)計(jì)好修調(diào)時(shí)流經(jīng)熔絲上的電流值，確保一段時(shí)間熔絲能夠燒斷，這樣就可改變電路中修調(diào)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。此種修調(diào)實(shí)現(xiàn)容易，節(jié)省PAD數(shù)目，節(jié)省芯片面積，成本低。

1　基于電阻網(wǎng)絡(luò)的熔絲修調(diào)技術(shù)

傳統(tǒng)的熔絲修調(diào)是PAD對(duì)PAD的修調(diào)，即為熔絲的兩端分別直接與PAD相連，熔絲的材料一般是金屬和多晶硅兩種[5]。一個(gè)具體實(shí)例的版圖如圖1所示，是電阻網(wǎng)絡(luò)的熔絲修調(diào)，可見(jiàn)每個(gè)熔絲的兩端是和電阻兩端引出的PAD連在一起的。此熔絲的材料為金屬，修調(diào)時(shí)是在熔絲的兩個(gè)PAD上直接加入電壓信號(hào)來(lái)進(jìn)行燒斷。熔絲燒斷之前電阻在電路中是被短路的狀態(tài)，燒斷之后的熔絲是斷路狀態(tài)，電阻就被正常連入到電路里面。這樣通過(guò)熔絲修調(diào)技術(shù)達(dá)到了改變總體電阻網(wǎng)絡(luò)阻值的目的。

圖1　　傳統(tǒng)電阻網(wǎng)絡(luò)的熔絲修調(diào)

此修調(diào)手段易于實(shí)現(xiàn)，生產(chǎn)和測(cè)試的成本低，容易被接受。當(dāng)需要修調(diào)更多的電阻值時(shí)，需要引入的PAD點(diǎn)也得隨著增加，這樣就會(huì)犧牲版圖面積。由于熔絲修調(diào)的工藝簡(jiǎn)單，成本低，所以容易被人們采用?；谏厦娼榻B的熔絲修調(diào)方法外，本文提出一種通過(guò)熔絲來(lái)控制電路內(nèi)部的開(kāi)關(guān)狀態(tài)的熔絲修調(diào)方法，與以往的修調(diào)技術(shù)相比，節(jié)省了PAD數(shù)目和芯片面積。

2　一種基于熔絲的數(shù)字修調(diào)技術(shù)

2.1熔絲修調(diào)方案工作原理

假設(shè)整個(gè)電阻修調(diào)中用了10個(gè)數(shù)字開(kāi)關(guān)信號(hào)來(lái)控制修調(diào)網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示的修調(diào)功能框圖，用到了CLK和DATA兩個(gè)輸入信號(hào)就可以產(chǎn)生TN1到TN10 10個(gè)修調(diào)數(shù)據(jù)輸出。

圖2　　熔絲修調(diào)功能框圖

CLK是時(shí)鐘輸入端，DATA是數(shù)據(jù)輸入端，兩信號(hào)經(jīng)過(guò)修調(diào)控制信號(hào)產(chǎn)生模塊，產(chǎn)生了修調(diào)寄存器的時(shí)鐘端CLK_trim和數(shù)據(jù)端DATA_trim。修調(diào)寄存器一共是11位，第1位產(chǎn)生總體修調(diào)功能的修調(diào)定時(shí)控制位的控制信號(hào)Fuse_con，后面10位經(jīng)過(guò)修調(diào)數(shù)據(jù)控制位之后產(chǎn)生電位器所需的修調(diào)開(kāi)關(guān)控制信號(hào)TN1～TN10。修調(diào)控制信號(hào)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生修調(diào)定時(shí)控制位的燒寫(xiě)使能信號(hào)Fuse_en1和修調(diào)數(shù)據(jù)控制位的燒寫(xiě)使能信號(hào)Fuse_en，Test_en。

此修調(diào)功能總的來(lái)說(shuō)是一個(gè)內(nèi)部自定時(shí)的過(guò)程。修調(diào)過(guò)程中，若定時(shí)控制位的熔絲沒(méi)有燒斷，則信號(hào)Fuse_con一直為高電平，使修調(diào)數(shù)據(jù)控制位的燒寫(xiě)仍在進(jìn)行；若定時(shí)控制位的熔絲燒斷了，則信號(hào)Fuse_con=0，意味著11位的修調(diào)全部結(jié)束。總的來(lái)說(shuō)就是修調(diào)定時(shí)控制位的熔絲燒斷時(shí)間就是整個(gè)電路修調(diào)所用的時(shí)間，一但控制位的燒寫(xiě)結(jié)束，則標(biāo)志著所有位的燒寫(xiě)完成。

2.2修調(diào)控制電路的設(shè)計(jì)

圖3是修調(diào)控制實(shí)現(xiàn)的電路圖，VIN是芯片工作時(shí)外接電源的PAD，接5V電壓，修調(diào)時(shí)out接5V電壓，信號(hào)CLK和DATA都是經(jīng)過(guò)邏輯反后產(chǎn)生修調(diào)寄存器所需的信號(hào)CLK_trim和DATA_trim。Con_N是偏置電路提供的偏置信號(hào)。CLK提供時(shí)鐘信號(hào)的同時(shí)也控制熔絲修調(diào)控制電路的控制信號(hào) Fuse_en1，F(xiàn)use_en，Test_en。當(dāng)CLK給出信號(hào)的高電平小于VIN時(shí)（三極管pnp1的發(fā)射極電位低于基極電位，管子截止），A電位是0，F(xiàn)use_en1=0，F(xiàn)use_en=0，Test_en=0，修調(diào)的燒寫(xiě)功能關(guān)閉。

圖3　　修調(diào)控制電路圖

此種設(shè)計(jì)的修調(diào)過(guò)程中有兩種工作模式，即搜索模式和燒寫(xiě)模式。對(duì)于搜索模式，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是查找開(kāi)關(guān)值。條件是：前10個(gè)周期的CLK和數(shù)據(jù)都正常給入，第11個(gè)CLK高電平需大于VIN電壓的一個(gè)晶體管結(jié)壓降，同時(shí)第11個(gè)數(shù)據(jù)給入的是0。前10個(gè)周期的時(shí)鐘正常給出，輸入的數(shù)據(jù)都存入移位寄存器里，當(dāng)?shù)?1個(gè)周期的時(shí)鐘到來(lái)，且其高電平大于VIN電壓一個(gè)晶體管結(jié)壓降時(shí)，三極管pnp1的發(fā)射極電位高于基極電位，三極管導(dǎo)通，A點(diǎn)電位是1，與此同時(shí)第11個(gè)數(shù)據(jù)給入0，fuse_con=1,Test_en=1，移位寄存器中的數(shù)一下子同時(shí)送到修調(diào)控制位和10個(gè)數(shù)據(jù)位，直到找到合適的10個(gè)開(kāi)關(guān)值結(jié)束。對(duì)于燒寫(xiě)模式，就是把需要燒斷的熔絲位的熔絲燒斷。前10個(gè)周期的時(shí)鐘同樣正常給出，所對(duì)應(yīng)的修調(diào)開(kāi)關(guān)的數(shù)據(jù)都存入移位寄存器里，同樣第11個(gè)時(shí)鐘的高電平得大于VIN，與此同時(shí)第11個(gè)數(shù)據(jù)給入1，則修調(diào)使能信號(hào)Fuse_en1=1，F(xiàn)use_en=1，11位同時(shí)進(jìn)行燒寫(xiě)，當(dāng)控制位的熔絲燒斷后，fuse_con會(huì)被拉低為0，此時(shí)Fuse_en=0，Test_en=0，后10個(gè)數(shù)據(jù)位的燒寫(xiě)功能結(jié)束，代表所有修調(diào)完成。

2.3熔絲燒寫(xiě)電路的設(shè)計(jì)

主要的修調(diào)電路原理如圖4所示，F(xiàn)USE是修調(diào)熔絲，out是芯片的輸出PAD，con_P和con_N是偏置電路提供的偏置信號(hào)，讓M5管處于微導(dǎo)通狀態(tài)，導(dǎo)通電阻大。FUSE_en是燒寫(xiě)使能信號(hào)，QN是修調(diào)寄存器每一位的輸出信號(hào)，Test_en是一個(gè)控制信號(hào)。

圖4　熔絲燒寫(xiě)控制電路

當(dāng)信號(hào)FUSE_en=0時(shí)，晶體管npn1處于截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)若Test_en=1，QN=1時(shí)，A被M6和M7拉低，Dout=0；若Test_en=1，QN=0時(shí)，M7截止，A點(diǎn)電壓經(jīng)過(guò)out電位，通過(guò)熔絲、R1、M4和M5分壓得到高電平，Dout=1。

當(dāng)信號(hào)FUSE_en=1，信號(hào)test_en=1且信號(hào)QN=1時(shí)，晶體管npn1導(dǎo)通，流過(guò)它上面的電流很大，一段時(shí)間后可將熔絲燒斷，修調(diào)結(jié)束后輸出信號(hào)Dout為0。若QN=0，晶體管npn1管截止，輸出信號(hào)為Dout= 1?？梢?jiàn)，通過(guò)電路原理分析可得輸出信號(hào)Dout的高低電平取決于連接入電路中熔絲的燒斷與否。

3　結(jié)　論

本文基于傳統(tǒng)熔絲電阻網(wǎng)絡(luò)修調(diào)技術(shù)，提出了一種新的熔絲修調(diào)方法，將熔絲設(shè)計(jì)于電路當(dāng)中，通過(guò)控制流經(jīng)熔絲上電流的大小來(lái)對(duì)熔絲進(jìn)行燒寫(xiě)。經(jīng)過(guò)上面設(shè)計(jì)電路的原理分析，此種熔絲修調(diào)方法是可行的，且與以往的熔絲電阻修調(diào)網(wǎng)絡(luò)相比，其節(jié)省了PAD的個(gè)數(shù)，減少了芯片面積。

參考文獻(xiàn)：

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中圖分類號(hào)：TN450.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-2109（2015）06-0055-03

收稿日期：2014-08-21

基金項(xiàng)目：武夷學(xué)院校科研專項(xiàng)（XQ201304）。

作者簡(jiǎn)介：付英（1986-），女，滿族，助教，主要研究方向：集成電路的研究與設(shè)計(jì)。

A Design of the Trimming Scheme Based on the Fuse Trimming

FU Ying
（School of Mechanical and Electrical Engineering,Wuyi University,Wuyishan 354300）

Abstract：A new fuse trimming method which is based on the traditional resistance fuse trimming network is presented in this paper. The fuse is designed in the circuit,and the signal`s level is determined by the fuse state.The trimming circuit schematic is given and the trimming principal and the practicability is explained.

Key words：trimming technique;fuse trimming;trimming principal