OTP存储器阵列读写操作方法

技术领域

本发明涉及集成电路技术，特别涉及OTP存储器阵列读写操作方法。

背景技术

最接近本发明的现有技术参见图1~图4，图1为XLPM存储单元原型，图2为带读隔离器件的XLPM存储单元，图3为带高压隔离器件的XLPM存储单元，图4为使用Native MOS（本征MOS管） Cap的XLPM存储单元，其中的电容为本征MOS管的栅电容。

以上所有类型的XLPM存储器，读取单元数据的时候，根据XLPM的原理，字线WS通常是关闭的，通过累积在检测MOS管的栅端g点（以下简称g点，该点相当于本发明的参考点）的电压，控制检测MOS管M0的通断，而决定存储的数据是0还是1。

g点的电压主要是由栅电容C0是否击穿所决定，栅电容C0被击穿，则电流通过击穿点，从字线WP流到g点，将g点充电至高电压，表示存储的是1。如果栅电容C0没有被击穿，则没有电流从字线WP流到g点，g点就是低电压，表示存储的是0。

但也有另外一种情况，在字线WP1、字线WB、字线WBH、字线WBL、位线BL等信号线由0至VDD电压上电的过程中，由于寄生电容的耦合作用，会将g点拉到高电压，导致栅电容C0即使是不导通的，数据也被误读为1。

因此在所有XLPM读取操作前，在各信号上电完成后，通过给字线WS一个短暂的脉冲信号，导通选择MOS管M2，将所读单元的g点电荷清零，然后再关闭选择MOS管M2，然后再等待电流将g点重新充电（如果这个单元是击穿单元），读到的就是正确的数据了。

表1为对应图1所示的技术采用的读写信号表。

A表示横向字线选中（SW，SelectedWordLine），纵向位线选中（SB，SelectedBitLine），即要进行当前操作的单元，与B共字线，与C共位线；

B表示横向字线选中（SW，SelectedWordLine），纵向位线未选中（UB，UnselectedBitLine），与A共字线，与D共位线；

C表示横向字线选未中（UW，UnselectedWordLine），纵向位线选中（SB，SelectedBit Line），与D共字线，与A共位线；

C表示横向字线选未中（UW，UnselectedWordLine），纵向位线未选中（UB，Unselected Bit Line），与C共字线，与B共位线； 缺点：

C0击穿后，g点有高压隐患；

C0为普通mos管，有阈值损失；

缺少图2技术所示的M1做隔离，读A单元，其BR、BL信号会被C单元串扰。

表1

表2为对应图2所示的技术采用的读写信号表。

图2所示的技术缺点：C0击穿后，g点有高压隐患；C0为普通mos管，有阈值损失。

优点：有M1做隔离，读A、C单元之间无串扰。

表2

表3为对应图3所示的技术采用的读写信号表。

缺点：C0、M3为普通mos管，有阈值损失；缺少图2技术所示的M1做隔离，读A单元，其BR、BL信号会被C单元串扰。

优点：C0击穿后，g点无高压隐患，由于级联分压的原理，M3也无高压隐患。

表3

表4为对应图4所示技术采用的读写信号表。

缺点：C0击穿后，g点有高压隐患；缺少图2技术所示的M1做隔离，读A单元，其BR、BL信号会被C单元串扰。

优点：C0为Native MOS管，无阈值损失。

表4

由于现有技术的存储单元矩阵读操作的时候，如当A、B所在行读取时，先将它们的字线WP、字线WB等信号设为1V，而其它行如C、D行没有读取，则设置为0V，然后向A、B所在行的字线WS输入脉冲，对此行所有单元的g点进行电荷清零操作，然后等待g点重新充电后再进行读操作。切换到另外一行如C、D时，先将字线WP、字线WB信号设为1V，而其他行如A、B行没有读取，则设置为0V，接着向C、D行所在行的字线WS输入脉冲，对此行所有单元进行g点电荷清零操作，然后等待g点重新充电后再进行读操作。。

但这样会带来一个问题，对于击穿不彻底的存储单元，其g点充电实际会比较长。当数据读取速度高于g点充电速度的时候，每次切换不同的行，需要充分等待新行的g点重新充电完毕才能读取，以免出错，这就导致无法做到匀速且连续读出数据。一个解决办法是并行读取且设置缓冲，使得有多余的数据在行切换期间维持数据匀速输出。并行地，在上一个行输出完之前，就要预先准备下一行的清零和充电操作，这就造成了控制电路非常复杂，且电路面积较大。

如图5所示，当行从1切换到2时，由于行2需要重新清零，并且等待存储单元重新充电，状态建立完毕，这段时间不能读出数据，于是出现了中断。

同理，参见图6，对于写操作，由于现有技术单元漏电流较大，对于一个存储矩阵，会分成多个行，尽量缩小写操作时Vpp涉及的单元的数量，即Vpp=9V仅施加在当前行的字线WP上面，其他非操作行字线WP则施加3V电压。编程的单元在不同的行上时，在切换行的时候，9V高压状态下直接切换行，电平转换电路很难拉动，切换困难，需要先将电荷泵停下，待字线WP电压降下来后切换行，再开启电荷泵升压，会中断编程操作的连续动作，并且这一系列信号的重新设置操作也大大增加了控制复杂度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种OTP存储器阵列读写操作方法，通过对OTP存储器阵列的连接关系进行改变，并采用新的读写控制步骤，实现高速读写，并且节省了外部功能电路。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，OTP存储器阵列读写操作方法， 所述OTP存储器阵列由M×N个OTP存储器组成，所述OTP存储器包括存储MOS管、第一MOS管、第二MOS管和检测MOS管，第一MOS管的一个电流连接端连接到检测MOS管的第一电流连接端，检测MOS管的控制端与第二MOS管的第一电流连接端连接于参考点，参考点还连接存储MOS管，在参考点和存储MOS管之间，设置有隔离MOS管，所述存储MOS管为NativeMOS管，M和N皆为大于1的整数；

阵列中，各存储MOS管的栅极连接到同一个存储控制点，各个隔离MOS管按照距离存储MOS管的距离值区分，相同距离的隔离MOS管的栅极连接到同一个隔离控制点，

所述距离值的确定方式为：与存储MOS管直接连接的隔离MOS管的距离值为0，与存储MOS管通过一个MOS管连接的隔离MOS管的距离值为1（即间隔了1个MOS管），以此类推。

对所述OTP存储器阵列进行读取操作的方法包括下述步骤：

R1：在隔离控制点施加开启电压；

R2：开启阵列中OTP存储器的第二MOS管，将所有OTP存储器的参考点接地，然后关断，以清除参考点电荷；

R3：在存储控制点加高电平；

R4：开启选中的OTP存储器中的第一MOS管，通过对检测MOS管的开关状态进行检测，以判断选中的OTP存储器中的存储MOS管是否被击穿，实现数据读取；

对所述OTP存储器阵列进行写入操作的方法包括下述步骤：

W1：在存储控制点加高电平；

W2：针对选中的OTP存储器，开启各隔离MOS管和第二MOS管，使选中的OTP存储器的存储MOS管的栅电容形成击穿，实现数据写入。

进一步的，所述隔离MOS管为两个串联的隔离MOS管；

阵列中，与存储MOS管直接连接的隔离MOS管称为第一隔离MOS管，其栅极连接到第一隔离控制点，与第二MOS管连接的隔离MOS管称为第二隔离MOS管，其栅极连接到第二隔离控制点；

步骤W2中，施加在第一隔离MOS管栅极的电压高于施加在第二隔离MOS管栅极的电压。

本发明的有益效果是，大幅度提高了存储器阵列的读写速度，并且节省了现有技术所需要的电位转换电路，降低了成本，并且有利于产品的小型化。

附图说明

图1为XLPM存储单元原型示意图。

图2为带读隔离器件的XLPM存储单元电路图。

图3为带高压隔离器件的XLPM存储单元电路图。

图4为使用NativeMOS Cap的XLPM存储单元电路图。

图5为现有技术的行切换导致不能连续读取数据的时序图。

图6为现有技术的行切换导致写操作不能连续进行的时序图。

图7为使用一级高压隔离器件的Native XLPM存储单元电路图。

图8为使用二级高压隔离器件的Native XLPM存储单元电路图。

图9为使用一级高压隔离器件的Native XLPM存储器阵列电路图。

图10为使用二级高压隔离器件的XLPM存储器阵列电路图。

图11为本发明读操作时序图。

图12为本发明写操作时序图。

具体实施方式

实施例1

参见图7，本发明的OTP存储器阵列由M×N个OTP存储器组成，所述OTP存储器包括存储MOS管C0、第一MOS管M1、第二MOS管M2和检测MOS管M0，第一MOS管M1的一个电流连接端连接到检测MOS管M0的第一电流连接端，检测MOS管的控制端（栅端）与第二MOS管M2的第一电流连接端连接于参考点g，参考点g还连接存储MOS管C0，在参考点和存储MOS管C0之间，设置有隔离MOS管M3，所述存储MOS管C0为NativeMOS管，M和N皆为大于1的整数；

参见图9，本实施例的2×2阵列中，各存储MOS管的栅极连接到同一个存储控制点，即字线WP1、WP2连接于一个点，称为存储控制点；隔离MOS管的栅极连接到同一个隔离控制点，即字线WB1、WB2连接于一个点，称为隔离控制点；

对所述OTP存储器阵列进行读取操作的方法包括下述步骤：

R1：在隔离控制点施加开启电压；

R2：开启阵列中OTP存储器的第二MOS管，将所有OTP存储器的参考点接地，然后关断，以清除参考点电荷；

R3：在存储控制点加高电平；

R4：开启选中的OTP存储器中的第一MOS管，通过对检测MOS管的开关状态进行检测，以判断选中的OTP存储器中的存储MOS管是否被击穿，实现数据读取；

对所述OTP存储器阵列进行写入操作的方法包括下述步骤：

W1：在存储控制点加高电平；

W2：针对选中的OTP存储器，开启其隔离模块中的各个MOS管和第二MOS管，使选中的OTP存储器的存储MOS管的栅电容形成击穿，实现数据写入。

对于180nm工艺，典型的编程操作如表5所示，其他工艺下类似，仅在电压值上面有所区别。

表5

实施例2

参见图8，本发明的OTP存储器阵列由M×N个OTP存储器组成，所述OTP存储器包括存储MOS管C0、第一MOS管M1、第二MOS管M2和检测MOS管M0，第一MOS管M1的一个电流连接端连接到检测MOS管M0的第一电流连接端，检测MOS管的控制端（栅端）与第二MOS管M2的第一电流连接端连接于参考点g，参考点g还连接存储MOS管C0，在参考点和存储MOS管C0之间，设置有隔离模块，所述存储MOS管C0为NativeMOS管，M和N皆为大于1的整数；

所述隔离模块为两个串联的Native MOS管；

参见图10，本实施例的2×2阵列中，各存储MOS管的栅极连接到同一个存储控制点，即字线WP1、WP2连接于一个点，称为存储控制点；同等距离值的隔离MOS管的栅极连接到同一个隔离控制点，即字线WBL1、WBL2连接于一个点，称为第一隔离控制点，字线WBH1、WBH2连接于一个点，称为第二隔离控制点；

对所述OTP存储器阵列进行读取操作的方法包括下述步骤：

R1：在隔离控制点施加开启电压；

R2：开启阵列中OTP存储器的第二MOS管，将所有OTP存储器的参考点接地，然后关断，以清除参考点电荷；

R3：在存储控制点加高电平；

R4：开启选中的OTP存储器中的第一MOS管，通过对检测MOS管的开关状态进行检测，以判断选中的OTP存储器中的存储MOS管是否被击穿，实现数据读取；

对所述OTP存储器阵列进行写入操作的方法包括下述步骤：

W1：在存储控制点加高电平；

W2：针对选中的OTP存储器，开启各隔离MOS管和第二MOS管，使选中的OTP存储器的存储MOS管的栅电容形成击穿，实现数据写入。

表6示出了180nm工艺下典型编程操作表（使用二级高压隔离器件）。

写操作：通过WS和BL线选定存储单元，对选定的存储单元进行写入操作时，WP线的连接点（存储控制点）加9V高电平， WBH线的连接点（第一隔离控制点）加4V高电平，所有的WBL线的连接点（第二隔离控制点）加1.5V。

读操作同理，详见表6。

表6

在阵列中，所有单元的WP、WB（WBH、WBL等）等高压相关的通路都是都可以进行全局连接，这样高压通路就不再需要行选择器，可以节省行选择器的电路。由于M2作为跟随器的源极限压作用，限制了g点在写操作时的达到的最高电压，因此WS仅使用1.5-2V低压即可“打开/关断”M2，起到“允许/阻止”写入的作用。

本发明与现有技术的读操作不同点在于，现有技术是放在每一行读取前，每一次行切换，先要对当前行进行清零-设置-充电后再读取。本发明将全部NativeXLPM单元的g点清零-设置-充电操作统一放在上电时，后续的操作仅需单纯的读取。

在RFID应用中，每次上电读取时间在几个毫秒长，可以认为整个期间中g点充入的电荷是泄露非常小的，同时NativeXLPM单元所有的WP是公共的，没有行选择，因此考虑所有存储器单元仅在上电时清零并初始化设置一次，然后等所有的单元的g点充电完毕后，所有单元的M0的“开启/关断”状态也就确定了。后续读操作就不再进行清零-设置-充电过程，而是直接通过字线WR进行行选择，位线BL、BR进行列选择，读取过程非常快，可以达到立即读的效果，而且读取过程中可以保持连续，参见图11。

相较于现有技术，本发明在写操作不同点在于，高压通路都是全局的，行切换时保持不变，不需要进行操作，行选列选的切换都是对低压通路进行操作，因此行切换时不需要“降低电压-切换-升高电压”的设置过程，可以直接切换，切换过程是连续的。

由于单元极大地消除了漏电流，所有的中压和高压通路如WP，WB，WBH，WBL等都是全局的，因而不必使用行切换，而其对非选中单元写保护的电压仅需要1.5V，因此所有的行列选择如WS，WR，BL，BR在写操作时均使用低电压，可以直接切换行列，不需要进行电平转换操作，因而不存在现有技术的因为高压电平转换电路切换困难的而需要先降低电压的问题，可以支持连续进行写操作，同时也省掉了行切换时的“降低电压-切换-升高电压”引发的一系列信号重新设置操作，也省掉了复杂的电位转换（LeverShift）电路，参见图12。