[实用新型]一种金属熔线锁存器结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种金属熔线锁存器结构。

背景技术

熔线在电子和电力领域中是指一种低电阻值的电阻，通过自身的熔断来提供对过载电流的保护。基本的熔线单元是一段在大电流情况下会熔断的金属线或金属条。

熔线在集成电路领域与上述概念不同，而是一段可以在集成电路前端测试阶段人为熔断的金属线或多晶硅线。熔线自身通或断的状态用来存储芯片的设置信息。熔线未熔断的时候，其自身电阻值理论上为零，通常用于在电路中表示“0”，熔线熔断的时候，其自身电阻值理论上为无穷大，通常用于在电路中表示“1”。在系统掉电后熔线通或断的状态会保持，但是不可以被重新设置。

熔线锁存器是用来在芯片上电后初始化阶段读取、存储以及输出熔线所储存的信息的特定电路。

在集成电路中熔线通常由第一层金属的金属线或多晶硅线制造。由于第一层金属或多晶硅的电阻率和接触孔电阻都比较高，所以即使在熔线没有熔断的情况下，熔线自身的电阻也是不能忽略的。另一方面，由于工艺的限制，被大电流或激光熔断的熔线不可能被非常完美的切断，所以在熔断状态下其电阻小于无穷大。

在芯片工作中，尽管熔线的导通电阻值和熔断电阻值都是非理想化的，但是熔线锁存器必须能够准确读取其储存的信息，也就是熔线通或断的状态。熔线锁存器的基本原理电路由一个P型晶体管、一个N型晶体管和熔线串联组成（如图1）。电路的输出电压表示读取出的熔线的状态。在电路工作过程中，如果充电电流I1大于放电电流I2，输出节点保持高电平，电路输出“1”。如果放电电流I2大于充电电流I1，输出节点被拉到低电平，电路输出“0”。为了保证在熔线阻值非理想的情况下电路输出的正确，电路中的充电电流I1和放电电流I2必须根据实际生产中熔线的电阻特性小心设定。

传统的熔线锁存器结构如图2所示，其工作原理如下：

在初始化阶段P16、P0打开，N0、N46关闭，A点电压被P16由电源强制保持在高电平“1”，B点电压被反相器（P1和N1）输出保持在低电平“0”，C点电压由P44、P4、P0提供的较强驱动能力保持在高电平“1”。

进入读取阶段后，P16首先关闭，同时N46打开，A和C点电压由锁存器（P1、N1、P44、P4、P0、N45、N46）仍然保持在高电平“1”，但是不再受到通过P16的电源电压的驱动。随后N0打开，A点受到N0通过熔线到地的下拉驱动，同时P0关闭，使得C点只受到P44的上拉驱动，即A点所受到的上拉驱动能力减弱。通过依据工艺中熔线的特性而设定晶体管的尺寸，可以确定晶体管驱动能力的相互比值。这样如果熔线没有熔断，虽然熔线电阻不可忽略，仍然能使得A点的下拉驱动能力大于减弱的上拉驱动能力，A点电压降低到低电平“0”；如果熔线熔断，虽然熔线电阻不为无穷大，仍能使得A点的上拉驱动能力大于下拉驱动能力，A点电压保持高电平“1”。

在锁存输出阶段，A、B、C点电压由锁存器（P1、N1、P44、P4、P0、N45、N46）锁存并输出。

采用这种方案，晶体管数量较多，导致版图尺寸较大。而且，集成电路生产过程中工艺的不稳定性比较大，导致实际生产中熔线的特性变化比较大。如果熔线的特性变化超过了预期，由于P44的驱动能力无法在生产后调整，将会导致熔线锁存器的工作过程中出现错误读取。

实用新型内容

为克服上述传统方案存在的缺陷，本实用新型提供一种新的金属熔线锁存器结构，以改善其读取性能。

本实用新型的基本方案如下：

一种金属熔线锁存器结构，主要由三级受控反相器依次串联构成，其中，第一级反相器由P型晶体管P16、N型晶体管N0和熔线依次串联组成，第二级反相器由P型晶体管P1与N型晶体管N1串联组成；P型晶体管P16的源极与N型晶体管N0的漏极共接至结点A，P型晶体管P1的栅极与N型晶体管N1栅极也共接至结点A，P型晶体管P1的源极与N型晶体管N1的漏极共接至结点B；其特殊之处在于：第三级反相器包括依次串联的上拉驱动电路、N型晶体管N45和N型晶体管N46，其中，上拉驱动电路采用P型晶体管组上接电源、下接结点A的结构，用以对A点电压产生上拉驱动，上拉驱动电路中的一个P型晶体管的栅极连接至可调偏置电压源，源极接至结点A。

基于上述基本方案，本实用新型还进一步做如下优化限定：