一种分段式控制的flash型FPGA的配置方法技术

本发明专利技术公开了一种分段式控制的flash型FPGA的配置方法，涉及flash型FPGA领域，该方法依次对flash开关单元执行若干次配置操作，每一次配置操作按照相应的操作参数进行，且执行完一次配置操作后回读flash开关单元的电流，并基于回读的电流调整下一次配置操作的操作参数，直至完成配置操作；该方法采用分段式控制的编程和擦除流程，及时调整编程和擦除时的操作参数，可以实现对flash开关单元在擦除和编程后阈值电压分布的精确控制，保证了驱动的一致性和低的关断电流,为flash型FPGA提供了高精度的延迟参数和低的静态功耗。高精度的延迟参数和低的静态功耗。高精度的延迟参数和低的静态功耗。

【技术实现步骤摘要】
一种分段式控制的flash型FPGA的配置方法


[0001]本专利技术涉及flash型FPGA领域，尤其是一种分段式控制的flash型FPGA的配置方法。

技术介绍

[0002]flash型FPGA是基于flash存储技术的可编程逻辑电路，由flash开关单元(flash cell)构成可编程的布线开关矩阵，信号分别从flash cell的源端和漏端输入和输出，通过对flash cell的配置，选择不同的flash开关单元的通路，从而实现用户的可编程逻辑功能。
[0003]以flash开关单元采用Sense_Switch结构为例，请参考图1所示的结构图，每个flash开关单元包括制作在衬底上的编程管和开关管，编程管的漏极和源极连接位线BL和BLN，开关管的漏极和源极作为信号输入端Signal_in和信号输出端Signal_out。编程管和开关管的浮栅FG共用。浮栅FG和衬底之间是TO层(隧道氧化层)，约8nm厚度。浮栅FG和控制栅CG之间是IPD层(中间电介质层)，为三明治式的ONO层，约20nm厚度。对编程管编程后电子进入浮栅FG中，该flash开关单元的阈值电压变高。对编程管擦除后电子被赶出浮栅FG，该flash开关单元的阈值电压变高。当控制栅的电压V＞Vth时，表现为1电平，对于P型器件会关断，对于N型器件会导通。当控制栅的电压V<Vth时，表现为0电平，对于P型器件会导通，对于N型器件会关断。
[0004]flash型FPGA的原理是通过flash开关单元作为布线开关实现用户的可编程逻辑功能，因此需要编程导通的flash开关单元的驱动能力具有高度的一致性，需要不编程不导通的flash开关单元的处于完全关闭状态，所以对flash开关单元在擦除和编程后的阈值电压分布有非常高的技术指标要求，对flash型FPGA的性能起着决定性的作用。对于编程导通的flash开关单元的阈值电压最小值要保证驱动信号的能力达到要求，又要阈值电压分布的范围尽可能的窄。对于不需要编程导通保持擦除关闭状态的每个flash开关单元的阈值电压的最大值要保证源漏之间的漏电流在nA级别以下，从而降低flash型FPGA的功耗。因此，如何精确控制flash开关单元在擦除和编程后的阈值电压分布，成为了优化flash型FPGA的性能的关键点。

技术实现思路

[0005]本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种分段式控制的flash型FPGA的配置方法，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种分段式控制的flash型FPGA的配置方法，该方法包括：依次对flash型FPGA中的flash开关单元执行若干次配置操作，每一次配置操作按照相应的操作参数进行，且执行完一次配置操作后回读flash开关单元的电流，并基于回读的电流调整下一次配置操作的操作参数，直至完成对flash开关单元的所有配置操作，回读的flash开关单元的电流与flash开关单元的阈值电压相关，配置操作为擦除操作或编程操作。
[0007]其进一步的技术方案为，操作参数包括电压参数和操作时长，电压参数包括施加在flash开关单元的栅极、源极和漏极上的电压，操作时长是在flash开关单元上施加电压参数的时长。
[0008]其进一步的技术方案为，当配置操作为擦除操作时，依次执行的各次擦除操作的操作参数实现的擦除强度依次降低；当配置操作为编程操作时，依次执行的各次编程操作的操作参数实现的编程强度依次降低。
[0009]其进一步的技术方案为，依次执行的各次擦除操作施加在flash开关单元的栅极和源极上的电压保持不变，施加在flash开关单元的漏极上的电压依次降低和/或执行的各次擦除操作的操作时长依次减小。
[0010]其进一步的技术方案为，当配置操作为擦除操作时，在相应的操作时长内，在flash开关单元的栅极上施加相应的电压的操作包括：在flash开关单元的栅极上施加负电压的擦除缓冲电压并持续缓冲时长后，升高栅极的电压至相应的负电压并持续预定时长后，降低至擦除缓冲电压并持续缓冲时长后，降低至0V。
[0011]其进一步的技术方案为，当配置操作为编程操作时，在相应的操作时长内，在flash开关单元的漏极上施加相应的电压的操作包括：在flash开关单元的漏极上施加负电压的编程缓冲电压并持续缓冲时长后，升高漏极的电压至相应的负电压并持续预定时长后，降低至编程缓冲电压并持续缓冲时长后，降低至0V。
[0012]其进一步的技术方案为，当配置操作为擦除操作时，在flash开关单元处于编程态时执行第一次擦除操作，flash开关单元的编程态是flash开关单元的浮栅中存有电子的状态。
[0013]其进一步的技术方案为，在执行第一次擦除操作前，若flash开关单元不处于编程态，则方法还包括：
[0014]对flash开关单元执行编程操作，使flash开关单元进入编程态后，执行第一次擦除操作。
[0015]其进一步的技术方案为，基于回读的电流调整下一次配置操作的操作参数，包括：
[0016]当基于回读的电流确定flash开关单元的阈值电压仍未在预设范围内，且确定执行配置操作的次数未达到次数阈值上限时，基于回读的电流调整下一次配置操作的操作参数；
[0017]当基于回读的电流确定flash开关单元的阈值电压仍未在预设范围内，且确定执行配置操作的次数达到次数阈值上限时，确定配置操作执行失败，并调整第一次执行配置操作时的操作参数重新从第一次配置操作开始执行；
[0018]当基于回读的电流确定flash开关单元的阈值电压在预设范围内时，完成对flash开关单元的配置操作。
[0019]其进一步的技术方案为，当配置操作为擦除操作时，当基于回读的电流确定flash开关单元的阈值电压在预设范围内时，完成对flash开关单元的配置操作，还包括：
[0020]当基于回读的电流确定flash开关单元的阈值电压在预设范围内，且确定执行配置操作的次数超过次数阈值下限时，确定完成对flash开关单元的擦除操作；
[0021]当基于回读的电流确定flash开关单元的阈值电压在预设范围内，且确定执行配置操作的次数不超过次数阈值下限时，调整第一次执行配置操作时的操作参数重新从第一
次配置操作开始执行。
[0022]本专利技术的有益技术效果是：
[0023]本申请公开了一种分段式控制的flash型FPGA的配置方法，该方法采用分段式控制的编程和擦除流程，及时调整编程和擦除时的操作参数，可以实现对flash开关单元在擦除和编程后阈值电压分布的精确控制，保证了flash开关单元驱动的一致性和低的关断电流,为flash型FPGA提供了高精度的延迟参数和低的静态功耗。
[0024]在对flash开关单元施加电压时，由于设置了编程缓冲电压，可以在TO层和IPD层中建立电场，使TO层和IPD层对强电场有一端缓变适应的过程，减低了高电场dui TO层和IPD层的损伤，提高器件的可靠性，增强了flash开关单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分段式控制的flash型FPGA的配置方法，其特征在于，所述方法包括：依次对flash型FPGA中的flash开关单元执行若干次配置操作，每一次配置操作按照相应的操作参数进行，且执行完一次配置操作后回读flash开关单元的电流，并基于回读的电流调整下一次配置操作的操作参数，直至完成对flash开关单元的所有配置操作，回读的flash开关单元的电流与flash开关单元的阈值电压相关，所述配置操作为擦除操作或编程操作。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述操作参数包括电压参数和操作时长，所述电压参数包括施加在flash开关单元的栅极、源极和漏极上的电压，操作时长是在所述flash开关单元上施加所述电压参数的时长。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当配置操作为擦除操作时，依次执行的各次擦除操作的操作参数实现的擦除强度依次降低；当配置操作为编程操作时，依次执行的各次编程操作的操作参数实现的编程强度依次降低。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，依次执行的各次擦除操作施加在flash开关单元的栅极和源极上的电压保持不变，施加在flash开关单元的漏极上的电压依次降低和/或执行的各次擦除操作的操作时长依次减小。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当配置操作为擦除操作时，在相应的操作时长内，在flash开关单元的栅极上施加相应的电压的操作包括：在flash开关单元的栅极上施加负电压的擦除缓冲电压并持续缓冲时长后，升高栅极的电压至相应的负电压并持续预定时长后，降低至所述擦除缓冲电压并持续缓冲时长后，降低至0V。6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当配置操作为编程操作时，在相应的操作时长内，在flash开关单元的漏极上施加相应的电压的操作包括：在flash开关单元的漏极上施加负电压的编程缓冲电压并持续缓冲时长后，升高漏极的电压至相应的负电压并持续预定时长后，降...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹正州，单悦尔，张艳飞，谢文虎，孙佩，胡恩泽，
申请(专利权)人：无锡中微亿芯有限公司，
类型：发明
国别省市：