eFuse memory

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最近在项目中使用到这种小容量的存储器，将在本篇博客记录相关内容，方便以后回忆复习。

传统的Fuse主要有三种：以大电流烧断的金属熔线(Metal Fuse)和多晶硅熔线(Poly Fuse)，或是以激光烧断之金属熔线(Laser Fuse)。（注：这是在网络上找到的关于fuse的分类描述，对fuse的工艺之类的内容不了解，所以本文不过多介绍）

在项目中使用的eFuse型号是UM055EFULP03200825400_A，该型号存储器只有256-bits，容量小，只是用来保存一些上电时用到的参数，下面将根据数据手册的内容介绍有关该eFuse的相关知识

特征

  • 组织结构
    写：256 X 1bit的组织形式
    读：32 X 8bit的组织形式
  • 可编程性
    电压： VDD:1.08~1.32V     VFSOURCE:2.375~2.625V
    编程时间：4~6us/bit，典型值是5us/bit
    在晶圆/封装水平下可工作在25℃~125℃
  • 读模式
    电压：VDD：1~1.35V     VFSOURCE:1.1~2.75V
    工作温度：-40℃~125℃
  • 尺寸
    • 面积：26791.269875 um2
      X= 257.225 um, Y= 104.155 um
  • 高可行性
    兼容UMC的55nm逻辑与混合低功耗Low-K工艺，不需要额外的掩膜或工艺
  • 物理规格
Metal stack 1P4M (1x Metal/Via)
Core Device Type LP_RVT
IO Device Type2.5V

简介

        UM055EFULP03200825400_A是使用UMC的55nm逻辑与混合低功耗Low-K工艺制作的，总共有256 bits的电子多晶硅熔丝宏（poly-fuse macro），以8bits为1字节，总共32个字节。在施加编程脉冲之后，将多晶硅熔丝从固有的低电阻状态改变为高电阻状态。保险丝熔断的电阻不可逆且可靠。
        在写模式下，吹炼操作要求一个优化电压为2.5V的具体pad-FSOURCE,该efuse支持晶圆/封装水平的吹炼，如果实施晶圆水平的吹炼，则不需要绑定FSOURCE，如果是封装水平的吹炼，请参考eFuse ESD指导方针里面的设计理念设计FSOURCE电路。
        在写模式过程中，每次只能吹炼一根熔丝（1bit），当FSOURCE拉高之后，器件通过解码B[2:0]的值获取地址从而选中需要编程的熔丝，每根熔丝都只能编程一次，一旦施加编程脉冲，就无法逆转了，编程脉冲时间（Tpp）建议在4us~6us之间（通常是5us）。为了防止FSOURCE上的电压恢复问题，每个编程脉冲之间的间隔（TPI）应大于1us。FSURCE提供编程电流给熔丝，FSURCE的总金属宽度必须足以承载大电流。FSOURCE/VSS电源总线从焊盘到熔丝边缘的阻抗必须小于3Ω，以防止编程过程中出现意外压降。
        在输出数据逻辑状态上，没有吹炼过的熔丝是输出逻辑0，吹炼过的则是逻辑1。每次读周期，通过解码A[4:0]将在DOUT[7:0]上输出8bit数据。
        由于该宏采用1P4M（1x金属/通孔）设计，允许较高的金属层（金属5及以上）在宏区域上方布线，末级驱动器的PMOS和NMOS尺寸分别为2um/0.06um和1um/0.06um。如果输出负载大于0.1pf，建议在DOUT[7:0]后面放置一个缓冲区，强烈建议将宏放置在尽可能靠近FSOURCE pad的位置。
需要注意的是，该器件在没有烧写过的情况下，读出来的数据都是0，这一点与nand flash等存储器件不同，还有，该器件属于一次性编程，只能由0变为1，无法从1变为0，所以在写数据的时候要格外小心，避免烧写错误导致器件报废

功能描述

功能图解

1 如果只是施加晶圆水平的吹炼，则不需要绑定FSOURCE

不绑定FSOURCE的示意图

2 如果使用封装水平的吹炼，FSOURCE需要绑定ESD保护电路。关于下面的ESD框图，请参考L55 LP eFuse ESD指导方针中的FSOURCE电路设计理念

FSOURCE绑定ESD的示意图

端口介绍

端口名方向类型介绍
READ输入数字读使能
ENB输入数字宏使能（低电压有效）
A[4:0]输入数字寻址输入
B[2:0]输入数字块选择输入
PROGRAM输入数字写使能（低电压有效）
DOUT[7:0]输出数字数据输出
PORB输入数字上电复位（低电压有效）避免上电过程中的意外写（高电平为2.5V）
FSOURCE输入电源写输入供电
VDD输入电源设备供电
VSS输入电源地

真值表

模式读写待机
输入READ10X
ENB001
A[4:0]VVX
B[2:0]XVX
PROGRAM01X
PORBF12.5VF1
输出DOUT[7:0]数据输出无效先前的数据
电源FSOURCEF12.5VF1
VDDF21F2
1: VDD
0: 0 V
X: 0 or 1
V: Valid input
VDD: 1.2V±10%
F1: 0V or 1.1V~2.75V
F2: 1V~1.35V
注：如果使用了多个器件，则被选中的将进入待机模式

地址和数据输入/输出方案

A[4:0]表示的是字节地址，B[2:0]表示的是字节内部的偏移地址，写数据的时候是以bit为单位进行操作的，所以遍历整个器件需要256个寻址地址，A[4:0]和B[2:0]加起来刚好满足寻址需求。而读数据是以字节为单位的，遍历整个器件需要32个寻址地址，只需要A[4:0]即可。

写模式

写模式

读模式

在这里插入图片描述

时序图

写时序图

写时序图

读时序图

读时序图

注意点

  • 写操作的时候，强烈建议VFSOURCE:=2.5V，VDD = 1.2V
  • 上电时的顺序依次是VDD->FSOURCE->PORB，PORB拉低时有写保护的作用，最慢将电平拉升，可以防止上电过程中的意外写。对应的，掉电的顺序则为PORB->SOURCE->VDD。
  • 在写模式下，连接FSOURCE的测试仪至少提供100mA的电流，电压精度至少为50mV，确保提供有效的测试环境。