中文引用格式： 王夢涵，于慧. 基于高速電平遷移電路的OTP存儲陣列供電設計[J]. 電子技術應用，2026，52(5)：29-32.
英文引用格式： Wang Menghan，Yu Hui. Power supply design for OTP storage array based on high-speed level shifter circuits[J]. Application of Electronic Technique，2026，52(5)：29-32.
引言
半導體存儲器按其存儲介質特性可以分為易失性存儲器和非易失性存儲器（Non-Volatile Memory，NVM），一次性可編程（Onetime Programmable，OTP）存儲器作為NVM中的一種，因其具備只能編程一次的特性，在穩定性和抗輻照能力等方面優勢明顯，被廣泛應用于密鑰存儲、軍事航空、電源管理芯片等領域[1-2]。OTP的存儲單元類型主要包括浮柵型OTP、熔絲型OTP和反熔絲型OTP，鑒于反熔絲型存儲單元抗輻照能力強、功耗低、面積利用效率高等優點[3]，本文采用反熔絲型存儲單元。
反熔絲存儲單元由選擇管NM0和反熔絲管NM1組成，具體結構如圖1所示。位線BL連接選擇管的源極并接入外圍電路，用于反映反熔絲管的工作狀態；字線WL端連接選擇管的柵極，負責控制選擇管的導通與關斷；PL端連接反熔絲管的柵極，用于實現OTP不同工作模式的切換[4]。
圖1 反熔絲型存儲單元
OTP工作模式主要分為編程模式（Program mode）和讀取模式（Read mode），在兩種工作模式下，BL端、WL端和PL端需要施加的電壓不同。本文通過電平遷移電路（Level Shifter，LS）實現OTP在不同工作模式下的電壓翻轉。
在正常狀態下，反熔絲管呈現高阻狀態。編程模式時，BL信號接地，WL信號為“1”，選擇管導通，PL接入高壓VPP，此時PL與BL之間產生大電流，使NM1的氧化層被擊穿，當反熔絲表現為低阻狀態時，編程操作完成。讀取模式時，BL信號接入讀取電路，WL信號為“1”，PL端接入讀取電壓VR。若反熔絲已被擊穿，PL與BL之間存在電流通路，讀取電路輸出高電平“1”，若反熔絲未被擊穿，其仍表現為高阻狀態，PL與BL之間僅存在很小的漏電流或沒有電流，讀取電路輸出低電平“0”[5]。文獻[6]通過復制型電荷泵及周期性的控制信號實現單元高壓編程操作，由于涉及電荷泵設計及電容充放電時間，因此在編程時間及芯片面積需要進一步優化[6]。
本文基于256 Kb容量的存儲器，將WL分配512條以實現行選功能，BL分配1 216條用于數據傳輸，為減少寄生電容和漏電對存儲器性能的影響，對BL進行分塊處理[7]：將BL<1215:0>分為38組，每組32條BL，BL<607:0>為Block1，BL<1215：608>為Block2，如圖2所示。
圖2 BL分塊示意圖
由于BL采用分塊處理方式，因此在供電設計中，BL和PL端都需要進行分塊單獨供電。
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作者信息：
王夢涵，于慧
（沈陽工業大學 信息科學與工程學院，遼寧 沈陽110870）
