一种用于反熔丝FPGA中隔离电路的闭环控制结构制造技术

本发明专利技术公开一种用于反熔丝FPGA中隔离电路的闭环控制结构，属于集成电路领域。本发明专利技术采用1#电荷泵来控制NMOS晶体管HVN1开关通断，通过芯片电源将隔离电路的栅电容电压充电到芯片电源电压值附近，解决了2#电荷泵在输出负载电容大的情况下升压慢问题。当2#电荷泵的输出电压值达到某一阈值时，关闭1#电荷泵，关断NMOS晶体管HVN1的控制开关，防止2#电荷泵的输出对芯片电源反向充电。当2#电荷泵的输出电压值达到某一阈值时，振荡器降频工作，降低2#电荷泵的功耗，从而降低系统功耗。当2#电荷泵的输出电压值达到某一阈值时，稳压电路启动，减少二级电荷泵的输出纹波。少二级电荷泵的输出纹波。少二级电荷泵的输出纹波。

【技术实现步骤摘要】
一种用于反熔丝FPGA中隔离电路的闭环控制结构


[0001]本专利技术涉及集成电路
，特别涉及一种用于反熔丝FPGA中隔离电路的闭环控制结构。

技术介绍

[0002]反熔丝FPGA是一种高可靠可编程门阵列电路，具有非易失性、功耗低、集成度高、性能稳定等优点，广泛应用于高可靠、高保密性的军用和航空航天领域。由于其特殊的应用领域，国外此类电路往往对国内处于禁运状态，而且进行技术封锁。
[0003]由于反熔丝FPGA的重要作用，国内开展了包括反熔丝FPGA设计技术、测试技术、编程方法、编程器设计技术等关键技术的研究和技术攻关。
[0004]本专利技术给出了一种适用于反熔丝FPGA中的隔离电路的闭环控制结构。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种用于反熔丝FPGA中隔离电路的闭环控制结构，以解决系统上电之后芯片响应速度和工作时序问题，降低系统功耗，减少电荷泵的输出纹波的同时避免电荷泵的输出纹波对系统电源的影响。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种用于反熔丝FPGA中隔离电路的闭环控制结构，包括控制逻辑模块M1、振荡器M5、反相器M4、1#电荷泵M8、2#电荷泵M7、零伏电路M6、NMOS晶体管HVN1、稳压电路M9、第一阶段电压检测电路M3、第二阶段电压检测电路M2和第三阶段电压检测电路M10；控制逻辑模块M1的输出OSC_EN信号至振荡器M5和反相器M4，所述振荡器输出CLK信号和CLKB信号至1#电荷泵M8输入端和2#电荷泵M7输入端；所述反相器M4输出PUMP_EN信号至零伏电路M6输入端、1#电荷泵M8输入端和2#电荷泵M7输入端；NMOS晶体管HVN1的栅端连接所述1#电荷泵M8输出，漏端连接电源VCCA，源端连接2#电荷泵M7输出、零伏电路M6输出和稳压电路M9输出；第一阶段电压检测电路M3、第二阶段电压检测电路M2和第三阶段电压检测电路M10的输入端均连接所述用于反熔丝FPGA中隔离电路的闭环控制结构的输出Out，所述第一阶段电压检测电路M3输出FstStaup_CTR信号至1#电荷泵M8输入端，所述第二阶段电压检测电路M2输出Freq_CTR信号至振荡器M5输入端，所述第三阶段电压检测电路M10输出逻辑模块使能信号Out1。
[0007]可选的，所述零伏电路M6包括反相器G18和G19、NMOS晶体管HVN2；反相器G18的输入端接入PUMP_EN信号，输出端连接反相器G19的输入端，反相器G19的输出端连接NMOS晶体管HVN2的源端，NMOS晶体管HVN2的栅端连接反相器G19的输入端，NMOS晶体管HVN2的漏端连接所述用于反熔丝FPGA中隔离电路的闭环控制结构的输出Out。
[0008]可选的，所述1#电荷泵M8包括NMOS晶体管N20~N27、与门G29和G30、反相器G31和
G32；NMOS晶体管N20的栅端连接PUMP_EN信号，漏端连接电压VCCA，源端连接NMOS晶体管N21的栅端和漏端；NMOS晶体管N21的源端连接NMOS晶体管N22的栅端和漏端，NMOS晶体管N22的源端连接NMOS晶体管N26的漏端和NMOS晶体管N27的漏端；NMOS晶体管N23的栅端连接NMOS晶体管N20的源端，源端和漏端共同连接与门G29的输出端，NMOS晶体管N24的栅端连接NMOS晶体管N23的源端，源端和漏端共同连接与门G30的输出端；NMOS晶体管N25的栅端连接PUMP_EN信号，漏端连接电源VCCA，源端连接NMOS晶体管N23的源端；NMOS晶体管N26的栅端连接反相器G31的输出端，源端接地；NMOS晶体管N27的栅端连接反相器G32的输出端，源端接地。
[0009]可选的，所述与门G29的输入端输入CLK信号和FstStaup_CTR信号；所述与门G30的输入端输入CLKB信号和FstStaup_CTR信号；所述反相器G31的输入端输入FstStaup_CTR信号；所述反相器G32的输入端输入PUMP_EN信号。
[0010]可选的，所述NMOS晶体管HVN1和NMOS晶体管HVN2均为高压NMOS晶体管。
[0011]在本专利技术提供的用于反熔丝FPGA中隔离电路的闭环控制结构中，具有以下有益效果：（1）采用1#电荷泵M8控制NMOS晶体管HVN1开关通断，通过充电能力强的芯片工作电源VCCA快速将隔离电路的栅电容上电压充电到芯片工作电源VCCA电压值附近，解决了2#电荷泵M7在输出负载电容大的情况下升压慢的问题，从而解决了系统上电之后芯片响应的速度问题；（2）当2#电荷泵M7的输出电压值达到某一阈值时，关闭1#电荷泵M8，关断NMOS晶体管HVN1的控制开关，防止2#电荷泵M7升压超过一定数值后对芯片电源VCCA反向充电，同时避免2#电荷泵M7的输出纹波对系统电源的影响；（3）当2#电荷泵M7的输出电压值达到某一阈值时，振荡器M5降频工作，降低2#电荷泵M7的功耗，从而降低系统功耗；（4）当2#电荷泵M7的输出电压值达到某一阈值时，第三阶段电压检测电路M10输出信号Out1翻转，反熔丝FPGA逻辑模块的使能信号有效，解决反熔丝FPGA逻辑模块的使能信号比隔离电路的控制信号先到问题，解决电路的工作时序问题，稳压电路M9启动，减少2#电荷泵M7的输出纹波。
附图说明
[0012]图1是反熔丝FPGA中隔离电路将高电压和低电压进行隔离的示意图；图2是本专利技术提供的用于反熔丝FPGA中隔离电路的闭环控制结构示意图；图3是本专利技术提供的用于反熔丝FPGA中隔离电路的闭环控制结构中零伏电路的逻辑示意图；图4是本专利技术提供的用于反熔丝FPGA中隔离电路的闭环控制结构中1#电荷泵的结构示意图；图5是本专利技术提供的用于反熔丝FPGA中隔离电路的闭环控制结构中稳压电路的逻辑示意图。
具体实施方式
[0013]以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出的一种用于反熔丝FPGA中隔离电路的闭环控制结构作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。
[0014]如图1，反熔丝FPGA中隔离电路对高电压和低电压之间进行高低压隔离的示意图，隔离晶体管1和隔离晶体管2为反熔丝FPGA器件内使用的隔离电路，隔离管控制电路负责隔离晶体管1和隔离晶体管2的打开与关闭。在反熔丝FPGA编程时，隔离电路由0V电路负责关闭，对隔离晶体管1和隔离晶体管2两边的高电压和低电压进行隔离；反熔丝FPGA编程完成后进入用户模式，隔离电路由电荷泵负责开启，打开数据进出逻辑模块的通道，也就是图1左边逻辑信号经过反熔丝FPGA逻辑模块，再通过隔离晶体管1传输到布线网络，通过布线网络传输到隔离晶体管2，再将逻辑信号传输到右边的反熔丝FPGA逻辑模块，最终实现用户定义逻辑。
[0015]如图2所示，所述用于反熔丝FPGA中隔离电路的闭环控制结构包括控制逻辑模块M1、反相器M4、振荡器M5、1#电荷泵M8、2#电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于反熔丝FPGA中隔离电路的闭环控制结构，其特征在于，包括控制逻辑模块M1、振荡器M5、反相器M4、1#电荷泵M8、2#电荷泵M7、零伏电路M6、NMOS晶体管HVN1、稳压电路M9、第一阶段电压检测电路M3、第二阶段电压检测电路M2和第三阶段电压检测电路M10；控制逻辑模块M1输出OSC_EN信号至振荡器M5和反相器M4，所述振荡器M5输出CLK信号和CLKB信号至1#电荷泵M8的输入端和2#电荷泵M7的输入端；所述反相器M4输出PUMP_EN信号至零伏电路M6的输入端、1#电荷泵M8的输入端和2#电荷泵M7的输入端；NMOS晶体管HVN1作为电荷泵的辅助充电模块，其栅端连接所述1#电荷泵M8的输出端，漏端连接电源VCCA，源端连接2#电荷泵M7的输出端、零伏电路M6的输出端和稳压电路M9的输出端；第一阶段电压检测电路M3、第二阶段电压检测电路M2和第三阶段电压检测电路M10的输入端均连接所述用于反熔丝FPGA中隔离电路的闭环控制结构的输出Out，所述第一阶段电压检测电路M3输出FstStaup_CTR信号至1#电荷泵M8的输入端，所述第二阶段电压检测电路M2输出Freq_CTR信号至振荡器M5的输入端，所述第三阶段电压检测电路M10输出逻辑模块使能信号Out1；在反熔丝FPGA编程模式下，使用零伏电路M6关闭隔离电路，实现对编程通路用的高电压与用户逻辑电路用的低电压之间进行高低压隔离；反熔丝FPGA编程完成后进入用户模式，1#电荷泵M8和2#电荷泵M7同时启动，1#电荷泵M8快速升压并打开NMOS晶体管HVN1，NMOS晶体管HVN1通过充电能力强的芯片工作电源VCCA快速将隔离电路的栅电容电压充电到芯片工作电源VCCA电压值附近；当2#电荷泵M7升压超过芯片电源电压VCCA一个阈值时，第一阶段电压检测电路M3输出信号翻转，1#电荷泵M8停止工作，1#电荷泵M8输出0V电压，关断NMOS晶体管HVN1，电荷泵的辅助充电模块停止对隔离电路的栅电容充电。2.如权利要求1所述的用于反熔丝FPGA中...

【专利技术属性】
技术研发人员：马金龙，赵桂林，代志双，曹靓，蔺旭辉，杨霄垒，孙杰杰，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十八研究所，
类型：发明
国别省市：