[发明专利]总线及I/O焊垫的可程序化为四个状态的内联机元件

说明书

技术领域

本发明是有关一种用于集成电路的可程序切换器，其中集成电路例如是可设定(configurable)的单芯片系统(system-on-chip，SOC)电路、现场可程序化的门阵列，或其它使用可程序切换器来连接电路单元的元件。

背景技术

可程序切换器广泛使用于多种电路元件中，以增加电路设计的弹性。以现场程序化门阵列为例，其包括由许多逻辑单元及布线内联机所构成的数组，并包含数千条采用电场可程序化切换器的可程序内联机。每一个可程序切换器可连通或不连通数个电路单元，例如是两个逻辑电路中的节点，或是电路中数个模块间的布线内联机。

除了现场可程序化门阵列外，可程序切换器及其它类似的可程序化逻辑部件也可应用至所谓的单芯片系统的设计上，其通常包括其它部件中的处理器模块、非挥发性内存模块，以及可程序逻辑模块，而可程序切换器可应用于该些电路模块内或之间的内联机上。

在公知技术中已提出使用电荷可程序化非挥发内存单元作为可程序切换器的做法，如美国专利US 5,247,478、US 5,764,096及US6,122,209中所述，其将复杂的电路系统与浮置栅极存储单元并用，以进行后者的程序化或擦除操作。此浮置栅极存储单元的源极或漏极耦接至欲连接或欲切断的节点上，而其用以控制切换器操作的浮置栅极则耦接至独立的导线，由此对浮置栅极进行注入或排除电荷的操作以设定其切换状态。然而，对使用于高集成度集电电路环境中的可程序切换器而言，上述公知的电路系统皆相当庞大且复杂。

因此，随着可程序切换器的应用日渐广泛，且其所应用的集成电路的集成度及复杂度日益增加，如何减少此等切换器的面积及复杂度即成为一项重要的课题。此外，另一项要求则是在使用此等切换器来连接电路单元时，不致造成严重的压降。

发明内容

本发明提出一种单晶体管非挥发性可程序切换器，其具有四种操作状态以连接电路单元及被动单元，后者包括总线(bus lines)及输入/输出焊垫(input/output pads)。这四个状态包括允许讯号在第一方向上传送的第一单向状态，允许讯号在与第一方向相反的第二方向上传送的第二单向状态，允许讯号双向传送的第三状态，以及阻断讯号传送的第四状态(切换器开路状态)。

本发明的可程序切换器使用于集成电路，其包括分别与对应的电路元件耦接的第一及第二节点，以及一非挥发性可程序化晶体管。该晶体管的漏极耦接至第一及第二节点二者之一，源极耦接至另一者，栅极耦接至一供能导体(energizing conductor)，并具有一数据储存结构。

用于此切换器中的非挥发性可程序化晶体管为一电荷可程序化元件(如SONOS元件，其例如是US 6,011,725所提出的)，其包含数层氧化层(或其它绝缘层)之间的氮化硅层或其它电荷捕捉层(charge-trappinglayer)。

在本发明的实施例中，前述供能导体与一充电泵(charge pump)耦接，其在集成电路进行逻辑操作时提供一升高电压(boosted voltage)，此升高电压在一实施例中比该电路单元上的电源电位高出至少一个该可程序化晶体管的临界电压(threshold voltage)，使得经过该可程序切换器的电压损耗降至最低，甚至降到0。

在另一使用电荷可程序化元件作为非挥发性可程序晶体管的实施例中，有一程序化电路系统耦接至第一及第二节点和供能导体，以对电荷储存结构提供足以注入或排除电荷所需的电压，而得以程序化此电荷可程序化元件。

如果集成电路中所使用的非挥发性电荷可程序化元件的程序化及擦除操作所需的电压，对欲联机的电路元件的设计规则而言是过高的，则可再并入一耦接至该电路单元的耐高电压结构。在本发明的实施例中，与第一节点耦接的电路单元包括一晶体管，而程序化电路系统中所使用的耐高电压结构包括一可耐受此高电压的栅极绝缘层。在实施例中，栅极绝缘层基本上由氧化硅构成，其具有足够厚度以耐受操作时的高电压。

在一实施例中，程序化电路系统包含一逻辑部，其供应电荷储存单元的电荷注入或排除操作所需的能量，同时切断耦接至第二节点的电路单元的电源。在另一实施例中，程序化电路系统包括与第一节点耦接的第一电压传导体(voltage conductor)、与第二节点耦接的第二电压传导体，以及可在集成电路进行逻辑操作时切断第一第二电压传导体与第一第二节点的连接的逻辑部。

附图说明

图1为本发明的具有单晶体管可程序化内联机的集成电路的简图；