[发明专利]非易失FPGA编程点电路

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域， 具体涉及一种非易失FPGA编程点电路。 

背景技术

当前FPGA应用越来越广泛，对FPGA的应用也提出了新的需求，既有读写速度方面的要求，又有信息掉电不丢失方面的要求。传统的SRAM型FPGA虽然内部SRAM编程点电路读写速度快，但其信息掉电丢失；Flash型FPGA虽然具有信息掉电不丢失的特点，但其CMOS工艺兼容性差；反熔丝型FPGA虽然信息掉电不丢失，但它与CMOS工艺兼容性差，且只能够实现一次编程，灵活性差。 

因此，对FPGA的编程点电路提出了新的要求——既能够实现实时高速的在线编程，满足现场编程应用需求；又能够实现非易失离线编程，满足掉电信息不丢失的应用需求。 

发明内容

发明目的在于设计一种既支持高速读写、灵活可编程，又满足掉电信息不丢失的FPGA编程点电路。 

本发明设计的FPGA编程点电路，具体方案如下： 

采用非易失性存储结构——阻变存储器RRAM（Resistor Random access Memory）和静态随机存储结构——SRAM(Static Random Access Memory)既相互分离、又有机结合的电路结构，如图1所示。其中非易失存储结构给静态随机存储结构提供上电载入的数据，两者通过选通控制晶体管进行数据选择性传递，并且考虑到SRAM存储电路的对称性，采用两组非易失性存储结构提供互补的编程配置数据。而非易失性存储结构可以进行编程配置，实现不同的配置数据存储，且非易失性存储结构的数据在掉电后信息不丢失，再次上电后，可以将配置数据从非易失性存储结构载入到静态随机存储结构。静态随机存储结构可以快速地实现数据读写，且在非易失性应用场合，可以直接将数据从非易失性存储结构载入到随机存储结构；而且在断电前，也可以将数据从随机存储结构写入到非易失性存储结构。

非易失性存储结构和静态随机存储结构的组合电路既可以是相互独立、互不干扰的电路结构；又可以是彼此相互连接，互相进行数据信息传递的电路结构。该电路能够工作在高速在线编程和非易失离线编程两种不同的工作模式下。 

高速在线编程工作模式下，非易失性存储结构一般情况下不工作，RRAM电路模块工作会带来额外的功耗；静态随机存储结构可以实现在线编程，且可以满足高速读写要求。 

非易失离线编程工作模式下，非易失性存储结构和静态随机存储结构工作，非易失性存储结构可以和随机存储结构先后相继工作，也可以同时工作，以实现不同的读写模式。对RRAM编程配置时，RRAM电路工作，SRAM电路不工作；载入RRAM数据到SRAM时，RRAM和SRAM电路均工作；读取SRAM数据时，SRAM工作，RRAM电路不工作。 

非易失存储电路结构可以采用新型阻变存储器件和晶体管的组合电路实现，非易失存储电路结构可以用晶体管控制非易失存储器件的编程，实现灵活可变的数据配置；非易失存储电路结构也可以用晶体管控制电路的通断，实现功能与功耗的优化。该电路结构中所使用的晶体管可以是N型场效应管，也可以是P型场效应管。 

静态随机存储电路采用CMOS工艺，非易失存储电路也可以采用CMOS工艺。新型阻变存储器RRAM器件可以在CMOS工艺下制作金属-金属氧化层-金属的三明治结构，其中一种可能实现方式是采用掺杂的氧化铜实现，详见文献1；RRAM制作材料也可以采用氧化镍，详见参考文献2；还可以采用氧化铝，详见参考文献3，等等。不同的工艺流程，不同的材料制得的RRAM性能会有一些差别。在本发明中，RRAM的工艺实现方式不作限制，制得的阻变存储器RRAM器件高低阻值比在5-1000之间，即可应用于该电路结构。 

根据本发明，其中一种具体的电路结构是将阻变存储器件RRAM应用于FPGA编程点电路，记为RSRAM编程点电路，如图2所示。该编程点电路将RRAM存储电路和SRAM电路相结合，实现FPGA片内编程点非易失存储。该电路可以实现高速在线编程和非易失性离线编程两种工作模式。 

本发明的具体电路不局限于图2所示结构形式，还可以有其他电路结构形式。其中的非易失存储电路采用RRAM电路和编程控制晶体管相结合的电路实现方式，静态随机存储电路采用交叉耦合的反相器为主体的存储部件配合选通控制晶体管的实现方式。 

本发明的FPGA编程点电路极好地实现了高速在线编程和非易失离线编程两种工作方式，解决了FPGA编程点电路速度和信息掉电丢失的问题。 

附图说明

图1为本发明FPGA编程点电路整体结构图。