嵌入式闪存在智能卡芯片物理设计中的应用

摘要

智能卡已成为当今社会信息交互的一个重要媒介，目前我国，乃至世界范围内的智能卡市场都处于蓬勃发展阶段。为了改变我国依赖进口智能卡芯片的现状，北京市嵌入式系统重点实验室一直致力于高水平智能卡芯片的设计开发。
　　 智能卡芯片技术中关键的一环的是嵌入式非易失性存储器存储器（embeddedNon-Volatile Memory，eNVM）技术，智能卡芯片的性能和成本将很大程度上依赖于eNVM。
　　 本文基于实验室的项目：一款双界面智能卡芯片BES1332EF的物理设计，讨论了嵌入式闪存（embedded Flash memory，eFlash）这种正在迅速发展的存储技术的方方面面，包括工作原理、分类及各自特点、技术发展趋势、性能衡量标准等。
　　 在此基础上，课题研究了使用eFlash给芯片生产和设计带来的各种问题：工艺复杂化、知识产权模块（Intellectual Property，IP）使用费昂贵、测试复杂化、天线效应（antenna effect，ANT）隐患等等。这些因素都可能导致芯片良率下降、成本上升等设计者不愿看到的结果。
　　 为了达到更好的产品性能，同时控制芯片成本，设计者需要在物理设计中首先结合实际情况，综合权衡制造工艺、测试、成本、性能需求等各方面因素，选择一款合适eFlash IP。选择的方法在本文中进行了详细的讨论。依据这些方法，最终选定了第三方IP PF32K09E做为BES1332EF的eFlash。
　　 在随后的芯片物理设计中，还需要针对eFlash IP的应用特点修正传统设计流程。其中，合理的电源网络设计、ANT效应预防、以及面向eFlash IP测试的封装设计，是比较重要的三个步骤，在这三个步骤中需要注意的问题都在本文进行了分析，并给出了合理的解决方案。
　　 本课题在以上分析的基础上，完成了BES1332EF芯片的物理设计，通过电压降（IR-drop）计算、布局布线合理性、是否有效预防了ANT效应等方面的分析，以及芯片最终达到的性能效果，证明了设计的合理性。为今后进行同类产品的设计提供了有意义的参考。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 智能卡芯片的研究现状及发展趋势

1.2 嵌入式闪存的研究现状及发展趋势

1.3 本课题的研究目的和意义

1.4 本文的内容安排

第2章 嵌入式闪存概述

2.1 嵌入式闪存的发展历程

2.2 嵌入式闪存的工作原理

2.2.1 嵌入式闪存的基本单元

2.2.2 嵌入式闪存的编程机制

2.2.3 嵌入式闪存的擦除机制

2.3 嵌入式闪存的分类及特点

2.3.1 NOR型闪存与NAND型闪存

2.3.2 双层多晶硅闪存与单层多晶硅闪存

2.4 嵌入式闪存技术发展趋势

2.5 本章小结

第3章 嵌入式闪存的应用特点

3.1 嵌入式闪存工艺特点

3.2 嵌入式闪存IP

3.2.1 嵌入式闪存IP架构

3.2.2 嵌入式闪存IP的特点

3.3 嵌入式闪存的晶圆测试

3.3.1 芯片晶圆测试介绍

3.3.2 嵌入式闪存的测试方法

3.4 嵌入式闪存的选择

3.4.1 嵌入式闪存的用途

3.4.2 嵌入式闪存的容量

3.4.3 嵌入式闪存的性能及可靠性

3.5 本章小结

第4章 BES1332EF的嵌入式闪存选择

4.1 BES1332EF的存储需求

4.2 BES1332EF中eFlash的选择

4.3 PF32K09E介绍

4.3.1 PF32K09E结构

4.3.2 PF32K09E的技术特点

4.4 本章小结

第5章 使用嵌入式闪存的BES1332EF物理设计

5.1 BES1332EF智能卡芯片简介

5.2 芯片物理设计流程

5.2.1 基于Astro的通用物理设计流程

5.2.2 使用嵌入式闪存的物理设计流程

5.3 嵌入式闪存的电源网络设计

5.4 嵌入式闪存的布局布线

5.5 嵌入式闪存的天线效应预防

5.6 嵌入式闪存的测试引脚设置

5.7 本章小结

第6章 结果与分析

6.1.BES1332EF物理版图分析

6.2 BES1332EF与BES1300比较

6.3 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致 谢