Charge pump design for a one-time programmable (OTP) memory in BCD10 technology

The One-Time Programmable (OTP) is a non-volatile memory characterized by very advantageous features, such as high degree of security, high reliability, low-cost process and low read power. However, it requires a high voltage generator, i.e. a charge pump circuit, for the embedded programming. The thesis focuses on the design of the charge pump. Starting from a general description of the working principle of different charge pump topologies, a comparison is made to select the best suited for the application in terms of voltage gain and power efficiency. The selected charge pump is optimized to satisfy the design constraints in all the working conditions. Finally, some additional circuits needed for the Test Chip integration, such as an internal clock generator and a linear regulator, are implemented and the final layout is presented.

La memoria One-Time Programmable (OTP) è una memoria non volatile con caratteristiche molto vantaggiose, quali ad esempio l’alto grado di sicurezza, l’elevata affidabilità, il basso costo del processo e il basso consumo di potenza in lettura. Tuttavia, richiede un generatore di alta tensione, cioè una pompa di carica, per la programmazione integrata. La tesi si concentra proprio sul design della pompa di carica. Partendo da una descrizione generale del principio di funzionamento delle diverse topologie di pompe di carica, viene effettuato un confronto per selezionare la più adatta all'applicazione in termini di guadagno in tensione ed efficienza energetica. La pompa di carica selezionata è poi ottimizzata per soddisfare i vincoli di progettazione in tutte le condizioni di funzionamento. Infine, vengono implementati alcuni circuiti aggiuntivi necessari per l'integrazione del Test Chip, quali ad esempio un generatore di clock interno e un regolatore lineare, e viene presentato il layout finale.