存储器是在信息技术中一种能存储大量二值数据和程序信息的半导体器件,也是目前在半导体技术革新中最能代表集成电路产业规模经济效益和先进制造工艺的器件。其中,反熔丝PROM存储器凭借其编程元件反熔丝极高的可靠性、优良的抗干扰能力等属性以及优异的电学特性,反熔丝PROM存储器已在军事、国防和航空航天等重要领域具有十分广泛的运用。本论文的主要目的是设计与实现MTM型反熔丝PROM读出系统。首先,对MTM型反熔丝作了深入的研究,MTM型反熔丝相较于ONO型反熔丝和栅氧化层型反熔丝具有更低的且分布更为集中的导通电阻,并从理论模型和实验数据统计两个方面推论证实了MTM型反熔丝优异的电学特性。随后,深入探讨并研究了PROM读出系统的各个功能模块的功能实现与时序分析,主要功能模块如下:地址输入检测模块,脉冲宽度扩展模块,灵敏放大器模块以及控制信号生成模块,MTM型反熔丝存储单元和数据锁存模块。在全面了解PROM读出系统工作原理的基础上,确定了PROM读出系统关键性能指标之一——读取时间的主要组成部分,分别是地址输入检测模块输出的窄脉冲的脉宽,预充电时间和存储单元放电时间三大部分。然后,分析了反熔丝导通电阻对读出系统性能的影响,认为偏离平均值太大的反熔丝导通电阻将增加PROM读出系统的读取时间和最大电阻阈值,因此要求设计时在两者间达到折中。最后,对PROM读出系统的读取时序进行了分析,并且对读出系统读取时位线上负载进行了深入研究,认为位线上未被选中的存储单元状态全部为已编程时是位线负载最糟糕的情况,并在此基础上对PROM读出系统及其测试图形进行了大量的前、后仿真,因此仿真结果具有很大的说服力与可靠性。本课题所设计的PROM存储器是基于CSMC 0.5μm工艺,设计存储容量是256Kbit,编程元件为MTM型反熔丝,采用自底向上的方法全定制设计芯片版图。全芯片版图通过物理验证检查后,再通过大量的后仿真验证读出系统的功能和时序,结果表明本课题所设计的PROM读出系统实现了快速准确读出数据的功能,并且已经出带数据和交付流片。