芯片燒錄（也稱為編程或燒寫）的本質是將編譯后的機器碼程序和配置信息通過特定協議寫入芯片內部的非易失性存儲器（通常是Flash或OTP存儲器）的過程。其核心原理涉及硬件接口、通信協議、存儲單元結構和高壓電子學。以下是詳細解析：

一、 物理基礎：非易失性存儲器（NVM）

芯片程序存儲在Flash存儲器（可重復擦寫）或OTP存儲器（一次性可編程）中：

Flash存儲單元結構

基于浮柵晶體管（Floating Gate Transistor）。

寫入（編程）：在控制極施加高壓（通常12V），使電子穿越絕緣層（隧穿效應）注入浮柵，改變晶體管的閾值電壓（表示0或1）。

擦除：施加反向高壓，將電子從浮柵拉出（恢復為1）。

讀取：施加低壓檢測晶體管通斷狀態。

OTP存儲器

通常使用熔絲（Fuse）或反熔絲（Antifuse）：

熔絲型：高壓燒斷熔絲（開路代表0）。

反熔絲型：高壓擊穿絕緣層形成通路（短路代表1）。

不可擦除，適合存儲密鑰或配置字。

二、 燒錄過程的核心步驟

連接與供電

燒錄器通過編程接口（如ICSP、SWD、JTAG）連接到目標芯片的專用引腳（VDD、GND、CLK、DATA、RESET）。

燒錄器提供穩定的編程電壓（VPP）（高于芯片工作電壓，用于Flash寫入/擦除）。

通信協議

燒錄器與芯片通過同步串行協議通信（如SPI、I2C或廠商私有協議）。

典型指令：

Chip Erase（全片擦除）

Program Memory（寫入程序）

Read Memory（校驗）

Write Configuration Bits（寫配置字）

數據寫入流程

配置字（Configuration Bits）

獨立于程序存儲區的特殊寄存器，控制芯片底層行為（如時鐘源、看門狗、代碼保護）。

錯誤配置會導致芯片無法工作（如選錯時鐘源）。

三、 燒錄器的關鍵作用

協議轉換器

將PC端的USB/UART信號轉換為芯片能識別的編程協議信號（如ICSP的PGD/PGC時序）。

高壓生成器

集成DC-DC升壓電路，生成Flash編程所需的高壓（5V芯片可能需要12V編程電壓）。

時序控制器

精確控制編程脈沖的寬度和時序（納秒級精度），防止過寫損壞存儲單元。

數據校驗器

燒錄后自動讀取芯片內容，與原始文件比對（校驗和或逐字節比對）。

四、 不同燒錄方式的區別

五、 為什么需要專用燒錄器？

高壓需求：普通IO口無法提供Flash編程所需高壓。

協議私有化：不同芯片廠商（如碩飛、Microchip、ST）使用私有編程算法（如PIC的LVPP協議）。

時序嚴苛：編程脈沖寬度、時鐘頻率需嚴格符合芯片手冊要求。

安全機制：繞過代碼保護區需特殊指令序列。

六、 典型錯誤與物理限制

錯誤類型：

通信失?。ń泳€錯誤/電壓不穩）

校驗錯誤（存儲單元損壞/時序偏差）

配置字錯誤（芯片鎖死）

物理限制：

Flash壽命：約10萬次擦寫（超出后存儲單元失效）。

OTP熔絲：燒斷后不可逆。

高壓損傷：編程電壓過高或時間過長會擊穿絕緣層。

審核編輯 黃宇