Электрорадиоэлементы устройства функциональной микроэлектроники и технология радиоэлектронных (стр. 29 из 102)

Для лучшего уяснения функционирования элементов полупроводниковой ПЗУ на рис 12.3 представлена более подробная схема, в которой показаны ЭП (МДП-транзисторы) и их включение на пересечении строк и колонок. На ней изображены только строки 0, 1, 11, 29, 30, 31, 32 колонки 0, 1, 2. Для того чтобы избежать перегрузки рисунка, строки и колонки даны только для двух разрядов (первого и второго) из четырех, имеющихся на рис. 12.2.

134

Символ

Рисунок 1.12.3

Для 11-й строки показано включение элементов памяти – MДП-транзисторов. Поскольку в нулевой и второй колонках 1-го разряда и первой колонке 2-го разряда транзисторы подключены между проводами колонок и земли, то в этих ЭП записаны «0». В первой колонке 1-го разряда, а также нулевой и второй колонках 2-го разряда перемычки выжжены. Транзисторы не включены и записаны «1». Мультиплексоры M1 и М2 (1-го и 2-го разряда) из 8 символов, поступающих с колонок, выберут в соответствии с кодом адреса (кодом колонки) и пропустят на выход сигналы второй колонки, где записаны «0» в первом разделе и «1» во втором.

135

Важным преимуществом полупроводниковых ПЗУ является то, что заложенная в них информация сохраняется сколь угодно долго, независимо от подачи питания, а также то, что ЭП и все остальные части БИС изготавливаются по единой технологии. Обычно накопитель занимает около 70% поверхности кристалла, а остальную поверхность занимают РГА, ДШ, M1– М4. Поскольку плотность МДП-транзисторов может быть очень высокой, БИСпамяти на МДП-транзисторах оказывается компактной, дешевой и уступает БИС-памяти на биполярных транзисторах только по быстродействию, при значительном выигрыше в объеме памяти.

Рисунок 1.12.4

Элементы полупроводниковых ОЗУ на МДП-транзисторах. В качестве элементов ЗУ такого типа используются МДП-транзисторы, но их функционирование в ОЗУ должно быть в принципе другим, в сравнении с ПЗУ, так как необходимо иметь возможность не только извлекать (считывать) информацию, записанную заранее в накопителе, но и быстро оперативно менять ее, записывая новую. Основой элемента памяти ОЗУ является триггерная структура на МДП-транзисторах n- и р-типа.

На рис. 12.4 показана триггерная структура, образованная двумя парами транзисторов, включенными по схеме инверторов. Если подать на такой триггер напряжение питания то он будет устойчиво находиться в одном из двух

положений: первое, когда в точке А высокий потенциал, а в точке A низкий, второе – наоборот. Задача записи состоит в том, чтобы подачей импульсов напряжения поставить триггер в заданное устойчивое состояние. Рассмотрим принцип действия такого элемента.

Будем считать, что если в точке А высокий потенциал, то в ЭП записана «1», а если низкий потенциал, то «0». Задача считывания состоит в том, чтобы

выявить, какой потенциал присутствует в точках А и A . Если осуществляется запись, то независимо от того, что было записано в триггере, подачей

соответствующих напряжений в точки А и A триггер должен быть приведен в

136

требуемое состояние в зависимости от того, что записывается «1» или «0». Необходимо рассмотреть метод подачи соответствующего напряжения при

записи в точки А или A и выявления того, какой потенциал в них записан при считывании. Для этого удобнее начать с общей схемы ОЗУ.

Усилитель Линии записи Усилитель

Рис.1.12.5

Предположим, что ОЗУ имеет емкость 256 бит и организацию 256X1 (в одной БИС один разряд). При необходимости записи в ОЗУ многоразрядного числа следует использовать соответствующее количество БИС. На рис. 12.5 показан накопитель информации, состоящий из элементов памяти (ЭП), представляющих собой триггерные структуры с элементами коммутации, с помощью которых производится считывание и запись информации. На рис. 12.5

точки А и A не показаны; они, а также коммутаторы находятся внутри ЭП (рис.

7.27). На рис. 12.5 показаны ЭП нулевой, первой и 15-й колонок для нулевой,

137

первой и 15-й строк. Управление накопителем осуществляется путем подачи напряжения от регистра адреса через дешифраторы в провода строк и колонок. В данном случае регистр адреса должен содержать восемь разрядов, куда записываются восемь символов кода адреса: четыре символа строк и четыре символа колонок, так как 256=2⁸. С четырех разрядов регистра адреса сигналы поступают на дешифратор строк, который имеет выходы от нулевой до 15-й строки, с остальных четырех разрядов регистра – на дешифратор колонок, который также имеет выходы от нулевой до 15-й колонки. Управление записью и считыванием осуществляется с помощью подключения элементов ЗУ, в которых содержатся не показанные на рис. 12.5 элементы коммутации.

Предположим, что код адреса 00011111. Это означает, что код строк имеет вид 0001, т. е. дешифратор строк выберет первую строку; код колонок имеет вид 1111, т. е. дешифратор колонок выберет 15-ую колонку. Следовательно, при таком адресе будет избран ЭП, обведенный штриховой линией на рис. 12.5. Теперь можно или считывать то, что записано в этом элементе, или записывать в него.

Рисунок 1.12.6

Для этого необходимо при записи подать сочетание напряжений на точки Р

и P элемента памяти, соответствующего адресу. Эти точки должны быть

коммутаторами связаны в ЭП с точками А и A на триггере. Для считывания необходимо выявить сочетание напряжений в точках А и A , хранящихся в триггере. Для осуществления этой коммутации выходы Р и P всех ЭП присоединяются к линии записи – считывания, на выходе которой включается усилитель считывания, когда ведется считывание, и усилитель записи, когда ведется запись. Необходимо обеспечить, чтобы у избранного согласно адресу

ЭП на выход Р было бы подано напряжение с точки А триггера, а на выход P

подано напряжение сигнала с точки A . При записи усилитель записи

138

открывается и из внешней цепи поступает сигнал «1» или «0», который должен быть записан. При этом все ЭП, кроме одного, который выбран в соответствии с кодом адреса, под действием имеющимся в них коммутаторов должны быть отключены. При считывании подача сигнала через усилитель записи запрещается и линии записи – считывания действует совместно с усилителем считывания.

После того, как выявлена общая система взаимодействия адресации записи и считывания в ОЗУ, необходимо рассмотреть вопрос о том, как в избранном

согласно адресу ЭГ соединяются точки Р с A и P с A . Выполнение этой

операции поясняет рис. 12.6, из которого видно, что точки А с Р и A , P , соединяются через последовательно включенные два МДП-транзистора. На затворы подаются напряжения от дешифраторов колонок и строк. При подаче напряжения на затвор транзистор переходит в состояние проводимости между стоком и истоком. Одновременно два последовательно соединенных транзистора открываются только в ЭП, избранном по коду адреса, и только в

этом ЭП потенциалы точек А и Р, а также A и P , будут выравниваться. Во всех других ЭП открывается один из транзисторов. Следовательно, все другие ЭП остаются отключенными и для считывания, и для записи. Поскольку триггер может находиться в одном из двух устойчивых состояний и переходить из одного состояния в другое под воздействием подаваемых извне сигналов, то такое ЗУ относится к разряду статических. Положительным для ЗУ такого типа является то, что как накопитель содержащий триггеры, так и остальные части БИС-памяти выполняются в едином технологическом процессе. Поскольку МДП-структуры обладают высокой плотностью размещения, на кристалле ограниченных размеров может быть создано ЗУ на большое число битов. Однако сам ЭП в этом случае более сложен, чем в ПЗУ. Он содержит восемь транзисторов разного типа (n и р) вместо двух в ПЗУ. Поэтому плотность записи в ОЗУ существенно меньше, чем в ПЗУ, и при ограниченных размерах кристалла объем памяти ОЗУ меньше, чем ПЗУ. Кроме того, записанная информация при отключении питания будет теряться. Поэтому БИС-памяти ОЗУ и ПЗУ применяются для разных целей, в том числе и в микропроцессорных устройствах. В полупроводниковых ПЗУ записываются программы и константы, используемые при вычислении в МПУ, а ОЗУ применяются в качестве оперативной памяти для записи промежуточных результатов вычислений, для взаимодействия с внешними устройствами и других аналогичных целей.