東北大學(xué)數(shù)電第六章半導(dǎo)體存儲(chǔ)器

1、6.1存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器概述 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是一種由半導(dǎo)體器件構(gòu)成的能夠半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是一種由半導(dǎo)體器件構(gòu)成的能夠存存 儲(chǔ)數(shù)據(jù)儲(chǔ)數(shù)據(jù)、運(yùn)算結(jié)果運(yùn)算結(jié)果、操作指令操作指令的邏輯部件。的邏輯部件。 主要用于計(jì)算機(jī)的內(nèi)存儲(chǔ)器。主要用于計(jì)算機(jī)的內(nèi)存儲(chǔ)器。 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 6.1存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器概述 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的特點(diǎn)及分類半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的特點(diǎn)及分類 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 按制造工藝的不同按制造工藝的不同 TTL型型 MOS型型 按存儲(chǔ)原理的不同按存儲(chǔ)原理的不同 靜態(tài)存儲(chǔ)器靜態(tài)存儲(chǔ)器 動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器 觸發(fā)器 速度快 電容 速度慢 需要刷新 速度快 集成度高 掩模掩模R

2、OM 可編程可編程ROM（PROM） 可擦除可編程可擦除可編程ROM （EPROM） 隨機(jī)存儲(chǔ)器隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM 靜態(tài)存儲(chǔ)器靜態(tài)存儲(chǔ)器SRAM 動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器DRAM 按按 存存 取取 方方 式式 的的 不不 同同 UVEPROM E2PROM 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器 ROM Flash Memory 電可擦除電可擦除 紫外線擦除紫外線擦除 快閃存儲(chǔ)器快閃存儲(chǔ)器 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 6.1存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器概述 6.1存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器概述 只讀存儲(chǔ)器（只讀存儲(chǔ)器（ROM）是一種存儲(chǔ)固定信息的存儲(chǔ)是一種存儲(chǔ)固定信息的存儲(chǔ) 器，當(dāng)信息被加工時(shí)或被編程時(shí)，信息被存儲(chǔ)在器，當(dāng)信息

3、被加工時(shí)或被編程時(shí)，信息被存儲(chǔ)在 ROM中。中。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 只能讀出，不能寫入；只能讀出，不能寫入； 屬于組合電路，電路簡(jiǎn)單，集成度高；屬于組合電路，電路簡(jiǎn)單，集成度高； 具有信息的不易失性；具有信息的不易失性； 存取時(shí)間在存取時(shí)間在20ns20ns50ns50ns。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 只適應(yīng)存儲(chǔ)固定數(shù)據(jù)的場(chǎng)合。只適應(yīng)存儲(chǔ)固定數(shù)據(jù)的場(chǎng)合。 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 6.1存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器概述 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）是可以從任意選定的單元讀是可以從任意選定的單元讀 出數(shù)據(jù)，或?qū)?shù)據(jù)寫入任意選定的存儲(chǔ)單元出數(shù)據(jù)，或?qū)?shù)據(jù)寫入任意選定的存儲(chǔ)單元。 在計(jì)算機(jī)中，在計(jì)算機(jī)中

4、，RAM用作內(nèi)存儲(chǔ)器和高速緩沖存儲(chǔ)器。用作內(nèi)存儲(chǔ)器和高速緩沖存儲(chǔ)器。 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：快速讀寫，使用靈活。快速讀寫，使用靈活。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：掉電丟失信息。掉電丟失信息。 6.1存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器概述 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo) 存取容量存取容量：表示存儲(chǔ)器存放二進(jìn)制信息的多少。：表示存儲(chǔ)器存放二進(jìn)制信息的多少。 是是存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)的總和存儲(chǔ)單元個(gè)數(shù)的總和(bit)。 存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元是指存放一位是指存放一位0、1的物理器件。的物理器件。 公式：字?jǐn)?shù)公式：字?jǐn)?shù)位數(shù)。位數(shù)。1K bit=1024 bit=210 bit 字：一個(gè)獨(dú)立的信息單元，有獨(dú)立

5、統(tǒng)一的地址。字：一個(gè)獨(dú)立的信息單元，有獨(dú)立統(tǒng)一的地址。 字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)=2n(n：地址碼的位數(shù)地址碼的位數(shù))。 位數(shù)：一個(gè)信息單元的二進(jìn)制長(zhǎng)度。位數(shù)：一個(gè)信息單元的二進(jìn)制長(zhǎng)度。 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 6.1 存儲(chǔ)器概述存儲(chǔ)器概述 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo) 存取周期存取周期：存儲(chǔ)器的性能取決于存儲(chǔ)器的存取速：存儲(chǔ)器的性能取決于存儲(chǔ)器的存取速 度。存取速度用存取周期或讀寫周期來(lái)表征。度。存取速度用存取周期或讀寫周期來(lái)表征。 把連續(xù)兩次讀（寫）操作間隔的最短時(shí)間稱為把連續(xù)兩次讀（寫）操作間隔的最短時(shí)間稱為存存 取周期取周期。 本知識(shí)點(diǎn)小結(jié)本知識(shí)點(diǎn)小結(jié) 第第6章章 半導(dǎo)體

6、存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 6.2 只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器 ROM可分為可分為: 掩膜只讀存儲(chǔ)器（掩膜只讀存儲(chǔ)器（Mask Read Only Memory，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱 MROM） 可編程只讀存儲(chǔ)器可編程只讀存儲(chǔ)器(Programmable Read Only Memory， 簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱PROM) 紫外線可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器紫外線可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(Erasable Programmable Read Only Memory，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱EPROM) 電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（電擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory，

7、簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱EEPROM） Flash存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器(也稱快閃存儲(chǔ)器也稱快閃存儲(chǔ)器) 固定固定ROM，廠家在制造時(shí)根據(jù)特定的要求做成固，廠家在制造時(shí)根據(jù)特定的要求做成固 定的存儲(chǔ)內(nèi)容，出廠后，用戶無(wú)法更改，只能讀出。定的存儲(chǔ)內(nèi)容，出廠后，用戶無(wú)法更改，只能讀出。 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 6.2.1 固定只讀存儲(chǔ)器（固定只讀存儲(chǔ)器（ROM） ROM主要由主要由 存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣 地址譯碼器地址譯碼器 輸出和控制電路輸出和控制電路 組成組成 6.2.1 固定只讀存儲(chǔ)器固定只讀存儲(chǔ)器ROM 地地 址址 譯譯 碼碼 器器 地地 址址 輸輸 入入 W0 WN-1 存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣 NM 輸出及

8、控制電路輸出及控制電路 D0DM-1 數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出 圖圖6-1 ROM結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 字線（選擇線）：字線（選擇線）：N條條 位線（數(shù)據(jù)線）：位線（數(shù)據(jù)線）：M條條 存儲(chǔ)矩陣：由存儲(chǔ)單元 排列而成，每個(gè)存儲(chǔ)單 元能存放一位二值代碼， 每一組存儲(chǔ)單元有一個(gè) 對(duì)應(yīng)的地址代碼。 每字有每字有M位位 容量：容量： N個(gè)個(gè)字（字（N= 2n） 共共NM位（位（bit） 6.2.1 固定只讀存儲(chǔ)器固定只讀存儲(chǔ)器ROM 地地 址址 譯譯 碼碼 器器 地地 址址 輸輸 入入 W0 WN-1 存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣 NM 輸出及控制電路輸出及控制電路 D0DM-1 數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)

9、輸出 圖圖6-1 ROM結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 地址譯碼器 對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于N條字線，地址譯碼器條字線，地址譯碼器 必須有必須有n條地址線輸入：且條地址線輸入：且 N= 2n 一個(gè)地址碼對(duì)應(yīng)一條字線，當(dāng)一個(gè)地址碼對(duì)應(yīng)一條字線，當(dāng) 某條字線被選中時(shí)，與該字線某條字線被選中時(shí)，與該字線 聯(lián)系的一組存儲(chǔ)單元（字）就聯(lián)系的一組存儲(chǔ)單元（字）就 與數(shù)據(jù)線相通，進(jìn)行讀操作。與數(shù)據(jù)線相通，進(jìn)行讀操作。 6.2.1 固定只讀存儲(chǔ)器固定只讀存儲(chǔ)器ROM 地地 址址 譯譯 碼碼 器器 地地 址址 輸輸 入入 W0 WN-1 存儲(chǔ)矩陣存儲(chǔ)矩陣 NM 輸出及控制電路輸出及控制電路 D0DM-1

10、 數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出 圖圖6-1 ROM結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 輸出及控制電路輸出及控制電路 選中的字經(jīng)選中的字經(jīng)輸出及控制電路輸出及控制電路輸出：輸出： 提高帶負(fù)載能力；由三態(tài)控制信提高帶負(fù)載能力；由三態(tài)控制信 號(hào)決定數(shù)據(jù)輸出的時(shí)刻。號(hào)決定數(shù)據(jù)輸出的時(shí)刻。 ROM的工作原理的工作原理 地址譯碼器根據(jù)地址碼選中地址譯碼器根據(jù)地址碼選中 一條字線（只有一條?。┮粭l字線（只有一條?。?字線對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元的各位字線對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元的各位 數(shù)碼經(jīng)位線輸出數(shù)碼經(jīng)位線輸出 6.2.1 固定只讀存儲(chǔ)器固定只讀存儲(chǔ)器ROM 圖圖6-2是一個(gè)是一個(gè)44位的位的NMOS固定固定ROM。 圖

11、圖6-2 NMOS固定固定ROM A0 A1 W0 W1 W2 W3 +VDD D3D2D1D0 D3D2 D1 D0 1 1 & & & & 1111 存存 儲(chǔ)儲(chǔ) 矩矩 陣陣 輸出電輸出電 路路 地址譯碼地址譯碼 字線字線 位線位線 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 6.2.1 固定只讀存儲(chǔ)器固定只讀存儲(chǔ)器ROM D3D2D1D0 W3 W2 W1 W0 圖圖6-3 ROM的點(diǎn)陣圖的點(diǎn)陣圖 表表6-1 ROM中的信息表中的信息表 地地 址址 內(nèi)內(nèi) 容容 A1 A0 D3D2D1D0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 存儲(chǔ)矩陣的

12、輸出和輸入是或的關(guān)系，這種存儲(chǔ)矩存儲(chǔ)矩陣的輸出和輸入是或的關(guān)系，這種存儲(chǔ)矩 陣是或矩陣。陣是或矩陣。 地址譯碼器的輸出和輸入是與的關(guān)系，因此地址譯碼器的輸出和輸入是與的關(guān)系，因此ROM 是一個(gè)多輸入變量（地址）和多輸出變量（數(shù)據(jù)）是一個(gè)多輸入變量（地址）和多輸出變量（數(shù)據(jù)） 的與或邏輯陣列。的與或邏輯陣列。 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 6.2.1 固定只讀存儲(chǔ)器固定只讀存儲(chǔ)器ROM D3D2D1D0 W3 W2 W1 W0 圖圖6-3 ROM的點(diǎn)陣圖的點(diǎn)陣圖 表表6-1 ROM中的信息表中的信息表 地地 址址 內(nèi)內(nèi) 容容 A1 A0 D3D2D1D0 0 0 0 1 1 0 1 1

13、0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 位線與字線之間邏輯關(guān)系為：位線與字線之間邏輯關(guān)系為： D0=W0+W1 D1=W1+W3 D2=W0+W2+W3 D3=W1+W3 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 本知識(shí)點(diǎn)小結(jié)本知識(shí)點(diǎn)小結(jié) 6.2.2 可編程只讀存儲(chǔ)器可編程只讀存儲(chǔ)器(PROM) 在出廠時(shí)存儲(chǔ)全部為在出廠時(shí)存儲(chǔ)全部為 “1” 或或“0”，用戶可根據(jù)，用戶可根據(jù) 需要將某些單元改寫為需要將某些單元改寫為 “0”或或“1”，然而，然而只能只能 改寫一次改寫一次。 PROM和和ROM的區(qū)別：的區(qū)別：ROM由廠家編程，由廠家編程， PROM由用戶編程。由用戶編程。

14、第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 6.2.2 可編程只讀存儲(chǔ)器可編程只讀存儲(chǔ)器(PROM) 圖圖6-4為一種為一種PROM的結(jié)構(gòu)圖，存儲(chǔ)矩陣的結(jié)構(gòu)圖，存儲(chǔ)矩陣 的存儲(chǔ)單元由雙極型三極管和熔斷絲組的存儲(chǔ)單元由雙極型三極管和熔斷絲組 成。成。 存儲(chǔ)容量存儲(chǔ)容量 為為328位，位， 存儲(chǔ)矩陣是存儲(chǔ)矩陣是 32行行8列；列； 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 6.2.2 可編程只讀存儲(chǔ)器可編程只讀存儲(chǔ)器(PROM) 出廠時(shí)每個(gè)出廠時(shí)每個(gè) 發(fā)射極的熔斷發(fā)射極的熔斷 絲都是連通的，絲都是連通的， 這種電路存儲(chǔ)這種電路存儲(chǔ) 內(nèi)容全部為內(nèi)容全部為0。 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 6.2.2

15、可編程只讀存儲(chǔ)器可編程只讀存儲(chǔ)器(PROM) 如果想使某如果想使某 單元改寫為單元改寫為1， 需要使熔斷絲需要使熔斷絲 通過(guò)大電流，通過(guò)大電流， 使它燒斷。一使它燒斷。一 經(jīng)燒斷，再不經(jīng)燒斷，再不 能恢復(fù)。能恢復(fù)。 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 6.2.2 可編程只讀存儲(chǔ)器可編程只讀存儲(chǔ)器(PROM) 在寫入時(shí)，在寫入時(shí)，V CC 接接+12V電源。電源。 寫入寫入1時(shí)，該數(shù)據(jù)線時(shí)，該數(shù)據(jù)線 為為1，T2導(dǎo)通，選中導(dǎo)通，選中 單元的熔斷絲燒斷；單元的熔斷絲燒斷； 若輸入數(shù)據(jù)為若輸入數(shù)據(jù)為0，對(duì)，對(duì) 應(yīng)的應(yīng)的T2管不導(dǎo)通，管不導(dǎo)通， 熔斷絲仍為連通狀熔斷絲仍為連通狀 態(tài)，存儲(chǔ)的態(tài)，存儲(chǔ)的

16、0信息不信息不 變。變。 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 6.2.2 可編程只讀存儲(chǔ)器可編程只讀存儲(chǔ)器(PROM) 讀出時(shí)，讀出時(shí)，V CC接 接 +5V電源。電源。 低于穩(wěn)壓管的擊穿低于穩(wěn)壓管的擊穿 電壓，電壓，T2管截止。管截止。 如被選中的某如被選中的某 位熔斷絲是連通的，位熔斷絲是連通的， T1管導(dǎo)通，輸出為管導(dǎo)通，輸出為0； 如果熔斷絲是如果熔斷絲是 斷開的，斷開的，T1截止，截止， 讀出讀出1信號(hào)。信號(hào)。 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 本知識(shí)點(diǎn)小結(jié)本知識(shí)點(diǎn)小結(jié) 6.2.3 可擦可編程只讀存儲(chǔ)器可擦可編程只讀存儲(chǔ)器 EPROM的存儲(chǔ)內(nèi)容可以改變；的存儲(chǔ)內(nèi)容可以改變； E

17、PROM所存內(nèi)容的擦去需要專門的擦抹器。所存內(nèi)容的擦去需要專門的擦抹器。 EPROM所存內(nèi)容的改寫，需要專門的編程器實(shí)現(xiàn)。所存內(nèi)容的改寫，需要專門的編程器實(shí)現(xiàn)。 在工作時(shí)，只能讀出。在工作時(shí)，只能讀出。 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 6.2.3 可擦可編程只讀存儲(chǔ)器可擦可編程只讀存儲(chǔ)器 可擦除可編程存儲(chǔ)器又可以分為：可擦除可編程存儲(chǔ)器又可以分為： 光可擦除光可擦除可編程存儲(chǔ)器可編程存儲(chǔ)器UVEPROM 電可擦除電可擦除可編程存儲(chǔ)器可編程存儲(chǔ)器E2PROM 電可擦除電可擦除快閃存儲(chǔ)器快閃存儲(chǔ)器(Flash Memory)等。等。 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 電擦除，一般芯片內(nèi)部

18、帶有升壓電路，可以直接電擦除，一般芯片內(nèi)部帶有升壓電路，可以直接 讀寫讀寫E E2 2PROMPROM， 擦除時(shí)間較短，可對(duì)擦除時(shí)間較短，可對(duì)單個(gè)單個(gè)存儲(chǔ)單元擦除。存儲(chǔ)單元擦除。 讀出：讀出：5V5V；擦除：；擦除：20V20V；寫入：；寫入：20V20V。 EPROMEPROM：光擦除可編程：光擦除可編程ROMROM（UVEPROMUVEPROM） E E2 2PROMPROM：電擦除可編程：電擦除可編程ROMROM FLASH ROMFLASH ROM：電擦除可編程：電擦除可編程ROMROM 紫外線照射擦除，時(shí)間長(zhǎng)紫外線照射擦除，時(shí)間長(zhǎng)20203030分鐘分鐘 整片整片擦除擦除 寫入一般需

19、要專門的工具寫入一般需要專門的工具 結(jié)合結(jié)合EPROMEPROM和和E E2 2PROMPROM的特點(diǎn)，構(gòu)成的電路形式簡(jiǎn)的特點(diǎn)，構(gòu)成的電路形式簡(jiǎn) 單，集成度高，可靠性好。單，集成度高，可靠性好。 擦除時(shí)間短擦除時(shí)間短(ms(ms級(jí)級(jí)) )，整片整片擦除、或擦除、或分塊分塊擦除。擦除。 讀出：讀出：5V5V；寫入：；寫入：12V12V；擦除：；擦除：12V(12V(整塊擦除整塊擦除) ) 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 1光可擦除可編程存儲(chǔ)器光可擦除可編程存儲(chǔ)器EPROM 光可擦除可編程存儲(chǔ)器光可擦除可編程存儲(chǔ)器EPROM是采用浮柵技術(shù)是采用浮柵技術(shù) 生產(chǎn)的可編程存儲(chǔ)器?？傮w結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)的可

20、編程存儲(chǔ)器?？傮w結(jié)構(gòu)與PROM一樣，一樣， 不同之處在于不同之處在于存儲(chǔ)單元。存儲(chǔ)單元。 它的存儲(chǔ)單元多采用它的存儲(chǔ)單元多采用N溝道疊柵溝道疊柵MOS管管。 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 圖圖6-5疊柵疊柵MOS管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)管的結(jié)構(gòu)和符號(hào) 控制柵控制柵 浮置柵浮置柵 原理：原理： 浮置柵若沒有注入負(fù)電荷，正常高電平導(dǎo)通，狀態(tài)浮置柵若沒有注入負(fù)電荷，正常高電平導(dǎo)通，狀態(tài)0 0。 浮置柵若注入了負(fù)電荷，正常高電平不導(dǎo)通，狀態(tài)浮置柵若注入了負(fù)電荷，正常高電平不導(dǎo)通，狀態(tài)1 1。 D-SD-S間加高電壓（間加高電壓（20V-25V20V-25V）時(shí)發(fā)生雪崩擊穿；若同時(shí)）時(shí)發(fā)生雪崩擊穿；若同時(shí)

21、GcGc加高壓加高壓 脈沖（脈沖（25V25V）浮置柵俘獲電荷，相當(dāng)于寫入）浮置柵俘獲電荷，相當(dāng)于寫入1 1。 在紫外線的照射下，在紫外線的照射下，浮置柵上的電荷放掉，恢復(fù)為浮置柵上的電荷放掉，恢復(fù)為0。 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 EPROM舉例舉例2764 2、E2 PROM 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 特點(diǎn)：特點(diǎn)： l用電氣方法在線擦除和編程的只讀存儲(chǔ)器。用電氣方法在線擦除和編程的只讀存儲(chǔ)器。 l存儲(chǔ)單元采用浮柵隧道氧化層存儲(chǔ)單元采用浮柵隧道氧化層MOS管。管。 l寫入的數(shù)據(jù)在常溫下可以保存十年以上，擦除寫入的數(shù)據(jù)在常溫下可以保存十年以上，擦除/寫入次數(shù)為寫入次數(shù)為

22、1萬(wàn)次萬(wàn)次 10萬(wàn)次。萬(wàn)次。 l因擦除改寫時(shí)間較長(zhǎng)，一般作為只讀存儲(chǔ)器用。因擦除改寫時(shí)間較長(zhǎng)，一般作為只讀存儲(chǔ)器用。 圖圖6-6 浮柵隧道氧化層浮柵隧道氧化層MOS管結(jié)構(gòu)及管結(jié)構(gòu)及 符號(hào)符號(hào) 氧化層極薄氧化層極薄 的隧道區(qū)，的隧道區(qū)， 存在電容。存在電容。 2、E2 PROM 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 當(dāng)當(dāng)GC與與D之間加高壓時(shí)之間加高壓時(shí)(可正可負(fù)可正可負(fù))，薄氧化，薄氧化 層被擊穿，層被擊穿，形成導(dǎo)電隧道形成導(dǎo)電隧道，漏區(qū)電子可以到，漏區(qū)電子可以到 達(dá)浮柵達(dá)浮柵(GCD間加正電壓間加正電壓)，浮柵電子也可以，浮柵電子也可以 到達(dá)漏區(qū)到達(dá)漏區(qū)(GCD間負(fù)電壓間負(fù)電壓)，因此，因此

23、寫入和擦除寫入和擦除 都可以通過(guò)電信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。都可以通過(guò)電信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 圖圖6-7 存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元 根據(jù)浮置柵上是否有電根據(jù)浮置柵上是否有電 荷來(lái)區(qū)分荷來(lái)區(qū)分1和和0。 2、E2 PROM 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 3快閃存儲(chǔ)器快閃存儲(chǔ)器(Flash Memory) 采用與采用與EPROM中的疊柵中的疊柵MOS管相似的結(jié)構(gòu)，管相似的結(jié)構(gòu)， 同時(shí)保留了同時(shí)保留了E2PROM用隧道效應(yīng)擦除的快捷特性。用隧道效應(yīng)擦除的快捷特性。 理論上屬于理論上屬于ROM型存儲(chǔ)器；功能上相當(dāng)于型存儲(chǔ)器；功能上相當(dāng)于RAM。 擦除和改寫電壓較擦除和改寫電壓較E2PROM小，且擦除時(shí)間短。小，且擦除時(shí)間短

24、。 集成度高、容量大、成本高、使用方便，應(yīng)用廣泛。集成度高、容量大、成本高、使用方便，應(yīng)用廣泛。 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 圖圖6-8 快閃存儲(chǔ)器中的快閃存儲(chǔ)器中的MOS管及單元電路管及單元電路 （a） （b） 3快閃存儲(chǔ)器快閃存儲(chǔ)器(Flash Memory) 浮柵與源區(qū)浮柵與源區(qū)的重疊部分面積極小，形成隧道區(qū)的電容也很小，的重疊部分面積極小，形成隧道區(qū)的電容也很小， 所以，當(dāng)控制柵和源極之間加電壓時(shí)，大部分電壓將降落在浮所以，當(dāng)控制柵和源極之間加電壓時(shí)，大部分電壓將降落在浮 柵與源極之間的電容上。柵與源極之間的電容上。 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 第第6章章 半導(dǎo)體存

25、儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 用用ROM實(shí)現(xiàn)組合邏輯實(shí)現(xiàn)組合邏輯 觀察數(shù)據(jù)表，可發(fā)現(xiàn)此表與真值表相似。觀察數(shù)據(jù)表，可發(fā)現(xiàn)此表與真值表相似。 地址相當(dāng)于輸?shù)刂废喈?dāng)于輸 入，數(shù)據(jù)相當(dāng)于輸出；入，數(shù)據(jù)相當(dāng)于輸出； 且表中列出了輸入變量的所有組合方式。且表中列出了輸入變量的所有組合方式。 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 A1 A0 D3 D2 D1 D0 輸入輸入輸出輸出 01013 AAAAD 0101012 AAAAAAD 01011 AAAAD 01010 AAAAD 01 AA 0123 DDDD 例例6-1 試用試用ROM設(shè)計(jì)一個(gè)能實(shí)現(xiàn)函數(shù)

26、設(shè)計(jì)一個(gè)能實(shí)現(xiàn)函數(shù)y=x2的運(yùn)算表電路，的運(yùn)算表電路， x的取值范圍為的取值范圍為015的正整數(shù)。的正整數(shù)。 解：因?yàn)樽宰兞拷猓阂驗(yàn)樽宰兞縳的取值范圍為的取值范圍為015的正整數(shù)，所的正整數(shù)，所 以用以用4位二進(jìn)制數(shù)表示，用位二進(jìn)制數(shù)表示，用B=B3B2B1B0表示，而表示，而 y 的最大值是的最大值是225，可以用，可以用8位二進(jìn)制數(shù)位二進(jìn)制數(shù) Y=Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0表示。表示。 根據(jù)根據(jù)y=x2的關(guān)系可列出的關(guān)系可列出Y7、 Y6、Y5、Y4、Y3、Y2、 Y1、Y0與與B3、B2、B1、B0之間的關(guān)系如表之間的關(guān)系如表6-2所示。所示。 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器

27、 例例6-1 0 1 4 9 16 25 36 49 64 81 100 121 144 169 196 225 十進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù) 注注 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0

28、 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 Y7 Y6 Y5 Y4 Y3 Y2 Y1 Y0 輸輸 出出 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 B3 B2 B1 B0 輸輸 入入 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 例例6-1 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 6.3 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）是可以從任意選定的單元讀是可以從

29、任意選定的單元讀 出數(shù)據(jù)，或?qū)?shù)據(jù)寫入任意選定的存儲(chǔ)單元出數(shù)據(jù)，或?qū)?shù)據(jù)寫入任意選定的存儲(chǔ)單元。 RAM分為分為靜態(tài)靜態(tài)RAM和和動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAM； 靜態(tài)靜態(tài)RAM又分為又分為雙極型雙極型和和MOS型型。 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 6.3 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 RAM結(jié)構(gòu)框圖結(jié)構(gòu)框圖 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 輸入：地址輸入、控制輸入、數(shù)據(jù)輸入輸入：地址輸入、控制輸入、數(shù)據(jù)輸入 輸出：數(shù)據(jù)輸出輸出：數(shù)據(jù)輸出 集成集成RAM簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 Intel公司的公司的MOS型靜態(tài)型靜態(tài)2114（10244位位）的結(jié)構(gòu)圖。的結(jié)構(gòu)圖。 行地行地 址譯址譯 碼器碼器 6464 存儲(chǔ)矩

30、陣存儲(chǔ)矩陣 I/O電路電路 列地址譯碼器列地址譯碼器 讀寫控制讀寫控制 A6A7A8A9 A0 A1 A2 A3 A4 A5 X0 X63 B0B63 Y0Y15 CS R/W D0 D1 D2 D3 0 CS 0/ WR 執(zhí)行寫操作執(zhí)行寫操作 0 CS 1/ WR 執(zhí)行讀操作執(zhí)行讀操作 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 1. 靜態(tài)靜態(tài)RAM存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元 設(shè)設(shè)T1導(dǎo)通、導(dǎo)通、T2截止，則截止，則Q=0，Q=1 且由反饋線互相維持狀態(tài)且由反饋線互相維持狀態(tài) 數(shù)據(jù)存于數(shù)據(jù)存于Q、Q處處 T1截止、截止、T2導(dǎo)通，則導(dǎo)通，則Q=1，Q=0 且由反饋線互相

31、維持狀態(tài)且由反饋線互相維持狀態(tài) T1、T2交叉反饋連接構(gòu)成觸發(fā)器交叉反饋連接構(gòu)成觸發(fā)器 0V 1.4V1.4V l字線發(fā)射極有電流流出字線發(fā)射極有電流流出 l位線發(fā)射極無(wú)電流位線發(fā)射極無(wú)電流 l存儲(chǔ)單元與位線隔離存儲(chǔ)單元與位線隔離 字線接字線接0V，位線接，位線接1.4V 以以Q=1，Q=0為例為例 T2導(dǎo)通，導(dǎo)通，T1截止，電流截止，電流 經(jīng)經(jīng)T2發(fā)射極發(fā)射極(字線字線)流出流出 存儲(chǔ)狀態(tài)（保持狀態(tài)，不讀不寫時(shí)）存儲(chǔ)狀態(tài)（保持狀態(tài)，不讀不寫時(shí)） 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 讀操作讀操作 3V 1.4V1.4V l字線無(wú)電流字線無(wú)電流 流出電流經(jīng)讀出放大器放大，變成高低電平電壓信號(hào)流

32、出電流經(jīng)讀出放大器放大，變成高低電平電壓信號(hào) 字線接字線接3V，位線接，位線接1.4V l若若Q=1，Q=0，則，則T2導(dǎo)導(dǎo) 通，通，T1截止，位線截止，位線D有有 電流流出電流流出 l若若Q=0，Q=1，則，則T1 導(dǎo)通，導(dǎo)通，T2截止，位線截止，位線 D有電流流出有電流流出 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 寫操作寫操作 3V “1”“0” “1” “0” 以寫1為例 0V 1.4V1.4V 1 0 字線接字線接3V，位線，位線D接接1，D接接0 l 寫入脈沖過(guò)后觸發(fā)器維持狀態(tài)寫入脈沖過(guò)后觸發(fā)器維持狀態(tài) 不變，不變，T2導(dǎo)通，導(dǎo)通，T1截止，電流截止，電流 從字線流出從字線流出 l T

33、2導(dǎo)通，導(dǎo)通，T1截止，觸發(fā)器置截止，觸發(fā)器置1， Q=1 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 2. 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAM存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元 靜態(tài)靜態(tài)RAM的缺點(diǎn)：的缺點(diǎn)：管子多，功耗大，集成度低管子多，功耗大，集成度低 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：速度快，使用方便（不用刷新）速度快，使用方便（不用刷新） 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAM利用利用MOS管柵極電容的管柵極電容的電荷存儲(chǔ)效應(yīng)電荷存儲(chǔ)效應(yīng)存存 儲(chǔ)信息，需要定期給電容補(bǔ)充電荷，即儲(chǔ)信息，需要定期給電容補(bǔ)充電荷，即刷新刷新。 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)MOS存儲(chǔ)單元電路主要是三管和單管結(jié)構(gòu)。存儲(chǔ)單元電路主要是三管和單管結(jié)構(gòu)。 以三管電路為例介紹以三管電路為例介紹 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體

34、存儲(chǔ)器 三管動(dòng)態(tài)三管動(dòng)態(tài)MOS存儲(chǔ)單元如存儲(chǔ)單元如 圖所示。圖所示。 T2為存儲(chǔ)管，為存儲(chǔ)管，T3為讀門控為讀門控 管，管，T1為寫門控管為寫門控管 T4為同一列公用的預(yù)充電管為同一列公用的預(yù)充電管。 數(shù)碼以電荷的形式存儲(chǔ)在數(shù)碼以電荷的形式存儲(chǔ)在 T2管的柵極電容管的柵極電容C中，中，C上上 的電壓控制的電壓控制T2管的狀態(tài)。管的狀態(tài)。 V DD T 4 預(yù)充預(yù)充 T 3 讀選擇線讀選擇線 T 2 讀讀 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 線線 寫寫 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 線線 T 1 C D C 寫選擇線寫選擇線 圖圖 6 - 12 三管動(dòng)態(tài)三管動(dòng)態(tài) MOS存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元 V DD T 4 預(yù)充預(yù)充 T 3 讀選擇線讀選擇

35、線 T 2 讀讀 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 線線 寫寫 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 線線 T 1 C D C 寫選擇線寫選擇線 圖圖 6 - 12 三管動(dòng)態(tài)三管動(dòng)態(tài) 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 2. 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAM存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元 讀出數(shù)據(jù)：讀出數(shù)據(jù)：輸入預(yù)充電脈沖，輸入預(yù)充電脈沖，T4通，通， CD充電到充電到VDD，讀數(shù)據(jù)線置，讀數(shù)據(jù)線置1。 當(dāng)讀選擇線置當(dāng)讀選擇線置1時(shí)時(shí) 若若C上原來(lái)有電荷，上原來(lái)有電荷，T2、T3通，通，CD放放 電，讀數(shù)據(jù)線為電，讀數(shù)據(jù)線為0 ，反碼輸出。，反碼輸出。 若若C上沒電荷，上沒電荷，T2止，止，CD無(wú)放電回路，無(wú)放電回路， 讀數(shù)據(jù)線為讀數(shù)據(jù)線為1。經(jīng)讀放大器放大并反相經(jīng)讀放

36、大器放大并反相 后輸出即為讀出數(shù)據(jù)。后輸出即為讀出數(shù)據(jù)。 V DD T4 預(yù)充預(yù)充 T3 讀選擇線讀選擇線 T2 讀讀 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 線線 寫寫 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 線線 T1 CD C 寫選擇線寫選擇線 圖圖6- 12 三管動(dòng)態(tài)三管動(dòng)態(tài) MOS存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元 V DD T4 預(yù)充預(yù)充 T3 讀選擇線讀選擇線 T2 讀讀 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 線線 寫寫 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 線線 T1 CD C 寫選擇線寫選擇線 圖圖6- 12 三管動(dòng)態(tài)三管動(dòng)態(tài) MOS存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 2. 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAM存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元 寫入數(shù)據(jù)：寫入數(shù)據(jù)：令寫選擇線令寫選擇線 為高電平，為高電平，T1導(dǎo)通；導(dǎo)

37、通； 當(dāng)寫入當(dāng)寫入1時(shí)，數(shù)據(jù)線為高時(shí)，數(shù)據(jù)線為高 電平，通過(guò)電平，通過(guò)T1對(duì)對(duì)C充電，充電，1 信號(hào)便存到信號(hào)便存到C上。上。 V DD T 4 預(yù)充預(yù)充 T 3 讀選擇線讀選擇線 T 2 讀讀 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 線線 寫寫 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 線線 T 1 C D C 寫選擇線寫選擇線 V DD T 4 預(yù)充預(yù)充 T 3 讀選擇線讀選擇線 T 2 讀讀 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 線線 寫寫 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 線線 T 1 C D C 寫選擇線寫選擇線 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 2. 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAM存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元 三管電路的讀、寫選擇三管電路的讀、寫選擇 線和數(shù)據(jù)線是分開的，線和數(shù)據(jù)線是分開的， 刷新操作刷新操作

38、需要通過(guò)外圍需要通過(guò)外圍 電路控制，所以電路比較電路控制，所以電路比較 復(fù)雜，存儲(chǔ)單元與外圍電復(fù)雜，存儲(chǔ)單元與外圍電 路的連線也較多。路的連線也較多。 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 V DD T 4 預(yù)充預(yù)充 T 3 讀選擇線讀選擇線 T 2 讀讀 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 線線 寫寫 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 線線 T 1 C D C 寫選擇線寫選擇線 V DD T 4 預(yù)充預(yù)充 T 3 讀選擇線讀選擇線 T 2 讀讀 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 線線 寫寫 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 線線 T 1 C D C 寫選擇線寫選擇線 2. 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)RAM存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)單元 6.4 RAM的擴(kuò)展的擴(kuò)展 RAM的種類很多，存儲(chǔ)容量有大有小。當(dāng)一片的種類

39、很多，存儲(chǔ)容量有大有小。當(dāng)一片 RAM不能滿足存儲(chǔ)容量需要時(shí)，就需要將若干片不能滿足存儲(chǔ)容量需要時(shí)，就需要將若干片 RAM組合起來(lái)，構(gòu)成滿足存儲(chǔ)容量要求的存儲(chǔ)器。組合起來(lái)，構(gòu)成滿足存儲(chǔ)容量要求的存儲(chǔ)器。 RAM的擴(kuò)展分為的擴(kuò)展分為位擴(kuò)展位擴(kuò)展和和字?jǐn)U展字?jǐn)U展兩種。兩種。 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 6.4 RAM的擴(kuò)展的擴(kuò)展 位擴(kuò)展位擴(kuò)展 字?jǐn)?shù)滿足要求，而位數(shù)不夠時(shí)，應(yīng)采用位擴(kuò)展。字?jǐn)?shù)滿足要求，而位數(shù)不夠時(shí)，應(yīng)采用位擴(kuò)展。 實(shí)現(xiàn)位擴(kuò)展的實(shí)現(xiàn)位擴(kuò)展的原則原則是：是： 多個(gè)單片多個(gè)單片RAM的的I/O端并行輸出端并行輸出。 多個(gè)多個(gè)RAM的的CS接到一起接到一起，作為，作為RAM的片選端

40、（同時(shí)被的片選端（同時(shí)被 選中）；選中）； 地址端對(duì)應(yīng)接到一起地址端對(duì)應(yīng)接到一起，作為，作為RAM的地址輸入端。的地址輸入端。 多個(gè)單片多個(gè)單片RAM的的R/W端接到一起端接到一起，作為，作為RAM的讀的讀/寫控寫控 制端（讀制端（讀/寫控制端只能有一個(gè)）；寫控制端只能有一個(gè)）； 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 6.4 RAM的擴(kuò)展的擴(kuò)展 位擴(kuò)展位擴(kuò)展 圖圖6-15 RAM位擴(kuò)展接線圖位擴(kuò)展接線圖 CS R/W A0 A1 A7 I/O1I/O2I/O3I/O4 CS 2561位位RAM (1) A0 A1A7R/WCS 2561位位RAM (2) A0 A1A7R/WCS 2561位位RAM (3) A0 A1A7 R/W 2561位位RAM (4) A0 A1A7 R/WCS 第第6章章 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 6.4 RAM的擴(kuò)展的擴(kuò)展 字?jǐn)U展字?jǐn)U展 在在RAM的數(shù)據(jù)位的位數(shù)足夠，而字?jǐn)?shù)達(dá)不的數(shù)據(jù)位的位數(shù)足夠，而字?jǐn)?shù)達(dá)不 到要求時(shí)，需要進(jìn)行字?jǐn)U展。到要求時(shí)，需要進(jìn)行字?jǐn)U展。 字?jǐn)?shù)增加，地址線數(shù)相應(yīng)增加。字?jǐn)?shù)增加，地址線數(shù)相應(yīng)增加。 例：例：25