數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)第07章

第七章半導(dǎo)體存儲(chǔ)器第七章半導(dǎo)體存儲(chǔ)器7.1概述能存儲(chǔ)大量二值信息的器件一、一般結(jié)構(gòu)形式輸入/出電路I/O輸入/出控制1單元數(shù)龐大2輸入/輸出引腳數(shù)目有限二、分類(lèi)1、從存/取功能分：①只讀存儲(chǔ)器(Read-Only-Memory）②隨機(jī)讀/寫(xiě)（Random-Access-Memory）2、從工藝分：①雙極型②MOS型7.2ROM7.2.1掩模ROM一、結(jié)構(gòu)二、舉例地址數(shù)據(jù)A1A0D3D2D1D0000101011011100100111110A0~An-1W0W(2n-1)D0Dm交點(diǎn)有二極管表示存1，沒(méi)有表示存0。輸出信號(hào)表達(dá)式與門(mén)陣列輸出表達(dá)式：或門(mén)陣列輸出表達(dá)式：兩個(gè)概念：存儲(chǔ)矩陣的每個(gè)交叉點(diǎn)是一個(gè)“存儲(chǔ)單元”，存儲(chǔ)單元中有器件存入“1”，無(wú)器件存入“0”存儲(chǔ)器的容量：“字?jǐn)?shù)×位數(shù)”掩模ROM的特點(diǎn)：出廠(chǎng)時(shí)已經(jīng)固定，不能更改，適合大量生產(chǎn)簡(jiǎn)單，便宜，非易失性7.2.2可編程ROM（PROM）總體結(jié)構(gòu)與掩模ROM一樣，但存儲(chǔ)單元不同7.2.2可編程ROM（PROM）總體結(jié)構(gòu)與掩模ROM一樣，但存儲(chǔ)單元不同AW：寫(xiě)入放大器AR：讀出放大器寫(xiě)入時(shí)，要使用編程器。字線(xiàn)（D）接編程脈沖（20V），DZ導(dǎo)通，AW輸出低，輸出低電平，使熔絲熔斷。讀出時(shí)，AR輸出的高電平不足以使DZ導(dǎo)通。7.2.3可擦除的可編程ROM（EPROM）總體結(jié)構(gòu)與掩模ROM一樣，但存儲(chǔ)單元不同

EPROME2PROM一、用紫外線(xiàn)擦除的PROM（UVEPROM）輸入地址的高4位（A7~A4）加到行地址譯碼器上，從16行存儲(chǔ)單元中選出要讀的一行。輸入地址的低4位（A3~A0）加到列地址譯碼器上，再?gòu)倪x中的一行存儲(chǔ)單元中選出要讀的一位。SIMOS管二、電可擦除的可編程ROM（E2PROM）總體結(jié)構(gòu)與掩模ROM一樣，但存儲(chǔ)單元不同N溝道增強(qiáng)型控制珊浮置珊浮置珊與漏區(qū)之間有一個(gè)極薄的氧化層選通管(N管)，提高擦、寫(xiě)可靠性并保護(hù)隧道區(qū)的超薄氧化層存儲(chǔ)管讀出狀態(tài)擦除（寫(xiě)1）狀態(tài)寫(xiě)入（寫(xiě)0）狀態(tài)三、快閃存儲(chǔ)器（FlashMemory）為提高集成度，省去T2（選通管）改用疊柵MOS管（類(lèi)似SIMOS管）浮置珊與襯底之間有一個(gè)極薄的氧化層快閃存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元7.3隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM7.3.1靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（SRAM）一、結(jié)構(gòu)與工作原理輸入0，寫(xiě)操作；輸入1，讀操作。輸入0，正常工作；輸入1，輸出高阻。由許多存儲(chǔ)單元構(gòu)成1024×4位RAM2114結(jié)構(gòu)框圖行號(hào)列號(hào)64×64列地址譯碼器每次選中每行的4位A9一種簡(jiǎn)單的讀/寫(xiě)控制電路當(dāng)選片信號(hào)CS＝1時(shí)，G5、G4輸出為0，三態(tài)門(mén)G1、G2、G3均處于高阻狀態(tài)，輸入/輸出（I/O）端與存儲(chǔ)器內(nèi)部完全隔離，存儲(chǔ)器禁止讀/寫(xiě)操作，即不工作；當(dāng)CS＝0時(shí)，芯片被選通：當(dāng)＝1時(shí)，G5輸出高電平，G3被打開(kāi)，于是被選中的單元所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)出現(xiàn)在I/O端，存儲(chǔ)器執(zhí)行讀操作；當(dāng)＝0時(shí)，G4輸出高電平，G1、G2被打開(kāi)，此時(shí)加在I/O端的數(shù)據(jù)以互補(bǔ)的形式出現(xiàn)在內(nèi)部數(shù)據(jù)線(xiàn)上，存儲(chǔ)器執(zhí)行寫(xiě)操作。二、SRAM的存儲(chǔ)單元六管N溝道增強(qiáng)型MOS管T1、T2構(gòu)成反相器T3、T4構(gòu)成另一反相器T1～T4構(gòu)成RS鎖存器。T1導(dǎo)通、T3截止為0狀態(tài)，T3導(dǎo)通、T1截止為1狀態(tài)。

只有當(dāng)存儲(chǔ)單元所在的行、列對(duì)應(yīng)的Xi、Yi線(xiàn)均為1時(shí)，該單元才與數(shù)據(jù)線(xiàn)接通，才能對(duì)它進(jìn)行讀或?qū)?，這種情況稱(chēng)為選中狀態(tài)。

存儲(chǔ)單元所在的行和列同時(shí)被選中后，Xi=1，Yj=1，T5~T8均導(dǎo)通。Q和Bj相連，和相連。如＝0、＝1，則A1通，A2和A3截止，Q經(jīng)A送到I/O端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀出。如＝1、＝0，則A1截止，A2和A3通，I/O上的數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)單元。7.3.2*動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（DRAM） 動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元是利用MOS管柵極電容可以存儲(chǔ)電荷的原理四管、三管動(dòng)態(tài)MOS存儲(chǔ)單元：外圍控制電路簡(jiǎn)單，讀出信號(hào)較大，但存儲(chǔ)電路本身結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，不利于集成化。單管動(dòng)態(tài)MOS存儲(chǔ)單元：外圍控制電路較復(fù)雜，但存儲(chǔ)電路本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有利于集成化，目前廣為應(yīng)用。7.4存儲(chǔ)器容量的擴(kuò)展7.4.1位擴(kuò)展方式適用于每片RAM,ROM字?jǐn)?shù)夠用而位數(shù)不夠時(shí)接法：將各片的地址線(xiàn)、讀寫(xiě)線(xiàn)、片選線(xiàn)并聯(lián)即可例：用八片1024x1位→1024x8位的RAM7.4.2字?jǐn)U展方式適用于每片RAM,ROM位數(shù)夠用而字?jǐn)?shù)不夠時(shí)1024x8RAM例：用四片256x8位→1024x8位RAM000111011011101101111110000111011011101101111110另一種實(shí)現(xiàn)方法例2已知44位RAM如圖所示。將他們擴(kuò)展為88位RAM。求需要幾片44位RAM畫(huà)出電路圖7.5用存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)一、基本原理從ROM的數(shù)據(jù)表可見(jiàn)： 若以地址線(xiàn)為輸入變量，則數(shù)據(jù)線(xiàn)即為一組關(guān)于地址變量的邏輯函數(shù)地址數(shù)據(jù)A1A0D3D2D1D0000101011011100100111110A0~An-1W0W(2n-1)字線(xiàn)位線(xiàn)三態(tài)門(mén)每個(gè)輸出代碼稱(chēng)為一個(gè)“字”二、舉例

1.用ROM設(shè)計(jì)一個(gè)八段字符顯示的譯碼器2.用ROM產(chǎn)生如下一組多輸出邏輯函數(shù)ROM點(diǎn)陣圖例試用ROM構(gòu)成能實(shí)現(xiàn)函數(shù)y=x2的運(yùn)算表電路，x的取值范圍為0～15的正整數(shù)。解：(1)分析要求、設(shè)定變量自變量x的取值范圍為0～15的正整數(shù)，對(duì)應(yīng)的4位二進(jìn)制正整數(shù)，用B=B3B2B1B0表示。根據(jù)y=x2的運(yùn)算關(guān)系，可求出y的最大值是152＝225，可以用8位二進(jìn)制數(shù)Y=Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0表示。(2)列真值表—函數(shù)運(yùn)算表

B3

B2

B1

B0

Y7

Y6

Y5

Y4

Y3

Y2

Y1

Y0十進(jìn)制數(shù)0000000000000000100000001100100000010040011000010019010000010000160101000110012501100010010036011100110001491000010000006410010101000181101001100100100101101111001121110010010000144110110101001169111011000100196111111100001225(3)寫(xiě)標(biāo)準(zhǔn)與或表達(dá)式Y(jié)7=m12+m13+m14+m15Y6=m8+m9+m10+m11+m14+m15Y5=m6+m7+m10+m11+m13+m15Y4=m4+m5+m7+m9+m11+m12Y3=m3+m5+m11+m13Y2=m2+m6+m10+m14Y1=0Y0=m1+m3+m5+m7+m9+m11+m13+m15(4)畫(huà)ROM存儲(chǔ)矩陣節(jié)點(diǎn)連接圖

為做圖方便，可將ROM矩陣中的二極管用節(jié)點(diǎn)表示。常用ROM和RAM舉例標(biāo)準(zhǔn)28腳雙列直插EPROM27642K×8位靜態(tài)CMOSRAM6116編程時(shí)，PGM引腳接低電平，VPP引腳接高電平（編程電平+25V），數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)總線(xiàn)輸入。

本章小結(jié)1．半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)特別是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的重要組成部件，它可分為RAM和ROM兩大類(lèi)，絕大多數(shù)屬于MOS工藝制成的大規(guī)模數(shù)字集成電路。2．RAM是一種時(shí)序邏輯電路，具有記憶功能。其它存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)隨電源斷電而消失，因此是一種易失性的讀寫(xiě)存儲(chǔ)器。它包含有SRAM和DRAM兩種類(lèi)型，前者用觸發(fā)器記憶數(shù)據(jù)，后者靠MOS管柵極電容存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。因此，在不停電的情況下，SRAM的數(shù)據(jù)可以長(zhǎng)久保持，而DRAM則必需定期刷新。3．ROM是一種非易失性的存儲(chǔ)器，它存儲(chǔ)的是固定數(shù)據(jù)，一般只能被讀出。根據(jù)數(shù)據(jù)寫(xiě)入方式的不同，ROM又