第5章 半导体存储器与可编程器件.ppt

第5章 半导体存储器与可编程器件 5.1 半导体存储器 5.2 可编程器件 5.1 半导体存储器 存储器是用来存放信息的器件。根据存储器使用介质的不同，存储器可分为磁介质存储器、半导体介质存储器、光介质存储器。 半导体存储器是能够存储大量二值信息的半导体器件，是许多数字系统的重要组成部分。它是一种通用型大规模集成电路，具有容量大、存取速度快、耗电低、体积小、使用寿命长等优点。 根据存取信息方式的不同，半导体存储器可分为只读存储器（Read Only Memory，简称ROM）和随机存储器（Random Access Memory，简称RAM）。 根据制造工艺和材料的不同，存储器分为双极型和MOS型。 衡量半导体存储器性能的指标有存储容量和存取时间。存储容量用存储的字数和每个字所含位数的乘积表示；存取时间则用存储器工作速度的快慢来反映。 5.1.1 只读存储器ROM 只读存储器的特点是只能读出、不能写入。ROM中的内容一般在产品出厂前由生产厂家写入并存储，不能使用简单的方法将其内容修改。ROM分为以下几类: 1.掩模ROM 掩模ROM是采用掩模工艺制成的ROM。由存储矩阵、地址译码器、输出缓冲器三部分组成。电路结构如下： 存储器的存储容量是该存储器的基本存储电路数，由字线与位线的数目共同决定。存储容量=字数×位数。 下图是一个存储容量为4×4位（4个存储单元，每个存储单元4位）的只读存储器结构图。 2．可编程ROM 以双极型PROM为例，它有两种结构：熔丝烧断型PROM和PN结击穿型PROM。 下图为熔丝烧断型PROM存储单元原理图，由三极管和熔丝组成。在写入数据时只需将要存入0的存储单元上的熔丝烧断即可。 3．可擦除的可编程ROM 即EPROM，可以对存储的数据擦除重写，重新进行编程。根据投入使用的先后顺序，EPROM可分为：紫外线擦除的可编程ROM（Ultra Violet Erasable Programmable ROM，简称UVEPROM）、电可擦除的可编程ROM（Electrically Erasable Programmable ROM，简称EEPROM或E2PROM）。 从结构上讲，UVEPROM与PROM基本一样，只是存储单元结构不同。UVEPROM的存储单元早期使用了浮栅雪崩注入MOS管，现在的存储单元一般使用叠栅注入MOS管，是一种具有两个重叠栅极（控制栅Gc与浮置栅Gf）的N沟道增强型MOS管。 EEPROM的存储单元采用了浮栅隧道氧化层MOS管，存储单元的工作状态状态可以分为读出、写入、擦除三种。 快闪存储器具有结构简单、编程可靠、擦除快捷、集成度高的优点。 5.1.2 随机存储器RAM 随机存储器也称为随机读/写存储器，工作时可以随时从指定地址读出数据、或将数据写入指定存储单元中。RAM可以分为两类：静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）。SRAM由存储矩阵、地址译码器、读/写控制电路组成。 SRAM存储矩阵也由多个存储单元组成，一个单元存储一位数据。 地址译码器分为行地址译码器和列地址译码器。行地址译码器将部分输入地址译成一条字线上的有效输出信号，从存储矩阵中选择一行存储单元；其余输入地址代码加至列地址译码器，译成一条输出线上的有效电平，从选中的一行存储单元中再选择若干位，使其与输入/输出端接通，以便读写。 读/写控制电路对电路工作状态进行控制。大多数RAM利用一根控制线完成读/写控制，读/写控制信号 时，进行读出操作； 时，进行写入操作。此外，在读/写控制电路上设有片选信号端 。 ，RAM正常工作； ，输入/输出端处于高阻状态，不能进行读、写。 DRAM也是由存储矩阵、地址译码器、输入/输出电路组成。其中存储单元利用了MOS管栅极电容存储电荷的原理构成，而且每个存储单元连接的位线上接有灵敏恢复/读出放大器。 5.1.3 存储器容量的扩展 （1）位扩展 位扩展比较简单，只需将各片RAM的地址输入端、读写控制端 、片选信号端 分别并联即可。 （2）字扩展 字扩展的连接方法：即将芯片的数据端、读写控制端、地址输入端分别并联。而增加的地址线条数，则根据字扩展的倍数决定。如字数扩展2倍，则增加一条地址线；字数扩展4倍，则增加2条地址线，依次类推。 举例如下： 5.1.4 存储器实现组合逻辑函数 根据ROM的构成，具有n位地址输入、m位数据输出的ROM可以实现m个n变量的组合逻辑函数。 【例5．1】 利用ROM实现