第10讲半导体存储器及其应用PPT讲稿.ppt

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1、第10讲半导体存储器及其应用第1页，共34页，编辑于2022年，星期日10.1 概述概述1.存储器的构造特点存储器的构造特点 （1）数目庞大与管脚有限数目庞大与管脚有限 （2）分组技术分组技术 （3）地址译码技术地址译码技术 （4）共享通道技术共享通道技术功能：存储大量二进制信息的半导体器件。存储大量二进制信息的半导体器件。存储器存储器第2页，共34页，编辑于2022年，星期日2.存储器的分类存储器的分类按存按存/取功能分取功能分 只读存储器只读存储器(ROM)随机存储器随机存储器(RAM)SRAMDRAM 按制造工艺分按制造工艺分 双极型双极型MOS型型UVEPROME2PROM快闪存储器快

2、闪存储器（FLASH）掩模掩模ROM PROM EPROM存储器存储器第3页，共34页，编辑于2022年，星期日3.存储器的主要技术指标存储器的主要技术指标（1）存储容量：）存储容量：所存放信息的多少，用所存放信息的多少，用Bit表示表示 字节数字节数 位数位数 如：如：2764 8K 8位位（2）存储时间：）存储时间：用读（写）周期表示用读（写）周期表示存储器存储器第4页，共34页，编辑于2022年，星期日10.2 只读存储器只读存储器ROM定义：定义：只读存储器ROM （ReadOnly memory）是存储固定信息固定信息的存储器件，即先把信息和数据写入到存储器中，在正常工作时它存储的数

3、据是固定不变的，只能读出，不能迅速写入，故称为只读存储器。特点特点：掉电后存储的数据不会丢失。存储器存储器第5页，共34页，编辑于2022年，星期日1.掩模只读存储器掩模只读存储器 (1)ROM的电路结构的电路结构 包含包含:存储矩阵存储矩阵、地址译码器地址译码器和和输出缓冲器输出缓冲器三个部分三个部分.既有既有缓冲作用缓冲作用，又可以提供不同的输出结，又可以提供不同的输出结 构，构，如如三态输出三态输出、OC输出输出等等存储器存储器第6页，共34页，编辑于2022年，星期日A A1 1 A A0 0D D3 3D D2 2D D1 1D D0 0(2)ROM电路的工作原理电路的工作原理0 0

4、0 00 10 11 01 01 11 10 1 0 10 1 0 11 0 1 11 0 1 10 1 0 00 1 0 01 1 1 01 1 1 0地地址址线线4 4根字线根字线4 4根根位位线线容量：容量：容量：容量：4 4 4 4读出控制读出控制存储器存储器第7页，共34页，编辑于2022年，星期日特点：特点：特点：特点：（1 1）出厂时相当于所有单元都存入）出厂时相当于所有单元都存入“1”1”；（2 2）写入数据时，用高编程电压将存）写入数据时，用高编程电压将存“0”0”单元的熔丝烧断；单元的熔丝烧断；（3 3）一经写入，不可再次更改，）一经写入，不可再次更改，是是OTPOTP（O

5、NE TIME PROGRAMINGONE TIME PROGRAMING）器件。）器件。2.2.可编程只读存储器可编程只读存储器(PROM)(PROM)字线位线位线熔丝熔丝存储器存储器第8页，共34页，编辑于2022年，星期日2.PROM2.PROM 容量：容量：容量：容量：1616 8 8存储器存储器第9页，共34页，编辑于2022年，星期日3.可擦除的可编程可擦除的可编程ROM EPROM UVEPROME2PROM快闪存储器（快闪存储器（FLASH）存储器存储器第10页，共34页，编辑于2022年，星期日（1 1）UVEPROMUVEPROMn n 存储器件为叠栅注入存储器件为叠栅注入

6、存储器件为叠栅注入存储器件为叠栅注入MOSMOS管：有控制栅和浮置栅的增强型管：有控制栅和浮置栅的增强型管：有控制栅和浮置栅的增强型管：有控制栅和浮置栅的增强型NMOSNMOS管。管。管。管。n n 加较高的编程电压，在浮栅上雪崩注入负电荷的加较高的编程电压，在浮栅上雪崩注入负电荷的加较高的编程电压，在浮栅上雪崩注入负电荷的加较高的编程电压，在浮栅上雪崩注入负电荷的SIMOSSIMOS管相当于存管相当于存管相当于存管相当于存“1”1”；n n 编程结束后，用不透明胶带遮蔽石英板，以防止数据丢失；编程结束后，用不透明胶带遮蔽石英板，以防止数据丢失；编程结束后，用不透明胶带遮蔽石英板，以防止数据丢

7、失；编程结束后，用不透明胶带遮蔽石英板，以防止数据丢失；n n 用紫外线照射大概用紫外线照射大概用紫外线照射大概用紫外线照射大概10103030分钟后，分钟后，分钟后，分钟后，电荷泄放，电荷泄放，电荷泄放，电荷泄放，存储单元清存储单元清存储单元清存储单元清0 0。Uitra Violet Erasable Programmable Read Only Memory Uitra Violet Erasable Programmable Read Only Memory 浮置栅浮置栅控制栅控制栅V VDDDD字线字线字线字线位位位位线线线线存储器存储器第11页，共34页，编辑于2022年，星期日E

8、PROM2716EPROM2716的工作方式的工作方式工作方式工作方式引脚引脚读读维持维持编程编程编程禁止编程禁止编程检验编程检验CSCSOEOEV VPPPP数据输入数据输入/出出0 0 +5V 0 0 +5V 数据输出数据输出 1 1 +5V +5V 高阻浮置高阻浮置 0 10 1 +25V +25V 高阻浮置高阻浮置 0 0 +25V 0 0 +25V 数据输出数据输出 1 1 +25V +25V 数据输入数据输入 存储器存储器第12页，共34页，编辑于2022年，星期日EPROM2716EPROM2716的逻辑符号A A1010 A A9 9 A A8 8 A A7 7 A A6 6

9、A A5 5 A A4 4 A A3 3 A A2 2 A A1 1 A A0 0CSCSOEOED D7 7 D D6 6 D D5 5 D D4 4 D D3 3 D D2 2 D D1 1 D D0 0VppVppEPROM2716EPROM2716存储器存储器第13页，共34页，编辑于2022年，星期日（2 2）E E2 2PROMPROM浮置栅浮置栅控制栅控制栅隧道隧道n n 存储器件为叠栅隧道氧化层增强型存储器件为叠栅隧道氧化层增强型存储器件为叠栅隧道氧化层增强型存储器件为叠栅隧道氧化层增强型NMOSNMOS管。管。管。管。n Flotox有隧道区，在隧道效应作用下给浮栅注入负电荷

10、存有隧道区，在隧道效应作用下给浮栅注入负电荷存有隧道区，在隧道效应作用下给浮栅注入负电荷存有隧道区，在隧道效应作用下给浮栅注入负电荷存“1”1”；n n 在擦在擦在擦在擦/写时，需要加高压脉冲，擦除时间较长；写时，需要加高压脉冲，擦除时间较长；写时，需要加高压脉冲，擦除时间较长；写时，需要加高压脉冲，擦除时间较长；Electrically Erasable Programmable Read Only Memory Electrically Erasable Programmable Read Only Memory 字线字线Wi Wi 5V5V位位位位线线线线BjBjGcGc3V3V读出状态

11、读出状态存储器存储器第14页，共34页，编辑于2022年，星期日工作方式工作方式引脚引脚读读维持维持编程编程编程禁止编程禁止编程检验编程检验CSCSOEOEV VPPPP数据输入数据输入/出出PGMPGMEEPROM2864EEPROM2864的工作方式的工作方式0 0 Vcc 1 0 0 Vcc 1 数据输出数据输出 1 1 Vcc Vcc 高阻浮置高阻浮置 1 1 +5V +5V 高阻浮置高阻浮置 0 0 +5V 1 0 0 +5V 1 数据输出数据输出 0 10 1 +5V 0 +5V 0 数据输入数据输入 存储器存储器第15页，共34页，编辑于2022年，星期日EEPROM2864EE

12、PROM2864的逻辑符号的逻辑符号A A1212 A A1111A A1010A A9 9A A8 8 A A7 7 A A6 6 A A5 5 A A4 4 A A3 3 A A2 2 A A1 1 A A0 0CSCSOEOED D7 7 D D6 6 D D5 5 D D4 4 D D3 3 D D2 2 D D1 1 D D0 0VppVppEPROM2864EPROM2864PGMPGM存储器存储器第16页，共34页，编辑于2022年，星期日（3）快闪存储器）快闪存储器n n 存储器件为叠栅增强型存储器件为叠栅增强型存储器件为叠栅增强型存储器件为叠栅增强型NMOSNMOS管。管。管

13、。管。n n 利用雪崩效应给浮栅注入负电荷，叠栅利用雪崩效应给浮栅注入负电荷，叠栅利用雪崩效应给浮栅注入负电荷，叠栅利用雪崩效应给浮栅注入负电荷，叠栅MOSMOS管截止，存管截止，存管截止，存管截止，存“1”1”；n n 利用隧道效应擦除，全部单元可同时擦除且耗时短；利用隧道效应擦除，全部单元可同时擦除且耗时短；利用隧道效应擦除，全部单元可同时擦除且耗时短；利用隧道效应擦除，全部单元可同时擦除且耗时短；Flash Memory Flash Memory 浮置栅浮置栅控制栅控制栅隧道隧道字线字线WiWi位位线线BjBjGcGcVssVss存储器存储器第17页，共34页，编辑于2022年，星期日n

14、可读可写n读写方便n所存储信息会因断电而丢失用途用途特点特点常用来存放一些采样值、运算的中间 结果，数据暂存、缓冲和标志位等。10.3 随机存取器随机存取器存储器存储器第18页，共34页，编辑于2022年，星期日.静态随机存储器静态随机存储器(SRAM)由由存储矩阵存储矩阵、地址译码器地址译码器和和读写控制电路读写控制电路三部分组成三部分组成。行数行数行数行数列数列数列数列数字数字数字数字数存储器存储器第19页，共34页，编辑于2022年，星期日（1）存储矩阵）存储矩阵 每个存储单元能存放一位二值信息。每个存储单元能存放一位二值信息。存储器的容量是指存储单元的数目。存储器的容量是指存储单元的数

15、目。存储容量存储容量=(行数行数 列数列数)位数位数=字数字数 位数位数（2）地址译码）地址译码 RAM由若干由若干字字和和位位组成。通常信息的读出和写入组成。通常信息的读出和写入是以字为单位进行的。是以字为单位进行的。为了区分不同的字，将存放同一个字的各个存储单元为了区分不同的字，将存放同一个字的各个存储单元编为一组，并赋予一个号码，称为地址。编为一组，并赋予一个号码，称为地址。.静态随机存储器静态随机存储器(SRAM)存储器存储器第20页，共34页，编辑于2022年，星期日（六管六管NMOS静态存储单元）静态存储单元）SRAM的静态存储单元的静态存储单元静态存储单元静态存储单元=触发器触发

16、器+控制电路控制电路存存储储电电路路读读/写写控制控制电电路路存储器存储器第21页，共34页，编辑于2022年，星期日例：例：例：例：1K1K 4 4RAMRAM存储器存储器第22页，共34页，编辑于2022年，星期日工作方式工作方式引脚引脚写入写入读出读出低功耗维持低功耗维持CSCSOEOE功能功能W/RW/RSRAM6116SRAM6116的工作方式的工作方式0 0 1 0 0 1 数据存入数据存入 0 1 0 0 1 0 数据输出数据输出1 1 D Di i 高阻浮置高阻浮置 存储器存储器第23页，共34页，编辑于2022年，星期日SRAM6116逻辑符号A A1010 A A9 9 A

17、 A8 8 A A7 7 A A6 6 A A5 5 A A4 4 A A3 3 A A2 2 A A1 1 A A0 0CSCSOEOED D7 7 D D6 6 D D5 5 D D4 4 D D3 3 D D2 2 D D1 1 D D0 0SRAM6116SRAM6116W/RW/R存储器存储器第24页，共34页，编辑于2022年，星期日2.动态随机存储器动态随机存储器(DRAM)DRAM的动态存储单元的特点的动态存储单元的特点n利用利用MOS管栅极电容的电荷存储效应来组成动态存储器。管栅极电容的电荷存储效应来组成动态存储器。n栅极电容的容量很小栅极电容的容量很小(通常仅为几皮法通常仅

18、为几皮法)，漏电流又不可能绝对，漏电流又不可能绝对 等于零，所以电荷保存的时间有限等于零，所以电荷保存的时间有限。n为了及时补充漏掉的电荷以避免存储的信号丢失，为了及时补充漏掉的电荷以避免存储的信号丢失，必须定时地给栅极电容补充电荷必须定时地给栅极电容补充电荷-刷新或再生刷新或再生。存储器存储器第25页，共34页，编辑于2022年，星期日1）读操作程序）读操作程序n先加预充电脉冲，先加预充电脉冲，使使C0、C0充电至高电平充电至高电平n使使X、Y同时为高电平同时为高电平2）写操作程序：）写操作程序：使使X、Y同时为高电平同时为高电平 即可写入。即可写入。三管三管MOS动态存储单元动态存储单元存

19、储器存储器第26页，共34页，编辑于2022年，星期日DRAM整体结构框图整体结构框图特点：特点：1 1位输入，位输入，1 1位输出，地址分时输入；位输出，地址分时输入；集成度高，需要定时刷新。集成度高，需要定时刷新。选通选通128128行行选通选通256256列列选通行地选通行地址址选通行地选通行地址址存储器存储器第27页，共34页，编辑于2022年，星期日10.4 存储器的扩展存储器的扩展1.位扩展位扩展1 1）各片同时工作，各片地址相同；）各片同时工作，各片地址相同；2 2）每片出一位；）每片出一位；3 3）相应的地址线、控制线分别并联；）相应的地址线、控制线分别并联；例：用例：用8 8

20、片片10241024 1 1接成接成1024 1024 8 8位的位的RAMRAMA A9 9 A A1 1 A A0 0W/RW/RCSCSI/OI/O7 7I/OI/O0 0A A9 9 A A1 1 A A0 0CSCSI/OI/ORAM1024RAM1024 1 1W/RW/RA A9 9 A A1 1 A A0 0CSCSI/OI/ORAM1024RAM1024 1 1W/RW/R存储器存储器第28页，共34页，编辑于2022年，星期日2.2.字扩展字扩展字扩展字扩展1 1）各片）各片不不同时工作，同时工作，高位高位地址线经译码输出提供各片的选通信号；地址线经译码输出提供各片的选通信

21、号；2 2）相应的数据线、）相应的数据线、低位低位地址线、读地址线、读/写控制线分别并联；写控制线分别并联；例：用例：用4 4片片258258 8 8接成接成1024 1024 8 8位的位的RAMRAMA A7 7 A A1 1 A A0 0W/RW/RI/OI/O7 7 I/OI/O0 0A A7 7 A A1 1 A A0 0CSCSI/OI/O0 0 I/O I/O7 7 RAM256RAM256 8(1)8(1)W/RW/RA A7 7 A A1 1 A A0 0CSCSRAM256RAM256 8(4)8(4)W/RW/RI/OI/O0 0 I/O I/O7 7 A A9 9A A

22、8 8Y Y0 0 Y Y1 1 Y Y2 2Y Y3 3A A1 1A A0 02/42/4线译码器线译码器(1)(1)CSCS(2)(2)CSCS(3)(3)CSCS(4)(4)CSCS存储器存储器第29页，共34页，编辑于2022年，星期日10.5 存储器的应用存储器的应用 思路：思路：（1）存储器的译码器输出包含了）存储器的译码器输出包含了 输入地址变量全部的最小项输入地址变量全部的最小项;（2）存储器数据输出又都是若干个最小项之和）存储器数据输出又都是若干个最小项之和;（3）而任何的组合逻辑函数可用）而任何的组合逻辑函数可用 输入逻辑变量的最小项之和表示。输入逻辑变量的最小项之和表示

23、。推论：推论：n位输入地址、位输入地址、m位数据输出的存储器可以位数据输出的存储器可以 设计一组设计一组(最多为最多为m个个)任何形式的任何形式的n输入输入 逻辑变量组合逻辑函数逻辑变量组合逻辑函数存储器存储器第30页，共34页，编辑于2022年，星期日 方法：方法：只要根据函数的形式向存储器写入相应的数据即可。只要根据函数的形式向存储器写入相应的数据即可。步骤：步骤：（1）根据输入变量数和输出端个数确定存储器的类型；）根据输入变量数和输出端个数确定存储器的类型；（2）将函数化为最小项之和的形式）将函数化为最小项之和的形式 （列出函数的真值表）；（列出函数的真值表）；（3）列出函数的数据表；）

24、列出函数的数据表；（4）画出相应的电路的结点图（编程写入数据）。画出相应的电路的结点图（编程写入数据）。存储器存储器第31页，共34页，编辑于2022年，星期日【ROMROM应用举例应用举例应用举例应用举例】用用ROMROM设计一个组合电路设计一个组合电路 试列出试列出ROMROM的数据表，画出存储矩阵的点阵图。的数据表，画出存储矩阵的点阵图。解：第32页，共34页，编辑于2022年，星期日ABCDY1Y2Y3Y4A3A2A1A0W0 W1 W2 W3 W4 W5 W6 W7 W8 W9 W10 W11 W12 W13 W14 W15地地 址址 译译 码码 器器D0D1D2D3【ROMROM应

25、用举例应用举例应用举例应用举例】存储矩阵的点阵图存储矩阵的点阵图存储矩阵的点阵图存储矩阵的点阵图第33页，共34页，编辑于2022年，星期日【ROMROM应用举例应用举例应用举例应用举例】ROMROM数数数数据据据据表表表表A3A2A1A0A B C DY4Y3Y2Y1D3 D2 D1 D0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0A3A2A1A0Y4Y3Y2Y1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1第34页，共34页，编辑于2022年，星期日