第七章 半导体存储器(阎).ppt

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1、第七章第七章 半导体存储器半导体存储器第七章第七章 半导体存储器半导体存储器7.1 概述概述能存储大量二值信息的器件能存储大量二值信息的器件输输入入/出出电电路路I/OI/O输入输入/出出控制控制！单元数庞大！单元数庞大！输入！输入/出引脚数目有限出引脚数目有限一、一般结构形式一、一般结构形式主要技术指标：存取容量、存取速度主要技术指标：存取容量、存取速度二、分类二、分类1、从存、从存/取功能分：取功能分：RAM：在工作时既能从中读出（取出）信息，又能在工作时既能从中读出（取出）信息，又能随时写入（存入）信息，但断电后所存信息消失。随时写入（存入）信息，但断电后所存信息消失。ROM：在工作时只

2、能从中读出信息，不能写入信息，在工作时只能从中读出信息，不能写入信息，且断电后其所存信息仍能保持。且断电后其所存信息仍能保持。2、从工艺分：从工艺分：双极型双极型MOS型型只能改写一次。只能改写一次。7.2 ROM7.2.1 掩膜掩膜ROM一、结构一、结构二、举例二、举例地地 址址数数 据据A1A0D3D2D1D0000101011011100100111110两个概念：两个概念：存储矩阵的每个交叉点是一个存储矩阵的每个交叉点是一个“存储单元存储单元”，存，存储单元中有器件存入储单元中有器件存入“1”，无器件存入，无器件存入“0”存储器的容量：存储器的容量：“字数字数 x 位数位数”掩膜掩膜R

3、OM的特点：的特点：出厂时已经固定，不能更改，适合大量生产。出厂时已经固定，不能更改，适合大量生产。简单，便宜，非易失性。简单，便宜，非易失性。7.2.2 可编程ROM（PROM）总体结构与掩膜总体结构与掩膜ROM一样，但存储单元不同一样，但存储单元不同7.2.2 可编程ROM（PROM）总体结构与掩膜总体结构与掩膜ROM一样，但存储单元不同一样，但存储单元不同写入时，要使用编程器7.2.3 可擦除的可编程可擦除的可编程ROM（EPROM）总体结构与掩膜总体结构与掩膜ROM一样，但存储单元不一样，但存储单元不同同一、用紫外线擦除的一、用紫外线擦除的PROM（UVEPROM）二、电可擦除的可编程

4、二、电可擦除的可编程ROM（E2PROM）总体结构与掩膜总体结构与掩膜ROM一样，但存储单元不同一样，但存储单元不同三、快闪存储器（三、快闪存储器（Flash Memory）为提高集成度，省去为提高集成度，省去T2（选通管）选通管）改用叠栅改用叠栅MOS管（类似管（类似SIMOS管）管）7.3 RAM7.3.1 静态随机存储器（静态随机存储器（SRAM）一、结构与工作原理一、结构与工作原理二、二、SRAM的存储单元的存储单元六管六管N N沟道增强型沟道增强型MOSMOS管管六管六管CMOS静态存储单元静态存储单元双极型存储单元双极型存储单元+VccVcc位位位位线线线线B B位位位位线线线线B

5、 B字线字线字线字线X XT1T1T2T2在维持状态下，字线电平为在维持状态下，字线电平为在维持状态下，字线电平为在维持状态下，字线电平为0.3V,0.3V,低于位线电位低于位线电位低于位线电位低于位线电位1.1V,1.1V,与位线连接的与位线连接的与位线连接的与位线连接的两个发射结处于反偏状态，相当两个发射结处于反偏状态，相当两个发射结处于反偏状态，相当两个发射结处于反偏状态，相当于位线与存储单元断开。于位线与存储单元断开。于位线与存储单元断开。于位线与存储单元断开。T1T1、T2T2一个导通另一个截止。一个导通另一个截止。一个导通另一个截止。一个导通另一个截止。当单元被选中时，字线电位被提

6、当单元被选中时，字线电位被提当单元被选中时，字线电位被提当单元被选中时，字线电位被提高到高到高到高到2.2V2.2V，位线的电位低于字线，位线的电位低于字线，位线的电位低于字线，位线的电位低于字线，于是导通管的电流便转而从位线于是导通管的电流便转而从位线于是导通管的电流便转而从位线于是导通管的电流便转而从位线流出。流出。流出。流出。读出时，只要检测其中一根位线上有无电流即可。读出时，只要检测其中一根位线上有无电流即可。读出时，只要检测其中一根位线上有无电流即可。读出时，只要检测其中一根位线上有无电流即可。写入时，如写写入时，如写写入时，如写写入时，如写1 1时，写入电路使时，写入电路使时，写入

7、电路使时，写入电路使B=1B=1，B=0B=0，将位线，将位线，将位线，将位线B B切断，切断，切断，切断，迫使迫使迫使迫使T1T1截止、截止、截止、截止、T2T2导通，导通，导通，导通，T2T2的电流由位线的电流由位线的电流由位线的电流由位线B B流出。流出。流出。流出。四管动态存储单元四管动态存储单元T T1 1和和T T2 2管交叉耦合，信息管交叉耦合，信息存储在存储在C C1 1、C C2 2上。上。C C1 1、C C2 2上的电压控制上的电压控制T T1 1、T T2 2管子导通与截止。管子导通与截止。T T3 3、T T4 4是门控管，控制存储是门控管，控制存储单元与位线的连接。

8、单元与位线的连接。T T5 5、T T6 6组成对位线的预冲组成对位线的预冲电电路，并且为一列电电路，并且为一列中所有存储单元所公中所有存储单元所公用。在访问存储器开用。在访问存储器开始时，始时，T T5 5、T T6 6栅极上加栅极上加“预充预充”脉冲，脉冲，T T5 5、T T6 6导通，位线导通，位线B B与与B B被接被接到到V VDDDD而而变为高电平。变为高电平。当预冲脉冲消失后，当预冲脉冲消失后，T T5 5、T T6 6截止，位线与电源截止，位线与电源V VDDDD断开，但由于位线断开，但由于位线上分布电容的作用，上分布电容的作用，位线上的高电平可保位线上的高电平可保持一段时间

9、。持一段时间。动态存储单元是利用动态存储单元是利用MOS管栅极电容管栅极电容可以存储电荷的原理可以存储电荷的原理三管动态存储单元VDDVDDT4T4T3T3T2T2T1T1C CC CB B写写写写位位位位线线线线写字线写字线写字线写字线读字线读字线读字线读字线读读读读位位位位线线线线读时，先通过读时，先通过读时，先通过读时，先通过T4T4对对对对CBCB预充电，预充电，预充电，预充电，当当当当C C上有电荷时，上有电荷时，上有电荷时，上有电荷时，T2T2导通，导通，导通，导通，CBCB上的电荷通过上的电荷通过上的电荷通过上的电荷通过T2T2、T3T3放电，放电，放电，放电，位线为低电平；当位

10、线为低电平；当位线为低电平；当位线为低电平；当C C上无电荷上无电荷上无电荷上无电荷时，时，时，时，T2T2截止，截止，截止，截止，CBCB没有放电回没有放电回没有放电回没有放电回路，位线为高电平。路，位线为高电平。路，位线为高电平。路，位线为高电平。写时，写字线为高电平，数写时，写字线为高电平，数写时，写字线为高电平，数写时，写字线为高电平，数据通过据通过据通过据通过T1T1对对对对C C充电或放电。充电或放电。充电或放电。充电或放电。信息存储在信息存储在信息存储在信息存储在C C上。上。上。上。刷新，在进行读时，将刷新，在进行读时，将刷新，在进行读时，将刷新，在进行读时，将C C中信息取至

11、读位线上，经一反向中信息取至读位线上，经一反向中信息取至读位线上，经一反向中信息取至读位线上，经一反向器送至写位线，然后再进行写。器送至写位线，然后再进行写。器送至写位线，然后再进行写。器送至写位线，然后再进行写。单管动态存储单元T1T1C CC CB B字线字线字线字线位位位位线线线线7.4 存储器容量的扩展7.4.1 位扩展方式位扩展方式适用于每片适用于每片RAM,ROM字数够用而位数不够时字数够用而位数不够时接法：将各片的地址线、读写线、片选线并联即可接法：将各片的地址线、读写线、片选线并联即可例：用八片例：用八片1024 x 11024 x 1位位 1024 x 81024 x 8位的

12、位的RAMRAM7.4.2 字扩展方式字扩展方式适用于每片适用于每片RAM,ROM位数够用而字数不够时位数够用而字数不够时1024 x 8RAM例：用四片例：用四片256 x 8256 x 8位位1024 x 81024 x 8位位 RAMRAM0001110110111011011111107.5 用存储器实现组合逻辑函数用存储器实现组合逻辑函数一、基本原理一、基本原理从从ROM的数据表可见：的数据表可见：若以地址线为输入变量，则数据线即为一组关于若以地址线为输入变量，则数据线即为一组关于地址变量的逻辑函数地址变量的逻辑函数地地 址址数数 据据A1A0D3D2D1D0000101011011100100111110A0An-1W0W(2n-1)地地 址址数数 据据A1A0D3D2D1D0000101011011100100111110二、举例