半导体存储器和可编程逻辑器件精选PPT.ppt
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1、半导体存储器和可编程逻辑器件第1页,此课件共60页哦一一 RAM的基本结构的基本结构 由由存存储储矩矩阵阵、地地址址译译码码器器、读读写写控控制制器器、输输入入/输输出出控控制制、片片选控制等几部分组成。选控制等几部分组成。7.1 随机存取存储器随机存取存储器(RAM)第2页,此课件共60页哦 1.存储矩阵存储矩阵图图中中,1024个个字字排排列成列成3232的矩阵。的矩阵。为为了了存存取取方方便便,给给它它们编上号。们编上号。32行行编编号号为为X0、X1、X31,32列列编编号号为为Y0、Y1、Y31。这这样样每每一一个个存存储储单单元元都都有有了了一一个个固固定定的编号,称为地址的编号,
2、称为地址。第3页,此课件共60页哦2地地址址译译码码器器将将寄寄存存器器地地址址所所对对应应的的二二进进制制数数译译成成有有效效的的行行选选信信号号和和列列选选信信号号,从从而而选选中中该该存存储单元。储单元。采用双译码结构。采用双译码结构。行行地地址址译译码码器器:5输输入入32输输出出,输输入入为为A0、A1、A4,输输出出为为X0、X1、X31;列列地地址址译译码码器器:5输输入入32输输出出,输输入入为为A5、A6、A9,输输出出为为Y0、Y1、Y31,这样共有这样共有10条地址线。条地址线。例例如如,输输入入地地址址码码A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0=0000000001,
3、则则行行选选线线X11、列选线、列选线Y01,选中第,选中第X1行第行第Y0列的那个存储单元。列的那个存储单元。第4页,此课件共60页哦3 RAM的存储单元的存储单元六管六管NMOS静态存储单元静态存储单元只有当行、列选择只有当行、列选择线均为高电平时,线均为高电平时,该存储单元才会被该存储单元才会被选中。选中。第5页,此课件共60页哦三管动态存储单元数据存储在电容数据存储在电容C里,当电容充有足里,当电容充有足够的电荷时,为逻够的电荷时,为逻辑状态辑状态0。当有读数据时,可当有读数据时,可对该存储单元进行对该存储单元进行刷新。刷新。只要该行有读信号,只要该行有读信号,该行数据均可刷新。该行数
4、据均可刷新。第6页,此课件共60页哦静态RAM存储单元所用的管子多,功耗大,集成度受到影响,目前常用的是动态RAM。单管动态存储单元单管动态存储单元数据存储在数据存储在Cs中,中,T为为门控管,通过控制门控管,通过控制T的导的导通与截止,可以把数据通与截止,可以把数据从存储单元送至位线上从存储单元送至位线上或将位线上的数据写入或将位线上的数据写入到存储单元到存储单元。第7页,此课件共60页哦 4.片选及输入片选及输入/输出控制电路输出控制电路 当当选选片片信信号号CS1时时,G5、G4输输出出为为0,三三态态门门G1、G2、G3均均处处于于高高阻阻状状态态,输输入入/输输出出(I/O)端端与与
5、存存储储器器内内部部完完全全隔隔离离,存存储储器器禁禁止止读读/写写操操作作,即即不不工工作;作;当当CS0时时,芯芯片片被被选选通通:当当 1时时,G5输输出出高高电电平平,G3被被打打开开,于是被选中的单元所存储的数据出现在于是被选中的单元所存储的数据出现在I/O端,存储器执行读操作;端,存储器执行读操作;当当 0时时,G4输输出出高高电电平平,G1、G2被被打打开开,此此时时加加在在I/O端端的的数数据以互补的形式出现在内部数据线上,存储器执行写操作。据以互补的形式出现在内部数据线上,存储器执行写操作。第8页,此课件共60页哦读出操作过程如下:读出操作过程如下:(1)欲写入单元的地址加到
6、存储器的地址输入端;)欲写入单元的地址加到存储器的地址输入端;(2)加入有效的选片信号)加入有效的选片信号CS;(3)将待写入的数据加到数据输入端。)将待写入的数据加到数据输入端。(3)在)在 线上加低电平,进入写工作状态;线上加低电平,进入写工作状态;(4)让选片信号)让选片信号CS无效,无效,I/O端呈高阻态。端呈高阻态。二二.RAM的工作时序(以写入过程为例)的工作时序(以写入过程为例)第9页,此课件共60页哦三三 RAM的容量扩展的容量扩展1位扩展位扩展用用8片片1024(1K)1位位RAM构成的构成的10248位位RAM系统。系统。第10页,此课件共60页哦2字扩展字扩展用用8片片1
7、K8位位RAM构成的构成的8K8位位RAM。第11页,此课件共60页哦扩展后的存储器系统,它的地址空间有多大?扩展后的存储器系统,它的地址空间有多大?地址又是如何分配的?地址又是如何分配的?某RAM芯片存有2048个字,每个字长为8位,该芯片应有 个地址引脚,I/O引脚应有 个 11 8 第12页,此课件共60页哦四四.RAM的芯片简介的芯片简介(6116)(6116)61166116为为2K82K8位静态位静态CMOSRAMCMOSRAM芯片引脚排列图:芯片引脚排列图:A0A10是是地地址址码码输输入入端端,D0D7是是数据输出端,数据输出端,是选片端,是选片端,是输出使能端,是输出使能端,
8、是写入控制端。是写入控制端。第13页,此课件共60页哦(2)一一次次性性可可编编程程ROM(PROM)。出出厂厂时时,存存储储内内容容全全为为1(或或全全为为0),用用户户可可根根据据自自己己的的需需要要编编程程,但但只只能编程一次。能编程一次。7.2 只读存储器只读存储器(ROM)一一 ROM的分类的分类按照数据写入方式特点不同,按照数据写入方式特点不同,ROM可分为以下几种:可分为以下几种:(1)固固定定ROM(又又叫叫掩掩膜膜ROM)。厂厂家家把把数数据据写写入入存存储储器器中中,用户无法进行任何修改。用户无法进行任何修改。(3)光光可可擦擦除除可可编编程程ROM(EPROM)。采采用用
9、浮浮栅栅技技术术生生产产的的可可编编程程存存储储器器。其其内内容容可可通通过过紫紫外外线线照照射射而而被被擦擦除除,可多次编程。可多次编程。第14页,此课件共60页哦(5)快快闪闪存存储储器器(Flash Memory)。也也是是采采用用浮浮栅栅型型MOS管管,存存储储器器中中数数据据的的擦擦除除和和写写入入是是分分开开进进行行的的,数数据据写写入入方方式式与与EPROM相同,一般一只芯片可以擦除相同,一般一只芯片可以擦除/写入写入100次以上。次以上。(4)电电可可擦擦除除可可编编程程ROM(E2PROM)。也也是是采采用用浮浮栅栅技技术术生生产产的的可可编编程程ROM,但但是是构构成成其其
10、存存储储单单元元的的是是隧隧道道MOS管管,是是用用电电擦擦除除,并并且且擦擦除除的的速速度度要要快快的的多多(一一般般为为毫毫秒秒数数量量级级)。E2PROM的的电电擦擦除除过过程程就就是是改改写写过过程程,它它具具有有ROM的的非非易易失失性性,又又具具备备类类似似RAM的的功功能能,可可以以随随时时改改写写(可可重重复复擦擦写写1万次以上)。万次以上)。第15页,此课件共60页哦二、二极管阵列的掩膜二、二极管阵列的掩膜ROM 二极管存贮矩阵字地址译码器W0W1W2W3A1A0字线位线地址线输出三态门D3 D2 D1 D0数据线输出使能 OEA1A0 W3W2 W1 W0 D3D2D1D0
11、0 0 0 0 0 1 1 1 1 00 1 0 0 1 0 0 1 0 11 0 0 1 0 0 1 1 0 01 1 1 0 0 0 0 0 1 1每个单元所存数据每个单元所存数据第16页,此课件共60页哦PROM(熔丝式)电路原理(熔丝式)电路原理字线位线熔断丝第17页,此课件共60页哦(1)PLD的的逻辑表示方法逻辑表示方法固定连接固定连接编程连接编程连接不连接不连接熔丝熔丝第18页,此课件共60页哦(2)PLD的图形符号的图形符号缓冲门缓冲门AAA相当于相当于&1AAAABCY与门与门AY&BCABCY或门或门AY1BCABCY AY&B可编程连接可编程连接或不连接或不连接第19页,
12、此课件共60页哦PLD图形符号(续)图形符号(续)与或门与或门A B C DY多输入端或门画法多输入端或门画法多输入端与门画法多输入端与门画法第20页,此课件共60页哦门电路符号中美对照表&11&1=1与与或或非非与非与非或非或非异或异或第21页,此课件共60页哦清华大学电机系唐庆玉清华大学电机系唐庆玉2003年年11月月15日编日编三、三、PROM的内部结构及编程的内部结构及编程 AND阵列固定OR阵列可编程输出输入O2 O1 O0I2 I1 I0第22页,此课件共60页哦例例1 用用PROM实现半加器实现半加器半加器逻辑式半加器逻辑式F=AB+AB=A BC=ABF CA B 如何用如何用
13、PROM实现全加器?实现全加器?第23页,此课件共60页哦例例2 用用PROM实现三变量奇数校验电路实现三变量奇数校验电路A B CYABC Y0 0 0 00 0 1 10 1 0 10 1 1 01 0 0 11 0 1 01 1 0 01 1 1 1真值表真值表第24页,此课件共60页哦四、四、光可擦除可编程光可擦除可编程ROM(EPROM)EPROMEPROM是一种可以多次重复使用的ROM,其存储位结构如图6.8所示。它的每个存储位都制作一个管子,但与掩膜式ROM不同,其栅极G悬浮于高阻抗的SiO2层中,浮栅上有无电荷将决定管子是否导通,即该位状态是0还是1。编程时,在较高的编程电压V
14、pp的作用下,电荷可以感生进入浮栅。因SiO2的高阻抗,电荷一旦进入浮栅后可以保持十年以上。若要擦除已写入的数据,可用紫外光照射浮栅,使浮栅上的电荷获得足够的能量越过SiO2层逐渐泄放,回到初始状态。为便于紫外光线透入,EPROM一般都带有石英玻璃窗口。为避免阳光或其他光源中的紫外线对EPROM起作用,正常使用时,窗口上应该贴上一层不透明的保护膜。第25页,此课件共60页哦图图 6.8 EPROM6.8 EPROM存储位模型图存储位模型图EPROMEPROM是目前使用最广泛的一类ROM,甚至有些廉价的塑封EPROM根本就不制作石英玻璃窗口,目的是降低制作成本,不过这种EPROM只能编程一次。第
15、26页,此课件共60页哦EPROM举例举例2764第27页,此课件共60页哦五、电可改写只读存储器五、电可改写只读存储器E E2 2PROMPROM由于EPROM在擦除时必须用紫外线照射,因而给使用者带来不便。而E2PROM正是为克服这一缺点而出现的新型存储器。E2PROM的存储位结构与EPROM相似,但在浮栅与漏极间增加了一个隧道管,使电荷可以在浮栅与漏极之间双向流动,不再需要紫外线来激发,即编程和擦除均可用电来完成。E2PROM既能像EPROM那样长期保存信息,又能在在线情况下随时改写;既可单字节改写,又可全片擦除改写。第28页,此课件共60页哦六、六、ROM容量的扩展容量的扩展(1)字长
16、的扩展(位扩展)字长的扩展(位扩展)现有型号的现有型号的EPROM,输出多为,输出多为8位。位。下图是将两片下图是将两片2764扩展成扩展成8k16位位EPROM的连线图。的连线图。第29页,此课件共60页哦用用8片片2764扩展成扩展成64k8位的位的EPROM:(2)字数扩展(地址码扩展)字数扩展(地址码扩展)第30页,此课件共60页哦7.3可编程逻辑器件(PLD)PLDProgrammable Logic Devices 大规模集成电路,集成了大量的门电大规模集成电路,集成了大量的门电路和触发器,用户可编程构成所需电路。路和触发器,用户可编程构成所需电路。清华大学电机系唐庆玉清华大学电机
17、系唐庆玉2003年年11月月15日编日编优点:优点:(1)节省集成芯片的数量)节省集成芯片的数量节省电路板面积,节省电路板面积,节省电耗,减少产品体积,降低成本节省电耗,减少产品体积,降低成本(2)电路保密,不易被他人仿造)电路保密,不易被他人仿造第31页,此课件共60页哦清华大学电机系唐庆玉清华大学电机系唐庆玉2003年年11月月15日编日编PLD类型类型(1)PROM型型(Programmable ROM)(2)PLA型型(Programmable Logic Array 可编程逻辑阵列可编程逻辑阵列)(3)PAL型型(Programmable Array Logic可编程阵列逻辑)可编程
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