數(shù)字電路第7章2013課件

第七章半導體存儲器§7.1概述§7.2

只讀存儲器（ROM）§7.3隨機存儲器（RAM）§7.4存儲器容量的擴展§7.5用存儲器實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)學習要點：介紹各種半導體存儲器的工作原理和使用方法只讀存儲器(ROM、PROM、EPROM和快閃存儲器)隨機存儲器（DRAM、SRAM）存儲器容量的擴展及用存儲器設計組合邏輯電路的概念7.1概述

半導體存儲器是能存儲大量二值信息的半導體器件。從存、取功能上分為衡量存儲器性能的重要指標：存儲量和存取速度。只讀存儲器（ROM）優(yōu)點：電路結(jié)構(gòu)簡單，斷電后數(shù)據(jù)不丟失缺點：只適用于存儲固定數(shù)據(jù)的場合隨機存儲器（RAM）從制造工藝上分為雙極型MOS型——制作大容量的存儲器在正常工作狀態(tài)下只能從中讀取數(shù)據(jù)，不能快速地隨時修改或重新寫入數(shù)據(jù)在正常工作狀態(tài)下能隨時向存儲器寫入數(shù)據(jù)或讀出數(shù)據(jù)優(yōu)點：讀、寫方便，使用靈活。缺點：一旦停電，所存儲的數(shù)據(jù)將隨之消失。地址數(shù)據(jù)A1A0D3D2D1D00

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0字線與位線的每個交叉點都是一個存儲單元。交點處接有二極管相當于存1，沒接二極管時相當于存0。交點的數(shù)目=存儲單元數(shù)，存儲容量=(字數(shù))*(位數(shù))用二極管制作的ROM

地址線位線字線用MOS工藝制作的ROM用N溝道增強型MOS管代替二極管。字線與位線的每個交叉點處接有MOS管相當于存1，沒接MOS管時相當于存0。注：接有MOS管的位線由于MOS管導通為低電平，經(jīng)反相緩沖器輸出為高電平。7.2.2可編程只讀存儲器(PROM)①熔絲型PROM存儲單元②PN結(jié)擊穿法PROM存儲單元PROM的總體結(jié)構(gòu)與掩膜ROM一樣，只是在出廠時所有存儲單元都存入1或0。存儲1，熔斷后，存儲0。存儲0，擊穿后，存儲1。

用紫外線照射進行擦除的UVEPROM、用電信號擦除的E2PROM和快閃存儲器(FlashMemory)。一、EPROM(UVEPROM)7.2.3可擦除的可編程只讀存儲器(EPROM)EPROM與PROM的總體結(jié)構(gòu)形式?jīng)]有多大區(qū)別，EPROM中采用疊柵注入MOS管制作存儲單元。圖7.2.6SIMOS管的結(jié)構(gòu)和符號SIMOS控制柵GC用于控制讀出和寫入。浮置柵Gf用于長期保存注入電荷。1.浮置柵上未注入電荷以前，在控制柵上加入正常高電平電壓，能夠使漏—源之間產(chǎn)生導電溝道，SIMOS導通。2.浮置柵上注入負電荷以后，必須在控制柵上加入更高電壓才能抵消注入電荷的影響而形成導電溝道，因此在柵極加上正常的高電平信號時SIMOS不會導通。圖7.2.6SIMOS管的結(jié)構(gòu)和符號

浮柵上的電荷無放電通路，沒法泄漏。用紫外線照射芯片上的玻璃窗，則形成光電電流，把柵極電子帶回到多晶硅襯底，SIMOS管恢復到初始的導通狀態(tài)。二、E2PROM

前面研究的可擦寫存儲器的缺點是要擦除已存入的信息必須用紫外光照射一定的時間，因此不能用于快速改變儲存信息的場合，用隧道型儲存單元制成的存儲器克服了這一缺點，它稱為電可改寫只讀存儲器E2PROM，即電擦除、電編程的只讀存儲器。

它與疊柵型管的不同在于浮柵延長區(qū)與漏區(qū)N之間的交疊處有一個厚度約為80埃的薄絕緣層圖7.2.8Flotox管的結(jié)構(gòu)和符號圖7.2.9E2PROM的存儲單元三、閃速型存儲器（FlashMemory）

閃速存儲單元去掉了隧道型存儲單元的選擇管，它不像E2PROM那樣一次只能擦除一個字，而是可以用一個信號，在幾毫秒內(nèi)擦除一大區(qū)段。

因此，閃速存儲單元比隧道型存儲單元的芯片結(jié)構(gòu)更簡單、更有效，使用閃速存儲單元制成的PLD器件密度更高。

閃速存儲單元又稱為快擦快寫存儲單元。下圖是閃速存儲單元剖面圖。Flash工作原理類似于疊柵型存儲單元，但有兩點不同之處：1.

閃速存儲單元源極的區(qū)域Sn+大于漏極的區(qū)域Dn+，兩區(qū)域不是對稱的，使浮柵上的電子進行分級雙擴散，電子擴散的速度遠遠大于疊柵型存儲單元；2.

疊柵存儲單元的浮柵到P型襯底間的氧化物層約200埃左右，而閃速存儲單元的氧化物層更薄，約為100埃。由大量寄存器構(gòu)成的矩陣用以決定訪問哪個字單元讀出及寫入數(shù)據(jù)的通道用以決定對被選中的單元是讀還是寫7.3.1靜態(tài)隨機存儲器(SRAM)一、SRAM的結(jié)構(gòu)和工作原理

地址的選擇通過地址譯碼器來實現(xiàn)。地址譯碼器由行譯碼器和列譯碼器組成。行、列譯碼器的輸出即為行、列選擇線，由它們共同確定欲選擇的地址單元。256×4RAM存儲矩陣中，256個字需要8位地址碼A7～A0。其中高3位A7～A5用于列譯碼輸入，低5位A4～A0用于行譯碼輸入。A7～A0=00100010時，Y1=1、X2=1，選中X2和Y1交叉的字單元。01000100存儲單元1024個存儲單元排成32行×32列的矩陣RAM是由許許多多的基本寄存器組合起來構(gòu)成的大規(guī)模集成電路。RAM中的每個寄存器稱為一個字，寄存器中的每一位稱為一個存儲單元。寄存器的個數(shù)（字數(shù)）與寄存器中存儲單元個數(shù)（位數(shù)）的乘積，叫做RAM的容量。按照RAM中寄存器位數(shù)的不同，RAM有多字1位和多字多位兩種結(jié)構(gòu)形式。在多字1位結(jié)構(gòu)中，每個寄存器都只有1位，例如一個容量為1024×1位的RAM，就是一個有1024個1位寄存器的RAM。多字多位結(jié)構(gòu)中，每個寄存器都有多位，例如一個容量為256×4位的RAM，就是一個有256個4位寄存器的RAM。二、SRAM的靜態(tài)存儲單元圖7.3.4六管CMOS靜態(tài)存儲單元圖7.3.5雙極型RAM的靜態(tài)存儲單元六管N溝道增強型MOS管集成2kB×8位RAM6116寫入控制端片選端輸出使能端字擴展輸入／輸出（I/O）線并聯(lián)要增加的地址線A10～A12與譯碼器的輸入相連，譯碼器的輸出分別接至8片RAM的片選控制端7.5用存儲器實現(xiàn)組合邏輯函數(shù)A1A0D0D1D2D3000110110101101101101100若以地址為輸入變量，輸出數(shù)據(jù)為輸出變量，則有：由ROM的數(shù)據(jù)表輸出數(shù)據(jù)可以看成地址變量的邏輯函數(shù)例1：用ROM設計一個八段字符顯示的譯碼器(真值表見P377)。由于數(shù)據(jù)中0的數(shù)目比1的數(shù)目少得多，所以以結(jié)點上接入二極管表示存入0，未接入二極管表示存入1，所以用接入二極管表示存入0比用接入二極管表示存入1要節(jié)省器件

函數(shù)最小項Y1Y2Y3Y4

m000000000w0m100000001w1m210010010w2m310000011w3m400100100w4m500000101w5m611000110w6m711000111w7m800001000w8m900001001w9m1001001010w10m1100001011w11m1200001100w12m1300001101w13m1401101110w14m1500011111w15

D3D2D1D0

地址數(shù)據(jù)以接入存儲器件表示存1，以不接表示存0例2的ROM點陣圖返回以接入存儲器件表示存1，以不接表示存0

如果把ROM的地址代碼視為一組輸入邏輯變量，并把輸出數(shù)據(jù)視為一組多輸出邏輯變量，則輸出與輸入之間就是一組多輸出的組合邏輯函數(shù)。即：地址譯碼器的輸出包含了全部輸入變量的最小項，而每一條位線的輸出又都是以這些最小項之和的形式給出。因而任何形式的組合邏輯函數(shù)均能通過向ROM中寫入相應的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)。結(jié)論：小結(jié)：隨機存取存儲器（RAM）可以在任意時刻、對任意選中的存儲單元進行信息的存入（寫入）或取出（讀出）操作。與只讀存儲器ROM相比，RAM最大的優(yōu)點是存取方便，使用靈活，既能不破壞地讀出所存信息，又能隨時寫入新的內(nèi)容。其缺點是一旦停電，所存內(nèi)容便全部丟失。

RAM由存儲矩陣、地址譯碼器