Космонавтика  Конструирование интегральных микросхем 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 [ 102 ] 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

пПОЛ -I

нмол

- униполярные

cmamu,ecKue fflAM)

n lion

динамические

(К AMD)

ТТЛ -1

ТТЛШ

- 5иролярные -

р ПОП j-

- униполярные

масочные (ROM)

ТТЛ -I

ТТЛШ -

- биполярные -,

а поп

униполярные -J

электрически однократно программируемые (PROM)

о ПНОР

пМНОР

элентуичео--I кие запись и стирание

пРЦЗРРП

рЛиЗМО/71-

электричес-ние запись и УФ стирание

репрограм-мируемые - (RPROM)

Рис 4.7. Классь-фпкацпя запоминающих устройств

пой выработкой; по технологии изготовления - на биполярные н униполярные. Классификация микросхем ЗУ, проведенная по этим признакам, показана на рис. 4.7.

Полупроводниковые ЗУ предназначены для записи, хранения и считывания двоичной информации. На рис. 4.8 представлена типовая структурная схема потупроводникового ОЗУ, состоящая из следующих типовых узлов: накопителя (НК). дешифратора строк и столбцов (DCX, DCY), устройства записи (УЗ), устройства считывания (УС), устройства управления (УУ). В зависимости от кон-




CS, SEX, SEY*

Рис. 4.8. Структурная схема полупроводникового запоминающего устройства

кретного типа ЗУ те или иные узлы могут отсутствовать в схеме, например ПЗУ не имеют устройства записи.

При объединении ЗУ в систему памяти используются типовые элементы, связанные с входными и выходными схемами. Входные схемы представляют собой логические элементы, через которые информационные, управляющие и адресные сигналы поступают в ЗУ, Входные информаттионные сигналы DI поступают в устройство записи УЗ, которое служит для записи информации в элементы памяти, объединенные в накопителе. Выходные информационные сигналы DO считываются из ЗУ через устройство считывания УС. Управляющие сигналы CS, SEX, SEY, WR/RD поступают в устройство управления УУ и устройство записи УЗ и определяют режим работы ЗУ (запись, .хранение, считывание инфор.мации) [9].

Оперативные ЗУ используются для введения в процессор ЭВМ новых данных и программ, а также для хранения текущих результатов или данных, полученных в процессе работы.

Постоянные ЗУ - это устройства, из которых можно считывать только заранее записанную инфор.мацию. ПЗУ иснользуются для генерации кода какой-либо программы или данных, которые будут часто повторяться, что избавляет от необходимости загружать программу каждый раз заново. Е!нформация в ПЗУ, в отличие от ОЗУ, записывается на кристалле с изменением его физических свойств, поэтому отключение источника питания не сказывается на содержании занисапр.ой информации. В зависимости от способа занесения информации различают ПЗУ масочные и ПЗУ электрические програм-мируе.\!ые (однократно програ,\Мируемые ППЗУ). Соответствующим образом запрограммированные ППЗУ могут быть использованы для реализации различных логттческих функций. Однако структура ППЗУ не оптимальная для решения этих задач. Более подходящими для этой цели оказались структуры, получившие название программируемые логические .матрицы (ПЛМ), Их преимущество в то.м, что нх можно запрограммировать в оптимальном варианте с помощью ППЗУ - программаторов, В настоящее время .югические атрицы бурно развиваются, их можно интегрировать на одном кристалле BMecie с такими распространенными элемента.мн ЗУ, как триггеры.

Статические ЗУ образуются .матрицей ЗЭ, каждый из которых может быть установлен в одно из двух возможных состояний, сохраняющихся при поданном напряжении питания. Основным ЗЭ в СЗУ является схема триггера нли логического элемента. В рабочем состоянии матрица статического ЗУ непрерывно потребляет энергию.

Дина.мическое ЗУ - это .матрица элементов, для которых требуется периодическое восстановление информации. Эту операцию называют регенерацией.



в ДЗУ в качестве ЗЭ используется кочдеисатор. а котором информация хранится в виде заряда Заряд на запоминающем конденсаторе с течением времени уменьшается Для восстановления заряда требуется периодическая подзарядка накопительного конденсатора. Схему регенерации для повышения надежности работы ДЗУ предпочтительнее размещать на его кристалле. Динал.ическая схема памяти эффектвна для ОЗУ относительно большого объема. Память малого объема обычно реализуется па статических элементах.

Обычно биполярные ЗУ имеют значитель ю большее быстродействие, но существенно меньшую плотность упаковки элементов но сравнению с униполярными ЗУ. Биполярные ЗУ наиболее эффективны как высокоскоростные буферные ЗУ больших систем. Наиболее широко при.меяяются биполярные ЗУ па ТТЛ- и ЭСЛ-структурах. Главное внимание при создании биполярных ЗУ уделяется увеличению плотности упаковки. Как прих-ер такого направления совершенствования техно тот ИИ производства и разработки новых схем ЗЭ могут служить структуры 1РЛ

Запоминающие устройства на pЮП 1ранзисторах имеют минимальную себестоимость, но обладают низких; быстродействием. ЗУ на п.УтОП-транзисторах по быстродействию в ряде случаев приближаются к бштолярным. ЗУ на КМОП-схемах имеют кратщс низкую статическую потребляемую мощность и среднее быстродействие Технология производства КЮП ЗУ достаточтто сложна, и поэтому их себестоимость выите, чем р- и 1т-кан;,льиых МОП-структур,

Стирание информации в ПЗУ с ультрафиолетовым (УФ) разрушением накоплентюго заряда производится воздействием в течение 30 мин потока УФ-излучеьия (дл!тна волны ?.<400iiM, направленного перпендикулярно плоскости входного окна корпуса микросхемы. При этом должны соблюдаться следующие условия энергетическая освещзниость УФ-нзлуче н;я Е =100Вт м, интегральная доза облучения ЮВтССм, температура корпуса микросхемы не более 70°С.

Во избежание повреждений кристаллов статическим электрттче-ством вое выводы микросхемы (или платы с распаянными микро-схема\нт) в процессе стирания должны быть закорочены При неполном стирании допускается продолжить облучение но 15 мин так, чтобы общая продолжительность воздействия УФ-излхчечия не превышала 1 ч

В микропроцессорных и выч1!слительных устройствах нашли широкое примене.чие следу101цие основные типы ЗУ- регистровая память, встраиваемая е центральный процессорный элемент (обшее число регистров обычно 8 - 14); сверхонеративная память (СОЗУ) емкостью примерно 64 слова и временем выборки несколько десятков наносекунд; оперативная намять (ОЗУ) емкостью 4...16 тыс. слов с возможностью нараШивания до 65 .128 тыс. слов; ПЗУ емкостью 8... 65 тыс. слов [1]

4.3.1. Оперативные запоминающие устройства

Как правило, ытткросхсмы ОЗУ содержат нл о aio\ кристалле матрицу ЗЭ (накопитель), дешифраторы адреса, формирователи, усилители считывания и другие схемы управления, необхотимые для фунтедионирования ОЗУ

Из ириведенной на рис. 4.7 к.1асслфикации следует, что ОЗУ можно разделить на две большие группы: статические и диначиче-



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 [ 102 ] 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165