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

ские. В накопителях статических ОЗУ применяются трнггериыс элементы памяти. В ОЗУ динамического типа ЗЭ служит конденсатор, в котором информация хранится в форме наличия или orcyTCTBir.i заряда. Динамическая ЗУ имеют ряд преимуществ по сравнению со статическим:! ОЗУ. В табл. 4.2 приведены основные характеристики различных групп ДЗУ, которые нашлн широкое применение в ЭВ.М различных поколений.

Таблица 42

Группы ДЗУ

Пар.1метр

Наибо,1ьшая емкость, бит/

64 К

256К

/кристалл

150 .

Время выборки считывания.

200. .

200...

100 .

300

Потребляемая мощность.

0.1...

0,04. . .

0,004 .

0.003...

Вт/бит

0,05

0,005

0,004

Преи.чуществом статических ОЗУ (К.Л.М) перед ДЗУ (RAM D) является отсутствие схемы регенерации информации, что значительно упрощает уиравтение СЗУ. Кроме того, схема СЗУ имеет, как прав1ло. один номинал питающего иапряження. Типовые характеристики статических ОЗУ приведены в табл. 4.3. Наибольшим быстро-

Таблица 4.3

Параметр

ТТЛШ

пМОП

клюп

Емкость,

256...

256...

1024.,.

4К...8К

4К . , .

4К ,

би],крис-

64 К

4096

талл

Время

10.. .

50. ..

50...60

45...100

150 ..

выборки

сч1!гывання.

Потребляе-

2,0.. .

1,5, . .

0,5...

0,1...

0,24. ..

0,02

мач пЮ!Ц-

0,06

0,03

0,07

0,05

ность,

мВт/бит

действием обладают биполяр!!ые ОЗУ, построенные на основе элементов ЭСЛ и ТТЛШ. Перспективными являются ОЗУ, построенные на транзисторных структурах WJl, позволяющих уменьшить площадь ЗЭ до 2000...100 мкм- и снизить мощность потребления до нескольких микроватт на бит нрц времени выборки считывания 1всч=50...150 не.



Статические ОЗУ на МОП-транзисторах, несмотря на среднее быстродействие, получили широкое распространение, что объясняется существенно большей плотностью размещения ячеек на кристалле, чем у биполярных ОЗУ. Первые .ЮП ОЗУ изготавливались на основе рМОП-транзистороз с алюмкни.евым затвором. Они имели спавнительно высокое пороговое напряжение (до 5 В), невысокое быстродействие и относительно большие размеры ЗЭ. Напряжение питания их отрицательное (до -27 8.1. После освоения технологии изготовления пизкопороговых .МОП-транзнсторов с кремниевыми самосовмещающнмися затвора.ми удалось уменьшить геометрические размеры ЗЭ и снизить напряжение питания ОЗУ до -15 В. Использование транзисторов с каналами п-тнпа позволило еще более уменьшить геочштрические размеры элементов и получить в 2.5 раза большую скорость их переключения, чем для транзисторов с р-каналами; единое напряжение питания 5 В обеспечивает нечосредсгвенную совместимость таких ОЗУ по логическим уровням с микросхемами ТТЛ

Элементы ОЗУ на КМОП-траизисторах изготавливаются по усложненной технологии и используются для построения статических ОЗУ только при необходимости достижения минимальной мощности потребления. В последние годы стал при.ченяться при проектировании статических ОЗУ системно-технический прием, предусматривающий автоматический переход БИС в режим хранения по окончании сигнала выбора. Потребляемая мощность снижается при этом почти на порядок. Примеро5! такой БИС служит статическое ОЗУ МК4109 фирмы MosteK.

Рассмотрим более подробно характеристики статических и динамических ОЗУ. По состоянию на 1987 г. разработано и выпускается более 70 схем статических ОЗУ различного схемотехнического исполнения. Достигнута емкость 64К бит прп организации 16 разря,дов и времени выборки до 6 не.

Ток потребления статических биполярных ОЗУ составляет 100 . 200 мА, что в ряде случаев требует снижения температуры на корпусе В ближайшие годы следует ожидать появ,теиня более быстродействующих схем биполярных ОЗУ с пониженнтлм потреблением мощности. Широко применяются схемы на КМОП-транзисторах, среди которых наибольшее распространение получила серия КР537. для схем которой ток потребления в режиме обращения не превышает 60 мА, а в режиме храпения 0,001..,5 мА. В ботьшинстве схем этой серии предусмотрен режим хранения с пониженны.м напряжением пи-таутия 2 В. Это позволяет наиболее просто реализовать работу ОЗУ от резервных батарей.

Дина.мические ОЗУ представлены в основном серией КР565 с максн.мальной емкостью 256X1 разряд и минимальным временем выборки 150 нс По сравнению со статическими эти ОЗУ требуют постоянного восстановления информации - регенерации, период которой составляет 1...8нс. Для орга1!изаиии процесса регенерации необходимы дополнительные схемы, которые используются для выборки адреса регенерируемой строки. Послодовательиость адресов уста навливается с помощью счетчика приращенття адреса строки. Об окончании процесса регенерации сигнализирует таймер. В настоящее время разработана ИС К1801ВП1-030. Эти схемы осуществляют прием, хранение и преобразование адреса для накопителя ОЗУ, регенерацию памяти, связь накопителя ОЗУ и буферного регистра данных с каналом информации ЭВ.М Электроника-60 .



4.3.2. Постоянные запоминающие устройства

Основные характеристики восьми типов ПЗУ приведены в табл. 4.4. Наибольшую емкость при наи.меиьшей потребляе.чой мощности имеют ПЗУ, построенные на основе пМОП-транзисторов. Для потребителей выбор типа ПЗУ во .многом определяется не только электрическими параметра.ми этой БИС, но и способами ее программирования. ПЗУ могут программироваться как у потребителя, так и иа предприятии-изготовителе. Существуют ПЗУ однократного и многократного программирования. Перепрограммирование некоторых типов ПЗУ можно проводить простой сменой команд.

Таблица 4.4

Параметр

ТТЛШ

р.МОП

n.v.On

КМОП

.МНОП

лизмоп

Емкость.

256...

1С24..

Р 24

4096...

8192...

1PJS4

256К

бчт/кр сталл

1024

8192

1.5536

Время выбор-

50 ..

45 . ь5

ки считыва-

ния, НС

Потребтяемач

0, 1..

0,tl. ..

0,01

0,005

0,01

0,002

MOUiHOCTb.

мВт биг

В накопителях масочного ПЗУ используются, как правило, транзисторы, подключенные соответствующим образом к строкам и столбцам накопителя. Прн этом наличие нли отсутствие транзистора в узле пересечения строки, столбца соответствует хранению ! нлн О в эле>,:енте памяти накопителя. Иногда используется принудительное закрывание транзисторов накопителя в тех узлах, где должны храниться нули информации. Такое закрывание выполняется на стадии изготовления ПЗУ специальными технологическими приемами [6]. Наиболее простыми являются масочные ПЗУ. Информация в масочные ПЗУ записывается при изготовлении ПЗУ на заводе заменой одного нз фотошаблонов. Этот фотошаблон слоя коммутации выполняется в соответствии с пожеланиями заказчика по картам заказа.

Для заказа дпткросхе.м предприятне-потребитель офор.мляет и направляет предприятию-изготовителю гарантийное письмо на выполнение заказа; карту-заказ (форма которой, как правило, приводится в ТУ на микросхему; перфоленту, содержащую программу о контрольной сумме; заявку с указанием требуемого числа микросхем. Обычно заказ принимается при изготовлении партии от 50 до 200 микросхем одной прошивки. .Масочный способ программирования выгоден в случае крупносерийного производства; при малой тиражностн и большой номенклатуре дополнительные затраты на фотошаблоны увелтгчива-ют стоимость микросхемы.

Примером заказных масочных ПЗУ могу г служить микросхема серий К596, KPI801. Изготовленные по заказу масочные ПЗУ могут иметь так называемые стандартные прошивки, в которые вводится информация, чаще всего используемая потребителем при создании Е1;числительных систем Это генераторы символов русских, латинских



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