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大学 数字 逻辑 基础 管庶安 课件 ppt

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第5章 半导体存储器 5.1 半导体存储器的分类 5.2 随机读写存储器 RAM 5.4 可编程只读存储器 5.3 掩模只读存储器 MROM 5.1 半导体存储器的分类 半导体存储器 用半导体材料制成的大规模集成电路，基本功能是存储数据，用于数字系统中需要临时或永久性保存数据的场合。 按功能分类半导体存储器随机读写存储器静态随机读写存储器（SRAM）动态随机读写存储器（DRAM）只读存储器掩模只读存储器MROM一次性可编程只读存储器（OTP） 紫外线可擦除可编程只读存储器（EPROM）电可擦除可编程只读存储器（E2PROM） 闪烁存储器（FLASH E2PROM） RAM: 随机读写存储器（Random Access Memory） 数据可以随时存入(写)或取出(读)。断电数据会丢失。 ROM: 只读存储器（Read Only Memory） 存放固定数据，事先写入，工作中可随时读取。断电数据不会丢失MROM：掩模只读存储器 （Masked ROM） 制造时固化数据，工作中只读，得不改写，适用于大批量产品。OTP：一次性可编程只读存储器（One Time Programmble ROM） 使用前，用户一次性写入数据，不得改写。适用于小批量产品。EPROM：紫外线可擦除可编程只读存储器（Erasable PROM） 数据写入后，可用紫外线照射擦除 。擦除后可重写。 E2PROM：电可擦除可编程只读存储器（Electrically Erasable PROM） 数据写入后，可施加电信号将数据擦除，并写入新数据 ，可反复擦 写上百次，适用于开发阶段或小批量产品的生产。可在线读写。FLASH E2PROM：闪烁存储器。 具有E2PROM的擦写特点，擦除速度快得多，擦写次数达上千次。 按制造工艺分类， 双极型存储器：工作速度快，但功耗大、集成度不高； MOS型存储器：制作工艺简单，集成度高，功耗耗，容量大，成本低。 工作速度得到极大地提高，得到广泛应用。 5.2 随机读写存储器RAM 5.2.1 SRAM 注意： 读出是无破坏性的，即，读操作不会使数据发生改变。 写入会改变原来存放的数据。即，不管原来存放的数据是什么，写操作后一定是新写入的数据。 存储器：由大量的存储单元按阵列方式排列形成。 集成 SRAM 61165.2.2 DRAM单管DRAM存储单元如图。 Cs、T：存储元件： Cs ：充满电荷时表示存储1， 无电荷时表示存储0。 T：门控管，工作在开关状态。Co：杂散分布电容，Cs、Co的容量都很小。 工作原理：（1）写入数据： 待写数据位加在数据线上 Co充放电字线加高电使T导通 Cs充放电撤消字线上的高电平使T截止 Cs上的电荷状态被保持。（2）读取数据： 使数据线置于中间电位 Co充放电使数据线处于高阻抗字线加 高电使T导通 Co和Cs上的电荷重新分配达到平衡。若 平衡后的电位高于中间电位，则原来存入的数据为1； 平衡后的电位低于中间电位，则原来存入的数据为0。 注意： 读取数据时Cs上的电荷发生了改变，原来存入的数据被破坏 应立即将读得的数据重新写入。（3）刷新: 刷新：由于漏电，应周期性地给Cs补充电荷，使存储的数据不丢失。 刷新操作：执行一次读操作，但并不使用读得的数据。 存储单元为阵列排列时，以行为单位进行刷新，周期约为几毫秒5.3 掩模只读存储器 MROM 5.4 可编程只读存储器 5.4.1 一次性编程只读存储器OTP 熔丝型OTP的存储单元如图 构成： T：晶体三极管；F：熔丝 工作原理： 出厂时，F未熔断，读取的数据全为1； 数据写入：在VDD上施加较高的编程电压 若写入0，则T导通，过载电流使熔丝熔断； 若写入1，则T截止，熔丝不会熔断。 数据读出：行线置高电平 若熔丝断，则数据线输出0； 若熔丝未断，则数据线输出1。5.4.2 紫外线可擦除可编程只读存储器EPROM EPROM的存储单元如图构成 T1：选通MOS管，行线上为高电平时导通； T2：浮栅MOS管，用于存储数据。浮栅MOS管的原理 出厂时：浮栅上没有电荷，浮栅下面不会形成导电沟道，源极S和漏极D 断开。出厂时各存储单元存储的数据都为1。 用户写入数据：在D上加一个较高的编程电压漏区的p-n结发生雪崩击 穿热电子穿过薄SiO2层注入浮栅浮栅带电编程电压撤除 p-n结恢复正常 浮栅上带的电荷保持 D、S之间形成导电沟道。 用户擦除数据: 用紫外线照射浮栅浮栅上的电子获得较高的能量穿过 SiO2层 浮栅不再带电各存储单元存储的数据都恢复为1。 5.4.3 电可擦除可编程只读存储器E2PROM 擦除方式：电信号，可在线擦除。 能以字节为单位进行。存储单元：增加控制栅的浮栅MOS管，如图。 控制栅接地在S上加较高的正电压，在控 制栅和S之间产生一个较强的电场。浮栅 上的电荷越过SiO2层进入S，从而达到擦 除目的。编程操作：与EPROM相同。数据不丢失时间：100年。5.4.4 闪烁存储器FLASH E2PROM 在E2PROM的基础上，将浮栅的SiO2绝缘层做得很薄，因而擦写速度比E2PROM块得多。由于制造工艺的改进，FLASH E2PROM的集成度很高、功耗很低，以被广泛地用作便携式智能设备的存储设备。 5.4.5 只读存储器应用举例 例： 八段LED数码管显示译码器。 字形显示方式： 将各种字形对应的段码写入2716，需要显示某字形时，就输入对应 的地址，让该地址对应的存储内容输出。段码表制作： 例如： 字符“A”，将01010作为地址，在此地址对应的存储字节处写入段码： 11101110 ，见下图。 字符“A.” 将11010作为地址，在此地址对应的存储字节处写入段码： 11101111 ，见下图。字符“A”abcdefgh= 11101110字符“A.” abcdefgh= 11101111例：用EPROM 2716 实现按作息时间控制打铃 。 CLK: 时钟脉冲，周期为1分钟11位二进制计数器: 每隔1分钟加1，其计数输出Q10Q0作为2716的读数地址。每隔1分钟2716的8位输出数据更换一次。铃声控制: 8种铃声。 当数据位由0变为1时，就触发对应类型的铃声响一段时间。 当数据位不变或由1变为0时，均不响铃。 响铃时间 设置: 计数值代表的是时间，也