《电子技术基础篇(第二版)》第9章 大规模集成电路

1、 1 绩效概述绩效管理绩效管理实施过程KPI与BSC第 1 页 目录页 CONTENTS PAGE 目 录 常用常用半导体器件半导体器件基本放大电路基本放大电路直流稳压电源直流稳压电源数字电路基础知识数字电路基础知识组合逻辑电路组合逻辑电路 负反馈放大器及集成运算放大器负反馈放大器及集成运算放大器脉冲波形的产生和整形脉冲波形的产生和整形大规模集成电路大规模集成电路数模与模数转换数模与模数转换时序时序逻辑电路逻辑电路 2 过渡页TRANSITION PAGE第 2 页 第9章 大规模集成电路本章导读1.ROM的分类、结构及工作原理;2.RAM的分类、结构及工作原理;3.可编程逻辑器件的结构及应用

2、。 3 第九章大规模集成电路9.1 只读存储器（ROM）ROM存储的信息是非易失的。也就是说，掉电后再上电，存储内容不会改变。编程后用于用户系统中时，其内容只能读出、不能写入。一般用于存放固定不变的程序和数据。结构简单位密度高非易失性可靠性高1.掩膜型ROM2.可编程ROM3.可擦除可编程ROM4.电可擦除可编程ROM特点特点分类分类 4 第九章大规模集成电路9.1 只读存储器（ROM） 9.1.1 掩膜型ROM固定ROM（Read Only Memory） 掩膜型ROM芯片所存储的信息是由厂家写入，用户无法进行任何修改。这些管子是制造时由二次光刻版的图形（掩膜工艺）决定的，故称为掩膜ROM。

3、这种类型存储器的基本存储电路可由二极管、晶体管、MOS管构成。22位掩膜位掩膜ROM电路原理图电路原理图 5 第九章大规模集成电路9.1 只读存储器（ROM） 9.1.2 可编程ROMPROM（Programmable ROM） PROM一般由二极管矩阵组成，也可由MOS管或三极管矩阵组成。用户写入信息时，由特殊电路将存放“0”的单元通以大电流，使熔丝熔断，存“1”时单元保持通态，或相反。这样就实现了用户一次性编程。因熔丝熔断后，再不能恢复，所以信息写入后不能再更改。ROM电路原理图电路原理图 6 第九章大规模集成电路9.1 只读存储器（ROM） 9.1.3 可擦除可编程ROMEPROM（Er

4、asable PROM） 1.基本存储电路 EPROM是一种可多次擦除和重复写入的ROM。 这种EPROM存储电路芯片上方有“窗口”，当用紫外线通过这个窗口照射时，所有电路中的浮栅上的电荷形成光电流泄漏走，从而把写入的信息擦去（内容全“1”），以便重新编程。这一过程通常由专用设备（EPROM擦除器）完成，然后用EPROM写入器实现编程。 7 第九章大规模集成电路9.1 只读存储器（ROM） 9.1.3 可擦除可编程ROMEPROM（Erasable PROM） 1.基本存储电路EPROM的基本存储电路的基本存储电路 8 第九章大规模集成电路9.2 可编程逻辑器件（PLD）用户在设计开发软件（或

5、编程器）的辅助下就可以对PLD器件编程，使之实现所需的组合或时序逻辑功能，就是PLD最基本的特征PLD的编程是通过的编程是通过熔丝的连接或断开熔丝的连接或断开来实现的来实现的 9 第九章大规模集成电路9.2 可编程逻辑器件（PLD） 阵列结构PLDSPLD中的与阵列和或阵列可以由晶体三极管组成（双极型），更多的是MOS场效应管组成（MOS型）。 10 第九章大规模集成电路9.2 可编程逻辑器件（PLD）类型类型阵阵 列列输出方式输出方式与与或或PROM固定固定可编程可编程TS，OCPLA可编程可编程可编程可编程S，OC，寄存器，寄存器PLA可编程可编程固定固定S，OC，寄存器，寄存器GAL可编

6、程可编程固定固定可由用户定义可由用户定义四种四种SPLD器件结构特点器件结构特点 11 第九章大规模集成电路9.2 可编程逻辑器件（PLD）SPLD采用的逻辑符号采用的逻辑符号 12 第九章大规模集成电路9.2 可编程逻辑器件（PLD）与门的三种简化表示法与门的三种简化表示法阵列图阵列图 13 第九章大规模集成电路9.2 可编程逻辑器件（PLD） 9.2.1 用PROM实现组合逻辑电路例9.2.2 试用适当容量的PROM实现四位二进制码到Gray码的变换器（实现组合逻辑电路）。用PROM实现组合逻辑函数的主要不足之处是芯片面积的利用率不高，其原因是PROM的与阵列是全译码器，它产生了全部最小项

7、。事实上，大多数组合函数并不需要所有的最小项。为提高芯片面积利用率，又开发了一种与阵列也可编程的PLD-PLA。 14 第九章大规模集成电路9.2 可编程逻辑器件（PLD） 9.2.2 可编程逻辑阵列器件1.PLA的结构典型的典型的PLA阵列图（阵列图（63） 15 第九章大规模集成电路9.2 可编程逻辑器件（PLD） 9.2.2 可编程逻辑阵列器件任何组合函数均可采用组合型PLA实现。为减小PLA的容量，需对表达式进行逻辑化简。 2.用PLA实现组合逻辑电路例9.2.3 试用PLA实现例9-2要求的四位二进制码到Gray码的变换器。（1）为尽可能的减小PLA的容量，应先化简多输出函数，并获得

8、最简表达式.（2）选择PLA芯片实现变换器。 16 第九章大规模集成电路9.2 可编程逻辑器件（PLD） 9.2.3 可编程阵列逻辑器件（PAL）PAL与其他PLD器件一样包含一个与阵列和一个或阵列，主要特征是与阵列可编程，而或阵列固定不变。PAL器件制造工艺有TTL、CMOS和ECL三种。TTL PAL速度高，在这三者中使用较广;CMOS PAL功耗低;ECL PAL速度特别高，能满足特殊需要。 17 第九章大规模集成电路9.2 可编程逻辑器件（PLD） 9.2.4 通用阵列逻辑器件（GAL）作为可编程器件的GAL，它在基本阵列结构上沿袭了PAL的与、或结构，由可编程与阵列驱动可编程或阵列。

9、与PAL相比，GAL的输出部分配置了输出逻辑宏单元OLMC（Output Logic Macro Cell），对OLMC进行组态，得到不同的输出结构，使得这类器件比输出部分相对固定的PAL芯片更为灵活。GAL的OLMC，可由设计者组态为五种结构:专用组合输出、专用输入、组合I.O、寄存器时序输出和寄存器I.O。因此，同一GAL芯片，既可实现组合逻辑电路，也可实现时序逻辑电路，为逻辑设计提供了方便。 18 第九章大规模集成电路9.3 随机存储器（RAM） 9.3.1 静态随机存储器SRAM的结构 静态随机存储器SRAM主要由存储体和外围电路构成。 19 第九章大规模集成电路9.3 随机存储器（R

10、AM） 9.3.1 静态随机存储器SRAM的结构 1.存储体 一个基本存储电路能存储1位二进制数，而一个8位的二进制数则需8个基本电路。一个容量为MN（如64K8bit）的存储器则包含MN个基本存储电路。这些大量的基本存储电路有规则地排列在一起便构成了存储体。基本存储电路主要由R-S触发器构成，其两个稳态分别表示存储内容为“0”或为“1”。 20 第九章大规模集成电路9.3 随机存储器（RAM） 9.3.1 静态随机存储器SRAM的结构 2.外围电路 外围电路通常包括: （1）地址译码器 （2）I.O缓冲器 21 第九章大规模集成电路9.3 随机存储器（RAM） 9.3.2 RAM的工作原理

11、1.静态MOS RAM存储单元电路 存储器存储信息，其实质是存放一位二进制码，每一位二进制码只有两个状态:“0”和“1”。任何有两个状态的器件都可作为存放二进制码的基本存储单元。静态存储器采用双稳态电路来作为存放一位二进制码的基本存储电路。静态存储电路静态存储电路 22 第九章大规模集成电路9.3 随机存储器（RAM） 9.3.2 RAM的工作原理 1.静态MOS RAM存储单元电路工作原理（1）写操作（2）保存信息（3）读出操作 23 第九章大规模集成电路9.3 随机存储器（RAM） 9.3.2 RAM的工作原理 2.动态MOS RAM存储器单元动态RAM利用MOS管的栅极电容存储电荷的原理

12、来存储信息。因电容的充电、放电、泄漏、补充是一个动态的过程，所以称为动态随机存储器（DRAM）。由于电容有泄漏，必须不断地补充电荷，这种补充电荷的过程即为动态RAM的刷新。一般动态存储器要求2ms之内刷新一次。 24 第九章大规模集成电路9.3 随机存储器（RAM） 9.3.2 RAM的工作原理 2.动态MOS RAM存储器单元（1）四管动态基本存储电路 写入操作 保存信息 读出操作 25 第九章大规模集成电路9.3 随机存储器（RAM） 9.3.2 RAM的工作原理 2.动态MOS RAM存储器单元（2）三管动态基本存储电路 写入操作 读出操作 刷新 26 第九章大规模集成电路9.3 随机存

13、储器（RAM） 9.3.2 RAM的工作原理 2.动态MOS RAM存储器单元（3）单管动态基本存储电路 写入操作 读出操作 刷新 27 第九章大规模集成电路9.3 随机存储器（RAM） 9.3.3 RAM存储容量的扩展方法1.静态RAM集成芯片简介在存储器中，通过地址译码器对地址总线的地址进行译码来选择要访问的存储单元。 （1）单译码方式 在单译码方式中，将每个字的所有位排成一行，只有行方向的译码器，译码输出的每条字选择线选择某个字的所有位单译码结构存储器单译码结构存储器 28 第九章大规模集成电路9.3 随机存储器（RAM） 9.3.3 RAM存储容量的扩展方法1.静态RAM集成芯片简介

14、（2）双译码方式 双译码方式中，地址译码分成两部分:行译码（X译码）和列译码（Y译码）。双译码结构存储器双译码结构存储器 29 第九章大规模集成电路9.3 随机存储器（RAM） 9.3.3 RAM存储容量的扩展方法2.Intel2114型静态RAM介绍 Intel2114是1K4的静态RAM芯片，18引脚双列直插式封装。用Intel2114芯片构成4K8的RAM。Intel2114引脚逻辑图引脚逻辑图 30 第九章大规模集成电路9.3 随机存储器（RAM） 9.3.3 RAM存储容量的扩展方法3.RAM存储容量的扩展（1）位数扩展（2）字数扩展（3）字位扩展方式 31 第九章大规模集成电路本章小结本章小结1.存储器ROM中存储的数据是非易失的。它具有结构简单、位密度高、非易失性、可靠性高等特点。它可以分为固定ROM、PROM、EPROM和E2 PROM等类型。2.可编程逻辑器件PLD是在