第7章半导体存储器

1、第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,7.1 概述 7.2 只读存储器 (ROM) 7.3 随机存储器 (RAM) 7.4 存储器容量的扩展 7.5 用存储器实现组合逻辑函数,返 回 主 目 录,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,7.1 概 述,半导体存储器 能存储大量二值信息的半导体器件。,1、按存/ 取功能分,1)只读存储器 （ROM）,2) 随机存储器 （RAM）,半导体 存储器 分 类,掩膜 ROM,可编程 ROM （PROM）,可擦除的可编程 ROM （EPROM）, 静态随机存储器 （SRAM）, 动态随机存储器 （DRAM）,2、按工

2、艺分,1) 双极型,2) MOS型,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,7.2 只读存储器 (ROM),在正常工作时，存储器的数据只能读出，不能写入。,7.2.1 掩膜只读存储器,所存储的数据， 在制作过程中使用 掩膜板固定。,一、结构, 三部分组成,存储矩阵,地址译码器,输出缓冲器,每个或一组存储单元有一个地址码。, 提高负载能力及控制三态输出。, 许多存储单元排列构成，每个存储 单存放1位二值代码。, 将地址码译码，形成从存储矩阵中 选择存储单元的选择信号。,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,二、举例,二极管ROM的电路结构图,0 0,0,0,1,1,1 0 0 0,

3、0 1 0 1,0 1 0 1,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,二、举例,二极管ROM的电路结构图,0 0,0 1 0 1,0 1,0,1,1,0,0 1 0 0,1 0 1 1,1 0 1 1,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,二、举例,二极管ROM的电路结构图,0 0,0 1 0 1,0 1,1 0 1 1,1 0,1,0,0,1,0 0 1 0,0 1 0 0,0 1 0 0,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,二、举例,二极管ROM的电路结构图,0 0,0 1 0 1,0 1,1 0 1 1,1 0,1,1,0,0,0 0 0 1,0 1 0 0,1

4、 1,1 1 1 0,1 1 1 0,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,二、举例,二极管ROM的电路结构图,0 0,0 1 0 1,0 1,1 0 1 1,1 0,0 1 0 0,1 1,1 1 1 0,1) 横向理解真值表 输入一个地址，读出一个字。 2) 存储矩阵的每个交叉点 是一个“存储单元”，存储单 元中有器件存入“1”，无器件 存入“0”。,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,存储器的一些概念和数量关系,1) 存储器的容量 存储器的容量 = 字数位数 2) 存储单元数 存储单元数= 字数、位数的乘积结果 3) 字线 对存放每个字的存储单元组进行选择的译码器的输出

5、线。 4) 位线 一个存储单元组中，每一位数据的传输线。 5) 字长 一个字的位数。 6) 地址变量数与字数的关系 n个地址变量， 2n 个字 7) 存储器的寻址范围 地址变量的取值组合范围。,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,用MOS管构成的存储矩阵,掩膜ROM的特点： 出厂时已经固定，不能更改，非易失性。,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,7.2.2 可编程只读存储器 ( PROM ),用户可写入一次的存储器。 正常工作时只能读不能写。 总体结构与掩膜ROM一样，但存储单元不同。,熔丝型PROM的存储单元,熔丝由易熔合金制成； 出厂时每个结点上都有存储单元； 编程时

6、将不用的存储单元熔丝熔断； 是一次性编程，不能改写。,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,PROM的结构原理图,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,7.2.3 可擦除的可编程只读存储器（EPROM）,可反复多次写入的存储器。 正常工作时只能读不能写。 总体结构与掩膜ROM一样，但存储单元不同。,一、用紫外线擦除的EPROM（UVEPROM）,浮栅雪崩注入MOS管(FAMOS管),写入： 雪崩注入。 擦除：通过照射产生电子-空穴对，提供泄放通道。,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,写入： 雪崩注入，DS间加高压（2025V），发生雪崩击穿， 同时在GC上加25V、

7、50ms宽的正脉冲，吸引高速电子穿 过 SIO2 到达 Gf ，形成注入电荷。,擦除：通过照射产生电子-空穴对，提供泄放通道。,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,二、电可擦除的可编程ROM（E2 PROM）,浮栅隧道氧化层MOS管 ( FLOTOX ) E2 PROM的存储单元,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,7.3 随机存储器 (RAM),可随机对任一存储地址的存储单元进行读或写操作。,7.3.1 静态随机存储器（SRAM）,一、 SRAM的结构与工作原理,SRAM的结构框图, I/O 端口 读操作时为数据 输出端口；写操作时为数据输入端口。, 存储矩阵 存储单元按

8、行、列排列。 每个存储单元可写入或读出0或1。, 地址译码器 行地址译码器：输入行地址码， 输出行选择线。 列地址译码器：输入列地址码， 输出列选择线。, 读写控制电路,行写操作；,行读操作；,I / O端口呈高阻态。,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,1024 4位RAM ( 2114 )的结构框图,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,二、SRAM的存储单元,静态存储单元：利用基本RS触发器存储信息。 保存的信息不易丢失。,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,动态存储单元是利用MOS管栅极电容可以存储电荷的原理。,

9、7.3.2 动态随机存储器（DRAM）,单管动态MOS存储单元,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,7.4 存储器容量的扩展,当1片ROM或RAM芯片的容量不能满足要求时，用几片 ROM或RAM芯片组合起来，形成所需容量的存储器。,7.4.1 位扩展方式（即字长扩展） 一片RAM、ROM字数够用而位数不够时的容量扩展 。,接法：将各片的地址线、读写线、片选线分别并联，数据线,并行排列。,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,例：用8片1024 1位的RAM接成一个1024 8位的RAM。,A0,第7章半导体存储器,A1,第 7 章 半导体存储器,例：用8片1024 1位的RA

10、M接成一个1024 8位的RAM。,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,例：用8片1024 1位的RAM接成一个1024 8位的RAM。,A9,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,例：用8片1024 1位的RAM接成一个1024 8位的RAM。,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,例：用8片1024 1位的RAM接成一个1024 8位的RAM。,第7章半导体存储器,I/O0,I/O1,I/O7,第 7 章 半导体存储器,例：用8片1024 1位的RAM接成一个1024 8位的RAM。,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,例：用8片1024 1位的RAM接

11、成一个1024 8位的RAM。,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,7.4.2 字扩展方式 一片RAM、ROM位数够用而字数不够时的容量扩展 。,增加的地址变量数 = 扩展后总的地址变量数 单片的地址变量数,增加的地址变量作为总的地址变量中的高位地址变量，,接法：,各存储芯片依次轮流工作。,控制, 将各片的地址线、读写线、数据线分别并联。,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,例：用1024 4位的RAM接成一个20484位的RAM。,解：,单片1024 4位的RAM，因 210 =1024，有10位地址 A0 A9 ，,扩展后 2048 4位 的RAM，因 211 =204

12、8，有11位地址 A0 A10 ，,需增加一个高位地址A10 。,0 1,0 1,1 0,各RAM芯片的片选表达式为：,附加一个非门连接2芯片的片选端。,将2芯片的地址线、读写线、数据线分别并联。,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,A0,第7章半导体存储器,A1,第 7 章 半导体存储器,第7章半导体存储器,A9,第 7 章 半导体存储器,第7章半导体存储器,A10,第 7 章 半导体存储器,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,第7章半导体存储器,I/O0,第 7 章 半导体存储器,第7章半导体存储器,I/O1,第 7 章 半导体存储器,第7章半导体存储器,I/O2,第

13、7 章 半导体存储器,第7章半导体存储器,I/O3,第 7 章 半导体存储器,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,图示为用4片256 8位的RAM接成一个10248位的RAM,的字扩展。,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,7.5 用存储器实现组合逻辑函数,一、基本原理,从ROM的数据表可知，若以地址为输入变量，则输出数据 即为一组关于地址变量的逻辑函数。,二极管ROM的电路结构图,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,7.5 用存储器实现组合逻辑函数,一、基本原理,从ROM的数据表可知，若以地址为输入变量，则输出数据

14、即为一组关于地址变量的逻辑函数。,由ROM数据表写出逻辑表达式：,由ROM 的逻辑表达式可知:,ROM在功能 上可等效为,产生全体最小项的与门阵列,相或某些最小项的或门阵列,（最小项以地址为变量 ）,（相或的结果为各输出函数 ）,用点阵图表 示2个阵列,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,用ROM实现逻辑函数： ROM的地址输入逻辑函数的变量 ROM的数据输出逻辑函数 n个变量、m个函数的组合逻辑问题，可用容量为 2n m位 的ROM实现。,用ROM实现逻辑函数的一般步骤：,确定输入量、输出量,及之间的逻辑关系,由最小项和点阵图,的对应关系,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储

15、器,例 试用ROM产生如下的一组多输出逻辑函数,解：,将给定函数化为最小项之和形式,= m2 + m3 + m6 + m7,= m6 + m7 + m10 + m14,= m2 + m15,用容量为 164 位 的ROM 实现，,将 A、B、C、D 4个输入,分别接至ROM的地址输入端 A3、 A2 、 A1、 A0 ，,ROM 的 4个 数,据输出端 D3、 D2 、 D1、 D0为4个输出函数 Y4、 Y3 、 Y2、 Y1 。,= m4 + m14,第7章半导体存储器,第 7 章 半导体存储器,画ROM 点阵图：,与逻辑阵列,( A3 ),( A2 ),( A1 ),( A0 ),W0,W1,W2,W3,W4,W5,W6,W7,W