第5章半导体存储器和可编程逻辑器件.ppt
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1、第15章 半导体存储器和可编程逻辑器件,随机存取存储器(RAM),只读存储器(ROM),可编程逻辑器件,本章基本要求,本章教学基本要求:,了解大规模集成电路半导体存储器ROM、 EPROM、RAM电路的工作原理。,了解存储器容量的扩展方法。,了解可编程逻辑器件的基本结构和功能。,一、 半导体存储器的作用,存放二值(0、1)数据,二、 半导体存储器的特点,集成度高、体积小、存储信息容量大、工作速度快。,可编程逻辑器件是一种功能特殊的大规模集成电 路,可由用户定义和设置逻辑功能,取代中小规模的 标准集成逻辑器件并创造大型复杂的数字系统,具有 结构灵活、集成度高、和可靠性高等特点。,只读存储器用来存
2、储二值信息代码,其数据一旦写入,在正常工作时,只能重复读取所存内容,而不能改写。,存储器内容在断电后不会消失,具有非易失性。,只读存储器的特点:,15.1 只读存储器,例如有 10根地址线(n=10),通过地址译码器译出字线 根,为 若 的地址选择为1100000000,则i=768,译出 =1,其余字线为0,每一根字线对应地存放一个8位二进制数码,也就是这个字母的地址所指定存放的数,这个8位二进制数称为一个字。通常把一个字中所含的位数称为字长。位数可以1位、4位、8位、16位和32位等。把8位数的字称为一个字节。4位为半个字节,16位称为两个字节。把输出位数的线称为位线。,字线Wi的下标i即
3、对应的是地址码的十进制数。当该字线被选中, Wi出高电平1,其余字线为低电平,15.1.1 固定ROM,相应的地址码的字线,地址输入线n根,又称地址码。,字线与位线的交叉点即为存储单元。每个存储单元可以存储 1 位二进制数(0、1),存储器中总的存储单元的数量称为存储容量。,从位线输出的每组二进制代码称为一个字。一个字中含有的存储单元数称为字长,即字长 = 位数。,一个存储体总的存储容量用字线数m位线数表示。,44掩模ROM,地址线,被选中,1001,一、二极管掩模ROM,选中为1,片选信号控制与门电路,为0时译码器工作,表示该片ROM被选中,可以输出存储内容。,44掩模ROM,二、44掩模R
4、OM结构及电路存储内容,44掩模ROM电路存储内容,三、MOS管掩模ROM,1k1位MOS掩模ROM,用1k1位ROM组成1k8位ROM,得到1K8位存储器,一片1K1位存储器芯片,共8片,三级管,位线,存储单元(快速熔丝),若熔丝被烧断表示存储单元信息为0,不烧断为1。,15.1.2 可编程ROM(PROM),正常读数时,字线被选中后,对于有熔丝的存储单元其读出放大器输出的高电平不足以使稳压管导通,反相器截止,而输出为1。而无熔丝输出为0。,其存储数据由用户写入。一旦写入就无法修改,只能写一次。,PROM 的结构原理图如下,反相器输出低电平,使相应的熔丝烧断。,当要写入信息时,要先输入相应的
5、地址码,使相应的的字线被选中为高电平。,对要写入0的位线上加入高电压脉冲,使该位线上读写放大器中稳压管导通。,由用户自己写入信息,如果需要修改只要擦除原先存入的信息,再行重写。,用一个特殊的浮栅 MOS 管替代熔丝。,15.1.3 可擦除可编程 ROM(EPROM),在漏、源极间加高电压+25V,使之产生雪崩击穿。同时,在控制栅g上加幅度为+25V、宽度为50 ms左右的正脉冲,这样,在栅极电场作用下,高速电子能穿过SiO2,在浮置栅上注入负电荷,使单元管开启电压升高,控制栅在正常电压作用下,管子仍处于截止。该单元编程为0。,控制栅g用于控制其下内部的浮置栅G1用于存储信息1或0,一、光可擦除
6、的可编程只读存储器(EPROM),当 为0时,必须 也为0,数据才可输出。,输出,构成128 16 8位的存储单元矩阵,EPROM2716逻辑结构图,EPROM2716引脚排列图,二、电可擦除可编程只读存储器(E2PROM),写入的数据可电擦除,用户可以多次改写存储的数据。使用方便。,2817E2ROM引脚图,RAM 分类,随机存取存储器(RAM,即Random Access Memory),RAM 的存储矩阵由触发器或动态存储单元构 成, 是时序逻辑电路。RAM 工作时能读出, 也能写入。读或写由读 / 写控制电路进行控制。 RAM 掉电后数据将丢失。,在读出过程中进行刷新存储单元,15.2
7、 随机存取存储器,15.2.1 RAM的电路结构和工作原理,一、六管静态存储单元及读写控制电路,构成RS触发器双稳态电路,存储1位二值信息0或1,门电路 读/写控制电路,I/O端为输入/输出双向传输线的信号端,信息由此写入或读出。,等于1不可工作,等于0可工作,当Yj = 1时,使 T7、T8 导通,若为0,就截止。,当Xi = 1,T5、T6 导通, 与 位线接通;当Xi = 0,T5、T6 截止,则联系切断。,存储单元由 MOS管组成,T5 T6 由行选择线Xi 控制。,一列存储单元公用的门控管T7、 T8由列选择线 Yj 控制。,二、2114型静态RAM介绍,逻辑符号图,电路结构图,行地
8、址线,64根行选择线,列地址线,16根列选择线,一个六管静态存储单元,存储单元以T2和C 为主组成 信息存储于C 中。当电容中 充有一定电荷时,T2导通, 表示存储信息为0;当电荷 少或是没有, T2不能导通, 表示存储信息为1。,此时当C上有电荷 ,使T2导通时,则T2漏极为0信息,经T3管通过T5管输出DO = 0。若C上无电荷输出为1。,D1 经T4 送入刷新电路,在G3 门输出为D1反相信号。,如果D1 =1,则T1 传送0 信号,电容C 放电;若相反传送1 信号,电容C 充电。即分别存储1和0信息。,Xi Yi均为1,T1 T4导通。 =0,G2被封锁,G1打开。,=1, Xi Yi
9、 均为1,T3 T5导通。,若读位线为0 ,G1输出也为0 ,使 “写”位线为1,对C充电进行刷新。,动态RAM特点:要在读出过程中 进行刷新存储单元的操作。,三、三管动态存储单元,T1、T3构成门控管,写操作时,读操作时,0,0,0,1,0,1,读写控制线并联,片选信号并联,输出字总位数,扩展8位,为1时,工作有输出,使字线1K扩展为2K,为0时,工作有输出,15.2.2 RAM存储容量的扩展方法,一、位数的扩展,二、字数的扩展,15.3 可编程逻辑阵列器件,只读存储器ROM由地址译码器和组成矩阵形式的 存储单元构成。,ROM中的地址译码器也可用存储单元组成的矩阵 电路构成,这样的电路可以用
10、来表示组合逻辑电路 的最小项与或表达式,如果将其输出给触发器 再反馈到输入端,还可实现时序逻辑电路的功能。,由用户自己根据要求来编程存入信息,构成了专用 集成逻辑器件,称为可编程逻辑器件(PLD),我们已知,任意组合逻辑电路均可用最小项与或式或者简化的与或式表示。下表为全加器的真值表。,15.3.1 PLD基本电路的结构、功能与习惯表示法,与或逻辑表达式为:,简化表示的与、或阵列,上述两个与或表达式可用二极管固定 ROM 来实现。把输入变量Ai、Bi、Ci-1看作ROM中的地址码A2、A1、A0,而把输出变量Si、Ci看作 ROM 的输出数据D1、D0,如图所示。,用二极管固定ROM实现全加器
11、,D1 D2 D3 实现与的逻辑式:,D4D7组成或逻辑电路:,即为如图所示的二极管与门电路,在前所述的PROM存储器,其与阵列是固定的,用作地址译码器,而或阵列是可编程的。,图8.3.4 PLD逻辑图形符号,(a)与门 (b)或门 (c)连接方式 (d)互补输入缓冲器 (e)三态输出缓冲器,这也是一种可编程图形符号,习惯上用下图所示形式表示。,一、PLA的结构,可编程逻辑阵列由可编程的与阵列、可编程的或阵列和三态输出缓冲器组成。,15.3.2可编程逻辑阵列(PLA),TIFPLA839(三态输出)PLA内部结构图,TIFPLA839(三态输出)PLA引脚排列,二、PLA在时序逻辑电路中的应用
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