半导体存储器与可编程器件

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1、第8章半导体存储器与可编程器件8.1半导体存储器8.2可编程器件8.1半导体存储器半导体存储器是能够存储大量二值信息的半导体器件，具有容量大、存取速度快、耗电低、体积小、使用寿命长等优点而被广泛应用。根据存取功能的不同，半导体存储器可分为只读存储器（ReadOnlyMemory，简称ROM）和随机存储器（RandomAccessMemory，简称RAM）。根据制造工艺的不同，存储器分为双极型和MOS型。衡量存储器性能的指标包括存储容量和存取时间。存储容量一般用存储的字数和每个字所含位数的乘积表示；存取时间反映存储器工作速度的快

2、慢。8.1.1只读存储器ROM只读存储器的特点是只能读出、不能写入。ROM分为掩模ROM（maskedROM）、可编程ROM（ProgrammableROM，简称PROM）、可擦除的可编程ROM（ErasableProgrammableROM，简称EPROM）。1.掩模ROM掩模ROM是采用掩模工艺制成的ROM。包括存储矩阵、地址译码器、输出缓冲器三部分组成。存储矩阵由存储单元组成，一个存储单元可以存放一位二进制代码。存储单元可以由二极管、双极型三极管或MOS管构成。地址译码器将输入的地址转换为相应的控制信号，并以此从存储矩阵

3、指定单元中选出数据送至输出缓冲器。输出缓冲器在提高存储器带负载能力的同时，实现对输出状态的三态控制。下图为二极管组成的ROM电路，具有两位地址输入、四位数据输出。地址译码器由二极管与门构成，存储矩阵由二极管组成的编码器构成。输出一个代码称为一个“字”。字线与位线的交叉点都存放了数据。接有二极管的交叉点存放1，未接二极管的交叉点存放0。交叉点的数目就是存储单元数。用存储单元的数目表示存储器的存储量（容量），表示成“字数╳位数”的形式。为了简化作图，也可以画出存储矩阵的结点连接图，在存储矩阵的交叉点上画一个圆点，代替存储器件。2.

4、可编程ROM以双极型PROM为例，它有两种结构：熔丝烧断型PROM和PN结击穿型PROM。下图为熔丝烧断型PROM存储单元原理图，由三极管和熔丝组成。在写入数据时只需将要存入0的存储单元上的熔丝烧断即可。熔丝一经烧断，不能再恢复，所以它只能写入一次，仍无法满足经常修改存储单元内容的需要，这就产生了可以擦除重写的ROM。3．可擦除的可编程ROM可擦除的可编程ROM，即EPROM。EPROM可分为：紫外线擦除的可编程ROM（UltraVioletErasableProgrammableROM，简称UVEPROM）、电可擦除的可编程

5、ROM（ElectricallyErasableProgrammableROM，简称EEPROM或E2PROM）。UVEPROM写入新信息之前必须进行擦除，而且是整体擦除，无法对单个存储单元分别进行擦除，擦除速度较慢、操作复杂。EEPROM的存储单元采用了浮栅隧道氧化层MOS管（FloatiinggateTunnelOxide，简称Flotox管），存储单元的工作状态状态可以分为读出、写入、擦除三种，根据Flotox管中浮置栅Gf上是否有存储电荷来区分。由于EEPROM擦除和写入时需要加高电压信号（20V，正常高电平5V），同

6、时存储单元仍然使用两只MOS管，工作时间较长、限制了集成度的进一步提高。快闪存储器具有结构简单、编程可靠、擦除快捷、集成度高的优点。8.1.2随机存储器RAM随机存储器也称为随机读/写存储器，工作时可以随时从指定地址读出数据、或将数据写入指定存储单元中。读写方便、使用灵活。但一旦掉电，存储的数据将丢失。RAM可以分为静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）。SRAM由存储矩阵、地址译码器、读/写控制电路组成。8.1.3存储器容量的扩展（1）位扩展将4片1024（210）×1位的RAM连接，组成1024×4位的RAM。（2

7、）字扩展一片RAM的容量是256（28）×8位，需要1024（210）×8位的容量时，需将4片RAM连接。字扩展后RAM的地址分组RAM增加地址译码器输出地址分配A9A810001110～2552011011256～5113101101512～7674111110768～10238.1.4存储器实现组合逻辑函数【例8．1】利用ROM完成8421BCD码到余3码的转换。解设8421BCD码为A3A2A1A0，余3码为Y3Y2Y1Y0，二者之间的对应关系见表8.2。根据此表，列出余3码四位输出的最小项之和表达式。具体实现电路如下8

8、.2可编程器件早期PLD主要用于解决数字系统中的存储问题，后来逐渐扩大到数字逻辑应用。主要经历了以下发展过程：（1）早期可编程逻辑器件。（2）稍复杂的可编程芯片。PLD组成框图如下这一阶段的主要产品主要包括：可编程逻辑阵列（简称PLA）、可编程阵列逻辑（简称PAL）、通用阵列