数字电子技术基础：第七章 半导体存储器.ppt

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1、第七章 半导体存储器7.1 概述概述7.3 随机存取存储器随机存取存储器(RAM)7.2 只读存储器只读存储器(ROM)7.4 存储器容量的扩展存储器容量的扩展7.5 用用(只读只读)存储器实现组合逻辑函数存储器实现组合逻辑函数本 章 内 容教学基本要求：教学基本要求：掌握半导体存储器字、位、存储容量、地址等掌握半导体存储器字、位、存储容量、地址等 基本概念。基本概念。掌握掌握ROM、RAM的工作原理及典型应用。的工作原理及典型应用。了解了解ROM、RAM存储单元的组成及工作原理。存储单元的组成及工作原理。掌握存储器容量的扩展方法。掌握存储器容量的扩展方法。7.1 概概 述述半导体存储器是一种

2、能存放半导体存储器是一种能存放大量二值信息大量二值信息的半导体器件。的半导体器件。按存/取功能分只读存储器只读存储器（ROMROM）随机存取存储器随机存取存储器（RAMRAM）ROMPROM掩模可编程RAMRAM动态静态按制造工艺分BJT/BJT/双极型双极型MOS/MOS/单极型单极型存储器的主要性能指标：存储容量和存取速度。大量二值信息大量二值信息RAM在运行状态中，可以在运行状态中，可以随时进行随时进行读出读出或或写入写入操作。操作。所存储的数据只能在电源所存储的数据只能在电源供电条件下保存；一旦掉电供电条件下保存；一旦掉电,数据将全部丢失。数据将全部丢失。ROM在运行中只能在运行中只能

3、读出读出信息。信息。断电后信息不丢失，常用于存断电后信息不丢失，常用于存放固定信息放固定信息(如程序、常数等如程序、常数等)非易失性！非易失性！易失性！易失性！几个基本概念：几个基本概念：存储容量（存储容量（M)：存储二值信息的总量。：存储二值信息的总量。字数：字的总量。字数：字的总量。字长（位数）：表示一个信息的多位二进制码称为一个字，字长（位数）：表示一个信息的多位二进制码称为一个字，字的位数称为字长字的位数称为字长k。M字数字数2n 位数位数k地址：对应于存放一个字的存储空间的编号。地址：对应于存放一个字的存储空间的编号。存储器外部地址线的线数为存储器外部地址线的线数为n，则字数为，则字

4、数为2n Y0 Y1 Y7 A4 X1 X31 X0 列列 地地 址址 译译 码码 器器 行行 地地 址址 译译 码码 器器 A5 A3 A2 A1 A0 A6 A7 K=4 ROM(Read-Only Memory)掩模掩模ROM可编程可编程ROMPROM 一次性编程、不可擦除一次性编程、不可擦除UV-EPROM 紫外线擦除可编程紫外线擦除可编程E2PROM 电信号擦除可编程电信号擦除可编程7.2 只读存储器只读存储器用户确定编程内容，向芯片厂商定制用户确定编程内容，向芯片厂商定制EPROMROM是否可擦除、可编程写入，取决于存储单元中所用器件。是否可擦除、可编程写入，取决于存储单元中所用器

5、件。因此，又有以下划分：因此，又有以下划分：BJT管管ROMMOS管管ROM二极管二极管ROMSIMOS管管普通普通MOS管管Flotox-MOS管管UV-EPROME2PROMFlash Memory快闪叠栅快闪叠栅MOS管管存储矩阵存储矩阵 地址译码器地址译码器地址输入地址输入7.2.1 掩模掩模ROM数据输出数据输出控制信号输入控制信号输入三态输出电路三态输出电路ROM的电路结构框图的电路结构框图存储单元：二极管、存储单元：二极管、BJTBJT管、管、MOSMOS管管n2nkk采用二极管的掩模采用二极管的掩模ROM D3 D2 D1 D0+5V R R R R OE A0 A1 A1 A

6、0 Y0 Y1 Y2 Y3 2 线线-4 线线 译译码码器器 存储存储矩阵矩阵输出控制电路输出控制电路M=22 4地址译码器地址译码器位线位线字线字线 D3 D2 D1 D0+5V R R R R OE A0 A1 A1 A0 Y0 Y1 Y2 Y3 2 线线-4 线线 译码器译码器 字线与位线的交点对应一个字线与位线的交点对应一个存储单元。交点处有二极管存储单元。交点处有二极管相当于存相当于存“1”1”，无二极管相，无二极管相当于存当于存“0”0”。OE=1时，输出为高阻状态时，输出为高阻状态000101111101111010001101地地 址址A1A0D3D2D1D0内内 容容当当OE

7、=0时时iiwm30130132123103001Dmm mmmmDmmmDmmDmm地地 址址数数 据据A1A0d3d2d1d0000101011011100100111110A0An-1W0W(2n-1)wi=mi另一种采用二极管的掩模另一种采用二极管的掩模ROMwi=mi存储单元中存储单元中,有有MOSMOS管相当于存入管相当于存入“1”1”，无，无MOSMOS管相当于存入管相当于存入“0”0”。采用采用NMOS管的掩模管的掩模ROM A6 A7 A4 A5 D0+VDD R R R R Y0 Y1 Y14 Y15 4线线|1616线线 译译码码器器 1616线线-1线数据选择器线数据选

8、择器 A2 A3 A0 A1 A2 A3 A0 A1 S2 S3 S0 S1 I0 I1 I14 I15 Y 字线字线存储存储矩阵矩阵位线位线字线与位线字线与位线的交点为一个的交点为一个存储单元。存储单元。交点处有交点处有MOS管相当于存管相当于存“0”、无、无MOS管相当于存管相当于存“1”。两维译码的两维译码的ROM该存储器的容量该存储器的容量?M=16161 bit7.2.2 可编程可编程ROMROM（PROMPROM）熔丝由易熔合金制成出厂时，每个结点上都有熔丝20V字线选中、BJT接入，位线为1 编程时将不用的引脚熔断！BJT断开，相当于写入0*一次性编程，不可更改！7.2.3 可擦

9、除的可编程可擦除的可编程ROMROM（EPROMEPROM）一、用紫外线擦除的一、用紫外线擦除的EPROM（UV-EPROM）管叠栅注入MOSMOSInjuctiongateStackedSIMOS)(浮置栅控制栅:fcGGfcGG工作原理：若上注入电子，加入正常逻辑高电平时，SIMOS管不导通；fcGG若上未注入负电荷，加入正常逻辑高电平，则SIMOS导通。“1”“0”220 252550cfDSVGVmSSiOG“写入”：间加高压（），引发雪崩击穿，同时在上加，宽的正脉冲，吸引高速电子穿过层，被负俘获，形成电荷注入。25V50mS2025V220 330fSiOG“擦除”：通过一定强度的照

10、射，层中产生电子 空穴对，为上俘获的电子提供了泄放通道，使之放电。紫外线照射分钟荧光阳光灯下一周，下（年）2025V0V25V二、电擦除的可编程二、电擦除的可编程ROM（E2PROM）()UVEPROMMOSFlotox为克服擦除慢、操作不便的缺点，又研发出浮栅隧道氧化层管管82721010/ffGDSiOmnmVcmG 与之间有小的隧道区，厚度（20）,当场强达到一定程度时（），电子会穿越隧道，进入“隧道效应”8772020210m201010/VVcmVcm20100iCjfWGVmSBVG充电：、加，的正脉冲，接；高速运动的电子经隧道区0,CijfGVW BG放电：接，加入正脉冲；上的负

11、电荷经隧道区放电。工作原理：工作原理：13fcGGVT注入电子后，加高电平，截止正常读出113fcGGVT未注入电子，加高电平，导通正常读出0三、快闪存储器（三、快闪存储器（Flash MemoryFlash Memory）（隧道区）区有极小的重叠区与）更薄（与衬底间SGnmOSGfif15102*601210fsscGDSVVVGVS工作原理：向充电，利用雪崩注入方式加正压()，接，加、的正脉冲。0,12100mfcssfGGVVSG放电，利用隧道效应加、的正脉冲，上的负电荷经隧道区放电。采用快闪叠栅采用快闪叠栅 MOSMOS管（类似于管（类似于SIMOSSIMOS管）、省去选通管管）、省去

12、选通管T T2 2，提高了集成度。，提高了集成度。12V10 S0V+6V12V100mS0VROM芯片实例：芯片实例：D7 D0 PGM 输输出出缓缓冲冲器器 Y 选选通通 存存储储阵阵列列 CE OE 控控制制逻逻辑辑 Y 译译码码 X 译译码码 A16 A0 VPP GND VCC AT27C010 128K8位位ROM CEOEPGM工作模式工作模式A16 A0VPPD7 D0读读00Ai数据输出数据输出输出无效输出无效1高阻高阻等待等待1Ai高阻高阻快速编程快速编程010AiVPP数据输入数据输入编程校验编程校验001AiVPP数据输出数据输出AT27C010 功能表功能表ROM的读

13、操作与时序图的读操作与时序图（2）加入有效的片选信号）加入有效的片选信号CEOE（3）使输出使能信号）使输出使能信号 有效，经过一定延时后，有效数有效，经过一定延时后，有效数据出现在数据线上；据出现在数据线上；CEOE（4）让片选信号）让片选信号 或输出使能信号或输出使能信号 无效，经过一定延无效，经过一定延时后数据线呈高阻态，本次读出结束。时后数据线呈高阻态，本次读出结束。（1）欲读取单元的地址加到存储器的地址输入端；）欲读取单元的地址加到存储器的地址输入端；tCE tAA 读读出出单单元元的的地地址址有有效效 CE tOE OE D7 D0 数数据据输输出出有有效效 tOZ tOH A16

14、 A0（1）用于存储固定的专用程序用于存储固定的专用程序（2）利用利用ROM可实现查表或码制变换等功能可实现查表或码制变换等功能 查表功能查表功能 查某个角度的三角函数查某个角度的三角函数 把变量值（角度）作为地址码，其对应的函数值作把变量值（角度）作为地址码，其对应的函数值作为存放在该地址内的数据，这称为为存放在该地址内的数据，这称为“造表造表”。使用时，。使用时，根据输入的地址根据输入的地址(角度角度)，就可在输出端得到所需的函数，就可在输出端得到所需的函数值，这就称为值，这就称为“查表查表”。码制变换码制变换 把欲变换的编码作为地址，把最终的把欲变换的编码作为地址，把最终的目的编码作为相

15、应存储单元中的内容即可。目的编码作为相应存储单元中的内容即可。ROM的应用的应用7.3 随机存储器随机存储器RAM7.3.1 静态随机存储器（静态随机存储器（SRAM）一、结构与工作原理一、结构与工作原理 RAM(Random-Access Memory)SRAM(Static RAM)：静态：静态RAMDRAM(Dynamic RAM)：动态动态RAM9A二、二、SRAM的存储单元的存储单元作存储单元触发器，为基本RSTT41相通、与、导通，行中被选中，时，能在jjiBBQQTTX6511,单元与缓冲器相连列第行第导通，这时时，所在列被选中，jiTTYj871,，读操作截止，与导通，则若时，

16、当OIQAAAWRSC32110,，写操作导通，与截止，则若QOIAAAWR3210,六个六个N沟道增强型沟道增强型MOS管管*7.3.2 动态随机存储器（动态随机存储器（DRAM）MOS管栅极电容管栅极电容可以存储电荷可以存储电荷 动态存储单元动态存储单元7.4 存储器容量的扩展存储器容量的扩展接法：将各片的地址线、读写线、片选线并联即可。接法：将各片的地址线、读写线、片选线并联即可。例：用八片例：用八片1024 x 1位位1024 x 8位的位的RAM位扩展字扩展4片片2568位的位的RAM接成接成1024 8位的位的RAM。07256256:0000000011111111A每一片提供个

17、字，需要个地址。SCYYAAAA分别接四片的译成即将两位代码区分四片用,308989102376876751251125625501110010007070707,AAAAAAAA四片的地址分配就是：0001110110111011011111104321SCSCSCSC89AA7.5 用存储器实现组合逻辑函数用存储器实现组合逻辑函数一、基本原理一、基本原理从从ROMROM的数据表可见：若以地址线为输入变量，则数据线即的数据表可见：若以地址线为输入变量，则数据线即为一组关于地址变量的逻辑函数为一组关于地址变量的逻辑函数地地 址址数数 据据A A1 1A A0 0D D3 3D D2 2D D1 1D D0 00 00 00 01 10 01 10 01 11 10 01 11 11 10 00 01 10 00 01 11 11 11 11 10 0视为真值表视为真值表二、举例二、举例ABCDDCBAYDCBADABCYBCDADBCDCBAYCBABCAYROM4321产生：用),(),(),(),(15214414107676324321mYmYmYmY