Особенности постоянных ЗУ

ПЗУ строятся аналогично, но как было отмечено выше, они предназначены для хранения информации, которая остается в процессе работы неизменной. Условное графическое обозначение полупроводникового ПЗУ приведено на рис. 2.

Как видно из рисунка, отличите6льной особенностью ПЗУ будет отсутствие входа выбора режима работы, так как подобные ЗУ предназначены только для хранения информации и не имеют режима записи. Остальные входы имеют назначение, как и в ОЗУ, а процесс считывания информации происходит в той же последовательности, как это было показано при рассмотрении ОЗУ. По способу занесения информации в ПЗУ различают масочные, программируемые и репрограммируемые ПЗУ.

А) Масочные ПЗУ. Отличительной особенностью масочных ПЗУ является способ изготовления матрицы запоминающих элементов. В качестве примера на рис. 3 представлен один из возможных вариантов исполнения матрицы. Матрица образована системой пересекающихся шин. Горизонтальные шины В3 – В0 называют адресными. К адресным шинам подключаются выходы дешифратора адреса. Вертикальные шины С3 – С0 называют разрядными. Разрядные шины подключаются к входам усилителя считывания. В качестве запоминающих элементов могут использоваться транзисторы как биполярные, так и полевые или диоды, которые включаются в точки пересечения адресных и разрядных шин. Причем, наличие полупроводникового элемента соответствует 1, а его отсутствие – 0. При изготовлении такой микросхемы на полупроводниковом кристалле формируются все полупроводниковые элементы (в данном случае диоды). На последнем этапе изготовления с помощью специальной маски производится металлизация, в процессе которой образуются соединения диодов с шинами. Путем металлизации производится подключение тех диодов, которые должны обеспечить 1 в соответствующем разряде. Поскольку металлизация является заключительным этапом изготовления интегральной схемы, то такое ПЗУ можно запрограммировать только на заводе изготовителе.

Масочные ПЗУ могут работать только в режиме считывания. Для считывания информации на адресные входы подается в двоичном коде номер ячейки, с которой необходимо произвести считывание. Кодовая комбинация преобразуется дешифратором в сигнал 1 на одном из выходов, которая поступает на соответствующую адресную шину. Через полупроводниковые диоды сигнал 1 появляется на тех разрядных шинах, которые имеют соединение с данной адресной шиной. В следующий момент времени на вход выбора кристалла подается сигнал 0. По этому сигналу управляющее устройство подключает выходы усилителей считывания к выходам микросхемы D3 – D0 и информация с разрядных шин через усилители считывания поступает на выход схемы. Время существования кодовой комбинации на выходах определяется длительностью 0 на входе выбора кристалла и временем сохранения адреса на адресных входах.

Б) Программируемые ПЗУ. Принципы построения таких ЗУ ничем не отличаются от рассмотренных выше. В матрице ПЗУ также имеются все полупроводниковые элементы, а в процессе металлизации производится их соединение с адресными и разрядными шинами. Однако последовательно с полупроводниковыми элементами включаются плавкие перемычки как это показано на рис. 3. Программирование схемы осуществляется потребителем с помощью специального устройства – программатора. В процессе программирования подаются импульсы тока на выбранные перемычки, которые расплавляются и связь диода с разрядной шиной нарушается. При считывании информации на одну из адресных шин с выхода дешифратора подается 1. На разрядной шине, которая осталась соединенной с выбранной адресной шиной, образуется сигнал 1. На разрядной шине, которая оказалась отключенной в результате расплавления перемычки, остается 0. Очевидно, что такие ПЗУ находят более широкое применение, так как в них может быть занесена та информация, которая требуется потребителю. Однако записанная один раз информация уже не может быть исправлена, что является недостатком ПЗУ данного типа.

В) Репрограммируемые ПЗУ относятся к разряду ПЗУ со стиранием хранимой в них информации. После стирания в таких ПЗУ возможно занесение новых данных в. Перепрограммирование ПЗУ возможно из - за применения в качестве запоминающих элементов МОП-транзисторов с плавающим затвором. Особенности построения таких транзисторов поясняет рис. 4.

Затвор транзистора размещается в слое диэлектрика из нитрида кремния, который имеет свойство продолжительное время сохранять заряды. В исходном состоянии транзистор находится в закрытом состоянии. Поскольку канал отсутствует, то прохождение через него тока начинается при значительном напряжении между стоком и истоком транзистора. Характеристика, показывающая зависимость тока стока от приложенного между стоком и истоком напряжения представлена на рис. 5 (кривая 2). Если с помощью программатора подать на такой транзистор импульс напряжения порядка 40-60 вольт, то под воздействием приложенного напряжения с затвора удаляются положительные заряды. В результате этого на плавающем затворе остаются отрицательные заряды, которые притягивают к границе подложки положительные заряды, образующие канал между истоком и стоком транзистора. Теперь протекание тока через транзистор начинается при прикладывании небольшого напряжения (рис. 5кривая 1). Для возвращения транзистора в исходное состояние (снятия заряда с плавающего затвора) необходимо произвести облучение кристалла ультрафиолетовым излучением через специальную кварцевую пластину в корпусе микросхемы. Комнатное освещение и солнечный свет не оказывают заметного влияния на состояние транзистора даже при длительном освещении. Ультрафиолетовое облучение продолжительностью 10-30 минут полностью возвращает запрограммированные транзисторы в исходное состояние.

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Таким образом, в ходе данной лекции рассмотрены принципы построения оперативных и постоянных запоминающих устройств. Работа ОЗУ показана на примере статического ЗУ. ПЗУ строятся аналогичным образом, но позволяют только считывать заложенную в них информацию. ПЗУ, информация в которые вводится в процессе их изготовления, называют масочными. Они достаточно просты, но не допускают каких либо изменений информации. Программируемые ПЗУ выпускаются готовыми к программированию, но после программирования также не допускают изменения хранимой информации. Репрограммируемые или перепрограммируемые ПЗУ допускают многократное изменение информации и по своим возможностям чем -то напоминают ОЗУ, но процессы стирания и программирования занимают достаточно много времени, поэтому такие ЗУ не могут считаться оперативными, где эти процессы занимают десятки – единицы наносекунд.

Задание на самостоятельную работу:

1. Изучить материал по учебнику [1] стр. 173-181.

Доцент кафедры №9 Б.Степанов

Рецензент полковник Г.Журбин

Дата добавления: 2014-01-11