《数字电子技术基础第二版》8.3半导体存储器与可编程逻辑器件.pptVIP

8.3 只读存储器 上页 下页 后退 模拟电子 数字电子技术基础 上页 下页 返回 8.3.1 ROM的结构与原理 PROM是一种可编程逻辑器件，它的地址译码器是一个固定的“与”阵列，它的“存储矩阵”是一 个可编程的“或”阵列。 一个8?3PROM的阵列图如图所示: 与阵列：全译码阵列， n 输入变量有2n个地址译码与门,对应2n根字线。 或阵列：一组或门，输出端输出数据，输入端是位线，字线与位线的2n个交叉点都是可编程接点。 PROM的简化阵列图 用一个译码器框代替固定的“与”阵列,得PROM的简化阵列图。 8.3.2 PROM的可编程节点 1. PROM一次性编程结构 用MOS管ROM的结构图 当对应某地址输入的字线为高电平时，该字线上所有的MOS管导通，有MOS管的连接点相当于存入数据“1”，没有MOS管对应连接点当于存入数据“0”。 熔丝结构PROM编程单元 出厂时PROM的所有熔丝是连通的，即全部存储单元都存储了“1”。若要将某些单元改写为“0”，只要给这些单元通过足够大的电流，将其熔丝烧断即可。这样，用户就可根据需要通过编程改写PROM中的存储内容。 可编程节点由一个MOS管和串接在漏极的熔丝组成。 2. EPROM可擦除编程结构 EPROM在每一个交叉点采用一个叠栅注入式SIMOS管 结构和符号 N沟道SIMOS管与N沟道增强型MOS管基本相同 结构和符号 它有两个重叠的栅极，控制栅G2用于控制数据的写入和读出，浮置栅G1位于控制栅下方，悬浮在绝缘层内且没有引出线。 G1不带电荷时，SIMOS相当一个普通的MOS管，控制栅G2加入高电平时SIMOS管导通，相当于存入“1”。 编程写入时，在要写入“0”对应单元管子的漏极加上足够高的正脉冲电压，使漏极与衬底之间的PN结产生“雪崩”击穿，如果同时在控制栅上加正脉冲，高能电子就会进入并堆积在浮置栅上。 结构和符号 EPROM芯片在写入数据后，最好用不透光的胶布把窗口封住，以免受到光线照射而使资料丢失。 外加电压消失后，由于没有放电回路，浮置栅上的负电荷可以长期保存。即使在G2加入高电平时，该SIMOS管仍处于截止状态。 如用紫外线照射SIMOS管，浮置栅上的电子可以获得足够的能量通过绝缘层泄放，SIMOS管又恢复初始状态，这种“擦除”的过程一般要15~20分钟。 3. E2PROM可擦除编程结构 由于EPROM一般写入需要编程器，擦除需要擦除器，操作复杂且速度慢。为了克服这些缺点，又研制成功了电可擦除的E2PROM。 E2PROM的可编程单元也是一种SIMOS管，只是浮置栅与漏极之间有一小块厚度极薄的绝缘层，这种特殊的结构可以产生隧道效应，简称Flotox管。 Flotox管符号 E2PROM的工作电压为5V, 编程所需的高电压可以在芯片内部产生，这样就可以不用编程器，可以逐字的修改存储的数据，一个字节的写入时间为毫秒级，重复编程次数可以达到几万次。 当Flotox管的源漏极接地，在栅极加上20V的正脉冲时，浮置栅与漏极之间产生隧道效应，使得衬底的电子进入浮置栅，MOS管的开启电压变高，相当与存入 “0”。反之，如果栅极接地，在漏极加上20V的正脉冲时，浮置栅上的电子通过隧道返回衬底，相当存入 “１”。 4. Flash ROM 的存储单元 FLASH的编程单元 MOS的控制栅接字线，漏极接位线，一个块中所有SIMOS管的源极都接在一起。 Flash ROM在写入时，是以字节为最小单位写入。把要写入“０”的MOS管的漏极经过位线接6V左右的电压，源极接地，在控制栅加入12V正脉冲，使源漏极之间发生雪崩击穿，部分高能电子就能进入浮置栅，使SIMOS管的开启电压变高。 FLASH的编程单元 在读出时，所有SIMOS管的源极接地，被字线选中MOS管的控制栅为高电平，浮置栅上充有负电荷的MOS管截止，相当读出 “0”；反之导通，相当读出 “１”。 Flash ROM芯片的存储容量普遍大于EPROM，目前可达到64M KBit，它的读和写操作都是在单电压下进行的，编程和擦除可以直接在电路板上进行。由于其大容量和低成本，近年来已逐渐取代了EPROM，广泛的用在U盘、MP3播放器和数码相机等电子产品中。 8.3.3 ROM 的应用 存储程序、表格和大量固定数据。 实现代码转换。 实现逻辑函数。 PROM的主要缺点： 1）与阵列是一个固定的全译码阵列，输入变量较多时，必然会导致器件工作速度降低; 2）PROM的体积较大; 3）成本较高。 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1