Постоянные запоминающие устройства

Постоянные запоминающие устройства

Постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) предназначены для постоянного, энергонезависимого хранения информации.

По способу записи ПЗУ классифицируют [1] следующим образом:

1. однократно программируемые маской на предприятии-изготовителе;
2. однократно программируемые пользователем с помощью специальных устройств, называемых программаторами - ППЗУ ;
3. перепрограммируемые, или репрограммируемые ПЗУ - РПЗУ.

Масочные ПЗУ

Программирование масочных ПЗУ происходит в процессе изготовления БИС. Обычно на кристалле полупроводника вначале создаются все запоминающие элементы (ЗЭ), а затем на заключительных технологических операциях с помощью фотошаблона слоя коммутации реализуются связи между линиями адреса, данных и собственно запоминающим элементом. Этот шаблон (маска) выполняется в соответствии с пожеланиями заказчика по картам заказа. Перечень возможных вариантов карт заказов приводится в технических условиях на ИМС ПЗУ. Такие ПЗУ изготавливаются на основе матриц диодов, биполярных или МОП-транзисторов.

Масочные ПЗУ на основе диодной матрицы

Схема такого ПЗУ представлена на рис. 12.1. Здесь горизонтальные линии – адресные, а вертикальные – это линии данных, с них в данном случае снимаются 8-разрядные двоичные числа. В данной схеме ЗЭ – это условное пересечение линии адреса и линии данных. Выбор всей строки ЗЭ производится при подаче логического нуля на линию адреса ЛА _i c соответствующего выхода дешифратора. В выбранный ЗЭ записывается логический 0 при наличии диода на пересечении линии D _i и ЛА _i, т.к. в этом случае замыкается цепь: + 5 В, диод, земля на адресной линии. Так, в данном ПЗУ при подаче адреса 11₂ активный нулевой сигнал появляется на адресной линии ЛА ₃, на ней будет уровень логического 0, на шине данных D 7 D 0 появится информация 01100011₂.

увеличить изображение
Рис. 12.1. Схема масочного ПЗУ на основе диодной матриц

Масочные ПЗУ на основе матрицы МОП-транзисторов

Пример схемы данного ПЗУ представлен на рис. 12.2. Запись информации осуществляется подключением или неподключением МОП-транзистора в соответствующих точках БИС. При выборе определенного адреса на соответствующей адресной линии ЛА _i появляется активный сигнал логической 1, т.е. потенциал, близкий к потенциалу источника питания + 5 В. Данная логическая 1 подается на затворы всех транзисторов строки и открывает их. Если сток транзистора металлизирован, на соответствующей линии данных D _i появляется потенциал порядка 0,2 0,3 В, т.е. уровень логического 0. Если же сток транзистора не металлизирован, указанная цепь не реализована, на сопротивлении R_i не будет падения напряжения, т.е. в точке D _i будет потенциал +5 В, т.е. уровень логической 1. Например, если в показанном на рис. 12.2 ПЗУ на адрес подать код 01₂, на линии адреса ЛА ₁ будет активный уровень 1, а на шине данных D 3 D 0 будет код 0010₂.

увеличить изображение
Рис. 12.2. Схема масочного ПЗУ на основе матрицы МОП-транзисторов

Масочные ПЗУ на основе матрицы биполярных транзисторов

Пример схемы данного ПЗУ представлен на рис. 12.3. Запись информации осуществляется также металлизацией или неметаллизацей участка между базой и адресной линией. Для выбора строки ЗЭ на линию адреса ЛА _i подается логическая 1. При металлизации она подается на базу транзистора, он открывается вследствие разницы потенциалов между эмиттером (земля) и базой (примерно + 5 В). При этом замыкается цепь: + 5 В; сопротивление R _i; открытый транзистор, земля на эмиттере транзистора. В точке D _i при этом будет потенциал, соответствующий падению напряжения на открытом транзисторе – порядка 0,4 В, т.е. логический 0. Таким образом, в ЗЭ записан ноль. Если участок между линией адреса и базой транзистора не металлизован, указанная электрическая цепь не реализована, падения напряжения на сопротивлении R _i нет, поэтому на соответствующей линии данных D _i будет потенциал +5 В, т.е. логическая 1. При подаче, например, адреса 00₂ в приведенном на рис. 12.3 ПЗУ на ШД появится код 10₂.

увеличить изображение
Рис. 12.3. Схема масочного ПЗУ на основе матрицы биполярных транзисторов

Примеры масочных ПЗУ приведены на рис. 12.4, а в табл. 12.1 – их параметры [1].

увеличить изображение
Рис. 12.4. Функциональные обозначения масочных ПЗУ

Программируемые ПЗУ

Программируемые ПЗУ ( ППЗУ ) представляют собой такие же диодные или транзисторные матрицы, как и масочные ПЗУ, но с иным исполнением ЗЭ. Запоминающий элемент ППЗУ приведен на рис. 12.5. Доступ к нему обеспечивается подачей логического 0 на линию адреса ЛА _i. Запись в него производится в результате осаждения (расплавления) плавких вставок ПВ, включенных последовательно с диодами, эмиттерами биполярных транзисторов, стоками МОП-транзисторов. Плавкая вставка ПВ представляет собой небольшой участок металлизации, который разрушается (расплавляется) при программировании импульсами тока величиной 50 100 микроампер и длительностью порядка 2 миллисекунд. Если вставка сохранена, то в ЗЭ записан логический 0, поскольку реализована цепь между источником питания и землей на ЛА _i через диод (в транзисторных матрицах – через открытый транзистор). Если вставка разрушена, то указанной цепинет и в ЗЭ записана логическая 1.

Рис. 12.5. Схема масочного ПЗУ на основе матрицы биполярных транзисторов

На рис. 12.6 приведены примеры функциональных обозначений ППЗУ, выполненных по различным технологиям [1, с. 69], а в табл. 12.2 – их основные параметры.

увеличить изображение
Рис. 12.6. Функциональные обозначения ППЗУ