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1、2022/7/30 韓 良,1,第六章 MOS存儲(chǔ)器,2022/7/30 韓 良,2,MOS存儲(chǔ)器分類(lèi),通?？煞譃橹蛔x存儲(chǔ)器和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器兩大類(lèi)。,只讀存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱ROM，屬于非易失性存儲(chǔ)器，又可分為固化ROM和可改寫(xiě)ROM?？筛膶?xiě)ROM目前常用的有可擦除可編程的EPROM、電可擦除可編程的E2PROM和閃存flash。,隨機(jī)存取存儲(chǔ)器簡(jiǎn)稱RAM，屬于易失性存儲(chǔ)器，一分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)（SRAM和DRAM）兩類(lèi)。,還有一些特殊用途的存儲(chǔ)器，如限定存取順序的先進(jìn)先出存儲(chǔ)器FIFO和后進(jìn)先出存儲(chǔ)器LIFO、按內(nèi)容尋址存儲(chǔ)器CAM以及多端口存儲(chǔ)器等。,2022/7/30 韓 良,3,存儲(chǔ)器早期以單塊IC

2、封裝形式廣泛應(yīng)用于各種電子系統(tǒng)中，目前作為嵌入式存儲(chǔ)器與邏輯功能集成在同一芯片上也被廣泛應(yīng)用。,2022/7/30 韓 良,4,只讀存儲(chǔ)器(read-only memory-ROM)可以分為以下兩大類(lèi)：,(1)掩模編程ROM，它所儲(chǔ)存的固定邏輯信息是由生產(chǎn)廠家通過(guò)光刻掩模版來(lái)決定的。,(2)現(xiàn)場(chǎng)可編程ROM(programmable read-only memory)， PROM(可編程ROM)。此類(lèi)ROM通常采用溶絲結(jié)構(gòu)，用戶可根據(jù)編程的需要,把無(wú)用的溶絲燒斷來(lái)完成編程工作(即把信息寫(xiě),2022/7/30 韓 良,5,入到存儲(chǔ)器中)。但一旦編程完畢，就無(wú)法再變更，故用戶只可編程(寫(xiě))一次。,

3、EEPROM(電可擦除可編程ROM，也叫E2PROM-electrically erasable programmable read only memory )。,EPROM(可擦除可編程ROM-erasable programmable read only memory )。此類(lèi)ROM存貯單元中存儲(chǔ)信息的管子采用浮柵(floating-gate)結(jié)構(gòu)，可用紫外光或X-射線把原來(lái)存的信息一次全部擦除。,2022/7/30 韓 良,6,隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(random-access memory)，簡(jiǎn)稱RAM。這類(lèi)存儲(chǔ)器可以隨時(shí)將外部信息寫(xiě)入到其中的任何一個(gè)單元中去，也可隨意地讀出任意一個(gè)單元中的信

4、息。根據(jù)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)信息所用電路的類(lèi)型，又可分為,(1)SRAM(靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)，其存儲(chǔ)單元由某種鎖存器作為存儲(chǔ)元件，所以只要不斷掉電源，存儲(chǔ)的信息就一直保留著。速度快、功耗大、芯片面積大。,2022/7/30 韓 良,7,(2)DRAM(動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)，其存儲(chǔ)單元是利用一個(gè)很小的電容存儲(chǔ)電荷來(lái)保持信息的。重寫(xiě)、集成度高、功耗低、但速度不如SRAM。,2022/7/30 韓 良,8,分類(lèi)：,掩模ROM,可編程ROM（PROM）,可擦除可編程ROM（EPROM）,隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM,靜態(tài)存儲(chǔ)器SRAM,動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器DRAM,按功能,(Read- Only Memory),(Random

5、Access Memory),(Programmable ROM),(Erasable PROM),UVEPROM,EEPROM,只讀存儲(chǔ)器ROM,Flash Memory,(Ultra-Violet),(Electrically),電可擦除,紫外線擦除,(Static RAM),快閃存儲(chǔ)器,(Dynamic RAM),還可以按制造工藝分為雙極型和MOS型兩種。,主要指標(biāo)：存儲(chǔ)容量、存取速度。,2022/7/30 韓 良,9,6-1 存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu),2022/7/30 韓 良,10,思考題1. 存儲(chǔ)器一般由哪幾部分組成？2.設(shè)計(jì)譯碼電路時(shí)應(yīng)注意什么問(wèn)題？3.多級(jí)譯碼電路有什么優(yōu)點(diǎn)？,2022/7

6、/30 韓 良,11,6.1.1 存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)圖,各種存儲(chǔ)器都有各自的特點(diǎn)，但它們的結(jié)構(gòu)大體上是一致的。,2022/7/30 韓 良,12,6.1.2 存儲(chǔ)體,存儲(chǔ)體是由若干個(gè)存儲(chǔ)單元組成的陣列，若字?jǐn)?shù)為N，每個(gè)字的位數(shù)為M，則表示為 NM （與行數(shù)和列數(shù)可能有差別，行數(shù) N，列數(shù) M，行數(shù)列數(shù)=N M ）。,不同類(lèi)別存儲(chǔ)器有不同的存儲(chǔ)單元，但是有共同的特點(diǎn)： 每個(gè)存儲(chǔ)單元有兩個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，分別代表二進(jìn)制信息“0”和“1”。,2022/7/30 韓 良,13,6.1.3 地址譯碼器,存儲(chǔ)體中的每個(gè)存儲(chǔ)單元都有自己唯一的地址（行、列），地址譯碼器就是將地址信號(hào)譯成具體的選擇地址。 一般將地址

7、信,號(hào)分為行地址信號(hào)和列地址信號(hào)，因此地址譯碼器分為行地址譯碼器和列地址譯碼器。,行譯碼器電路的輸入是來(lái)源于地址寄存器的N位二進(jìn)制地址，首先經(jīng)過(guò)緩沖器產(chǎn)生正反地址信號(hào)，然后通過(guò)編碼電路譯成對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)體每一行的地址信號(hào)(一般稱為字線WL)。,4位行地址產(chǎn)生16條字線WL。,6.1.4 行地址譯碼器(1)基本原理,2022/7/30 韓 良,15,6.1.4 行地址譯碼器(1)基本原理,4位行地址產(chǎn)生16條字線WL。,對(duì)于大容量存儲(chǔ)器，行地址緩沖器的負(fù)載將過(guò)多，編碼電路與非門(mén)的輸入端數(shù)過(guò)多，都會(huì)嚴(yán)重影響譯碼速度。,4位行地址產(chǎn)生16條字線WL。,2022/7/30 韓 良,17,6.1.4 行地址譯

8、碼器(2)多級(jí)譯碼技術(shù),二級(jí)譯碼技術(shù)是將地址信號(hào)先分組譯碼(2-4譯碼、3-8譯碼)，再集中編碼?？梢杂行У靥岣叽笕萘看鎯?chǔ)器的譯碼速度。,2022/7/30 韓 良,18,6.1.4 行地址譯碼器(3)地址同步控制,由于地址信號(hào)到達(dá)時(shí)間不一致，易引起字線的波動(dòng)，造成讀寫(xiě)錯(cuò)誤和功耗增加等現(xiàn)象。為了防止此現(xiàn)象發(fā)生，可加一地址輸入使能信號(hào)控制。,2022/7/30 韓 良,19,6.1.5 列地址譯碼器 1.基本原理,列譯碼器的輸入是來(lái)源于地址緩沖器的M位二進(jìn)制地址，一般先產(chǎn)生具有合適驅(qū)動(dòng)能力的正反地址信號(hào)，再通過(guò)樹(shù)狀開(kāi)關(guān)選擇電路構(gòu)成對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)體每一列（位線）的地址信號(hào)組合。,2022/7/30 韓

9、良,20,6.1.5 列地址譯碼器 2.開(kāi)關(guān)樹(shù)的設(shè)計(jì),對(duì)于大容量存儲(chǔ)器通常用四選一和二選一的組合，以避免開(kāi)關(guān)樹(shù)的層次過(guò)多而影響速度。CMOS開(kāi)關(guān)樹(shù)性能較好。,2022/7/30 韓 良,21,6.1.6 讀寫(xiě)控制及輸入輸出電路,讀寫(xiě)控制電路是對(duì)存儲(chǔ)器讀操作和寫(xiě)操作時(shí)序上的控制，主要包括地址譯碼器和數(shù)據(jù)輸入輸出電路的控制。 輸入輸出電路是在控制電路的控制下，將數(shù)據(jù)寫(xiě)入譯碼器指定地址的存儲(chǔ)單元中或?qū)⒅付ǖ刂反鎯?chǔ)單元中的數(shù)據(jù)輸出。 不同的存儲(chǔ)器有不同的讀寫(xiě)控制及輸入輸出電路，具體電路根據(jù)存儲(chǔ)器的類(lèi)別和具體要求而定。,2022/7/30 韓 良,22,6-2 Mask ROM,Mask ROM（掩模編

10、程只讀存儲(chǔ)器Mask Read-Only Memory）,2022/7/30 韓 良,23,思考題1. Mask ROM 的特點(diǎn)是什么？2. Mask ROM是如何存儲(chǔ)信息“0”和信息“1”的 ？,2022/7/30 韓 良,24,6.2.1 Mask ROM的特點(diǎn),Mask ROM由用戶提供碼點(diǎn)數(shù)據(jù)（要存儲(chǔ)的固定數(shù)據(jù)），由芯片設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)版圖，由生產(chǎn)廠家制版、流片加工。芯片一旦制成，存儲(chǔ)的信息無(wú)法改變，用戶使用時(shí)只能讀出已固化的數(shù)據(jù)，掉電信息也不會(huì)丟失。因此，MASK ROM 只能用來(lái)存儲(chǔ)固定信息。,2022/7/30 韓 良,25,6.2.2 E/D NMOS或非存儲(chǔ)陣列,2022/7/30

11、 韓 良,26,6.2.3 偽NMOS或非存儲(chǔ)陣列,(1)電路結(jié)構(gòu),存儲(chǔ)單元是以字線WL與位線BL之間有無(wú)NMOS存儲(chǔ)管來(lái)表示存“0”還是存“1”。,選中字線為“1”，沒(méi)選中字線為“0”。被選中單元有存儲(chǔ)管時(shí)位線輸出“0”，而無(wú)存儲(chǔ)管時(shí)位線輸出“1”。,實(shí)質(zhì)就是靜態(tài)偽NMOS或非門(mén)的組合，字線為輸入，位線為輸出。,2022/7/30 韓 良,27,6.2.3 偽NMOS或非存儲(chǔ)陣列,(2)特性分析,輸出“0”時(shí)有靜態(tài)功耗產(chǎn)生。采用小尺寸存儲(chǔ)管有利于降低靜態(tài)功耗，同時(shí)也有利于減小芯片面積。,輸出低電平較高，輸出邏輯擺幅小，且下降速度慢，需要由輸出電路進(jìn)行改善。,2022/7/30 韓 良,28,

12、6.2.3 偽NMOS或非存儲(chǔ)陣列,(3)版圖,2022/7/30 韓 良,29,6.2.3 偽NMOS或非存儲(chǔ)陣列,(4)版圖特點(diǎn),相鄰兩字線存儲(chǔ)單元共享接地有源區(qū)或共享接位線有源區(qū)，有利于減小面積。,要改變存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，必須更改有源區(qū)和引線孔兩層版圖。,2022/7/30 韓 良,30,6.2.4 預(yù)充電結(jié)構(gòu)或非存儲(chǔ)陣列,負(fù)載管作為預(yù)充管，讀操作前對(duì)位線預(yù)充到“1”。 讀操作時(shí)，預(yù)充管截止。輸出“1”的位線保持，輸出“0”的位線放電，因此消除了靜態(tài)功耗。 低電平可以達(dá)到地電位。 其它方面與偽NMOS或非陣列相似。,2022/7/30 韓 良,31,6.2.5 偽NMOS與非存儲(chǔ)陣列,實(shí)質(zhì)就是

13、靜態(tài)偽NMOS與非門(mén)的組合。,選中字線為“0”，沒(méi)選中字線為“1”。被選中單元有存儲(chǔ)管時(shí)輸出“1”；而無(wú)存儲(chǔ)管時(shí)輸出“0”。非讀狀態(tài)和輸出“0”時(shí)有靜態(tài)功耗。,字線不宜過(guò)多，否則嚴(yán)重影響輸出低電平和下降速度。,2022/7/30 韓 良,32,6.2.6 預(yù)充電-求值結(jié)構(gòu)與非存儲(chǔ)陣列(1)電路結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),實(shí)質(zhì)就是預(yù)充電-求值結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)或非門(mén)的組合。,預(yù)充時(shí)求值管截止，求值時(shí)預(yù)充管截至，消除了靜態(tài)功耗。求值管是必須的，否則不能消除靜態(tài)功耗。,字線不宜過(guò)多，否則嚴(yán)重影響輸出低電平和下降速度。,2022/7/30 韓 良,33,6.2.6 預(yù)充電-求值結(jié)構(gòu)與非存儲(chǔ)陣列(2)版圖特點(diǎn),相鄰兩字線存儲(chǔ)單元

14、共享有源區(qū)有利于減小面積。,要改變存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，必須更改有源區(qū)、引線孔和金屬三層版圖。,2022/7/30 韓 良,34,6.2.6預(yù)充電-求值結(jié)構(gòu)與非存儲(chǔ)陣列(3)便于編程的版圖,從結(jié)構(gòu)上可以看出，無(wú)器件等效為短接。,金屬編程：所有單元制作存儲(chǔ)管，不需要的用金屬將源漏短接。,2022/7/30 韓 良,35,6.2.6預(yù)充電-求值結(jié)構(gòu)與非存儲(chǔ)陣列(3)便于編程的版圖,耗盡編程：所有單元制作存儲(chǔ)管，不需要的用耗盡層將源漏短接。（面積小，但需要增加耗盡注入工藝）,2022/7/30 韓 良,36,6.2.7 與或非存儲(chǔ)陣列,2022/7/30 韓 良,37,6.2.8 輸出電路(1)必要性,由列選

15、電路選擇相應(yīng)位數(shù)同時(shí)輸出。,由于位線輸出信號(hào)擺幅?。P(guān)鍵是低電平較高），驅(qū)動(dòng)能力差，速度慢（關(guān)鍵是下降速度慢）。為此需要設(shè)計(jì)相應(yīng)位數(shù)的輸出電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。,2022/7/30 韓 良,38,6.2.8 輸出電路(2)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn),輸出電路一般采用倒相器，根據(jù)需要可增加驅(qū)動(dòng)和寄存。,為達(dá)到良好的放大效果，反相器的轉(zhuǎn)折電壓要較高（在位線輸出高低電平的中間）。,2022/7/30 韓 良,39,6.2.6 Mask ROM應(yīng)用實(shí)例 1. 96字符發(fā)生器,由57點(diǎn)陣構(gòu)成，通過(guò)控制35個(gè)點(diǎn)的明暗來(lái)顯示字符圖形。,采用或非存儲(chǔ)陣列（ 9635） ：每個(gè)字線上排列35個(gè)單元，對(duì)應(yīng)35個(gè)點(diǎn)，即每個(gè)字有35位

16、，有MOS管的單元對(duì)應(yīng)亮點(diǎn)。96個(gè)字符對(duì)應(yīng)96條字線，每個(gè)字的對(duì)應(yīng)位相接。也可采用4870陣列，每個(gè)字線對(duì)應(yīng)2個(gè)字符，通過(guò)列譯碼分選字符輸出。,2022/7/30 韓 良,40,6.2.6 Mask ROM應(yīng)用實(shí)例 2.液晶七段數(shù)碼顯示器,數(shù)碼7段構(gòu)成，通過(guò)控制7個(gè)段的明暗來(lái)顯示數(shù)碼圖形。,采用或非存儲(chǔ)陣列（ 107） ：每個(gè)字線上排列7個(gè)單元，對(duì)應(yīng)7個(gè)段，即每個(gè)字有7位，有MOS管的單元對(duì)應(yīng)亮段。10個(gè)數(shù)字符對(duì)應(yīng)10條字線，每個(gè)字的對(duì)應(yīng)位相接。,2022/7/30 韓 良,41,6-3 PROM,PROM（可編程ROMProgrammable Read-Only Memory）,2022/7/30 韓 良,42,PROM在出廠時(shí)，存儲(chǔ)的內(nèi)容為全 0(或全1)，用戶根據(jù)需要，可將某些單元改寫(xiě)為 1(或 0)。 這種ROM采用熔絲或PN結(jié)擊穿的方法編程，由于熔絲燒斷或PN結(jié)擊穿后不能再恢復(fù)， 因此PROM只能改寫(xiě)一次。,2022/7/30 韓 良,43,熔絲型PROM的存儲(chǔ)單元,熔絲型PROM的存儲(chǔ)矩陣中，每個(gè)存儲(chǔ)單元都接有一個(gè)存儲(chǔ)管，每個(gè)存儲(chǔ)管的一個(gè)電極都通過(guò)一根易熔的金屬絲接到相應(yīng)的