大规模集成电路演示文稿课件

第9章大规模集成电路本章导读通过本章的学习，使读者：1.ROM的分类、结构及工作原理;2.RAM的分类、结构及工作原理;3.可编程逻辑器件的结构及应用。9.1只读存储器（ROM）ROM存储的信息是非易失的。也就是说，掉电后再上电，存储内容不会改变。编程后用于用户系统中时，其内容只能读出、不能写入。一般用于存放固定不变的程序和数据。结构简单位密度高非易失性可靠性高特点1.掩膜型ROM2.可编程ROM3.可擦除可编程ROM4.电可擦除可编程ROM分类

9.1.1掩膜型ROM［固定ROM］（ReadOnlyMemory）掩膜型ROM芯片所存储的信息是由厂家写入，用户无法进行任何修改。这些管子是制造时由二次光刻版的图形（掩膜工艺）决定的，故称为掩膜ROM。这种类型存储器的基本存储电路可由二极管、晶体管、MOS管构成。2×2位掩膜ROM电路原理图9.1.3可擦除可编程ROM———EPROM（ErasablePROM）1.基本存储电路

EPROM是一种可多次擦除和重复写入的ROM。这种EPROM存储电路芯片上方有“窗口”，当用紫外线通过这个窗口照射时，所有电路中的浮栅上的电荷形成光电流泄漏走，从而把写入的信息擦去（内容全“1”），以便重新编程。这一过程通常由专用设备（EPROM擦除器）完成，然后用EPROM写入器实现编程。EPROM的基本存储电路

9.2可编程逻辑器件（PLD）用户在设计开发软件（或编程器）的辅助下就可以对PLD器件编程，使之实现所需的组合或时序逻辑功能，就是PLD最基本的特征基本门可编程和不可编程示意图PLD的编程是通过熔丝的连接或断开来实现的9.2可编程逻辑器件（PLD）阵列结构PLD———SPLD中的与阵列和或阵列可以由晶体三极管组成（双极型），更多的是MOS场效应管组成（MOS型）。二极管构成的门阵列结构SPLD采用的逻辑符号与门的三种简化表示法阵列图9.2.1用PROM实现组合逻辑电路例9.2.2

试用适当容量的PROM实现四位二进制码到Gray码的变换器（实现组合逻辑电路）。用PROM实现组合逻辑函数的主要不足之处是芯片面积的利用率不高，其原因是PROM的与阵列是全译码器，它产生了全部最小项。事实上，大多数组合函数并不需要所有的最小项。为提高芯片面积利用率，又开发了一种与阵列也可编程的PLD-PLA。9.2.2可编程逻辑阵列器件

2.用PLA实现组合逻辑电路任何组合函数均可采用组合型PLA实现。为减小PLA的容量，需对表达式进行逻辑化简。例9.2.3

试用PLA实现例9-2要求的四位二进制码到Gray码的变换器。（1）为尽可能的减小PLA的容量，应先化简多输出函数，并获得最简表达式.（2）选择PLA芯片实现变换器。

9.2.3可编程阵列逻辑器件（PAL）

PAL与其他PLD器件一样包含一个与阵列和一个或阵列，主要特征是与阵列可编程，而或阵列固定不变。PAL器件制造工艺有TTL、CMOS和ECL三种。TTLPAL速度高，在这三者中使用较广;CMOSPAL功耗低;ECLPAL速度特别高，能满足特殊需要。

9.2.4通用阵列逻辑器件（GAL）作为可编程器件的GAL，它在基本阵列结构上沿袭了PAL的与、或结构，由可编程与阵列驱动可编程或阵列。与PAL相比，GAL的输出部分配置了输出逻辑宏单元OLMC（OutputLogicMacroCell），对OLMC进行组态，得到不同的输出结构，使得这类器件比输出部分相对固定的PAL芯片更为灵活。GAL的OLMC，可由设计者组态为五种结构:专用组合输出、专用输入、组合I.O、寄存器时序输出和寄存器I.O。因此，同一GAL芯片，既可实现组合逻辑电路，也可实现时序逻辑电路，为逻辑设计提供了方便。9.3.1静态随机存储器—SRAM的结构1.存储体

一个基本存储电路能存储1位二进制数，而一个8位的二进制数则需8个基本电路。一个容量为M×N（如64K×8bit）的存储器则包含M×N个基本存储电路。这些大量的基本存储电路有规则地排列在一起便构成了存储体。基本存储电路主要由R-S触发器构成，其两个稳态分别表示存储内容为“0”或为“1”。9.3.1静态随机存储器—SRAM的结构

2.外围电路

外围电路通常包括:

（1）地址译码器（2）I.O缓冲器9.3.2RAM的工作原理1.静态MOSRAM存储单元电路存储器存储信息，其实质是存放一位二进制码，每一位二进制码只有两个状态:“0”和“1”。任何有两个状态的器件都可作为存放二进制码的基本存储单元。静态存储器采用双稳态电路来作为存放一位二进制码的基本存储电路。静态存储电路9.3.2RAM的工作原理2.动态MOSRAM存储器单元动态RAM利用MOS管的栅极电容存储电荷的原理来存储信息。因电容的充电、放电、泄漏、补充是一个动态的过程，所以称为动态随机存储器（DRAM）。由于电容有泄漏，必须不断地补充电荷，这种补充电荷的过程即为动态RAM的刷新。一般动态存储器要求2ms之内刷新一次。9.3.2RAM的工作原理2.动态MOSRAM存储器单元（1）四管动态基本存储电路①写入操作②保存信息③读出操作9.3.2RAM的工作原理2.动态MOSRAM存储器单元（2）三管动态基本存储电路

①写入操作②读出操作

③刷新9.3.3RAM存储容量的扩展方法1.静态RAM集成芯片简介在存储器中，通过地址译码器对地址总线的地址进行译码来选择要访问的存储单元。（1）单译码方式在单译码方式中，将每个字的所有位排成一行，只有行方向的译码器，译码输出的每条字选择线选择某个字的所有位单译码结构存储器9.3.3RAM存储容量的扩展方法（2）双译码方式双译码方式中，地址译码分成两部分:行译码（X译码）和列译码（Y译码）。1.静态RAM集成芯片简介双译码结构存储器9.3.3RAM存储容量的扩展方法2.Intel2114型静态RAM介绍Intel2114是1K×4的静态RAM芯片，18引脚双列直插式封装。用Intel2114芯片构成4K×8的RAM。Intel2114引脚逻辑图本章小结1.存储器ROM中存储的数据是非易失的。它具有结构简单、位密度高、非易失性、可靠性高等特点。它可以分为固定ROM、PROM、EPROM和E2PROM等类型。2.可编程逻辑器件PLD是在20世纪70年代发展起来的，用户可以在设计开发软件或编辑器的辅助下对PLD进行编程，使之实现所需的组合或时序逻辑功能。它采用阵列结构（SPLD）组成与阵列和或阵列，根据