office文件第6章半导体存储器

第6章半导体存储器

6.1半导体存储器的分类

6.2随机读写存储器RAM

6.4可编程只读存储器

6.3掩模只读存储器MROM

用半导体材料制成的大规模集成电路，基本功能是存储数据，用于数字系统中需要临时或永久性保存数据的场合。

6.1半导体存储器的分类

按功能分类半导体存储器随机读写存储器静态随机读写存储器（SRAM）动态随机读写存储器（DRAM）只读存储器掩模只读存储器（MROM）一次性可编程只读存储器（OTP）紫外线可擦除可编程只读存储器（EPROM）电可擦除可编程只读存储器（E2PROM）闪烁存储器（FLASHE2PROM）RAM:

随机读写存储器（RandomAccessMemory）数据可以随时存入(写)或取出(读)。断电数据会丢失。ROM:

只读存储器（ReadOnlyMemory）存放固定数据，事先写入，工作中可随时读取。断电数据不会丢失。MROM：掩模只读存储器

（MaskedROM）制造时固化数据，工作中只读，得不改写，适用于大批量产品。OTP：一次性可编程只读存储器（OneTimeProgrammbleROM）使用前，用户一次性写入数据，不得改写。适用于小批量产品。EPROM：紫外线可擦除可编程只读存储器（ErasablePROM）数据写入后，可用紫外线照射擦除

。擦除后可重写。

E2PROM：电可擦除可编程只读存储器（ElectricallyErasablePROM）。数据写入后，可施加电信号将数据擦除，并写入新数据

，可反复擦写上百次，适用于开发阶段或小批量产品的生产。可在线读写。FLASHE2PROM：闪烁存储器。具有E2PROM的擦写特点，擦除速度快得多，擦写次数达上千次。

双极型存储器：工作速度快，但功耗大、集成度不高；MOS型存储器：制作工艺简单，集成度高，功耗耗，容量大，成本低。工作速度得到极大地提高，得到广泛应用。

6.1半导体存储器的分类

按制造工艺分类：6.2随机读写存储器RAM

6.2.1SRAM

注意：读出是无破坏性的，即，读操作不会使数据发生改变。写入会改变原来存放的数据。即，不管原来存放的数据是什么，写操作后一定是新写入的数据。MOS六管存储单元T1~T4构成基本RS触发器。读取数据：使X、Y有效，T5~T8开通，触发器的两个互补输出端分别向D、

端传出数据；写入数据：先将待写入的数据送到D、端上，再使X、Y有效，T5~T8开通，外来数据强行使触发器置位或复位。MOS六管存储单元

SRAM存储器例：4×4存储单元方阵构成的存储器，能存放16个二进制数据位：A0~A3：地址，对某一存储单元进行选择。其中：

A1A0：由X选择译码电路译为4路输出，用作行选择；

A3A2：由Y选择译码电路译为4路输出，用作列选择。

只有行和列同时选中的存储单元才能通过D、端进行访问。

4×4存储矩阵读写控制电路，见下图。

I/O：数据输入/输出端。：器件选择信号。若，G1、G2、G3呈高阻态，读写操作被禁止；若，G1、G2、G3开通，读写操作可进行，此时：

若，G3开通，数据D从I/O

输出；若，G1、G2开通，数据由I/O

送到D、端。读写控制电路集成SRAM

6116写入控制端片选端输出使能端A0～A10：地址码输入端，D0～D7：数码输出端。集成SRAM6116

（2kB×8位)介绍：

D7~D0：数据输入/输出端，以字节为单位进行读写。

A10~A0：11位地址输入端，存储容量为2048字节（2KB）。：片选端。为0，允许读写。为1：备用（此时功耗极微，且数据不会丢失）。：读脉冲端。为0：读当前地址对应的数据。为1：D7~D0端呈高阻态。：写脉冲端。先将待写入的8位数据送到D7~D0端，再令其为0，数据即被写入到当前地址对应的存储单元。集成SRAM6116RAM容量的扩展（位扩展）位扩展将地址线、读／写线和片选线对应地并联在一起输入／输出（I/O）分开使用作为字的各个位线字扩展输入／输出（I/O）线并联要增加的地址线A10～A12与译码器的输入相连，译码器的输出分别接至8片RAM的片选控制端RAM容量的扩展（字扩展）6.2.2DRAMCs、T：存储元件：

Cs：充满电荷时表示存储1，无电荷时表示存储0。T：门控管，工作在开关状态。Co：杂散分布电容，Cs、Co的容量都很小。

单管DRAM存储单元6.2.2DRAM工作原理：（1）写入数据：待写数据位加在数据线上

Co充放电

字线加高电使T导通

Cs充放电

撤消字线上的高电平使T截止

Cs上的电荷状态被保持。（2）读取数据：使数据线置于中间电位

Co充放电

使数据线处于高阻抗

字线加高电使T导通

Co和Cs上的电荷重新分配达到平衡。若——平衡后的电位高于中间电位，则原来存入的数据为1；平衡后的电位低于中间电位，则原来存入的数据为0。注意：读取数据时Cs上的电荷发生了改变，原来存入的数据被破坏应立即将读得的数据重新写入。6.2.2DRAM(续）工作原理：（3）刷新:

刷新：由于漏电，应周期性地给Cs补充电荷，使存储的数据不丢失。刷新操作：执行一次读操作，但并不使用读得的数据。存储单元为阵列排列时，以行为单位进行刷新，周期约为几毫秒6.3掩模只读存储器（MROM）

4×4阵列MOSMROM的电路结构见右图。数据存储存储0：有MOS管；存储1：无MOS管。行选择译码对A1A0译码，选择某一行。数据读出由A1A0选择要读出的行；令=0；一次性读出4位数据。X0＝0110X1＝1011X2＝0101X3＝10106.4可编程只读存储器

6.4.1一次性编程只读存储器OTP

熔丝型OTP的存储单元如图构成：T：晶体三极管；F：熔丝工作原理：出厂时，F未熔断，读取的数据全为1；数据写入：在VDD上施加较高的编程电压——若写入0，则T导通，过载电流使熔丝熔断；若写入1，则T截止，熔丝不会熔断。数据读出：行线置高电平——若熔丝断，则数据线输出0；若熔丝未断，则数据线输出1。6.4.2紫外线可擦除可编程只读存储器EPROM

EPROM的存储单元如图构成

T1：选通MOS管，行线上为高电平时导通；T2：浮栅MOS管，用于存储数据。6.4.2紫外线可擦除可编程只读存储器EPROM

浮栅MOS管的原理出厂时：浮栅上没有电荷，浮栅下面不会形成导电沟道，源极S和漏极D断开。出厂时各存储单元存储的数据都为1。用户写入数据：在D上加一个较高的编程电压

漏区的p-n结发生雪崩击穿

热电子穿过薄SiO2层注入浮栅

浮栅带电

编程电压撤除

p-n结恢复正常

浮栅上带的电荷保持

D、S之间形成导电沟道。用户擦除数据:用紫外线照射浮栅

浮栅上的电子获得较高的能量穿过SiO2层

浮栅不再带电

各存储单元存储的数据都恢复为1。6.4.3电可擦除可编程只读存储器E2PROM

擦除方式：电信号，可在线擦除。能以字节为单位进行。存储单元：增加控制栅的浮栅MOS管，如图。控制栅接地在S上加较高的正电压，在控制栅和S之间产生一个较强的电场。浮栅上的电荷越过SiO2层进入S，从而达到擦除目的。编程操作：与EPROM相同。数据不丢失时间：100年。6.4.4闪烁存储器FLASHE2PROM在E2PROM的基础上，将浮栅的SiO2绝缘层做得很薄，因而擦写速度比E2PROM块得多。由于制造工艺的改进，FLASHE2PROM的集成度很高、功耗很低，以被广泛地用作便携式智能设备的存储设备。

6.4.5只读存储器应用举例

例：八段LED数码管显示译码器。

工作原理：

EPROM2716：紫外线可擦除可编程只读存储器。VPP为编程电压引脚，仅在编程时使用，正常工作时接固定高电平。其余各引脚的功能与SRAM6116相同。、：接固定低电平，芯片总处于选中、数据线D7~D0总处于输出状态。

字形显示方式：将各种字形对应的段码写入2716，需要显示某字形时，就输入对应的地址，让该地址对应的存储内容输出。段码表制作：例如：字符“A”，将01010作为地址，在此地址对应的存储字节处写入段码：

11101110，见下图。

字符“A.”将11010作为地址，在此地址对应的存储字节处写入段码：

11101111，见下图。字符“A”abcdefgh=11101110字符“A.”abcdefgh=11101111例：用EPROM2716实现按作息时间控制打铃。

CLK:时钟脉冲，周期为1分钟11位二进制计数器:每隔1分钟加1，其计数输出Q10~Q0作为2716的读数地址。每隔1分钟2716的8位输出数据