Тема Математическое введение в цифровую технику. 1-1

A1	A0	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1
D0
0	0	1	0	1	0	1	0	1	0
0	1	0	1	0	1	0	1	0	0
1	0	0	0	0	0	1	1	1	1
1	1	1	0	0	0	1	0	0	0

Таким образом, информация, хранимая в ПЗУ, определяется расположением диодов в пересечениях горизонтальных и вертикальных линий. При этом необходимое расположение диодов можно организовать двумя путями. В первом случае запись необходимой информации выполняется в ходе технологического процесса изготовления ПЗУ с использованием маскирующих фотошаблонов, причем запись информации производится в соответствии с технической документацией на данное ПЗУ. Такие ПЗУ называются масочными. Экономически оправданным является массовое производство масочных ПЗУ, так как изготовление масок требует больших затрат. Примерами таких ПЗУ являются ПЗУ с записанными программами работы станков с числовым управлением, преобразователи кодов и ряд других случаев, когда одна и та же информация используется в процессе работы множества однотипных устройств.

Во втором случае запись в ПЗУ осуществляет сам пользователь. Такие ПЗУ называются прожигаемыми ПЗУ. Запись информации в них производится с помощью специальных устройств, называемых программаторами. В процессе изготовления прожигаемых ПЗУ диоды устанавливаются во всех без исключения точках пересечения вертикальных и горизонтальных линий. Последовательно с каждым диодом включены плавкие перемычки, изготавливленные из материала с относительно большим удельным сопротивлением, обычно из поликристаллического кремния или нихрома. Фрагмент структуры чистого (не запрограммированного) прожигаемого ПЗУ изображен на рис. 6.10.



Рис. 6.10. Фрагмент схемы прожигаемого ПЗУ.

Если через горизонтальную и вертикальную линию пропустить импульс тока порядка 20 мА и длительностью 1 мс (этот импульс задается разностью потенциалов, создаваемой программатором), то плавкая перемычка выгорает и соответствующий диод оказывается отключенным. Таким образом, выплавляя перемычки можно получить нужную конфигурацию расположения диодов, т.е. произвести запись в ПЗУ необходимой информации. Очевидно, что однажды записанная таким образом информация не может быть изменена.

В реальных микросхемах ПЗУ вместо диодов обычно используются биполярные или полевые транзисторы. В масочных ПЗУ в пересечениях вертикальных и горизонтальных линий, которым соответствует логический нуль, соединительные транзисторы выполняются полностью. Если заданному пересечению соответствует логическая единица, то соответствующий транзистор лишают одной из его частей (одного из p-n-переходов или электродов). В прожигаемых ПЗУ в процессе изготовления микросхемы все транзисторы выполняют полными. В цепи эмиттера или стока последовательно напыляются плавкие перемычки, разрушаемые при программировании.
Отдельным классом ПЗУ выделяют перепрограммируемые ПЗУ (ППЗУ), которые обладают всеми достоинствами ПЗУ, т.е. позволяют сохранить записанную в них информацию при отключении питания. В то же время они допускают стирание записанной информации и запись новой. Схема ППЗУ (рис. 6.11,а) почти полностью совпадает с ранее рассмотренной схемой ПЗУ с той разницей, что в точках пересечения горизонтальных и вертикальных линий вместо диодов включены специальные МДП-транзисторы (металл-диэлектрик-полупроводник) с так называемым изолированным затвором.



Рис. 6.11. Фрагмент схемы ППЗУ и структура МДП-транзистора с изолированным затвором.

Подложка транзистора выполнена из полупроводника n-типа (рис. 6.11,б). Две области полупроводника p-типа представляют собой соответственно исток и сток. К ним примыкают металлические электроды, с помощью которых транзистор включается между вертикальной и горизонтальной линиями. Промежуток между истоком и стоком покрыт слоем двуокиси кремния, затем располагается затвор, выполненный в данном случае из кремния, и снова слой двуокиси кремния. Затвор полностью изолирован.

В обычном состоянии участок исток-сток транзистора электрический ток не проводит. Однако если приложить между истоком и стоком большое напряжение (приблизительно 80 В), то затвор зарядится в результате инжекции электронов. Такой процесс называется зарядкой через влияние. В дальнейшем заряд затвора будет сохраняться достаточно долго. Благодаря весьма высокому качеству диэлектрика из двуокиси кремния при температуре +125 ⁰С заряд уменьшается на 70 % первоначального значения примерно за 10 лет. Отрицательный заряд на затворе притягивает дырки, создает в n-области проводящий p-канал между истоком и стоком, т.е. транзистор оказывается в проводящем состоянии.
Стирание информации производится путем облучения микросхемы ультрафиолетовым светом через прозрачное кварцевое окошечко в корпусе. При этом за время приблизительно равное 10 минутам происходит снятие заряда с затворов транзисторов путем выбивания из них фотоэлектронов. В результате транзисторы устанавливается в непроводящее состояние и микросхема ППЗУ готова к новой записи информации. Чтобы записанная информация в ППЗУ с ультрафиолетовым стиранием не разрушалась под действием естественного солнечного света и осветительных приборов, кварцевое окошечко микросхемы необходимо заклеивать светонепроницаемым материалом.
Помимо ППЗУ с ультрафиолетовым стиранием выпускаются ППЗУ с электрическим стиранием информации. Процесс стирания информации в таких ППЗУ осуществляется подачей специальных электрических сигналов в течение определенного времени. В качестве соединительного транзистора в электрически стираемых ППЗУ используется МНОП-транзистор. Он имеет следующую структуру: металл - нитрид кремния – оксид - полупроводник. Между затвором и полупроводником находятся два разных слоя диэлектрика. Использование таких ППЗУ позволяет осуществлять процесс программирования, не извлекая микросхему из устройства, в котором она эксплуатируется.


Контрольные вопросы.
1. Проведите сравнительный анализ БИС ОЗУ статического и динамического типов.
2. Поясните принцип функционирования ячейки ОЗУ статического типа.
3. Какие функции в микросхеме памяти выполняют дешифраторы строк и столбцов?
4. Какова общая последовательность подачи управляющих сигналов на микросхемы ОЗУ статического типа в режиме чтения и записи?
5. Какие способы увеличения объема хранимой информации при организации модулей оперативной памяти Вам известны?
6. Поясните принципы функционирования микросхем ОЗУ динамического типа.
7. Как организуется хранение информации в микросхемах ПЗУ?
8. Как реализуется возможность записи информации в прожигаемые ПЗУ?
9. Каким образом реализуется стирание и запись информации в ППЗУ?